JP2004276201A - Micro structure and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウエハ等の基板上に形成され、該基板面に平行な方向に振動するマイクロ構造体およびその製造方法に関し、特に駆動電圧を印加するためのパッド電極部の形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
かかる平面的な振動をするマイクロ構造体は、例えば時計、携帯電話機等において、マイクロレゾネータ(共振子)やマイクロフィルタなどとして使用される。その構造は、特許文献1、2に開示されているように、シリコン基板上に形成された固定電極と可動電極の櫛歯同士を該基板面に平行に噛み合わせ、櫛歯部を有する可動電極はシリコン基板上に支持されたバネ性を有する梁部に結合されており、このような、互いに噛み合う櫛歯状固定電極と櫛歯状可動電極を1組ずつ中間の梁部の両側に配置する構成となっている。そして、櫛歯状の固定電極、可動電極、および梁部並びにパッド電極部はシリコン基板上に形成したポリシリコン膜を利用して形成されている。また、これらの構造体部分(チップともいう)をSOI(Silicon On Insulator)基板の活性層部分を利用して形成する試みもなされている。
【0003】
【特許文献1】
米国特許第5025346号明細書(第3欄第37行−第6欄第2行、第6欄第55行−第7欄第52行、図1−図4)
【特許文献2】
米国特許第5537083号明細書(第4欄第43行−第10欄第33行、図4−図8)
【0004】
このようなマイクロ構造体は、一方の櫛歯状の固定電極の入力端子電極(パッド電極部)と接地電極(パッド電極部)との間に交流電圧を印加することにより、その櫛歯状の固定電極と可動電極との間に静電引力を発生させ、この静電引力により櫛歯状の可動電極を櫛歯の噛み合い方向(櫛歯の長さ方向)に平面的に引き押しすることによって振動させる。この振動は可動電極と一体化されたバネ性を持つ梁部すなわち共振部に伝達され、他方の同様に噛み合い状態にある櫛歯状の可動電極を平面的に振動させる。
入力側である一方の櫛歯状の固定電極と可動電極間で発生した振動が、両側の可動電極を含む共振部(梁部)に伝わることにより、共振部は共振現象を生じ、この共振周波数が出力側である他方の櫛歯状固定電極のパッド電極部から取り出される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のマイクロ構造体は、シリコン基板あるいはSOI基板を用いる場合でも、基板の表面側に一定のサイズの電極取り出し部分(パッド電極部)を形成する必要があった。その方法は、シリコン基板上のポリシリコン膜あるいはSOI基板上の活性層の一部を電極取り出し部分(パッド電極部)として形成し、さらにシリコンより電気抵抗の低い金属をパッド電極部に成膜し、ワイヤボンディングなどの実装技術により外部に電気的接続を行っている。また、例えばSOI基板を用いてマイクロ構造体を形成する場合、構造体部分の占有面積を低減する目的でパッド電極部を構造体部分(チップ)の中央部に形成する場合がある。また、このパッド電極部は構造体部分の支持部を兼ねる場合もあり、その場合は必要最小限の寸法に形成される。
【0006】
このような場合、ワイヤボンディングなどの方法でパッド電極部に接続することは以下の理由で困難になる問題が発生する。
(1)従来の半導体素子と比較してマイクロ構造体は非常に脆く壊れやすいので、例えば超音波振動を加えてワイヤを効果的に圧着結線する方式のような従来の実装方法では歩留まりが低下する。
(2)仮にワイヤ掛けが可能な状況にあっても、構造体部分を跨いで電気的接続がなされることになり、実装後の外部擾乱によりワイヤと構造体部分が干渉してマイクロ構造体の動作を妨げ、信頼性を保つことができない。
