JP6932491B2 - How to manufacture a MEMS device - Google Patents
How to manufacture a MEMS device Download PDFInfo
- Publication number
- JP6932491B2 JP6932491B2 JP2016213584A JP2016213584A JP6932491B2 JP 6932491 B2 JP6932491 B2 JP 6932491B2 JP 2016213584 A JP2016213584 A JP 2016213584A JP 2016213584 A JP2016213584 A JP 2016213584A JP 6932491 B2 JP6932491 B2 JP 6932491B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- cavity
- oxide film
- silicon oxide
- cap
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Description
本明細書は、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)装置に関する。 This specification relates to a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) apparatus.
特許文献1に、MEMS装置が開示されている。このMEMS装置は、シリコン基板上に形成されており、気密に封止されたキャビティを備えている。このMEMS装置では、キャビティとMEMS装置の外部を連通する通気孔を介してキャビティの内圧を調整した後、通気孔を金属膜で塞いでキャビティを気密に封止する。このMEMS装置によれば、通気孔を金属膜で塞ぐまではキャビティとMEMS装置の外部が連通しているので、それまでの製造プロセスでキャビティの内部にアウトガスが発生しても、発生したアウトガスは通気孔を介してMEMS装置の外部に抜け出ていく。このため、製造プロセスにおいて発生するアウトガスの影響によって、キャビティの内圧が変動してしまうことを抑制することができる。 Patent Document 1 discloses a MEMS device. This MEMS device is formed on a silicon substrate and includes an airtightly sealed cavity. In this MEMS device, after adjusting the internal pressure of the cavity through a ventilation hole that communicates between the cavity and the outside of the MEMS device, the ventilation hole is closed with a metal film to hermetically seal the cavity. According to this MEMS device, the cavity and the outside of the MEMS device are in communication until the ventilation holes are closed with a metal film, so even if outgas is generated inside the cavity in the manufacturing process up to that point, the generated outgas is generated. It escapes to the outside of the MEMS device through the ventilation holes. Therefore, it is possible to prevent the internal pressure of the cavity from fluctuating due to the influence of the outgas generated in the manufacturing process.
特許文献1のMEMS装置のように、通気孔を金属膜などの封止材で塞ぐ構成とすると、通気孔が形成された部材と封止材との間の熱膨張係数の相違によって、残留応力が生じる。キャビティとMEMS装置の外部を連通する通気孔を設けることなく、キャビティの内圧を調整することが可能な技術が期待されている。 When the ventilation holes are closed with a sealing material such as a metal film as in the MEMS device of Patent Document 1, the residual stress is caused by the difference in the coefficient of thermal expansion between the member in which the ventilation holes are formed and the sealing material. Occurs. A technique capable of adjusting the internal pressure of the cavity without providing a ventilation hole that communicates the cavity with the outside of the MEMS device is expected.
本明細書では、上記の課題を解決する。本明細書では、キャビティとMEMS装置の外部を連通する通気孔を設けることなく、キャビティの内圧を調整することが可能な技術を提供する。 This specification solves the above-mentioned problems. The present specification provides a technique capable of adjusting the internal pressure of a cavity without providing a ventilation hole that communicates the cavity with the outside of the MEMS device.
本明細書は、MEMS装置を開示する。MEMS装置は、シリコン基板上に形成されており、気密に封止されたキャビティを備えている。MEMS装置では、キャビティの内部に露出したシリコン基板の表面の少なくとも一部に窒化シリコン膜が形成されている。 This specification discloses a MEMS device. The MEMS device is formed on a silicon substrate and has an airtightly sealed cavity. In the MEMS device, a silicon nitride film is formed on at least a part of the surface of the silicon substrate exposed inside the cavity.
上記のMEMS装置を製造する際には、キャビティの内部に窒素ガスを封入した状態でキャビティを気密に封止しておき、例えば熱処理によって、キャビティの内部の窒素をシリコン基板の表面のシリコンと反応させて、窒化シリコン膜を形成する。この際、窒化シリコン膜の形成に伴って、キャビティ内の窒素ガスが減少し、キャビティ内の圧力が低減する。このため、例えば熱処理の条件を調整して、形成される窒化シリコン膜の量を制御することによって、キャビティ内の圧力を所望の圧力に調整することができる。上記のMEMS装置によれば、キャビティとMEMS装置の外部を連通する通気孔を形成することなく、キャビティの内圧を調整することができる。 When manufacturing the above-mentioned MEMS device, the cavity is hermetically sealed with nitrogen gas sealed inside the cavity, and the nitrogen inside the cavity reacts with the silicon on the surface of the silicon substrate by, for example, heat treatment. To form a silicon nitride film. At this time, with the formation of the silicon nitride film, the nitrogen gas in the cavity is reduced, and the pressure in the cavity is reduced. Therefore, the pressure in the cavity can be adjusted to a desired pressure by, for example, adjusting the heat treatment conditions to control the amount of the silicon nitride film formed. According to the above-mentioned MEMS device, the internal pressure of the cavity can be adjusted without forming a ventilation hole that communicates the cavity with the outside of the MEMS device.
上記のMEMS装置では、キャビティが、シリコン基板である支持基板と、酸化シリコン膜を介して支持基板と接合された、シリコン基板であるエレメント基板と、酸化シリコン膜を介してエレメント基板と接合された、シリコン基板であるキャップ基板に跨って形成されていてもよい。この場合、窒化シリコン膜は、キャビティの内部に露出した、支持基板、エレメント基板またはキャップ基板の表面の少なくとも一部に形成されていてもよい。 In the above-mentioned MEMS device, the cavity is bonded to the support substrate which is a silicon substrate, the element substrate which is a silicon substrate bonded to the support substrate via the silicon oxide film, and the element substrate via the silicon oxide film. , It may be formed so as to straddle the cap substrate which is a silicon substrate. In this case, the silicon nitride film may be formed on at least a part of the surface of the support substrate, the element substrate or the cap substrate exposed inside the cavity.
一般に、酸化シリコン膜を介して2つのシリコン基板を接合する場合、OH基接合を用いる。OH基接合によって基板を接合する際には、接合面を酸素プラズマ雰囲気中で活性化し、その後に大気に暴露させて、活性化した表面に大気中の水分子に起因するOH基を付着させる。この際に、活性化した表面に大気中の余計なガス分子が吸着してしまい、基板同士を接合した後に、これらのガス分子が脱離してキャビティの内部にアウトガスが発生してしまう。気密に封止されたキャビティの内部にこのようなアウトガスが発生すると、キャビティの内圧が上昇し、キャビティの内圧が想定している圧力とは異なるものとなってしまう。上記のMEMS装置は、支持基板にエレメント基板を接合し、さらにエレメント基板にキャップ基板を接合して、気密に封止されたキャビティを形成する際に、窒素ガス雰囲気下で基板同士の接合を行なうことで、キャビティの内部に窒素ガスを封入することができる。そして、例えば熱処理によって、キャビティの内部の窒素をシリコン基板の表面のシリコンと反応させて、窒化シリコン膜を形成することで、キャビティ内の圧力を低減することができる。上記のMEMS装置によれば、キャビティの内部に発生するアウトガスの影響によって、キャビティの内圧が変動してしまうことを抑制することができる。 Generally, when two silicon substrates are bonded via a silicon oxide film, OH group bonding is used. When bonding substrates by OH group bonding, the bonding surface is activated in an oxygen plasma atmosphere and then exposed to the atmosphere to attach OH groups due to water molecules in the atmosphere to the activated surface. At this time, extra gas molecules in the atmosphere are adsorbed on the activated surface, and after the substrates are bonded to each other, these gas molecules are desorbed and outgas is generated inside the cavity. When such outgas is generated inside the airtightly sealed cavity, the internal pressure of the cavity rises, and the internal pressure of the cavity becomes different from the assumed pressure. In the above-mentioned MEMS device, when the element substrate is bonded to the support substrate and the cap substrate is further bonded to the element substrate to form an airtightly sealed cavity, the substrates are bonded to each other in a nitrogen gas atmosphere. As a result, nitrogen gas can be sealed inside the cavity. Then, for example, by heat treatment, the nitrogen inside the cavity is reacted with the silicon on the surface of the silicon substrate to form a silicon nitride film, so that the pressure inside the cavity can be reduced. According to the above-mentioned MEMS apparatus, it is possible to suppress fluctuations in the internal pressure of the cavity due to the influence of the outgas generated inside the cavity.
