[发明专利]微电子机械系统器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有由多层膜结构构成的振动膜的微电子机械系统器件。

背景技术

应用了半导体技术的MEMS(Micro Electro Mechanical Systems，微电子机械系统)器件被视为一种有望实现现有电子元件小型化和高功能化的产品。通过采用半导体技术，能够使决定传感器、换能器的器件特性的振动膜构成为：由多层薄膜形成的多层结构。专利文献1公开了下述技术，即：将构成传感器的多层结构振动膜的多层薄膜中具有最大断裂强度的薄膜用于振动膜的表面侧最外层及背面侧最外层中的至少之一，由此不增加振动膜的厚度，就可以提高振动膜的断裂强度。专利文献2公开了一种对决定换能器的多层结构振动膜特性的张力进行调整的方法。

专利文献1：日本公开特许公报特开2001-194201号公报

专利文献2：日本公开特许公表特表2002-518913号公报

—发明所要解决的技术问题—

近年来，MEMS传感器或者MEMS换能器主要用于移动设备之中，要求缩小其芯片尺寸的呼声日益高涨。为此，就需要缩小对特性产生影响的振动膜的面积，即缩小可动电极的面积。

在可听音域范围内声换能器(acoustic transducer)的灵敏度S的公式近似地由下记(式1)表示。

S＝α×Ca×Va×(1/S₀)…(式1)

在(式1)中，α表示比例系数，Ca表示包括可动电极的气隙电容(与(可动电极面积Sdia/气隙长度d₀)成正比)，Va表示气隙间电压，S₀表示振动膜刚度(动作难度)。

由(式1)可知：若在气隙间电压Va、振动膜刚度S₀一定的情况下缩小可动电极面积Sdia，则气隙电容Ca会下降，灵敏度S便会降低。增大气隙间电压Va或者降低振动膜刚度S₀作为不让灵敏度S下降就可缩小可动电极面积Sdia的方法是很有效的。

在此，为了降低振动膜刚度S₀，需要构成为：实现振动膜的低应力化，并缩小使振动膜在结构上与硅基板相连接的束缚部的面积(以下，称作部分束缚结构)。

在要用于移动设备中将芯片尺寸缩小到大约1mm²的情况下，需要使振动膜的应力下降到数MPa，并且要让束缚部的与周长同一方向上的长度与振动膜的周长之比(束缚率)为大约10％。不过，若让具有多层结构的振动膜实现低应力化，振动膜就会由于构成多层结构的薄膜的层间应力差而产生变形，所以无法控制气隙电容Ca(气隙长度d₀)及振动膜刚度S₀，其结果是存在无法获得所期望的灵敏度特性的问题。

发明内容

—用以解决技术问题的技术方案—

为了解决上述问题，本发明所涉及的第一MEMS器件是这样的。该第一MEMS器件包括半导体基板、振动膜及固定膜。该振动膜隔着束缚部设置在半导体基板上并具有第一电极。该固定膜隔着支撑部设置在半导体基板上，覆盖振动膜并具有第二电极。振动膜和固定膜之间，具有由形成在彼此相向的区域的间隙形成的气隙层。束缚部将半导体基板和振动膜部分地连接起来。振动膜具有：第一电极和具有压应力的第一绝缘膜叠层形成的多层结构。第一绝缘膜设置在比第一电极的周缘更靠向内侧。

根据本发明的第一MEMS器件，因为振动膜具有第一电极和具有压应力的第一绝缘膜叠层形成的多层结构，第一绝缘膜设置在比第一电极的周缘更靠向内侧，所以在拉应力作用于将振动膜和半导体基板部分地连接起来的束缚部的情况下，能够抑制起因于振动膜的层间应力差的膜变形。

在本发明的第一MEMS器件中，也可以是这样的，即：振动膜包括具有拉应力的第二绝缘膜及具有拉应力的第三绝缘膜，第二绝缘膜形成在第一绝缘膜之上，第三绝缘膜形成在第一绝缘膜之下。

在这种情况下，第二绝缘膜及第三绝缘膜中的至少之一可以形成在除了束缚部的周边部以外的区域。

在本发明的第一MEMS器件中，也可以是这样的，即：在第一绝缘膜形成有彼此交叉的多个槽部，第一绝缘膜由槽部分隔成多个部分。

在本发明的第一MEMS器件具有第二绝缘膜及第三绝缘膜的情况下，第二绝缘膜及第三绝缘膜可以是氮化硅膜。

在本发明的第一MEMS器件中，第一绝缘膜可以是氧化硅膜。