专利名称：半导体复合装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及易于将微型电机械装置(MEMS)和半导体元件形成在同一基板上的半导体复合装置及其制造方法。
背景技术：
从1970年代开始的对微型电机械装置(MEMSMicro Electro MechanicA 1 Systems)的研究开发，目前已经开展到了传感器元件、驱动器、光学元件、生物元件、RF元件以及功率元件等各个领域，加速度传感器及微镜器件等一部分器件已经被商品化，在日常生活中也可以见到。
与此同时，近年来所谓复合器件化的进展也很活跃。例如，在目前为止为单功能的MEMS器件上装入周边电路而使之具备作为系统的功能，或是在其他器件上装入MEMS以提高附加值等。这是因为，MEMS基本上以半导体工艺为基础，而现在还可以利用目前为止被利用在其他的半导体器件的复合化中的SiP(System in Package系统封装)或SoC(System on Chip系统芯片)的方法。特别地，关于SoC，适用尖端工艺的MEMS器件近年来逐渐减少，在安装时的操作方面也很有利。例如，在近年来快速研究·开发的RF-MEMS等中，最终必须要在通信功能上进行模块化，所以容易在SoC的单芯片化中受益。
但是，在将MEMS元件和其他器件作为SoC而形成在同一块晶片上时，由于MEMS元件的材料或尺寸而使得制造方法受到很大的限制。特别是，在现有的标准化了的工艺中混载MEMS的情况下，MEMS工艺的插入及现有工序的改变成为电路的特性变动的原因。在今后的高性能化电路形成工艺中其影响也很大，会成为MEMS元件和尖端半导体器件的混载的障碍。
因此，目前为止有很多利用SiP或与其类似的方法(晶片彼此的接合等)试着进行功能复合化的例子。例如，通过构成可将形成有半导体元件的层在事后从基板分离的结构，实现了抑制膜厚增加的MEMS晶片和半导体元件晶片的接合(例如专利文献1)。但是，例如接合时需要配合余量等的、与SiP类似的方法，不能充分地激发以尖端工序制造的MEMS和半导体器件的复合器件的性能。
另一方面，作为假定SoC的制造方法，主要是使用可在对配线层不造成损伤的低温区域形成的材料，将MEMS元件形成在电路的配线上的方法。但是，若该低温材料不能在其他工序中共用，则相应地耗费成本，并且材料常量上也不会得到规定的特性，可靠性也会变差。理论上可以进行混载，但考虑到成本和可靠性，在实用性上不得不具体问题具体分析。
另外，也提案有如下的制造方法，即，预先由保护膜包覆电路形成部，在形成MEMS元件后除去保护膜，然后形成电路，由配线将二者连接(例如，参照专利文献2)。但是，由于在MEMS元件残留有较大的阶梯差的状态下，进行尺寸控制严格的电路制作的前半工序(FEOLFront End Of Line)，故显然会产生光刻法的尺寸不均或蚀刻残留等的问题。并且必须对每个混载MEMS之前的电路的制造工序进行改良，所以存在不可能向多个品种开展等的缺点。
专利文献1特开2004-221285号公报专利文献2特开平9-162462号公报发明内容本发明需要解决的问题点是由于微型电机械装置(MEMS)和由晶体管、电容器等半导体元件以及配线构成的半导体电路没有装入同一基板上，故作为复合模块的特性不充分。
在本发明的半导体复合装置以及其制造方法的课题在于在同一基板上制作半导体元件和微型电机械装置，然后形成连接半导体元件和微型电机械装置的配线，由此，可将半导体元件和微型电机械装置搭载于同一基板上。
本发明的半导体复合装置包括形成在基板上的半导体元件；包覆所述半导体元件，并形成在所述基板上的绝缘膜；形成在所述绝缘膜上的微型电机械装置；与所述半导体元件和所述微型电机械装置连接的配线层。
在该半导体复合装置中，由于将半导体元件和微型电机械装置形成于同一基板上，并且形成有连接半导体元件和微型电机械装置的配线层，从而使目前为止为单一功能元件的微型电机械装置具备了复合化了的功能。
本发明的半导体复合装置包括形成在基板上的半导体元件；形成在所述基板上的微型电机械装置；与所述半导体元件和所述微型电机械装置连接的配线层，所述微型电机械装置经由空间层被保护膜包围，所述半导体元件和所述电机械装置被绝缘膜覆盖。