(3)ワイヤ掛けにより、パッケージ上必要となるチップ上方のスペース(ワイヤループ高さをカバーするスペース)が多くなり、特に真空封止が必須となるレゾネータのパッケージではその小型化に限界が出てくる。
(4)素子の寸法を小さくするほど、パッド電極部(数十μm〜約100μm□)の占有面積が相対的に大きくなるため、チップシュリンクの妨げになる。
【0007】
本発明は、上記のような課題に鑑み、信頼性が高く、効率のよい実装が可能なマイクロ構造体およびその製造方法を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るマイクロ構造体は、基板上に設けられ、少なくとも1組の櫛歯状の固定電極と櫛歯状の可動電極の櫛歯同士を噛み合わせて平面的に振動させるマイクロ構造体において、前記固定電極と可動電極間に静電引力を発生するように駆動電圧を印加するためのパッド電極部を前記基板の両面に導通状態に設けたことを特徴とする。
【0009】
このように構成することにより、可動電極を駆動するための電圧を基板の裏面側に設けられた裏パッド電極部からとることができる。したがって、外部基板との実装が容易になり、信頼性が向上する。また、基板表面側にはワイヤ掛けのためのスペースを全く必要としないので、マイクロ構造体の小型化・薄型化が可能になるとともに、パッド電極部の配置・チップシュリンクに対する設計の自由度が格段に向上する。
なお、本発明のマイクロ構造体(MicroErectroMechanicalSystems:MEMS)は、平面的な振動を発生する構成であればよく、したがって、少なくとも1組の櫛歯状固定電極と櫛歯状可動電極を有する構成であればよい。
また、本発明において、基板は、例えば、シリコン基板、SOI(Silicon On Insulator)基板を用いるものである。
【0010】
本発明のマイクロ構造体は、表パッド電極部と裏パッド電極部との電気的接続が、前記基板に設けられた穴と、その穴の内面に絶縁膜を介して設けられた導電体とからなるものである。
穴は表パッド電極部の下方の基板部分に設けられる。表パッド電極部と裏パッド電極部とは穴内面の導電体により導通させる。この構成により、基板の裏面を有効に利用することができ、上記の効果を実現できる。
【0011】
また、前記導電体は、金属膜で形成されており、さらに、前記金属膜で形成される穴部分は金属または非金属の充填物で充填されている。
簡単には、金属膜で表パッド電極部と裏パッド電極部とを導通させる。また、金属膜の場合、穴部分が形成されるので、この穴部分を金属または非金属で充填することにより、金属製の充填物の場合は導通と強度向上を図ることができ、非金属(例えば、樹脂等)の場合は強度向上を図ることができる。
【0012】
また、本発明のマイクロ構造体においては、フレーム状の梁部の両側に前記可動電極を設け、該可動電極のそれぞれに前記固定電極を平面的に噛み合わせてなるものである。
本発明をマイクロレゾネータ(共振子)やマイクロフィルタ(例えば、SAW(Surface Acoustic Wave)フィルタ)等に適用する場合、2組の固定電極と可動電極を有する構成とされる。この場合、可動電極はフレーム状の梁部の両側に配置され、この2つの可動電極を含む梁部が共振部として構成される。したがって、梁部は共振部を構成するものであればよく、その形状は方形に限らず、円形や長円形、紡錘形等適宜の形状に構成することができる。また、パッド電極部は前述のように基板の両面に導通状態に設けられているので、実装が容易であり信頼性が高い。
【0013】
また、本発明をマイクロアクチュエータに適用する場合、本発明のマイクロ構造体は、前記可動電極を両端支持の梁に設け、該可動電極の櫛歯部と反対側にロッドを突設した構成とするものである。
このように構成することにより、平面的な振動を駆動源として、ロッドを作動させることができる。したがって、この場合もパッド電極部は基板の両面に導通状態に設けられているので、実装が容易で信頼性の高い様々なマイクロマシンを構成することが可能となる。
