JP5417851B2 - MEMS device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明はMEMSデバイス及びその製造方法に係り、特に、MEMSデバイスの信頼性や性能を高める場合に好適な構造及び製造工程に関する。   The present invention relates to a MEMS device and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a structure and a manufacturing process suitable for increasing the reliability and performance of a MEMS device.

MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)は微小構造体形成技術の一つで、例えばミクロンオーダー等の微細な電子機械システムを作る技術やその製品のことを言う。半導体チップはシリコン基板上にシリコン、酸化膜、金属等の薄膜を積み重ねて電子回路を作ることから、その回路構造は通常は平面的なパターンで構成されるが、MEMSで上記半導体チップの製造技術、すなわち半導体製造技術を用いる場合には、機械加工のようにシリコンを切り出し、ミクロンサイズの板ばね、鏡、回転軸などを形成するので、MEMS構造体は立体的な構造を有する。   MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) is one of micro structure forming technologies, and refers to a technology for producing a fine electromechanical system such as a micron order or a product thereof. Since semiconductor chips are made by stacking thin films of silicon, oxide film, metal, etc. on a silicon substrate to make an electronic circuit, the circuit structure is usually composed of a planar pattern. That is, when semiconductor manufacturing technology is used, silicon is cut out as in machining to form micron-sized leaf springs, mirrors, rotating shafts, and the like, so that the MEMS structure has a three-dimensional structure.

上記のようなMEMS構造体を有するMEMSデバイスにおいては、基板上にMEMS構造体とともに配線と絶縁膜とを積層してなる配線構造部を設けることで、デバイス構造をコンパクトに構成することが可能になり、また、半導体回路等の他の構成要素と一体化を図ることが可能になる。通常、MEMS構造体は上記配線構造部の一部をエッチング等によって除去することで形成された空洞部の内部に配置される。この空洞部は上方に開口したままの状態とされることもあれば、MEMS構造体を封止するために空洞部を覆う被覆層などで構成される蓋体を伴う場合もある。   In a MEMS device having a MEMS structure as described above, a device structure can be configured compactly by providing a wiring structure portion formed by laminating a wiring and an insulating film together with the MEMS structure on a substrate. In addition, it is possible to achieve integration with other components such as a semiconductor circuit. Usually, the MEMS structure is disposed inside a cavity formed by removing a part of the wiring structure by etching or the like. The hollow portion may be left open upward, or may be accompanied by a lid composed of a covering layer that covers the hollow portion in order to seal the MEMS structure.

また、上記MEMS構造体の周囲を平面的に取り巻くように配線構造部に設けられた導電体よりなる導体壁(ガードリング)が設けられる場合もある。このような構成は、以下の特許文献1乃至4に開示されている。このような導体壁を設けることにより、MEMS構造体の周囲に上記空洞部を形成するためのエッチングによるリリース工程において配線構造部へのエッチング液の周囲への侵入を防止することができる。
特開2006−224220号公報 特開2007−35290号公報 特開2008−115354号公報 特開2008−221535号公報
In some cases, a conductor wall (guard ring) made of a conductor provided in the wiring structure portion is provided so as to surround the periphery of the MEMS structure in a planar manner. Such a configuration is disclosed in the following Patent Documents 1 to 4. By providing such a conductor wall, it is possible to prevent the etching solution from entering the wiring structure portion in the release process by etching for forming the cavity portion around the MEMS structure.
JP 2006-224220 A JP 2007-35290 A JP 2008-115354 A JP 2008-221535 A

ところで、上記従来のMEMSデバイスの設計例としては、図12乃至図14に示す構造が考えられる。ここで、図12はMEMSデバイスの概略平面図、図13は図12のXIII−XIII線に沿った概略縦断面図、図14は図12のXIV−XIV線に沿った概略縦断面図である。この構造では、基板1上の絶縁膜2a及び下地層2b上に固定電極3a及び可動電極3bを備えたMEMS構造体3を形成し、これに導電接続される接続配線3c、3dを上記導電壁4と絶縁するとともに、この導電壁4に間隙4a,4bを形成し、この間隙4a,4bを通して上記接続配線3c、3dを外側へ引き出している。なお、被覆層5には空洞部3Cに連通する開口5aが設けられ、その上に封止層6が形成されることで開口5aが閉鎖されている。   By the way, as a design example of the conventional MEMS device, the structure shown in FIGS. 12 to 14 can be considered. Here, FIG. 12 is a schematic plan view of the MEMS device, FIG. 13 is a schematic longitudinal sectional view taken along line XIII-XIII in FIG. 12, and FIG. 14 is a schematic longitudinal sectional view taken along line XIV-XIV in FIG. . In this structure, the MEMS structure 3 including the fixed electrode 3a and the movable electrode 3b is formed on the insulating film 2a and the base layer 2b on the substrate 1, and the connection wirings 3c and 3d conductively connected thereto are connected to the conductive walls. 4, gaps 4 a and 4 b are formed in the conductive wall 4, and the connection wirings 3 c and 3 d are drawn out through the gaps 4 a and 4 b. The covering layer 5 is provided with an opening 5a communicating with the cavity 3C, and the opening 5a is closed by forming a sealing layer 6 thereon.

しかしながら、上記のように導体壁4の一部に間隙4a,4bを設けると、空洞部3Cを形成するためのエッチング時において当該間隙4a,4bを通してエッチング液が周囲に侵入して残留し、後に周囲の配線構造部の配線を腐食させるなど、デバイスの信頼性を低下させる虞があった。すなわち、上記間隙4a,4bにはエッチング耐性を有しない絶縁膜が配置されているために当該間隙4a,4b内のエッチングが進行し、この部分からエッチング液が周囲に染み出すことで、後に周囲の配線構造部内の配線が腐食し、電気的な問題が生ずる虞があった。そして、このような信頼性の低下を回避するためにはエッチング時間を抑制する必要があることから、エッチング量の不足によりMEMS構造体の解放(リリース)が不完全となりデバイス不良が発生するなど、製造工程のプロセスマージンの低下や製品歩留まりの低下をもたらすという問題点もあった。   However, if the gaps 4a and 4b are provided in a part of the conductor wall 4 as described above, the etching solution penetrates and remains through the gaps 4a and 4b during the etching for forming the cavity 3C. There is a risk that the reliability of the device may be lowered, such as corrosion of the wiring in the surrounding wiring structure. That is, since an insulating film having no etching resistance is disposed in the gaps 4a and 4b, the etching in the gaps 4a and 4b proceeds, and the etching solution oozes out from this portion to the surroundings. The wiring in the wiring structure portion may corrode and cause electrical problems. And since it is necessary to suppress the etching time in order to avoid such a decrease in reliability, the release (release) of the MEMS structure is incomplete due to insufficient etching amount, resulting in a device failure, etc. There is also a problem that the process margin of the manufacturing process is lowered and the product yield is lowered.

一方、導体壁がMEMS構造体を平面的に完全に取り巻くように構成する場合には、エッチングされる範囲が導体壁4の内側に限定されるため、信頼性の低下等の問題は生じなくなるが、特許文献2に記載されているように上記接続配線4a,4bを導体壁4の下方を通過するように構成する必要があり、このため、基板上の階層構造が複雑になるとともに製造工数も増加するという問題点がある。   On the other hand, when the conductor wall is configured so as to completely surround the MEMS structure in a plane, the etching range is limited to the inside of the conductor wall 4, so that problems such as a decrease in reliability do not occur. As described in Patent Document 2, it is necessary to configure the connection wirings 4a and 4b so as to pass below the conductor wall 4, which complicates the hierarchical structure on the substrate and increases the number of manufacturing steps. There is a problem of increasing.

さらに、上記のいずれの構造であっても、MEMS構造体3と導体壁4の寄生容量や基板1と導体壁4の寄生容量が大きくなることから、これによってMEMSデバイスの性能が低下するという問題点も考えられる。   Furthermore, in any of the above structures, the parasitic capacitance between the MEMS structure 3 and the conductor wall 4 and the parasitic capacitance between the substrate 1 and the conductor wall 4 are increased. A point is also conceivable.

そこで本発明は上記問題点を解決するものであり、その課題は、MEMSデバイスにおいて、構造の複雑化及び製造工数の増加を抑制しつつ、信頼性や性能を向上させることのできる構造及びその製造方法を提供することにある。   Therefore, the present invention solves the above-mentioned problems, and the problem is that in a MEMS device, a structure capable of improving the reliability and performance while suppressing the complexity of the structure and the increase in the number of manufacturing steps, and the manufacturing thereof. It is to provide a method.

斯かる実情に鑑み、本発明のMEMSデバイスは、基板と、該基板上に形成され、配線と絶縁膜とが積層されてなる配線構造部と、該配線構造部によって周囲を平面的に取り囲まれた空洞部と、該空洞部内において前記基板上に形成されたMEMS構造体と、を具備するMEMSデバイスであって、前記配線構造部の一部として、前記MEMS構造体の周囲を、少なくとも前記MEMS構造体が形成される高さ範囲において平面的に取り囲むように構成された導体壁と、前記MEMS構造体と前記導体壁とを導電接続する接続配線と、を具備することを特徴とする。   In view of such circumstances, the MEMS device of the present invention has a substrate, a wiring structure formed on the substrate, in which wiring and an insulating film are laminated, and a periphery surrounded by the wiring structure. And a MEMS structure formed on the substrate in the cavity, wherein at least the MEMS is disposed around the MEMS structure as a part of the wiring structure. And a conductive wall configured to surround the planar structure in a height range in which the structure is formed, and a connection wiring for conductively connecting the MEMS structure and the conductive wall.

本発明によれば、配線構造部においてMEMS構造体の周囲を少なくともMEMS構造体が形成される高さ範囲において平面的に取り囲む導体壁を設け、この導体壁に対して接続配線を介してMEMS構造体を導電接続することにより、MEMS構造体の周囲に導体壁を設けることで空洞部の形成工程のマージンを高めてMEMSデバイスの信頼性を高めることができるとともに、MEMS構造体と導体壁の間の寄生容量又は導体壁と基板との間の寄生容量を低減することができるため、MEMSデバイスの性能を高めることが可能になる。また、従来のように導体壁と接続配線との絶縁を確保する必要がないため、当該接続配線を導体壁を迂回して引き出す必要がなくなることから、導体壁の構成に拘らずMEMS構造体の周囲構造を簡易に構成でき、構造の複雑化や製造工数の増加を抑制できる。   According to the present invention, the wiring structure portion is provided with the conductor wall that surrounds the periphery of the MEMS structure at least in the height range where the MEMS structure is formed, and the MEMS structure is connected to the conductor wall via the connection wiring. By conductively connecting the body, by providing a conductor wall around the MEMS structure, the margin of the cavity forming process can be increased to increase the reliability of the MEMS device, and between the MEMS structure and the conductor wall. The parasitic capacitance between the conductor wall and the substrate can be reduced, so that the performance of the MEMS device can be improved. Further, since it is not necessary to ensure insulation between the conductor wall and the connection wiring as in the prior art, it is not necessary to draw out the connection wiring by bypassing the conductor wall. The surrounding structure can be configured easily, and the complexity of the structure and the increase in manufacturing man-hours can be suppressed.

