JP4967204B2

JP4967204B2 - Manufacturing method of microstructure

Info

Publication number: JP4967204B2
Application number: JP2001234277A
Authority: JP
Inventors: 徳夫藤塚; 博文船橋; 智由土屋
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2001-08-01
Filing date: 2001-08-01
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2021-08-01
Also published as: JP2003046091A

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a microstructure, which has a thick movable section and a wide space between the movable section and a fixed section, and still has a structure layer, such as an electrode disposed above the movable section and the space between the movable section and the fixed section. SOLUTION: A method of manufacturing the microstructure comprises (1) forming of projecting patterns, which are divided into the movable section 106a which becomes movable at the end of manufacturing, the fixed section 106c spaced apart from the movable sections 106a, and a dummy section 106b which is disposed in the space between the movable section 106a and the fixed section 106c and disappears at end of manufacturing, (2) depositing a sacrificial layer, in a region which begins from the movable section 106a and reaches the fixed section 106c via the dummy section 106b, (3) forming a structure layer on the sacrificial layer, (4) after depositing the sacrificial layer or forming the structure layer, removing the dummy section 106b, and (5) after forming the structure layer, removing the sacrificial layer.

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造技術を用いて微小構造体を製造する方法に関する。本発明はまた、その結果製造される新規な微小構造体にも関する。本発明は、例えば角速度センサや加速度センサとして利用することができる振動式センサ等を製造する場合に好適に用いることができる。
【０００２】
【従来の技術】
図１に従来の角速度センサの平面図を示す。図１の角速度センサは、大きく分けて、基板２と、基板２の中央に配置された振動体３と、振動体３のｘ軸方向（図示上下方向）両側に固定された２つの励振電極４ａ、４ｂと、振動体３のｙ軸方向（図示左右方向）両側に固定された４つの検出電極２８ａ〜２８ｄを備えている。
振動体３は、開口群２４を有する可動部２２と、可動部２２からｙ軸方向に伸びる櫛歯電極２６ａ、２６ｂと、可動部２２からｘ軸方向に伸びる４本のビーム２０ａ〜２０ｄと、各ビーム２０ａ〜２０ｄのｘ軸方向上端または下端に結合されたリンク１６ａ、１６ｂと、各リンク１６ａ、１６ｂのｘ軸方向上端または下端に結合された櫛歯電極１８ａ、１８ｂと、各リンク１６ａ、１６ｂからｙ軸方向に伸びる４本のビーム１２ａ〜１２ｄと、各ビーム１２ａ〜１２ｄの左端または右端に結合された４つのリンク１４ａ〜１４ｄと、各リンク１４ａ〜１４ｄからｙ軸方向に伸びる８本のビーム１０ａ〜１０ｈと、各ビーム１０ａ〜１０ｈの右端または左端に結合された８つのアンカー８ａ〜８ｈを有する。各アンカー８ａ〜８ｈは基板２に固定されている。振動体３のアンカー８ａ〜８ｈ以外の部分は、基板２との間にｚ軸方向（紙面垂直方向）に間隙を隔てて配置されている。この構成によって、可動部２２はｘ軸方向とｙ軸方向に変位可能（振動可能）となっている。
【０００３】
各励振電極４ａ、４ｂにはそれぞれ櫛歯電極６ａ、６ｂが結合されている。各櫛歯電極６ａ、６ｂはそれぞれ、振動体３の櫛歯電極１８ａ、１８ｂと非接触で噛合っている
各検出電極２８ａ〜２８ｄにはそれぞれ櫛歯電極３０ａ〜３０ｄが結合されている。櫛歯電極３０ａ、３０ｂは振動体３の櫛歯電極２６ａと非接触で噛合っている。櫛歯電極３０ｃ、３０ｄは振動体３の櫛歯電極２６ｂと非接触で噛合っている。
【０００４】
図１の角速度センサでは、励振電極４ａ、４ｂに交互に電圧を印加することによって、櫛歯電極６ａと櫛歯電極１８ａ間、あるいは櫛歯電極６ｂと櫛歯電極１８ｂ間に静電引力を交互に発生させて可動部２２をｘ軸方向に振動させる。この状態で角速度センサの全体がｚ軸回りに角速度Ωで回転すると、可動部２２にはコリオリ力が作用する。この結果、可動部２２はｙ軸方向にも振動する。このｙ軸方向の振動を櫛歯電極３０ａ、３０ｂと櫛歯電極２６ａの間、あるいは櫛歯電極３０ｃ、３０ｄと櫛歯電極２６ｂの間の静電容量の変化として検出することによって、角速度Ωを検出することができる。
【０００５】
図１の角速度センサの形状を簡略化して示す図２の角速度センサの製造方法を次に説明する。図２の角速度センサは、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板との間にｚ軸方向に空隙を隔てて配置された開口群４８を有する可動部４４ａと、基板に結合されているとともに可動部４４ａの周囲に空隙５０を隔てて配置されている固定部４４ｂと、可動部４４ａと固定部４４ｂとを繋ぐビーム４４ｃ（基板との間にｚ軸方向に空隙を隔てて伸びている）とを備えている。
【０００６】
以下では、図２の角速度センサの製造工程を、図２のＡ−Ａ断面を参照しながら説明する。まず図３に示すように、単結晶シリコンからなる基板４０と、シリコン酸化膜からなる絶縁層４２と、単結晶シリコンからなる活性層４４を備えたＳＯＩ基板を用意する。次に図４に示すように、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）によって活性層４４上にシリコン酸化膜４６を堆積させた後、そのシリコン酸化膜４６を可動部形成用のマスク４６ａと固定部形成用のマスク４６ｂにパターニングする。次に、図５に示すように、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）によって可動部４４ａと固定部４４ｂとの間に幅の広い空隙５０を形成する。この結果、活性層４４に、可動部４４ａと可動部４４ａとの間に空隙５０を隔てて配置された固定部４４ｂに分離された凸パターンが形成される。次に図６に示すように、絶縁層４２をフッ化水素（ＨＦ）を含むエッチング液等によってエッチングする。この結果、可動部４４ａの下方に空隙５２が形成され、可動部４４ａが基板４０に対し変位可能な状態となる。このようにして、図２に示す形状の角速度センサが製造される。可動部４４ａと固定部４４ｂの間の空隙５０の幅Ｗ４（図６参照）が広いと、可動部４４ａが大きく変位することができる。
また、角速度センサの出力を大きくするためには、可動部４４ａの質量を大きくすることが有効である。可動部４４ａの質量を大きくするためには、可動部４４ａ（活性層４４）の厚さＷ２（図６参照）を厚くすることが有効である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上に例示したように、可動部４４ａや固定部４４ｂの厚さＷ２を厚くし、可動部４４ａと固定部４４ｂとの間の空隙５０の幅Ｗ４を広くしたい場合がある。
しかしながら、例えば、図６等に示す可動部４４ａの厚さを厚くし、可動部４４ａと固定部４４ｂとの間の空隙５０の幅を広くした状態で、可動部４４ａから固定部４４ｂに至る領域に犠牲層を堆積させると、可動部４４ａと固定部４４ｂとの間の空隙５０内に犠牲層の上面が入り込んでしまう。このため、その犠牲層の上に構造層（例えば電極として用いる）を形成したとしても、その構造層が可動部４４ａと固定部４４ｂとの間の空隙５０内に入り込んでしまう。この結果、その構造層の上面にレジストを塗っても、レジストを均一に濡れず、フォトリソグラフィができなくなるので、その構造層のパターニングができなくなるという問題があった。また、可動部４４ａを空隙５０内で変位させることができなくなるという問題もあった。
このため、製造終了時には可動部の厚さが厚く、可動部と固定部との間の空隙幅が広い微小構造体を実現しながらも、製造工程中には可動部から固定部に至る領域上を平坦化させる技術の実現が望まれていた。この技術が実現されれば、可動部の厚さが厚く、可動部と固定部との間の空隙幅が広く、それでいながら、可動部と空隙の上方に電極やキャップ等の構造層が配置された微小構造体を実現することができる。
【０００８】
本発明は、製造終了時には可動部の厚さが厚く、可動部と固定部との間の空隙幅が広い微小構造体を実現しながらも、製造工程中には可動部から固定部に至る領域上をほぼ平坦化させる技術を実現することを第１の目的とする。
また、本発明は、可動部の厚さが厚く、可動部と固定部との間の空隙幅が広く、それでいながら、可動部と空隙の上方に電極やキャップ等の構造層が配置された微小構造体を実現することを第２の目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段および作用と効果】
上記した目的の少なくとも１つを達成するための本発明は、微小構造体の製造方法に具現化される。その製造方法では、最初に基板の表面に、製造終了時に可動状態となる可動部と、可動部との間に空隙を隔てて配置された固定部と、可動部と固定部との間の空隙内に配置されているとともに製造終了時に消失するダミー部とに分離されている凸パターンを形成する。その後に、可動部からダミー部を経て固定部に至る領域に犠牲層を堆積する。そして、犠牲層を堆積した後にダミー部を除去する。
ここで、可動部と固定部は、どこかで繋がっていてもよいし、完全に分離されていてもよい。
【００１０】
この製造方法では、可動部と固定部の間に、製造工程中に除去してしまうために製造終了時には消失するダミー部をあえて形成することによって、可動部と固定部との間の空隙幅を狭める。空隙幅を狭めた状態で、可動部からダミー部を経て固定部に至る領域に犠牲層を堆積するために、犠牲層の表面をほぼ平坦化することができる。
この製造方法によると、製造終了時には可動部の厚さが厚く、可動部と固定部との間の空隙幅が広い微小構造体を実現しながらも、製造工程中には可動部から固定部に至る領域上をほぼ平坦化させることができる。
【００１１】
この製造方法では、犠牲層上に構造層を形成し、犠牲層を堆積した後、または、構造層を形成した後に、ダミー部を除去し、構造層を形成した後に、犠牲層を除去することが好ましい。
上記したように可動部と固定部上の犠牲層の表面をほぼ平坦化できると、犠牲層の表面が、可動部と固定部との間の空隙内に入り込まないようにすることができる。この犠牲層上に構造層を形成すると、その構造層は可動部と固定部との間の空隙内には入り込まない。
ダミー部を設けることによって、可動部とダミー部の間、あるいはダミー部と固定部の間の空隙幅を狭くすることができるので、可動部の厚さが厚くても、構造層が可動部と固定部との間の空隙内に入り込まないようにすることができる。
このために、その後にダミー部と犠牲層を除去することで、可動部と構造層を分離でき、さらに、可動部と固定部との間に充分な幅の空隙を確保して可動部の変位可能な幅を大きく確保することができる。
この製造方法によると、可動部の厚さが厚く、可動部と固定部との間の空隙幅が広い場合に、可動部の上方に電極等を構成する構造層が配置された微小構造体を実現することができる。
【００１２】
ＳＯＩ基板を用い、その絶縁層上のＳＯＩ層に絶縁層に達する凸パターンを形成し、その後に絶縁層を除去することによって半導体基板に対して可動状態となる可動部を形成することが好ましい。
この製造方法によると、ＳＯＩ基板の絶縁層上のＳＯＩ層（これは必要なだけ厚く形成することができる）を利用して可動部を形成することができるために、基板から分離された可動部の厚さを厚く確保することができる。厚くて重い可動部を備えているために感度が高く、可動部の変位可能幅が大きいために測定レンジが広く、しかも可動部の上方に電極等の構造層を備えた３次元構造の微小構造体を実現することができる。
【００１３】
犠牲層を堆積した後に、犠牲層の上面からダミー部に達する孔を形成し、その孔からダミー部をエッチングして除去し、その犠牲層上にさらに別の犠牲層を堆積し、その別の犠牲層上に開口群を有する構造層を形成し、その開口群から犠牲層をエッチングして除去することが好ましい。
この製造方法によると、構造層を形成する前にダミー部を除去することができる。
【００１４】
あるいは、開口群を有する構造層を形成し、その後に、エッチングマスクとなる別の犠牲層で構造層を覆い、その別の犠牲層の上面からダミー部に達する孔を形成し、その孔からダミー部をエッチングして除去し、ついで犠牲層をエッチングして除去することもできる。
この製造方法によっても、可動部と固定部と構造層を残しながら、ダミー部と犠牲層をエッチングして除去することができる。
【００１５】
犠牲層を堆積した後に、犠牲層の上面から固定部に達するコンタクト孔を形成し、その後に犠牲層上に構造層を形成することが好ましい。
この製造方法によって犠牲層上に構造層を形成すると、コンタクト孔に構造層が埋め込まれ、構造層と固定部を接触させることができる。このため、例えば構造層が電極として機能する場合には、固定部から構造層（電極）に電圧をかけることができる。
【００１６】
開口群を持つ構造層を形成しておいてから、その上に透過膜を形成し、その透過膜上に真空中または不活性ガス雰囲気中で封止膜を形成することが好ましい。
可動部が高速で振動する角速度センサ等の微小構造体では、可動部の周囲に大気が存在していると、空気の粘性によって可動部の振動が減衰するという問題があった。空気の粘性によって可動部の振動が減衰すると、センサの高感度化が妨げられる。空気の粘性によって振動が減衰するのを防ぐためには、真空封止をする必要がある。また、水分の侵入や酸化による劣化を防ぐためには不活性ガス雰囲気中で封止することが望ましい。従来は、キャンパッケージを用いたり、あるいはウェハ接合することによって真空封止や不活性ガス雰囲気中での封止を行っていた。
しかしながら、キャンパッケージを用いる場合は、微小構造体を１つずつキャンパッケージに装着する必要があり、チップ単位の処理が必要となるために生産性が低く、低コスト化に適さないという問題がある。また、ダイシング後に封止するために、組立時の歩留まりが低下するという問題もある。一方、ウェハ接合をする場合は、２枚のウェハを位置合わせするための陽極接合装置が必要となる。また陽極接合時には酸素が発生するために脱ガス対策も必要となる。さらに、ウェハ接合の接合面をまたいで室内から室外へ配線を引出すことが必要とされる。
上記した製造方法によると、構造層に開口群が形成されている場合でも、その構造層上に透過膜を形成することで、塵等の異物は通さないようにしながら、エッチングガスやエッチング液を通してエッチングを行うことができる。また、半導体製造技術の流れの中で真空封止または不活性ガス雰囲気中で封止を行えるため、キャンパッケージやウェハ接合を用いて真空封止または不活性ガス雰囲気中で封止を行う必要がなくなる。
【００１７】
本明細書で開示される微小構造体は、基板と、基板との間に空隙を隔てて配置された厚さ１μｍ以上の可動部と、基板に結合されるとともに可動部との間に１μｍ以上の空隙を隔てて配置された固定部と、可動部の上方を空隙を隔てて配置されるとともに固定部に結合された構造層を備えている。
ここで、構造層が固定部に「結合」されるとは、構造層が固定部に直接的に接触して取付けられている場合のみならず、他の部材を介して固定部に間接的に取付けられている場合も含む。
【００１８】
可動部の厚さが１μｍ以上であって、可動部と固定部間の空隙幅が１μｍ以上である場合、可動部と固定部に亘って犠牲層を堆積すると、犠牲層の上面は、可動部と固定部間の空隙内に入り込んでしまう。この結果、犠牲層上に構造層を形成してもその構造層が空隙内に入り込んでしまうために、従来では、上記構成の微小構造体は実現されなかった。
この技術によると、可動部の厚さが１μｍ以上と厚く、可動部と固定部の間の空隙幅が１μｍ以上と広い場合でも、上記した製造方法によって、可動部の上方に構造層が配置された微小構造体を実現することができる。
【００１９】
開口群が形成された構造層上に透過膜が形成され、その透過膜上に封止膜が形成されていると、可動部に異物が侵入することを防止でき、可動部が真空中で変位可能な微小構造体が実現される。
【００２０】
微小構造体の可動部と固定部が、ＳＯＩ基板の絶縁層上のＳＯＩ層で形成されている微小構造体は、半導体製造技術で発展した様々な技術と設備を利用することで、安価に簡単に製造することができる。
【００２１】
本発明は、また、可動部が存在しない微小構造体の製造方法にも具現化することができる。この製造方法では、基板の表面に、断面視したときに空隙を隔てて配置されている少なくとも２つの凸パターンを提供する固定部と、２つの凸パターン間の空隙内に配置されているとともに製造終了時に消失する凸パターンを提供するダミー部を形成する。その後に、固定部の２つの凸パターン間に亘る領域に犠牲層を堆積する。そして、犠牲層を堆積した後にダミー部を除去する。
高感度化のために、図１に示すような検出電極２８（固定部に相当する）等を厚くしたい場合がある。また、微小構造体（上記角速度センサ等）の設計上の理由から、２つの固定部（例えば図１の検出電極２８ａと２８ｂ）間の空隙幅を広くせざるを得ない場合もある。
この製造方法によると、製造終了時には固定部の厚さが厚く、固定部の２つの凸パターン間の空隙幅が広い微小構造体を実現しながらも、製造工程中には固定部の２つの凸パターンに亘る領域上をほぼ平坦化させることができる。
【００２２】
この製造方法では、犠牲層を堆積した後にダミー部を除去する。この製造方法ではさらに、犠牲層上に構造層を形成し、犠牲層を堆積した後、または、構造層を形成した後に、ダミー部を除去し、構造層を形成した後に、犠牲層を除去することが好ましい。
この製造方法によると、固定部の２つの凸パターンの高さが高く、その２つの凸パターンが大きく隔てられているために、従来であれば２つの凸パターン間に亘って伸びる構造層を形成できない場合に、ダミー部（例えば、図１の検出電極２８ａと２８ｂを固定部とした場合は、ダミー部３２ａ）を利用することによって２つの凸パターン間に亘って伸びる構造層を形成することができる。
この製造方法によると、固定部の厚さが厚く、固定部の２つの凸パターン間の空隙幅が広く、それでいながら、固定部と空隙の上方に電極等の構造層が配置された微小構造体を実現できる。
【００２３】
上記の方法が開発されたために、基板と、基板に結合されているとともに断面視したときに１μｍ以上の空隙を隔てて配置されている少なくとも２つの凸パターンを提供する厚さ１μｍ以上の固定部と、固定部の２つの凸パターン間に亘って伸びているとともに基板から分離された構造層を備えた微小構造体が実現された。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図７に本発明の実施の形態の角速度センサにダミー部３２が形成された状態の平面図を示す。
図７の角速度センサの場合、可動部２２とビーム１０ａ〜１０ｈとビーム２０ａ〜２０ｄとリンク１６ａ〜１６ｂとリンク１４ａ〜１４ｄは、特許請求の範囲に記載の可動部に相当し、励振電極４ａ、４ｂと検出電極２８ａ〜２８ｄは、特許請求の範囲に記載の固定部に相当し、ダミー部３２（特に３２ａ〜３２ｅ）がダミー部に相当する。
【００２５】
図７に示すようなダミー部３２を形成することは、マイクロローディング効果対策としても有用である。ここで、マイクロローディング効果とは、エッチング幅／エッチング深さの値が約１以上になると、深さ方向へのエッチング速度が速くなるという効果である。この効果によると、固定部や可動部等のパターン間の空隙幅が広い箇所（例えば、ダミー部３２ｂが存在しないと仮定すると、検出電極２８ａとビーム２０ａの間）は、パターン間の空隙幅が狭い箇所（例えば、櫛歯電極３０ａと櫛歯電極２６ａの間）よりもエッチング速度が速くなる。この結果、パターン間の空隙幅が狭い箇所にエッチング時間を合わせると、パターン間の空隙幅が広い箇所ではオーバーエッチングとなってしまう。特に、パターン間の空隙幅が広い箇所にビーム（例えば上記したビーム２０ａ）等の細いパターンが形成されている場合、細いビームがオーバーエッチングされると所望のセンサ特性が得られなくなるという問題が生じる。また、パターン間の空隙幅が広い箇所にエッチング時間を合わせても、パターン間の空隙幅が狭い箇所のエッチングが不足し、この場合も所望のセンサ特性が得られなくなるという問題が生じる。