【0014】
本発明のマイクロ構造体の製造方法は、基板上に設けられ、少なくとも1組の櫛歯状の固定電極と櫛歯状の可動電極の櫛歯同士を噛み合わせて平面的に振動させるマイクロ構造体の製造方法において、
前記基板の表裏面に絶縁膜を介してポリシリコン膜によりパッド電極部を形成する工程と、
前記基板の裏面から表パッド電極部に達する穴を形成する工程と、
前記穴の内面に絶縁膜を介して前記表パッド電極部と裏パッド電極部に導通する金属膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする。
この方法により、基板の両面に、導通状態となるパッド電極部が設けられたマイクロ構造体を製造することができる。
また、前記金属膜により形成される穴部分を金属または非金属で充填する工程をさらに有するものとする。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1によるマイクロ構造体の平面図、図2は図1のA−A線における断面図、図3はこのマイクロ構造体の基板裏面図である。
このマイクロ構造体10は、トランスバーサル型のSAW(Surface Acoustic Wave:弾性表面波素子)フィルタと同様な働きをするフィルタとして構成されている。
シリコン基板50の表面に形成された酸化膜からなる絶縁膜51上において、送信側IDT(Interdigital Transducer)20と受信側IDT30を両側に配置し、両者の中間部に共振部40を配置している。送信側IDT20、受信側IDT30および共振部40は、シリコン基板50上に形成されたポリシリコン(p−SiO)膜を利用して形成される。
【0016】
送信側IDT20および受信側IDT30はいずれも、それぞれ櫛歯部を有する固定電極22、32と可動電極24、34とからなっている。送信側IDT20の固定電極22および受信側IDT30の固定電極32は、それぞれ複数の櫛歯からなる櫛歯部21、31を有し、リード部25、35を介して入力端子電極(パッド電極部)26、出力端子電極(パッド電極部)36に接続されている。なお、52はパッド電極部26、36に共通の接地電極(パッド電極部)である。
共振部40は、方形状のフレームからなる梁部42と、この梁部42の両側に櫛歯が外向きになるように一体的に形成され、固定電極22、32の櫛歯部21、31とそれぞれ噛み合うように設けられた櫛歯部23、33を有する可動電極24、34とから構成されている。
【0017】
固定電極の櫛歯部21、31と可動電極の櫛歯部23、33とは、それぞれ複数の櫛歯が所定の平面上の隙間(櫛歯ギャップ)でもってシリコン基板50の表面に平行に噛み合っている。
可動電極24、34が一体的に形成されたフレーム状の梁部42は、このフレームに結合された片持ち梁44を介して、支持部46がシリコン基板50上に固定される構造となっている。梁部42の外形形状は前述のとおり、特に方形状に限定されるものではない。また、可動電極24、34同士は連結ビーム43で連結されている。
【0018】
そして、図2に示すように、梁部42はシリコン基板50の絶縁膜(酸化膜)51上より基板面に平行に浮き上がった状態で支持されており、したがって、櫛歯状の固定電極22、32と可動電極24、34も同様に基板面に平行に浮き上がった状態で噛み合っている。櫛歯状電極の浮上高さすなわち、シリコン基板の絶縁膜31との電極ギャップは2〜3μm程度である。
【0019】
この実施形態ではさらに、図2、図3に示すように、パッド電極部26、36、52のそれぞれに電気的に接続された裏パッド電極部54、55、56をシリコン基板50の裏面に設けたものである。そして、各パッド電極部26、36、52と各裏パッド電極部54、55、56とを電気的に接続する方法は、詳しくは後述するがその一例として、シリコン基板50の裏面から各パッド電極部26、36、52に達する穴53をそれぞれ設け、さらに各々の穴53内面に絶縁膜57を介して電気的接続をなす導電体58を形成する。