なお、本発明において、導体壁はMEMS構造体を平面的に完全に取り巻くように構成することができ、これがMEMSデバイスの信頼性を高めるとともに製造時の空洞部を形成するエッチング工程のプロセスマージンを確保する上で最も好ましい態様であるが、必ずしもこのように構成される必要はない。例えば、導体壁はMEMS構造体を平面的に取り巻くように構成されているが、当該導体壁に間隙が設けられていてもよい。また、この間隙を通して上記接続配線とは別のMEMS構造体に導電接続された接続配線(例えば後述する第2の接続配線)が外側へ引き出されていてもよい。   In the present invention, the conductor wall can be configured to completely surround the MEMS structure in a planar manner, which increases the reliability of the MEMS device and increases the process margin of the etching process for forming a cavity during manufacture. Although it is the most preferable aspect in ensuring, it does not necessarily need to be configured in this way. For example, although the conductor wall is configured to surround the MEMS structure in a plane, a gap may be provided in the conductor wall. In addition, a connection wiring (for example, a second connection wiring described later) that is conductively connected to a MEMS structure different from the connection wiring may be drawn out through the gap.

本発明の一の態様においては、前記接続配線は、前記導体壁の内側に配置され、前記MEMS構造体と前記導体壁とを導電接続する内側接続配線部と、前記導体壁からさらに外側へ引き出される外側接続配線部と、を含む。これによれば、導体壁の内側に配置された内側接続配線によりMEMS構造体と導体壁とが導電接続されるとともに、外側接続配線により導体壁をその外側の配線構造部内の適宜の構造、たとえば、半導体回路、各種の電子素子、端子等に導電接続することができる。   In one aspect of the present invention, the connection wiring is disposed on the inner side of the conductor wall, and is connected to the inner connection wiring portion that conductively connects the MEMS structure and the conductor wall, and is further drawn out from the conductor wall. And an outer connection wiring portion. According to this, the MEMS structure and the conductor wall are conductively connected by the inner connection wiring disposed inside the conductor wall, and the conductor wall is connected to the appropriate structure in the outer wiring structure portion by the outer connection wiring, for example, In addition, it can be conductively connected to semiconductor circuits, various electronic elements, terminals, and the like.

本発明の一の態様においては、前記導体壁と絶縁されるとともに前記導体壁の前記基板側若しくは前記基板の内部を通過して、前記MEMS構造体から前記導体壁の外側へ引き出される第2の接続配線をさらに具備する。例えば、MEMS振動子(共振子)、MEMSスイッチ、MEMSアクチュエータ等といったMEMS構造体においては相互に絶縁された二以上の接続配線を接続する必要があるので、この場合には上記内側接続配線と外側接続配線で構成される一つの接続配線(すなわち、後述する第1の接続配線)とは別の第2の接続配線が必要となる。この第2の接続配線は導体壁とは絶縁されていなければならず、そのために導体壁とは離間してその下方を通過するように構成する。   In one aspect of the present invention, a second insulating material that is insulated from the conductor wall, passes through the substrate side of the conductor wall or the inside of the substrate, and is drawn out of the conductor wall from the MEMS structure. Connection wiring is further provided. For example, in a MEMS structure such as a MEMS vibrator (resonator), a MEMS switch, a MEMS actuator, or the like, it is necessary to connect two or more connection wires that are insulated from each other. A second connection wiring different from one connection wiring (that is, a first connection wiring described later) constituted by the connection wiring is required. The second connection wiring must be insulated from the conductor wall, and is therefore configured to pass away from the conductor wall while being separated from the conductor wall.

上記の第2の接続配線を有する構成としては、前記MEMS構造体は前記基板側に配置された第1の構造部と、該第1の構造部と絶縁され、前記第1の構造部より前記基板とは反対側(例えば、第1の構造部より導体壁により近い側)に配置された第2の構造部とを有し、前記第1の構造部は前記第2の接続配線と導電接続され、前記第2の構造部は前記内側接続配線と導電接続される場合がある。この場合には、基板とは反対側に配置された第2の構造部が内側接続配線と導電接続されているので、第2の構造部と導体壁が導電接続されることから、MEMS構造体と導体壁との間の寄生容量を低減することができる。また、基板側に配置された第1の構造部が導体壁の下方を通過する第2の接続配線に導電接続されるので、接続配線に対するMEMS構造体の接続構成を簡易に構成することができる。   As a configuration having the above-described second connection wiring, the MEMS structure is insulated from the first structure portion disposed on the substrate side and the first structure portion. A second structure portion disposed on a side opposite to the substrate (for example, a side closer to the conductor wall than the first structure portion), and the first structure portion is electrically connected to the second connection wiring. In some cases, the second structure portion is conductively connected to the inner connection wiring. In this case, since the second structure portion disposed on the side opposite to the substrate is conductively connected to the inner connection wiring, the second structure portion and the conductor wall are conductively connected. And parasitic capacitance between the conductor walls can be reduced. Further, since the first structure portion arranged on the substrate side is conductively connected to the second connection wiring that passes below the conductor wall, the connection configuration of the MEMS structure to the connection wiring can be easily configured. .

上記の第2の接続配線を有する構成としては、前記MEMS構造体は前記基板側に配置された第1の構造部と、該第1の構造部と絶縁され、前記第1の構造部より前記基板とは反対側(例えば、第1の構造部より導体壁により近い側)に配置された第2の構造部とを有し、前記第1の構造部は前記内側接続配線と導電接続され、前記第2の構造部は前記第2の接続配線と導電接続される場合もある。この場合には、第2の接続配線を基板電位とすることで導体壁と基板間の寄生容量を低減することができる。   As a configuration having the above-described second connection wiring, the MEMS structure is insulated from the first structure portion disposed on the substrate side and the first structure portion. A second structure portion disposed on a side opposite to the substrate (for example, a side closer to the conductor wall than the first structure portion), and the first structure portion is conductively connected to the inner connection wiring, The second structure portion may be conductively connected to the second connection wiring. In this case, the parasitic capacitance between the conductor wall and the substrate can be reduced by setting the second connection wiring to the substrate potential.

本発明の他の態様においては、前記MEMS構造体と離間して前記空洞部を上方から覆うとともに前記空洞部と連通する開口を備えた導電性の被覆層をさらに具備し、該被覆層は前記導体壁と導電接続される。これによれば、MEMS構造体の上方を覆う被覆層が導体壁と導電接続されることにより、MEMS構造体の上方及び側方が共に一体の導電体で覆われることとなるので、外部の電磁界による影響を低減することが可能になる。   In another aspect of the present invention, the semiconductor device further includes a conductive coating layer that is spaced apart from the MEMS structure and covers the cavity from above and has an opening that communicates with the cavity. Conductive connection is made with the conductor wall. According to this, since the coating layer covering the upper part of the MEMS structure is conductively connected to the conductor wall, both the upper side and the lateral side of the MEMS structure are covered with the integral conductor. It is possible to reduce the influence of the field.

この場合に、前記被覆層と前記導体壁との接続部は前記MEMS構造体の周囲を平面的に取り囲むように構成されることが好ましい。このようにすると、MEMS構造体は基板上において全て一体の導電体に囲まれることとなるので、外部の電磁界による影響をさらに低減できると共に、エッチング工程による信頼性への影響もさらに低減できる。   In this case, it is preferable that the connection portion between the covering layer and the conductor wall is configured to surround the periphery of the MEMS structure in a plane. In this way, since the MEMS structure is entirely surrounded by the integrated conductor on the substrate, the influence of the external electromagnetic field can be further reduced, and the influence on the reliability by the etching process can be further reduced.

本発明の別の態様においては、前記MEMS構造体は、前記基板上に固定された固定電極と、該固定電極上に間隙を介して対向する可動部を含む可動電極とを有し、前記固定電極と前記可動電極の間の静電力により前記可動部が前記間隙を増減させる態様で動作する。このような構成は、例えば、MEMSスイッチ、MEMSアクチュエータなどの多くのMEMSデバイスが有する具体的な構造に相当する。この場合には特に、前記MEMS構造体は、前記可動部が振動する振動子を構成するMEMS振動子である場合がある。なお、上記固定電極は上記の第1の構造部に相当し、上記可動電極は上記第2の構造部に相当する。   In another aspect of the present invention, the MEMS structure includes a fixed electrode fixed on the substrate, and a movable electrode including a movable part facing the fixed electrode via a gap, and the fixed structure The movable part operates in such a manner that the gap is increased or decreased by an electrostatic force between the electrode and the movable electrode. Such a configuration corresponds to a specific structure of many MEMS devices such as a MEMS switch and a MEMS actuator. In this case, in particular, the MEMS structure may be a MEMS vibrator constituting a vibrator in which the movable part vibrates. The fixed electrode corresponds to the first structure portion, and the movable electrode corresponds to the second structure portion.

次に、本発明のMEMSデバイスの製造方法は、基板上にMEMS構造体を形成する工程と、前記基板上に配線と絶縁膜を積層してなる配線構造部を形成する工程と、前記MEMS構造体上に形成された前記配線構造部の少なくとも一部を削除して前記MEMS構造体の周囲に空洞部を形成する工程と、を具備するMEMSデバイスの製造方法であって、前記MEMS構造体を形成する工程と前記配線構造部を形成する工程の少なくともいずれか一方において、前記配線構造部の一部として、前記MEMS構造体の周囲を、少なくとも前記MEMS構造体が形成される高さ範囲において平面的に取り囲むように構成された導体壁と、前記導体壁の内側に配置され、前記MEMS構造体と前記導体壁とを導電接続する接続配線と、を形成することを特徴とする。   Next, a method for manufacturing a MEMS device according to the present invention includes a step of forming a MEMS structure on a substrate, a step of forming a wiring structure portion formed by laminating a wiring and an insulating film on the substrate, and the MEMS structure. A step of deleting at least a part of the wiring structure formed on the body and forming a cavity around the MEMS structure, the manufacturing method of the MEMS device comprising: In at least one of the step of forming and the step of forming the wiring structure part, as a part of the wiring structure part, the periphery of the MEMS structure is planarized at least in the height range where the MEMS structure is formed A conductive wall that is configured to surround the conductive wall, and a connection wiring that is disposed inside the conductive wall and that conductively connects the MEMS structure and the conductive wall. The features.

本発明において、上記導電壁及び接続配線は、MEMS構造体と同時に同材質で形成されてもよく、或いは、配線構造部の配線と同時に同材質で形成されてもよい。いずれの場合であっても、製造工数を増加させることなく導体壁、内側接続配線及び外側接続配線を形成することが可能になる。   In the present invention, the conductive wall and the connection wiring may be formed of the same material simultaneously with the MEMS structure, or may be formed of the same material simultaneously with the wiring of the wiring structure portion. In any case, the conductor wall, the inner connection wiring, and the outer connection wiring can be formed without increasing the number of manufacturing steps.

本発明の一の態様においては、前記導体壁は、前記MEMS構造体が形成される高さ範囲において前記MEMS構造体と同時に前記MEMS構造体に含まれる導電体と同材質で形成され、前記MEMS構造体が形成される高さ範囲を越える範囲において前記配線構造部を形成する工程と同時に前記配線と同材質で形成される。これによれば、導体壁のうちMEMS構造体が形成される高さ範囲ではMEMS構造体の導電体と同時に同材質で形成し、上記高さ範囲を越える範囲では配線と同時に同材質で形成することで、製造工数を増加させずに基板上の高い層レベルまで導体壁を形成することができる。   In one aspect of the present invention, the conductor wall is formed of the same material as a conductor included in the MEMS structure at the same time as the MEMS structure in a height range in which the MEMS structure is formed, and the MEMS. The wiring material is formed of the same material as the wiring simultaneously with the step of forming the wiring structure portion in a range exceeding the height range where the structure is formed. According to this, the conductor wall is formed of the same material at the same time as the conductor of the MEMS structure in the height range where the MEMS structure is formed, and is formed of the same material at the same time as the wiring in the range exceeding the height range. Thus, the conductor wall can be formed up to a high layer level on the substrate without increasing the number of manufacturing steps.