【００２６】
しかし、図７に示すようなダミー部３２を形成して、パターン間の空隙の幅をほぼ均一に揃えることで、上記したようなマイクロローディング効果が引き起こす問題を解消することができる。それでいながら、以下の実施例に示すように製造工程中でダミー部３２を除去することで、製造終了時には、パターン間の空隙幅が広い微小構造体を実現することができる。
【００２７】
【実施例】
（第１実施例）第１実施例の角速度センサの製造方法を説明する。この製造方法によって、図８の平面図に示すように、基板と、基板との間に空隙を隔てて配置された開口群１１０ａを有する単結晶シリコンからなる可動部１０６ａと、基板に結合されるとともに可動部１０６ａの周囲に空隙を隔てて配置された単結晶シリコンからなる固定部１０６ｃと、可動部１０６ａと固定部１０６ｃを繋ぐビーム１０６ｄと、図９の平面図に示すような可動部１０６ａの上方に空隙を隔てて配置されるとともに固定部１０６ｃに結合された開口群１２１を有する上部電極（構造層に相当）１２０を備えた角速度センサが製造される。この角速度センサは図７に示す角速度センサの形状を簡略化したものである。図８では、製造終了時には消失するダミー部１０６ｂが示されている。
以下では第１実施例の角速度センサの製造方法を、図８と、図９と、図９のＡ−Ａ断面からみた状態によって説明する。
【００２８】
まず、図１０に示すような、単結晶シリコンからなる基板１０２と、シリコン酸化膜からなる絶縁層１０４と、単結晶シリコンからなる活性層１０６を備えたＳＯＩ基板を用意する。本実施例では活性層１０６の厚さＷ６が１０μｍのＳＯＩ基板を用いる。次に、図１１に示すように、活性層１０６上に、ＣＶＤ等によってシリコン酸化膜１０８を堆積させる。次に、図１２に示すように、シリコン酸化膜１０８をパターニングする。このパターニングによって可動部形成用のマスク１０８ａと、ダミー部形成用のマスク１０８ｂと、固定部形成用のマスク１０８ｃを形成する。このパターニング形状は、各マスク１０８ａ〜１０８ｃによって活性層１０６がパターニングされた後の形状を示す図８と同じ形状である。
【００２９】
次に、図１３に示すように、上記のようにパターニングされたシリコン酸化膜１０８ａ〜１０８ｃをマスクとして、活性層１０６をＲＩＥ等によりエッチングして、活性層１０６に、可動部１０６ａと、ダミー部１０６ｂと、固定部１０６ｃを構成する凸パターンを形成する。本実施例では、
（１）可動部１０６ａのエッチング孔１１０ａの幅Ｗ７
（２）可動部１０６ａの一番外側と、内側のダミー部１０６ｂとの間のエッチング孔１１０ｂの幅Ｗ８
（３）２つのダミー部１０６ｂ間のエッチング孔１１０ｄの幅Ｗ９
（４）外側のダミー部１０６ｂと固定部１０６ｃとの間のエッチング孔１１０ｃの幅Ｗ１０、のそれぞれを２μｍとしている。また、各ダミー部１０６ｂの幅Ｗ１１を２μｍとしている。
即ち、可動部１０６ａの一番外側と固定部１０６ｃの間の幅Ｗ１２は１０μｍであり、ここに３つの空隙と２つのダミー部を形成している。可動部１０６ａとダミー部１０６ｂと固定部１０６ｃのパターニング形状を平面視すると、図８のようになる。
なお、図８に示す略正方形状の可動部１０６ａの全長は約２００μｍであり、実際には、図示より多数の開口群１１０ａが形成されている。
【００３０】
次に、図１４に示すように、可動部１０６ａからダミー部１０６ｂを経て固定部１０６ｃに至る領域に亘って、ＣＶＤ等によってシリコン酸化膜１１２を堆積させる。シリコン酸化膜１１２を堆積させると、各エッチング孔１１０ａ〜１１０ｄ（図１３参照）内にシリコン酸化膜１１２が入り込み、埋込まれる。ただし、上記したように、各エッチング孔１１０ａ〜１１０ｄの幅は２μｍとしているので、シリコン酸化膜１１２の上面がエッチング孔１１０ａ〜１１０ｃ内には入り込まず、シリコン酸化膜１１２の上面はほぼ平坦化される。次に、図１５に示すように、ダミー部１０６ｂの直上のシリコン酸化膜１１２と１０８ｂ（図１４参照）をＲＩＥ等によって除去してエッチング孔１１４を形成する。この結果、ＳＯＩ基板を平面視すると、ダミー部１０６ｂが露出した状態となる。なお、可動部１０６ａはシリコン酸化膜１１２ａによって、また、固定部１０６ｃはシリコン酸化膜１１２ｂによってエッチングマスクされた状態となっている。次に、図１６に示すように、ダミー部１０６ｂが露出し、可動部１０６ａと固定部１０６ｃがエッチングマスクされた状態でＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドライド）溶液等によってダミー部１０６ｂをエッチングして除去する。この結果、エッチング孔１１６が形成される。
【００３１】
次に、図１７に示すように、シリコン酸化膜１１２上にＣＶＤ等によってシリコン酸化膜１１８を堆積させる。シリコン酸化膜１１８を堆積させると、各エッチング孔１１６（図１６参照）内にシリコン酸化膜１１８が入り込み、埋込まれる。ただし、図１３に示したようにダミー部１０６ｂの幅Ｗ１１は２μｍであるため、エッチング孔１１６の幅も２μｍとなるから、シリコン酸化膜１１８の上面がエッチング孔１１６内には入り込まず、シリコン酸化膜１１８の上面はほぼ平坦化される。次に、図１８に示すように、ほぼ平坦化されているシリコン酸化膜１１８上にポリシリコンからなる上部電極１２０を成膜する。このように、ほぼ平坦化されているシリコン酸化膜１１８上に上部電極１２０を成膜することによって、上部電極１２０が図１３に示したエッチング孔１１０ａ〜１１０ｄ内に入り込むことがない。
【００３２】
次に、図１９に示すように、上部電極１２０に犠牲層エッチング用の多数の開口群１２１を形成するようにパターニングする。上部電極１２０のパターニング形状を平面視すると、図９のようになる。次に、図２０に示すように、フッ化水素（ＨＦ）を含むエッチング液等によって犠牲層エッチングして可動部１０６ａの周辺のシリコン酸化膜１０４、１０８、１１２、１１８（図１９参照）を除去する。この結果、可動部１０６ａと固定部１０６ｃの間に幅の広い空隙１２２が形成される。また、可動部１０６ａと上部電極１２０の間に空隙１２４が形成される。さらに、可動部１０６ａと基板１０２の間に空隙１２６が形成される。なお、犠牲層エッチングを行っても、上部電極１２０に形成された開口群１２１の深さ方向からずれた位置にあるシリコン酸化膜１０４ａ、１０８ｄ、１１２ｃ、１１８ａは除去されないで残る。シリコン酸化膜１０４ａは基板１０２上に固定部１０６ｃを固定する役割を果たし、シリコン酸化膜１０８ｄ、１１２ｃ、１１８ａは固定部１０６ｃ上に上部電極１２０を固定する役割を果たす。
【００３３】
以上で説明した第１実施例の製造方法によると、図２０に示すような、基板１０２と、基板１０２との間に空隙１２６を隔てて配置された単結晶シリコンからなる厚さＷ６（１０μｍ）の可動部１０６ａと、基板１０２に結合されるとともに可動部１０６ａとの間に空隙幅Ｗ１２（１０μｍ）を隔てて配置された単結晶シリコンからなる固定部１０６ｃと、可動部１０６ａの上方に空隙１２４を隔てて配置されるとともに固定部１０６ｃに結合された上部電極（構造膜）１２０を備えた角速度センサを実現できる。
この角速度センサによると、図２０に示すように、可動部１０６ａの厚さＷ６が１０μｍと厚いので、可動部１０６ａの質量を大きくすることができる。このため、角速度センサの出力（コリオリ力）を大きくすることができる。また、空隙幅Ｗ１２が１０μｍと広いので、可動部１０６ａが固定部１０６ｃに近づく方向（基板面に平行な方向）に大きく変位することができる。また、空隙幅Ｗ１２が１０μｍと広いので、空気の粘性による可動部１０６ａの振動の減衰を少なくすることができるという効果も得られる。空隙幅Ｗ１２の広さは、ダミー部１０６ｂの数を増やすことで、制限を受けることなく広くできる。また、ＳＯＩ基板を用いることで、シリコン酸化膜（中間絶縁層）１０４上のシリコンの厚さ（即ち、可動部１０６ａの厚さＷ６）を１００μｍ以上に厚くすることもできる。
さらに、このセンサは、従来の２次元的な平面構造のセンサではなく、可動部１０６ａの上方に上部電極１２０が配置された３次元的な立体構造のセンサとなっているので、基板面に垂直な方向（上下方向）の加速度（例えば重力加速度）が可動部１０６ａに加わったときの可動部１０６ａと上部電極１２０間の距離の単位時間当たりの変化を静電容量の単位時間当たりの変化として検出することができるため、基板面に垂直な方向の加速度を検出するセンサとして用いることができる。
【００３４】
（第２実施例）第２実施例の角速度センサの製造方法を説明する。第２実施例の角速度センサの製造方法は、第１実施例の角速度センサの製造方法と図１０から図１７に示す製造工程までは共通する。
図１７に示すように、シリコン酸化膜１１２上にＣＶＤ等によってシリコン酸化膜１１８を堆積させた後、図２１に示すように、固定部１０６ｃの直上に、シリコン酸化膜１１８の上面から固定部１０６ｃの上面に達する、固定部１０６ｃより幅の狭い孔１１９をＲＩＥによりエッチングして形成する。次に、図２２に示すように、ほぼ平坦化されているシリコン酸化膜１１８上にポリシリコンからなる上部電極１２０を成膜する。この結果、上記したエッチング孔１１９内が上部電極１２０ａによって埋込まれ、埋込まれた上部電極１２０ａの下面は固定部１０６ｃの上面に接触する。エッチング孔１１９はコンタクトホールとして機能し、そこに埋め込まれるポリシリコンによって、上部電極１２０と固定部１０６ｃ間での電気的導通が確保される。次に、図２３に示すように、上部電極１２０に犠牲層エッチング用の多数の開口群１２１を形成するようにパターニングする。次に、図２４に示すように、フッ化水素を含むエッチング液等による犠牲層エッチングによって可動部１０６ａの周辺の絶縁層１０４、１０８、１１２、１１８（図２３参照）を除去する。
【００３５】
以上で説明した第２実施例の製造方法によると、図２４に示すような、上部電極１２０の下面を固定部１０６ｃの上面に接触させた角速度センサを実現できる。このため、固定部１０６ｃから上部電極１２０に電圧をかけることができるので、可動部１０６ａの上方に上部電極１２０が配置されていながら、コンパクトな構成の角速度センサを実現できる。
【００３６】
（第３実施例）第３実施例の角速度センサの製造方法を説明する。第３実施例の角速度センサの製造方法は、第１実施例の角速度センサの製造方法と図１０から図１９に示す製造工程までは共通する。
図１９に示すように、上部電極１２０に犠牲層エッチング用の多数の開口群１２１を形成するようにパターニングした後、図２５に示すように、多数の開口群１２１が形成された上部電極１２０の全体領域に亘って透過膜１２８を成膜する。透過膜１２８を成膜すると、開口群１２１が形成されていない部分は上部電極１２０上に透過膜１２８ａが堆積されるが、開口群１２１が形成された部分はシリコン酸化膜１１８上に透過膜１２８ｂが堆積される。この透過膜１２８ｂは、犠牲層エッチングを行うためのエッチング液やエッチングガスは通すが塵等の異物は通さない。次に、図２６に示すように、透過膜１２８をエッチングして図中１３０と１３２の部分の透過膜１２８を除去する。次に、図２７に示すように、フッ化水素を含むエッチング液等による犠牲層エッチングによって可動部１０６ａの周辺の絶縁層１０４、１０８、１１２、１１８（図２６参照）を除去する。次に、図２８に示すように、上部電極１２０上と透過膜１２８上の全体領域に亘って真空中で封止膜１４０を成膜する。
【００３７】
以上で説明した第３実施例の製造方法によると、図２８に示すような、第１実施例の製造方法で製造した角速度センサの構成に加えて、開口群１２１が形成された上部電極１２０上に形成された透過膜１２８と、透過膜１２８上に形成された封止膜１４０をさらに備えた角速度センサを実現できる。この角速度センサは真空封止されているので、可動部１０６ａの振動の際、空気の粘性による振動の減衰が生じない。
また、この製造方法によると、上記したような半導体製造プロセスでの連続したバッチ処理によって真空封止を行えるため、キャンパッケージやウェハ接合を用いて真空封止を行うことによる問題を生じさせないで真空封止された角速度センサを低コストで実現できる。
【００３８】
（第４実施例）第４実施例の角速度センサの製造方法を説明する。この製造方法によって、図２９の平面図（ただし、製造終了時には消失するダミー部２０６ｂを含む）に示すような、基板と、基板との間に空隙を隔てて配置された単結晶シリコンからなる可動部２０６ａと、基板に結合されるとともに可動部２０６ａの周囲に空隙を隔てて配置された単結晶シリコンからなる固定部２０６ｃと、可動部２０６ａと固定部２０６ｃを繋ぐビーム２０６ｄと、可動部２０６ａの上方に空隙を隔てて配置されるとともに固定部２０６ｃに結合された上部電極（前記した図９の上部電極１２０と同じ形状）を備えた角速度センサが製造される。
以下では第４実施例の角速度センサの製造方法を、図２９と、図２９のＡ−Ａ断面からみた状態によって説明する。
【００３９】
まず、図３０に示すような、単結晶シリコンからなる基板２０２と、シリコン酸化膜からなる絶縁層２０４と、単結晶シリコンからなる活性層２０６を備えたＳＯＩ基板を用意する。本実施例では活性層２０６の厚さＷ１４が１０μｍのＳＯＩ基板を用いる。次に、図３１に示すように、活性層２０８上に、ＣＶＤ等によってシリコン酸化膜２０８を堆積させる。次に、図３２に示すように、シリコン酸化膜２０８をパターニングする。このパターニングによって可動部形成用のマスク２０８ａと、ダミー部形成用のマスク２０８ｂと、固定部形成用のマスク２０８ｃを形成する。このパターニング形状は、各マスク２０８ａ〜２０８ｃによって活性層２０６がパターニングされた後の形状を示す図２９と同じ形状である。
【００４０】
次に、図３３に示すように、上記のようにパターニングされたシリコン酸化膜２０８ａ〜２０８ｃをマスクとして、活性層２０６をＲＩＥ等によりエッチングして、活性層２０６に可動部２０６ａと、ダミー部２０６ｂと、固定部２０６ｃを形成する。本実施例では、
（１）可動部２０６ａのエッチング孔２１０ａの幅Ｗ１５、
（２）可動部２０６ａの一番外側とダミー部２０６ｂの間のエッチング孔２１０ｂの幅Ｗ１６、
（３）ダミー部２０６ｂと固定部２０６ｃの間のエッチング孔２１０ｃの幅Ｗ１７、のそれぞれを２μｍとしている。また、ダミー部２０６ｂの幅Ｗ１８は６μｍである。即ち、可動部２０６ａの一番外側と固定部２０６ｃの間の幅Ｗ２０は１０μｍであり、ここに２つの空隙と１つのダミー部を形成している。可動部２０６ａとダミー部２０６ｂと固定部２０６ｃのパターニング形状を平面視すると、図２９のようになる。
【００４１】
次に、図３４に示すように、可動部２０６ａとダミー部２０６ｂを経て固定部２０６ｃに至る領域に亘って、ＣＶＤ等によってシリコン酸化膜２１２を堆積させる。シリコン酸化膜２１２を堆積させると、各エッチング孔２１０ａ〜２１０ｃ（図３３参照）内にシリコン酸化膜２１２が入り込み、埋込まれる。ただし、各エッチング孔２１０ａ〜２１０ｃの幅は２μｍとしているので、シリコン酸化膜２１２の上面がエッチング孔２１０ａ〜２１０ｃ内にまでは入り込まず、シリコン酸化膜２１２の上面はほぼ平坦化される。次に、図３５に示すように、ほぼ平坦化されているシリコン酸化膜２１２上にポリシリコンからなる上部電極２２０を成膜する。このように、ほぼ平坦化されているシリコン酸化膜２１２上に上部電極２２０を成膜することによって、上部電極２２０が図３３に示したエッチング孔２１０ａ〜２１０ｃ内にまで入り込むことはない。次に、図３６に示すように、上部電極２２０に犠牲層エッチング用の多数の開口群２２１を形成するようにパターニングする。このとき、ダミー部２０６ｂの直上の開口２２１ａは他の開口２２１に比較して大きめにパターニングする。
【００４２】
次に、図３７に示すように、シリコン酸化膜２１２と上部電極２２０の全体領域に亘って上部電極２２０を覆うようにＣＶＤ等によってシリコン酸化膜２２３を堆積させる。次に、図３８に示すように、ダミー部２０６ｂの直上のシリコン酸化膜２０８ｂ、２１２、２２３をＲＩＥによって除去してエッチング孔２２５を形成する。このエッチング孔２２５は、上部電極２２０に形成された大きめの開口２２１ａ（図３６参照）を経由するように形成する。この結果、ＳＯＩ基板を平面視すると、ダミー部２０６ｂが露出した状態となる。また、上部電極２２０がシリコン酸化膜２２３によってエッチングマスクされた状態となる。次に、図３９に示すように、ダミー部２０６ｂが露出し、上部電極２２０がエッチングマスクされた状態でＴＭＡＨ溶液等によってダミー部２０６ｂを除去する。この結果、ダミー部２０６ｂが存在していた部分に空隙２０７が形成される。次に、図４０に示すように、フッ化水素を含むエッチング液等による犠牲層エッチングによって可動部２０６ａの周辺のシリコン酸化膜２０４、２０８、２１２、２１８、および上部電極２２０を覆うシリコン酸化膜２２３を除去する。この結果、第１実施例の製造方法で製造した角速度センサと同様の、空隙２２２、２２４、２２６が形成される。
【００４３】
以上で説明した第４実施例の製造方法によると、第１実施例の製造方法の場合と同様に、図４０に示すような、基板２０２と、基板２０２との間に空隙２２６を隔てて配置された単結晶シリコンからなる厚さＷ１４（１０μｍ）の可動部２０６ａと、基板２０２に結合されるとともに可動部２０６ａとの間に空隙幅Ｗ２０（１０μｍ）を隔てて配置された単結晶シリコンからなる固定部２０６ｃと、可動部２０６ａの上方に空隙２２４を隔てて配置されるとともに固定部２２２に結合された上部電極２２０を備えた角速度センサを実現できる。
【００４４】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の角速度センサの平面図を示す。
【図２】角速度センサを構成するシリコンのパターニング形状の概略平面図を示す。
【図３】従来の角速度センサの製造工程の一部を示す（１）。
【図４】従来の角速度センサの製造工程の一部を示す（２）。
【図５】従来の角速度センサの製造工程の一部を示す（３）。
【図６】従来の角速度センサの製造工程の一部を示す（４）。
【図７】本発明の実施の形態の角速度センサにダミー部が形成された状態の平面図を示す。
【図８】第１実施例の角速度センサを構成するシリコンのパターニング形状の概略平面図を示す。
【図９】第１実施例の角速度センサを構成する電極のパターニング形状の概略平面図を示す。
【図１０】第１実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（１）。
【図１１】第１実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（２）。
【図１２】第１実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（３）。
【図１３】第１実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（４）。
【図１４】第１実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（５）。
【図１５】第１実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（６）。
【図１６】第１実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（７）。
【図１７】第１実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（８）。
【図１８】第１実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（９）。
【図１９】第１実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（１０）。
【図２０】第１実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（１１）。
【図２１】第２実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（１）。
【図２２】第２実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（２）。
【図２３】第２実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（３）。
【図２４】第２実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（４）。
【図２５】第３実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（１）。
【図２６】第３実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（２）。
【図２７】第３実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（３）。
【図２８】第３実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（４）。
【図２９】第４実施例の角速度センサを構成するシリコンのパターニング形状の概略平面図を示す。
【図３０】第４実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（１）。
【図３１】第４実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（２）。
【図３２】第４実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（３）。
【図３３】第４実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（４）。
【図３４】第４実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（５）。
