Mems器件的制作方法

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導(dǎo)航： X技術(shù)> 最新專利>微觀裝置的制造及其處理技術(shù)

專利名稱：Mems器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在半導(dǎo)體基板上具備MEMS結(jié)構(gòu)體的MEMS器件。
背景技術(shù)：
近些年來，使用MEMS (Micro Electro Mechanical System:微電子機械系統(tǒng))技術(shù)制作而成的MEMS器件十分引人注目。MEMS器件是在半導(dǎo)體基板上制作微小的MEMS結(jié)構(gòu)體，來用作傳感器、振子等用途。在該MEMS結(jié)構(gòu)體上設(shè)有固定電極和可動電極，通過使用可動電極的撓曲來檢測產(chǎn)生于固定電極的靜電電容等，來獲得作為MEMS器件的特性。
一般已知的是在IC (Integrated circuit:集成電路)等的電路布線等中有時會包含寄生電容，而這會對IC等的電特性帶來不良影響。該寄生電容在MEMS器件中也會產(chǎn)生，寄生電容對電特性的影響會伴隨 MEMS結(jié)構(gòu)體中電極之間的窄小化以及應(yīng)用頻率的高頻化等而變得顯著。
表面MEMS制造方法是在半導(dǎo)體基板上形成極薄的氧化膜和氮化
膜，并在其上直接形成MEMS結(jié)構(gòu)體的制造方法，通過該表面MEMS
制造方法制作而成的MEMS結(jié)構(gòu)體的結(jié)構(gòu)體占用面積即使很小，也容易在其與半導(dǎo)體基板之間形成寄生電容。
特別是在檢測由于可動電極的機械位移而產(chǎn)生的電容位移的靜電型 MEMS器件中，輸出信號十分微弱，而且電容位移的絕對值相對于寄生電容并非足夠大，因而容易受到寄生電容的影響。
并且，在該寄生電容大、基板表面的電阻小的情況下，或者在基板與電極的定向電容大的情況下等，信號容易通過在基板表面上被激發(fā)的載流子從原本的路徑之外的路徑泄漏。
例如已知有圖16所示的MEMS器件，該MEMS器件在半導(dǎo)體基板
110上形成有氧化膜111、氮化膜112，在其上形成有MEMS結(jié)構(gòu)體。該 MEMS器件具有固定電極和可動電極，作為固定電極設(shè)置了輸入側(cè)電極 113、輸出側(cè)電極114、驅(qū)動電極115;作為可動電極設(shè)置了與輸入側(cè)電極113連接的可動部116。
在這種結(jié)構(gòu)下的MEMS器件中，高頻信號有時會從輸入側(cè)電極113 通過半導(dǎo)體基板110的表面泄漏到輸出側(cè)電極114上。
為了解決該情況，在專利文獻(xiàn)1中公開了這樣的內(nèi)容通過一并地共通連接振子元件(MEMS結(jié)構(gòu)體)的下部電極，來減少高頻信號布線在基板上所占面積，從而減少高頻信號向基板上的泄漏量。
專利文獻(xiàn)l:日本特開2006-174174號公報(第5頁、第7 11行)
但是，如上述那樣削減MEMS結(jié)構(gòu)體的占用面積，雖然是減少寄生電容的有效方法，但有時會由于設(shè)計上/制造上的制約而難以削減占用面積。因此，在無法削減MEMS結(jié)構(gòu)體的占用面積時，會對MEMS器件的特性產(chǎn)生由寄生電容引起的害處。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述課題而完成的，其目的在于提供一種可減少 MEMS結(jié)構(gòu)體和半導(dǎo)體基板之間的寄生電容的MEMS器件。
為解決上述課題，本發(fā)明的MEMS器件為具備MEMS結(jié)構(gòu)體的 MEMS器件，其具有隔著絕緣層形成在半導(dǎo)體基板上的固定電極和可動電極，其特征在于，在上述固定電極的下方的上述半導(dǎo)體基板上形成有阱，在對上述固定電極施加正電壓的情況下，上述阱為P型阱；在對上述固定電極施加負(fù)電壓的情況下，上述阱為n型阱。
根據(jù)本結(jié)構(gòu)，在MEMS結(jié)構(gòu)體的固定電極的下方的半導(dǎo)體基板上形成有阱，當(dāng)對MEMS結(jié)構(gòu)體的固定電極施加正電壓時，阱為p型阱；當(dāng) 對MEMS結(jié)構(gòu)體的固定電極施加負(fù)電壓時，阱為n型阱。
這樣，通過形成阱，形成有阱的半導(dǎo)體基板表面成為耗盡狀態(tài)，由于耗盡層，外觀上的對置電極之間的距離增大，因而該部分的寄生電容減少。所以可以減少MEMS結(jié)構(gòu)體與半導(dǎo)體基板之間的寄生電容，高頻
信號通過半導(dǎo)體基板的表面泄漏的情況消失，可以使MEMS器件的特性變得穩(wěn)定。
并且在上述本發(fā)明的MEMS器件中，優(yōu)選的是對上述阱施加電壓，以使上述阱成為耗盡狀態(tài)。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，對形成在固定電極下方的半導(dǎo)體基板上的阱施加電壓，以使阱成為耗盡狀態(tài)。
當(dāng)對固定電極施加絕對值大的電壓時，在阱的半導(dǎo)體基板表面上產(chǎn) 生翻轉(zhuǎn)層，電子被激發(fā)。在這種狀態(tài)下，在半導(dǎo)體基板表面上容易產(chǎn)生信號泄漏，而與耗盡電容無關(guān)。因此，如果向阱施加從施加給固定電極的電壓中減去了使阱成為耗盡狀態(tài)的電壓后的值的電壓，則阱可以維持耗盡狀態(tài)，能防止在阱的半導(dǎo)體基板表面上產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)層而激發(fā)電子。由
于這樣阱能夠維持耗盡狀態(tài)，所以能減少MEMS結(jié)構(gòu)體與半導(dǎo)體基板之間的寄生電容，高頻信號通過半導(dǎo)體基板的表面進(jìn)行泄漏的情況消失，可以使得MEMS器件的特性變得穩(wěn)定。
并且在本發(fā)明的MEMS器件中，優(yōu)選的是上述半導(dǎo)體基板是p型基板，上述阱是n型阱，當(dāng)設(shè)上述MEMS結(jié)構(gòu)體的偏置電壓為Vp、設(shè) 對上述MEMS結(jié)構(gòu)體的下方的上述阱施加的電壓為Vwell、設(shè)在上述阱中產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)層的閾值電壓為Vth時，滿足這樣的條件Vp<0、 Vwel&0，而且0<|Vp-Vwell|<|Vth|。
通過這樣滿足上述條件，當(dāng)半導(dǎo)體基板是p型基板，阱是n型阱時，形成在固定電極下方的半導(dǎo)體基板上的阱成為耗盡狀態(tài)。而且由于產(chǎn)生在阱中的耗盡層，外觀上的對置電極之間的距離增大，因而減少了該部分的寄生電容。因而可以減少MEMS結(jié)構(gòu)體與半導(dǎo)體基板之間的寄生電容，高頻信號通過半導(dǎo)體基板的表面進(jìn)行泄漏的情況消失，可以使MEMS 器件的特性變得穩(wěn)定。
并且在本發(fā)明的MEMS器件中，優(yōu)選的是上述半導(dǎo)體基板是n型基板，上述阱是p型阱，當(dāng)設(shè)上述MEMS結(jié)構(gòu)體的偏置電壓為Vp、設(shè) 對上述MEMS結(jié)構(gòu)體的下方的上述阱施加的電壓為Vwdl、設(shè)在上述阱中產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)層的閾值電壓為Vth時，滿足這樣的條件Vp>0、 VwelgO,