上記のMEMS装置は、キャビティの内部に露出したシリコン基板の表面の他の部分に、酸化シリコン膜が形成されていてもよい。 In the above-mentioned MEMS device, a silicon oxide film may be formed on another part of the surface of the silicon substrate exposed inside the cavity.
キャビティの内部に露出したシリコン基板の表面に酸化シリコン膜が形成されていると、酸化シリコン膜が形成されている範囲では、キャビティの内部の窒素ガスとの反応によって窒化シリコン膜が形成されることはない。すなわち、キャビティの内部に露出したシリコン基板の表面に形成された酸化シリコン膜は、窒素ガスとシリコンとの反応を防ぐバリアとして機能する。上記のMEMS装置によれば、キャビティの内部に露出したシリコン基板の表面のうち、窒素ガスと反応させる範囲を自由に調整することができる。 When a silicon oxide film is formed on the surface of the silicon substrate exposed inside the cavity, the silicon nitride film is formed by the reaction with the nitrogen gas inside the cavity in the range where the silicon oxide film is formed. There is no. That is, the silicon oxide film formed on the surface of the silicon substrate exposed inside the cavity functions as a barrier to prevent the reaction between the nitrogen gas and silicon. According to the above-mentioned MEMS device, the range of the surface of the silicon substrate exposed inside the cavity to react with nitrogen gas can be freely adjusted.
上記のMEMS装置は、キャビティの内部の残留ガスが、窒素ガス、アルゴンガス、水素ガス、または水蒸気を含んでいてもよい。 In the above-mentioned MEMS device, the residual gas inside the cavity may contain nitrogen gas, argon gas, hydrogen gas, or water vapor.
キャビティの内部に窒素ガスを封入した状態で、例えば熱処理によって、キャビティの内部の窒素をシリコン基板の表面のシリコンと反応させて、窒化シリコン膜を形成する場合、キャビティの内部には、シリコンとの反応に用いられなかった窒素ガスが残留することがある。また、キャビティの内部には、シリコン基板をエッチングする際に使用されるアルゴンガスが残留することがある。また、キャビティの内部には、OH基接合に起因する水素ガスが残留することがある。また、キャビティの内部には、OH基接合に起因する水蒸気が残留することがある。上記のMEMS装置によれば、キャビティの内部にこれらの残留ガスが存在する場合についても、キャビティ内の圧力を所望の圧力に調整することができる。 When nitrogen gas is sealed inside the cavity and the nitrogen inside the cavity is reacted with the silicon on the surface of the silicon substrate to form a silicon nitride film, for example, by heat treatment, the inside of the cavity is filled with silicon. Nitrogen gas that was not used in the reaction may remain. Further, argon gas used for etching the silicon substrate may remain inside the cavity. Further, hydrogen gas due to OH group bonding may remain inside the cavity. In addition, water vapor due to OH group bonding may remain inside the cavity. According to the above-mentioned MEMS device, the pressure in the cavity can be adjusted to a desired pressure even when these residual gases are present inside the cavity.
(実施例1)
図1−図3は、本実施例のMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)装置2の構成を模式的に示している。MEMS装置2は、支持基板4と、エレメント基板6と、キャップ基板8を、この順に積層した積層基板に形成されている。以下では、支持基板4、エレメント基板6およびキャップ基板8が積層されている方向をZ方向とし、Z方向に直交する方向をX方向とし、Z方向およびX方向に直交する方向をY方向とする。また、以下では、Z方向正方向を上方向ともいい、Z方向負方向を下方向ともいう。支持基板4、エレメント基板6およびキャップ基板8は、例えば、導電性を付与されたシリコン基板である。
(Example 1)
1 to 3 schematically show the configuration of the MEMS (Micro Electro Mechanical Systems)
図2に示すように、支持基板4の上面には、下側キャビティ溝10が形成されている。下側キャビティ溝10は、直方体形状の空間を形成する陥凹である。支持基板4の上面のうち、下側キャビティ溝10が形成されていない箇所を、支持面12ともいう。支持基板4の下面には、酸化シリコン膜14が形成されている。支持基板4の上面には、酸化シリコン膜16が形成されている。酸化シリコン膜16は、支持基板4の上面において、支持面12上だけでなく、下側キャビティ溝10の側面10aおよび底面10bにも形成されている。支持面12は、酸化シリコン膜16を介して、エレメント基板6に接合されている。
As shown in FIG. 2, a
図3に示すように、エレメント基板6には、可動電極部18と、第1固定電極部20と、第2固定電極部22と、周辺部24が形成されている。可動電極部18と、第1固定電極部20と、第2固定電極部22と、周辺部24は、エレメント基板6を上面から下面までエッチングすることによって、互いに分離されている。
As shown in FIG. 3, the
可動電極部18は、第1可動電極端子部26と、第1可動電極梁28と、第1Y方向バネ部30と、中央可動マス32と、第1可動櫛歯電極部34と、第2可動櫛歯電極部36と、第2Y方向バネ部38と、第2可動電極梁40と、第2可動電極端子部42を備えている。第1可動電極端子部26と、第1可動電極梁28と、第1Y方向バネ部30と、中央可動マス32と、第1可動櫛歯電極部34と、第2可動櫛歯電極部36と、第2Y方向バネ部38と、第2可動電極梁40と、第2可動電極端子部42は、継ぎ目なく一体的に形成されており、同電位に維持されている。第1可動電極端子部26は、エレメント基板6を上方から平面視したときに、長方形状に形成されている。第1可動電極梁28は、Y方向に沿って延びる直線状の部材であって、第1可動電極端子部26と第1Y方向バネ部30を連結している。第1可動電極梁28のY方向正方向の端部が第1可動電極端子部26に連結しており、第1可動電極梁28のY方向負方向の端部が第1Y方向バネ部30に連結している。第1Y方向バネ部30は、エレメント基板6を上方から平面視したときに、X方向を長手方向とする長方形の枠形状に形成されている。中央可動マス32は、Y方向に沿って延びる直線状の部材であって、第1Y方向バネ部30と第2Y方向バネ部38を連結している。中央可動マス32のY方向正方向の端部が第1Y方向バネ部30に連結しており、中央可動マス32のY方向負方向の端部が第2Y方向バネ部38に連結している。中央可動マス32のX方向正方向の側面からは、第1可動櫛歯電極部34がX方向に沿って延びている。中央可動マス32のX方向負方向の側面からは、第2可動櫛歯電極部36がX方向に沿って延びている。第2Y方向バネ部38は、エレメント基板6を上方から平面視したときに、X方向を長手方向とする長方形の枠形状に形成されている。第2可動電極梁40は、Y方向に沿って延びる直線状の部材であって、第2Y方向バネ部38と第2可動電極端子部42を連結している。第2可動電極端子部42は、エレメント基板6を上方から平面視したときに、長方形状に形成されている。
The