【図３５】第４実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（６）。
【図３６】第４実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（７）。
【図３７】第４実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（８）。
【図３８】第４実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（９）。
【図３９】第４実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（１０）。
【図４０】第４実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（１１）。
【符号の説明】
１０６ａ、２０６ａ：可動部
１０６ｂ、２０６ｂ：固定部
１０６ｃ、２０６ｃ：ダミー部
１２０、２２０：構造層
１２２、２２２：空隙[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a microstructure using a semiconductor manufacturing technique. The invention also relates to the novel microstructure produced as a result. The present invention can be suitably used for manufacturing a vibration sensor that can be used as an angular velocity sensor or an acceleration sensor, for example.
[0002]
[Prior art]
FIG. 1 shows a plan view of a conventional angular velocity sensor. The angular velocity sensor shown in FIG. 1 is broadly divided into a substrate 2, a vibrating body 3 disposed in the center of the substrate 2, and two excitation electrodes 4a fixed on both sides of the vibrating body 3 in the x-axis direction (vertical direction in the drawing). 4b and four detection electrodes 28a to 28d fixed to both sides of the vibrating body 3 in the y-axis direction (left-right direction in the figure).
The vibrating body 3 includes a movable portion 22 having an opening group 24, comb-tooth electrodes 26a and 26b extending from the movable portion 22 in the y-axis direction, four beams 20a to 20d extending from the movable portion 22 in the x-axis direction, Links 16a and 16b coupled to the upper and lower ends in the x-axis direction of the beams 20a to 20d; comb-shaped electrodes 18a and 18b coupled to the upper and lower ends in the x-axis direction of the links 16a and 16b; Four beams 12a to 12d extending from 16b in the y-axis direction, four links 14a to 14d coupled to the left end or right end of each beam 12a to 12d, and eight extending from each link 14a to 14d in the y-axis direction Beam 10a to 10h and eight anchors 8a to 8h coupled to the right end or the left end of each beam 10a to 10h. Each anchor 8 a to 8 h is fixed to the substrate 2. Portions other than the anchors 8 a to 8 h of the vibrating body 3 are arranged with a gap in the z-axis direction (the direction perpendicular to the paper surface) between the substrate 3 and the substrate 2. With this configuration, the movable portion 22 can be displaced (vibrated) in the x-axis direction and the y-axis direction.
[0003]
Comb electrodes 6a and 6b are coupled to the excitation electrodes 4a and 4b, respectively. The comb electrodes 6a and 6b mesh with the comb electrodes 18a and 18b of the vibrating body 3 in a non-contact manner, respectively.
Comb electrodes 30a to 30d are coupled to the detection electrodes 28a to 28d, respectively. The comb electrodes 30a and 30b mesh with the comb electrode 26a of the vibrating body 3 in a non-contact manner. The comb electrodes 30c and 30d mesh with the comb electrode 26b of the vibrating body 3 in a non-contact manner.
[0004]
In the angular velocity sensor of FIG. 1, by alternately applying a voltage to the excitation electrodes 4a and 4b, the electrostatic attractive force is alternately applied between the comb electrode 6a and the comb electrode 18a or between the comb electrode 6b and the comb electrode 18b. To cause the movable portion 22 to vibrate in the x-axis direction. In this state, when the entire angular velocity sensor rotates around the z axis at an angular velocity Ω, Coriolis force acts on the movable portion 22. As a result, the movable part 22 vibrates also in the y-axis direction. By detecting this vibration in the y-axis direction as a change in capacitance between the comb electrodes 30a and 30b and the comb electrode 26a, or between the comb electrodes 30c and 30d and the comb electrode 26b, the angular velocity Ω is obtained. Can be detected.
[0005]
Next, a method for manufacturing the angular velocity sensor of FIG. 2 showing the simplified shape of the angular velocity sensor of FIG. 1 will be described. The angular velocity sensor of FIG. 2 includes a movable portion 44a having an opening group 48 disposed with a gap in the z-axis direction between the SOI (Silicon On Insulator) substrate and a substrate. A fixed portion 44b disposed around the gap 50 and a beam 44c (extending with a gap in the z-axis direction between the substrate) and the movable portion 44a and the fixed portion 44b. Yes.
[0006]
Below, the manufacturing process of the angular velocity sensor of FIG. 2 is demonstrated, referring the AA cross section of FIG. First, as shown in FIG. 3, an SOI substrate including a substrate 40 made of single crystal silicon, an insulating layer 42 made of a silicon oxide film, and an active layer 44 made of single crystal silicon is prepared. Next, as shown in FIG. 4, a silicon oxide film 46 is deposited on the active layer 44 by CVD (Chemical Vapor Deposition), and then the silicon oxide film 46 is used to form a movable part forming mask 46a and a fixed part forming part. Patterning is performed on the mask 46b. Next, as shown in FIG. 5, a wide gap 50 is formed between the movable portion 44a and the fixed portion 44b by RIE (Reactive Ion Etching). As a result, a convex pattern is formed in the active layer 44 that is separated into the fixed portion 44b that is disposed with the gap 50 between the movable portion 44a and the movable portion 44a. Next, as shown in FIG. 6, the insulating layer 42 is etched with an etchant containing hydrogen fluoride (HF). As a result, a gap 52 is formed below the movable portion 44a, and the movable portion 44a can be displaced with respect to the substrate 40. In this way, the angular velocity sensor having the shape shown in FIG. 2 is manufactured. If the width W4 (see FIG. 6) of the gap 50 between the movable portion 44a and the fixed portion 44b is wide, the movable portion 44a can be greatly displaced.
In order to increase the output of the angular velocity sensor, it is effective to increase the mass of the movable portion 44a. In order to increase the mass of the movable portion 44a, it is effective to increase the thickness W2 (see FIG. 6) of the movable portion 44a (active layer 44).
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
As exemplified above, there are cases where it is desired to increase the thickness W2 of the movable portion 44a and the fixed portion 44b and to increase the width W4 of the gap 50 between the movable portion 44a and the fixed portion 44b.
However, for example, in the state where the thickness of the movable portion 44a shown in FIG. 6 is increased and the width of the gap 50 between the movable portion 44a and the fixed portion 44b is increased, the region from the movable portion 44a to the fixed portion 44b. If the sacrificial layer is deposited on the upper surface of the sacrificial layer, the upper surface of the sacrificial layer enters the gap 50 between the movable portion 44a and the fixed portion 44b. For this reason, even if a structural layer (for example, used as an electrode) is formed on the sacrificial layer, the structural layer enters the gap 50 between the movable portion 44a and the fixed portion 44b. As a result, there is a problem that even if a resist is applied to the upper surface of the structural layer, the resist is not uniformly wetted and photolithography cannot be performed, so that the structural layer cannot be patterned. There is also a problem that the movable portion 44a cannot be displaced in the gap 50.
For this reason, at the end of manufacturing, the movable part is thick, and a microstructure having a wide gap between the movable part and the fixed part is realized. It has been desired to realize a technique for flattening. If this technology is realized, the movable part will be thick and the gap between the movable part and the fixed part will be wide. However, structural layers such as electrodes and caps are placed above the movable part and the gap. The formed microstructure can be realized.
[0008]
The present invention realizes a microstructure having a thick movable part at the end of manufacture and a wide gap between the movable part and the fixed part, but also a region extending from the movable part to the fixed part during the manufacturing process. A first object is to realize a technique for substantially flattening the top.
Further, according to the present invention, the movable part is thick, and the gap width between the movable part and the fixed part is wide. Nevertheless, a structural layer such as an electrode or a cap is disposed above the movable part and the gap. A second object is to realize a microstructure.
[0009]
[Means for solving the problem, operation and effect]
The present invention for achieving at least one of the above objects is embodied in a method for manufacturing a microstructure. In the manufacturing method, first, on the surface of the substrate, a movable part that is movable at the end of manufacturing, a fixed part that is arranged with a gap between the movable part, and a gap between the movable part and the fixed part. A convex pattern is formed that is separated into a dummy portion that is disposed inside and disappears at the end of manufacturing. Thereafter, a sacrificial layer is deposited in a region from the movable part to the fixed part via the dummy part. Then, after depositing the sacrificial layer, the dummy portion is removed.
Here, the movable part and the fixed part may be connected somewhere or may be completely separated.
[0010]