在该半导体复合装置中，由于在同一基板上搭载有半导体元件和微型电机械装置，故将半导体元件和微型电机械装置形成于同一基板上，并且形成有连接半导体元件和微型电机械装置的配线层，从而使目前为止为单一功能元件的微型电机械装置具备复合化了的功能。另外，由于微型电机械装置经由空间层被保护膜包围，所以微型电机械装置不会露出。因此，提高了可靠性并且不需要气密性封装。
本发明的半导体复合装置的制造方法，包括在基板上形成半导体元件的工序；在所述基板上形成包覆所述半导体元件的绝缘膜的工序；在所述绝缘膜上形成微型电机械装置的工序；形成与所述半导体元件和所述微型电机械装置连接的配线层的工序。
在该半导体复合装置的制造方法中，由于将半导体元件和微型电机械装置形成于同一基板上，并且形成有连接半导体元件和微型电机械装置的配线层，从而使目前为止为单一功能元件的微型电机械装置具备复合化了的功能。另外，在形成半导体元件后，形成包覆半导体元件的绝缘膜，由此可通过通常的工序形成半导体元件。另外，在形成了包覆半导体元件的绝缘膜后，可以在该绝缘膜上形成微型电机械装置，所以可以通过通常的工序形成微型电机械装置。然后，形成与半导体元件和微型电机械装置连接的配线层，故在半导体元件的制造工序和微型电机械装置的制造工序中，可进行具有配线层耐热温度以上的温度的工序。
本发明的半导体复合装置的制造方法，包括在基板上形成半导体元件的工序；在所述基板上形成微型电机械装置的工序；包覆所述半导体元件而在所述基板上形成绝缘膜的工序；在所述绝缘膜上形成与所述半导体元件和所述微型电机械装置连接的配线层的工序。
在该半导体复合装置的制造方法中，将半导体元件和微型电机械装置形成于同一基板上，形成连接半导体元件和微型电机械装置的配线层，由此使目前为止为单一功能元件的微型电机械装置具备复合化了的功能。另外，由于将半导体元件和微型电机械装置在不同工序中形成，故可由通常的工艺形成半导体元件，另外，可以由通常的工艺形成微型电机械装置。然后，由于形成将半导体元件和微型电机械装置连接的配线层，故在半导体元件的制造工序及微型电机械装置的制造工序中，可进行具有配线层的耐热温度以上的温度的工序。另外，由于在与半导体元件大致相同的层上形成微型电机械装置，故在微型电机械装置的阶梯差大等情况下是有效的。
本发明的半导体复合装置，由于将半导体元件和微型电机械装置搭载于同一基板上，故具有使目前为止为单一功能元件的微型电机械装置具备复合化了的功能的优点。例如，以往将分立零件组合而制成的RF(高频)调谐器模块等，通过将滤波器或开关、混频器、振荡器等高频零件作为MEMS在芯片上制作，从而可利用一个芯片实现与模块相同的功能。由此，可以得到大幅度地缩小模块尺寸或抑制耗电、降低制造成本、扩大商品设计的自由度等的优点。另外，由于微型电机械装置经由空间层被保护膜包围，微型电机械装置不会露出，故提高了可靠性并且不需要气密性封装。
本发明的半导体复合装置的制造方法，由于将半导体元件和微型电机械装置形成于同一基板上，故具有使目前为止为单一功能元件的微型电机械装置赋予复合化了的功能的优点。例如，以往将分立零件组合而制成的RF(高频)调谐器模块等，通过将滤波器或开关、混频器、振荡器等高频零件作为MEMS在芯片上制作，从而可利用一个芯片实现与模块相同的功能。由此，可以得到大幅度地缩小模块尺寸或抑制耗电、降低制造成本、扩大商品设计的自由度等的优点。另外，由于微型电机械装置经由空间层被保护膜包围，微型电机械装置不会露出，故提高了可靠性并且不需要气密性封装。
图1是表示本发明的半导体复合装置的一实施方式的第1例的概略结构剖面图；图2是表示本发明的半导体复合装置的一实施方式的第2例的概略结构剖面图；图3是表示本发明的半导体复合装置的一实施方式的第3例的概略结构剖面图；图4是表示本发明的半导体复合装置制造方法的一实施方式的第1例的制造工序剖面图；图5是表示本发明的半导体复合装置制造方法的一实施方式的第1例的制造工序剖面图；图6是表示本发明的半导体复合装置制造方法的一实施方式的第1例的制造工序剖面图；图7(1)是横梁型MEMS谐振器的概略结构立体图，图7(2)是使用了横梁型MEMS谐振器的高频带通滤波器的平面布局图；图8是表示由本发明的制造方法形成的横梁型谐振器的谐振特性的图；图9是表示作为单独的器件制作的横梁型谐振器的谐振特性的图；图10是表示与微型电机械装置(MEMS)混载的射极输出器(E/FEmitter Follower)电路的输出特性的图。