また、前記接続配線は、前記MEMS構造体に含まれる導電体と同時に同材質で形成されることが好ましい。この場合には、MEMS構造体の導電体と上記各接続配線を同時に同材質で形成することで、MEMS構造体とこれらの接続配線との導電接続性やパターンずれ等の問題を回避することができる。   The connection wiring is preferably formed of the same material as the conductor included in the MEMS structure. In this case, by simultaneously forming the conductor of the MEMS structure and each of the connection wirings with the same material, problems such as conductive connectivity and pattern deviation between the MEMS structure and these connection wirings can be avoided. it can.

本発明の他の態様においては、前記配線構造部を形成する工程では、前記MEMS構造体と離間して前記MEMS構造体を上方から覆うとともに前記導体壁と一体に接続され、かつ、前記MEMS構造体の周囲に空洞部を形成する工程を可能とするための開口を備えた導電性の被覆層を、前記配線と同時に同材質で形成する。これによれば、被覆層の形成工程を配線構造部の配線を形成する工程で同時に形成することにより、被覆層の形成工程を別に設ける必要性がなくなるので、製造工数の低減や製造コストの低減を図ることができる。   In another aspect of the present invention, in the step of forming the wiring structure portion, the MEMS structure is covered from above while being separated from the MEMS structure, and is integrally connected to the conductor wall, and the MEMS structure A conductive covering layer having an opening for enabling a step of forming a cavity around the body is formed of the same material as the wiring. According to this, since the formation process of the coating layer is simultaneously performed in the process of forming the wiring of the wiring structure portion, there is no need to provide a separate formation process of the coating layer, thereby reducing the number of manufacturing steps and the manufacturing cost. Can be achieved.

本発明のMEMSデバイス及びその製造方法によれば、MEMSデバイスの構造の複雑化や製造工数の増大を回避しつつ、MEMSデバイスの信頼性や性能の向上を図ることができるという優れた効果を奏し得る。   According to the MEMS device and the manufacturing method thereof of the present invention, it is possible to improve the reliability and performance of the MEMS device while avoiding the complicated structure of the MEMS device and the increase in the number of manufacturing steps. obtain.

次に、添付図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。   Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

[第1実施形態]
まず、図1及び図2を参照して本発明に係る第1実施形態のMEMSデバイスの構造について説明する。図1は本実施形態のMEMSデバイスの概略平面図、図2は同実施形態の概略縦断面図である。なお、図面に描かれ、以下に説明するMEMSデバイスは、MEMS振動子を構成する場合を前提とするものであるが、後述するように、本発明はMEMS振動子に限定されるものではない。
[First Embodiment]
First, the structure of the MEMS device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic plan view of the MEMS device of the present embodiment, and FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view of the same embodiment. Note that the MEMS device depicted in the drawings and described below is based on the premise that a MEMS vibrator is configured, but the present invention is not limited to the MEMS vibrator as described later.

図1に示すように、本実施形態は、単結晶シリコン等の半導体からなる基板(ウエハ)10を基体とし、この基板10上にMEMS構造体20を形成してなるMEMSデバイスである。ただし、MEMSデバイスを単に構成するための基板10は半導体に限らず、ガラス、セラミックス、樹脂などの種々の素材で構成されたものを用いることが可能である。   As shown in FIG. 1, the present embodiment is a MEMS device in which a substrate (wafer) 10 made of a semiconductor such as single crystal silicon is used as a base, and a MEMS structure 20 is formed on the substrate 10. However, the substrate 10 for simply configuring the MEMS device is not limited to a semiconductor, and a substrate made of various materials such as glass, ceramics, and resin can be used.

基板10の表面上には必要に応じて酸化シリコン等よりなる絶縁膜11が形成され、基板10との絶縁が確保される。もっとも、基板10がガラス、セラミックス、樹脂、低ドーピングの半導体などの絶縁性の高い素材で構成されている場合、あるいは、表面に絶縁膜を形成済みの基板(例えばSOI基板など)を用いる場合には当該絶縁膜11は不要である。   An insulating film 11 made of silicon oxide or the like is formed on the surface of the substrate 10 as necessary, and insulation from the substrate 10 is ensured. However, when the substrate 10 is made of a highly insulating material such as glass, ceramics, resin, or a low-doping semiconductor, or when a substrate having an insulating film formed on the surface (for example, an SOI substrate) is used. The insulating film 11 is not necessary.

また、基板10の表面上には後述するリリース工程のエッチングに耐性を有する下地層12が形成される。一般的なシリコンをベースとした半導体製造技術を用いる場合には、下地層12はCVD法などで形成される窒化シリコン膜で構成される。この下地層12は上記リリース工程において必要とされる範囲に限定的に形成されることが好ましい。   In addition, an underlayer 12 having resistance to etching in a release process described later is formed on the surface of the substrate 10. In the case of using a general silicon-based semiconductor manufacturing technique, the underlayer 12 is composed of a silicon nitride film formed by a CVD method or the like. This underlayer 12 is preferably formed in a limited range within the release process.

本実施形態では、絶縁膜11上に上記の第2の接続配線24が形成される。この第2の接続配線24は、アルミニウム、銅などの金属、ドーピング等により導電性を付与された半導体(ポリシリコン層)などによって構成される。   In the present embodiment, the second connection wiring 24 is formed on the insulating film 11. The second connection wiring 24 is made of a metal such as aluminum or copper, a semiconductor (polysilicon layer) provided with conductivity by doping or the like.

基板10上には、所定のパターニングにより導電体よりなる下層パターンが形成され、この下層パターンにより固定電極として機能しうる第1の構造部21が形成される。この第1の構造部21は下地層12に形成された開口12aを通して上記第2の接続配線24と導電接続される。また、この第1の構造部21上には上層パターンが形成され、この上層パターンにより、第1の構造部21と間隙を介して対向し、可動電極として機能しうる第2の構造部22と、相互に一体化された第1の接続配線25及び環状パターン部26とが形成される。上記の第1の構造部(固定電極)21及び第2の構造部(可動電極)22は下地層12上に配置されたMEMS構造体20を構成する。   On the substrate 10, a lower layer pattern made of a conductor is formed by predetermined patterning, and the first structure portion 21 that can function as a fixed electrode is formed by this lower layer pattern. The first structure portion 21 is conductively connected to the second connection wiring 24 through the opening 12 a formed in the base layer 12. Further, an upper layer pattern is formed on the first structure portion 21, and the second structure portion 22 that faces the first structure portion 21 with a gap and functions as a movable electrode by the upper layer pattern, The first connection wiring 25 and the annular pattern portion 26 that are integrated with each other are formed. The first structure portion (fixed electrode) 21 and the second structure portion (movable electrode) 22 constitute a MEMS structure 20 disposed on the base layer 12.

基板10上には、配線14、16と絶縁膜13、15、17とが交互に積層されてなる配線構造部30が形成される。この配線構造部30は、配線と絶縁膜とが積層されたものであればよいので、配線及び絶縁膜がそれぞれ1層のみ形成されたものであってもよく、いずれかが二層以上形成されたものであってもよい。この配線構造部30は上記MEMS構造体20を平面的に取り囲むように構成される。図示例の場合、配線構造部30はMEMS構造体20を平面的に完全に包囲するように取り囲み、MEMS構造体20の周囲には配線構造部30が存在しない空洞部20Cが形成されている。   On the substrate 10, a wiring structure 30 is formed in which the wirings 14 and 16 and the insulating films 13, 15 and 17 are alternately stacked. Since the wiring structure portion 30 only needs to be formed by laminating the wiring and the insulating film, the wiring structure and the insulating film may be formed by only one layer each, and one or more of them are formed. It may be. The wiring structure portion 30 is configured to surround the MEMS structure 20 in a planar manner. In the illustrated example, the wiring structure 30 surrounds the MEMS structure 20 so as to completely surround the MEMS structure 20, and a cavity 20 </ b> C in which the wiring structure 30 does not exist is formed around the MEMS structure 20.

配線構造部30には、上記MEMS構造体20又は空洞部20Cの周囲に配置された導体壁31が含まれる。この導体壁31は、上層パターンの一部として構成された環状パターン部26と、この環状パターン部26上に接続された配線14の一部で構成される環状壁部14Xと、この環状壁部14X上に接続された配線16の一部で構成される環状壁部16Xと、を有する。   The wiring structure portion 30 includes a conductor wall 31 disposed around the MEMS structure 20 or the cavity portion 20C. The conductor wall 31 includes an annular pattern portion 26 configured as a part of the upper layer pattern, an annular wall portion 14X configured of a part of the wiring 14 connected on the annular pattern portion 26, and the annular wall portion. And an annular wall portion 16X constituted by a part of the wiring 16 connected on the 14X.

なお、本願明細書で環状という言葉は、或る物を平面的に取り囲むように構成されたものと定義される。したがって、平面的に閉じた図形を構成する態様のものであれば、円環状であることを要さず、矩形枠状などの任意の平面形状を有するものであってよいこととする。   In the present specification, the term “annular” is defined as a structure configured to surround a certain object in a planar manner. Therefore, as long as it is a form that forms a figure closed in a planar manner, it does not need to be an annular shape, and may have an arbitrary planar shape such as a rectangular frame shape.

上記環状壁部14Xは、絶縁膜15上に配置される上層の環状パターン部14Uと、この環状パターン部14Uと一体に構成され、絶縁膜13を貫通して上記環状パターン部26に導電接続された環状貫通部14Lとから構成される。また、上記環状壁部16Xは、絶縁膜17上に配置される上層の環状パターン部16Uと、この環状パターン部16Uと一体に構成され、絶縁膜15を貫通して上記環状パターン部14Uに導電接続された環状貫通部16Lとから構成される。上記の環状パターン部26、環状壁部14X及び環状壁部16Xはそれぞれ環状に構成されるとともに、これらの相互間の各接続部分も環状に構成され、これによってMEMS構造体20を平面的に包囲する一体の導体壁31が構成される。   The annular wall portion 14X is formed integrally with the annular pattern portion 14U disposed on the insulating film 15 and the annular pattern portion 14U, and is electrically connected to the annular pattern portion 26 through the insulating film 13. The annular through-hole 14L. The annular wall portion 16X is formed integrally with the annular pattern portion 16U disposed on the insulating film 17 and the annular pattern portion 16U, and is electrically connected to the annular pattern portion 14U through the insulating film 15. It is comprised from the cyclic | annular penetration part 16L connected. The annular pattern portion 26, the annular wall portion 14X, and the annular wall portion 16X are each configured in an annular shape, and each connecting portion between them is also configured in an annular shape, thereby surrounding the MEMS structure 20 in a plane. An integral conductor wall 31 is formed.

図示例では空洞部20Cの内側面に上記導体壁31が露出し、当該導体壁31の内側には配線構造部30の絶縁膜13、15、17及び後述する犠牲層が存在しないように構成される。これによって、当該絶縁膜13、15、17及び犠牲層に含まれうる不純物によるMEMS構造体への影響を低減することができる。ただし、本発明では導体壁31の内側に上記絶縁膜13、15、17及び犠牲層が多少残存していても構わない。   In the illustrated example, the conductor wall 31 is exposed on the inner side surface of the cavity 20C, and the insulating films 13, 15, 17 and the later-described sacrificial layer of the wiring structure 30 are not present inside the conductor wall 31. The Thereby, the influence on the MEMS structure due to impurities contained in the insulating films 13, 15, 17 and the sacrificial layer can be reduced. However, in the present invention, the insulating films 13, 15, 17 and the sacrificial layer may remain somewhat inside the conductor wall 31.