In this manufacturing method, a gap between the movable part and the fixed part is formed between the movable part and the fixed part by deliberately forming a dummy part that is removed during the manufacturing process and disappears during the manufacturing process. Narrow. Since the sacrificial layer is deposited in a region from the movable part through the dummy part to the fixed part with the gap width narrowed, the surface of the sacrificial layer can be substantially flattened.
According to this manufacturing method, the movable part is thick at the end of manufacturing, and a microstructure having a wide gap between the movable part and the fixed part is realized. It is possible to flatten the entire region.
[0011]
In this manufacturing method, after forming the structural layer on the sacrificial layer and depositing the sacrificial layer, or after forming the structural layer, the dummy portion is removed and the sacrificial layer is removed after forming the structural layer. Is preferred.
If the surface of the sacrificial layer on the movable part and the fixed part can be substantially flattened as described above, the surface of the sacrificial layer can be prevented from entering the gap between the movable part and the fixed part. When a structural layer is formed on the sacrificial layer, the structural layer does not enter the gap between the movable portion and the fixed portion.
By providing the dummy part, the gap width between the movable part and the dummy part or between the dummy part and the fixed part can be narrowed. Therefore, even if the thickness of the movable part is thick, the structural layer becomes the movable part. It can be prevented from entering into the gap between the fixed part.
For this purpose, the movable part and the structural layer can be separated by removing the dummy part and the sacrificial layer after that, and the movable part is displaced by securing a sufficient gap between the movable part and the fixed part. A large possible width can be secured.
According to this manufacturing method, when the movable part is thick and the gap width between the movable part and the fixed part is wide, the microstructure in which the structural layer constituting the electrode or the like is disposed above the movable part. Can be realized.
[0012]
It is preferable to use a SOI substrate, form a convex pattern reaching the insulating layer in the SOI layer on the insulating layer, and then form the movable portion that is movable relative to the semiconductor substrate by removing the insulating layer.
According to this manufacturing method, since the movable part can be formed using the SOI layer (which can be formed as thick as necessary) on the insulating layer of the SOI substrate, the movable part separated from the substrate can be formed. It is possible to ensure a large thickness. High sensitivity due to the thick and heavy movable part, wide measurement range due to the large displaceable width of the movable part, and a three-dimensional microstructure with a structural layer such as electrodes above the movable part The body can be realized.
[0013]
After depositing the sacrificial layer, a hole reaching the dummy part from the upper surface of the sacrificial layer is formed, and the dummy part is etched and removed from the hole, and another sacrificial layer is deposited on the sacrificial layer. It is preferable to form a structural layer having an opening group on the sacrificial layer, and remove the sacrificial layer by etching from the opening group.
According to this manufacturing method, the dummy portion can be removed before forming the structural layer.
[0014]
Alternatively, a structural layer having an opening group is formed, and thereafter, the structural layer is covered with another sacrificial layer serving as an etching mask, and a hole reaching the dummy portion from the upper surface of the other sacrificial layer is formed. The portion can be removed by etching, and then the sacrificial layer can be removed by etching.
Also by this manufacturing method, the dummy part and the sacrificial layer can be removed by etching while leaving the movable part, the fixed part, and the structural layer.
[0015]
After depositing the sacrificial layer, it is preferable to form a contact hole reaching the fixed portion from the upper surface of the sacrificial layer, and then form a structural layer on the sacrificial layer.
When the structural layer is formed on the sacrificial layer by this manufacturing method, the structural layer is embedded in the contact hole, and the structural layer and the fixing portion can be brought into contact with each other. For this reason, for example, when the structural layer functions as an electrode, a voltage can be applied to the structural layer (electrode) from the fixed portion.
[0016]
It is preferable to form a structural layer having an opening group, then form a permeable film thereon, and form a sealing film on the permeable film in a vacuum or in an inert gas atmosphere.
In a microstructure such as an angular velocity sensor in which the movable part vibrates at a high speed, there is a problem in that the vibration of the movable part is attenuated by the viscosity of air when the atmosphere exists around the movable part. If the vibration of the movable part is attenuated by the viscosity of the air, the high sensitivity of the sensor is hindered. In order to prevent vibration from being attenuated by the viscosity of air, it is necessary to perform vacuum sealing. Further, it is desirable to seal in an inert gas atmosphere in order to prevent moisture intrusion and deterioration due to oxidation. Conventionally, vacuum sealing or sealing in an inert gas atmosphere has been performed by using a can package or wafer bonding.
However, in the case of using a can package, it is necessary to mount the microstructures one by one in the can package, which requires processing on a chip basis, so that there is a problem that productivity is low and it is not suitable for cost reduction. . In addition, since sealing is performed after dicing, there is a problem in that the yield during assembly decreases. On the other hand, when performing wafer bonding, an anodic bonding apparatus for aligning two wafers is required. Further, since oxygen is generated during anodic bonding, measures for degassing are also required. Furthermore, it is necessary to draw out the wiring from the room to the outside across the bonding surface of the wafer bonding.
According to the manufacturing method described above, even when an opening group is formed in the structural layer, by forming a permeable film on the structural layer, while preventing foreign matters such as dust from passing therethrough, an etching gas or an etching solution is passed. Etching can be performed. Moreover, since sealing can be performed in a vacuum sealing or inert gas atmosphere in the flow of semiconductor manufacturing technology, it is necessary to perform sealing in a vacuum sealing or inert gas atmosphere using a can package or wafer bonding. Disappear.
[0017]
Disclosed herein The microstructure is disposed with a gap of 1 μm or more between the substrate and the movable part having a thickness of 1 μm or more arranged with a gap between the substrate and the movable part. And a structural layer that is disposed above the movable portion with a gap therebetween and coupled to the fixed portion.
Here, the “bonding” of the structural layer to the fixed part is not only when the structural layer is attached in direct contact with the fixed part, but indirectly to the fixed part via other members. Including the case where it is installed.
[0018]
When the thickness of the movable part is 1 μm or more and the gap width between the movable part and the fixed part is 1 μm or more, when the sacrificial layer is deposited across the movable part and the fixed part, the upper surface of the sacrificial layer becomes the movable part And enters the gap between the fixed parts. As a result, even if a structural layer is formed on the sacrificial layer, the structural layer enters the gap, and thus a microstructure having the above structure has not been realized conventionally.
this Technology According to the above, even when the thickness of the movable part is as thick as 1 μm or more and the gap width between the movable part and the fixed part is as wide as 1 μm or more, the structure layer is arranged above the movable part by the above manufacturing method. A structure can be realized.
[0019]
If a permeable membrane is formed on the structural layer in which the aperture group is formed and a sealing film is formed on the permeable membrane, foreign matter can be prevented from entering the movable portion, and the movable portion can be displaced in a vacuum. Possible microstructures are realized.
[0020]
Microstructures in which the movable parts and fixed parts of the microstructures are formed by SOI layers on the insulating layer of the SOI substrate are easy and inexpensive to use by utilizing various technologies and equipment developed in semiconductor manufacturing technology. Can be manufactured.
[0021]
The present invention can also be embodied in a method for manufacturing a microstructure having no movable part. In this manufacturing method, on the surface of the substrate, a fixing portion that provides at least two convex patterns arranged with a gap when viewed in cross-section, and a fixed portion that is arranged in the gap between the two convex patterns and manufactured. A dummy portion that provides a convex pattern that disappears at the end is formed. Thereafter, a sacrificial layer is deposited in a region extending between the two convex patterns of the fixed part. Then, after depositing the sacrificial layer, the dummy portion is removed.
