Mems器件、压力传感器、高度计、电子设备和移动体的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及MEMS器件、压力传感器、高度计、电子设备和移动体。
【背景技术】
[0002]近年来，利用MEMS(Micro Electro Mechanical System:微机电系统)技术而在半导体基板上具备MEMS元件的传感器、谐振器、通信用器件等电子装置受到关注。作为这样的电子装置，已知具有下述部分的电子器件:基板；在该基板上形成的MEMS元件；设置在基板上并包围MEMS元件的包围壁；以及从上方覆盖MEMS元件的覆盖部(例如，参照专利文献I)。并且，这样的电子器件非常微小，特别是从上方覆盖MEMS元件的覆盖部从小型化的观点出发而形成得较薄。
[0003]然而，在这样的结构的电子器件中，由于覆盖部形成得较薄，因此，例如在电子器件的制造时或使用时，覆盖部向MEMS元件侧下垂，从而存在覆盖部与MEMS元件接触这样的问题。其结果是，MEMS元件的特性可能变得不稳定。
[0004]并且，可以考虑将这样的MEMS器件用作压力传感器。作为该压力传感器，例如可以考虑具备下述这样的膜片的结构:在基板上形成凹部而使基板变薄，因该凹部而变薄的部分通过受压发生挠曲变形。作为这样的结构的压力传感器，例如在图16中示出了具备膜片的压力传感器的剖视图。
[0005]如图16的(a)所示，压力传感器9具有:基板91 ;作为薄壁部的膜片93，其因形成于基板91的凹部92而变薄；传感器元件94，其被设置在膜片93上；包围壁95，其包围传感器元件94 ;以及覆盖层96，其被设置成覆盖传感器元件94的上方。在这样的压力传感器9中，利用传感器元件94检测膜片93的挠曲，由此能够检测施加于膜片93的压力。因此，在这样的压力传感器9中，膜片93的挠曲量越大就越能够提高压力传感器9的灵敏度。因此，为了增大膜片93的挠曲量，可以考虑增大膜片93的平面面积，并使膜片93的厚度变薄。
[0006]然而，如果增大膜片93的平面面积，则与此相伴，包围壁95的内壁面951的俯视形状变大，由此，覆盖层96的平面面积也会变大。其结果是，在这样的结构的压力传感器9中，覆盖层96更加向传感器元件94侧下垂，从而如图16的(b)所示，存在覆盖层96与传感器元件94接触这样的问题。
[0007]专利文献1:日本特开-114354号公报
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供能够减少覆盖层与功能元件的接触的MEMS器件、压力传感器、高度计、电子设备和移动体。
[0009]本发明是为了解决上述课题的至少一部分而完成的，可以作为以下的应用例来实现。
[0010][应用例I]
[0011]本应用例的MEMS器件的特征在于，其具备:基板；功能元件，其配置于所述基板上；包围壁，其配置于所述基板的一面侧，并在俯视时包围所述功能元件；覆盖层，其在俯视时与所述基板重叠，并与所述包围壁连接；以及加强层，其配置在所述覆盖层和所述功能元件之间，所述包围壁具有:基板侧包围壁；和覆盖层侧包围壁，其比所述基板侧包围壁靠近所述覆盖层侧，并且该覆盖层侧包围壁的至少一部分在俯视时比所述基板侧包围壁靠内侧。
[0012]由此，能够在确保基板的配置功能元件的区域的同时减小覆盖层的平面面积，由此能够减少覆盖层向基板侧下垂的情况。因此，能够提供可减少覆盖层与功能元件的接触的MEMS器件。
[0013][应用例2]
[0014]在本应用例的MEMS器件中，优选的是，所述加强层具有在所述加强层的厚度方向上贯穿的贯穿孔。
[0015]由此，能够加强覆盖层的机械强度，并且能够降低加强层的质量。因此，能够减少覆盖层向基板侧下垂而与功能元件接触的情况，并且能够减少加强层由于自重而向基板侧下垂的情况。
[0016][应用例3]
[0017]在本应用例的MEMS器件中，优选的是，所述加强层与所述覆盖层连接。
[0018]由此，能够提高覆盖层在厚度方向上的机械强度，从而能够更有效地减少覆盖层与功能元件接触的情况。
[0019][应用例4]
[0020]在本应用例的MEMS器件中，优选的是，所述基板具有膜片部，所述膜片部通过受压而挠曲变形，在俯视时所述膜片部的至少一部分与所述覆盖层重叠。
[0021]由此，能够通过施加压力而使膜片部变形，并且通过利用功能元件检测该变形，能够检测出施加于膜片部的压力。
[0022][应用例5]
[0023]在本应用例的MEMS器件中，优选的是，所述功能元件的至少一部分在俯视时与所述覆盖层侧包围壁重叠。
[0024]由此，即使万一覆盖层向基板侧下垂，也能够更有效地减少覆盖层与功能元件的接触。
[0025][应用例6]
[0026]在本应用例的MEMS器件中，优选的是，所述功能元件具有压阻元件。
[0027]由此，能够容易地以在俯视时使功能元件的至少一部分与覆盖层侧包围壁重叠的方式配置功能元件，即使万一覆盖层向基板侧下垂，也能够更加有效地减少覆盖层与功能元件的接触。
[0028][应用例7]
[0029]在本应用例的MEMS器件中，优选的是，所述加强层的俯视形状包括格子状的部分。
[0030]由此，能够进一步提高覆盖层在厚度方向上的机械强度，从而能够更有效地减少覆盖层向基板侧下垂的情况。
[0031][应用例8]
[0032]本应用例的压力传感器的特征在于具有上述应用例的MEMS器件。
[0033]由此，能够提供可靠性高的压力传感器。
[0034][应用例9]
[0035]本应用例的高度计的特征在于具有上述应用例的MEMS器件。
[0036]由此，能够提供可靠性高的高度计。
[0037][应用例10]
[0038]本应用例的电子设备的特征在于具有上述应用例的MEMS器件。
[0039]由此，能够提供可靠性高的电子设备。