第1Y方向バネ部30は、第1可動電極梁28と中央可動マス32の、Y方向の相対変位に対する剛性が低く、X方向およびZ方向の相対変位に対する剛性が高い形状に形成されている。このため、第1Y方向バネ部30は、第1可動電極梁28と中央可動マス32のY方向の相対変位に対して弾性変形し、X方向およびZ方向の相対変位に対して弾性変形しない、Y方向バネとして機能する。同様に、第2Y方向バネ部38は、中央可動マス32と第2可動電極梁40の、Y方向の相対変位に対する剛性が低く、X方向およびZ方向の相対変位に対する剛性が高い形状に形成されている。このため、第2Y方向バネ部38は、中央可動マス32と第2可動電極梁40のY方向の相対変位に対して弾性変形し、X方向およびZ方向の相対変位に対して弾性変形しない、Y方向バネとして機能する。
The first Y-
第1可動電極端子部26と、第2可動電極端子部42は、いずれも、酸化シリコン膜16を介して、支持基板4の支持面12に固定されている。従って、中央可動マス32と、第1可動櫛歯電極部34と、第2可動櫛歯電極部36は、支持基板4に対して、Y方向に相対変位が可能であり、X方向およびZ方向に相対変位が不能である。
Both the first movable
第1固定電極部20は、第1固定電極端子部44と、第1固定電極支持梁46と、第1固定櫛歯電極支持部48と、第1固定櫛歯電極部50を備えている。第1固定電極端子部44と、第1固定電極支持梁46と、第1固定櫛歯電極支持部48と、第1固定櫛歯電極部50は、継ぎ目なく一体的に形成されており、同電位に維持されている。第1固定電極端子部44は、エレメント基板6を上方から平面視したときに、長方形状に形成されている。第1固定電極支持梁46は、第1固定電極端子部44と第1固定櫛歯電極支持部48を連結している。第1固定電極支持梁46は、第1固定電極端子部44のY方向正方向の側面からY方向に沿って延び、その後X方向負方向に屈曲してX方向に沿って延び、第1固定櫛歯電極支持部48のX方向正方向の側面に接続している。第1固定櫛歯電極支持部48は、Y方向に沿って延びる直線状の部材である。第1固定櫛歯電極支持部48のX方向負方向の側面からは、第1固定櫛歯電極部50がX方向に沿って延びている。第1固定櫛歯電極部50は、第1可動櫛歯電極部34と、互いに噛み合うように配置されている。
The first
第1固定電極端子部44と、第1固定電極支持梁46の一部は、酸化シリコン膜16を介して、支持基板4の支持面12に固定されている。従って、第1固定櫛歯電極支持部48と、第1固定櫛歯電極部50は、支持基板4に対して、X方向、Y方向およびZ方向に相対変位が不能である。
The first fixed
第2固定電極部22は、第2固定電極端子部52と、第2固定電極支持梁54と、第2固定櫛歯電極支持部56と、第2固定櫛歯電極部58を備えている。第2固定電極端子部52と、第2固定電極支持梁54と、第2固定櫛歯電極支持部56と、第2固定櫛歯電極部58は、継ぎ目なく一体的に形成されており、同電位に維持されている。第2固定電極端子部52は、エレメント基板6を上方から平面視したときに、長方形状に形成されている。第2固定電極支持梁54は、第2固定電極端子部52と第2固定櫛歯電極支持部56を連結している。第2固定電極支持梁54は、第2固定電極端子部52のY方向正方向の側面からY方向に沿って延び、その後X方向正方向に屈曲してX方向に沿って延び、第2固定櫛歯電極支持部56のX方向負方向の側面に接続している。第2固定櫛歯電極支持部56は、Y方向に沿って延びる直線状の部材である。第2固定櫛歯電極支持部56のX方向正方向の側面からは、第2固定櫛歯電極部58がX方向に沿って延びている。第2固定櫛歯電極部58は、第2可動櫛歯電極部36と、互いに噛み合うように配置されている。
The second
第2固定電極端子部52と、第2固定電極支持梁54の一部は、酸化シリコン膜16を介して、支持基板4の支持面12に固定されている。従って、第2固定櫛歯電極支持部56と、第2固定櫛歯電極部58は、支持基板4に対して、X方向、Y方向およびZ方向に相対変位が不能である。
The second fixed
周辺部24は、エレメント基板6を上方から平面視したときに、可動電極部18と、第1固定電極部20と、第2固定電極部22を取り囲む形状に形成されている。周辺部24の大部分は、酸化シリコン膜16を介して、支持基板4の支持面12に固定されている。
The
図2に示すように、キャップ基板8の下面には、上側キャビティ溝60が形成されている。上側キャビティ溝60は、直方体形状の空間を形成する陥凹である。キャップ基板8の下面のうち、上側キャビティ溝60が形成されていない箇所を、支持面62ともいう。キャップ基板8の支持面62には、酸化シリコン膜64が形成されている。キャップ基板8の上側キャビティ溝60の側面60aおよび底面60bには、窒化シリコン膜66が形成されている。キャップ基板8の上面には、酸化シリコン膜68が形成されている。キャップ基板8の支持面62は、酸化シリコン膜64を介して、エレメント基板6の周辺部24に接合されている。
As shown in FIG. 2, an
図1に示すように、キャップ基板8の酸化シリコン膜68の上面には、エレメント基板6の第1可動電極端子部26と、第2可動電極端子部42と、第1固定電極端子部44と、第2固定電極端子部52に対応して、第1可動電極パッド70、第2可動電極パッド72、第1固定電極パッド74、第2固定電極パッド76が形成されている。第1可動電極パッド70、第2可動電極パッド72、第1固定電極パッド74および第2固定電極パッド76は、例えば、アルミニウム等の金属によって形成されている。図2に示すように、第1可動電極パッド70、第2可動電極パッド72、第1固定電極パッド74および第2固定電極パッド76は、エレメント基板6の第1可動電極端子部26、第2可動電極端子部42、第1固定電極端子部44および第2固定電極端子部52と、対応する貫通電極78を介して電気的に接続されている。貫通電極78は、キャップ基板8を上面から下面まで貫通するように形成されている。貫通電極78は、例えば、導電性を付与されたポリシリコンと、そのポリシリコンの周囲を覆う絶縁性の酸化シリコンから構成されている。
As shown in FIG. 1, on the upper surface of the
図2に示すように、MEMS装置2においては、支持基板4の下側キャビティ溝10と、キャップ基板8の上側キャビティ溝60によって、キャビティ80が形成されている。キャビティ80の内部には、エレメント基板6の、第1Y方向バネ部30と、中央可動マス32と、第1可動櫛歯電極部34と、第2可動櫛歯電極部36と、第2Y方向バネ部38と、第1固定櫛歯電極支持部48と、第1固定櫛歯電極部50と、第2固定櫛歯電極支持部56と、第2固定櫛歯電極部58が収容されている。キャビティ80は、MEMS装置2の外部から気密に封止されている。キャビティ80の内部には、例えば、窒素ガス、アルゴンガス、水素ガス、水蒸気、またはこれらの混合ガスなどが、残留ガスとして封入されている。キャビティ80の内部は、例えば数十Pa程度の高真空の圧力に調整されている。
As shown in FIG. 2, in the
MEMS装置2は、Y方向の加速度を検出する加速度センサとして機能する。MEMS装置2にY方向の加速度が作用すると、エレメント基板6の可動電極部18において、中央可動マス32と、第1可動櫛歯電極部34と、第2可動櫛歯電極部36が、第1Y方向バネ部30および第2Y方向バネ部38の剛性に抗して、支持基板4に対して相対的にY方向に変位する。この際の中央可動マス32と、第1可動櫛歯電極部34と、第2可動櫛歯電極部36のY方向の変位量は、MEMS装置2に作用するY方向の加速度に比例したものとなる。
The
中央可動マス32と、第1可動櫛歯電極部34と、第2可動櫛歯電極部36が、支持基板4に対して相対的にY方向に変位すると、第1可動櫛歯電極部34と第1固定櫛歯電極部50の間隔が変化するとともに、第2可動櫛歯電極部36と第2固定櫛歯電極部58の間隔が変化する。本実施例では、中央可動マス32と、第1可動櫛歯電極部34と、第2可動櫛歯電極部36が、支持基板4に対してY方向正方向に相対変位すると、第1可動櫛歯電極部34と第1固定櫛歯電極部50の間隔が広がり、第2可動櫛歯電極部36と第2固定櫛歯電極部58の間隔が狭まる。逆に、中央可動マス32と、第1可動櫛歯電極部34と、第2可動櫛歯電極部36が、支持基板4に対してY方向負方向に相対変位すると、第1可動櫛歯電極部34と第1固定櫛歯電極部50の間隔が狭まり、第2可動櫛歯電極部36と第2固定櫛歯電極部58の間隔が広がる。
When the central
第1可動櫛歯電極部34と第1固定櫛歯電極部50の間隔が変化すると、可動電極部18と第1固定電極部20の間の静電容量の大きさが変化する。可動電極部18と第1固定電極部20の間の静電容量の大きさの変化は、第1可動電極パッド70または第2可動電極パッド72と、第1固定電極パッド74を、例えばCV変換回路(図示せず)に接続することによって、検出することができる。また、第2可動櫛歯電極部36と第2固定櫛歯電極部58の間隔が変化すると、可動電極部18と第2固定電極部22の間の静電容量の大きさが変化する。可動電極部18と第2固定電極部22の間の静電容量の大きさの変化は、第1可動電極パッド70または第2可動電極パッド72と、第2固定電極パッド76を、例えばCV変換回路(図示せず)に接続することによって、検出することができる。本実施例のMEMS装置2では、可動電極部18と第1固定電極部20の間の静電容量の大きさの変化と、可動電極部18と第2固定電極部22の間の静電容量の大きさの変化について、差動検出することによって、中央可動マス32と、第1可動櫛歯電極部34と、第2可動櫛歯電極部36の、支持基板4に対するY方向の相対変位量を精度良く検出することができ、これによってMEMS装置2に作用するY方向の加速度を精度良く検出することができる。