本実施形態では、第1の構造部21の両側から第2の構造部22の可動部22aが張り出し、当該可動部22aが第1の構造部21の上方(基板とは反対側)に対向配置されている。第2の構造部22は上記第1の構造部21の両側にある部分が第1の構造部21を平面的に回避した接続部22bにより一体に接続されている。そして、第1の構造部21と第2の構造部22との間に電位差を与えることで可動部22aが静電力により動作するように構成される。図示例はMEMS振動子の構成例であるので、両構造部間に交流信号を与えることで上記可動部22aが上下に振動する。また、可動部22aは幅方向全体に第1の構造部21と平面的に重なるように配置されるとともに、第1の構造部21は平面的に見て可動部22aの幅方向の縁部よりそれぞれ両側に張り出すように形成されている。   In the present embodiment, the movable part 22a of the second structure part 22 projects from both sides of the first structure part 21, and the movable part 22a is disposed above the first structure part 21 (opposite the substrate). Has been. The second structure portion 22 is integrally connected to the first structure portion 21 on both sides by connecting portions 22b that avoid the first structure portion 21 in plan view. The movable portion 22a is configured to operate by electrostatic force by applying a potential difference between the first structure portion 21 and the second structure portion 22. Since the illustrated example is a configuration example of the MEMS vibrator, the movable portion 22a vibrates up and down by applying an AC signal between the two structural portions. In addition, the movable portion 22a is disposed so as to overlap the first structure portion 21 in the entire width direction, and the first structure portion 21 is seen from the edge in the width direction of the movable portion 22a when viewed in a plan view. Each is formed so as to project on both sides.

第1の構造部21から引き出される第2の接続配線24は第2の構造部22と平面的に重ならないように平面的に回避した経路を辿り、上記導体壁31の下方を通過して平面的に見て導体壁31の外側へ引き出される。この第2の接続配線24は、デバイス構成に応じて、基板10に接地されたり、図示しない半導体回路若しくは電子素子に接続されたり、或いは、MEMSデバイスの表面に形成された接続端子部に導電接続されたりする。また、第2の接続配線24は、必要であれば、配線構造部30に含まれる配線14、16の一部の配線パターン部や基板10の表層部に設けられた不純物領域などを介して上記半導体回路若しくは電子素子や接続端子部に接続される。   The second connection wiring 24 drawn out from the first structure portion 21 follows a path that is avoided in a plane so as not to overlap the second structure portion 22 in a plane, and passes below the conductor wall 31 to be planar. As seen, the conductor wall 31 is pulled out. Depending on the device configuration, the second connection wiring 24 is grounded to the substrate 10, connected to a semiconductor circuit or electronic element (not shown), or conductively connected to a connection terminal portion formed on the surface of the MEMS device. Or Further, the second connection wiring 24 is connected to the wiring 14 via the wiring pattern part of the wiring structure part 30, if necessary, through the impurity region provided in the surface layer part of the substrate 10, or the like. It is connected to a semiconductor circuit or an electronic element or a connection terminal portion.

また、第2の構造部22から引き出される第1の接続配線25は、平面的に見て導体壁31の内側に配置された内側接続配線25aと、導体壁31の外側に配置された外側接続配線25bとを有する。内側接続配線25aはMEMS構造体20の第2の構造部22と導体壁31とを導電接続し、外側接続配線25bは導体壁31から外側へ引き出され、上記と同様の半導体回路若しくは電子素子、或いは、接続端子部などに導電接続されている。   Further, the first connection wiring 25 drawn from the second structure portion 22 includes an inner connection wiring 25a disposed inside the conductor wall 31 in plan view and an outer connection disposed outside the conductor wall 31. Wiring 25b. The inner connection wiring 25a conductively connects the second structure portion 22 of the MEMS structure 20 and the conductor wall 31, and the outer connection wiring 25b is led out from the conductor wall 31. The same semiconductor circuit or electronic element as described above, Alternatively, it is conductively connected to a connection terminal portion or the like.

本実施形態では、外側接続配線25bは配線14の一つの配線パターンを介して基板10上に形成された半導体回路、図示例ではその中の電子素子40に接続されている。図示例の場合、当該電子素子40は、基板10の表層部にそれぞれ形成された、不純物領域41及び42並びにこれらの不純物領域41と42の間に構成されたチャネル領域43と、チャネル領域43上に形成されたゲート絶縁膜44と、ゲート絶縁膜44を介して上記チャネル領域43に対向配置されるゲート電極45と、を備えたMOSトランジスタである。なお、このゲート絶縁膜44は後述する犠牲層と同時に同材質で形成され、ゲート電極45は前記下層パターン若しくは上層パターンと同時に同材質で形成することができる。   In the present embodiment, the outer connection wiring 25 b is connected to a semiconductor circuit formed on the substrate 10 through one wiring pattern of the wiring 14, in the illustrated example, to the electronic element 40 therein. In the illustrated example, the electronic element 40 includes impurity regions 41 and 42 formed in the surface layer portion of the substrate 10, a channel region 43 formed between these impurity regions 41 and 42, and the channel region 43. And a gate electrode 45 disposed opposite to the channel region 43 with the gate insulating film 44 interposed therebetween. The gate insulating film 44 can be formed of the same material simultaneously with the sacrificial layer described later, and the gate electrode 45 can be formed of the same material simultaneously with the lower layer pattern or the upper layer pattern.

本実施形態では、下地層12の表面が空洞部20Cの底面を構成し、この底面上に第1の接続配線25が形成されている。すなわち、第1の接続配線25はMEMS構造体20と同じ高さ範囲に設けられ、図示例では第1の構造部21及び環状パターン部26と同層に形成されている。第1の接続配線25は導体壁31と交差し、その交差部より導体壁31の内側の部分が内側接続配線部25aとなり、同交差部より外側の部分が外側接続配線部25bとされる。ただし、内側接続配線部25aと外側接続配線部25bが共に上記交差部において導体壁31と導電接続されている図示例とは異なり、内側接続配線部25aと外側接続配線部25bとが導体壁31の別の部位にそれぞれ導電接続されていても構わない。   In the present embodiment, the surface of the base layer 12 constitutes the bottom surface of the cavity 20C, and the first connection wiring 25 is formed on the bottom surface. That is, the first connection wiring 25 is provided in the same height range as the MEMS structure 20, and is formed in the same layer as the first structure portion 21 and the annular pattern portion 26 in the illustrated example. The first connection wiring 25 intersects with the conductor wall 31, and a portion inside the conductor wall 31 from the intersection is an inner connection wiring portion 25 a and a portion outside the intersection is an outer connection wiring portion 25 b. However, unlike the illustrated example in which the inner connection wiring portion 25a and the outer connection wiring portion 25b are both conductively connected to the conductor wall 31 at the intersection, the inner connection wiring portion 25a and the outer connection wiring portion 25b are connected to the conductor wall 31. Each of the other parts may be conductively connected.

絶縁膜17の上には保護膜18が形成され、この保護膜18は上記空洞部20Cを露出するための開口18aを備えている。保護膜18は窒化シリコン膜で構成されることが好ましいが、他の無機膜や有機樹脂で構成されていてもよい。なお、MEMSデバイスとしては保護膜18を備えていなくても構わない。   A protective film 18 is formed on the insulating film 17, and the protective film 18 has an opening 18a for exposing the cavity 20C. The protective film 18 is preferably composed of a silicon nitride film, but may be composed of other inorganic films or organic resins. Note that the MEMS device may not include the protective film 18.

本実施形態では、MEMS構造体20の第2の構造部22に導電接続された内側接続配線部25aが導体壁31に導電接続され、この導体壁31から外側接続配線部25bが引き出されているので、第2の構造部22を導体壁31を介して外側の回路や端子などに導電接続することができる。この場合、従来のようにMEMS構造体20から導体壁31を迂回して配線を引き出す必要がないので、MEMS構造体20の周囲の階層構造を簡易に構成することが可能になり、MEMSデバイスの小型化や製造工数の低減及びこれによる製造コストの削減を図ることができる。   In the present embodiment, the inner connection wiring portion 25 a that is conductively connected to the second structure portion 22 of the MEMS structure 20 is conductively connected to the conductor wall 31, and the outer connection wiring portion 25 b is drawn from the conductor wall 31. Therefore, the second structural portion 22 can be conductively connected to the outside circuit, terminal, or the like via the conductor wall 31. In this case, since there is no need to bypass the conductor wall 31 from the MEMS structure 20 as in the prior art and to draw out the wiring, the hierarchical structure around the MEMS structure 20 can be easily configured. It is possible to reduce the size, the number of manufacturing steps, and the manufacturing cost.

また、内側接続配線部25aにより第2の構造部22を導体壁31と導電接続したことにより、MEMS構造体20と導体壁31との間の寄生容量を低減することが可能になる。特に、第1の構造部21より導体壁31側(基板10とは反対側)に配置された第2の構造部22が導体壁31と導電接続されることで、寄生容量の低減効果がより高められる。これにより、たとえばMEMS振動子ではフロアーレベルが低減できてフィルタ特性の向上(挿入損失の低減)が図れるなど、MEMSデバイスの性能を高めることができる。   Further, since the second structure portion 22 is conductively connected to the conductor wall 31 by the inner connection wiring portion 25a, the parasitic capacitance between the MEMS structure 20 and the conductor wall 31 can be reduced. In particular, since the second structure portion 22 disposed on the conductor wall 31 side (the side opposite to the substrate 10) from the first structure portion 21 is conductively connected to the conductor wall 31, the parasitic capacitance can be reduced more effectively. Enhanced. Thereby, for example, in the MEMS vibrator, the floor level can be reduced and the filter characteristics can be improved (insertion loss can be reduced), so that the performance of the MEMS device can be improved.

さらに、本実施形態では、MEMS構造体20のうち、下層パターンで構成される第1の構造部21が導体壁31の下方を通過する第2の接続配線24に導電接続され、上層パターンで構成される第2の構造部22が導体壁31に接続される第1の接続配線25に導電接続されるので、MEMS構造体20の上下配置と第1の接続配線25と第2の接続配線24の上下配置とが整合した構造となるため、MEMS構造体20の周辺構造をさらに簡易に構成できる。   Further, in the present embodiment, in the MEMS structure 20, the first structure portion 21 configured by the lower layer pattern is conductively connected to the second connection wiring 24 that passes below the conductor wall 31 and configured by the upper layer pattern. Since the second structure portion 22 is conductively connected to the first connection wiring 25 connected to the conductor wall 31, the upper and lower arrangement of the MEMS structure 20, the first connection wiring 25, and the second connection wiring 24 are used. Therefore, the peripheral structure of the MEMS structure 20 can be configured more easily.