In some cases, it is desired to increase the thickness of the detection electrode 28 (corresponding to a fixed portion) as shown in FIG. In addition, there may be a case where the gap width between the two fixed portions (for example, the detection electrodes 28a and 28b in FIG. 1) needs to be widened for the design reasons of the microstructure (such as the angular velocity sensor).
According to this manufacturing method, at the end of manufacturing, the fixed portion is thick, and a microstructure having a wide gap width between the two convex patterns of the fixed portion is realized. The region over the pattern can be substantially flattened.
[0022]
In this manufacturing method, the dummy portion is removed after the sacrificial layer is deposited. In this manufacturing method, further, after forming the structural layer on the sacrificial layer and depositing the sacrificial layer or forming the structural layer, the dummy portion is removed, and after the structural layer is formed, the sacrificial layer is removed. It is preferable.
According to this manufacturing method, since the two convex patterns of the fixing portion are high and the two convex patterns are largely separated, conventionally, a structural layer extending between the two convex patterns is formed. If this is not possible, a structural layer extending between the two convex patterns can be formed by using a dummy part (for example, the dummy part 32a when the detection electrodes 28a and 28b in FIG. 1 are fixed parts). it can.
According to this manufacturing method, the thickness of the fixed portion is large, the gap width between the two convex patterns of the fixed portion is wide, and the structure layer such as an electrode is disposed above the fixed portion and the gap. The body can be realized.
[0023]
Due to the development of the above-described method, the substrate and the fixing portion having a thickness of 1 μm or more that provides at least two convex patterns that are coupled to the substrate and arranged with a gap of 1 μm or more when viewed in cross section Thus, a microstructure having a structural layer extending between the two convex patterns of the fixed portion and separated from the substrate was realized.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 7 is a plan view showing a state where the dummy portion 32 is formed in the angular velocity sensor according to the embodiment of the present invention.
In the case of the angular velocity sensor of FIG. 7, the movable portion 22, the beams 10a to 10h, the beams 20a to 20d, the links 16a to 16b, and the links 14a to 14d correspond to the movable portions described in the claims, and the excitation electrode 4a, 4b and the detection electrodes 28a to 28d correspond to the fixed portion described in the claims, and the dummy portion 32 (particularly, 32a to 32e) corresponds to the dummy portion.
[0025]
Forming the dummy portion 32 as shown in FIG. 7 is also useful as a countermeasure against the microloading effect. Here, the microloading effect is an effect that the etching rate in the depth direction is increased when the value of the etching width / etching depth is about 1 or more. According to this effect, a portion where the gap width between patterns such as the fixed portion and the movable portion is wide (for example, between the detection electrode 28a and the beam 20a assuming that the dummy portion 32b does not exist) has a gap width between the patterns. The etching rate becomes faster than a narrow portion (for example, between the comb-tooth electrode 30a and the comb-tooth electrode 26a). As a result, when the etching time is adjusted to a location where the gap width between patterns is narrow, overetching occurs at a location where the gap width between patterns is wide. In particular, when a thin pattern such as a beam (for example, the beam 20a described above) is formed in a portion where the gap width between patterns is wide, there arises a problem that desired sensor characteristics cannot be obtained if the thin beam is over-etched. . In addition, even if the etching time is adjusted to a location where the gap width between patterns is wide, etching at a location where the gap width between patterns is narrow is insufficient, and in this case, the desired sensor characteristics cannot be obtained.
[0026]
However, the problem caused by the microloading effect as described above can be solved by forming the dummy portion 32 as shown in FIG. Nevertheless, by removing the dummy portion 32 during the manufacturing process as shown in the following examples, a microstructure having a wide gap width between patterns can be realized at the end of manufacturing.
[0027]
【Example】
First Embodiment A method for manufacturing the angular velocity sensor of the first embodiment will be described. By this manufacturing method, as shown in the plan view of FIG. 8, the movable portion 106a made of single crystal silicon having an opening group 110a arranged with a gap between the substrate and the substrate is coupled to the substrate. A fixed portion 106c made of single crystal silicon disposed around the movable portion 106a with a gap, a beam 106d connecting the movable portion 106a and the fixed portion 106c, and a movable portion 106a as shown in the plan view of FIG. An angular velocity sensor including an upper electrode (corresponding to a structural layer) 120 having an opening group 121 that is disposed above the gap portion and is coupled to the fixed portion 106c is manufactured. This angular velocity sensor is a simplified version of the angular velocity sensor shown in FIG. FIG. 8 shows a dummy portion 106b that disappears at the end of manufacturing.
Below, the manufacturing method of the angular velocity sensor of 1st Example is demonstrated by the state seen from the AA cross section of FIG. 8, FIG. 9, and FIG.
[0028]
First, an SOI substrate including a substrate 102 made of single crystal silicon, an insulating layer 104 made of a silicon oxide film, and an active layer 106 made of single crystal silicon as shown in FIG. 10 is prepared. In this embodiment, an SOI substrate having a thickness W6 of the active layer 106 of 10 μm is used. Next, as shown in FIG. 11, a silicon oxide film 108 is deposited on the active layer 106 by CVD or the like. Next, as shown in FIG. 12, the silicon oxide film 108 is patterned. By this patterning, a movable portion forming mask 108a, a dummy portion forming mask 108b, and a fixed portion forming mask 108c are formed. This patterning shape is the same as FIG. 8 showing the shape after the active layer 106 is patterned by the masks 108a to 108c.
[0029]
Next, as shown in FIG. 13, using the silicon oxide films 108a to 108c patterned as described above as a mask, the active layer 106 is etched by RIE or the like so that the active layer 106 has a movable portion 106a and a dummy portion. The convex pattern which comprises 106b and the fixing | fixed part 106c is formed. In this example,
(1) Width W7 of the etching hole 110a of the movable part 106a
(2) The width W8 of the etching hole 110b between the outermost part of the movable part 106a and the inner dummy part 106b.
(3) Width W9 of the etching hole 110d between the two dummy portions 106b
(4) Each of the width W10 of the etching hole 110c between the outer dummy portion 106b and the fixed portion 106c is set to 2 μm. Further, the width W11 of each dummy portion 106b is set to 2 μm.
That is, the width W12 between the outermost side of the movable part 106a and the fixed part 106c is 10 μm, and three gaps and two dummy parts are formed here. FIG. 8 is a plan view of the patterning shapes of the movable portion 106a, the dummy portion 106b, and the fixed portion 106c.
The overall length of the substantially square-shaped movable portion 106a shown in FIG. 8 is about 200 μm, and actually, a larger number of aperture groups 110a are formed than shown.
[0030]
Next, as shown in FIG. 14, a silicon oxide film 112 is deposited by CVD or the like over a region from the movable portion 106a to the fixed portion 106c through the dummy portion 106b. When the silicon oxide film 112 is deposited, the silicon oxide film 112 enters and fills the etching holes 110a to 110d (see FIG. 13). However, as described above, since the width of each of the etching holes 110a to 110d is 2 μm, the upper surface of the silicon oxide film 112 does not enter the etching holes 110a to 110c, and the upper surface of the silicon oxide film 112 is substantially flattened. The Next, as shown in FIG. 15, the silicon oxide films 112 and 108b (see FIG. 14) immediately above the dummy portion 106b are removed by RIE or the like to form an etching hole 114. Next, as shown in FIG. As a result, when the SOI substrate is viewed in plan, the dummy portion 106b is exposed. The movable portion 106a is etched by the silicon oxide film 112a, and the fixed portion 106c is etched by the silicon oxide film 112b. Next, as shown in FIG. 16, the dummy portion 106b is exposed and the dummy portion 106b is removed by etching with a TMAH (tetramethylammonium hydride) solution or the like with the movable portion 106a and the fixed portion 106c masked by etching. . As a result, an etching hole 116 is formed.
[0031]