When the distance between the first movable comb
以下では図4−図18を参照しながら、MEMS装置2の製造方法について説明する。
Hereinafter, a method of manufacturing the
まず、図4に示すように、支持基板4として、不純物のドーピングによって導電性を付与されたシリコン基板を用意する。そして、支持基板4の上面にレジスト82を塗布して、ホトリソグラフィによりパターンを形成する。
First, as shown in FIG. 4, as the
次いで、図5に示すように、支持基板4の上面から深掘りエッチング(DRIE: Deep Reactive Ion Etching)によって所定深さ(例えば50μm)のトレンチを形成することで、支持基板4の上面に下側キャビティ溝10を形成する。
Next, as shown in FIG. 5, a trench having a predetermined depth (for example, 50 μm) is formed from the upper surface of the
次いで、図6に示すように、酸素アッシングによって支持基板4の上面のレジスト82を除去した後、支持基板4の下面と上面をそれぞれ熱酸化させることで、酸化シリコン膜14と酸化シリコン膜16を形成する。酸化シリコン膜16は、支持基板4の上面の支持面12だけでなく、下側キャビティ溝10の側面10aと底面10bにも形成される。なお、酸化シリコン膜14および酸化シリコン膜16は、例えば、LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)やPCVD(Plasma Chemical Vapor Deposition)によって形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 6, the resist 82 on the upper surface of the
次いで、図7に示すように、エレメント基板6として、不純物のドーピングによって導電性を付与されたシリコン基板を用意し、エレメント基板6を支持基板4に接合させる。具体的には、まずエレメント基板6の下面と支持基板4の上面をそれぞれ、酸素プラズマに曝して、表面活性化処理を行なう。そして、エレメント基板6の下面と支持基板4の上面をそれぞれ、大気中に一旦暴露し、活性化された表面に大気中の水分を付与することで、それぞれの表面がOH基で終端される。そして、エレメント基板6の下面を支持基板4の上面に貼り合わせることで、エレメント基板6と支持基板4がOH基接合される。そして、接合強度を増大させるために、支持基板4とエレメント基板6に900℃程度の熱処理を行なう。これによって、エレメント基板6が支持基板4に接合される。なお、エレメント基板6と支持基板4の接合は、例えば、真空中で行ってもよい。
Next, as shown in FIG. 7, as the
次いで、図8に示すように、エレメント基板6を上面から研磨して、エレメント基板6を所定厚さ(例えば40μm)にする。
Next, as shown in FIG. 8, the
次いで、図9に示すように、エレメント基板6の上面にレジスト84を塗布して、ホトリソグラフィによりパターンを形成する。
Next, as shown in FIG. 9, a resist 84 is applied to the upper surface of the
次いで、図10に示すように、エレメント基板6の上面から下面まで達する深掘りエッチング(DRIE: Deep Reactive Ion Etching)によって、エレメント基板6に、可動電極部18と、第1固定電極部20と、第2固定電極部22と、周辺部24を形成する。
Next, as shown in FIG. 10, the
次いで、図11に示すように、酸素アッシングによってエレメント基板6の上面のレジスト84を除去する。
Next, as shown in FIG. 11, the resist 84 on the upper surface of the
次いで、図12に示すように、キャップ基板8として、不純物のドーピングによって導電性を付与されたシリコン基板を用意する。なお、図12−図14では、キャップ基板8への加工プロセスに合わせて、上下を反転させて図示している。そして、キャップ基板8の下面(図12の上側の面)と上面(図12の下側の面)をそれぞれ熱酸化させることで、酸化シリコン膜64と酸化シリコン膜68を形成する。なお、酸化シリコン膜64および酸化シリコン膜68は、例えば、LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)やPCVD(Plasma Chemical Vapor Deposition)によって形成してもよい。そして、キャップ基板8の下面(図12の上側の面)にレジスト86を塗布して、ホトリソグラフィによりパターンを形成する。
Next, as shown in FIG. 12, as the
次いで、図13に示すように、キャップ基板8の下面(図13の上側の面)からのドライエッチング(RIE: Reactive Ion Etching)によって、酸化シリコン膜64を部分的に除去する。そして、キャップ基板8の下面(図13の上側の面)からの深掘りエッチング(DRIE: Deep Reactive Ion Etching)によって所定深さ(例えば50μm)のトレンチを形成することで、キャップ基板8の下面(図13の上側の面)に上側キャビティ溝60を形成する。
Next, as shown in FIG. 13, the
次いで、図14に示すように、酸素アッシングによってキャップ基板8の下面(図14の上側の面)のレジスト86を除去する。そして、酸素アッシングによって上側キャビティ溝60の側面60aおよび底面60bに形成された薄い酸化膜を、希フッ酸で除去する。
Next, as shown in FIG. 14, the resist 86 on the lower surface (upper surface of FIG. 14) of the
次いで、図15に示すように、キャップ基板8をエレメント基板6に接合させる。具体的には、まずエレメント基板6の上面を酸素プラズマに曝して、表面活性化処理を行なう。そして、エレメント基板6の上面を大気中に一旦暴露し、活性化された表面に大気中の水分を付与することで、それぞれの表面がOH基で終端される。そして、キャップ基板8の下面をエレメント基板6の上面に貼り合わせることで、キャップ基板8とエレメント基板6がOH基接合される。これによって、気密に封止されたキャビティ80が形成される。ここで、キャップ基板8の下面を、エレメント基板6の上面と同様に表面活性化処理を行ってもよい。なお、キャップ基板8とエレメント基板6の接合は、窒素ガス環境下で行なう。具体的には、真空チャンバ内に窒素ガスを流し、減圧雰囲気の状態で、キャップ基板8とエレメント基板6の接合を行なう。これによって、キャビティ80の内部には、低圧の窒素ガスが封入される。そして、接合強度を増大させるために、支持基板4、エレメント基板6およびキャップ基板8に900℃程度の熱処理を行なう。
Next, as shown in FIG. 15, the
次いで、図16に示すように、キャビティ80の内部の圧力を調整するために、高温(例えば950℃)で長時間(例えば5時間以上)のアニールを行なう。これによって、キャビティ80の内部の窒素の一部が、キャビティ80の内部に露出しているキャップ基板8の上側キャビティ溝60の側面60aおよび底面60bのシリコンと反応して、窒化シリコン膜66が形成されるとともに、キャビティ80の内部の圧力が低下する。アニールの条件を調整することによって、キャビティ80の内部の圧力を所望の圧力に調整することができる。また、上記のアニールの際には、OH基接合に起因する水素ガスが、シリコンの内部を拡散して外部に排出される。
Then, as shown in FIG. 16, in order to adjust the pressure inside the
次いで、図2に示すように、キャップ基板8に貫通電極78を形成し、キャップ基板8の酸化シリコン膜68の上面に第1可動電極パッド70、第2可動電極パッド72、第1固定電極パッド74、第2固定電極パッド76を形成することによって、MEMS装置2を製造することができる。
Next, as shown in FIG. 2, a through
(実施例2)
本実施例のMEMS装置102は、実施例1のMEMS装置2と略同様の構成を備えている。以下では、本実施例のMEMS装置102について、実施例1のMEMS装置2と相違する点についてのみ説明する。
(Example 2)
The