符号说明1半导体复合装置；11基板；21半导体元件；31微型电机械装置；41绝缘膜；50配线层具体实施方式
利用图1的概略结构剖面图说明本发明的半导体复合装置的一实施方式的第1例。
如图1所示，在基板11上形成有半导体元件21。该半导体元件21例如由晶体管、电容器、晶闸管等半导体构成的元件构成。在图示的一例中，表示了在通过形成于基板11上的元件分离区域12分离的元件形成区域13上形成的晶体管。另外，所述半导体元件21被绝缘膜41包覆。在所述绝缘膜41上形成有微型电机械装置31。在所述绝缘膜41上形成有与所述半导体元件21、基板11等连接的第1插塞51。
所述半导体元件21和所述微型电机械装置31通过配线层50的配线、插塞等而连接。另外，直接与所述半导体元件21和所述微型电机械装置31连接的配线没有图示，但在图上没有表示的部分上利用配线、插塞等连接。
所述配线层50例如为3层配线结构。配线层50例如包括所述第1插塞51；形成在所述绝缘层41上，与所述第1插塞51连接的第1配线52；包覆该第1配线52的第1层间绝缘膜53；形成在该第1层间绝缘膜53上，与所述第1配线52、所述微型电机械装置31等连接的第2插塞54；形成在所述第1层间绝缘膜53上，与所述第2插塞54连接的第2配线55；包覆该第2配线55的第2层间绝缘膜56；形成在第2层间绝缘膜56上，与第2配线55连接的第3插塞57；形成在第2层间绝缘膜56上，与第3插塞57连接的第3配线58。
所述微型电机械装置31通过所述配线层50的第1层间绝缘膜53以及第2层间绝缘膜56而露出。例如通过将形成于所述微型电机械装置31上的、构成所述配线层50的第1层间绝缘膜53以及第2层间绝缘膜56除去，使所述微型电机械装置31露出。如后述的制造方法中详细说明地，在除去第1层间绝缘膜53以及第2层间绝缘膜56时，通过将形成微型电机械装置31时所使用的牺牲膜也去除掉，从而形成了微型电机械所需要的空间(图上空心部分)。
在该半导体复合装置1中，由于在同一基板11上形成半导体元件21和微型电机械装置31，并且形成有与半导体元件21和微型电机械装置31连接的配线层50，因此具有如下的优点，即，可使目前为单一功能元件的微型电机械装置31具备复合化了的功能，例如具备由半导体元件21以及所述配线层50构成的半导体电路20的功能。例如，以往将分立零件组合而制成的RF(高频)调谐器模块等，通过将滤波器或开关、混频器、振荡器等高频零件作为微型电机械装置在芯片上制作，由此可利用一个芯片实现与模块相同的功能。由此，可以得到大幅度地缩小模块尺寸或抑制耗电、降低制造成本、扩大商品设计的自由度等的优点。
下面，利用图2的概略结构剖面图说明本发明的半导体复合装置的一实施方式的第2例。
如图2所示，基板11上形成有半导体元件21。该半导体元件21例如由晶体管、电容器、晶闸管等半导体构成的元件构成。在图示的一例中，表示了在通过形成于基板11上的元件分离区域12分离的元件形成区域13上形成的晶体管。在所述绝缘膜41上形成有微型电机械装置31。另外，在所述绝缘膜41上形成有与所述半导体元件21、基板11等连接的第1插塞51。
所述半导体元件21和所述微型电机械装置31通过配线层50的配线、插塞等而连接。另外，直接将所述半导体元件21和所述微型电机械装置31连接的配线未作图示，但在图上没有表示的部分上利用配线、插塞等连接。
所述配线层50例如为3层配线结构。配线层50例如包括所述第1插塞51；形成在所述绝缘层41上，与所述第1插塞51连接的第1配线52；包覆该第1配线52的第1层间绝缘膜53；形成在该第1层间绝缘膜53上，与所述第1配线52、所述微型电机械装置31等连接的第2插塞54；形成在所述第1层间绝缘膜53上，与所述第2插塞54连接的第2配线55；包覆该第2配线55的第2层间绝缘膜56；形成在第2层间绝缘膜56上，与第2配线55连接的第3插塞57；形成在第2层间绝缘膜56上，与第3插塞57连接的第3配线58。
所述微型电机械装置31，一部分经由空间32被保护膜33包围。在保护膜33上形成有所述第1层间绝缘膜53。
在该半导体复合装置2中，由于在同一基板11上形成半导体元件21和微型电机械装置31，并且形成有与半导体元件21和微型电机械装置31连接的配线层50，因此具有如下优点，即可使目前为单一功能元件的微型电机机械装置31具备复合化了的功能，例如，可具备由半导体元件21以及所述配线层50构成的半导体电路20的功能。例如，以往将分立零件组合而制成的RF(高频)调谐器模块等，通过将滤波器或开关、混频器、振荡器等高频零件作为微型电机械装置在芯片上制作，由此可利用一个芯片实现与模块相同的功能。由此，可以得到大幅度地缩小模块尺寸或抑制耗电量、降低制造成本、扩大商品设计的自由度等的优点。另外，由于微型电机械装置31经由空间层32被保护膜33包围，故微型电机械装置31不会露出，提高了可靠性并且不需要气密性封装。
下面，利用图3的概略结构剖面图说明本发明的半导体复合装置的一实施方式的第3例。
如图3所示，在基板11上形成有半导体元件21。该半导体元件21例如由晶体管、电容器、晶闸管等半导体构成的元件构成。在图示的一例中，表示了在通过形成于基板11上的元件分离区域12分离的元件形成区域13上形成的晶体管。
另外，在所述基板11上形成有微型电机械装置31。所述微型电机械装置31，一部分经由空间32被保护膜33包围。
所述半导体元件21和所述保护膜33被绝缘膜41包覆。另外，在所述绝缘膜41上形成有第1插塞51，该第1插塞51连接所述半导体元件21、基板11、微型电机械层间绝缘膜31等。
所述半导体元件21和所述微型电机械装置31通过配线层50的配线、插塞等而连接。另外，直接将所述半导体元件21和所述微型电机械装置31连接的配线未作图示，但在图上没有表示的部分上利用配线、插塞等连接。
所述配线层50例如为3层配线结构。配线层50例如包括所述第1插塞51；形成在所述绝缘层41上，与所述第1插塞51连接的第1配线52；包覆该第1配线52的第1层间绝缘膜53；形成在该第1层间绝缘膜53上，与所述第1配线52、所述微型电机械装置31等连接的第2插塞54；形成在所述第1层间绝缘膜53上，与所述第2插塞54连接的第2配线55；包覆该第2配线55的第2层间绝缘膜56；形成在第2层间绝缘膜56上，与第2配线55连接的第3插塞57；形成在第2层间绝缘膜56上，与第3插塞57连接的第3配线58。
在该半导体复合装置3中，由于在同一基板11上形成有半导体元件21和微型电机械装置31，并且形成有与半导体元件21和微型电机械装置31连接的配线层50，因此具有如下优点，即，可使目前为止为单一功能元件的微型电机机械装置31具备复合化了的功能，例如由半导体元件21以及所述配线层50构成的半导体电路20的功能。例如，以往将分立零件组合而制成的RF(高频)调谐器模块等，通过将滤波器或开关、混频器、振荡器等高频零件作为微型电机械装置在芯片上制作，由此可利用一个芯片实现与模块相同的功能。由此，可以得到大幅度地缩小模块尺寸或抑制耗电量、降低制造成本、扩大商品设计的自由度等的优点。另外，由于微型电机械装置31经由空间层32被保护膜33包围，故微型电机械装置31不会露出，提高了可靠性并且不需要气密性封装。进而，由于将微型电机械装置31混载在与半导体元件21大致相同的层上，所以在微型电机械装置31的阶梯差大等情况下是有效的。
下面利用图4～图6的制造工序剖面图来说明本发明的半导体复合装置的制造方法的一实施方式的第1例。在此，作为一例，表示由所述图1说明的半导体复合装置1的制造工序。
如图4所示，在基板11上形成元件分离区域12，划分元件形成区域13。接着在所述元件形成区域13上形成半导体元件21。该半导体元件21例如由晶体管、电容器、电阻以及晶闸管等构成。在图示的一例中，所述半导体元件21由晶体管构成。所述半导体元件21的制造方法可以采用现有的制造方法。接着，利用绝缘膜41包覆所述半导体元件21。