本実施形態では、MEMS構造体20を導体壁31が平面的に完全に取り巻くように構成されるとともに、導体壁31の内面全体が空洞部20Cに臨むように、すなわち、導体壁31の内側に絶縁膜その他の材料が残存しないように構成される。これによって、MEMS構造体20に対し、絶縁膜その他の材料による不純物の移動やガスの発生などに起因する汚染を防止することができる。ただし、本発明はこのような態様に限定されるものではなく、導体壁31の内面上に絶縁膜その他の材料が存在していても構わない。   In the present embodiment, the MEMS structure 20 is configured so that the conductor wall 31 completely surrounds the plane, and the entire inner surface of the conductor wall 31 faces the cavity 20C, that is, inside the conductor wall 31. The insulating film and other materials are configured not to remain. As a result, the MEMS structure 20 can be prevented from being contaminated due to the movement of impurities or the generation of gas due to the insulating film or other materials. However, the present invention is not limited to such an embodiment, and an insulating film or other material may be present on the inner surface of the conductor wall 31.

なお、本実施形態においては、第2の構造部22が第1の接続配線25を介して半導体回路若しくは上記電子素子40に導電接続されているが、第1の構造部21が第2の接続配線24を介して半導体回路若しくは上記電子素子40に導電接続されていてもよく、或いは、第1の構造部21と第2の構造部22の双方がそれぞれ半導体回路若しくは電子素子に導電接続されていてもよい。また、第1の構造部21と第2の構造部22の一方が基板10若しくは接地電位に導電接続されていてもよい。これらの接続態様は、MEMSデバイスの構成、動作原理、使用方法等に応じて適宜に設定される。   In the present embodiment, the second structure portion 22 is conductively connected to the semiconductor circuit or the electronic element 40 via the first connection wiring 25, but the first structure portion 21 is connected to the second connection. It may be conductively connected to the semiconductor circuit or the electronic element 40 via the wiring 24, or both the first structure portion 21 and the second structure portion 22 are conductively connected to the semiconductor circuit or the electronic element, respectively. May be. Further, one of the first structure portion 21 and the second structure portion 22 may be conductively connected to the substrate 10 or a ground potential. These connection modes are appropriately set according to the configuration, operation principle, usage method, and the like of the MEMS device.

また、第1の接続配線25及び第2の接続配線24はそれぞれ配線14や16の適宜の配線パターン部若しくは基板10の表層部に設けられた不純物領域などのいずれの導電体を介して半導体回路若しくは電子素子、接続端子、基板10等と接続されていても構わない。   Further, the first connection wiring 25 and the second connection wiring 24 are connected to the semiconductor circuit via any conductor such as an appropriate wiring pattern portion of the wirings 14 and 16 or an impurity region provided in the surface layer portion of the substrate 10. Alternatively, it may be connected to an electronic element, a connection terminal, the substrate 10 or the like.

[第2実施形態]
次に、図3及び図4を参照して本発明に係る第2実施形態のMEMSデバイスについて説明する。図3は本実施形態のMEMSデバイスの概略平面図、図4は同実施形態の概略縦断面図である。なお、本実施形態では、上記第1実施形態の各部に相当する部分については同一符号を付し、それらの説明は省略する。
[Second Embodiment]
Next, a MEMS device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a schematic plan view of the MEMS device of the present embodiment, and FIG. 4 is a schematic longitudinal sectional view of the same embodiment. In the present embodiment, portions corresponding to the respective portions of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

本実施形態では、MEMS構造体20の第1の構造部21が第1の接続配線25と導電接続され、第2の構造部22が第2の接続配線24と導電接続されている点で上記第1実施形態とは異なるが、他の構成、たとえば、基板、絶縁膜11、下地層12、MEMS構造体20、空洞部20C、配線構造部30、導体壁31のそれぞれについては第1実施形態と同様である。   In the present embodiment, the first structure portion 21 of the MEMS structure 20 is conductively connected to the first connection wiring 25, and the second structure portion 22 is conductively connected to the second connection wiring 24. Although different from the first embodiment, other configurations such as the substrate, the insulating film 11, the underlayer 12, the MEMS structure 20, the cavity 20C, the wiring structure 30, and the conductor wall 31 are described in the first embodiment. It is the same.

本実施形態においても第1の接続配線25と環状パターン部26とが一体に構成され、これにより、第1の構造部21が導体壁31に導電接続される。また、第2の構造部21は下地層12に設けられた開口12bを通して第2の接続配線24に導電接続され、この第2の接続配線が配線14の一部の配線パターンを介して半導体回路若しくは電子素子40に導電接続される。   Also in the present embodiment, the first connection wiring 25 and the annular pattern portion 26 are integrally formed, and thereby the first structure portion 21 is conductively connected to the conductor wall 31. The second structure portion 21 is conductively connected to the second connection wiring 24 through the opening 12 b provided in the base layer 12, and the second connection wiring is connected to the semiconductor circuit via a part of the wiring pattern of the wiring 14. Alternatively, the electronic element 40 is conductively connected.

本実施形態では、第1の構造部21が導体壁31に導電接続されるため、第1実施形態と同様にMEMS構造体20と導体壁31の間の寄生容量を低減することができることから、MEMSデバイスの性能を向上させることができる。ここで、導体壁31に導電接続される第1の構造部21は第2の構造部22より基板10側(導体壁31とは反対側)に配置されているが、寄生容量の低減効果自体は得られる。また、第1の構造部21が基板10の電位とされる場合(例えば共に接地電位とされる場合)には、導体壁31と基板10との間の寄生容量も低減できる。   In the present embodiment, since the first structure portion 21 is conductively connected to the conductor wall 31, the parasitic capacitance between the MEMS structure 20 and the conductor wall 31 can be reduced as in the first embodiment. The performance of the MEMS device can be improved. Here, the first structure portion 21 that is conductively connected to the conductor wall 31 is disposed on the substrate 10 side (the side opposite to the conductor wall 31) from the second structure portion 22, but the parasitic capacitance reduction effect itself. Is obtained. Further, when the first structure portion 21 is set at the potential of the substrate 10 (for example, when both are set at the ground potential), the parasitic capacitance between the conductor wall 31 and the substrate 10 can also be reduced.

なお、本実施形態においても、第1実施形態において説明した各部のバリエーションについてはそれぞれ同様に構成することが可能である。   Also in this embodiment, the variations of the respective parts described in the first embodiment can be similarly configured.

[第3実施形態]
次に、図5及び図6を参照して本発明に係る第3実施形態のMEMSデバイスについて説明する。図5は本実施形態のMEMSデバイスの概略平面図、図6は同実施形態の概略縦断面図である。なお、本実施形態においても、上記第1実施形態の各部に相当する部分については同一符号を付し、それらの説明は省略する。
[Third Embodiment]
Next, a MEMS device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a schematic plan view of the MEMS device of the present embodiment, and FIG. 6 is a schematic longitudinal sectional view of the same embodiment. Also in this embodiment, parts corresponding to the parts of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

本実施形態では、MEMS構造体20の構造が異なる点以外は上記第1実施形態と同様に構成されているので、第1実施形態と同様の点については説明を省略する。また、本実施形態はMEMS構造体20の構造以外の点については上記第2実施形態と同様に構成することも可能である。   In the present embodiment, the configuration of the MEMS structure 20 is the same as that of the first embodiment except that the structure is different from that of the first embodiment. Therefore, the description of the same points as in the first embodiment is omitted. In addition, the present embodiment can be configured in the same manner as the second embodiment with respect to points other than the structure of the MEMS structure 20.

本実施形態において、MEMS構造体20は、第1の構造部21と、この第1の構造部21の片側から第1の構造部21の上方に張り出した可動部22aを有する第2の構造部22を備えている。そして、第1の構造部21に導電接続された第2の接続配線24は、第2の構造部22とは反対側に引き出されている。また、第2の構造部22に導電接続された第1の接続配線25は、第1の構造部21とは反対側に引き出されている。また、可動部22aは幅方向全体に第1の構造部21と平面的に重なるように配置されるとともに、第1の構造部21は平面的に見て可動部22aの幅方向の縁部よりそれぞれ両側に張り出すように形成されている。   In the present embodiment, the MEMS structure 20 includes a first structure portion 21 and a second structure portion having a movable portion 22 a that protrudes from one side of the first structure portion 21 to the upper side of the first structure portion 21. 22 is provided. Then, the second connection wiring 24 that is conductively connected to the first structure portion 21 is drawn to the opposite side to the second structure portion 22. In addition, the first connection wiring 25 that is conductively connected to the second structure portion 22 is drawn to the opposite side to the first structure portion 21. In addition, the movable portion 22a is disposed so as to overlap the first structure portion 21 in the entire width direction, and the first structure portion 21 is seen from the edge in the width direction of the movable portion 22a when viewed in a plan view. Each is formed so as to project on both sides.

上記のように構成されたMEMS構造体20では、第1の構造部21と第2の構造部22からなる基本構造を簡易に構成できるので、MEMSデバイスの小型化を図ることができる。   In the MEMS structure 20 configured as described above, since the basic structure including the first structure portion 21 and the second structure portion 22 can be easily configured, the size of the MEMS device can be reduced.

[第4実施形態]
次に、図7及び図8を参照して本発明に係る第4実施形態のMEMSデバイスについて説明する。図7は本実施形態のMEMSデバイスの概略平面図、図8は同実施形態の概略縦断面図である。なお、本実施形態では、上記第1実施形態の各部に相当する部分については同一符号を付し、それらの説明は省略する。
[Fourth Embodiment]
Next, a MEMS device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a schematic plan view of the MEMS device of the present embodiment, and FIG. 8 is a schematic longitudinal sectional view of the same embodiment. In the present embodiment, portions corresponding to the respective portions of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

本実施形態では、基板10上の絶縁膜11、下地層12、MEMS構造体20及び配線構造部30からなる基本構造については上記第1実施形態と同様に構成されている。また、これらの基本構造は上記第3実施形態と同様に構成することもできる。したがって、以下の説明では当該基本構造についての説明は省略する。   In the present embodiment, the basic structure including the insulating film 11, the base layer 12, the MEMS structure 20, and the wiring structure portion 30 on the substrate 10 is configured in the same manner as in the first embodiment. Moreover, these basic structures can also be comprised similarly to the said 3rd Embodiment. Therefore, description of the basic structure is omitted in the following description.

本実施形態では、導体壁31に平面的に囲まれた空洞部20Cの上部に、MEMS構造体20を上方から覆う被覆層16Yが形成される。この被覆層16Yは配線構造部30に含まれる配線16の一部で構成されている。被覆層16Yには空洞部20Cに連通する1又は複数の開口16aが形成されている。また、被覆層16Yの上記開口16aは、被覆層16Y上に形成された封止層19によって閉鎖されている。この被覆層16Y及び封止層19は空洞部20Cを密閉し、MEMS構造体20を封止する蓋体を構成する。このように空洞部20Cが蓋体によって密閉されることで、MEMS構造体20を封止できるので、MEMS構造体20の汚染や動作不良を防止することができる。また、空洞部20Cを減圧(真空に)したり、不活性ガス等を充てんしたりすることができるため、MEMSデバイスの性能の確保や向上を図ることができる。   In the present embodiment, a coating layer 16Y that covers the MEMS structure 20 from above is formed on the upper portion of the cavity 20C that is surrounded by the conductor wall 31 in a plan view. The covering layer 16 </ b> Y is configured by a part of the wiring 16 included in the wiring structure unit 30. The covering layer 16Y is formed with one or a plurality of openings 16a communicating with the cavity 20C. The opening 16a of the covering layer 16Y is closed by a sealing layer 19 formed on the covering layer 16Y. The covering layer 16Y and the sealing layer 19 constitute a lid for sealing the MEMS structure 20 by sealing the cavity 20C. Thus, since the cavity part 20C is sealed with the lid body, the MEMS structure 20 can be sealed, so that contamination and malfunction of the MEMS structure 20 can be prevented. Moreover, since the cavity 20C can be depressurized (vacuum) or filled with an inert gas or the like, the performance of the MEMS device can be ensured or improved.