図17に示すように、本実施例のMEMS装置102では、キャップ基板8の上側キャビティ溝60の側面60aおよび底面60bには、酸化シリコン膜104が形成されている。また、本実施例のMEMS装置102では、エレメント基板6のうち、キャビティ80の内部に収容されている、エレメント基板6の、第1Y方向バネ部30と、中央可動マス32と、第1可動櫛歯電極部34と、第2可動櫛歯電極部36と、第2Y方向バネ部38と、第1固定櫛歯電極支持部48と、第1固定櫛歯電極部50と、第2固定櫛歯電極支持部56と、第2固定櫛歯電極部58の表面に、窒化シリコン膜106が形成されている。
As shown in FIG. 17, in the
本実施例のMEMS装置102の製造方法は、実施例1のMEMS装置2と略同様であるが、本実施例のMEMS装置102を製造する際には、図13に示すように、キャップ基板8の下面(図13の上側の面)に上側キャビティ溝60を形成した後、キャップ基板8の下面(図13の上側の面)を熱酸化させることで、酸化シリコン膜104を形成する。その後、キャップ基板8の下面とエレメント基板6の上面をそれぞれ、酸素プラズマに曝して、表面活性化処理を行なう。つまり、接合面の両面を活性化させる。その後、キャップ基板8の下面とエレメント基板6の上面をそれぞれ、大気中に一旦暴露し、活性化された表面に大気中の水分を付与することで、それぞれの表面がOH基で終端される。その後に、キャップ基板8をエレメント基板6に接合させる。この場合、その後に、図16に示す、高温(例えば950℃)で長時間(例えば5時間以上)のアニールを行なうと、上側キャビティ溝60の側面60aおよび底面60bではキャビティ80の内部にシリコンが露出していないので、上側キャビティ溝60の側面60aおよび底面60bには窒化シリコン膜が形成されることはない。すなわち、酸化シリコン膜104が、窒化シリコン膜の形成を防ぐバリアとして機能する。なお、この場合には、キャビティ80の内部に露出している、エレメント基板6の第1Y方向バネ部30と、中央可動マス32と、第1可動櫛歯電極部34と、第2可動櫛歯電極部36と、第2Y方向バネ部38と、第1固定櫛歯電極支持部48と、第1固定櫛歯電極部50と、第2固定櫛歯電極支持部56と、第2固定櫛歯電極部58の表面に、窒化シリコン膜106が形成されるとともに、キャビティ80の内部の圧力が低下する。本実施例のMEMS装置102においても、アニールの条件を調整することによって、キャビティ80の内部の圧力を所望の圧力に調整することができる。
The method for manufacturing the
(実施例3)
本実施例のMEMS装置112は、実施例1のMEMS装置2と略同様の構成を備えている。以下では、本実施例のMEMS装置112について、実施例1のMEMS装置2と相違する点についてのみ説明する。
(Example 3)
The
図18に示すように、本実施例のMEMS装置112では、キャップ基板8の上側キャビティ溝60の側面60aおよび底面60bには、酸化シリコン膜114が形成されている。また、本実施例のMEMS装置112では、支持基板4の上面に下側キャビティ溝が形成されておらず、キャビティ80に対応する範囲で支持基板4の上面の酸化シリコン膜16が除去されており、支持基板4の上面の酸化シリコン膜16が除去された範囲に窒化シリコン膜116が形成されている。
As shown in FIG. 18, in the
本実施例のMEMS装置112の製造方法は、実施例1のMEMS装置2と略同様であるが、本実施例のMEMS装置112を製造する際には、まず、支持基板4と、酸化シリコン膜16と、エレメント基板6が積層されたSOI(Silicon On Insulator)基板を用意する。この場合、図4−図8の工程は不要である。次いで、図9と同様に、エレメント基板6の上面にレジスト84を塗布して、ホトリソグラフィによりパターンを形成する。次いで、図10と同様に、エレメント基板6の上面から下面まで達する深掘りエッチング(DRIE: Deep Reactive Ion Etching)によって、エレメント基板6に、可動電極部18と、第1固定電極部20と、第2固定電極部22と、周辺部24を形成する。次いで、ベーパーHFエッチングを用いた犠牲層エッチングによって、キャビティ80に対応する範囲の酸化シリコン膜16を除去して、第1Y方向バネ部30、中央可動マス32、第1可動櫛歯電極部34、第2可動櫛歯電極部36、第2Y方向バネ部38等の可動部をリリースする。なお、この犠牲層エッチングにおいては、第1可動電極端子部26、第2可動電極端子部42、第1固定電極端子部44、第2固定電極端子部52等の固定部に対応する酸化シリコン膜16は、両側に多少のアンダーカットは生じるものの、完全に除去されることはない。なお、必要であれば、第1Y方向バネ部30、中央可動マス32、第1可動櫛歯電極部34、第2可動櫛歯電極部36、第2Y方向バネ部38等の可動部に、犠牲層エッチング用のエッチングホールを設けてもよい。また、本実施例のMEMS装置112を製造する際には、図13に示すように、キャップ基板8の下面(図13の上側の面)に上側キャビティ溝60を形成した後、キャップ基板8の下面(図13の上側の面)を熱酸化させることで、酸化シリコン膜114を形成する。この場合、その後に、図16に示す、高温(例えば950℃)で長時間(例えば5時間以上)のアニールを行なうと、上側キャビティ溝60の側面60aおよび底面60bではキャビティ80の内部にシリコンが露出していないので、上側キャビティ溝60の側面60aおよび底面60bには窒化シリコン膜が形成されることはない。すなわち、酸化シリコン膜104が、窒化シリコン膜の形成を防ぐバリアとして機能する。なお、この場合には、キャビティ80の内部に露出している支持基板4の上面に、窒化シリコン膜116が形成されるとともに、キャビティ80の内部の圧力が低下する。本実施例のMEMS装置112においても、アニールの条件を調整することによって、キャビティ80の内部の圧力を所望の圧力に調整することができる。
The method for manufacturing the
(実施例4)
実施例1のMEMS装置2、実施例2のMEMS装置102および実施例3のMEMS装置112は、いずれも、加速度センサとして機能するものであったが、本明細書が開示する、窒化シリコン膜の形成によるキャビティ内圧の調整は、他のMEMS装置にも適用することができる。
(Example 4)
The
図19に示す本実施例のMEMS装置202は、圧力センサのダイヤフラムとして機能する。MEMS装置202は、支持基板204と、キャップ基板206が積層した積層基板に形成されている。支持基板204とキャップ基板206は、導電性を付与されたシリコン基板である。支持基板204の上面には、酸化シリコン膜208が形成されている。キャップ基板206の下面には、キャビティ溝210が形成されている。キャップ基板206の下面のうち、キャビティ溝210が形成されていない箇所を、支持面212ともいう。支持基板204の上面の酸化シリコン膜208と、キャップ基板206の下面の支持面212は、OH基接合によって接合されている。また、キャビティ溝210の側面210aと底面210bには、窒化シリコン膜214が形成されている。
The
MEMS装置202においては、支持基板204の上面と、キャップ基板206の下面のキャビティ溝210によって、キャビティ216が形成されている。キャップ基板206のキャビティ216が形成されている箇所は、キャビティ216の内部の圧力と、MEMS装置202の外部の圧力の差に応じて変形するダイヤフラムとして機能する。ダイヤフラムの変形を、例えばひずみゲージ(図示せず)によって検出することで、MEMS装置202の外部の圧力を検出することができる。
In the
本実施例のMEMS装置202においても、製造時に、キャビティ216の内部に窒素ガスを封入した状態で支持基板204とキャップ基板206を接合した後に、高温(例えば950℃)で長時間(例えば5時間以上)のアニールを行なう。これによって、キャビティ216の内部の窒素ガスの一部が、キャビティ216の内部に暴露しているキャビティ溝210の側面210aおよび底面210bのシリコンと反応して、窒化シリコン膜214が形成されるとともに、キャビティ216の内部の圧力が低下する。アニールの条件を調整することによって、キャビティ216の内部の圧力を所望の圧力に調整することができる。
Also in the
以上の各実施例で示した窒化シリコン膜66、106、116、214の厚みは、キャビティ80、216に封入される窒素の量に依存する。そのため、窒化シリコン膜66、106、116、214は、単原子層の場合もあるし、窒化シリコンが点在する場合もあるし、酸化シリコンと窒化シリコンが混在する場合もある。以上の各実施例でいう窒化シリコン膜66、106、116、214は、これらのいずれかを含む層のことである。
The thicknesses of the
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、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。 Although the examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of claims. The techniques described in the claims include various modifications and modifications of the specific examples illustrated above.