Next, as shown in FIG. 17, a silicon oxide film 118 is deposited on the silicon oxide film 112 by CVD or the like. When the silicon oxide film 118 is deposited, the silicon oxide film 118 enters and fills in each etching hole 116 (see FIG. 16). However, as shown in FIG. 13, since the width W11 of the dummy portion 106b is 2 μm, the width of the etching hole 116 is also 2 μm, so that the upper surface of the silicon oxide film 118 does not enter the etching hole 116 and the silicon oxide The upper surface of the film 118 is substantially planarized. Next, as shown in FIG. 18, an upper electrode 120 made of polysilicon is formed on the substantially flattened silicon oxide film 118. Thus, by forming the upper electrode 120 on the substantially planarized silicon oxide film 118, the upper electrode 120 does not enter the etching holes 110a to 110d shown in FIG.
[0032]
Next, as shown in FIG. 19, the upper electrode 120 is patterned so as to form a large number of opening groups 121 for sacrificial layer etching. FIG. 9 is a plan view of the patterning shape of the upper electrode 120. Next, as shown in FIG. 20, the silicon oxide films 104, 108, 112, and 118 (see FIG. 19) around the movable portion 106a are removed by etching the sacrificial layer with an etchant containing hydrogen fluoride (HF) or the like. To do. As a result, a wide gap 122 is formed between the movable portion 106a and the fixed portion 106c. In addition, a gap 124 is formed between the movable portion 106 a and the upper electrode 120. Further, a gap 126 is formed between the movable part 106 a and the substrate 102. Even if the sacrificial layer etching is performed, the silicon oxide films 104a, 108d, 112c, and 118a at positions shifted from the depth direction of the opening group 121 formed in the upper electrode 120 remain without being removed. The silicon oxide film 104a serves to fix the fixing portion 106c on the substrate 102, and the silicon oxide films 108d, 112c, and 118a serve to fix the upper electrode 120 on the fixing portion 106c.
[0033]
According to the manufacturing method of the first embodiment described above, as shown in FIG. 20, the thickness W6 (10 μm) made of single crystal silicon disposed with a gap 126 between the substrate 102 and the substrate 102 is separated. A movable portion 106a, a fixed portion 106c made of single crystal silicon that is coupled to the substrate 102 and is spaced from the movable portion 106a by a gap width W12 (10 μm), and a gap 124 above the movable portion 106a. It is possible to realize an angular velocity sensor including the upper electrode (structure film) 120 that is disposed with a gap therebetween and coupled to the fixed portion 106c.
According to this angular velocity sensor, as shown in FIG. 20, since the thickness W6 of the movable portion 106a is as thick as 10 μm, the mass of the movable portion 106a can be increased. For this reason, the output (Coriolis force) of the angular velocity sensor can be increased. Further, since the gap width W12 is as wide as 10 μm, the movable portion 106a can be largely displaced in a direction approaching the fixed portion 106c (a direction parallel to the substrate surface). In addition, since the gap width W12 is as wide as 10 μm, the effect of reducing the vibration attenuation of the movable portion 106a due to the viscosity of the air can be obtained. The width of the gap width W12 can be increased without limitation by increasing the number of dummy portions 106b. Further, by using an SOI substrate, the thickness of silicon on the silicon oxide film (intermediate insulating layer) 104 (that is, the thickness W6 of the movable portion 106a) can be increased to 100 μm or more.
Further, this sensor is not a conventional sensor having a two-dimensional planar structure, but a sensor having a three-dimensional structure in which the upper electrode 120 is disposed above the movable portion 106a. Change per unit time in the distance between the movable portion 106a and the upper electrode 120 when an acceleration (for example, gravitational acceleration) in a certain direction (vertical direction) is applied to the movable portion 106a is detected as a change in capacitance per unit time Therefore, it can be used as a sensor that detects acceleration in a direction perpendicular to the substrate surface.
[0034]
Second Embodiment A method for manufacturing the angular velocity sensor of the second embodiment will be described. The manufacturing method of the angular velocity sensor of the second embodiment is common to the manufacturing method of the angular velocity sensor of the first embodiment from the manufacturing process shown in FIGS.
As shown in FIG. 17, after a silicon oxide film 118 is deposited on the silicon oxide film 112 by CVD or the like, as shown in FIG. 21, from the upper surface of the silicon oxide film 118 to the fixing portion 106c directly above the fixing portion 106c. A hole 119 having a width narrower than that of the fixing portion 106c reaching the upper surface of the substrate is etched by RIE. Next, as shown in FIG. 22, an upper electrode 120 made of polysilicon is formed on the substantially flattened silicon oxide film 118. As a result, the etching hole 119 is filled with the upper electrode 120a, and the lower surface of the buried upper electrode 120a is in contact with the upper surface of the fixing portion 106c. The etching hole 119 functions as a contact hole, and electrical conduction between the upper electrode 120 and the fixed portion 106c is ensured by the polysilicon buried therein. Next, as shown in FIG. 23, the upper electrode 120 is patterned so as to form a large number of aperture groups 121 for sacrificial layer etching. Next, as shown in FIG. 24, the insulating layers 104, 108, 112, and 118 (see FIG. 23) around the movable portion 106a are removed by sacrificial layer etching with an etchant containing hydrogen fluoride or the like.
[0035]
According to the manufacturing method of the second embodiment described above, an angular velocity sensor having the lower surface of the upper electrode 120 in contact with the upper surface of the fixed portion 106c as shown in FIG. 24 can be realized. For this reason, voltage can be applied to the upper electrode 120 from the fixed portion 106c, so that an angular velocity sensor with a compact configuration can be realized while the upper electrode 120 is disposed above the movable portion 106a.
[0036]
Third Embodiment A method for manufacturing the angular velocity sensor according to the third embodiment will be described. The manufacturing method of the angular velocity sensor of the third embodiment is common to the manufacturing method of the angular velocity sensor of the first embodiment from the manufacturing process shown in FIGS.
As shown in FIG. 19, after patterning the upper electrode 120 to form a large number of opening groups 121 for etching the sacrificial layer, as shown in FIG. 25, the upper electrode 120 having a large number of opening groups 121 is formed. A permeable membrane 128 is formed over the entire region. When the transmissive film 128 is formed, the permeable film 128a is deposited on the upper electrode 120 in the portion where the opening group 121 is not formed, but the transmissive film 128b is formed on the silicon oxide film 118 in the portion where the opening group 121 is formed. Is deposited. The permeable film 128b allows an etching solution and etching gas for performing sacrificial layer etching to pass therethrough but does not pass foreign matters such as dust. Next, as shown in FIG. 26, the permeable film 128 is etched to remove the permeable film 128 at portions 130 and 132 in the drawing. Next, as shown in FIG. 27, the insulating layers 104, 108, 112, and 118 (see FIG. 26) around the movable portion 106a are removed by sacrificial layer etching using an etchant containing hydrogen fluoride or the like. Next, as shown in FIG. 28, a sealing film 140 is formed in a vacuum over the entire region on the upper electrode 120 and the permeable film 128.
[0037]
According to the manufacturing method of the third embodiment described above, in addition to the configuration of the angular velocity sensor manufactured by the manufacturing method of the first embodiment as shown in FIG. 28, on the upper electrode 120 in which the aperture group 121 is formed. An angular velocity sensor further including a permeable film 128 formed on the permeable film and a sealing film 140 formed on the permeable film 128 can be realized. Since this angular velocity sensor is vacuum-sealed, the vibration is not attenuated due to the viscosity of the air when the movable portion 106a vibrates.
In addition, according to this manufacturing method, vacuum sealing can be performed by continuous batch processing in the semiconductor manufacturing process as described above, so that vacuum can be generated without causing problems due to vacuum sealing using can package or wafer bonding. A sealed angular velocity sensor can be realized at low cost.
[0038]
(4th Example) The manufacturing method of the angular velocity sensor of 4th Example is demonstrated. According to this manufacturing method, as shown in the plan view of FIG. 29 (including the dummy portion 206b that disappears at the end of manufacturing), the movable substrate is made of single crystal silicon arranged with a gap between the substrate and the substrate. A portion 206a, a fixed portion 206c made of single crystal silicon coupled to the substrate and spaced around the movable portion 206a, a beam 206d connecting the movable portion 206a and the fixed portion 206c, and a movable portion 206a An angular velocity sensor having an upper electrode (the same shape as that of the upper electrode 120 in FIG. 9 described above) that is disposed above the gap and is coupled to the fixed portion 206c is manufactured.
Below, the manufacturing method of the angular velocity sensor of 4th Example is demonstrated with the state seen from the AA cross section of FIG. 29 and FIG.
[0039]
First, an SOI substrate including a substrate 202 made of single crystal silicon, an insulating layer 204 made of a silicon oxide film, and an active layer 206 made of single crystal silicon as shown in FIG. 30 is prepared. In this embodiment, an SOI substrate having a thickness W14 of the active layer 206 of 10 μm is used. Next, as shown in FIG. 31, a silicon oxide film 208 is deposited on the active layer 208 by CVD or the like. Next, as shown in FIG. 32, the silicon oxide film 208 is patterned. By this patterning, a mask 208a for forming a movable part, a mask 208b for forming a dummy part, and a mask 208c for forming a fixed part are formed. This patterning shape is the same as FIG. 29 showing the shape after the active layer 206 is patterned by the masks 208a to 208c.
[0040]
Next, as shown in FIG. 33, the active layer 206 is etched by RIE or the like using the silicon oxide films 208a to 208c patterned as described above as a mask, so that the movable portion 206a and the dummy portion 206b are formed in the active layer 206. Then, the fixing portion 206c is formed. In this example,
(1) The width W15 of the etching hole 210a of the movable part 206a,
(2) The width W16 of the etching hole 210b between the outermost part of the movable part 206a and the dummy part 206b,
(3) Each width W17 of the etching hole 210c between the dummy portion 206b and the fixed portion 206c is set to 2 μm. The width W18 of the dummy part 206b is 6 μm. That is, the width W20 between the outermost side of the movable part 206a and the fixed part 206c is 10 μm, and two gaps and one dummy part are formed here. FIG. 29 is a plan view of the patterning shapes of the movable portion 206a, the dummy portion 206b, and the fixed portion 206c.
[0041]
Next, as shown in FIG. 34, a silicon oxide film 212 is deposited by CVD or the like over a region that reaches the fixed portion 206c through the movable portion 206a and the dummy portion 206b. When the silicon oxide film 212 is deposited, the silicon oxide film 212 enters and fills the etching holes 210a to 210c (see FIG. 33). However, since the width of each of the etching holes 210a to 210c is 2 μm, the upper surface of the silicon oxide film 212 does not enter the etching holes 210a to 210c, and the upper surface of the silicon oxide film 212 is almost flattened. Next, as shown in FIG. 35, an upper electrode 220 made of polysilicon is formed on the substantially flattened silicon oxide film 212. Thus, by forming the upper electrode 220 on the substantially flattened silicon oxide film 212, the upper electrode 220 does not enter the etching holes 210a to 210c shown in FIG. Next, as shown in FIG. 36, the upper electrode 220 is patterned so as to form a large number of opening groups 221 for sacrificial layer etching. At this time, the opening 221a immediately above the dummy portion 206b is patterned larger than the other openings 221.
[0042]
Next, as shown in FIG. 37, a silicon oxide film 223 is deposited by CVD or the like so as to cover the entire region of the silicon oxide film 212 and the upper electrode 220. Next, as shown in FIG. 38, the silicon oxide films 208b, 212, and 223 immediately above the dummy portion 206b are removed by RIE to form etching holes 225. The etching hole 225 is formed so as to pass through a large opening 221a (see FIG. 36) formed in the upper electrode 220. As a result, when the SOI substrate is viewed in plan, the dummy portion 206b is exposed. Further, the upper electrode 220 is in an etching masked state by the silicon oxide film 223. Next, as shown in FIG. 39, the dummy portion 206b is removed with a TMAH solution or the like while the dummy portion 206b is exposed and the upper electrode 220 is masked by etching. As a result, a gap 207 is formed in the portion where the dummy portion 206b was present. Next, as shown in FIG. 40, the silicon oxide film 223 that covers the silicon oxide films 204, 208, 212, and 218 and the upper electrode 220 around the movable portion 206a by sacrificial layer etching with an etchant containing hydrogen fluoride or the like. Remove. As a result, gaps 222, 224 and 226 similar to the angular velocity sensor manufactured by the manufacturing method of the first embodiment are formed.
[0043]
According to the manufacturing method of the fourth embodiment described above, as in the case of the manufacturing method of the first embodiment, the gap 226 is arranged between the substrate 202 and the substrate 202 as shown in FIG. The movable portion 206a having a thickness W14 (10 μm) made of single crystal silicon and the single crystal silicon which is coupled to the substrate 202 and disposed with a gap width W20 (10 μm) between the movable portion 206a. An angular velocity sensor including the fixed portion 206c and the upper electrode 220 that is disposed above the movable portion 206a with a gap 224 therebetween and coupled to the fixed portion 222 can be realized.
[0044]
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a plan view of a conventional angular velocity sensor.
FIG. 2 is a schematic plan view of a patterning shape of silicon constituting the angular velocity sensor.
FIG. 3 shows a part of a manufacturing process of a conventional angular velocity sensor (1).
FIG. 4 shows a part of the manufacturing process of a conventional angular velocity sensor (2).
FIG. 5 shows a part of the manufacturing process of the conventional angular velocity sensor (3).
FIG. 6 shows a part of the manufacturing process of a conventional angular velocity sensor (4).
FIG. 7 is a plan view showing a state in which a dummy portion is formed in the angular velocity sensor according to the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic plan view of a patterning shape of silicon constituting the angular velocity sensor of the first embodiment.
FIG. 9 is a schematic plan view of a patterning shape of electrodes constituting the angular velocity sensor of the first embodiment.
FIG. 10 shows a part of the manufacturing process of the angular velocity sensor of the first embodiment (1).
FIG. 11 shows a part of the manufacturing process of the angular velocity sensor of the first embodiment (2).
FIG. 12 shows a part of the manufacturing process of the angular velocity sensor of the first embodiment (3).
FIG. 13 shows a part of the manufacturing process of the angular velocity sensor of the first embodiment (4).
FIG. 14 shows a part of the manufacturing process of the angular velocity sensor of the first embodiment (5).
FIG. 15 shows a part of the manufacturing process of the angular velocity sensor of the first embodiment (6).
FIG. 16 shows a part of the manufacturing process of the angular velocity sensor of the first embodiment (7).
FIG. 17 shows a part of the manufacturing process of the angular velocity sensor of the first embodiment (8).
FIG. 18 shows a part of the manufacturing process of the angular velocity sensor of the first embodiment (9).
FIG. 19 shows a part of the manufacturing process of the angular velocity sensor of the first embodiment (10).
FIG. 20 shows a part of the manufacturing process of the angular velocity sensor of the first embodiment (11).
FIG. 21 shows a part of the manufacturing process of the angular velocity sensor of the second embodiment (1).
FIG. 22 shows a part of the manufacturing process of the angular velocity sensor of the second embodiment (2).
FIG. 23 shows a part of the manufacturing process of the angular velocity sensor of the second embodiment (3).
FIG. 24 shows a part of the manufacturing process of the angular velocity sensor of the second embodiment (4).
FIG. 25 shows a part of the manufacturing process of the angular velocity sensor of the third embodiment (1).
FIG. 26 shows a part of the manufacturing process of the angular velocity sensor of the third embodiment (2).
FIG. 27 shows a part of the manufacturing process of the angular velocity sensor of the third embodiment (3).
FIG. 28 shows a part of the manufacturing process of the angular velocity sensor of the third embodiment (4).
FIG. 29 is a schematic plan view of a patterning shape of silicon constituting the angular velocity sensor of the fourth embodiment.
FIG. 30 shows a part of the manufacturing process of the angular velocity sensor of the fourth embodiment (1).
FIG. 31 shows a part of the manufacturing process of the angular velocity sensor of the fourth embodiment (2).
FIG. 32 shows part of a manufacturing process of the angular velocity sensor according to the fourth embodiment (3).
FIG. 33 shows a part of the manufacturing process of the angular velocity sensor of the fourth embodiment (4).
FIG. 34 shows a part of the manufacturing process of the angular velocity sensor of the fourth embodiment (5).
FIG. 35 shows part of a manufacturing process of the angular velocity sensor according to the fourth embodiment (6).
FIG. 36 shows a part of the manufacturing process of the angular velocity sensor of the fourth embodiment (7).
FIG. 37 shows a part of the manufacturing process of the angular velocity sensor of the fourth embodiment (8).
FIG. 38 shows a part of the manufacturing process of the angular velocity sensor of the fourth embodiment (9).
FIG. 39 shows part of a manufacturing process of the angular velocity sensor according to the fourth embodiment (10).
FIG. 40 shows a part of the manufacturing process of the angular velocity sensor of the fourth embodiment (11).
[Explanation of symbols]
106a, 206a: movable part
106b, 206b: fixed part
106c, 206c: dummy part
120, 220: structural layer
122, 222: gap

Claims

On the surface of the substrate, a movable part that becomes movable when the manufacturing is finished, a fixed part that is arranged with a gap between the movable part, and a gap between the movable part and the fixed part. Form a convex pattern that is separated into a dummy part that disappears at the end of production,
A sacrificial layer is deposited in the region from the movable part to the fixed part through the dummy part,
A method for manufacturing a microstructure having a process group of removing a dummy portion after depositing a sacrificial layer.

Forming a structural layer on the sacrificial layer,
After depositing the sacrificial layer or forming the structural layer, the dummy part is removed,
The method for manufacturing a microstructure according to claim 1, wherein the sacrificial layer is removed after forming the structural layer.

The movable part which becomes movable with respect to the semiconductor substrate is formed by forming a convex pattern reaching the insulating layer in the SOI layer on the insulating layer of the SOI substrate and then removing the insulating layer. 3. A method for producing a microstructure according to 1 or 2.

After depositing the sacrificial layer, a hole reaching the dummy part from the upper surface of the sacrificial layer is formed, and the dummy part is etched and removed from the hole, and another sacrificial layer is deposited on the sacrificial layer. 4. The method for manufacturing a microstructure according to claim 2, wherein a structure layer having an opening group is formed on the sacrificial layer, and the sacrificial layer is etched away from the opening group.

After the structure layer having the opening group is formed, the structure layer is covered with another sacrificial layer serving as an etching mask, a hole reaching the dummy portion from the upper surface of the other sacrificial layer is formed, and the dummy portion is etched from the hole. 4. The method for manufacturing a microstructure according to claim 2, wherein the sacrificial layer is removed by etching.

6. The microscopic structure according to claim 2, wherein after the sacrificial layer is deposited, a contact hole reaching the fixing portion from the upper surface of the sacrificial layer is formed, and then a structural layer is formed on the sacrificial layer. Manufacturing method of structure.

7. The permeable membrane is formed on the structural layer in which the opening group is formed, and the sealing film is formed on the permeable membrane in a vacuum or in an inert gas atmosphere. A manufacturing method of the microstructure described above.

On the surface of the substrate, a fixing portion that provides at least two convex patterns arranged with a gap when viewed in cross-section, and a convex that is arranged in the gap between the two convex patterns and disappears at the end of manufacturing Forming a dummy to provide the pattern,
Depositing a sacrificial layer in a region extending between the two convex patterns of the fixed part;
A method for manufacturing a microstructure having a process group of removing a dummy portion after depositing a sacrificial layer.

Forming a structural layer on the sacrificial layer,
After depositing the sacrificial layer or forming the structural layer, the dummy part is removed,
The method for manufacturing a microstructure according to claim 8 , wherein the sacrificial layer is removed after the structural layer is formed.