このマイクロ構造体10の外部基板(図示せず)との電気的接続は、裏パッド電極部54、55、56に、直接接合またはワイヤボンディング、あるいはフラットケーブルなどを用いて接続する。コネクタを用いて接続することも可能である。
【0020】
このマイクロ構造体10の動作は、外部基板と接続された裏パッド電極部54、56を介して、櫛歯状固定電極22の入力端子電極であるパッド電極部26と接地電極のパッド電極部52間に交流電圧を印加することにより、櫛歯状の固定電極22と可動電極24の櫛歯相互間に静電引力を発生させ、これによって可動電極24を櫛歯の噛み合い方向(櫛歯の長さ方向、すなわち図1の左右方向)にバネ性を持つ梁部42を介して引き押しさせることで振動させる。この振動は可動電極24と一体化されたバネ性を持つ梁部34すなわち共振部40に伝達され、他方の同様に櫛歯状固定電極32と噛み合い状態にある櫛歯状可動電極34を平面的に振動させる。
入力側である一方の櫛歯状の固定電極22と可動電極間24で発生した振動が、共振部(梁部)40の固有振動数に達すると、共振部40は共振現象を生じ、この共振周波数は出力側である他方の櫛歯状固定電極32のパッド電極部36を介して裏パッド電極部55から取り出される。
共振周波数あるいは発振周波数は、可動電極24、34を含む共振部40の質量と梁部42のバネ定数で定まる変位に対する復元力(梁部42の弾性力)によって定まる。発振周波数は、例えば、16kHz、32kHz、72kHzなどが設計目標値としてあげられる。
【0021】
以上のように、本実施形態のマイクロ構造体10は、シリコン基板50表面側のパッド電極部26は裏面側に設けられた裏パッド電極部54と、同じくパッド電極部36は裏パッド電極部55と、パッド電極部52は裏パッド電極部55と、それぞれ穴53内面の絶縁膜57を介して設けられた導電体58により電気的に接続されているので、外部基板との接続が裏パッド電極部54、55、56を介して行えるためきわめて容易である。しかも、パッド電極部26、36、52と裏パッド電極部54、55、56との接続にはワイヤボンディングなどの実装方法を全く用いていないので、構造体部分(チップ)にダメージを与えることがなく、信頼性が向上し、また製造上の歩留まりが向上する。さらに、このマイクロ構造体10のパッケージの際に必要な上方のスペースを可能な限り少なくすることができるため、更なる小型化・薄型化が可能となる。
また、パッド電極部26、36、52および裏パッド電極部54、55、56の配置、素子のシュリンクに対する設計の自由度が向上する。
【0022】
実施の形態2.
図4は本発明の実施の形態2によるマイクロ構造体の平面図、図5はこのマイクロ構造体の裏パッド電極部を示す基板裏面図である。
本実施形態のマイクロ構造体12は、構造体部分の中央部近傍に一部のパッド電極部61、62を配置したものである。すなわち、このパッド電極部61、62は、梁部42の支持部46の近傍に配置されている。このパッド電極部61、62のそれぞれには、図2と同様な構成で裏パッド電極部63、64が電気的に接続されている。その他のパッド電極部26、36にも同様に裏パッド電極部54、55が電気的に接続されている。その他の構成は前記の実施形態と同様である。なお、パッド電極部61、62は支持部46と一体に形成してもよい。
【0023】
この実施形態のように、マイクロ構造体12の占有面積を低減するために、パッド電極部の一部を構造体部分の中央部等に配置した場合、図2と同様な構成でパッド電極部61、62のそれぞれに電気的接続がなされた裏パッド電極部63、64をシリコン基板50の裏面に設けることにより、外部基板(図示せず)との接続がきわめて容易になる。したがって、マイクロ構造体12の信頼性、製造上の歩留まり、設計の自由度が向上し、かつ更なる小型化・薄型化が可能となる。
【0024】
実施の形態3.