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、出願時の請求項に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するものであり、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。 The technical elements described herein or in the drawings exhibit their 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 techniques illustrated in this specification or drawings achieve a plurality of objectives at the same time, and achieving one of the objectives itself has technical usefulness.
2:MEMS装置; 4:支持基板; 6:エレメント基板; 8:キャップ基板; 10:下側キャビティ溝; 10a:側面; 10b:底面; 12:支持面; 14:酸化シリコン膜; 16:酸化シリコン膜; 18:可動電極部; 20:第1固定電極部; 22:第2固定電極部; 24:周辺部; 26:第1可動電極端子部; 28:第1可動電極梁; 30:第1Y方向バネ部; 32:中央可動マス; 34:第1可動櫛歯電極部; 36:第2可動櫛歯電極部; 38:第2Y方向バネ部; 40:第2可動電極梁; 42:第2可動電極端子部; 44:第1固定電極端子部; 46:第1固定電極支持梁; 48:第1固定櫛歯電極支持部; 50:第1固定櫛歯電極部; 52:第2固定電極端子部; 54:第2固定電極支持梁; 56:第2固定櫛歯電極支持部; 58:第2固定櫛歯電極部; 60:上側キャビティ溝; 60a:側面; 60b:底面; 62:支持面; 64:酸化シリコン膜; 66:窒化シリコン膜; 68:酸化シリコン膜; 70:第1可動電極パッド; 72:第2可動電極パッド; 74:第1固定電極パッド; 76:第2固定電極パッド; 78:貫通電極; 80:キャビティ; 82:レジスト; 84:レジスト; 86:レジスト; 102:MEMS装置; 104:酸化シリコン膜; 106:窒化シリコン膜; 112:MEMS装置; 114:酸化シリコン膜; 116:窒化シリコン膜; 202:MEMS装置; 204:支持基板; 206:キャップ基板; 208:酸化シリコン膜; 210:キャビティ溝; 210a:側面; 210b:底面; 212:支持面; 214:窒化シリコン膜; 216:キャビティ 2: MEMS device; 4: Support substrate; 6: Element substrate; 8: Cap substrate; 10: Lower cavity groove; 10a: Side surface; 10b: Bottom surface; 12: Support surface; 14: Silicon oxide film; 16: Silicon oxide Membrane; 18: movable electrode part; 20: first fixed electrode part; 22: second fixed electrode part; 24: peripheral part; 26: first movable electrode terminal part; 28: first movable electrode beam; 30: first Y Directional spring part; 32: Central movable mass; 34: First movable comb tooth electrode part; 36: Second movable comb tooth electrode part; 38: Second Y direction spring part; 40: Second movable electrode beam; 42: Second Movable electrode terminal part; 44: First fixed electrode terminal part; 46: First fixed electrode support beam; 48: First fixed comb tooth electrode support part; 50: First fixed comb tooth electrode part; 52: Second fixed electrode Terminal part; 54: Second fixed electrode support beam; 56: Second fixed comb tooth electrode support part; 58: Second fixed comb tooth electrode part; 60: Upper cavity groove; 60a: Side surface; 60b: Bottom surface; 62: Support Surface; 64: Silicon oxide film; 66: Silicon nitride film; 68: Silicon oxide film; 70: First movable electrode pad; 72: Second movable electrode pad; 74: First fixed electrode pad; 76: Second fixed electrode Pad; 78: Through electrode; 80: Cavity; 82: Resist; 84: Resist; 86: Resist; 102: MEMS device; 104: Silicon oxide film; 106: Silicon nitride film; 112: MEMS device; 114: Silicon oxide film 116: Silicon nitride film; 202: MEMS device; 204: Support substrate; 206: Cap substrate; 208: Silicon oxide film; 210: Cavity groove; 210a: Side surface; 210b: Bottom surface; 212: Support surface; 214: Silicon nitride Membrane; 216: Cavity
Claims (3)
シリコン基板である支持基板を用意する工程と、
前記支持基板の上面から深掘りエッチングを行って、前記キャビティに対応する下側キャビティ溝を形成する工程と、
前記支持基板の前記上面および前記下側キャビティ溝の表面に酸化シリコン膜を形成する工程と、
シリコン基板であるエレメント基板を用意する工程と、
前記エレメント基板の下面と前記支持基板の前記上面をOH基接合する工程と、
前記エレメント基板の上面から前記下面まで達する深掘りエッチングを行って、前記キャビティの内部に収容される前記固定電極と前記可動電極を前記エレメント基板に形成する工程と、
シリコン基板であるキャップ基板を用意する工程と、
前記キャップ基板の下面に酸化シリコン膜を形成する工程と、
前記キャップ基板の前記下面から前記酸化シリコン膜を部分的に除去する工程と、
前記キャップ基板の前記下面から深掘りエッチングを行って、前記キャビティに対応する上側キャビティ溝を形成する工程と、
窒素ガス環境下で、前記キャップ基板の前記下面と前記エレメント基板の前記上面を、前記キャップ基板の下面に形成された前記酸化シリコン膜を介して、OH基接合することで、前記キャビティの内部に窒素ガスを封入する工程と、
前記支持基板、前記エレメント基板および前記キャップ基板のアニールを行う工程を備えており、
前記アニールの条件を調整することで、前記キャビティの内部の圧力が所望の圧力に調整される、方法。 A MEMS device including an airtightly sealed cavity, a movable electrode housed inside the cavity, and a fixed electrode housed inside the cavity. A method for manufacturing the MEMS device, which functions as an acceleration sensor by displaced the movable electrode relative to the fixed electrode.
The process of preparing a support substrate, which is a silicon substrate,
A step of performing deep etching from the upper surface of the support substrate to form a lower cavity groove corresponding to the cavity, and