本実施形態では、導体壁31は、第1実施形態と同様の環状パターン部26、配線14の一部で構成された環状壁部14X及び配線16の一部で構成された環状壁部16Xからなるが、この導体壁31の上部が配線16の一部で構成された被覆層16Yと接続されている。特に、被覆層16Yと導体壁31の接続部分はMEMS構造体20を平面的に取り巻く全周に亘って設けられているので、MEMS構造体20は基板10上においては実質的に導体によって包囲されていることとなる。したがって、MEMS構造体20に対する外来の電磁界の影響をほとんど遮断することができる。このような観点においては、上記封止層19も導電体で構成することで電磁遮蔽の効果をさらに高めることができる。   In the present embodiment, the conductor wall 31 includes an annular pattern portion 26 similar to the first embodiment, an annular wall portion 14X constituted by a part of the wiring 14, and an annular wall portion 16X constituted by a part of the wiring 16. However, the upper portion of the conductor wall 31 is connected to the coating layer 16 </ b> Y constituted by a part of the wiring 16. In particular, since the connecting portion of the covering layer 16Y and the conductor wall 31 is provided over the entire circumference surrounding the MEMS structure 20 in a plane, the MEMS structure 20 is substantially surrounded by the conductor on the substrate 10. Will be. Therefore, the influence of the external electromagnetic field on the MEMS structure 20 can be almost blocked. From such a viewpoint, the effect of electromagnetic shielding can be further enhanced by forming the sealing layer 19 from a conductor.

本実施形態では空洞部20Cが密閉されているので、空洞部20C内に絶縁膜その他の材料が残存すると、MEMS構造体20に対する当該絶縁膜その他の材料による不純物の移動やガスの発生などに起因する汚染の影響が大きくなる。しかしながら、図示例では、MEMS構造体20を導体壁31が平面的に完全に取り巻くように構成されるとともに、導体壁31の内面全体が空洞部20Cに臨むように、すなわち、導体壁31の内側に絶縁膜その他の材料が残存しないように構成しているので、MEMS構造体20に対する汚染を防止することができる。ただし、本発明はこのような態様に限定されるものではなく、導体壁31の内面上に絶縁膜その他の材料が存在していても構わない。   In this embodiment, since the cavity 20C is sealed, if an insulating film or other material remains in the cavity 20C, it is caused by movement of impurities or generation of gas due to the insulating film or other material with respect to the MEMS structure 20. The effect of contamination will increase. However, in the illustrated example, the MEMS structure 20 is configured such that the conductor wall 31 completely surrounds the plane, and the entire inner surface of the conductor wall 31 faces the cavity 20C, that is, the inside of the conductor wall 31. Therefore, the MEMS film 20 can be prevented from being contaminated. However, the present invention is not limited to such an embodiment, and an insulating film or other material may be present on the inner surface of the conductor wall 31.

[第5実施形態]
次に、図9及び図10を参照して本発明に係る第5実施形態のMEMSデバイスについて説明する。図9は本実施形態のMEMSデバイスの概略平面図、図10は同実施形態の概略縦断面図である。なお、本実施形態では、上記第2実施形態の各部に相当する部分については同一符号を付し、それらの説明は省略する。
[Fifth Embodiment]
Next, a MEMS device according to a fifth embodiment of the invention will be described with reference to FIGS. FIG. 9 is a schematic plan view of the MEMS device of the present embodiment, and FIG. 10 is a schematic longitudinal sectional view of the same embodiment. In the present embodiment, portions corresponding to the respective portions of the second embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.

本実施形態では、基板10上の絶縁膜11、下地層12、MEMS構造体20及び配線構造部30からなる基本構造については上記第2実施形態と同様に構成されている。また、これらの基本構造は上記第3実施形態と同様に構成することもできる。したがって、以下の説明では当該基本構造についての説明は省略する。   In the present embodiment, the basic structure including the insulating film 11, the base layer 12, the MEMS structure 20, and the wiring structure portion 30 on the substrate 10 is configured in the same manner as in the second embodiment. Moreover, these basic structures can also be comprised similarly to the said 3rd Embodiment. Therefore, description of the basic structure is omitted in the following description.

また、本実施形態では、上記被覆層16Y及び封止層19からなる蓋体の構造及びこの蓋体と導体壁14との関係については上記第4実施形態と同様である。したがって、蓋体を設けることによるMEMS構造体20の封止による効果と、電磁遮蔽効果とを第4実施形態と同様に得ることができる。   Further, in the present embodiment, the structure of the lid body including the covering layer 16Y and the sealing layer 19 and the relationship between the lid body and the conductor wall 14 are the same as those in the fourth embodiment. Therefore, the effect of sealing the MEMS structure 20 by providing the lid and the electromagnetic shielding effect can be obtained as in the fourth embodiment.

[第6実施形態]
次に、図11を参照して本発明に係るMEMSデバイスの製造方法の実施形態について説明する。図11は、MEMSデバイスの製造方法の主要工程の概略工程断面図(a)〜(d)である。なお、この実施形態は上記第4実施形態のMEMSデバイスを製造する場合を前提とするが、上記の第1実施形態乃至第3実施形態若しくは第5実施形態についても同様に一部の工程を入れ替えたり、省略したりすることで容易に実現することができる。
[Sixth Embodiment]
Next, an embodiment of a method for manufacturing a MEMS device according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a schematic process cross-sectional view (a) to (d) of a main process of a method for manufacturing a MEMS device. In addition, although this embodiment presupposes the case where the MEMS device of the said 4th Embodiment is manufactured, a part of process is similarly replaced also about said 1st Embodiment thru | or 3rd Embodiment or 5th Embodiment. Or can be easily realized by omitting.

本実施形態では、図11(a)に示すように、例えばシリコン基板よりなる基板10上に熱酸化法やCVD法などにより酸化シリコン等よりなる絶縁膜11を形成し、その上に蒸着法やスパッタリング法及びフォトリソグラフィ法等によりアルミニウムや銅などの導体パターンで第2の接続配線24を形成する。その後、CVD法やスパッタリング法などにより窒化シリコン等よりなる下地層12を形成する。この下地層12は後述するリリース工程におけるエッチングストップ層として機能する。ただし、この下地層12には上記第2の接続配線24に連通する開口12aを形成する。   In this embodiment, as shown in FIG. 11A, for example, an insulating film 11 made of silicon oxide or the like is formed on a substrate 10 made of, for example, a silicon substrate by a thermal oxidation method, a CVD method, or the like. The second connection wiring 24 is formed with a conductor pattern such as aluminum or copper by sputtering or photolithography. Thereafter, the base layer 12 made of silicon nitride or the like is formed by CVD or sputtering. The underlayer 12 functions as an etching stop layer in a release process described later. However, the opening 12 a communicating with the second connection wiring 24 is formed in the base layer 12.

その後、下層パターンとして、導電体、たとえば導電性のポリシリコンによりCVD法等によって成膜し、フォトリソグラフィ法等を用いてパターニングすることで第1の構造部21を形成する。この第1の構造部21は上記下地層12上の上記開口12aを含む領域に形成され、当該開口12aを介して上記第2の接続配線24と導電接続される。ただし、第2実施形態の基本構造を製造する場合には第1の構造部21は開口12b(図4参照)を回避した領域に形成され、後述する第1の接続配線25及び環状パターン部26と導電接続される。   Thereafter, as a lower layer pattern, a first conductor 21 is formed by forming a film with a conductive material, for example, conductive polysilicon by a CVD method or the like, and patterning with a photolithography method or the like. The first structure portion 21 is formed in a region including the opening 12a on the base layer 12, and is conductively connected to the second connection wiring 24 through the opening 12a. However, when the basic structure of the second embodiment is manufactured, the first structure portion 21 is formed in a region avoiding the opening 12b (see FIG. 4), and a first connection wiring 25 and an annular pattern portion 26, which will be described later, are formed. And conductively connected.

次に、第1の構造部21上に犠牲層23を形成する。図示例では犠牲層23は第1の構造部21全体を被覆した状態に形成されている。この場合、犠牲層23はCVD法やスパッタリング法などで成膜することにより形成することもできるが、第1の構造部21を表面酸化することによって形成してもよい。たとえば、第1の構造部21がシリコン層で構成される場合、熱酸化法によって形成されるシリコン熱酸化膜を犠牲層23とすることができる。   Next, a sacrificial layer 23 is formed on the first structure portion 21. In the illustrated example, the sacrificial layer 23 is formed so as to cover the entire first structure portion 21. In this case, the sacrificial layer 23 can be formed by film formation by a CVD method, a sputtering method, or the like, but may be formed by surface oxidation of the first structure portion 21. For example, when the first structure portion 21 is composed of a silicon layer, a silicon thermal oxide film formed by a thermal oxidation method can be used as the sacrificial layer 23.

次に、上記犠牲層23上に導電性のポリシリコン等の導電体よりなる上層パターンを形成する。そして、この上層パターンにより、第2の構造部22と、第1の接続配線25及び環状パターン部26を形成する。本実施形態では、第2の構造部22は、第1の接続配線25及び環状パターン部26と導電接続されるように一体のパターンとして構成される。ただし、第2実施形態の基本構造を製造する場合には、第2の構造部22は開口12b(図4参照)を含む領域に形成され、上記第2の接続配線24と導電接続される。   Next, an upper layer pattern made of a conductive material such as conductive polysilicon is formed on the sacrificial layer 23. Then, the second structure portion 22, the first connection wiring 25, and the annular pattern portion 26 are formed by this upper layer pattern. In the present embodiment, the second structure portion 22 is configured as an integral pattern so as to be conductively connected to the first connection wiring 25 and the annular pattern portion 26. However, when the basic structure of the second embodiment is manufactured, the second structure portion 22 is formed in a region including the opening 12b (see FIG. 4) and is conductively connected to the second connection wiring 24.

なお、本実施形態では下層パターンで第1の構造部21を形成し、上層パターンで第2の構造部22、第1の接続配線25及び環状パターン部26を形成しているが、これとは異なり、下層パターンで第1の構造部21、第1の接続配線25及び環状パターン部26を形成し、上層パターンで第2の構造部22を形成してもよい。本実施形態のように第1実施形態の基本構造を製造する場合には前者が好ましく、第2実施形態の基本構造を製造する場合には後者が好ましい。いずれにしても、第2の構造部22には、犠牲層23上に形成される可動部22aが設けられる。   In this embodiment, the first structure portion 21 is formed by the lower layer pattern, and the second structure portion 22, the first connection wiring 25, and the annular pattern portion 26 are formed by the upper layer pattern. Alternatively, the first structure portion 21, the first connection wiring 25, and the annular pattern portion 26 may be formed with a lower layer pattern, and the second structure portion 22 may be formed with an upper layer pattern. The former is preferable when manufacturing the basic structure of the first embodiment as in this embodiment, and the latter is preferable when manufacturing the basic structure of the second embodiment. In any case, the second structure portion 22 is provided with a movable portion 22 a formed on the sacrificial layer 23.

