CN117735475A - Mems装置及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种MEMS装置及其制造方法。本发明提供一种既确保了隔离接头的绝缘性,又防止了隔离接头与空腔底部的接触的MEMS装置。本发明的具备活动部的MEMS装置包含:衬底;凹部,设置在衬底上;活动部,中空地支持在凹部内;以及隔离接头,插入到活动部的规定位置,在其两侧将活动部电绝缘;且凹部的底部与活动部的最短距离小于凹部的底部与隔离接头的距离。与隔离接头相邻的活动部的深度小于隔离接头的深度。活动部包含具有深度的部分,所述深度比隔离接头的深度深。
Description
技术领域
本发明涉及一种MEMS(Micro-Electro-Mechanical System,微机电系统)装置及其制造方法,尤其涉及一种既确保了设置于活动部的隔离接头(以下称为“IJ”)的绝缘性,又防止了伴随活动部的变形而产生的IJ的破损的MEMS装置及其制造方法。
背景技术
以往的MEMS装置具有中空地设置着梁构造部的构造,所述梁构造部是在对硅衬底进行蚀刻而设置的空腔上,对该硅衬底进行蚀刻而形成的。在梁构造部中,设置着使硅氧化而制作的绝缘性沟槽隔离接头,在规定位置将梁构造部电绝缘。
[背景技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特表2009-500635号公报
发明内容
[发明要解决的问题]
然而,在以往的MEMS装置中,首先在硅衬底形成沟槽隔离接头,接下来将硅衬底蚀刻到规定的深度而形成蚀刻槽,一面利用保护膜覆盖蚀刻槽的侧壁,一面对蚀刻槽下方的硅衬底进行各向同性蚀刻,由此形成保持为中空且具备沟槽隔离接头的梁构造部。为了确保绝缘性,设置在梁构造部的沟槽隔离接头以剖面比梁构造部大的方式形成。因此,沟槽隔离接头具有比梁构造部更朝下方突出的构造,有在梁构造部变形时与空腔底部的硅衬底接触而破损的问题。
因此,本发明的目的在于提供一种既确保了JI的绝缘性,又防止了IJ与空腔的底部接触的MEMS装置。
[解决问题的技术手段]
本发明的一形态是一种MEMS装置,
具备活动部,且包含:
衬底;
凹部(空腔),设置在衬底;
活动部,中空地支持在凹部内;以及
隔离接头,插入到活动部的规定位置,在其两侧将活动部电绝缘;且
凹部的底部与活动部的最短距离(fg1)小于凹部的底部与隔离接头的距离(fg2)(fg1<fg2)。
本发明的另一形态是一种制造方法,
是具备活动部的MEMS装置的制造方法,所述活动部具有隔离接头,且所述制造方法包括如下工序:
在衬底上形成包含被绝缘体填埋的沟槽的隔离接头;
第1构造蚀刻工序,使用覆盖隔离接头的上部及其周围的衬底的掩模对衬底进行蚀刻,形成第1沟槽;
第2构造蚀刻工序,去除掩模后,使用隔离接头作为蚀刻掩模对衬底进行蚀刻,形成第2沟槽;以及
一面保护第2沟槽的侧壁一面对第2沟槽内的衬底进行蚀刻,形成凹部、及中空地支持在凹部内且具有隔离接头的活动部;且
第2沟槽的侧壁的深度小于隔离接头的深度。
[发明效果]
本发明能够提供一种可靠性较高的MEMS装置,该MEMS装置具有具备隔离接头(IJ)的活动部,既对IJ确保了充分的绝缘性,又防止了活动部变形时的IJ的破损。
附图说明
图1是本发明的实施方式的MEMS装置的俯视图。
图2是沿II-II方向观察图1的MEMS装置时的剖视图。
图3是沿III-III方向观察图1的MEMS装置时的剖视图。
图4是表示本发明的实施方式的MEMS装置的制造工序的俯视图。
图5是沿V-V方向观察图4的MEMS装置时的剖视图。
图6是表示本发明的实施方式的MEMS装置的制造工序的俯视图。
图7是沿VII-VII方向观察图6的MEMS装置时的剖视图。
图8是表示本发明的实施方式的MEMS装置的制造工序的俯视图。
图9是沿IX-IX方向观察图8的MEMS装置时的剖视图。
图10是表示本发明的实施方式的MEMS装置的制造工序的、沿图8的VII-VII方向观察时的剖视图。
图11是表示本发明的实施方式的MEMS装置的制造工序的俯视图。
图12是沿XII-XII方向观察图11的MEMS装置时的剖视图。
图13是沿XIII-XIII方向观察图11的MEMS装置时的剖视图。
图14是本发明的实施方式的MEMS装置的程序模拟的流程图。
具体实施方式
<装置构造>
图1是整体以100表示的、本发明的实施方式的MEMS装置的俯视图。另外,图2是沿II-II方向观察图1的MEMS装置100时的剖视图,图3是沿III-III方向观察图1的MEMS装置100时的剖视图。
MEMS装置100具有设置在硅衬底1中的空腔(凹部)2。在空腔2之上,由硅衬底1形成的活动部(梁构造部)3保持为中空。在活动部3的规定位置设置着隔离接头(IJ)4,将活动部3电绝缘。图1中,在活动部3的三个部位设置着IJ4,但不限于这种配置。另外,可视需要设置电极或配线等。
如图2中虚线所示,在活动部3与IJ4的接合部,活动部3的剖面(由虚线表示)比活动部3的剖面小且配置在内侧,因此能保证绝缘性。因此,IJ4的下端成为比相邻的活动部3的下端更朝下方突出的构造。
另一方面,如图3所示,除了IJ4的旁侧以外(图1中沿X轴方向延伸的活动部),活动部3的下端位于比IJ4的下端更靠下方。图3中,将活动部3的膜厚最大的部分(例如图1的最上部的活动部3)的厚度设为mh,将该部分的活动部3与空腔2的底部的距离(最短距离)设为fg1,将IJ4的厚度设为t,将IJ4与空腔2的底部的距离(如下文所述,IJ4的正下方出现凸部时,与凸部的距离)设为fg2。此处,距离是指Z轴方向的距离。
在本实施方式的MEMS装置100中,
(1)mh>t,且
(2)fg1<fg2。
因此,虽然MEMS装置100作动时活动部3沿Z轴方向移动,但在IJ4与空腔2的底部接触之前,活动部3与空腔2的底部接触。由此,能够防止突起状的IJ4的端部与空腔2的底部的接触,且防止IJ4的破损及伴随于此的绝缘性的降低。
像这样,在本实施方式的MEMS装置100中,能够提供一种在IJ4的下方形成有充分的空间,防止IJ4的破损且可靠性较高的MEMS装置100。
<制造方法>
接着使用图4~13,对本发明的实施方式的MEMS装置100的制造方法进行说明。制造方法包含以下工序1~6。图4~13中,与图1~3相同的符号表示相同或相当的部位。
工序1:图4是工序1中的MEMS装置100的俯视图,图5是沿V-V方向观察图4的MEMS装置100时的剖视图。工序1中,首先,准备包含单晶硅且具有正面及背面的硅衬底1。
接下来,从正面对硅衬底1进行蚀刻而形成沟槽,通过将沟槽的内表面热氧化而利用氧化硅填埋沟槽,形成隔离接头(IJ)4。进而使用CVD法,在硅衬底1的正面形成包含氧化硅的氧化膜5。
工序2:图6是工序2中的MEMS装置100的俯视图,图7是沿VII-VII方向观察图6的MEMS装置100时的剖视图。在氧化膜5之上形成光阻膜(未图示)而将氧化膜5图案化,形成矩形的开口部6。在开口部6之中,硅衬底1的正面露出。
如图6所示,以沿X轴方向延伸的IJ4的两端露出的方式,隔着IJ4而对称地配置2个开口部6。夹在2个开口部6之间,通过IJ4的中央沿Y轴方向延伸的区域成为在之后的工序中连接于IJ4的活动部3。
所有开口部6的形状优选相同,例如开口部6的X轴方向的宽度为w,Y轴方向的宽度为h,未隔着IJ4的开口部6的X轴方向的间隔为g。另外,IJ4的深度为t。
工序3:图8是工序3中的MEMS装置100的俯视图,图9是沿IX-IX方向观察图8的MEMS装置100时的剖视图。在氧化膜5之上形成光阻层之后,使用光刻法进行图案化。由此,于要形成活动部3的区域及覆盖开口部6的区域形成抗蚀剂掩模7。
以覆盖开口部6的方式形成的抗蚀剂掩模7的周围优选与开口部6相比稍靠内侧(1μm以下,例如约500nm)。这是因为,在后述的氧化膜5的蚀刻工序(工序4)中不使氧化膜5的残渣残留。