A step of forming a silicon oxide film on the upper surface of the support substrate and the surface of the lower cavity groove, and
The process of preparing an element substrate, which is a silicon substrate,
A step of OH group bonding between the lower surface of the element substrate and the upper surface of the support substrate,
A step of performing deep etching from the upper surface of the element substrate to the lower surface to form the fixed electrode and the movable electrode housed in the cavity on the element substrate.
The process of preparing a cap substrate, which is a silicon substrate,
The step of forming a silicon oxide film on the lower surface of the cap substrate and
A step of partially removing the silicon oxide film from the lower surface of the cap substrate, and
A step of performing deep etching from the lower surface of the cap substrate to form an upper cavity groove corresponding to the cavity, and
In a nitrogen gas environment, the lower surface of the cap substrate and the upper surface of the element substrate are OH group-bonded via the silicon oxide film formed on the lower surface of the cap substrate to form an OH group inside the cavity. The process of filling nitrogen gas and
It includes a step of annealing the support substrate, the element substrate, and the cap substrate.
A method in which the pressure inside the cavity is adjusted to a desired pressure by adjusting the annealing conditions.
シリコン基板である支持基板を用意する工程と、
前記支持基板の上面から深掘りエッチングを行って、前記キャビティに対応する下側キャビティ溝を形成する工程と、
前記支持基板の前記上面および前記下側キャビティ溝の表面に酸化シリコン膜を形成する工程と、
シリコン基板であるエレメント基板を用意する工程と、
前記エレメント基板の下面と前記支持基板の前記上面をOH基接合する工程と、
前記エレメント基板の上面から前記下面まで達する深堀エッチングを行って、前記キャビティの内部に収容される前記固定電極と前記可動電極を前記エレメント基板に形成する工程と、
シリコン基板であるキャップ基板を用意する工程と、
前記キャップ基板の下面に酸化シリコン膜を形成する工程と、
前記キャップ基板の前記下面から前記酸化シリコン膜を部分的に除去する工程と、
前記キャップ基板の前記下面から深掘りエッチングを行って、前記キャビティに対応する上側キャビティ溝を形成する工程と、
前記キャップ基板の前記上側キャビティ溝の表面に酸化シリコン膜を形成する工程と、
窒素ガス環境下で、前記キャップ基板の前記下面と前記エレメント基板の前記上面を、前記キャップ基板の下面に形成された前記酸化シリコン膜を介して、OH基接合することで、前記キャビティの内部に窒素ガスを封入する工程と、
前記支持基板、前記エレメント基板および前記キャップ基板のアニールを行う工程を備えており、
前記アニールの条件を調整することで、前記キャビティの内部の圧力が所望の圧力に調整される、方法。 A MEMS device including an airtightly sealed cavity, a movable electrode housed inside the cavity, and a fixed electrode housed inside the cavity. A method for manufacturing the MEMS device, which functions as an acceleration sensor by displaced the movable electrode relative to the fixed electrode.
The process of preparing a support substrate, which is a silicon substrate,
A step of performing deep etching from the upper surface of the support substrate to form a lower cavity groove corresponding to the cavity, and
A step of forming a silicon oxide film on the upper surface of the support substrate and the surface of the lower cavity groove, and
The process of preparing an element substrate, which is a silicon substrate,
A step of OH group bonding between the lower surface of the element substrate and the upper surface of the support substrate,
A step of performing deep etching from the upper surface of the element substrate to the lower surface to form the fixed electrode and the movable electrode accommodated inside the cavity on the element substrate.
The process of preparing a cap substrate, which is a silicon substrate,
The step of forming a silicon oxide film on the lower surface of the cap substrate and
A step of partially removing the silicon oxide film from the lower surface of the cap substrate, and
A step of performing deep etching from the lower surface of the cap substrate to form an upper cavity groove corresponding to the cavity, and
A step of forming a silicon oxide film on the surface of the upper cavity groove of the cap substrate, and
In a nitrogen gas environment, the lower surface of the cap substrate and the upper surface of the element substrate are OH group-bonded via the silicon oxide film formed on the lower surface of the cap substrate to form an OH group inside the cavity. The process of filling nitrogen gas and
It includes a step of annealing the support substrate, the element substrate, and the cap substrate.
A method in which the pressure inside the cavity is adjusted to a desired pressure by adjusting the annealing conditions.