然后，如图5所示，在所述绝缘膜41上形成微型电机械装置31。该微型电机械装置31可以采用现有的制造方法。此时，至少在形成微型电机械装置31的空间的部分上形成牺牲膜61。该牺牲膜61在后面的工序中被除去，在微型电机械装置31上形成必要的空间。另外，将微型电机械装置31的形成区域以外的构成微型电机械装置31的零件除去。
在本实施例中，可利用作为杂质添加有磷(P)的多结晶硅构成所述微型电机械装置31以及半导体元件21的信号线路。该情况下，为了多结晶硅的活性化而需要进行高温热处理，但由于是在下面说明的配线层形成之前，故不会有制造上的问题。
下面，如图6所示，形成有与所述半导体元件21和所述微型电机械装置31连接的配线层50。配线层50可以由通常的多层配线技术形成。在此，例如利用3层配线结构形成所述配线层50。
首先，在所述绝缘膜41上形成与所述半导体元件21、基板11等连接的第1插塞51。接着，在所述绝缘膜41上形成与所述第1插塞51连接的第1配线52。然后形成包覆所述第1配线52的第1层间绝缘膜53。
然后，在所述第1层间绝缘膜53上形成与所述第1配线52以及所述微型电机械装置31等连接的第2插塞54。接着在所述第1层间绝缘膜53上形成与所述第2插塞54连接的第2配线55。另外，利用所述第2配线55的一部分形成MIM电容器71。接着形成包覆该第2配线55、MIM电容器71等的第2层间绝缘膜56。
然后，在所述第2层间绝缘膜56上形成与所述第2配线55连接的第3插塞57。接着在所述第2层间绝缘膜56上形成与所述第3插塞57连接的第3配线58。
所述第1、第2、第3插塞51、54、57可以利用现有的插塞形成技术制造。例如，可以利用钨插塞或多晶硅插塞等形成。所述第1、第2、第3配线52、55、58可以利用现有的配线形成技术制造。例如可使用铝、铝合金等金属配线、多晶硅配线等。所述第1、第2层间绝缘膜53、56可以利用现有的层间绝缘膜的成膜技术制造。例如利用化学的气相成长法制得的氧化硅膜形成。另外，为了降低配线间电容，可采用比氧化硅膜的介电常数低的材料构成的、所谓低介电常数膜。另外，也可以是低介电常数膜和氧化膜等无机膜的层叠膜。另外，直接与所述半导体元件21和所述微型电机械装置31连接的配线未作图示，但在图上没有表示的部分上利用配线、插塞等连接。
之后，除去微型电机械装置31上以及其周围的牺牲膜61(参照所述图5)、第1、第2层间绝缘膜53、56等，形成微型电机械装置31的必要空间34。该除去加工，在利用氧化硅系的膜形成所述牺牲膜61、第1、第2层间绝缘膜53、56等的情况下，例如可通过氢氟酸系的湿式蚀刻进行。
在该半导体复合装置1的制造方法中，由于在同一基板11上形成有半导体元件21和微型电机械装置31，因此具有可使目前为止为单一功能元件的微型电机械装置31具备复合化了的功能的优点。例如，以往将分立零件组合而制成的RF(高频)调谐器模块等，通过将滤波器或开关、混频器、振荡器等高频零件作为微型电机械装置在芯片上制作，由此可利用一个芯片实现与模块相同的功能。由此，可以得到大幅度地缩小模块尺寸或抑制耗电、降低制造成本、扩大商品设计的自由度等的优点。
下面利用所述图4、所述图2说明本发明的半导体复合装置的制造方法的一实施方式的第2例。在此，作为一例，说明所述图2所示的半导体复合装置2的制造工序。
如图4所示，在基板11上形成元件分离区域12，划分元件形成区域13。接着在所述元件形成区域13上形成半导体元件21。该半导体元件21例如由晶体管、电容器、电阻以及晶闸管等形成。在图示的一例中，所述半导体元件21由晶体管构成。所述半导体元件21的制造方法可以采用现有的制造方法。接着，利用绝缘膜41包覆所述半导体元件21。
然后，如所述图2所示，在所述绝缘膜41上形成有微型电机械装置31。该微型电机械装置31可以采用现有的制造方法。此时，至少在形成微型电机械装置31的空间的部分上形成牺牲膜(未图示)。另外，经由牺牲膜(未图示)在微型电机械装置31上形成保护膜33。之后，将保护膜33的一部分开口，除去所述各牺牲膜，在微型电机械装置31上形成必要的空间34，并且在微型电机械装置31和保护膜33之间形成空间32。在利用氧化硅系的膜形成所述牺牲膜的情况下，例如可通过氢氟酸系的湿式蚀刻进行。
在本实施例中，可利用作为杂质添加有磷(P)的多结晶硅构成所述微型电机械装置31以及半导体元件21的信号线路。此时，为了多结晶硅的活性化而需要进行高温热处理，但由于是在下面说明的配线层形成之前，故不会有制造上的问题。
接着，形成与所述半导体元件21和所述微型电机械装置31连接的配线层50。配线层50可以由通常的多层配线技术形成。在此，例如利用3层配线结构形成所述配线层50。
首先，在所述绝缘膜41上形成与所述半导体元件21、基板11等连接的第1插塞51。接着，在所述绝缘膜41上形成与所述第1插塞51连接的第1配线52。然后形成包覆所述第1配线52、保护膜33等的第1层间绝缘膜53。
然后，在所述第1层间绝缘膜53上形成与所述第1配线52以及所述微型电机械装置31等连接的第2插塞54。接着在所述第1层间绝缘膜53上形成与所述第2插塞54连接的第2配线55。另外，利用所述第2配线55的一部分形成MIM电容器71。接着形成包覆该第2配线55、MIM电容器71等的第2层间绝缘膜56。
然后，在所述第2层间绝缘膜56上形成与所述第2配线55连接的第3插塞57。接着在所述第2层间绝缘膜56上形成与所述第3插塞57连接的第3配线58。
所述第1、第2、第3插塞51、54、57可以利用现有的插塞形成技术制造。例如，可以利用钨插塞或多晶硅插塞等形成。所述第1、第2、第3配线52、55、58可以利用现有的配线形成技术制造。例如利用铝、铝合金等金属配线、多晶硅配线等。所述第1、第2层间绝缘膜53、56可利用现有的层间绝缘膜的成膜技术制造。例如由基于化学的气相成长法制得的氧化硅膜形成。另外，为了降低配线间电容，也可以采用比氧化硅膜的介电常数低的材料构成的、所谓低介电常数膜。另外，也可以形成低介电常数膜和氧化硅等无机膜的层叠膜。另外，直接与所述半导体元件21和所述微型电机械装置31连接的配线未作图示，但在图上没有表示的部分上利用配线、插塞等连接。
在该半导体复合装置2的制造方法中，由于在同一基板11上形成有半导体元件21和微型电机械装置31，故具有可使目前为止为单一功能元件的微型电机械装置31具备复合化了的功能的优点。例如，以往将分立零件组合而制成的RF(高频)调谐器模块等，通过将滤波器或开关、混频器、振荡器等高频零件作为微型电机械装置在芯片上制作，由此可利用一个芯片实现与模块相同的功能。由此，可以得到大幅度地缩小模块尺寸或抑制耗电量、降低制造成本、扩大商品设计的自由度等的优点。
另外，由于微型电机械装置31经由空间层32被保护膜33包覆，所以微型电机械装置31不会露出，提高了可靠性，并且不需要气密性封装。
接着，利用所述图4、所述图3说明本发明的半导体复合装置的制造方法的一实施方式的第3例。在此，作为一例，说明所述图3所示的半导体复合装置3的制造工序。
如所述图4所示，在基板11上形成元件分离区域12，划分元件形成区域13。接着在所述元件形成区域13上形成半导体元件21。该半导体元件21例如由晶体管、电容器、电阻以及晶闸管等构成。在图示的一例中，所述半导体元件21由晶体管构成。所述半导体元件21的制造方法可采用现有的制造方法。
然后，如所述图3所示，在所述基板11上形成微型电机械装置31。该微型电机械装置31可以采用现有的制造方法。此时，至少在形成微型电机械装置31的空间的部分上形成牺牲膜(未图示)。并且，经由牺牲膜(未图示)在微型电机械装置31上形成保护膜33。之后，将保护膜33的一部分开口，除去所述各牺牲膜，在微型电机械装置31上形成必要的空间34，并且在微型电机械装置31和保护膜33之间形成空间32。在利用氧化硅系的膜形成所述牺牲膜的情况下，例如可通过氢氟酸系的湿式蚀刻进行。
在本实施方式例子中，可利用作为杂质添加有磷(P)的多结晶硅构成所述微型电机械装置31以及半导体元件21的信号线路。此时，为了多结晶硅的活性化而需要进行高温热处理，但由于是在下面说明的配线层形成之前，故不会有制造上的问题。
然后，形成包覆所述半导体元件21以及保护膜33的绝缘膜41。
接着，形成与所述半导体元件21和所述微型电机械装置31连接的配线层50。配线层50可以由通常的多层配线技术形成。在此，例如利用3层配线结构形成所述配线层50。
首先，在所述绝缘膜41上形成与所述半导体元件21、基板11、微型电机械装置31等连接的第1插塞51。接着，在所述绝缘膜41上形成与所述第1插塞51连接的第1配线52。然后形成包覆所述第1配线52的第1层间绝缘膜53。
然后，在所述第1层间绝缘膜53上形成与所述第1配线52连接的第2插塞54。接着在所述第1层间绝缘膜53上形成与所述第2插塞54连接的第2配线55。另外，利用所述第2配线55的一部分形成MIM电容器71。接着，形成覆盖该第2配线55、MIM电容器71等的第2层间绝缘膜56。
然后，在所述第2层间绝缘膜56上形成与所述第2配线55、MIM电容器71连接的第3插塞57。接着，在所述第2层间绝缘膜56上形成与所述第3插塞57连接的第3配线58。
所述第1、第2、第3插塞51、54、57可以利用现有的插塞形成技术制造。例如，可以利用钨插塞或多晶硅插塞等形成。所述第1、第2、第3配线52、55、58可以利用现有的配线形成技术制造。例如利用铝、铝合金等金属配线、多晶硅配线等。所述第1、第2、层间绝缘膜53、56可以利用现有的层间绝缘膜的成膜技术制造。例如可由基于化学的气相成长法制得的氧化硅膜形成。另外，为了降低配线间电容，也可采用由低于氧化硅的介电常数低的材料构成的、所谓低介电常数膜。并且，也可以形成低介电常数膜和氧化硅等无机膜的层叠膜。另外，直接与所述半导体元件21和所述微型电机械装置31连接的配线未作图示，但在图上没有表示的部分上利用配线、插塞等连接。
在该半导体复合装置2的制造方法中，由于在同一基板11上形成有半导体元件21和微型电机机械装置31，因此具有可使目前为止为单一功能元件的微型电机机械装置31具备复合化了的功能的优点。例如，以往将分立部件组合而制成的RF(高频)调谐器模块等，通过将滤波器或开关、混频器、振荡器等高频零件作为微型电机械装置31在芯片上制作，由此可利用一个芯片实现与模块相同的功能。由此，可以得到大幅度地缩小模块尺寸或抑制耗电、降低制造成本、扩大商品设计的自由度等的优点。
另外，微型电机械装置31经由空间层32被保护膜33包围，所以微型电机械装置31不会露出，提高了可靠性，并且不需要气密性封装。另外，由于在与半导体元件21大致相同的层上形成微型电机械装置31，在微型电机械装置31的阶梯差大等情况下是有效的。
下面，作为基于所述各实施方式中说明的结构的适用例之一，通过图7(1)的横梁型MEMS谐振器的概略结构立体图以及图7(2)的使用了横梁型MEMS谐振器的高频带通滤波器的布局图，对使用了横梁型MEMS谐振器的高频带通滤波器进行说明。
图7(1)所示的横梁型MEMS谐振器131包括输入线132、与该输入线132平行设置的输出线133、与所述输入线132以及所述输出线133间隔规定的空间134而两端被支承的振子电极135，在向所述输入线132施加有高频输入信号的情况下，经由空间134设于所述输出线133上的振子电极135的横梁(振动部)135a与固有振动频率一致的高频信号而被激励机械共振，在输出线133和横梁(振动部)135a之间的空间134构成的电容器的容量变化，其作为滤波后的信号从输出线133被输出。
图7(2)所示的使用了横梁型MEMS谐振器的高频带通滤波器中，从图左侧焊盘111输入的信号在通过晶格型连接的MEMS谐振器131构成的微型电机械装置(高频带通滤波器141)时被滤波，在后段的半导体电路(放大器151)被放大后向图中右侧的焊盘171输出。以往，分别制造由该放大器151和MEMS谐振器131构成的高频带通滤波器141，在安装时利用引线结合等进行连接，但通过本发明，可以作为将它们混载在一个芯片上的器件而进行制造。
图8表示经由所述图4～图6说明的制造工序后与其他的器件混载的横梁型谐振器的谐振特性。另外，图9表示了作为单独的器件而制造的谐振器的谐振特性。比较图8以及图9所示的谐振特性可知，可得到谐振频率、透过特征等同等的特征。另外，图8、图9的纵轴的S21表示信号的电力透过电平，横轴表示频率。
并且，图10表示与微型电机械装置(MEMS)31混载的射极输出器(E/FEmitter Follower)电路的输出特性，表示出可以得到如设计值大小的增益，即使经过高温的微型电机械装置31的形成工序也几乎不会影响混载的半导体电路20。另外，图10的纵轴的S21表示了信号的电力透过水平，横轴表示了频率。
如所述说明，本发明的半导体复合装置1～3的特征在于半导体电路20和微型电机械装置(MEMS)31混载在同一个基板11上，可以对应于混载的半导体电路20或半导体元件21、微型电机械装置31的各特征或各尺寸而适当地改变布局。
另外，所述说明的微型电机械装置31，除了所述说明的作为谐振器使用的高频带通滤波器之外，还可以构成高频向模拟元件，具体说接线器、振荡器、混频器、电感器，可变电容器等。
权利要求
1.一种半导体复合装置，其特征在于，包括形成在基板上的半导体元件；覆盖所述半导体元件并形成在所述基板上的绝缘膜；形成在所述绝缘膜上的微型电机械装置；与所述半导体元件和所述微型电机械装置连接的配线层。
2.如权利要求1所述的半导体复合装置，其特征在于，所述微型电机械装置露出。
3.如权利要求1所述的半导体复合装置，其特征在于，所述配线层具有配线层间的绝缘膜和形成在该绝缘膜上的配线，形成于所述微型电机械装置上的所述配线层间的绝缘膜被除去。
4.如权利要求1所述的半导体复合装置，其特征在于，所述配线层具有配线层间的绝缘膜和形成在该绝缘膜上的配线，在所述微型电机械装置上形成有所述配线层间的绝缘膜。
5.一种半导体复合装置，其特征在于，具有形成在基板上的半导体元件；形成在所述基板上的微型电机械装置；与所述半导体元件和所述微型电机械装置连接的配线层，所述微型电机械装置经由空间层被保护膜包围，所述半导体电路和所述电子机械装置被绝缘膜包覆。
6.一种半导体复合装置的制造方法，其特征在于，具有以下工序在基板上形成半导体元件的工序；在所述基板上形成包覆所述半导体元件的绝缘膜的工序；在所述绝缘膜上形成微型电机械装置的工序；形成与所述半导体元件和所述微型电机械装置连接的配线层的工序。
7.如权利要求6所述的半导体复合装置的制造方法，其特征在于，包括形成所述配线层的工序、形成配线层间的绝缘膜的工序、在所述配线层间的绝缘膜上形成配线的工序，还具有将形成于所述微型电机械装置上的所述配线层间的绝缘膜除去的工序。
8.如权利要求6所述的半导体复合装置的制造方法，其特征在于，形成所述微型电机械装置由如下工序构成在所述微型电机械装置的成为空间的区域形成牺牲膜，形成所述微型电机械装置的构成部件的工序；经由牺牲膜形成保护膜的工序；除去所述各牺牲膜的工序，其中，将形成所述配线层的绝缘膜形成在所述保护膜上。
9.一种半导体复合装置的制造方法，其特征在于，包括在基板上形成半导体元件的工序；在所述基板上形成微型电机械装置的工序；包覆所述半导体元件而在所述基板上形成绝缘膜的工序；在所述绝缘膜上形成与所述半导体元件和所述微型电机械装置连接的配线层的工序。
全文摘要
一种半导体复合装置及其制造方法。在将半导体元件和微型电机械装置于不同的基板上制作并且将它们复合化的模块中，会产生由芯片间的连接导致的电力损失或寄生电容增大等的特性恶化问题。另外，也成为阻碍模块的布局设计及尺寸缩小的原因。为了解决所述问题，本发明的半导体复合装置(1)包括形成在基板(11)上的半导体元件(21)；覆盖所述半导体元件(21)且形成在所述基板(11)上的绝缘膜(41)；形成在所述绝缘膜(41)上的微型电机械装置(31)；与所述半导体元件(21)和所述微型电机械装置(31)连接的配线层(50)。
文档编号H01L29/10GK1884038SQ200610093250
公开日2006年12月27日 申请日期2006年6月23日 优先权日2005年6月23日
发明者御手洗俊, 池田浩一, 多田正裕, 秋叶朗, 盛田伸也 申请人:索尼株式会社