図6は本発明の実施の形態3によるマイクロ構造体の平面図で、マイクロアクチュエータとして構成した例を示すものである。
このマイクロ構造体14は、1組の櫛歯状電極22、24を備えた構成となっている。すなわち、櫛歯状の固定電極22と可動電極24は、前述のように、シリコン基板50上より浮き上がった状態で櫛歯部21、23同士が平面的に噛み合っている。ここでは、櫛歯状可動電極24は、両端支持(支持部49)の梁47の中央部に一体的に形成されており、さらにロッド48が櫛歯部23と反対側に突設されている。
また、パッド電極部26、28のそれぞれには、図2と同様な構成で、電気的に接続する裏パッド電極部71、72がシリコン基板50の裏面に設けられている。
【0025】
このマイクロ構造体14の動作は基本的に前述したとおりであり、櫛歯状の固定電極22に駆動電圧を印加することにより固定電極22と可動電極24間に静電引力を発生させ、この静電引力によって両持ち式の梁47に取り付けられた可動電極24を振動させる。可動電極24にはロッド48が取り付けられているので、ロッド48を往復運動させることができる。
したがって、このロッド48に直接、または適当なリンク等を介して機能素子あるいは受動素子を連結すれば、例えば反射ミラーやレバーを動かすようなマイクロマシンをつくることができる。
また、可動電極24の櫛歯の位置、すなわちロッド48の変位は、駆動電圧の2乗に比例するので、センサやスイッチ等の機能を持たせることも可能となる。
【0026】
実施の形態4.
次に、前述したマイクロ構造体10、12、14の製造方法、ここでは主に図2に示したパッド電極部26と裏パッド電極部54との電気的接続の形成方法について、図7乃至図9を参照しながら説明する。なお、櫛歯状電極22、24等構造体部分の製造方法については前記の特許文献1、2に記載されているとおりである。
【0027】
まず、厚さ約500μm程度の両面研磨されたシリコン基板80の表裏面に、減圧気相成長(減圧CVD)法により、厚さ0.5μmの酸化膜(SiO2)81、およびその上に厚さ0.2μmの窒化膜(SiN4)82をこの順に形成し、さらに窒化膜82上にパッド電極部26および裏パッド電極部54のための厚さ0.2μmのポリシリコン(p−SiO)膜83を形成する(図7(a))。なお、シリコン基板80の代わりに、SOI基板を用いてもよい。
【0028】
次に、上記裏面側の窒化膜82およびポリシリコン膜83上に、パッド電極部26に通じる穴を形成するためのフォトレジスト84をパターニングし(図7(b))、フレオンガス(CF4)のドライエッチングにより穴53をパッド電極部26の裏面に達するまで開ける(図7(c))。
【0029】
ついで、そのレジスト84を除去後、穴53を含むシリコン基板裏面にプラズマCVD法により、厚さ0.2μmの酸化膜(SiO2)すなわち絶縁膜85を形成する(図8(d))。
さらに、その絶縁膜85の窓開けを行う(図8(e))。すなわち、絶縁膜85の穴底面(図8では上面)および裏パッド電極部54に対応する部分に、レジストパターニングおよびドライエッチングにより窓部86、87を開ける。
【0030】
そして、これらの窓部86、87を覆うように穴53およびその周辺部に蒸着またはスパッタリングにより金または銅の金属膜88を厚さ0.03〜0.1μm程度施す(図8(f))。最後に、穴53およびその周辺部のみの金属膜88を残すようにレジストパターニングおよびドライエッチングを施す(図9(g))。
【0031】
以上のような方法により、図2に示したように、シリコン基板50の表面側のパッド電極部26に、穴53内面の絶縁膜(SiO2)85を介して導電体の金属膜88で電気的接続をなす裏パッド電極部54をシリコン基板50の裏面に形成することができる。
【0032】
さらに、図9(i)に示すように、金属膜88で形成される穴53の部分を銅等の導電性金属の充填物90で埋めることもできる。この場合には、図9(g)のように金、銅、クロム、またはシリコンにより金属膜88を形成し、その上に図9(h)のようにレジスト89をパターニングして、例えばメッキまたはインクジェットにより穴53部分に導電性金属の充填物90を充填する。
この方法によれば、穴53部分が導電性金属の充填物90で充填されているので、強度と導通の双方を満たすメリットがある。
また、上記導電性金属の代わりに、樹脂等の絶縁物(非金属)をインクジェット等を用いて充填することもでき、この場合は穴部分の強度を向上させることができる。
【0033】
本発明のマイクロ構造体は、櫛歯状の固定電極と可動電極の平面的な振動を発生させるものであれば、その用途に限定されるものではない。例えば、時計、携帯電話機、パソコン、情報端末機器(PDA)、家電製品、音響機器、その他の電子機器等、多方面に利用することができる。
また、IC等の半導体素子と一体的に結合することによりモノリシック化された電子マイクロデバイス(RF回路、局部発振回路、フィルタ回路等)としても本発明のマイクロ構造体を利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1によるマイクロ構造体の平面図。
【図2】図1のA−A線断面図。
【図3】図1の裏面図。
【図4】本発明の実施の形態2によるマイクロ構造体の平面図。
【図5】図4の裏面図。
【図6】本発明の実施の形態3によるマイクロ構造体の平面図。
【図7】本発明のマイクロ構造体の製造方法を示す工程図。
【図8】図7に続く工程図。
【図9】図8に続く工程図。
【符号の説明】
10、12、14 マイクロ構造体、20 送信側IDT、21 櫛歯部、22 櫛歯状固定電極、23 櫛歯部、24 櫛歯状可動電極、25 リード部、26 パッド電極部、28 パッド電極部、30 受信側IDT、31 櫛歯部、32 櫛歯状固定電極、33 櫛歯部、34 櫛歯状可動電極、35 リード部、36 パッド電極部、40 共振部、42 梁部、43 連結ビーム、44片持ち梁、46 支持部、47 梁、48 ロッド、49 支持部、50 シリコン基板、51 絶縁膜、52 パッド電極部、53 穴、54、55、56裏パッド電極部、57 導電体、60 蓋基板、61、62 パッド電極部、63、64 裏パッド電極、71、72 裏パッド電極部、80 シリコン基板、81 酸化膜、82 窒化膜、83 ポリシリコン膜、84 フォトレジスト、85 絶縁膜、86、87 窓部、88 金属膜、89 レジスト、90 充填物[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a microstructure formed on a substrate such as a silicon wafer and vibrating in a direction parallel to the substrate surface and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a method of forming a pad electrode portion for applying a driving voltage.
[0002]
[Prior art]
Such a microstructure that vibrates in a planar manner is used as a microresonator (resonator), a microfilter, or the like in a watch, a mobile phone, or the like. As disclosed in
[0003]
[Patent Document 1]
U.S. Pat. No. 5,025,346 (
[Patent Document 2]
US Pat. No. 5,537,083 (
[0004]
Such a microstructure is formed by applying an AC voltage between an input terminal electrode (pad electrode section) of one of the comb-shaped fixed electrodes and a ground electrode (pad electrode section). An electrostatic attractive force is generated between the fixed electrode and the movable electrode, and the comb-like movable electrode is planarly pushed in the direction in which the comb teeth mesh (the length direction of the comb teeth) by the electrostatic attractive force. Vibrate. This vibration is transmitted to a beam portion having a spring property integrated with the movable electrode, that is, a resonance portion, and vibrates the other comb-shaped movable electrode, which is also in a meshing state, two-dimensionally.
The vibration generated between one of the comb-shaped fixed electrodes on the input side and the movable electrode is transmitted to the resonance section (beam section) including the movable electrodes on both sides, and the resonance section causes a resonance phenomenon. Is taken out from the pad electrode portion of the other comb-shaped fixed electrode on the output side.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional microstructure, even when a silicon substrate or an SOI substrate is used, it is necessary to form an electrode extraction portion (pad electrode portion) of a certain size on the surface side of the substrate. In this method, a polysilicon film on a silicon substrate or a part of an active layer on an SOI substrate is formed as an electrode extraction portion (pad electrode portion), and a metal having lower electric resistance than silicon is formed on the pad electrode portion. Electrical connection is made externally by mounting technology such as wire bonding. When a microstructure is formed using, for example, an SOI substrate, a pad electrode portion may be formed at the center of the structure portion (chip) in order to reduce the occupied area of the structure portion. In some cases, the pad electrode portion also serves as a support portion for the structure portion. In this case, the pad electrode portion is formed to have a minimum required size.
[0006]
In such a case, there is a problem that it is difficult to connect to the pad electrode portion by a method such as wire bonding for the following reasons.
(1) Since the microstructure is very fragile and fragile as compared with a conventional semiconductor element, the yield is reduced in a conventional mounting method such as a method in which ultrasonic vibration is applied and a wire is effectively crimped and connected. .
(2) Even if the wire can be hooked, the electrical connection is made across the structure part, and the wire and the structure part interfere with each other due to external disturbance after mounting, and the Operation is hindered and reliability cannot be maintained.
(3) Wire hanging increases the space above the chip (space covering the height of the wire loop) required on the package, and in particular, the size of the resonator package, which requires vacuum sealing, is limited. come.
(4) As the dimensions of the element are reduced, the area occupied by the pad electrode portion (several tens of μm to about 100 μm square) becomes relatively large, which hinders chip shrinkage.
[0007]
The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a microstructure having high reliability and capable of being efficiently mounted, and a method for manufacturing the same.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The microstructure provided according to the present invention is provided on a substrate, and at least one set of comb-shaped fixed electrodes and comb-shaped movable electrodes mesh with each other and vibrate in a planar manner. A pad electrode portion for applying a drive voltage to generate an electrostatic attraction between the fixed electrode and the movable electrode is provided on both sides of the substrate in a conductive state.
[0009]
With this configuration, the voltage for driving the movable electrode can be obtained from the back pad electrode portion provided on the back surface side of the substrate. Therefore, mounting on an external substrate is facilitated, and reliability is improved. In addition, since no space is required on the front side of the board for hooking wires, the microstructure can be made smaller and thinner, and the degree of freedom in the arrangement of pad electrodes and chip shrink is greatly improved. To improve.
Note that the microstructure (MicroElectroMechanical Systems: MEMS) of the present invention may have a configuration in which planar vibration is generated, and therefore, may have a configuration including at least one set of comb-like fixed electrodes and comb-like movable electrodes. Just fine.
Further, in the present invention, for example, a silicon substrate and an SOI (Silicon On Insulator) substrate are used as the substrate.
[0010]
In the microstructure of the present invention, the electrical connection between the front pad electrode portion and the back pad electrode portion is formed by a hole provided in the substrate and a conductor provided on the inner surface of the hole via an insulating film. It becomes.
The hole is provided in the substrate portion below the front pad electrode portion. The front pad electrode portion and the back pad electrode portion are electrically connected by a conductor on the inner surface of the hole. With this configuration, the back surface of the substrate can be effectively used, and the above effects can be realized.
[0011]
Further, the conductor is formed of a metal film, and a hole portion formed of the metal film is filled with a metal or nonmetal filler.
In brief, the front pad electrode portion and the back pad electrode portion are electrically connected by a metal film. In the case of a metal film, a hole is formed. By filling this hole with a metal or a non-metal, conduction and strength can be improved in the case of a metal-filled material. In the case of, for example, resin, the strength can be improved.
[0012]
Further, in the microstructure of the present invention, the movable electrodes are provided on both sides of a frame-shaped beam portion, and the fixed electrodes are engaged with each of the movable electrodes in a planar manner.