工序4:图10是工序4中的MEMS装置100的剖视图,是沿与图8的IX-IX方向相同的方向观察时的剖视图。在工序4中,首先,使用抗蚀剂掩模7作为蚀刻掩模,例如利用氢氟酸溶液去除氧化膜5。
接下来,使用所述抗蚀剂掩模7作为蚀刻掩模,利用DRIE(Deep Reactive IonEtching,深反应离子蚀刻)法将硅衬底1蚀刻(称为“第1构造蚀刻”),形成沟槽8。沟槽的深度s1优选与IJ4的深度t为相同程度或比t浅。
于DRIE法中,例如使用博世(Bosch)工艺。在一例中,通过反复执行蚀刻步骤(SF6气体,5Pa,7秒)与保护步骤(C4F8气体,2.5Pa,5秒),一面利用保护膜保护沟槽8的侧壁,一面对硅衬底1进行蚀刻。能够利用2个步骤的反复次数,控制蚀刻深度。
工序5:图11是工序5中的MEMS装置100的俯视图,图12是沿XII-XII方向观察图11的MEMS装置100时的剖视图,图13是沿XIII-XIII方向观察时的剖视图。
如图12所示,首先,例如使用有机溶剂去除抗蚀剂掩模7。接下来,将包含氧化硅的IJ4及位于其上的氧化膜5作为掩模(硬掩模),利用DRIE法对硅衬底1进行蚀刻(称为“第2构造蚀刻”),形成沟槽9。通过选择开口部6的尺寸(w、h、g)及蚀刻条件,与沟槽9、IJ4相邻的区域的深度成为s2,2个IJ4中间的深度成为s3。s2比IJ4的深度t浅。
在工序4的第1构造蚀刻(参照图10)中,存在抗蚀剂掩模7,所以在DRIE后硅衬底1未被蚀刻而以包围IJ4的方式残留。在随后的工序5的第2构造蚀刻(参照图12)中,去除抗蚀剂掩模7并进行DRIE,所以在与IJ4相邻的区域的蚀刻深度成为s2的时点,2个IJ4中间的沟槽9的蚀刻深度成为s3(大致为s1+s2),两者之间成为锥形形状。此处,将锥形部的X轴方向的长度设为f。
工序6:在形成于硅衬底1的沟槽9的内壁形成氧化膜之后,去除底部及锥形部之上的氧化膜,使氧化膜残留在侧壁(Z轴方向的内壁)之上。接着,使用各向同性蚀刻形成空腔2(扩展),使活动部3成为自硅衬底1浮起的状态(释放)。
此处,当将相对于水平方向的锥形部分的倾斜角(仰角)设为α时(参照图12),
tanα=(s3-s2)/f,该情况下的α优选为60°~85°。即,通过使锥形部分的倾斜角α为60°~85°,在工序6中,能获得良好的扩展及释放。
最后使用氢氟酸的蒸气将残留在活动部3之上的氧化膜5去除,由此完成如图1~3所示的本发明的实施方式的MEMS装置100。
<程序模拟>
图14是决定MEMS装置100的制造参数的程序模拟的一例。在S0中开始模拟之后,首先在S1中假定图6所示的开口部6的X轴方向的宽度w、Y轴方向的宽度h、及间隔g。
接下来,在S2中进行DRIE模拟(第1构造蚀刻及第2构造蚀刻),求出图12所示的s1、s2、s3。
接下来,在S3中判断f是否充分小。具体来说,设为tanα=(s3-s2)/f时,判断α是否处于60°~85°的范围内。
在为是(YES)的情况下,在S4中进行扩展-释放的模拟。另一方面,在为否(NO)的情况下进入S5,将宽度w、h及间隔g的值更新,再次进行S2的DRIE模拟。
关于S4的扩展-释放模拟的结果,在S6中确认活动部3是否充分被释放,从空腔2的底面到活动部3,高度是否成为充分的最终高度。具体来说,判断是否为mh>t且fg1<fg2(参照图2)。
如果S6的结果为是,则在S7中结束程序模拟,决定宽度w、h及间隔g的值。另一方面,在为否的情况下,再次在S5中更新宽度w、h及间隔g的值而反复进行模拟。
像这样,通过使在工序2(图6)中形成的开口部6相关的参数(w、h、g)最佳化,能够获得满足mh>t且fg1<fg2的良好构造的MEMS装置100。
<附注>
本发明是一种MEMS装置,
具备活动部,且包含:
衬底;
凹部,设置在衬底上;
活动部,中空地支持在凹部内;以及
隔离接头,插入到活动部的规定位置,在其两侧将活动部电绝缘;且
凹部的底部与活动部的最短距离(fg1)小于凹部的底部与隔离接头的距离(fg2)(fg1<fg2)。
本发明能提供一种能够防止突起状的隔离接头与空腔的底部接触,从而能够防止隔离接头的破损、及伴随于此的绝缘性的降低,且可靠性高的MEMS传感器。
本发明中,与隔离接头相邻的活动部的深度(s2)小于隔离接头的深度(t)。
通过采用该构成,而保证隔离接头的绝缘性。
本发明中,活动部包含具有深度(mh)的部分,所述深度(mh)比隔离接头的深度(t)深。
通过采用该构成,在隔离接头与空腔的底部接触之前,活动部与空腔的底部接触,所以即使活动部移动也能够防止隔离接头的破损。
本发明中,凹部的底部与隔离接头的距离(fg2)是隔离接头的下端、与形成在凹部的底部的凸部的距离。
通过采用该构成,即使在凹部的底部形成有凸部的情况下,也能够防止隔离接头的下端与凹部的接触。
本发明是一种制造方法,
是具备活动部的MEMS装置的制造方法,所述活动部具有隔离接头,且所述制造方法包括如下工序:
在衬底上形成包含被绝缘体填埋的沟槽的隔离接头;
第1构造蚀刻工序,使用覆盖隔离接头的上部及其周围的衬底的掩模对衬底进行蚀刻,形成第1沟槽;
第2构造蚀刻工序,去除掩模后,使用隔离接头作为蚀刻掩模对衬底进行蚀刻,形成第2沟槽;以及
一面保护第2沟槽的侧壁一面对第2沟槽内的衬底进行蚀刻,形成凹部、及中空地支持在凹部内且具有隔离接头的活动部;且
第2沟槽的侧壁的深度小于隔离接头的深度。
通过使用包含第1构造蚀刻工序及第2构造蚀刻工序的制造方法,能够制作既保证了隔离接头的绝缘性,又防止了隔离接头的破损的MEMS传感器。
本发明中,第2沟槽从侧壁的下端朝向第2沟槽的底面具有锥形部分,锥形部分相对于底面的倾斜角(仰角)α为60°以上且85°以下的角度。
通过像这样控制锥形部分的倾斜角,能够制作所期望的MEMS传感器。
[产业上的可利用性]
本发明能够应用于加速度传感器或压力传感器等MEMS传感器、及打印头、数字镜装置等MEMS装置。
[符号的说明]
1:硅衬底
2:空腔
3:活动部
4:隔离接头(IJ)
5:氧化膜
6:开口部
7:抗蚀剂掩模
8:沟槽
9:沟槽
100:MEMS装置。
Claims (6)
1.一种MEMS装置,具备活动部,且包含:
衬底;
所述凹部,设置在衬底上;
所述活动部,中空地支持在凹部内;以及
隔离接头,插入到所述活动部的规定位置,在其两侧将所述活动部电绝缘;且
所述凹部的底部与所述活动部的最短距离小于所述凹部的底部与所述隔离接头的距离。
2.根据权利要求1所述的MEMS装置,其中与所述隔离接头相邻的所述活动部的深度小于所述隔离接头的深度。
3.根据权利要求2所述的MEMS装置,其中所述活动部包含深度比所述隔离接头的深度深的部分。
4.根据权利要求1所述的MEMS装置,其中所述凹部的底部与所述隔离接头的距离为所述隔离接头的下端与形成在所述凹部的底部的凸部的距离。
5.一种制造方法,是具备活动部的MEMS装置的制造方法,所述活动部具有隔离接头,且所述制造方法包括如下工序:
在衬底上形成包含被绝缘体填埋的沟槽的隔离接头;
第1构造蚀刻工序,使用覆盖所述隔离接头的上部及其周围的所述衬底的掩模对所述衬底进行蚀刻,形成第1沟槽;
第2构造蚀刻工序,去除所述掩模之后,使用所述隔离接头作为蚀刻掩模对所述衬底进行蚀刻,形成第2沟槽;以及
一面保护所述第2沟槽的侧壁,一面对所述第2沟槽内的所述衬底进行蚀刻,形成凹部、及中空地支持在所述凹部内且具有所述隔离接头的活动部;且
所述第2沟槽的侧壁的深度小于所述隔离接头的深度。
6.根据权利要求5所述的制造方法,其中所述第2沟槽从侧壁的下端朝向所述第2沟槽的底面具有锥形部分,所述锥形部分相对于所述底面的仰角α为60°以上且85°以下的角度。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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