シリコン基板である支持基板と、酸化シリコン膜と、シリコン基板であるエレメント基板が積層されたSOI基板を用意する工程と、
前記エレメント基板の上面から下面まで達する深掘りエッチングを行って、前記キャビティの内部に収容される前記固定電極と前記可動電極を前記エレメント基板に形成する工程と、
前記エレメント基板の前記上面から犠牲層エッチングを行って、前記キャビティに対応する範囲の前記酸化シリコン膜を除去する工程と、
シリコン基板であるキャップ基板を用意する工程と、
前記キャップ基板の下面に酸化シリコン膜を形成する工程と、
前記キャップ基板の前記下面から前記酸化シリコン膜を部分的に除去する工程と、
前記キャップ基板の前記下面から深掘りエッチングを行って、前記キャビティに対応する上側キャビティ溝を形成する工程と、
前記キャップ基板の前記上側キャビティ溝の表面に酸化シリコン膜を形成する工程と、
窒素ガス環境下で、前記キャップ基板の前記下面と前記エレメント基板の前記上面を、前記キャップ基板の下面に形成された前記酸化シリコン膜を介して、OH基接合する工程と、
前記支持基板、前記エレメント基板および前記キャップ基板のアニールを行う工程を備えており、
前記アニールの条件を調整することで、前記キャビティの内部の圧力が所望の圧力に調整される、方法。 A MEMS device including an airtightly sealed cavity, a movable electrode housed inside the cavity, and a fixed electrode housed inside the cavity. A method for manufacturing the MEMS device, which functions as an acceleration sensor by displaced the movable electrode relative to the fixed electrode.
A process of preparing an SOI substrate in which a support substrate which is a silicon substrate, a silicon oxide film, and an element substrate which is a silicon substrate are laminated.
A step of performing deep etching extending from the upper surface to the lower surface of the element substrate to form the fixed electrode and the movable electrode accommodated inside the cavity on the element substrate.
A step of performing sacrificial layer etching from the upper surface of the element substrate to remove the silicon oxide film in the range corresponding to the cavity.
The process of preparing a cap substrate, which is a silicon substrate,
The step of forming a silicon oxide film on the lower surface of the cap substrate and
A step of partially removing the silicon oxide film from the lower surface of the cap substrate, and
A step of performing deep etching from the lower surface of the cap substrate to form an upper cavity groove corresponding to the cavity, and
A step of forming a silicon oxide film on the surface of the upper cavity groove of the cap substrate, and
A step of OH group bonding between the lower surface of the cap substrate and the upper surface of the element substrate in a nitrogen gas environment via the silicon oxide film formed on the lower surface of the cap substrate.
It includes a step of annealing the support substrate, the element substrate, and the cap substrate.
A method in which the pressure inside the cavity is adjusted to a desired pressure by adjusting the annealing conditions.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016213584A JP6932491B2 (en) | 2016-10-31 | 2016-10-31 | How to manufacture a MEMS device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016213584A JP6932491B2 (en) | 2016-10-31 | 2016-10-31 | How to manufacture a MEMS device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018069395A JP2018069395A (en) | 2018-05-10 |
JP6932491B2 true JP6932491B2 (en) | 2021-09-08 |
Family
ID=62112032
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016213584A Active JP6932491B2 (en) | 2016-10-31 | 2016-10-31 | How to manufacture a MEMS device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6932491B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7059445B2 (en) * | 2018-12-25 | 2022-04-25 | 中芯集成電路(寧波)有限公司 | Packaging method and packaging structure |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7514283B2 (en) * | 2003-03-20 | 2009-04-07 | Robert Bosch Gmbh | Method of fabricating electromechanical device having a controlled atmosphere |
ITMI20052343A1 (en) * | 2005-12-06 | 2007-06-07 | Getters Spa | PROCESS FOR THE PRODUCTION OF MICROMECHANICAL DEVICES CONTAINING A GETTER MATERIAL AND DEVICES SO MANUFACTURED |
JP2009139601A (en) * | 2007-12-05 | 2009-06-25 | Seiko Epson Corp | Actuator, optical scanner and image forming apparatus |
JP5551923B2 (en) * | 2009-12-03 | 2014-07-16 | パナソニック株式会社 | MEMS device |
JP2011164057A (en) * | 2010-02-15 | 2011-08-25 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor pressure sensor, and method of manufacturing the same |
JP2012154802A (en) * | 2011-01-26 | 2012-08-16 | Denso Corp | Manufacturing method for acceleration and angular velocity sensor device |
JP5776232B2 (en) * | 2011-03-10 | 2015-09-09 | 富士通株式会社 | Manufacturing method of electronic device |
DE102012108106B4 (en) * | 2012-08-31 | 2016-06-16 | Epcos Ag | MEMS component and method for manufacturing an acoustic wave MEMS device |
JP2015011002A (en) * | 2013-07-02 | 2015-01-19 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Composite sensor |
JP6183012B2 (en) * | 2013-07-05 | 2017-08-23 | 株式会社デンソー | Semiconductor package |
JP6123613B2 (en) * | 2013-09-26 | 2017-05-10 | 株式会社デンソー | Physical quantity sensor and manufacturing method thereof |
JP2015174154A (en) * | 2014-03-13 | 2015-10-05 | 株式会社東芝 | Mems device and manufacturing method thereof |
JP2016044994A (en) * | 2014-08-20 | 2016-04-04 | セイコーエプソン株式会社 | Angular velocity sensor, electronic equipment, and mobile body |
JP6341190B2 (en) * | 2015-02-16 | 2018-06-13 | 株式会社デンソー | Manufacturing method of semiconductor device |
-
2016
- 2016-10-31 JP JP2016213584A patent/JP6932491B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2018069395A (en) | 2018-05-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102556939B (en) | For the system and method for three layers of chip-scale MEMS | |
JP5541306B2 (en) | Mechanical quantity sensor device and manufacturing method thereof | |
US8230746B2 (en) | Combined type pressure gauge, and manufacturing method of combined type pressure gauge | |
CN106744649A (en) | Micro electro mechanical device and its manufacture method with two buried cavities | |
JP5426437B2 (en) | Pressure sensor and pressure sensor manufacturing method | |
TWI634069B (en) | Hybrid integrated component and process for its production | |
WO2016129230A1 (en) | Semiconductor device, and method for manufacturing same | |
KR102163052B1 (en) | Pressure sensor element and method for manufacturing same | |
JP6990997B2 (en) | MEMS device | |
JP6932491B2 (en) | How to manufacture a MEMS device | |
JP6209270B2 (en) | Acceleration sensor | |
JP2010199133A (en) | Method of manufacturing mems, and mems | |
JP6123613B2 (en) | Physical quantity sensor and manufacturing method thereof | |
JP6305647B2 (en) | Method for manufacturing electromechanical devices and corresponding devices | |
JP6555238B2 (en) | Mechanical quantity sensor and manufacturing method thereof | |
JP2011069648A (en) | Minute device | |
JP5617801B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP2018119919A (en) | Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device | |
JP5999027B2 (en) | Physical quantity sensor | |
JP5929645B2 (en) | Physical quantity sensor | |
JP2016066648A (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
JP2006162354A (en) | Inertial element and its manufacturing method | |
WO2014208043A1 (en) | Physical quantity sensor | |
JP2007047100A (en) | Electrostatic capacitive pressure sensor and its manufacturing method | |
WO2018030045A1 (en) | Dynamic quantity sensor and method for manufacturing same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190606 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20200811 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200825 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20201020 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20201222 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210209 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20210511 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210629 |
|
C60 | Trial request (containing other claim documents, opposition documents) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C60 Effective date: 20210629 |
|
A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20210708 |
|
C21 | Notice of transfer of a case for reconsideration by examiners before appeal proceedings |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C21 Effective date: 20210713 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210803 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210818 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6932491 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |