JP2007111831A - Method for manufacturing mems element, and mems element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体基板に構造体を備えたMEMS素子の製造方法およびMEMS素子に関
する。
The present invention relates to a method for manufacturing a MEMS device having a structure on a semiconductor substrate and the MEMS device.
近年、MEMS(Micro Electro Mechanical System)技術を利用し、半導体基板に
MEMS素子を備えたセンサ、共振器、通信用デバイスなどが注目されている。MEMS
素子は半導体プロセスを用い、半導体基板上に製作された微小な構造体からなる機能素子
である。例えば、特許文献1に示すような櫛歯状可動電極と櫛歯状固定電極を備えたME
MS素子が知られている。この構造体としての櫛歯状可動電極は、電気的な力、または加
速度などの外力で変形する可動部とこの可動部を支える支持部を有している。つまり、可
動部は支持部により片持ち梁あるいは両持ち梁構造をとり、半導体基板と空間を保って支
持されている。
2. Description of the Related Art In recent years, sensors, resonators, communication devices, and the like that use MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology and have a MEMS element on a semiconductor substrate have attracted attention. MEMS
The element is a functional element composed of a minute structure manufactured on a semiconductor substrate using a semiconductor process. For example, an ME provided with a comb-like movable electrode and a comb-like fixed electrode as shown in
MS elements are known. The comb-like movable electrode as the structure has a movable part that is deformed by an external force such as an electric force or acceleration, and a support part that supports the movable part. In other words, the movable portion has a cantilever beam structure or a doubly supported beam structure by the support portion, and is supported while maintaining a space with the semiconductor substrate.
しかしながら、上記の構造体の製造において可動部の下の犠牲層と支持部が同じ材質の
絶縁膜で構成した場合、構造体のリリースエッチングの際に、可動部をリリースしながら
支持部を残すように、エッチングの時間管理をする必要がある。この支持部は可動部の共
振振動(共振周波数)などのMEMS素子としての特性に関与しており、支持部を精度よ
く形成しMEMS素子の良好な特性を得るためには、精密な時間管理が必要であった。
However, when the sacrificial layer under the movable part and the support part are composed of the same material insulating film in the manufacture of the structure, the support part is left while releasing the movable part during the release etching of the structure. In addition, it is necessary to manage the etching time. This support part is involved in the characteristics of the MEMS element such as the resonance vibration (resonance frequency) of the movable part. In order to form the support part accurately and obtain the good characteristics of the MEMS element, precise time management is required. It was necessary.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、構造体のリリ
ースエッチングの際にエッチングの時間管理を容易にするとともに、構造体の支持部を精
度よく形成でき特性の優れたMEMS素子の製造方法およびMEMS素子を提供すること
にある。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to facilitate the time management of the etching during the release etching of the structure and to form the support portion of the structure with high accuracy. It is in providing the manufacturing method and MEMS element of the excellent MEMS element.
上記課題を解決するために、本発明は、可動部と前記可動部を支持する支持部とを有す
る構造体が半導体基板上に備えられたMEMS素子の製造方法であって、前記半導体基板
上に絶縁膜を形成する工程と、前記構造体の支持部となる前記絶縁膜の支持部領域を除き
前記絶縁膜にPイオンを注入する工程と、前記絶縁膜の上に前記絶縁膜の支持部領域に接
し前記構造体の可動部を形成する工程と、前記Pイオンを注入した前記絶縁膜を犠牲層と
してエッチングし前記構造体をリリースする工程と、を備えたことを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a method for manufacturing a MEMS device, in which a structure having a movable part and a support part that supports the movable part is provided on a semiconductor substrate. A step of forming an insulating film, a step of implanting P ions into the insulating film except for a supporting portion region of the insulating film to be a supporting portion of the structure, and a supporting portion region of the insulating film on the insulating film Forming a movable part of the structure in contact with the substrate, and etching the insulating film implanted with the P ions as a sacrificial layer to release the structure.
このMEMS素子の製造方法では、構造体をリリースする際に、SiO2などの絶縁膜
と、SiO2などにP(リン)イオンを注入した絶縁膜のエッチングレートの差を利用し
ている。一般に、フッ酸系のエッチング液を用いた場合、SiO2膜とSiO2にPイオン
を注入した膜とを比較すると、SiO2にPイオンを注入した膜の方がエッチングレート
において高いレートであることが知られている。
このことから、MEMS素子の構造体をリリースする犠牲層としてPイオンを注入した
絶縁膜を用い、支持部を通常の絶縁膜で構成することにより、エッチングの時間管理を容
易にするとともに、構造体の支持部を精度よく形成することができる。そして、本発明の
MEMS素子の製造方法を用いることで、構造体の支持部を精度よく形成できることから
、MEMS共振器などの共振周波数特性を向上させ特性の優れたMEMS素子を提供でき
る。
In this MEMS element manufacturing method, when a structure is released, a difference in etching rate between an insulating film such as SiO 2 and an insulating film obtained by implanting P (phosphorus) ions into SiO 2 or the like is used. In general, when a hydrofluoric acid-based etching solution is used, comparing the SiO 2 film and the film in which P ions are implanted into SiO 2 , the film in which P ions are implanted into SiO 2 has a higher etching rate. It is known.
Therefore, by using an insulating film in which P ions are implanted as a sacrificial layer for releasing the structure of the MEMS element, the support portion is formed of a normal insulating film, thereby facilitating etching time management and the structure. Can be formed with high accuracy. And since the support part of a structure can be formed accurately by using the manufacturing method of the MEMS element of this invention, the resonant frequency characteristic of a MEMS resonator etc. can be improved and the MEMS element excellent in the characteristic can be provided.
また本発明では、可動部と前記可動部を支持する支持部とを有する構造体が半導体基板
上に備えられたMEMS素子の製造方法であって、前記半導体基板上に絶縁膜を形成する
工程と、前記構造体の支持部となる前記絶縁膜の支持部領域にBイオンを注入する工程と
、前記絶縁膜の上に前記絶縁膜の支持部領域に接し前記構造体の可動部を形成する工程と
、前記絶縁膜を犠牲層としてエッチングし前記構造体をリリースする工程と、を備えたこ
とを特徴とする。
According to the present invention, there is also provided a method for manufacturing a MEMS device in which a structure having a movable part and a support part that supports the movable part is provided on a semiconductor substrate, the method comprising: forming an insulating film on the semiconductor substrate; A step of implanting B ions into a support portion region of the insulating film to be a support portion of the structure, and a step of forming a movable portion of the structure on the insulating film in contact with the support portion region of the insulating film And a step of etching the insulating film as a sacrificial layer to release the structure.
このMEMS素子の製造方法では、構造体をリリースする際に、SiO2などの絶縁膜
と、SiO2などにB(ボロン)イオンを注入した絶縁膜のエッチングレートの差を利用
している。一般に、フッ酸系のエッチング液を用いた場合、SiO2膜とSiO2にBイオ
ンを注入した膜とを比較すると、SiO2膜の方がエッチングレートにおいて高いレート
であることが知られている。
このことから、MEMS素子の構造体をリリースする犠牲層として通常の絶縁膜を用い
、支持部にBイオンを注入した絶縁膜で構成することにより、エッチングの時間管理を容
易にするとともに、構造体の支持部を精度よく形成することができる。そして、本発明の
MEMS素子の製造方法を用いることで、構造体の支持部を精度よく形成できることから
、MEMS共振器などの共振周波数特性を向上させ特性の優れたMEMS素子を提供でき
る。
In this MEMS element manufacturing method, when a structure is released, a difference in etching rate between an insulating film such as SiO 2 and an insulating film obtained by implanting B (boron) ions into SiO 2 or the like is used. Generally, when using an etchant of hydrofluoric acid, when compared with the film injected with B ions to the SiO 2 film and the SiO 2, it is known that towards the SiO 2 film has a high rate in the etching rate .
Therefore, by using a normal insulating film as a sacrificial layer for releasing the structure of the MEMS element and using an insulating film in which B ions are implanted into the support portion, the etching time management is facilitated and the structure Can be formed with high accuracy. And since the support part of a structure can be formed accurately by using the manufacturing method of the MEMS element of this invention, the resonant frequency characteristic of a MEMS resonator etc. can be improved and the MEMS element excellent in the characteristic can be provided.
本発明では、可動部と前記可動部を支持する支持部とを有する構造体が半導体基板上に
備えられたMEMS素子の製造方法であって、前記半導体基板上に絶縁膜を形成する工程
と、前記構造体の支持部となる前記絶縁膜の支持部領域を除き前記絶縁膜にPイオンを注
入する工程と、前記構造体の支持部となる前記絶縁膜の支持部領域にBイオンを注入する
工程と、前記絶縁膜の上に前記絶縁膜の支持部領域に接し前記構造体の可動部を形成する
工程と、前記Pイオンを注入した前記絶縁膜を犠牲層としてエッチングし前記構造体をリ
リースする工程と、を備えたことを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a method for manufacturing a MEMS device in which a structure having a movable part and a support part that supports the movable part is provided on a semiconductor substrate, and a step of forming an insulating film on the semiconductor substrate; A step of implanting P ions into the insulating film except for a support portion region of the insulating film serving as a support portion of the structure, and implanting B ions into a support portion region of the insulating film serving as a support portion of the structure. A step of forming a movable portion of the structure in contact with a support region of the insulating film on the insulating film; and etching the insulating film implanted with the P ions as a sacrificial layer to release the structure And a step of performing.
このMEMS素子の製造方法では、構造体をリリースする際に、SiO2などにP(リ
ン)イオンを注入した絶縁膜と、SiO2などにB(ボロン)イオンを注入した絶縁膜の
エッチングレートの差を利用している。一般に、フッ酸系のエッチング液を用いた場合、
SiO2などにPイオンを注入した絶縁膜と、SiO2などにBイオンを注入した絶縁膜と
を比較すると、SiO2にPイオンを注入した膜の方がエッチングレートにおいて高いレ
ートであることが知られている。
このことから、MEMS素子の構造体をリリースする犠牲層としてPイオンを注入した
絶縁膜を用い、支持部にBイオンを注入した絶縁膜で構成することにより、エッチングの
時間管理を容易にするとともに、構造体の支持部を精度よく形成することができる。そし
て、本発明のMEMS素子の製造方法を用いることで、構造体の支持部を精度よく形成で
きることから、MEMS共振器などの共振周波数特性を向上させ特性の優れたMEMS素
子を提供できる。
The manufacturing method of a MEMS device, when releasing the structure, an insulating film by implanting P (phosphorus) ions such as SiO 2, etc. SiO 2 B (boron) in the etching rate of the insulating film by implanting ions Use the difference. In general, when using a hydrofluoric acid-based etchant,
An insulating film by implanting P ions such as SiO 2, is compared with the insulating film by implanting B ions into such SiO 2, that the direction of film implanting P ions in the SiO 2 has a high rate in the etching rate Are known.
Therefore, the insulating film in which P ions are implanted as a sacrificial layer for releasing the structure of the MEMS element and the insulating film in which B ions are implanted in the support portion are used to facilitate the etching time management. The support portion of the structure can be formed with high accuracy. And since the support part of a structure can be formed accurately by using the manufacturing method of the MEMS element of this invention, the resonant frequency characteristic of a MEMS resonator etc. can be improved and the MEMS element excellent in the characteristic can be provided.
また、本発明のMEMS素子は上記MEMS素子の製造方法で製造されたことを特徴と
する。
The MEMS element of the present invention is manufactured by the above-described method for manufacturing a MEMS element.
本発明のMEMS素子の製造方法を用いることで、構造体の支持部を精度よく形成でき
ることから、MEMS共振器などの共振周波数特性を向上させ特性の優れたMEMS素子
を提供できる。
By using the method for manufacturing a MEMS element according to the present invention, the support portion of the structure can be formed with high accuracy, so that a resonance frequency characteristic such as a MEMS resonator can be improved and a MEMS element having excellent characteristics can be provided.
本発明は、可動部と前記可動部を支持する支持部とを有する構造体が半導体基板上に備
えられたMEMS素子であって、前記構造体の支持部はBイオンが注入された絶縁膜から
形成されていることを特徴とする。
The present invention is a MEMS element in which a structure having a movable part and a support part that supports the movable part is provided on a semiconductor substrate, and the support part of the structure is made of an insulating film into which B ions are implanted. It is formed.
この構成によれば、SiO2などにBイオンが注入された絶縁膜は通常のSiO2膜また
はPイオンが注入されたSiO2膜に比べて、フッ酸系のエッチング液に対して非常にエ
ッチングレートが低く、構造体の支持部にこのBイオンを注入した絶縁膜を用いることで
、構造体のリリースを容易にし、かつ精度良く支持部を形成することができる。
このことは、MEMS共振器などの共振周波数特性に影響を与える支持部をばらつきな
く製造することが可能となり、特性の優れたMEMS素子を提供できる。
According to this configuration, as compared with the SiO 2 film an insulating film such as SiO 2 and B ions are implanted in the normal SiO 2 film or P ions are implanted, very etched to the etching solution of hydrofluoric acid By using the insulating film in which the B ions are implanted in the support portion of the structure body at a low rate, the structure body can be easily released and the support portion can be formed with high accuracy.
This makes it possible to manufacture a support portion that affects the resonance frequency characteristics such as a MEMS resonator without variation, and can provide a MEMS element having excellent characteristics.
以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。
(第1の実施形態)
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
図1は本実施形態のMEMS素子としてのMEMS共振器の構成を示す概略構成図であ
る。図1(a)は、MEMS素子の平面図、図1(b)は同図(a)のA−A断線に沿う
断面図である。
図1において、シリコンからなる半導体基板10上に、可動部15とこの可動部15を
支持する支持部16からなる構造体17が形成され、MEMS素子1が構成されている。
可動部15はポリシリコンなどの導電性材料で形成され、支持部16は酸化シリコン(S
iO2)などの絶縁膜から形成されている。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a MEMS resonator as a MEMS element of the present embodiment. FIG. 1A is a plan view of a MEMS element, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
In FIG. 1, on a
The
It is formed from an insulating film such as iO 2 ).
このようなMEMS素子1では、可動部15に直流電圧が印加されると、この可動部1
5に対向する半導体基板10上に形成された検出電極(図示せず)との間に静電力が働く
。ここで、さらに可動部15に交流電圧が印加されると静電力が大きくなったり小さくな
ったり変動し、可動部15が半導体基板10に近づいたり遠ざかったりするように変位し
て振動する。このとき、検出電極表面で電荷の移動が生じ、検出電極に電流が流れる。そ
して、振動が繰り返されることから、検出電極から固有の共振周波数が出力される。
In such a
An electrostatic force acts between the detection electrodes (not shown) formed on the
次に、上記のような構成を有するMEMS素子1の製造方法について図面を用いて説明
する。このMEMS素子の製造においては半導体CMOSプロセスを用いている。
図2、図3はMEMS素子1の製造工程を示す概略断面図である。
Next, a method for manufacturing the
2 and 3 are schematic cross-sectional views showing the manufacturing process of the
まず、図2(a)においてシリコンからなる半導体基板10上に熱酸化膜(SiO2膜
)である絶縁膜11を形成する。その後、図2(b)に示すように、絶縁膜11の上にフ
ォトレジストを塗布して支持部を形成する支持部領域を残してフォトレジスト膜12をパ
ターニングする。そして、その上から、P(リン)イオンを注入する(図2(c))。そ
の後、フォトレジスト膜12を剥離することで、絶縁膜11は支持部を形成する支持部領
域には通常のSiO2膜11と、その他の部分にはPイオンが注入されたSiO2膜13と
に分離される(図2(d))。
First, in FIG. 2A, an
次に、図3(a)に示すように、ポリシリコンからなる可動部形成膜14を形成する。
そして、可動部形成膜14の上にフォトレジストを塗布し、可動部の形状にフォトレジス
ト膜18をパターニングする(図3(b))。その後、パターニングしたフォトレジスト
膜18をマスクとして、可動部形成膜14をエッチングし、フォトレジスト膜18を剥離
して可動部15を形成する(図3(c))。最後に、Pイオンが注入されたSiO2膜1
3を犠牲層として、フッ酸系のエッチング液によりエッチングし、可動部15と支持部1
6からなる構造体17をリリースする(図3(d))。
Next, as shown in FIG. 3A, a movable
And a photoresist is apply | coated on the movable
3 is used as a sacrificial layer and is etched with a hydrofluoric acid-based etching solution.
6 is released (FIG. 3D).
ここで、MEMS素子1の構造体17のリリースでは、SiO2膜11と、Pイオンを
注入したSiO2膜13とのエッチングレートの差を利用している。フッ酸系のエッチン
グ液を用いた場合、SiO2膜11とPイオンを注入したSiO2膜13とを比較すると、
Pイオンを注入したSiO2膜13の方がエッチングレートにおいて高いレートである。
つまり、可動部15をリリースするための犠牲層として、支持部16よりもエッチングレ
ートの高い材料を用いることで、構造体17のリリースを容易にしている。
Here, when the
The SiO 2 film 13 implanted with P ions has a higher etching rate.
That is, the
このことから、MEMS素子1の構造体17をリリースする犠牲層としてPイオンを注
入したSiO2膜13を用い、支持部をSiO2膜11で構成することにより、Pイオンを
注入したSiO2膜13が早くエッチングされ、従来のように犠牲層と支持部をSiO2膜
で形成した場合に比べて、精密なエッチング時間管理をする必要がなく容易となる。また
、構造体17の支持部16を精度よく形成することが可能となる。
そして、このMEMS素子1の製造方法を用いることで、構造体17の支持部16を精
度よく形成できることから、MEMS共振器などの共振周波数特性を向上させ特性の優れ
たMEMS素子1を提供できる。
(第2の実施形態)
Therefore, by using the SiO 2 film 13 was injected P ion as a sacrificial layer to release the
And since the
(Second Embodiment)
次に、第2の実施形態として、図1に示した構造と同様なMEMS素子の他の製造方法
について説明する。
図4、図5はMEMS素子の製造工程を示す概略断面図である。
Next, as a second embodiment, another method for manufacturing a MEMS element having the same structure as that shown in FIG. 1 will be described.
4 and 5 are schematic cross-sectional views showing the manufacturing process of the MEMS element.
まず、図4(a)においてシリコンからなる半導体基板10上に熱酸化膜(SiO2膜
)である絶縁膜11を形成する。その後、図4(b)に示すように、絶縁膜11の上にフ
ォトレジストを塗布して支持部を形成する支持部領域以外のフォトレジストを残してフォ
トレジスト膜20をパターニングする。そして、その上から、B(ボロン)イオンを注入
する(図4(c))。その後、フォトレジスト膜20を剥離することで、絶縁膜11は支
持部を形成する支持部領域にBイオンが注入されたSiO2膜21と、その他の部分に形
成されたSiO2膜11とに分離される(図4(d))。
First, in FIG. 4A, an insulating
次に、図5(a)に示すように、ポリシリコンからなる可動部形成膜14を形成する。
そして、可動部形成膜14の上にフォトレジストを塗布し、可動部の形状にフォトレジス
ト膜18をパターニングする(図5(b))。その後、パターニングしたフォトレジスト
膜18をマスクとして、可動部形成膜14をエッチングし、フォトレジスト膜18を剥離
して可動部15を形成する(図5(c))。最後に、SiO2膜11を犠牲層として、フ
ッ酸系のエッチング液によりエッチングし、可動部15と支持部22からなる構造体23
をリリースする(図5(d))。
Next, as shown in FIG. 5A, a movable
And a photoresist is apply | coated on the movable
Is released (FIG. 5D).
ここで、MEMS素子の構造体23のリリースでは、SiO2膜11と、Bイオンを注
入したSiO2膜21とのエッチングレートの差を利用している。フッ酸系のエッチング
液を用いた場合、SiO2膜11とBイオンを注入したSiO2膜21とを比較すると、S
iO2膜11の方がエッチングレートにおいて高いレートである。つまり、可動部15を
リリースするための犠牲層として、支持部22よりもエッチングレートの高い材料を用い
ることで、構造体23のリリースを容易にしている。
Here, in the release of the
The iO 2 film 11 has a higher etching rate. That is, the
このことから、MEMS素子の構造体23をリリースする犠牲層としてSiO2膜11
を用い、支持部にBイオンを注入したSiO2膜21で構成することにより、SiO2膜1
1が早くエッチングされ、従来のように犠牲層と支持部をSiO2膜で形成した場合に比
べて、精密なエッチング時間管理をする必要がなく容易となる。また、構造体23の支持
部22を精度よく形成することが可能となる。
そして、このMEMS素子の製造方法を用いることで、構造体23の支持部22を精度
よく形成できることから、MEMS共振器などの共振周波数特性を向上させ特性の優れた
MEMS素子を提供できる。
(第3の実施形態)
Therefore, the SiO 2 film 11 is used as a sacrificial layer for releasing the
By configuring in SiO 2 film 21 was used, it was injected B ions to the support portion, the SiO 2 film 1
1 is etched quickly, and compared with the conventional case where the sacrificial layer and the support portion are formed of SiO 2 film, it becomes easy without requiring precise etching time management. In addition, the
And since the
(Third embodiment)
次に、第3の実施形態として、図1に示した構造と同様なMEMS素子の他の製造方法
について説明する。
図6はMEMS素子の製造工程を示す概略断面図である。なお、本実施形態において、
第1の実施形態で説明した図2(a)〜図2(d)までは同じ工程のため、説明を省略し
、その後の工程について図6を用いて説明する。
Next, as a third embodiment, another method for manufacturing a MEMS element having the same structure as that shown in FIG. 1 will be described.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the manufacturing process of the MEMS element. In this embodiment,
Since FIG. 2A to FIG. 2D described in the first embodiment are the same process, description thereof will be omitted, and subsequent processes will be described with reference to FIG.
図2(d)において、絶縁膜は支持部を形成する支持部領域にSiO2膜11と、その
他の部分にはPイオンが注入されたSiO2膜13とに分離されている。
その後、図6(a)に示すように、フォトレジストを塗布して支持部を形成する支持部
領域以外のフォトレジストを残してフォトレジスト膜20をパターニングする。そして、
その上から、B(ボロン)イオンを注入する。その後、フォトレジスト膜20を剥離する
ことで、絶縁膜は支持部を形成する支持部領域にBイオンが注入されたSiO2膜25と
、その他の部分にPイオンが注入されたSiO2膜13とに分離される(図6(b))。
In FIG. 2 (d), the insulating film is separated into a SiO 2 film 11 in the support portion region forming the support portion, and a SiO 2 film 13 in which P ions are implanted in the other portions.
Thereafter, as shown in FIG. 6A, the
Then, B (boron) ions are implanted. Thereafter, the
次に、図6(c)に示すように、ポリシリコンからなる可動部形成膜14を形成し、可
動部形成膜14の上にフォトレジストを塗布し、可動部の形状にフォトレジスト膜18を
パターニングする。その後、パターニングしたフォトレジスト膜18をマスクとして、可
動部形成膜14をエッチングし、フォトレジスト膜18を剥離して可動部15を形成する
(図6(d))。最後に、Pイオンが注入されたSiO2膜13を犠牲層として、フッ酸
系のエッチング液によりエッチングし、可動部15と支持部26からなる構造体27をリ
リースする(図6(e))。
Next, as shown in FIG. 6C, a movable
ここで、MEMS素子の構造体27のリリースでは、Pイオンを注入したSiO2膜1
3と、Bイオンを注入したSiO2膜25とのエッチングレートの差を利用している。フ
ッ酸系のエッチング液を用いた場合、Pイオンが注入されたSiO2膜13とBイオンを
注入したSiO2膜25とを比較すると、Pイオンが注入されたSiO2膜13の方がエッ
チングレートにおいて高いレートである。つまり、可動部15をリリースするための犠牲
層として、支持部26よりもエッチングレートの高い材料を用いることで、構造体27の
リリースを容易にしている。
Here, in the release of the
3 and the difference in etching rate between the SiO 2 film 25 implanted with B ions is used. When a hydrofluoric acid-based etching solution is used, the SiO 2 film 13 implanted with P ions and the SiO 2 film 25 implanted with B ions are compared, and the SiO 2 film 13 implanted with P ions is etched. The rate is high. That is, by using a material having an etching rate higher than that of the
このことから、MEMS素子の構造体27をリリースする犠牲層としてPイオンを注入
したSiO2膜13を用い、支持部にBイオンを注入したSiO2膜25で構成することに
より、Pイオンを注入したSiO2膜13が早くエッチングされ、従来のように犠牲層と
支持部をSiO2膜で形成した場合に比べて、精密なエッチング時間管理をする必要がな
く容易となる。また、構造体27の支持部26を精度よく形成することが可能となる。
そして、このMEMS素子の製造方法を用いることで、構造体27の支持部26を精度
よく形成できることから、MEMS共振器などの共振周波数特性を向上させ特性の優れた
MEMS素子を提供できる。
(第4の実施形態)
Therefore, the SiO 2 film 13 implanted with P ions is used as a sacrificial layer for releasing the
And since the
(Fourth embodiment)
次に、第4の実施形態として、構造体とこの構造体を駆動させる周辺回路を同一の半導
体基板に設けたMEMS素子について説明する。
図7は本発明に係るMEMS素子としてのMEMS共振器の構成を示す概略構成図であ
る。図7(a)はMEMS素子の平面図、図7(b)は同図(a)のB−B断線に沿う断
面図である。
Next, as a fourth embodiment, a MEMS element in which a structure and a peripheral circuit for driving the structure are provided on the same semiconductor substrate will be described.
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a MEMS resonator as a MEMS element according to the present invention. 7A is a plan view of the MEMS element, and FIG. 7B is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 7A.
図7において、MEMS素子100は開口部138を有し、この開口部138内の半導
体基板110上にポリシリコンからなる可動部115と絶縁膜から形成された支持部11
6で構成される構造体117が形成されている。また、構造体117の周辺部には、半導
体基板110の上に形成された熱酸化膜である絶縁膜111が形成され、その上に層間絶
縁膜132、配線133、層間絶縁膜134、パッシベーション膜135が順次積層され
ている。配線133はAlまたはCuからなり半導体基板110に形成された回路素子(
図示せず)と接続されている。
In FIG. 7, the
6 is formed. In addition, an insulating
(Not shown).
次に、以上のような構成を有するMEMS素子100の製造方法を図面に従い説明する
。このMEMS素子の製造においては半導体CMOSプロセスを用いている。
図8、図9はMEMS素子100の製造工程を示す概略断面図である。
Next, a method for manufacturing the
8 and 9 are schematic cross-sectional views showing the manufacturing process of the
まず、図8(a)において、シリコンからなる半導体基板110上に熱酸化膜(SiO
2膜)である絶縁膜111を形成する。次いで、その上にフォトレジストを塗布し、支持
部を形成する支持部領域のフォトレジストと周辺回路形成する部分のフォトレジストを残
してフォトレジスト膜130をパターニングする。そして、その上から、Pイオンを注入
する(図8(b))。
次に、フォトレジスト膜130を剥離し、絶縁膜がSiO2膜111とPイオンが注入
されたSiO2膜113とに分離される。そして、さらにフォトレジストを塗布して支持
部を形成する支持部領域以外のフォトレジストを残してフォトレジスト膜131をパター
ニングする。次いで、その上からBイオンを注入する(図8(d))。その後、フォトレ
ジスト膜131を剥離することで、絶縁膜はSiO2膜111、Pイオンが注入されたS
iO2膜113、Bイオンが注入されたSiO2膜121に分離される。
First, in FIG. 8A, a thermal oxide film (SiO 2) is formed on a
Forming an insulating
Next, the
The iO 2 film 113 and the SiO 2 film 121 into which B ions are implanted are separated.
次に、可動部形成膜を形成しフォトレジストを塗布して可動部の形状にパターニングす
る。そして、可動部形成膜をエッチングして、フォトレジスト膜131を剥離して、可動
部115を形成する(図8(e))。
その後、図8(f)に示すように、可動部115の上からSiO2などの層間絶縁膜1
32を形成し、さらにその上に配線133をパターニングして形成する。
Next, a movable part forming film is formed and a photoresist is applied and patterned into the shape of the movable part. Then, the movable part forming film is etched, the
Thereafter, as shown in FIG. 8F, the
32 is formed, and a
次に、図9(a)に示すように、配線133の上にSiO2膜などの層間絶縁膜134
を形成し、その上にシリコンナイトライド(Si3N4)膜などのパッシベーション膜13
5を形成する。
続いて、パッシベーション膜135の上にフォトレジスト膜136を形成し、可動部1
15の上方に位置する部分を取り去るようにパターニングする(図9(b))。
Next, as shown in FIG. 9A, an
And a
5 is formed.
Subsequently, a
Patterning is performed so as to remove the portion located above 15 (FIG. 9B).
その後、図9(c)に示すように、フォトレジスト膜136をマスクにして、可動部1
15の上方に位置するパッシベーション膜135および層間絶縁膜134,132を、少
なくともPイオンが注入されたSiO2膜113の表面までドライエッチング(異方性エ
ッチング)し、開口部137を形成する。
そして、図9(d)に示すようにPイオンが注入されたSiO2膜113を犠牲層とし
てフッ酸系のエッチング液でウェットエッチング(等方性エッチング)して可動部115
と支持部116からなる構造体117をリリースする。このとき、新たな開口部138が
形成される。そして、最後にフォトレジスト膜136を剥離してMEMS素子100が完
成する。
Thereafter, as shown in FIG. 9C, the
The
Then, as shown in FIG. 9D, the
And the
ここで、MEMS素子100の構造体117のリリースでは、Pイオンを注入したSi
O2膜113と、Bイオンを注入したSiO2膜121とのエッチングレートの差を利用し
ている。フッ酸系のエッチング液を用いた場合、Pイオンが注入されたSiO2膜113
とBイオンを注入したSiO2膜121とを比較すると、Pイオンが注入されたSiO2膜
113の方がエッチングレートにおいて高いレートである。つまり、可動部115をリリ
ースするための犠牲層として、支持部116よりもエッチングレートの高い材料を用いる
ことで、構造体117のリリースを容易にしている。
Here, when the
The difference in etching rate between the O 2 film 113 and the SiO 2 film 121 implanted with B ions is used. When a hydrofluoric acid-based etching solution is used, the SiO 2 film 113 into which P ions are implanted
And the SiO 2 film 121 implanted with B ions, the etching rate of the SiO 2 film 113 implanted with P ions is higher. That is, the
このことから、MEMS素子100の構造体117をリリースする犠牲層としてPイオ
ンを注入したSiO2膜113を用い、支持部にBイオンを注入したSiO2膜121で構
成することにより、Pイオンを注入したSiO2膜113が早くエッチングされ、従来の
ように犠牲層と支持部を通常のSiO2膜で形成した場合に比べて、精密なエッチング時
間管理をする必要がなく容易となる。また、構造体117の支持部116を精度よく形成
することが可能となる。
そして、このMEMS素子の製造方法を用いることで、構造体117の支持部116を
精度よく形成できることから、MEMS共振器などの共振周波数特性を向上させ特性の優
れたMEMS素子100を提供できる。
From this, by using the SiO 2 film 113 implanted with P ions as a sacrificial layer for releasing the
And since the
なお、本実施形態における絶縁膜へのPイオン、Bイオンの注入量は共に1×1019個
/cm2程度であることが好ましい。
また、上記実施形態では半導体基板の材料としてシリコンにて説明したが、他にGe、
SiGe、SiC、SiSn、PbS、GaAs、InP、GaP、GaN、ZnSeな
どを用いることができる。
また、本実施形態で可動部をポリシリコンで形成したが、CMOSトランジスタにおけ
るシリサイド化された他のゲート電極材料を用いて実施することもできる。
さらに、MEMS素子として、MEMS共振器をはじめとしてMEMS技術を利用した
アクチュエータ、ジャイロセンサ、加速度センサなどにおいて利用が可能である。
In this embodiment, the amount of P ions and B ions implanted into the insulating film is preferably about 1 × 10 19 ions / cm 2 .
In the above embodiment, silicon is used as the material for the semiconductor substrate.
SiGe, SiC, SiSn, PbS, GaAs, InP, GaP, GaN, ZnSe, or the like can be used.
Further, although the movable portion is formed of polysilicon in this embodiment, it can be implemented using another gate electrode material silicided in a CMOS transistor.
Further, the MEMS element can be used in an MEMS resonator, an actuator using a MEMS technology, a gyro sensor, an acceleration sensor, and the like.
1…MEMS素子、10…半導体基板、11…絶縁膜、13…Pイオンを注入したSi
O2膜、14…可動部形成膜、15…可動部、16…支持部、17…構造体、21…Bイ
オンを注入したSiO2膜、22…支持部、23…構造体、25…Bイオンを注入したS
iO2膜、26…支持部、27…構造体、100…回路素子を備えたMEMS素子、11
0…半導体基板、111…絶縁膜、113…Pイオンを注入したSiO2膜、121…B
イオンを注入したSiO2膜、115…可動部、116…支持部、117…構造体、13
2…層間絶縁膜、133…配線、134…層間絶縁膜、135…パッシベーション膜、1
38…開口部。
DESCRIPTION OF
O 2 film, 14 ... movable part forming film, 15 ... movable part, 16 ... support part, 17 ... structure, 21 ... SiO 2 film implanted with B ions, 22 ... support part, 23 ... structure, 25 ... B S implanted with ions
iO 2 film, 26 ... support portion, 27 ... structure, 100 ... MEMS element including circuit element, 11
0 ... semiconductor substrate, 111 ... insulating film, 113 ... SiO 2 film implanting P ions, 121 ... B
Ion-implanted SiO 2 film 115,
2 ... interlayer insulating film, 133 ... wiring, 134 ... interlayer insulating film, 135 ... passivation film, 1
38 ... opening.
Claims (5)
EMS素子の製造方法であって、
前記半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、
前記構造体の支持部となる前記絶縁膜の支持部領域を除き前記絶縁膜にPイオンを注入
する工程と、
前記絶縁膜の上に前記絶縁膜の支持部領域に接し前記構造体の可動部を形成する工程と
、
前記Pイオンを注入した前記絶縁膜を犠牲層としてエッチングし前記構造体をリリース
する工程と、
を備えたことを特徴とするMEMS素子の製造方法。 M having a structure having a movable part and a support part for supporting the movable part provided on a semiconductor substrate
A method of manufacturing an EMS element,
Forming an insulating film on the semiconductor substrate;
Injecting P ions into the insulating film except for a supporting part region of the insulating film to be a supporting part of the structure;
Forming a movable portion of the structure on the insulating film in contact with a support region of the insulating film;
Etching the insulating film implanted with the P ions as a sacrificial layer to release the structure;
A method for manufacturing a MEMS device, comprising:
EMS素子の製造方法であって、
前記半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、
前記構造体の支持部となる前記絶縁膜の支持部領域にBイオンを注入する工程と、
前記絶縁膜の上に前記絶縁膜の支持部領域に接し前記構造体の可動部を形成する工程と
、
前記絶縁膜を犠牲層としてエッチングし前記構造体をリリースする工程と、
を備えたことを特徴とするMEMS素子の製造方法。 M having a structure having a movable part and a support part for supporting the movable part provided on a semiconductor substrate
A method of manufacturing an EMS element,
Forming an insulating film on the semiconductor substrate;
Implanting B ions into a support portion region of the insulating film to be a support portion of the structure;
Forming a movable portion of the structure on the insulating film in contact with a support region of the insulating film;
Etching the insulating film as a sacrificial layer to release the structure;
A method for manufacturing a MEMS device, comprising:
EMS素子の製造方法であって、
前記半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、
前記構造体の支持部となる前記絶縁膜の支持部領域を除き前記絶縁膜にPイオンを注入
する工程と、
前記構造体の支持部となる前記絶縁膜の支持部領域にBイオンを注入する工程と、
前記絶縁膜の上に前記絶縁膜の支持部領域に接し前記構造体の可動部を形成する工程と
、
前記Pイオンを注入した前記絶縁膜を犠牲層としてエッチングし前記構造体をリリース
する工程と、
を備えたことを特徴とするMEMS素子の製造方法。 M having a structure having a movable part and a support part for supporting the movable part provided on a semiconductor substrate
A method of manufacturing an EMS element,
Forming an insulating film on the semiconductor substrate;
Injecting P ions into the insulating film except for a supporting part region of the insulating film to be a supporting part of the structure;
Implanting B ions into a support portion region of the insulating film to be a support portion of the structure;
Forming a movable portion of the structure on the insulating film in contact with a support region of the insulating film;
Etching the insulating film implanted with the P ions as a sacrificial layer to release the structure;
A method for manufacturing a MEMS device, comprising:
素子。 MEMS manufactured with the manufacturing method of the MEMS element as described in any one of Claims 1 thru | or 3.
element.
EMS素子であって、
前記構造体の支持部はBイオンが注入された絶縁膜から形成されていることを特徴とす
るMEMS素子。
M having a structure having a movable part and a support part for supporting the movable part provided on a semiconductor substrate
An EMS element,
The MEMS element according to claim 1, wherein the support portion of the structure is formed of an insulating film into which B ions are implanted.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005306731A JP2007111831A (en) | 2005-10-21 | 2005-10-21 | Method for manufacturing mems element, and mems element |
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---|---|
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Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007111831A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8120437B2 (en) | 2009-03-26 | 2012-02-21 | Seiko Epson Corporation | Oscillator with little deterioration capable of outputting clock pulses with target frequency |
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-
2005
- 2005-10-21 JP JP2005306731A patent/JP2007111831A/en not_active Withdrawn
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