而且0<|Vp-Vwell|<|Vth|。
通過這樣滿足上述條件，當(dāng)半導(dǎo)體基板是n型基板，阱是p型阱時，形成在固定電極下方的半導(dǎo)體基板上的阱成為耗盡狀態(tài)。而且由于產(chǎn)生在阱中的耗盡層，外觀上的對置電極之間的距離增大，因而減少了該部分的寄生電容。因而可以減少MEMS結(jié)構(gòu)體與半導(dǎo)體基板之間的寄生電容，高頻信號通過半導(dǎo)體基板的表面進(jìn)行泄漏的情況消失，可以使MEMS 器件的特性變得穩(wěn)定。
并且在上述本發(fā)明的MEMS器件中，該MEMS器件具備MEMS結(jié) 構(gòu)體，該MEMS結(jié)構(gòu)體具有隔著絕緣層形成在半導(dǎo)體基板上的固定電極和可動電極，其特征在于，在上述固定電極的下方的上述半導(dǎo)體基板上，形成有與上述半導(dǎo)體基板極性相同的阱，在上述半導(dǎo)體基板內(nèi)形成有包圍上述阱、并且具有與上述阱相反的極性的分離用阱，上述阱與上述分離用阱之間、或者上述分離用阱與上述半導(dǎo)體基板之間為反向偏置的結(jié) 構(gòu)。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)可以隔離半導(dǎo)體基板與阱的電位，能以絕對值高的電壓使MEMS結(jié)構(gòu)體工作，可以減少MEMS結(jié)構(gòu)體與半導(dǎo)體基板之間的寄生電容。而且如果采用這種結(jié)構(gòu)，由于阱的電位不會對半導(dǎo)體基板的電位產(chǎn)生影響，所以將MEMS結(jié)構(gòu)體與IC (集成電路)等電路一體化進(jìn)行使用變得容易。
并且在本發(fā)明的MEMS器件中，優(yōu)選的是上述半導(dǎo)體基板是p型基板，上述阱是p型阱，上述分離用阱是n型阱，當(dāng)設(shè)上述MEMS結(jié)構(gòu) 體的偏置電壓為Vp、設(shè)對上述MEMS結(jié)構(gòu)體的下方的上述阱施加的電壓為Vwdl、設(shè)在上述阱中產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)層的閾值電壓為Vth時，滿足這樣的條件Vp>0，而且0<Vp-Vwell<Vth。
通過這樣滿足上述條件，當(dāng)半導(dǎo)體基板是p型基板，阱是p型阱，分離用阱是n型阱時，形成在固定電極下方的半導(dǎo)體基板上的阱成為耗盡狀態(tài)。而且由于產(chǎn)生在阱中的耗盡層，外觀上的對置電極之間的距離增大，因而減少了該部分的寄生電容。因而可以減少MEMS結(jié)構(gòu)體與半導(dǎo)體基板之間的寄生電容，高頻信號通過半導(dǎo)體基板的表面進(jìn)行泄漏的
200710181944.3
說明書第5/22頁
情況消失，可以使MEMS器件的特性變得穩(wěn)定。
并且在本發(fā)明的MEMS器件中，優(yōu)選的是上述半導(dǎo)體基板是n型基板，上述阱是n型阱，上述分離用阱是p型阱，當(dāng)設(shè)上述MEMS結(jié)構(gòu) 體的偏置電壓為Vp、設(shè)對上述MEMS結(jié)構(gòu)體的下方的上述阱施加的電壓為Vwell、設(shè)在上述阱中產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)層的閾值電壓為Vth時，滿足這樣的條件Vp<0，而且(KVp-VwelKVth。
通過這樣滿足上述條件，當(dāng)半導(dǎo)體基板是n型基板，阱是n型阱，分離用阱是p型阱時，形成在固定電極下方的半導(dǎo)體基板上的阱成為耗盡狀態(tài)。而且由于產(chǎn)生在阱中的耗盡層，外觀上的對置電極之間的距離增大，因而減少了該部分的寄生電容。因而可以減少MEMS結(jié)構(gòu)體與半導(dǎo)體基板之間的寄生電容，高頻信號通過半導(dǎo)體基板的表面進(jìn)行泄漏的情況消失，可以使MEMS器件的特性變得穩(wěn)定。

圖1表示第一實施方式中的MEMS器件的結(jié)構(gòu)，(a)是MEMS器件的局部示意俯視圖，(b)是沿著(a)中的A-A切線的局部示意剖面圖。
圖2是表示第一實施方式中的MEMS器件的制造工序的示意局部剖面圖。
圖3是表示第一實施方式中的MEMS器件的制造工序的示意局部剖面圖。
圖4是表示第一實施方式中的MEMS器件的制造工序的示意局部剖面圖。
圖5是表示變形例1中的MEMS器件的結(jié)構(gòu)的局部示意剖面圖。圖6是表示變形例1中的Vp與Vwdl的差(Vp-Vwell)和MEMS
結(jié)構(gòu)體與阱之間的電容C的關(guān)系的曲線圖。
圖7是表示變形例2中的MEMS器件的結(jié)構(gòu)的局部示意剖面圖。圖8是表示變形例2中的Vp與Vwell的差(Vp-Vwell)和MEMS
結(jié)構(gòu)體與阱之間的電容C的關(guān)系的曲線圖。
圖9表示第二實施方式中的MEMS器件的結(jié)構(gòu)，(a)是MEMS器
件的局部示意俯視圖，(b)是沿著(a)中的B-B切線的局部示意剖面圖。圖10是表示第二實施方式中的MEMS器件的制造工序的示意局部剖面圖。
圖11是表示第二實施方式中的MEMS器件的制造工序的示意局部剖面圖。
圖12是表示第二實施方式中的MEMS器件的制造工序的示意局部剖面圖。
圖13表示第三實施方式中的MEMS器件的結(jié)構(gòu)，(a)是MEMS器件的局部示意俯視圖，(b)是沿著(a)中的C-C切線的局部示意剖面圖。圖14是表示變形例3中的MEMS器件的結(jié)構(gòu)的局部示意剖面圖。圖15是表示變形例4中的MEMS器件的結(jié)構(gòu)的局部示意剖面圖。圖16是說明現(xiàn)有的MEMS器件中的信號泄漏的狀態(tài)的說明圖。標(biāo)號說明
1、 2、 3、 5、 6、 7、 8: MEMS器件；10:半導(dǎo)體基板；11:氧化硅膜；12:氮化硅膜；13阱；20:固定電極；21a、 21b:輸入側(cè)電極；22: 輸出側(cè)電極；24:氧化膜；26:可動電極；27:布線層；28:鈍化膜； 29:開口部；30: MEMS結(jié)構(gòu)體；31:布線；32:鋁布線；33:布線； 34:鋁布線；35:空腔部；43a、 43b:阱；50:固定電極；51a、 51b: 輸入側(cè)電極；52:輸出側(cè)電極；54:氧化膜；56:可動電極；57:布線層；58:鈍化膜；59:開口部；60: MEMS結(jié)構(gòu)體；61:布線；62:鋁布線；63:布線；64:鋁布線；65:空腔部；70:阱；71:分離用阱； 80:固定電極；81:輸入側(cè)電極；82:驅(qū)動電極；83:輸出側(cè)電極；86: 可動電極；90 : MEMS結(jié)構(gòu)體；120:半導(dǎo)體基板；123:阱；131:輸入側(cè)電極；140:半導(dǎo)體基板；143:阱；151:輸入側(cè)電極。
具體實施例方式
在說明本發(fā)明的實施方式之前，為了便于理解本發(fā)明，首先說明在半導(dǎo)體基板上產(chǎn)生寄生電容而使信號從原本路徑之外的路徑泄漏的原理。
首先可以用隔著絕緣體在半導(dǎo)體上形成有金屬的電容器作為模型來解說上述現(xiàn)象，以使用了p型半導(dǎo)體的MOS電容器為例進(jìn)行說明。在使用了 p型半導(dǎo)體的MOS電容器的電容-電壓特性中，公知的是在柵極電壓為負(fù)時是蓄積狀態(tài)；在對柵極施加正電壓時是耗盡狀態(tài)；在對柵極
施加較大的正電壓時是翻轉(zhuǎn)狀態(tài)。
在蓄積狀態(tài)下，在基板表面上產(chǎn)生載流子(空穴)，基板表面附近的導(dǎo)體電阻降低，容易產(chǎn)生向橫向的信號泄漏。
另外，在耗盡狀態(tài)下，由于外觀上對置電極之間的距離增加，因而該部分的寄生電容減少，在基板表面附近不會產(chǎn)生載流子，不易引起向橫向的信號泄漏。此外，在翻轉(zhuǎn)狀態(tài)下，在基板表面產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)層，在此激發(fā)出具有相反符號的載流子，從而在基板表面容易產(chǎn)生向橫向的信號泄漏。
這樣在耗盡狀態(tài)下，在基板表面不易產(chǎn)生向橫向的信號泄漏。而且
由于MEMS器件一般以較高的電壓進(jìn)行動作，所以產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)層的電壓(閾值電壓)值越高，則越不易在基板表面引起信號泄漏。
并且當(dāng)在半導(dǎo)體基板上形成阱時，在對基板表面施加了電壓的情況下，在達(dá)到更高的施加電壓之前，不易產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)層。
MOS電容器的產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)層的電壓可以用MOS晶體管的閾值電壓導(dǎo) 出式來表示。式(1)表示使用p型阱時的閾值電壓Vt。數(shù)學(xué)式1
K =-ln
)、
乂
'V w'…(1)
此處，k是玻爾茲曼常數(shù)、
T是溫度、
q是電荷的絕對值、
NA是受體濃度、
ni是本征載流子濃度、
Ci是絕緣膜的每單位面積的電容、
e。是真空中的介電常數(shù)、^是絕緣膜的相對介電常數(shù)。
根據(jù)該式子可知，開始翻轉(zhuǎn)的閾值電壓依賴于半導(dǎo)體基板部分的受體濃度。由于受體濃度可以與阱的載流子濃度大致近似，所以可知載流子濃度越大，就越可以將MOS電容器維持在耗盡狀態(tài)直到較高的電壓。
并且當(dāng)考慮不形成阱而原樣地使用了 p型硅基板的情況時，由于基板的載流子濃度與形成阱時相比變小，因而根據(jù)式(1)可以理解，產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)層的電壓變低，可在耗盡狀態(tài)下使用的電壓范圍變窄。通過這樣形
成阱，可以在更寬的范圍內(nèi)削減在MEMS器件中的寄生電容。
另外，在形成阱的情況下，可以不依賴于所使用的基板種類(p型
基板或者n型基板)，在MEMS結(jié)構(gòu)體的固定電極下方設(shè)置最佳的基板結(jié)構(gòu)，能夠抑制寄生電容而不用在意所使用的基板種類。
如上所述，通過在半導(dǎo)體基板上形成阱，可以提升翻轉(zhuǎn)層的產(chǎn)生電壓，抑制基板表面的信號泄漏。
另外，在n型半導(dǎo)體基板中，也已知根據(jù)柵極電壓而會產(chǎn)生蓄積狀態(tài)、耗盡狀態(tài)和翻轉(zhuǎn)狀態(tài)，與上述一樣，通過利用耗盡狀態(tài)，寄生電容減少，在基板表面附近不會產(chǎn)生載流子，不易引起向橫向的信號泄漏。
下面敘述在MEMS結(jié)構(gòu)體的固定電極下方為耗盡狀態(tài)時進(jìn)行動作的情況下的具體的器件特性。此處以應(yīng)用于MEMS振子的情況下的效果為 --個例子來進(jìn)行說明。
在如上所述在半導(dǎo)體基板為耗盡狀態(tài)下使MEMS振子動作時，由于所形成的寄生電容值減小，因而經(jīng)這些寄生電容而通過的信號部分減少，所以共振峰變得陡峭。
并且，公知的是在與有源電路連接構(gòu)成振蕩電路的情況下，由于可以將MEMS振子所包含的寄生電容等效地看作晶體管所包含的寄生電容，因此由晶體管產(chǎn)生的負(fù)電阻會減少。因此，如果MEMS振子的寄生電容減少，則相對于晶體管的能力，可生成的負(fù)電阻值增大，因此可以實現(xiàn)電路的低耗電化。
另一方面，在不構(gòu)成阱的情況下，可以施加在MEMS振子上的偏置電壓降低。當(dāng)對MEMS振子施加大于等于閾值的偏置電壓時，由于MEMS
結(jié)構(gòu)體的固定電極下方的基板為翻轉(zhuǎn)狀態(tài)，所以在基板表面上作為少數(shù) 載流子的電子被激發(fā)，信號容易向橫向流動。并且，由于固定電極與基板之間的寄生電容也一起增大，因而MEMS振子的寄生電容也會等效地增大。其結(jié)果為，會產(chǎn)生振子的共振峰鈍化(Q值惡化)等害處。
以上說明了通過在耗盡狀態(tài)下使用MEMS結(jié)構(gòu)體的固定電極下方的基板，可以改善MEMS結(jié)構(gòu)體的電特性的情況。
下面按照

將本發(fā)明具體化了的實施方式。 (第一實施方式)
圖1表示本實施方式的MEMS器件的結(jié)構(gòu)，圖1 (a)是MEMS器件的局部示意俯視圖，圖1 (b)是沿著該圖1 (a)中的A-A切線的局部示意剖面圖。
MEMS器件1在半導(dǎo)體基板IO上具有MEMS結(jié)構(gòu)體30;形成為包圍MEMS結(jié)構(gòu)體30的布線層27;以及從布線層27的上方連到MEMS 結(jié)構(gòu)體30的上方、并形成有開口部29的鈍化膜28。
在由硅構(gòu)成的p型半導(dǎo)體基板10上形成有氧化硅膜ll，在其上形成氮化硅膜12。而且，在氮化硅膜12上設(shè)有MEMS結(jié)構(gòu)體30。 MEMS結(jié) 構(gòu)體30由多晶硅形成，其具有固定電極20和可動電極26。固定電極20 配置在氮化硅膜12上，其具有輸入側(cè)電極21a、 21b和輸出側(cè)電極22。可動電極26的從輸入側(cè)電極21a、 21b立起的部分被保持，從而，可動電極26以雙支撐狀態(tài)保持在空中。
輸入側(cè)電極21a的一端延伸向包圍MEMS結(jié)構(gòu)體30的布線層27，并與布線31連接。布線層27中層疊有Si02等絕緣膜，經(jīng)由布線層27 的布線31從設(shè)置在其上部的連接墊連接到鋁布線32上。
而且輸出側(cè)電極22的一端延伸向包圍MEMS結(jié)構(gòu)體30的布線層 27，并與布線33連接，再從設(shè)置在布線層27的上部的連接墊連接到鋁布線34上。
而且在布線層27之下形成有Si02等氧化膜24，該氧化膜24是通過刻蝕來釋放MEMS結(jié)構(gòu)體30時的犧牲層。
另外，在MEMS結(jié)構(gòu)體30中的作為固定電極的輸入側(cè)電極21a、21b、
輸出側(cè)電極22的下方的半導(dǎo)體基板10上，形成有p型的阱13。該阱13 形成在俯視時包含MEMS結(jié)構(gòu)體30的區(qū)域中。
并且從布線層27的上方連到MEMS結(jié)構(gòu)體30的上方地形成有鈍化膜28。在鈍化膜28上形成有開口部29，通過從該開口部29刻蝕布線層 27、氧化膜24，來釋放MEMS結(jié)構(gòu)體30，在鈍化膜28和半導(dǎo)體基板10 之間劃分出配置MEMS結(jié)構(gòu)體30的空腔部35。并且對阱13施加固定的電壓。
在這種結(jié)構(gòu)的MEMS器件1中，當(dāng)通過MEMS結(jié)構(gòu)體30的輸入側(cè) 電極21a對可動電極26施加直流電壓時，在可動電極26與輸出側(cè)電極 22之間產(chǎn)生電位差，在可動電極26與輸出側(cè)電極22之間作用有靜電力。此處當(dāng)進(jìn)一步對可動電極26施加交流電壓時，則靜電力發(fā)生變大變小的變動，可動電極26向接近輸出側(cè)電極22的方向或向離開輸出側(cè)電極22 的方向進(jìn)行振動。此時，在輸出側(cè)電極22的電極表面上產(chǎn)生電荷移動，在輸出側(cè)電極22中有電流流過。由于反復(fù)進(jìn)行振動，因而從輸出側(cè)電極 22輸出固有的共振頻率信號。當(dāng)施加在MEMS結(jié)構(gòu)體30上的電壓在阱的翻轉(zhuǎn)電壓以下時，將阱13接地進(jìn)行使用。
另一方面，當(dāng)施加在MEMS結(jié)構(gòu)體30上的電壓大于等于上述阱的翻轉(zhuǎn)電壓時，對阱13施加能維持耗盡狀態(tài)的電壓進(jìn)行使用。
例如當(dāng)MEMS結(jié)構(gòu)體30的驅(qū)動電壓為8V、在阱13中產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)層的電位為7V時，通過對阱13施加3V的電壓，阱13與MEMS結(jié)構(gòu)體 30之間的電位差為5V，半導(dǎo)體基板10的阱13不產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)層而維持耗盡狀態(tài)。此時，在阱13周圍作為保護環(huán)構(gòu)成具有相反極性的阱(n型阱) (未圖示)，對該作為保護環(huán)的阱施加絕對值大于等于施加在阱13上的電壓值、并且極性與阱13相同的電壓進(jìn)行使用。例如在對阱13施加3V 電壓的情況下，對周圍的保護環(huán)部施加5V的電壓進(jìn)行使用。
下面，說明上述結(jié)構(gòu)的MEMS器件的制造方法。
圖2、圖3、圖4是表示MEMS器件的制造方法的示意局部剖面圖。首先如圖2 (a)所示，在由硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基板IO上通過熱氧化形成氧化硅膜11。接著如圖2 (b)所示，在預(yù)定區(qū)域上對半導(dǎo)體基板10進(jìn)行
注入B離子的離子注入來形成p型阱13。然后如圖2 (C)所示，在氧化硅膜11上形成氮化硅膜12。再如圖2 (d)所示，在氮化硅膜12上形成多晶硅膜，通過形成圖案結(jié)構(gòu)來形成作為MEMS結(jié)構(gòu)體的固定電極20 的輸入側(cè)電極21a、 21b和輸出側(cè)電極22。
然后如圖3 (a)所示，從輸入側(cè)電極21a、 21b、輸出側(cè)電極22之上形成Si02等氧化膜24。之后如圖3 (b)所示，在輸入側(cè)電極21a、 21b 上的氧化膜24上形成幵口孔25。接著在氧化膜24上形成多晶硅膜，進(jìn) 行圖案形成，如圖3 (c)所示，通過刻蝕形成MEMS結(jié)構(gòu)體的可動電極 26。然后如圖3 (d)所示，形成通過Si02等絕緣膜層疊了布線(未圖示) 的布線層27。
然后如圖4 (a)所示，在布線層27上形成鈍化膜28。接下來如圖4 (b)所示，在MEMS結(jié)構(gòu)體的上方的鈍化膜28上形成開口部29。
之后，如圖4 (c)所示，從開口部29接觸酸性的刻蝕液來刻蝕布線層27和氧化膜24，從而釋放MEMS結(jié)構(gòu)體30。此時在半導(dǎo)體基板10 和鈍化膜28之間形成了空腔部35。這樣就制造出圖1所示那樣的MEMS 器件1。
如上所述，本實施方式的MEMS器件1在MEMS結(jié)構(gòu)體30中的固定電極20的下方形成有阱13，對MEMS結(jié)構(gòu)體30的固定電極20施加正電壓，用p型阱構(gòu)成阱13。而且對形成于固定電極20下方的半導(dǎo)體基板10上的阱13施加固定的電壓，以使阱13成為耗盡狀態(tài)。
這樣，通過形成阱13，并對阱13施加固定的電壓以使阱13成為耗盡狀態(tài)，半導(dǎo)體基板1的表面成為耗盡狀態(tài)，由于耗盡層，外觀上的對置電極之間的距離增大，因而減少了該部分的寄生電容。因而可以減少 MEMS結(jié)構(gòu)體30與半導(dǎo)體基板10之間的寄生電容，高頻信號通過半導(dǎo) 體基板10的表面進(jìn)行泄漏的情況消失，可以使MEMS器件1的特性變得穩(wěn)定。
(變形例1)
下面說明第一實施方式中的半導(dǎo)體基板和阱的極性的組合的變形例。在本變形例1中，是半導(dǎo)體基板為p型基板、阱為n型阱的情況。
而且在半導(dǎo)體基板上形成有電路元件，半導(dǎo)體基板的電位設(shè)定為一般的ov。
圖5是表示變形例1中的MEMS器件的結(jié)構(gòu)的局部示意剖面圖。 MEMS器件5在半導(dǎo)體基板120上具有MEMS結(jié)構(gòu)體(此處省略了 MEMS結(jié)構(gòu)體的可動電極，而僅表示了固定電極的輸入側(cè)電極131);形成在MEMS結(jié)構(gòu)體周圍的布線層127;以及形成在布線層127上方的鈍化膜128。
在由硅構(gòu)成的p型半導(dǎo)體基板120上形成有氧化硅膜121，在其上形成有氮化硅膜122。而且在氮化硅膜122上設(shè)有MEMS結(jié)構(gòu)體。MEMS 結(jié)構(gòu)體與圖l中說明的MEMS結(jié)構(gòu)體為相同結(jié)構(gòu)，省略其詳細(xì)說明。
在MEMS結(jié)構(gòu)體中的作為固定電極的輸入側(cè)電極131的下方的半導(dǎo) 體基板120上，形成有n型阱123。該阱123形成在俯視時包含MEMS 結(jié)構(gòu)體的區(qū)域中。
而且在阱123的一部分形成有電極125，電極125通過布線126經(jīng) 過布線層127而連接到鈍化膜128的上表面。
并且，通過布線126對阱123施加正電壓。另外，對MEMS結(jié)構(gòu)體的輸入側(cè)電極131施加負(fù)電壓。
此處，設(shè)在阱123上產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)層的閾值電壓為Vth、設(shè)施加在MEMS 結(jié)構(gòu)體上的偏置電壓為Vp、設(shè)施加在MEMS結(jié)構(gòu)體下方的阱123上的電壓為Vwell。
圖6是表示該狀態(tài)下Vp與Vwell的差(Vp-Vwell)和MEMS結(jié)構(gòu) 體與阱之間的電容C的關(guān)系的曲線圖。
當(dāng)半導(dǎo)體基板120為p型基板、阱123為n型阱時，閾值電壓Vth<0。當(dāng)Vp-Vwdl的電壓為正的情況下，阱為蓄積狀態(tài)，MEMS結(jié)構(gòu)體和阱之間的電容C為大值，寄生電容大。Vp-Vwell的電壓的從0到閾值電壓 Vth之間是阱為耗盡狀態(tài)的范圍，MEMS結(jié)構(gòu)體和阱之間的電容C隨著從0V到閾值電壓Vth而變小，寄生電容也變小。而且當(dāng)小于閾值電壓 Vth時，阱為翻轉(zhuǎn)狀態(tài)。如上所述，通過在耗盡狀態(tài)下使用阱，可以減少 MEMS結(jié)構(gòu)體與半導(dǎo)體基板之間的寄生電容，還能使不易在基板表面附
近引起向橫向的信號泄漏。
為了使該阱成為耗盡狀態(tài)，需要滿足下列條件Vp<0、 Vwel&0，而且0<|Vp-Vwell|<|Vth|。
如上所述，通過滿足上述條件，在半導(dǎo)體基板120為p型基板、阱 123為n型阱的情況下，形成于固定電極下方的半導(dǎo)體基板120上的阱 123成為耗盡狀態(tài)。而且由于產(chǎn)生于阱123中的耗盡層，外觀上的對置電極之間的距離增大，因而減少了該部分的寄生電容。因而可以減少MEMS 結(jié)構(gòu)體與半導(dǎo)體基板120之間的寄生電容，高頻信號通過半導(dǎo)體基板120 的表面進(jìn)行泄漏的情況消失，可以使MEMS器件5的特性變得穩(wěn)定。而且如果采用這種結(jié)構(gòu)，將MEMS結(jié)構(gòu)體與IC等電路一體化進(jìn)行使用變得容易。
(變形例2)
接著說明第一實施方式中的半導(dǎo)體基板和阱的極性的組合的其他變形例。在本變形例2中，是半導(dǎo)體基板為n型基板、阱為p型阱的情況。而且在半導(dǎo)體基板上形成有電路元件，半導(dǎo)體基板的電位設(shè)定為一般的 0V。
圖7是表示變形例2中的MEMS器件的結(jié)構(gòu)的局部示意剖面圖。 MEMS器件6在半導(dǎo)體基板140上具有MEMS結(jié)構(gòu)體(此處省略了 MEMS結(jié)構(gòu)體的可動電極，而僅表示了固定電極的輸入側(cè)電極151);形成在MEMS結(jié)構(gòu)體周圍的布線層147;以及形成在布線層147上方的鈍化膜148。
在由硅構(gòu)成的n型半導(dǎo)體基板140上形成有氧化硅膜141，在其上形成有氮化硅膜142。而且在氮化硅膜142上設(shè)有MEMS結(jié)構(gòu)體。MEMS 結(jié)構(gòu)體與圖1中說明過的MEMS結(jié)構(gòu)體為相同結(jié)構(gòu)，省略其詳細(xì)說明。
在MEMS結(jié)構(gòu)體中的作為固定電極的輸入側(cè)電極151的下方的半導(dǎo) 體基板140上，形成有p型阱143。該阱143形成在俯視時包含MEMS 結(jié)構(gòu)體的區(qū)域中。
而且在阱143的一部分上形成有電極145，電極145通過布線146 經(jīng)過布線層147而連接到鈍化膜148的上表面。
另夕卜，通過布線146對阱143施加負(fù)電壓。另外對MEMS結(jié)構(gòu)體的輸入側(cè)電極151施加正電壓。
此處設(shè)在阱143上產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)層的閾值電壓為Vth、設(shè)施加在MEMS 結(jié)構(gòu)體上的偏置電壓為Vp、設(shè)施加在MEMS結(jié)構(gòu)體下方的阱143上的電壓為Vwell。
圖8是表示該狀態(tài)下Vp與Vwell的差(Vp-Vwdl)和MEMS結(jié)構(gòu) 體與阱之間的電容C的關(guān)系的曲線圖。
當(dāng)半導(dǎo)體基板140為n型基板、阱143為p型阱時，閾值電壓Vth>0。當(dāng)Vp-Vwell的電壓為負(fù)的情況下，阱為蓄積狀態(tài)，MEMS結(jié)構(gòu)體和阱之間的電容C為大值，寄生電容大。Vp-Vwell的電壓的從0到閾值電壓 Vth之間是阱為耗盡狀態(tài)的范圍，MEMS結(jié)構(gòu)體和阱之間的電容C隨著從0V到閾值電壓Vth而變小，寄生電容也變小。而且當(dāng)大于閾值電壓 Vth時，阱為翻轉(zhuǎn)狀態(tài)。如上所述，通過在耗盡狀態(tài)下使用阱，可以減少 MEMS結(jié)構(gòu)體與半導(dǎo)體基板之間的寄生電容，還能使不易在基板表面附近引起向橫向的信號泄漏。
為了使該阱成為耗盡狀態(tài)，需要滿足下列條件Vp>0、 VwelgO，而且0〈IVp-Vwelll〈IVthl。
如上所述，通過滿足上述條件，在半導(dǎo)體基板140為n型基板、阱 143為p型阱的情況下，形成于固定電極下方的半導(dǎo)體基板140上的阱 143成為耗盡狀態(tài)。而且由于產(chǎn)生在阱143中的耗盡層，外觀上的對置電極之間的距離增大，因而減少了該部分的寄生電容。因而可以減少MEMS 結(jié)構(gòu)體與半導(dǎo)體基板140之間的寄生電容，高頻信號通過半導(dǎo)體基板140 的表面進(jìn)行泄漏的情況消失，可以使MEMS器件6的特性變得穩(wěn)定。而且如果采用這種結(jié)構(gòu)，將MEMS結(jié)構(gòu)體與IC等電路一體化進(jìn)行使用變得容易。
(第二實施方式)
下面說明第二實施方式中的MEMS器件。
在本實施方式中，與第一實施方式不同之處在于，形成在半導(dǎo)體基板上的阱在輸入側(cè)電極和輸出側(cè)電極上分別獨立設(shè)置。
圖9表示本實施方式中的MEMS器件的結(jié)構(gòu)，圖9 (a)是MEMS 器件的局部示意俯視圖，圖9 (b)是沿著該圖9中(a)的B-B切線的局部示意剖面圖。
MEMS器件2在半導(dǎo)體基板IO上具有MEMS結(jié)構(gòu)體60;形成為包圍MEMS結(jié)構(gòu)體60的布線層57;以及從布線層57的上方連到MEMS 結(jié)構(gòu)體60的上方、并形成有開口部59的鈍化膜58。
在由硅構(gòu)成的p型半導(dǎo)體基板IO上形成有氧化硅膜ll，在其上形成氮化硅膜12。而且在氮化硅膜12上設(shè)有MEMS結(jié)構(gòu)體60。 MEMS結(jié)構(gòu) 體60由多晶硅形成，其具有固定電極50和可動電極56。固定電極50配置在氮化硅膜12上，其具有輸入側(cè)電極51a、 51b和輸出側(cè)電極52。可動電極56的從輸入側(cè)電極51a、 51b立起的部分被保持，從而，該可動電極以雙支撐狀態(tài)保持在空中。
輸入側(cè)電極51a的一端延伸向包圍MEMS結(jié)構(gòu)體60的布線層57，并與布線61連接。布線層57層疊有Si02等絕緣膜，經(jīng)由布線層57的布線61從設(shè)置在其上部的連接墊連接到鋁布線62上。
而且，輸出側(cè)電極52的一端延伸向布線層57，并與布線63連接，再從設(shè)置在布線層57的上部的連接墊連接到鋁布線64上。
而且在布線層57下面形成有Si02等氧化膜54，該氧化膜54是通過刻蝕來釋放MEMS結(jié)構(gòu)體60時的犧牲層。
另夕卜，在MEMS結(jié)構(gòu)體60上的作為固定電極50的輸入側(cè)電極51a、 51b的下方的半導(dǎo)體基板10上，分別形成有p型阱43a、 43b。并且從布線層57的上方連到MEMS結(jié)構(gòu)體60的上方地形成有鈍化膜58。在鈍化膜58上形成有開口部59，通過從該開口部59刻蝕布線層57、氧化膜54，來釋放MEMS結(jié)構(gòu)體60，在鈍化膜58和半導(dǎo)體基板10之間劃分出配置 MEMS結(jié)構(gòu)體60的空腔部65。并且對阱43a、 43b分別施加固定的電壓。