[0040][应用例11]
[0041]本应用例的移动体的特征在于具有上述应用例的MEMS器件。
[0042]由此，能够提供可靠性高的移动体。
【附图说明】
[0043]图1是示出具备本发明的MEMS器件的压力传感器的第I实施方式的剖视图。
[0044]图2是图1所示的压力传感器的俯视图(从图1的上方观察的图)。
[0045]图3是图1所示的压力传感器的膜片部及其附近部分的放大俯视图(沿图1中的A-A线的剖视图)。
[0046]图4是示出含有图1所示的传感器元件(压阻元件)的桥接电路的图。
[0047]图5是用于说明图1所示的压力传感器的作用的图，其中，(a)是示出加压状态的剖视图，(b)是示出加压状态的俯视图。
[0048]图6是示出图1所示的压力传感器的制造工序的图。
[0049]图7是示出图1所示的压力传感器的制造工序的图。
[0050]图8是示出图1所示的压力传感器的制造工序的图。
[0051]图9是示出图1所示的压力传感器的制造工序的图。
[0052]图10是示出具备本发明的MEMS器件的压力传感器的第2实施方式的剖视图。
[0053]图11是示出具备本发明的MEMS器件的压力传感器的第3实施方式的剖视图。
[0054]图12是示出具备本发明的MEMS器件的压力传感器的第4实施方式的剖视图。
[0055]图13是示出本发明的高度计的一例的立体图。
[0056]图14是示出本发明的电子设备的一例的主视图。
[0057]图15是示出本发明的移动体的一例的立体图。
[0058]图16是具备膜片的压力传感器的剖视图。
[0059]标号说明
[0060]100:压力传感器；1:MEMS器件；5:空腔部；6:基板；7:传感器元件；7a、7b、7c、7d:压阻元件；8:元件周围结构体；20:光致抗蚀膜；30、31:开口部；41a、41b、41c、41d:布线；42:层；61:半导体基板；62:氧化硅膜；63:氮化硅膜；64:膜片部；641:受压面；65:凹部；70:桥接电路；71a、71b、71c、71d:压阻部；73c、73d:连接部；81:层间绝缘膜；82:布线层;821、80:加强层；822:贯穿孔(细孔)；823:侧壁部；83:层间绝缘膜；84:布线层；841:遮蔽层；842:贯穿孔(细孔)；843:侧壁部；846:加强柱；85:表面保护层；86:密封层；87:覆盖层;801、803:第I加强层；802、804:第2加强层；805:贯穿孔(细孔)；88:基板侧包围壁；881:内壁面；89:覆盖层侧包围壁；891:内壁面；200:高度计；201:显示部；300:导航系统；301:显示部；400:移动体；401:车体；402:车轮；9:压力传感器；91:基板；92:凹部；93:膜片；94:传感器元件；95:包围壁；96:覆盖层；951:内壁面。
【具体实施方式】
[0061]下面，根据附图所示的各实施方式对本发明的MEMS器件、压力传感器、高度计、电子设备和移动体详细地进行说明。
[0062]1.压力传感器
[0063]<第I实施方式>
[0064]图1是示出具备本发明的MEMS器件的压力传感器的第I实施方式的剖视图，图2是图1所示的压力传感器的膜片部及其附近部分的放大俯视图。并且，图3是图1所示的压力传感器的膜片部及其附近部分的放大俯视图(沿图1中的A-A线的剖视图)。并且，图4是示出含有图1所示的压力传感器所具备的传感器元件(压阻元件)的桥接电路的图。并且，图5是用于说明图1所示的压力传感器的作用的图，其中，图5的(a)是示出加压状态的剖视图，图5的(b)是示出加压状态的俯视图。另外，在图3中，为了便于说明，省略了层间绝缘膜81、层42、以及基板6的图示。
[0065]图1所示的压力传感器100具有基板6、传感器元件7、元件周围结构体8以及空腔部5 (腔室)。另外，从压力传感器100省略了后述的设置于基板6的膜片部64的结构构成了 MEMS器件I (本发明的MEMS器件)。
[0066]下面，依次对所述各部分进行说明。
[0067]-基板6-
[0068]基板6呈板状，并由以下部分构成:由单晶娃等半导体构成的半导体基板61 ;在半导体基板61的一个面上设置的氧化硅膜62 ;以及设置在氧化硅膜62上的氮化硅膜63。这样的基板6的俯视形状没有特别限定，例如可以是大致正方形或大致长方形等矩形、或者圆形。这里，氧化硅膜62和氮化硅膜63均可以作为绝缘膜使用。另外，这些绝缘膜中的一方可以根据元件周围结构体8的形成方法等而省略。
[0069]并且，在基板6上设置有膜片部64，该膜片部64比周围的部分薄，且通过受压而挠曲变形。膜片部64是通过在基板6的下表面设置有底的凹部65而形成的。这样的膜片部64的下表面成为受压面641。
[0070]并且，如图3所示，膜片部64的俯视形状为正方形。另外，膜片部64的俯视形状成为与前述那样的凹部65的形状和后述的基板侧包围壁88的内壁面881的形状相对应的形状。
[0071]-传感器元件7-
[0072]如图3所示，传感器元件7由在基板6的膜片部64上设置的多个(本实施方式中为4个)压阻元件7a、7b、7c、7d构成。
[0073]压阻元件7a、7b是与在沿基板6的厚度方向俯视时构成为四边形的膜片部64的相互对置的(图3中沿左右方向排列的)一对边(以下，也称作“第I边”)对应地设置的，压阻元件7c、7d是与在俯视时构成为四边形的膜片部64的另一对相互对置的(图3中沿上下方向排列的)一对边(以下，也称作“第2的边”)对应地设置的。
[0074]压阻元件7a具有在膜片部64的外周部附近(更具体地说是图3中的右侧的第I边附近)设置的压阻部71a。压阻部71a形成为沿着与第I边平行的方向延伸的长条形状。在该压阻部71a的两端部分别连接有布线41a。
[0075]同样地，压阻元件7b具有在膜片部64的外周部附近(更具体地说是图3中的左侧的第I边附近)设置的压阻部71b。在该压阻部71b的两端部分别连接有布线41b。
[0076]另一方面，压阻元件7c具有在膜片部64的外周部附近(更具体地说是图3中的上侧的第2边附近)设置的一对压阻部71c、和将一对压阻部71c彼此连接起来的连接部73c。这一对压阻部71c相互平行，而且形成为沿着与第2边垂直的方向(即与第I边平行的方向)延伸的长条形状。该一对压阻部71c的一端部(膜片部64的中心侧的端部)彼此经由连接部73c连接，在一对压阻部71c的另一端部(膜片部64的外周侧的端部)分别连接有布线41c。
[0077]同样地，压阻元件7d具有在膜片部64的外周部附近(更具体地说是图3中的下侧的第2边附近)设置的一对压阻部71d、和将一对压阻部71d彼此连接起来的连接部73d。该一对压阻部71d的一端部(膜片部64的中心侧的端部)彼此经由连接部73d相连接，在一对压阻部71d的另一端部(膜片部64的外周侧的端部)分别连接有布线41d。
[0078]这样的压阻部71a、71b、71c、71d例如由掺杂(扩散或注入)有磷、硼等杂质的多晶娃(polysilicon)构成。并且，压阻元件7c、7d的连接部73c、73d和布线41a、41b、41c、41d例如分别由以比压阻部71a、71b、71c、71d高的浓度掺杂(扩散或注入)有磷、硼等杂质的多晶娃(polysilicon)构成。
[0079]并且，压阻元件7a、7b、7c、7d以自然状态下的电阻值彼此相等的方式构成。并且，这些压阻元件7a、7b、7c、7d经由布线41a、41b、41c、41d等相互电连接，并且如图4所示那样构成桥接电路70 (惠斯通电桥电路)。与该桥接电路70连接着提供驱动电压AVDC的驱动电路(未图示)。并且，桥接电路70输出与压阻元件7a、7b、7c、7d的电阻值对应的信号(电压)。
[0080]并且，对于这样的传感器元件7，即使采用前述那样的极薄的膜片部64，也不会像使用谐振器那样的振动元件作为传感器元件的情况那样存在由于朝向膜片部64的振动泄漏而导致Q值下降这样的问题。
[0081]-元件周围结构体8-
[0082]如图1所示，元件周围结构体8以划分出配置有传感器元件7的空腔部5的方式形成。
[0083]该元件周围结构体8具有:层间绝缘膜81，其以包围传感器元件7的方式形成在基板6上；布线层82，其形成在层间绝缘膜81上；层间绝缘膜83，其形成在布线层82和层间绝缘膜81上；布线层84，其形成在层间绝缘膜83上；表面保护层85，其形成在布线层84和层间绝缘膜83上；以及密封层86，其设置在布线层84上。并且，布线层84具有具备多个细孔(贯穿孔)842的遮蔽层841，密封层86被设置成封闭该贯穿孔842。
[0084]并且，在布线层82和氮化硅膜63之间设置有例如由多晶硅等构成的层42。该层42如后述那样与传感器元件7和基板6 —起形成，但也可以根据需要而省略。
[0085]在这样的结构的元件周围结构体8中，由层间绝缘膜81和布线层82构成了基板侧包围壁88，由层间绝缘膜83和布线层84 (但是，是布线层84中的除了遮蔽层841以外的部分即侧壁部843)构成了覆盖层侧包围壁89，由布线层84所具备的遮蔽层841和密封层86构成了从上方覆盖传感器元件7的覆盖层87。
[0086]并且，在半导体基板61上及其上方设有未图示的半导体电路。该半导体电路具有根据需要形成的MOS晶体管等有源元件、电容、电感、电阻、二极管、布线(包括与传感器元件7连接的布线)等电路要素。
[0087]另外，元件周围结构体8也是压力传感器100的特征之一，因此在后面会对元件周围结构体8的详细结构详细地进行叙述。
[0088]-空腔部5-
[0089]由基板6和元件周围结构体8规定的空腔部5作为收纳传感器元件7的收纳部(腔室)发挥功能。即，空腔部5是被密闭的空间，传感器元件7被基板6、基板侧包围壁88、覆盖层侧包围壁89和覆盖层87包围。因此，能够保护传感器元件7免受外部影响，从而能够降低传感器元件7的劣化或特性变动。并且，这样的空腔部5内作为压力基准室发挥功能，所述压力基准室成为压力传感器100所检测的压力的基准值。
[0090]另外，在本实施方式中，空腔部5为真空状态(300Pa以下)。通过将空腔部5设定为真空状态，能够将压力传感器100用作以真空状态为基准来检测压力的“绝对压力传感器”，其便利性得以提高。
[0091]但是，空腔部5也可以不是真空状态，既可以是大气压，也可以是气压比大气压低的减压状态，还可以是气压比大气压高的加压状态。并且，也可以在空腔部5中封入氮气、稀有气体等惰性气体。以上，简单说明了压力传感器100的结构。
[0092]在这样的结构的压力传感器100中，如图5的(a)所示，膜片部64根据膜片部64的受压面641受到的压力而发生变形，由此，如图5的(b)所示，压阻元件7a、7b、7c、7d发生变形，压阻元件7a、7b、7c、7d的电阻值发生变化。与此相伴，压阻元件7a、7b、7c、7d所构成的桥接电路70 (参照图4)的输出发生变化，能够根据该输出求出受压面641受到的压力的大小。
[0093]下面更具体地进行说明，如前述那样，由于压阻元件7a、7b、7c、7d的电阻值彼此相等，所以在发生前述那样的膜片部64的变形之前的自然状态下，压阻元件7a、7b的电阻值之积与压阻元件7c、7d的电阻值之积相等，桥接电路70的输出(电位差)为零。
[0094]另一方面，当发生前述那样的膜片部64的变形时，如图5的(b)所示，在压阻元件7a,7b的压阻部71a、71b上沿其长度方向发生拉伸变形并沿宽度方向发生压缩变形，并且，在压阻元件7c、7d的压阻部71c、71d上沿其长度方向发生压缩变形并沿其宽度方向发生拉伸变形。
[0095]这里，由于前述那样的膜片部64的变形而使得压阻部71a、71b受到其宽度方向上的压缩力，但与压阻部71a、71b的泊松比相对应地在压阻部71a、71b上沿着其长度方向产生拉伸变形。并且，由于前述的膜片部64的变形而使得压阻部71c、71d受到其长度方向上的压缩力，与该压缩力相对应地在压阻部71c、71d上沿着其长度方向产生压缩变形。
[0096]由于这样的压阻部71a、71b、71c、71d的变形，产生压阻元件7a、7b的电阻值之积与压阻元件7c、7d的电阻值之积的差，并从桥接电路70输出与该差相对应的输出(电位差)。能够基于来自该桥接电路70的输出求出受压面641受到的压力的大小(绝对压力)。
[0097]这里，当发生前述那样的膜片部64的变形时，压阻元件7a、7b的电阻值增加，压阻元件7c、7d的电阻值减小，因此，能够使压阻元件7a、7b的电阻值之积与压阻元件7c、7d的电阻值之积的差的变化增大，与此相伴，能够增大来自桥接电路70的输出。其结果是，能够提高压力的检测灵敏度。并且，构成桥接电路70的所有压阻元件7a、7b、7c、7d的温度灵敏度大致相同，因此还能够降低相对于外部温度变化的特性变化。
[0098]在这样的结构的压力传感器100中，通过对元件周围结构体8的结构进行设计，成为了能够减少覆盖层87向空腔部5侧下垂而与传感器元件7接触这一情况的结构。下面，对此详述。
[0099]如前述那样，元件周围结构体8具备基板侧包围壁88、覆盖层侧包围壁89和覆盖层87。
[0100]如图1所示，基板侧包围壁88由层间绝缘膜81和布线层82构成。
[0101]层间绝缘膜81在俯视时形成为四边形的框状，并以包围传感器元件7的方式设置(参照图2)。并且，层间绝缘膜81的下侧开口被基板6封闭。
[0102]在这样的层间绝缘膜81上设置有布线层82。该布线层82封闭层间绝缘膜81的上侧开口，并具有被设置成横跨空腔部5的加强层821。
[0103]如图2所示，加强层821的俯视形状呈四边形形状，加强层821在中央部具备多个(本实施方式中为25个)贯穿孔822。另外，在图2中，用斜线表示该贯穿孔822。
[0104]该贯穿孔822沿厚度方向贯穿加强层821。贯穿孔822的俯视形状为四边形，并且贯穿孔822与加强层821的外缘平行地设置成5X5的行列状。而且，贯穿孔822彼此隔开规定的距离进行设置，贯穿孔822以与最相邻的贯穿孔822的分离距离成为相等的间隔的方式进行配置。另外，贯穿孔822的配置、数量、形状等不限定于上述情况。
[0105]在比这样的结构的基板侧包围壁88靠覆盖层87侧的位置设置有覆盖层侧包围壁
89 ο
[0106]覆盖层侧包围壁89由层间绝缘膜83和布线层84 (但是，是除遮蔽层841以外的侧壁部843)构成。
[0107]层间绝缘膜83被设置在层间绝缘膜81上。该层间绝缘膜83在俯视时形成为四边形的框状，并以包围传感器元件7的方式设置。
[0108]并且，该层间绝缘膜83被设置成其内壁面的整个面在俯视时内包于层间绝缘膜81的内壁面中。并且，除遮蔽层841以外的侧壁部843在俯视时形成为环状，并位于层间绝缘膜83的内侧。因此，关于这样的结构的覆盖层侧包围壁89，在俯视时，其内壁面891的整个面内包于基板侧包围壁88的内壁面881中。
[0109]并且，覆盖层侧包围壁89被配置成在其俯视时从上方覆盖压阻部71a、71b、71c、71do即，传感器元件7在俯视时与覆盖层侧包围壁89重叠。
[0110]并且，覆盖层侧包围壁89的内壁面891的俯视形状为四边形，是与内壁面881相似的形状。并且，关于内壁面891，构成内壁面891的4个壁面分别与构成内壁面881的各个壁面平行，并且以相等的间隔与构成内壁面881的各个壁面分离。因此，在俯视时将内壁面891的相对的角连接起来的对角线的交点与将内壁面881的相对的角连接起来的对角线的交点重合。
[0111]另外，内壁面891和内壁面881的俯视形状以及它们的配置关系等不限于上述情况。例如，内壁面891和内壁面881的俯视形状在本实施方式中为四边形，但它们的俯视形状不限定于四边形，例如也可以是四边形以外的多边形、圆形等。
[0112]在这样的结构的覆盖层侧包围壁89上设置有覆盖层87。
[0113]覆盖层87由布线层84所具备的遮蔽层841和密封层86构成。
[0114]如图1所示，遮蔽层841以封闭层间绝缘膜83的上侧开口的方式设置。该遮蔽层841被配置成在俯视时内包于加强层821中(参照图2)。并且，遮蔽层841的俯视形状为四边形形状，遮蔽层841是与前述的加强层821相似的形状。并且，遮蔽层841的外缘与加强层821的外缘平行，并以相等的间隔与加强层821的构成外缘的各边缘(4个边缘)分离。
[0115]并且，遮蔽层841在其中央部具备多个(本实施方式中为9个)贯穿孔842。另夕卜，在图2中，用网状线表示该贯穿孔842。
[0116]该贯穿孔842沿遮蔽层841的厚度方向贯穿。贯穿孔842的俯视形状为四边形，该贯穿孔842与遮蔽层841的外缘平行地设置成3X3的行列状。而且，贯穿孔842彼此隔开规定的距离进行设置，贯穿孔842以与最相邻的贯穿孔842的分离距离成为相等的间隔的方式进行配置。
[0117]并且，在俯视时，贯穿孔842与前述的加强层821所具备的25个贯穿孔822中的位于遮蔽层841的中央部的9个贯穿孔822重叠。
[0118]以覆盖具备这样的贯穿孔842的遮蔽层841的方式在遮蔽层841上设置有密封层
86 ο
[0119]通过具备上述这样的结构的元件周围结构体8，由此，在压力传感器100中，能够减少覆盖层87与传感器元件7接触的情况，并且能够确保膜片部64 (基板6的配置有传感器元件7的区域)较大从而增大变形量。
[0120]具体地说，如前述那样，由于覆盖层侧包围壁89位于基板侧包围壁88的内侧，因此，能够在可保持膜片部64的机械强度的范围内增大膜片部64的平面面积，并且能够减小覆盖层87的覆盖空腔部5的部分的平面面积。因此，与覆盖层侧包围壁89的内壁面891和基板侧包围壁88的内壁面881形成为在俯视时大致重叠的情况(图16所示那样的结构)相比，能够在确保膜片部64的平面面积的状态下减小密封层86的面积。由此，能够使膜片部64通过受压而大幅变形，并且能够更有效地防止覆盖层87向空腔部5侧下垂。其结果是，压力传感器100在灵敏度方面特别优异，并且在传感器元件7的特性的稳定化方面也变得优异。
[0121]另外，只要覆盖层侧包围壁89的至少一部分在俯视时位于基板侧包围壁88的内侧就能够得到前述那样的效果，而特别像本实施方式那样，通过以将覆盖层侧包围壁89的内壁面891的整个面内包于基板侧包围壁88的内壁面881中的方式设置覆盖层侧包围壁89，能够显著发挥前述的效果。
[0122]而且，如前述那样，加强层821被设置成位于覆盖层87和传感器元件7之间。通过具备这样的加强层821，能够提高元件周围结构体8的机械强度，由此能够进一步减少覆盖层87向空腔部5下垂的情况。特别是能够提高元件周围结构体8在与基板6的厚度方向垂直的方向(图1中的左右方向)上的强度。因此，能够特别有效地减少覆盖层侧包围壁89的覆盖层87侧向空腔部5侧挠曲而使得覆盖层87随之向空腔部5侧下垂的情况。
[0123]并且，即使在覆盖层87万一向空腔部5侧下垂的情况下，也能够利用加强层821阻挡该下垂。其结果是，能够更可靠地减少覆盖层87与传感器元件7接触的情况。
[0124]并且，如前述那样，覆盖层侧包围壁89被设置成在俯视时覆盖传感器元件7。因此，即使万一发生了不仅覆盖层87下垂而且加强层821也下垂的情况，也能够进一步可靠地防止加强层821与传感器元件7接触。
[0125]特别地，如本实施方式这样，在使用压阻元件作为传感器元件7的情况下，能够形成为将传感器元件7配置在膜片部64的缘部侧(基板侧包围壁88的内壁面881附近)的结构。因此，如上述那样，若使用压阻元件，则容易形成为在俯视时利用覆盖层侧包围壁89覆盖传感器元件7的结构。
[0126]并且，如前述那样，加强层821和遮蔽层841分别具有贯穿孔822、842。由于加强层821具有贯穿孔822，从而能够降低加强层821的质量。因此，能够特别有效地防止加强层821由于自重而下垂的情况。
[0127]并且，由于具有贯穿孔822、842，因此，通过贯穿孔822、842利用蚀刻等除去位于传感器元件7上的层间绝缘膜81、83，由此能够容易地形成空腔部5。由此，能够实现压力传感器100的制造工序的简化。其结果是还能够提高压力传感器100的生产率。
[0128]并且，加强层821和遮蔽层841的贯穿孔822、842分别呈行列状设置。由于加强层821所具备的贯穿孔822呈行列状设置，从而遍及加强层821的整个区域都不会在其厚度方向上的机械强度中产生不均。
[0129]并且，由于贯穿孔822、842呈行列状设置，因此，在形成空腔部5时，当利用蚀刻等通过贯穿孔822、842除去位于传感器元件7上的层间绝缘膜81、83时，能够防止蚀刻的不均，从而能够更加容易且可靠地得到期望的形状的空腔部5。特别地，如前述那样，贯穿孔842与贯穿孔822在俯视时重叠，因此能够更显著地发挥可防止上述的蚀刻不均这样的效果O
[0130]并且，加强层821是布线层82的一部分。因此，能够与布线层82 —起形成加强层821，即，能够在同一个工序中形成加强层821和布线层82中的除加强层821以外的部分即侧壁部823。因此，能够省略下述工作:另行设置仅形成加强层821的工序。由此，能够实现压力传感器100的制造工序的简化。其结果是，还能够提高压力传感器100的生产率。
[0131]接下来，简单说明压力传感器100的制造方法。图5?图9是示出图1所示的压力传感器的制造工序的图。下面，根据这些图进行说明。
[0132][传感器元件形成工序]
[0133]首先，如图6的(a)所示，准备由单晶硅等构成的半导体基板61。这里，单晶硅膜的厚度没有特别限定，例如设定为400nm以上且SOOnm以下的程度。
[0134]接下来，如图6的(b)所示，以使半导体基板61的一部分露出的方式在半导体基板61上形成光致抗蚀膜20。然后，向半导体基板61的露出的部分(能够形成压阻元件7a、7b、7c、7d的部位)掺杂(离子注入)硼等杂质，由此如图6的(c)所示那样形成传感器元件7。
[0135]在该离子注入中，调整光致抗蚀膜20的形状或离子注入条件等，使得连接部73c、73d和布线41a、41b、41c、41d中的杂质掺杂量比压阻部71a、71b、71c、71d中的杂质掺杂量多。
[0136]例如，在以17keV对硼进行离子注入的情况下，将针对压阻部71a、71b、71c、71d的离子注入浓度设定为IX 1013atoms/cm2以上且I X 10 15atoms/cm2以下的程度，将针对连接部73c、73d和布线41a、41b、41c、41d的离子注入浓度设定为I X 1015atoms/cm2以上且5 X 1015atoms/cm2 以下的程度。
[0137]接下来，如图6的(d)所示，通过对半导体基板61的上表面进行热氧化而形成氧化硅膜(绝缘膜)62，进而通过溅射法、CVD (化学气相沉积)法等在氧化硅膜62上形成氮化硅膜63。由此，得到基板6。
[0138]接下来，如图6(e)所示，通过溅射法、CVD法等在氮化硅膜63上形成多晶硅膜，利用蚀刻对该多晶硅膜进行构图而得到层42。
[0139][层间绝缘膜/布线层形成工序]
[0140]如图7的(a)所示，通过溅射法、CVD法等在氮化硅膜63上形成由氧化硅膜构成的层间绝缘膜81。并且，通过构图处理等在层间绝缘膜81上形成环状的开口部30，所述开口部30在俯视基板6时包围传感器元件7。
[0141]接下来，如图7的(b)所示，在层间绝缘膜81上，通过溅射法、CVD法等形成例如由铝构成的层，然后，通过进行构图处理形成布线层82。该布线层82 (除加强层821以外的侧壁部823)以与开口部30对应的方式在俯视基板6时形成为环状。并且，布线层82的一部分位于传感器元件7的上方，构成形成有多个贯穿孔822的加强层821。
[0142]并且，布线层82的一部分通过开口部30与形成在半导体基板61上及其上方的布线(例如，布线41a、41b、41c、41d、构成未图示的半导体电路的一部分的布线)电连接。另夕卜，布线层82形成为仅存在于包围传感器元件7的部分处，但是，一般来说，构成未图示的半导体电路的一部分的布线层的一部分构成了布线层82。
[0143]接下来，如图7的(C)所示，通过溅射法、CVD法等在层间绝缘膜81和布线层82上形成由氧化硅膜等构成的层间绝缘膜83。并且，通过构图处理等在层间绝缘膜83上形成环状的开口部31，所述开口部31在俯视基板6时包围传感器元件7。另外，开口部31可以与开口部30同样地在俯视半导体基板61时形成为环状，也可以使其一部分缺失。
[0144]接下来，如图8的(a)所示，在层间绝缘膜83和布线层82上，通过溅射法、CVD法等形成例如由铝构成的层，然后，通过进行构图处理形成布线层84。该布线层84(除遮蔽层841以外的侧壁部843)以与开口部31对应的方式在俯视基板6时形成为环状。并且，布线层84的一部分位于传感器元件7的上方，构成了形成有多个贯穿孔842的遮蔽层841。
[0145]这样的布线层84也与前述的布线层82同样地一般由构成未图示的半导体电路的一部分的布线层的一部分构成。
[0146]这样的层间绝缘膜与布线层的层叠结构通过通常的CMOS(互补金属氧化物半导体)工艺形成，其层叠数根据需要适当设定。即，也存在这样的情况:根据需要隔着层间绝缘膜层叠更多的布线层。
[0147]另外，得到的层间绝缘膜81、83各自的厚度没有特别限定，例如设定为300nm以上且5000nm以下的程度。并且，布线层82、84各自的厚度没有特别限定，例如设定为300nm以上且100nm以下的程度。
[0148][空腔部形成工序]
[0149]接下来，如图8的(b)所示，通过溅射法、CVD法等形成表面保护层85，然后，如图8的(c)所示，通过蚀刻来形成空腔部5。
[0150]表面保护层85由包含一种以上的材料的多个膜层构成，并形成为不密封遮蔽层841的贯穿孔842。另外，作为表面保护层85的构成材料，可由氧化硅膜、氮化硅膜、聚酰亚胺膜、环氧树脂膜等用于保护元件免受水分、污物、伤痕等影响的具有耐久性的材料形成。表面保护层85的厚度没有特别限定，例如设定为300nm以上且5000nm以下的程度。
[0151]并且，空腔部5的形成是如下述这样进行的:通过在加强层821上形成的多个贯穿孔822和在遮蔽层841上形成的多个贯穿孔842进行蚀刻，由此除去层间绝缘膜81、83的一部分。这里，关于所述蚀刻，在采用湿法蚀刻的情况下，从多个贯穿孔842供给氢氟酸、缓冲氢氟酸等蚀刻液，在采用干法蚀刻的情况下，从多个贯穿孔842供给氢氟酸气体等蚀刻气体。
[0152]这样，通过形成空腔部5，能够得到基板侧包围壁88和覆盖层侧包围壁89。
[0153][密封层形成工序]
[0154]接下来，如图9的(a)所示，通过溅射法、CVD法等在遮蔽层841上形成由氧化硅膜、氮化硅膜、Al、Cu、W、T1、TiN等的金属膜等构成的密封层86，密封各贯穿孔842。由此，得到具备遮蔽层841和密封层86的覆盖层87。这样，形成了 MEMS器件I。
[0155]另外，密封层86的厚度没有特别限定，例如设定为100nm以上且5000nm以下的程度。
[0156][膜片形成工序]
[0157]最后，对半导体基板61的下表面进行磨削，得到整体变薄的半导体基板61，然后，进一步如图9的(b)所示那样，例如通过干法蚀刻将变薄的半导体基板61的下表面的一部分去除。由此，得到形成有比周围薄的膜片部64的压力传感器100。
[0158]另外，半导体基板61通过磨削去除的厚度没有特别限定，例如设定为10ymWl且600 μ m以下的程度。
[0159]另外，作为将半导体基板61的下表面的一部分去除的方法，不限于干法蚀刻，也可以是湿法蚀刻等。并且，在膜片部64包括半导体基板61的一部分的情况下，只要将该部分处的半导体基板61的厚度设定为80 μ m以下的程度即可。
[0160]通过以上这样的工序，能够制造压力传感器100。
[0161]另外，虽未图示，但半导体电路所具有的MOS晶体管、有源元件、电容、电感、电阻、二极管、布线等电路要素可以在上述的适当的工序(例如，传感器元件形成工序、层间绝缘膜/布线层形成工序、密封层形成工序)的中途加入。例如，可以与氧化硅膜62 —起形成电路元件间分离膜，与传感器元件7 —起形成栅电极、电容电极、布线等，与层间绝缘膜81、83 一起形成栅绝缘膜、电容电介质层、层间绝缘膜，与布线层82、84 —起形成电路内布线。
[0162]〈第2实施方式〉
[0163]接下来，对具备本发明的MEMS器件的压力传感器的第2实施方式进行说明。
[0164]图10是示出具备本发明的MEMS器件的压力传感器的第2实施方式的剖视图。
[0165]下面，对本发明的压力传感器的第2实施方式进行说明，但以与前述的实施方式的不同点为中心进行说明，对同样的事项省略说明。
[0166]第2实施方式除了膜片部的结构和传感器元件的配置不同之外，与所述第I实施方式相同。
[0167]图10的(a)所示的压力传感器100所具备的膜片部64由半导体基板61、氧化硅膜62和氮化娃膜63构成。
[0168]具体地说，压力传感器100所具备的基板6由以下部分构成:由硅等半导体构成的半导体基板61 ;设置于半导体基板61的一个面上的氧化硅膜62 ;以及设置在氧化硅膜62上的氮化硅膜63。这里，氧化硅膜62和氮化硅膜63均可以作为绝缘膜使用。另外，这些绝缘膜中的一方可以根据元件周围结构体8的形成方法等而省略。并且，膜片部64由半导体基板61的薄壁部分、氧化硅膜62和氮化硅膜63这3层构成。
[0169]并且，半导体基板61没有贯穿，膜片部64由通过半导体基板61的凹部65而变薄的部分、氧化娃膜62、以及氮化娃膜63构成。
[0170]另外，也可以是:凹部65贯穿半导体基板61，膜片部64由氧化硅膜62和氮化硅膜63这2层构成。该结构的膜片部64能够形成得极薄，由此压力传感器100的灵敏度变得极高。并且，在通过蚀刻来形成凹部65时，能够将这些膜作为蚀刻的蚀刻阻挡层来使用。因此，能够减小膜片部64的厚度在各产品间的偏差。
[0171]如图10的(a)所示，在这样的膜片部64上配置有传感器元件7。传感器元件7由多个压阻元件7a、7b、7c、7d构成。压阻元件7a、7b、7c、7d与第I实施方式同样地具有压阻部 71a、71b、71c、71d、连接部 73c,73d 以及布线 41a、41b、41c、41d。
[0172]这样的压阻部71a、71b、71c、71d例如由掺杂(扩散或注入)有磷、硼等杂质的多晶娃(polysilicon)构成。并且，压阻元件7c、7d的连接部73c、73d和布线41a、41b、41c、41d例如分别由以比压阻部71a、71b、71c、71d高的浓度掺杂(扩散或注入)有磷、硼等杂质的多晶娃(polysilicon)构成。
[0173]通过以上说明的压力传感器100，也能够减少覆盖层87向基板6侧下垂的情况，从而能够更有效地减少覆盖层87与传感器元件7接触的情况。
[0174]<第3实施方式>
[0175]接下来，对具备本发明的MEMS器件的压力传感器的第3实施方式进行说明。
[0176]图11是示出具备本发明的MEMS器件的压力传感器的第3实施方式的剖视图。
[0177]下面，对本发明的压力传感器的第3实施方式进行说明，但以与前述的实施方式的不同点为中心进行说明，对同样的事项省略其说明。
[0178]第3实施方式除了元件周围结构体所具备的加强层的结构不同以外，与所述第I实施方式相同。
[0179]图11所示的压力传感器100所具备的加强层80具备:设置在层间绝缘膜81上的第I加强层(加强部)801 ;和设置在第I加强层801上的第2加强层(加强部)802。
[0180]第I加强层801与第I实施方式同样地由具有多个细孔(贯穿孔)822的加强层821构成。
[0181]第2加强层802设置在第I加强层801上，并由多个加强柱846构成。该加强柱846的整体形状为立方体状、即柱状。加强柱846在本实施方式中设置有20个，并且被设置成使加强柱846的长度方向与布线层84的厚度方向平行。此外，加强柱846的一端与第I加强层801接合，另一端与覆盖层87 (具体地说是遮蔽层841)接合。
[0182]并且，加强柱846在俯视时设置在第I加强层801的中央部，并以呈4X 5的行列状排列的方式设置。具体地说，加强柱846设置在第I加强层801 (加强层821)所具备的贯穿孔822的彼此之间。另外，加强柱846的配置、形状等不限定于本实施方式所示的结构。
[0183]通过以上说明的压力传感器100，也能够减少覆盖层87向基板6侧下垂的情况，从而能够更有效地减少覆盖层87与传感器元件7接触的情况。
[0184]特别地，在本实施方式的压力传感器100中，加强柱846 (第2加强层802)作为加强覆盖层87在厚度方向上的机械强度的部件发挥功能，由此，能够更有效地减少覆盖层87向空腔部5侧下垂的情况。
[0185]<第4实施方式>
[0186]接下来，对具备本发明的MEMS器件的压力传感器的第4实施方式进行说明。
[0187]图12是示出具备本发明的MEMS器件的压力传感器的第4实施方式的剖视图。
[0188]下面，对本发明的压力传感器的第4实施方式进行说明，但以与前述的实施方式的不同点为中心进行说明，对同样的事项省略其说明。
[0189]第4实施方式除了元件周围结构体所具备的加强层的结构不同以外，与所述第I实施方式相同。
[0190]图12所示的压力传感器100所具备的加强层80具备:设置在层间绝缘膜81上的第I加强层(加强部)803 ;和设置在第I加强层803上的第2加强层(加强部)804。
[0191]第I加强层803与第I实施方式同样地由具有多个细孔(贯穿孔)822的加强层821构成。
[0192]第2加强层804设置在第I加强层803上。并且，第2加强层804与第I加强层803和覆盖层87 (具体地说是遮蔽层841)接合。
[0193]并且，第2加强层804的俯视形状形成为格子状，第2加强层804具有多个(本实施方式中为9个)贯穿孔805。该贯穿孔805与贯穿孔822和设置于遮蔽层841的贯穿孔842连通。
[0194]通过以上说明的压力传感器100，也能够减少覆盖层87向基板6侧下垂的情况，由此，能够更有效地减少覆盖层87与传感器元件7接触的情况。
[0195]特别地，本实施方式的压力传感器100具备第2加强层804，由此能够进一步提高覆盖层87在厚度方向上的机械强度。因此，能够更加有效地减少覆盖层87向空腔部5侧下垂的情况。
[0196]2.高度计
[0197]接下来，对具备本发明的MEMS器件的高度计(本发明的高度计)的一例进行说明。图13是示出本发明的高度计的一例的立体图。
[0198]高度计200可以像手表那样佩戴在手腕上。并且，在高度计200的内部搭载有MEMS器件I (压力传感器100)，能够在显示部201上显示当前地点的海拔高度或当前地点的气压等。
[0199]另外，在该显示部201上能够显示当前时刻、使用者的心率数、天气等各种各样的信息。
[0200]3.电子设备
[0201]接下来，对应用了具备本发明的MEMS器件(压力传感器100)的电子设备的导航系统进行说明。图14是示出本发明的电子设备的一例的主视图。
[0202]在导航系统300中具备未图示的地图信息、来自GPS(全球定位系统！GlobalPosit1ning System)的位置信息的取得单元、基于陀螺传感器及加速度传感器和车速数据的自主导航单元、MEMS器件I (压力传感器100)、以及显示规定的位置信息或路线信息的显示部301。
[0203]根据该导航系统，能够在取得的位置信息的基础上取得高度信息。例如在位置信息上表示与一般道路大致相同的位置的高架道路上行驶的情况下，在不具有高度信息时，导航系统无法判断是在一般道路上行驶还是在高架道路上行驶，从而将一般道路的信息作为优先信息提供给使用者。因此，在本实施方式的导航系统300中，能够利用MEMS器件1(压力传感器100)取得高度信息，从而能够检测因从一般道路进入高架道路而引起的高度变化，将高架道路的行驶状态下的导航信息提供给使用者。
[0204]另外，显示部301例如是液晶显示器、有机EL(Organic Electro-Luminescence:有机电致发光)显示器等能够小型且薄型化的结构。
[0205]另外，具备本发明的MEMS器件的电子设备不限定于上述情况，例如能够应用于个人计算机、便携电话、医疗设备(例如电子体温计、血压计、血糖仪、心电图测量装置、超音波诊断装置、电子内窥镜)、各种测定设备、计量仪器类(例如车辆、航空器、船舶的计量仪器类)、飞行模拟器等。
[0206]4.移动体
[0207]接着，对应用了本发明的MEMS器件的移动体(本发明的移动体)进行说明。图15是示出本发明的移动体的一例的立体图。
[0208]如图15所示，移动体400具有车体401和4个车轮402，并构成为利用设置于车体401的未图示的动力源(发动机)使车轮402旋转。在这样的移动体400中内置有导航系统 300 (MEMS 器件 I)。
[0209]以上，根据图示的各实施方式对本发明的MEMS器件、压力传感器、高度计、电子设备和移动体进行了说明，但本发明不限定于此，各部分的结构可以替换成具有相同功能的任意结构。并且，也可以附加其他任意的结构物或工序。
[0210]并且，在前述的实施方式中，以使用压阻元件作为传感器元件的情况为例进行了说明，但本发明不限定于此，例如也可以使用扁平(flap)型的振子、梳齿电极等其他MEMS振子、石英振子等振动元件等功能元件。
[0211]并且，在前述的实施方式中，以使用4个传感器元件的情况为例进行了说明，但本发明不限定于此，传感器元件的数量也可以是I个以上且3个以下，或者是5个以上。
[0212]并且，在前述的实施方式中，以将传感器元件配置在膜片部的与受压面相反的一侧的表面侧的情况为例进行了说明，但本发明不限定于此，例如也可以在膜片部的受压面侧配置传感器元件，还可以在膜片部的两个面都配置传感器元件。
[0213]并且，在前述的实施方式中，以将传感器元件配置在膜片部的外周部侧的情况为例进行了说明，但本发明不限定于此，也可以将传感器元件配置在膜片部的中央部。
【主权项】
1.一种MEMS器件，其特征在于， 所述MEMS器件具备: 基板； 功能元件，其配置于所述基板上； 包围壁，其配置于所述基板的一面侧，并在俯视时包围所述功能元件； 覆盖层，其在俯视时与所述基板重叠，并与所述包围壁连接；以及 加强层，其配置在所述覆盖层和所述功能元件之间， 所述包围壁具有: 基板侧包围壁；和 覆盖层侧包围壁，其比所述基板侧包围壁靠近所述覆盖层侧，并且该覆盖层侧包围壁的至少一部分在俯视时比所述基板侧包围壁靠内侧。
2.根据权利要求1所述的MEMS器件，其中， 所述加强层具有在所述加强层的厚度方向上贯穿的贯穿孔。
3.根据权利要求1所述的MEMS器件，其特征在于， 所述加强层与所述覆盖层连接。
4.根据权利要求1所述的MEMS器件，其特征在于， 所述基板具有膜片部，所述膜片部通过受压而挠曲变形，在俯视时所述膜片部的至少一部分与所述覆盖层重叠。
5.根据权利要求1所述的MEMS器件，其特征在于， 所述功能元件的至少一部分在俯视时与所述覆盖层侧包围壁重叠。
6.根据权利要求1所述的MEMS器件，其特征在于， 所述功能元件具有压阻元件。
7.根据权利要求1所述的MEMS器件，其特征在于， 所述加强层的俯视形状包括格子状的部分。
8.—种压力传感器，其特征在于， 所述压力传感器具有权利要求1所述的MEMS器件。
9.一种高度计，其特征在于， 所述高度计具有权利要求1所述的MEMS器件。
10.一种电子设备，其特征在于， 所述电子设备具有权利要求1所述的MEMS器件。
11.一种移动体，其特征在于， 所述移动体具有权利要求1所述的MEMS器件。
【专利摘要】本发明提供MEMS器件、压力传感器、高度计、电子设备和移动体，能够减少覆盖层与功能元件接触的情况。本发明的MEMS器件具有：基板(6)；传感器元件(7)(功能元件)，其配置于基板(6)上；包围壁，其配置于基板(6)的一面侧，并在俯视时包围传感器元件(7)；覆盖层(87)，其在俯视时与基板(6)重叠，并与包围壁连接；以及加强层(821)，其配置于覆盖层(87)和传感器元件(7)之间，包围壁具有：基板侧包围壁(88)；和覆盖层侧包围壁(89)，其比基板侧包围壁(88)靠近覆盖层(87)侧，且该覆盖层侧包围壁(89)的至少一部分在俯视时被配置于比基板侧包围壁(88)靠内侧的位置。
【IPC分类】B81B7-02, G01C5-06, G01L1-10
【公开号】CN104817053
【申请号】CN10028795
【发明人】松泽勇介
【申请人】精工爱普生株式会社
【公开日】8月5日
【申请日】1月20日
【公告号】US0217989