上記の下層パターンや上層パターンを構成する導電体としては、上述のように導電性を付与したシリコンを用いることが好ましい。たとえば、リンなどのn型ドーパントを不純物として導入した多結晶シリコン若しくはアモルファスシリコンである。ドーパントとしてはn型ドーパントに限らず、ホウ素などのp型ドーパントを用いることも可能である。このような素材はCVD法、スパッタリング法等により容易に成膜することができる。ただし、上記の素材としては、MEMS構造体20の動作に必要な程度の導電性を有する導電体であれば如何なるものであってもよく、たとえば、アルミニウム等の金属であってもよい。   As the conductor constituting the lower layer pattern and the upper layer pattern, it is preferable to use silicon provided with conductivity as described above. For example, polycrystalline silicon or amorphous silicon into which an n-type dopant such as phosphorus is introduced as an impurity. The dopant is not limited to the n-type dopant, and a p-type dopant such as boron can also be used. Such a material can be easily formed by a CVD method, a sputtering method, or the like. However, the material may be any material as long as it is a conductive material having a degree of conductivity necessary for the operation of the MEMS structure 20, and may be, for example, a metal such as aluminum.

その後、第1の構造部21及び第2の構造部22を有するMEMS構造体20、第1の接続配線25及び環状パターン部26、並びに下地層12上に、アルミニウムや銅等の導体パターンで構成される配線14、16と、酸化シリコン等の層間絶縁膜で構成される絶縁膜13、15、17とが交互に積層されてなる配線構造部30が設けられる。   Thereafter, the MEMS structure 20 having the first structure portion 21 and the second structure portion 22, the first connection wiring 25 and the annular pattern portion 26, and the base layer 12 are configured with a conductor pattern such as aluminum or copper. A wiring structure portion 30 is provided in which the wirings 14 and 16 and the insulating films 13, 15 and 17 made of an interlayer insulating film such as silicon oxide are alternately stacked.

ここで、絶縁膜13、15には環状の開口がMEMS構造体20を取り囲むように設けられ、この開口を含む領域に配線14、16を形成することで、これらの環状の開口内に配置される環状貫通部14L、16Lと、絶縁膜13、15、17上に配置される環状パターン部14U、16Uとによって環状壁部14X、16Xが形成される。そして、上記環状パターン部26、環状壁部14X及び16Xによって導体壁31が形成される。   Here, annular openings are provided in the insulating films 13 and 15 so as to surround the MEMS structure 20, and the wirings 14 and 16 are formed in a region including the openings, thereby being arranged in these annular openings. The annular wall portions 14X and 16X are formed by the annular through portions 14L and 16L and the annular pattern portions 14U and 16U disposed on the insulating films 13, 15, and 17, respectively. A conductor wall 31 is formed by the annular pattern portion 26 and the annular wall portions 14X and 16X.

また、上記配線16を形成するときに、MEMS構造体20上の絶縁膜15上に被覆層16Yが形成される。この被覆層16Yは上述のように開口16aを有するが、この開口16aも配線16のパターニング時に同時に形成される。なお、MEMS構造体20上に積層された絶縁膜13及び15はMEMS構造体20の厚みを反映して図示のようにやや上側に凸となるように盛り上がるので、被覆層16Yもまた上側に凸の曲面状となるように形成される。なお、絶縁膜17は被覆層16Yの開口16aを含む領域が露出するようにパターニングされる。その後、図11(b)に示すように、最上部に窒化シリコンや有機樹脂等よりなる保護膜18を形成し、この保護膜18にも被覆層16Yの開口16aを含む領域を露出する開口18aが設けられる。   Further, when the wiring 16 is formed, a coating layer 16 </ b> Y is formed on the insulating film 15 on the MEMS structure 20. The covering layer 16Y has the opening 16a as described above. The opening 16a is also formed at the same time as the wiring 16 is patterned. Since the insulating films 13 and 15 stacked on the MEMS structure 20 reflect the thickness of the MEMS structure 20 so as to protrude slightly upward as illustrated, the coating layer 16Y also protrudes upward. The curved surface is formed. The insulating film 17 is patterned so that the region including the opening 16a of the coating layer 16Y is exposed. Thereafter, as shown in FIG. 11B, a protective film 18 made of silicon nitride, organic resin, or the like is formed on the uppermost portion, and an opening 18a that exposes a region including the opening 16a of the covering layer 16Y also on the protective film 18 is formed. Is provided.

次に、図11(b)に示す状態で、弗酸を主体とする例えば緩衝弗酸等のエッチング液を用いて、被覆層16Yの開口16aを通して犠牲層23及び絶縁膜13、15のエッチングを行うリリース工程を実施し、図11(c)に示すように、MEMS構造体20の周囲に空洞部20Cを形成する。   Next, in the state shown in FIG. 11B, the sacrificial layer 23 and the insulating films 13 and 15 are etched through the opening 16a of the coating layer 16Y using an etchant such as buffered hydrofluoric acid mainly containing hydrofluoric acid. A release process is performed, and a cavity 20C is formed around the MEMS structure 20 as shown in FIG.

本実施形態では、MEMS構造体20の下地面は上記エッチングに対する耐性を有する下地層12により形成され、MEMS構造体20の周囲も上記エッチングに対する耐性を有する導体壁31により取り囲まれているため、エッチング時間を十分に採ってもエッチング範囲が下地面から下方に向けて、或いは、導体壁31の周囲に向けて広がる虞がない。したがって、第1の構造部21と第2の構造部22の対向領域などの狭隘部内に犠牲層23が残存しないように十分にエッチングを行うことができるので、当該リリース工程のマージンを十分に確保することができる。すなわち、MEMS構造体20を確実に解放(リリース)することができるとともに、エッチング液の周囲への侵入により、導体壁31の外側の絶縁膜の境界面に沿った侵食、当該外側の配線パターンの腐食などを回避できる。したがって、MEMSデバイスの特性の安定化や再現性の向上により、特性精度の向上や歩留まりの向上を図ることができるとともに、デバイスの信頼性を高めることができる。   In the present embodiment, the lower ground of the MEMS structure 20 is formed by the underlayer 12 having resistance to the etching, and the periphery of the MEMS structure 20 is surrounded by the conductor wall 31 having resistance to the etching. Even if sufficient time is taken, there is no possibility that the etching range extends downward from the base surface or around the conductor wall 31. Accordingly, the etching can be sufficiently performed so that the sacrificial layer 23 does not remain in the narrow portion such as the opposing region of the first structure portion 21 and the second structure portion 22, so that a sufficient margin for the release process is ensured. can do. That is, the MEMS structure 20 can be reliably released (released), and erosion along the boundary surface of the insulating film on the outer side of the conductor wall 31 due to the penetration of the etching solution into the periphery, Corrosion can be avoided. Therefore, by stabilizing the characteristics of the MEMS device and improving reproducibility, it is possible to improve characteristic accuracy and yield, and to improve device reliability.

特に、本実施形態では、被覆層16Yが導体壁31と一体に接続され、しかも、被覆層16Yと導体壁31とが全周に亘って接続されているので、下地面上の高さ範囲全体に亘ってエッチング範囲を規定することができるため、上記効果をさらに高めることができる。   In particular, in this embodiment, the covering layer 16Y is integrally connected to the conductor wall 31, and the covering layer 16Y and the conductor wall 31 are connected over the entire circumference, so that the entire height range on the base surface is increased. Since the etching range can be defined over the range, the above effect can be further enhanced.

上記のように構成されたMEMS構造体20では、第2の構造部22に設けられた可動部22aが第1の構造部21と間隙を介して対向配置される。これによって可動部22aは可動状態とされるので、固定電極である第1の構造部21と可動電極である第2の構造部22との間に交流信号を与えると、静電力により可動部22aが上記間隙を増減する態様で図示上下方向に振動する。   In the MEMS structure 20 configured as described above, the movable portion 22a provided in the second structure portion 22 is disposed to face the first structure portion 21 with a gap. Accordingly, the movable portion 22a is brought into a movable state. Therefore, when an AC signal is applied between the first structure portion 21 that is a fixed electrode and the second structure portion 22 that is a movable electrode, the movable portion 22a is caused by an electrostatic force. Vibrates in the vertical direction in the figure in a manner to increase or decrease the gap.

また、本実施形態では、上述のように被覆層16Yが上に凸となるように湾曲した曲面状とされているので、上記リリース工程時やそれ以降において、被覆層16Yの上下方向の変形に対する剛性を高めることができ、製造条件等に起因する被覆層16Yの陥没(これは、MEMSデバイスの不良を招く。)が生ずる可能性を低減できる。   Further, in the present embodiment, as described above, the coating layer 16Y has a curved surface curved so as to be convex upward, so that the coating layer 16Y can be prevented from being deformed in the vertical direction during the release step or thereafter. The rigidity can be increased, and the possibility that the covering layer 16Y is depressed due to the manufacturing conditions or the like (this causes a defect of the MEMS device) can be reduced.

次に、図11(d)に示すように、上記被覆層16Y上に封止層19を形成し、開口16aを閉鎖することにより、空洞部20Cを密閉する。これによってMEMS構造体20は封止された状態となる。封止層19は、たとえば、蒸着法、スパッタリング法、CVD法などといった気相法により成膜することが好ましい。この場合には、別工程を設けることなく、空洞部20Cを気相法の適用時と同じ減圧状態(真空状態)に封止した状態、或いは、不活性ガス等を封入した状態とすることができる。また、封止層19は、有機樹脂等を被覆層16Y上に塗布することによって形成することも可能である。   Next, as shown in FIG. 11 (d), a sealing layer 19 is formed on the covering layer 16Y, and the cavity 20C is sealed by closing the opening 16a. As a result, the MEMS structure 20 is sealed. The sealing layer 19 is preferably formed by a vapor phase method such as vapor deposition, sputtering, or CVD. In this case, without providing a separate step, the cavity 20C may be sealed in the same reduced pressure state (vacuum state) as when the vapor phase method is applied, or in a state in which an inert gas or the like is sealed. it can. The sealing layer 19 can also be formed by applying an organic resin or the like on the coating layer 16Y.

本実施形態では、導体壁31は、MEMS構造体20が形成される高さ範囲では当該MEMS構造体20の第1の構造部21又は第2の構造部22と同時に同材質で形成され、MEMS構造体20が形成される高さ範囲を越える範囲では配線構造部30の配線14,16と同時に同材質で形成されるので、製造工数を増加させずに基板上の高い層レベルまで導体壁31を形成することができる。   In the present embodiment, the conductor wall 31 is formed of the same material at the same time as the first structure portion 21 or the second structure portion 22 of the MEMS structure 20 in the height range in which the MEMS structure 20 is formed. In the range exceeding the height range in which the structure 20 is formed, since the same material is formed at the same time as the wirings 14 and 16 of the wiring structure portion 30, the conductor wall 31 is increased to a high layer level on the substrate without increasing the number of manufacturing steps. Can be formed.

もっとも、導体壁31が図示例より低い構造であってもよい場合には、導体壁31は、MEMS構造体20が形成される高さ範囲においても配線構造部30の配線14,16と同時に同材質で形成することが可能である。   However, when the conductor wall 31 may have a lower structure than the illustrated example, the conductor wall 31 is the same as the wirings 14 and 16 of the wiring structure portion 30 in the height range where the MEMS structure 20 is formed. It can be formed of a material.

また、本実施形態では被覆層16Yが配線構造部30の配線16と同時に同工程にて形成されるので、この点でも製造工数の増加を抑制することができる。   In the present embodiment, since the coating layer 16Y is formed in the same process as the wiring 16 of the wiring structure portion 30, an increase in the number of manufacturing steps can be suppressed in this respect.