在這種結(jié)構(gòu)的MEMS器件2中，當(dāng)通過MEMS結(jié)構(gòu)體60的輸入側(cè) 電極51a對可動電極56施加直流電壓時，在可動電極56與輸出側(cè)電極 52之間產(chǎn)生電位差，在可動電極56與輸出側(cè)電極52之間作用有靜電力。此處當(dāng)進(jìn)一步對可動電極56施加交流電壓時，則靜電力發(fā)生變大變小的變動，可動電極56向接近輸出側(cè)電極52的方向或向離開輸出側(cè)電極52 的方向進(jìn)行振動。此時，在輸出側(cè)電極52的電極表面上產(chǎn)生電荷移動，在輸出側(cè)電極52中有電流流過。由于反復(fù)進(jìn)行振動，因而從輸出側(cè)電極 52輸出固有的共振頻率信號。當(dāng)施加在MEMS結(jié)構(gòu)體60上的電壓在阱的翻轉(zhuǎn)電壓以下時，將阱43a、 43b接地進(jìn)行使用。
另一方面，當(dāng)施加在MEMS結(jié)構(gòu)體60上的電壓大于等于上述阱的翻轉(zhuǎn)電壓時，對阱43a和阱43b施加能維持耗盡狀態(tài)的電壓進(jìn)行使用。例如當(dāng)MEMS結(jié)構(gòu)體60的驅(qū)動電壓為8V、在半導(dǎo)體基板10上產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)層的電位為7V時，通過對阱43a、 43b施加3V的電壓，半導(dǎo)體基板 10與MEMS結(jié)構(gòu)體60之間的電位差為5V，半導(dǎo)體基板10的阱43a、43b 不產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)層而維持耗盡狀態(tài)。
此時，在阱43a、 43b周圍作為保護環(huán)構(gòu)成具有相反極性的阱(未圖示)，對該作為保護環(huán)的阱施加具有大于等于阱13的絕對值、并且極性與阱43a、 43b相同的電壓進(jìn)行使用。例如在對阱43a、 43b施加3V電壓的情況下，對周圍的保護環(huán)部施加5V的電壓進(jìn)行使用。
下面，說明上述結(jié)構(gòu)的MEMS器件的制造方法。
圖10、圖ll、圖12是表示MEMS器件的制造方法的示意局部剖面圖。
首先如圖IO (a)所示，在由硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基板IO上通過熱氧化形成氧化硅膜11。接著如圖10 (b)所示，在預(yù)定區(qū)域上對半導(dǎo)體基板 10進(jìn)行注入B離子的離子注入來形成p型阱43a、 43b。然后如圖10 (c) 所示，在氧化硅膜ll上形成氮化硅膜12。再如圖10 (d)所示，在氮化硅膜12上形成多晶硅膜，通過形成圖案結(jié)構(gòu)來形成作為MEMS結(jié)構(gòu)體的固定電極50的輸入側(cè)電極51 a、 5lb和輸出側(cè)電極52。
然后如圖ll (a)所示，從輸入側(cè)電極51a、 51b、輸出側(cè)電極52之上形成Si02等氧化膜54。之后如圖11 (b)所示，在輸入側(cè)電極51a、 51b上的氧化膜54上形成開口孔55。接著在氧化膜54上形成多晶硅膜，進(jìn)行圖案形成，如圖11 (c)所示，通過刻蝕形成MEMS結(jié)構(gòu)體的可動電極56。然后如圖11 (d)所示，形成通過Si02等絕緣膜層疊了布線(未圖示)的布線層57。
然后如圖12 (a)所示，在布線層57上形成鈍化膜58。接下來如圖 12 (b)所示，在MEMS結(jié)構(gòu)體的上方的鈍化膜58上形成開口部59。
之后，如圖12 (c)所示，從開口部59接觸酸性的刻蝕液來刻蝕布線層57和氧化膜54，從而釋放MEMS結(jié)構(gòu)體60。此時在半導(dǎo)體基板10 和鈍化膜58之間形成了空腔部65。這樣就制造出圖9所示那樣的MEMS 器件2。
如上所述，本實施方式的MEMS器件2在MEMS結(jié)構(gòu)體60中的固定電極50的下方形成有阱43a、 43b，對MEMS結(jié)構(gòu)體60的固定電極 50施加正電壓，用p型阱構(gòu)成阱43a、 43b。而且對形成于固定電極50 下方的半導(dǎo)體基板10上的阱43a、 43b施加固定的電壓，以使阱43a、 43b 成為耗盡狀態(tài)。
這樣，通過形成阱43a、 43b，并對阱43a、 43b施加固定的電壓以使阱43a、 43b成為耗盡狀態(tài)，半導(dǎo)體基板10的表面成為耗盡狀態(tài)，由于耗盡層，外觀上的對置電極之間的距離增大，因而減少了該部分的寄生電容。因而可以減少MEMS結(jié)構(gòu)體60與半導(dǎo)體基板10之間的寄生電容，高頻信號通過半導(dǎo)體基板10的表面進(jìn)行泄漏的情況消失，可以使MEMS 器件2的特性變得穩(wěn)定。
并且，在本實施方式中，由于MEMS部的輸入側(cè)電極和輸出側(cè)電極各自下方的基板結(jié)構(gòu)彼此獨立，所以能進(jìn)一步削減基板橫向的信號泄漏。其結(jié)果為，可以進(jìn)一步提高輸入側(cè)電極51a、 51b和輸出側(cè)電極52的絕緣性，可以使MEMS器件2的特性變得穩(wěn)定。 (第三實施方式)
接著說明第三實施方式中的MEMS器件。
在本實施方式中，與第一、第二實施方式的不同之處在于形成與半導(dǎo)體基板的阱結(jié)構(gòu)。而且，MEMS結(jié)構(gòu)體的結(jié)構(gòu)與第二實施方式相同。
圖13表示本實施方式中的MEMS器件的結(jié)構(gòu)，圖13 (a)是MEMS 器件的局部示意俯視圖，圖13 (b)是沿著該圖13 (a)中的C-C切線的局部示意剖面圖。并且在這些圖中，省略了在上述實施方式中說明了的包圍MEMS結(jié)構(gòu)體的布線層等，僅示意性地表示出了特征部分。
MEMS器件3在半導(dǎo)體基板10上具有由固定電極80和可動電極86 構(gòu)成的MEMS結(jié)構(gòu)體90。
在由硅構(gòu)成的p型半導(dǎo)體基板10上形成有氧化硅膜ll，在其上形成氮化硅膜12。而且在氮化硅膜12上設(shè)有MEMS結(jié)構(gòu)體90。 MEMS結(jié)構(gòu) 體90由多晶硅形成，其具有固定電極80和可動電極86。固定電極80配置在氮化硅膜12上，其具有輸入側(cè)電極81、驅(qū)動電極82和輸出側(cè)電極 83。可動電極86的從輸入側(cè)電極81立起的部分被保持，從而，該可動電極86以單支撐縱狀態(tài)保持在空中。
并且，在MEMS結(jié)構(gòu)體90中的作為固定電極80的輸入側(cè)電極81 、驅(qū)動電極82和輸出側(cè)電極83的下方的半導(dǎo)體基板10上，形成有與半導(dǎo) 體基板10極性相同的p型阱70，并且以包圍該阱70的方式形成有與阱 70極性相反的n型分離用阱71。該阱70、分離用阱71形成在俯視時包含MEMS結(jié)構(gòu)體90的區(qū)域上。
另外，對阱70施加固定的電壓Vwp、對分離用阱施加固定的電壓 Vwn，并設(shè)定成Vwp〈Vwn的關(guān)系。
此時，作為施加在阱70上的電壓，施加能夠使阱70維持耗盡狀態(tài) 的電壓。例如當(dāng)MEMS結(jié)構(gòu)體90的驅(qū)動電壓為IOV、在半導(dǎo)體基板10 上產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)層的電位為7V時，通過對阱70施加Vwp:5V的電壓，阱70 與MEMS結(jié)構(gòu)體90之間的電位差為5V，半導(dǎo)體基板10的阱70不產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)層而維持耗盡狀態(tài)。并且對分離用阱71施加Vwn=6V的電壓，以使相鄰的n型阱、p型阱之間為反向偏置的方式施加電壓。
如上所述，本實施方式的MEMS器件3在MEMS結(jié)構(gòu)體90的固定電極80的下方形成有阱70，并對MEMS結(jié)構(gòu)體90的固定電極80施加正電壓，阱70由p型阱構(gòu)成。而且，對形成在固定電極80的下方的半導(dǎo)體基板10上的阱70施加固定的電壓，以使阱70成為耗盡狀態(tài)。
這樣，阱70表面成為耗盡狀態(tài)，由于耗盡層，外觀上的對置電極之間的距離增大，因而減少了該部分的寄生電容。因而可以減少MEMS結(jié) 構(gòu)體90與半導(dǎo)體基板10之間的寄生電容，高頻信號通過半導(dǎo)體基板10
的表面進(jìn)行泄漏的情況消失，可以使MEMS器件3的特性變得穩(wěn)定。
并且，形成有包圍阱70的分離用阱71，并構(gòu)成為施加在分離用阱 71上的電壓高于施加在阱70上的電壓。由此，在以更高的電壓使MEMS 結(jié)構(gòu)體90的可動電極86動作的情況下，不會有電流從阱70流向分離用阱71 ，可以將形成有MEMS結(jié)構(gòu)體90的部分的電位與其他部分的電位隔離。而且如果采用這種結(jié)構(gòu)，提供一種將MEMS結(jié)構(gòu)體90與IC等電路一體化了的器件變得容易。 (變形例3)
下面說明第三實施方式的變形例。在本變形例3中，為半導(dǎo)體基板是p型基板、阱是p型阱、分離用阱是n型阱的情況，并且是不對分離用阱施加電壓的實施方式。而且在半導(dǎo)體基板上形成有電路元件，半導(dǎo) 體基板的電位設(shè)定為一般的0V。
圖14是表示變形例3中的MEMS器件的結(jié)構(gòu)的局部示意剖面圖。 MEMS器件7在半導(dǎo)體基板160上具有MEMS結(jié)構(gòu)體(此處省略了 MEMS結(jié)構(gòu)體的可動電極，而僅表示了固定電極的輸入側(cè)電極171);在 MEMS結(jié)構(gòu)體的周圍形成的布線層167;以及形成在布線層167上方的鈍化膜168。
在由硅構(gòu)成的p型半導(dǎo)體基板160上形成有氧化硅膜161，在其上形成有氮化硅膜162。而且，在氮化硅膜162上設(shè)有MEMS結(jié)構(gòu)體。MEMS 結(jié)構(gòu)體與圖1中說明過的MEMS結(jié)構(gòu)體為相同結(jié)構(gòu)，省略其詳細(xì)說明。
在MEMS結(jié)構(gòu)體中的輸入側(cè)電極171的下方的半導(dǎo)體基板160上形成有與半導(dǎo)體基板160極性相同的p型阱163。該阱163形成在俯視時包含MEMS結(jié)構(gòu)體的區(qū)域中。另外，以包圍阱163的方式，在半導(dǎo)體基板 160上形成有與阱163極性相反的n型的分離用阱164。而且，對MEMS 結(jié)構(gòu)體的輸入側(cè)電極171施加正電壓。
另外，在阱163的一部分上形成有電極165，電極165通過布線166 經(jīng)過布線層167而連接到鈍化膜168的上表面。通過對該電極165施加正或負(fù)的電壓，分離用阱164與半導(dǎo)體基板160之間成為反向偏置的狀態(tài)。
此處，設(shè)在阱163上產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)層的閾值電壓為Vth、設(shè)施加在MEMS 結(jié)構(gòu)體上的偏置電壓為Vp、設(shè)施加在MEMS結(jié)構(gòu)體下方的阱163上的電壓為Vwell。
該狀態(tài)下Vp與Vwell的差(Vp-Vwell)和MEMS結(jié)構(gòu)體與阱之間的電容C的關(guān)系與圖8所示的曲線圖相同。
由此，在半導(dǎo)體基板160為p型基板、阱163為p型阱、分離用阱 164為n型阱時，閾值電壓VthX)。
當(dāng)Vp-Vwdl的電壓為負(fù)的情況下，阱為蓄積狀態(tài)，MEMS結(jié)構(gòu)體和阱之間的電容C為大值，寄生電容大。Vp-Vwell的電壓的從O到閾值電壓Vth之間是阱為耗盡狀態(tài)的范圍，MEMS結(jié)構(gòu)體和阱之間的電容C隨著從OV到閾值電壓Vth而變小，寄生電容也變小。而且當(dāng)大于閾值電壓 Vth時，阱為翻轉(zhuǎn)狀態(tài)。如上所述，通過在耗盡狀態(tài)下使用阱，可以減少 MEMS結(jié)構(gòu)體與半導(dǎo)體基板之間的寄生電容，另外能使得不易在基板表面附近產(chǎn)生向橫向的信號泄漏。
為了使該阱成為耗盡狀態(tài)，需要滿足下列條件Vp>0，而且 0<Vp-Vwell<Vth。此時，不管Vwell是正電壓還是負(fù)電壓，只要是滿足上述條件的值即可。
如上所述，通過滿足上述條件，在半導(dǎo)體基板160為p型基板、阱 163為p型阱、分離用阱164為n型阱的情況下，形成于固定電極下方的半導(dǎo)體基板160上的阱163成為耗盡狀態(tài)。而且，由于產(chǎn)生于阱163的耗盡層，外觀上的對置電極之間的距離增大，因而減少了該部分的寄生電容。因而可以減少MEMS結(jié)構(gòu)體與半導(dǎo)體基板160之間的寄生電容，高頻信號通過半導(dǎo)體基板160的表面進(jìn)行泄漏的情況消失，可以使MEMS 器件7的特性變得穩(wěn)定。而且如果釆用這種結(jié)構(gòu)，由于阱的電位不會對半導(dǎo)體基板的電位產(chǎn)生影響，因而將MEMS結(jié)構(gòu)體與IC等電路一體化進(jìn)行使用變得容易。 (變形例4)
下面說明第三實施方式的半導(dǎo)體基板和阱的極性的組合的其他變形例。在本變形例4中，為半導(dǎo)體基板是n型基板、阱是n型阱、分離用
阱是P型阱的情況。而且在半導(dǎo)體基板上形成有電路元件，半導(dǎo)體基板的電位設(shè)定為一般的OV。
圖15是表示變形例4中的MEMS器件的結(jié)構(gòu)的局部示意剖面圖。 MEMS器件8在半導(dǎo)體基板180上具有MEMS結(jié)構(gòu)體(此處省略了 MEMS結(jié)構(gòu)體的可動電極，而僅表示了固定電極的輸入側(cè)電極191);形成在MEMS結(jié)構(gòu)體周圍的布線層187;以及形成在布線層187上方的鈍化膜188。
在由硅構(gòu)成的n型半導(dǎo)體基板180上形成有氧化硅膜181，在其上形成有氮化硅膜182。而且在氮化硅膜182上設(shè)有MEMS結(jié)構(gòu)體。MEMS 結(jié)構(gòu)體與圖1中說明過的MEMS結(jié)構(gòu)體為相同結(jié)構(gòu)，省略其詳細(xì)說明。
在MEMS結(jié)構(gòu)體中的輸入側(cè)電極191的下方的半導(dǎo)體基板180上，形成有與半導(dǎo)體基板180極性相同的n型阱183。該阱183形成在俯視時包含MEMS結(jié)構(gòu)體的區(qū)域中。而且，以包圍阱183的方式，在半導(dǎo)體基板180上形成有與阱183極性相反的p型的分離用阱184。而且對MEMS 結(jié)構(gòu)體的輸入側(cè)電極191施加負(fù)電壓。
另外，在阱183的一部分上形成有電極185，電極185通過布線186 經(jīng)過布線層187而連接到鈍化膜188的上表面。通過對該電極185施加負(fù)或正的電壓，分離用阱184與半導(dǎo)體基板180之間成為反向偏置的狀態(tài)。