尚、本発明のMEMSデバイスの製造方法は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。たとえば、上記実施形態ではMEMSデバイスとして片持ち梁状の動作部構造を有するMEMSデバイスを例に説明したが、本発明のMEMSデバイスとしては、可動部の両側に支持部がそれぞれ接続されてなる両持ち梁状の動作部構造を有するものであっても良く、さらには、可動部の周囲に3以上の支持部がそれぞれ接続されてなる動作部構造を有するものであっても構わない。   In addition, the manufacturing method of the MEMS device of this invention is not limited only to the above-mentioned illustration example, Of course, various changes can be added within the range which does not deviate from the summary of this invention. For example, in the above-described embodiment, a MEMS device having a cantilever-shaped operation unit structure has been described as an example of the MEMS device. However, as the MEMS device of the present invention, both support units are connected to both sides of the movable unit. It may have a cantilever-like moving part structure, or may have a moving part structure in which three or more support parts are connected around the movable part.

また、上記実施形態ではMEMS振動子を例示して説明を行ったが、本発明は、支持部によって動作可能に支持された可動部を有するもの、たとえば、MEMSアクチュエータ、MEMSスイッチ、MEMSセンサ(加速度センサや圧力センサなど)、或いは、基板上において立体的構造を有するものなど、種々のMEMSデバイスに広く適用できるものである。   In the above embodiment, the MEMS vibrator has been described as an example. However, the present invention has a movable part that is operatively supported by a support part, for example, a MEMS actuator, a MEMS switch, a MEMS sensor (acceleration). The present invention can be widely applied to various MEMS devices such as a sensor and a pressure sensor) or those having a three-dimensional structure on a substrate.

第1実施形態のMEMSデバイスの概略平面図。1 is a schematic plan view of a MEMS device according to a first embodiment. 第1実施形態のMEMSデバイスの概略縦断面図。The schematic longitudinal cross-sectional view of the MEMS device of 1st Embodiment. 第2実施形態のMEMSデバイスの概略平面図。The schematic plan view of the MEMS device of 2nd Embodiment. 第2実施形態のMEMSデバイスの概略縦断面図。The schematic longitudinal cross-sectional view of the MEMS device of 2nd Embodiment. 第3実施形態のMEMSデバイスの概略平面図。The schematic plan view of the MEMS device of 3rd Embodiment. 第3実施形態のMEMSデバイスの概略縦断面図。The schematic longitudinal cross-sectional view of the MEMS device of 3rd Embodiment. 第4実施形態のMEMSデバイスの概略平面図。The schematic plan view of the MEMS device of 4th Embodiment. 第4実施形態のMEMSデバイスの概略縦断面図。The schematic longitudinal cross-sectional view of the MEMS device of 4th Embodiment. 第5実施形態のMEMSデバイスの概略平面図。The schematic plan view of the MEMS device of 5th Embodiment. 第5実施形態のMEMSデバイスの概略縦断面図。The schematic longitudinal cross-sectional view of the MEMS device of 5th Embodiment. 第6実施形態のMEMSデバイスの製造方法を模式的に示す概略工程断面図(a)〜(d)。Schematic process sectional drawing (a)-(d) which shows the manufacturing method of the MEMS device of 6th Embodiment typically. 比較例のMEMSデバイスの概略平面図。The schematic plan view of the MEMS device of a comparative example. 比較例のMEMSデバイスの概略縦断面図。The schematic longitudinal cross-sectional view of the MEMS device of a comparative example. 比較例のMEMSデバイスの別の断面位置の概略縦断面図Schematic longitudinal sectional view of another cross-sectional position of the MEMS device of the comparative example

10…基板、11…絶縁膜、12…下地層、13、15、17…絶縁膜、14、16…配線、14X、16X…環状壁部、14L、16L…環状貫通部、14U、16U…環状パターン部、16Y…被覆層、16a…開口、18…保護膜、19…封止層、20…MEMS構造体、21…第1の構造部、22…第2の構造部、22a…可動部、23…犠牲層、24…第2の接続配線、25…第1の接続配線、25a…内側接続配線、25b…外側接続配線、26…環状パターン部、30…配線構造部、31…導体壁、40…電子素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Board | substrate, 11 ... Insulating film, 12 ... Underlayer, 13, 15, 17 ... Insulating film, 14, 16 ... Wiring, 14X, 16X ... Annular wall part, 14L, 16L ... Annular penetration part, 14U, 16U ... Annular Pattern part, 16Y ... coating layer, 16a ... opening, 18 ... protective film, 19 ... sealing layer, 20 ... MEMS structure, 21 ... first structure part, 22 ... second structure part, 22a ... movable part, 23 ... Sacrificial layer, 24 ... Second connection wiring, 25 ... First connection wiring, 25a ... Inner connection wiring, 25b ... Outer connection wiring, 26 ... Ring pattern part, 30 ... Wiring structure part, 31 ... Conductor wall, 40 ... Electronic element

Claims (10)

基板と、該基板上に形成され、配線と絶縁膜とが積層されてなる配線構造部と、該配線構造部によって周囲を平面的に取り囲まれた空洞部と、該空洞部内において前記基板上に形成された固定電極と該固定電極と間隙を介して対向する可動電極とを備えるMEMS構造体と、を具備するMEMSデバイスであって、
前記配線構造部の一部として、前記MEMS構造体の周囲を、少なくとも前記MEMS構造体が形成される高さ範囲において平面的に取り囲むように構成された導体壁と、
前記可動電極と前記導体壁とを導電接続する第1の接続配線と、
前記固定電極と導電接続する第2の接続配線と、
を具備することを特徴とするMEMSデバイス。
A substrate, a wiring structure formed on the substrate, in which wiring and an insulating film are laminated, a cavity surrounded by the wiring structure in a planar manner, and the cavity in the cavity on the substrate A MEMS structure comprising: a fixed electrode formed; and a movable electrode facing the fixed electrode with a gap between the MEMS structure,
As a part of the wiring structure part, a conductor wall configured to surround the periphery of the MEMS structure planarly at least in a height range in which the MEMS structure is formed;
A first connection wiring for conductively connecting the movable electrode and the conductor wall;
A second connection wiring conductively connected to the fixed electrode;
A MEMS device comprising:
前記第1の接続配線は、前記導体壁の内側に配置され、前記MEMS構造体と前記導体壁とを導電接続する内側接続配線部と、前記導体壁からさらに外側へ引き出される外側接続配線部と、を含むことを特徴とする請求項1に記載のMEMSデバイス。 The first connection wiring is disposed inside the conductor wall, and includes an inner connection wiring portion that conductively connects the MEMS structure and the conductor wall, and an outer connection wiring portion that is further drawn outward from the conductor wall. The MEMS device according to claim 1, comprising: 前記第2の接続配線は、前記導体壁と絶縁されるとともに前記導体壁の下方若しくは前記基板の内部を通過して、前記導体壁の外側へ引き出されることを特徴とする請求項1又は2に記載のMEMSデバイス。 The said 2nd connection wiring is insulated from the said conductor wall, and passes below the said conductor wall or the inside of the said board | substrate, and is withdraw | derived to the outer side of the said conductor wall. The described MEMS device. 前記MEMS構造体と離間して前記空洞部を上方から覆うとともに前記空洞部と連通する開口を備えた導電性の被覆層をさらに具備し、該被覆層は前記導体壁と一体に構成されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のMEMSデバイス。   It further comprises a conductive covering layer that is spaced apart from the MEMS structure to cover the cavity from above and has an opening that communicates with the cavity, and the covering layer is configured integrally with the conductor wall. The MEMS device according to any one of claims 1 to 3, wherein: 前記第1の接続配線と前記第2の接続配線の少なくとも一方は、前記MEMS構造体に含まれる導電体と同材料であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載のMEMSデバイス。5. The device according to claim 1, wherein at least one of the first connection wiring and the second connection wiring is made of the same material as the conductor included in the MEMS structure. 6. MEMS device. 前記導体壁は、前記MEMS構造体が形成される高さ範囲において前記MEMS構造体と同材料であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載のMEMSデバイス。The MEMS device according to claim 1, wherein the conductor wall is made of the same material as the MEMS structure in a height range in which the MEMS structure is formed. 基板上に固定電極と該固定電極と間隙を介して対向する可動電極とを備えるMEMS構造体を形成する工程と、前記基板上に配線と絶縁膜を積層してなる配線構造部を形成する工程と、前記MEMS構造体上に形成された前記配線構造部の少なくとも一部を削除して前記MEMS構造体の周囲に空洞部を形成する工程と、を具備するMEMSデバイスの製造方法であって、Forming a MEMS structure including a fixed electrode and a movable electrode facing the fixed electrode with a gap on the substrate; and forming a wiring structure formed by stacking a wiring and an insulating film on the substrate. And a step of deleting at least part of the wiring structure formed on the MEMS structure to form a cavity around the MEMS structure, and a method for manufacturing a MEMS device,
前記MEMS構造体を形成する工程と前記配線構造部を形成する工程の少なくともいずれか一方において、前記配線構造部の一部として、前記MEMS構造体の周囲を、少なくとも前記MEMS構造体が形成される高さ範囲において平面的に取り囲むように構成された導体壁と、前記導体壁の内側に配置され、前記可動電極と前記導体壁とを導電接続する第1の接続配線と、前記固定電極と導電接続する第2の接続配線と、を形成することを特徴とするMEMSデバイスの製造方法。  In at least one of the step of forming the MEMS structure and the step of forming the wiring structure part, at least the MEMS structure is formed around the MEMS structure as a part of the wiring structure part. A conductor wall configured to surround in a plane in a height range, a first connection wiring disposed inside the conductor wall and conductively connecting the movable electrode and the conductor wall; and the fixed electrode and the conductive wall A method of manufacturing a MEMS device, comprising: forming a second connection wiring to be connected.
前記導体壁は、前記MEMS構造体が形成される高さ範囲において前記MEMS構造体と同時に前記MEMS構造体に含まれる導電体と同材質で形成され、前記MEMS構造体が形成される高さ範囲を越える範囲において前記配線構造部を形成する工程と同時に前記配線と同材質で形成されることを特徴とする請求項7に記載のMEMSデバイスの製造方法。The conductor wall is formed of the same material as a conductor included in the MEMS structure at the same time as the MEMS structure in a height range in which the MEMS structure is formed, and a height range in which the MEMS structure is formed. The method for manufacturing a MEMS device according to claim 7, wherein the wiring device is formed of the same material as that of the wiring at the same time as the step of forming the wiring structure portion. 前記第1の接続配線と前記第2の接続配線の少なくとも一方は、前記MEMS構造体に含まれる導電体と同時に同材質で形成されることを特徴とする請求項7又は8に記載のMEMSデバイスの製造方法。9. The MEMS device according to claim 7, wherein at least one of the first connection wiring and the second connection wiring is formed of the same material simultaneously with a conductor included in the MEMS structure. Manufacturing method. 前記配線構造部を形成する工程では、前記MEMS構造体と離間して前記MEMS構造体を上方から覆うとともに前記導体壁と一体に接続され、かつ、前記MEMS構造体の周囲に空洞部を形成する工程を可能とするための開口を備えた導電性の被覆層を、前記配線と同時に同材質で形成することを特徴とする請求項7乃至9のいずれか一項に記載のMEMSデバイスの製造方法。In the step of forming the wiring structure portion, the MEMS structure body is separated from the MEMS structure body to cover the MEMS structure body from above, and is integrally connected to the conductor wall, and a cavity is formed around the MEMS structure body. 10. The method of manufacturing a MEMS device according to claim 7, wherein a conductive coating layer having an opening for enabling a process is formed of the same material simultaneously with the wiring. 11. .
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