此處，設(shè)在阱183上產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)層的閾值電壓為Vth、設(shè)施加在MEMS 結(jié)構(gòu)體上的偏置電壓為Vp、設(shè)施加在MEMS結(jié)構(gòu)體下方的阱183上的電壓為Vwell。
該狀態(tài)下Vp與Vwell的差(Vp-Vwdl)和MEMS結(jié)構(gòu)體與阱之間的電容C的關(guān)系與圖6所示的曲線圖相同。
由此，在半導(dǎo)體基板180為n型基板、阱183為n型阱、分離用阱 184為p型阱時，閾值電壓Vth<0。
當(dāng)Vp-Vwdl的電壓為正的情況下，阱為蓄積狀態(tài)，MEMS結(jié)構(gòu)體和阱之間的電容C為大值，寄生電容大。Vp-Vwell的電壓的從O到閾值電壓Vth之間是阱為耗盡狀態(tài)的范圍，MEMS結(jié)構(gòu)體和阱之間的電容C隨
著從OV到閾值電壓Vth而變小，寄生電容也變小。而且，當(dāng)小于閾值電壓Vth時，阱為翻轉(zhuǎn)狀態(tài)。如上所述，通過在耗盡狀態(tài)下使用阱，可以
減少MEMS結(jié)構(gòu)體與半導(dǎo)體基板之間的寄生電容，并且還能使得不易在
基板表面附近產(chǎn)生向橫向的信號泄漏。
為了使該阱成為耗盡狀態(tài)，需要滿足下列條件Vp<0，而且
(KVp-VwelKVth。此時，不管Vwell是正電壓還是負(fù)電壓，只要是滿足上述條件的值即可。
如上所述，通過滿足上述條件，在半導(dǎo)體基板180為n型基板、阱 183為n型阱、分離用阱184為p型阱的情況下，形成于固定電極下方的半導(dǎo)體基板180上的阱183成為耗盡狀態(tài)。而且，由于產(chǎn)生于阱183中的耗盡層，外觀上的對置電極之間的距離增大，因而減少了該部分的寄生電容。因而可以減少MEMS結(jié)構(gòu)體與半導(dǎo)體基板180之間的寄生電容，高頻信號通過半導(dǎo)體基板180的表面進(jìn)行泄漏的情況消失，可以使MEMS 器件8的特性變得穩(wěn)定。而且如果采用這種結(jié)構(gòu)，由于阱的電位不會對半導(dǎo)體基板的電位產(chǎn)生影響，因而將MEMS結(jié)構(gòu)體與IC等電路一體化進(jìn)行使用變得容易。
權(quán)利要求
1.一種MEMS器件，該MEMS器件具備MEMS結(jié)構(gòu)體，該MEMS結(jié)構(gòu)體具有隔著絕緣層形成在半導(dǎo)體基板上的固定電極和可動電極，其特征在于，在上述固定電極的下方的上述半導(dǎo)體基板上形成有阱，在對上述固定電極施加正電壓的情況下，上述阱為p型阱；在對上述固定電極施加負(fù)電壓的情況下，上述阱為n型阱。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS器件，其特征在于，對上述阱施加電壓，以使上述阱成為耗盡狀態(tài)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的MEMS器件，其特征在于，上述半導(dǎo)體基板是p型基板，上述阱是n型阱，當(dāng)設(shè)上述MEMS結(jié)構(gòu)體的偏置電壓為Vp、設(shè)對上述MEMS結(jié)構(gòu)體的下方的上述阱施加的電壓為Vwdl、設(shè)在上述阱中產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)層的閾值電壓為Vth時，滿足這樣的條件Vp<0、 Vwel&0，而且<formula>formula see original document page 2</formula>
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的MEMS器件，其特征在于，上述半導(dǎo)體基板是n型基板，上述阱是p型阱，當(dāng)設(shè)上述MEMS結(jié)構(gòu)體的偏置電壓為Vp、設(shè)對上述MEMS結(jié)構(gòu)體的下方的上述阱施加的電壓為Vwell、設(shè)在上述阱中產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)層的閾值電壓為Vth時，滿足這樣的條件Vp>0、 Vwel匕O，而且0<|Vp-VweU|<|Vth|。
5. —種MEMS器件，該MEMS器件具備MEMS結(jié)構(gòu)體，該MEMS 結(jié)構(gòu)體具有隔著絕緣層形成在半導(dǎo)體基板上的固定電極和可動電極，其特征在于，在上述固定電極的下方的上述半導(dǎo)體基板上，形成有與上述半導(dǎo)體基板極性相同的阱，在上述半導(dǎo)體基板內(nèi)形成有包圍上述阱、并且具有與上述阱相反的極性的分離用阱，上述阱與上述分離用阱之間、或者上述分離用阱與上述半導(dǎo)體基板之間為反向偏置的結(jié)構(gòu)。2
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的MEMS器件，其特征在于，上述半導(dǎo)體基板是p型基板，上述阱是p型阱，上述分離用阱是n型阱，當(dāng)設(shè)上述MEMS結(jié)構(gòu)體的偏置電壓為Vp、設(shè)對上述MEMS結(jié)構(gòu)體的下方的上述阱施加的電壓為Vwell、設(shè)在上述阱中產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)層的閾值電壓為Vth時，滿足這樣的條件Vp>0，而且(KVp-VwelKVth。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的MEMS器件，其特征在于，上述半導(dǎo)體基板是n型基板，上述阱是n型阱，上述分離用阱是p型阱，當(dāng)設(shè)上述MEMS結(jié)構(gòu)體的偏置電壓為Vp、設(shè)對上述MEMS結(jié)構(gòu)體的下方的上述阱施加的電壓為Vwell、設(shè)在上述阱中產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)層的閾值電壓為Vth時，滿足這樣的條件Vp<0，而且0<Vp-Vwell<Vth。
全文摘要
本發(fā)明提供一種MEMS器件，該MEMS器件可以減少MEMS結(jié)構(gòu)體和半導(dǎo)體基板之間的寄生電容。MEMS器件(1)具備MEMS結(jié)構(gòu)體(30)，該MEMS結(jié)構(gòu)體(30)具有隔著絕緣層形成在半導(dǎo)體基板(10)上的固定電極20和可動電極(26)，在固定電極(20)的下方的半導(dǎo)體基板(10)上形成有阱(13)，當(dāng)固定電極(20)被施加正的電壓時，阱(13)是p型阱。另外，對阱(13)施加電壓以使阱(13)成為耗盡狀態(tài)。該電壓為使阱(13)維持耗盡狀態(tài)的電壓。
文檔編號B81B7/00GK101168434SQ20071018194
公開日2008年4月30日申請日期2007年10月17日優(yōu)先權(quán)日2006年10月24日
發(fā)明者佐藤彰, 森岳志, 渡邊徹, 稻葉正吾申請人:精工愛普生株式會社

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