When the present invention is applied to a micro-resonator (resonator), a micro-filter (for example, SAW (Surface Acoustic Wave) filter) or the like, it is configured to have two sets of fixed electrodes and movable electrodes. In this case, the movable electrodes are arranged on both sides of the frame-shaped beam portion, and the beam portion including the two movable electrodes is configured as a resonance portion. Therefore, the beam portion only needs to constitute the resonance portion, and the shape thereof is not limited to a square, but may be a suitable shape such as a circle, an oval, and a spindle shape. Further, since the pad electrode portions are provided on both sides of the substrate in a conductive state as described above, mounting is easy and reliability is high.
[0013]
When the present invention is applied to a microactuator, the microstructure of the present invention has a configuration in which the movable electrode is provided on a beam supported at both ends, and a rod protrudes from the movable electrode on the side opposite to the comb teeth. Things.
With this configuration, the rod can be operated using planar vibration as a driving source. Therefore, also in this case, since the pad electrode portions are provided in a conductive state on both surfaces of the substrate, various micromachines that are easy to mount and have high reliability can be configured.
[0014]
The method for manufacturing a microstructure according to the present invention includes a microstructure provided on a substrate, wherein at least one pair of comb-shaped fixed electrodes and comb-shaped movable electrodes are engaged with each other to vibrate in a plane. In the manufacturing method of
Forming a pad electrode portion with a polysilicon film via an insulating film on the front and back surfaces of the substrate;
Forming a hole reaching the front pad electrode portion from the back surface of the substrate;
Forming a metal film conducting to the front pad electrode portion and the back pad electrode portion via an insulating film on the inner surface of the hole;
It is characterized by having.
According to this method, it is possible to manufacture a microstructure in which pad electrode portions that become conductive are provided on both surfaces of the substrate.
The method may further include a step of filling a hole formed by the metal film with a metal or a nonmetal.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a plan view of a microstructure according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1, and FIG. 3 is a rear view of the substrate of the microstructure.
The
On an insulating
[0016]
Each of the transmission-
The resonating
[0017]
The
The frame-shaped
[0018]
As shown in FIG. 2, the
[0019]
In this embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, back
The
[0020]
The operation of the
When the vibration generated between the one comb-shaped fixed
The resonance frequency or the oscillation frequency is determined by the restoring force (elastic force of the beam portion 42) for the displacement determined by the mass of the
[0021]
As described above, in the
In addition, the degree of freedom in the arrangement of the
[0022]
FIG. 4 is a plan view of a microstructure according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a rear view of a substrate showing a back pad electrode portion of the microstructure.
The microstructure 12 of the present embodiment has a configuration in which some
[0023]
As in this embodiment, when a part of the pad electrode portion is arranged at the center of the structure portion or the like in order to reduce the area occupied by the microstructure 12, the pad electrode portion 61 has the same configuration as that of FIG. , 62 provided on the back surface of the
[0024]
FIG. 6 is a plan view of a microstructure according to
The
Each of the
[0025]
The operation of the
Therefore, if a functional element or a passive element is connected to the
Further, since the position of the comb teeth of the
[0026]
Next, a method of manufacturing the above-described
[0027]
First, an oxide film (SiO 2 ) 81 having a thickness of 0.5 μm is formed on the front and back surfaces of a
[0028]
Next, a
[0029]
Then, after removing the resist 84, an oxide film (SiO 2 ), that is, an insulating
Further, a window is opened in the insulating film 85 (FIG. 8E). That is,
[0030]
Then, a gold or
[0031]
According to the above-described method, as shown in FIG. 2, the
[0032]
Further, as shown in FIG. 9I, a portion of the
According to this method, since the
In place of the conductive metal, an insulator (non-metal) such as a resin can be filled by using an ink jet or the like. In this case, the strength of the hole can be improved.
[0033]
The microstructure of the present invention is not limited to its use as long as it generates planar vibration of the comb-shaped fixed electrode and movable electrode. For example, it can be used in various fields such as watches, mobile phones, personal computers, information terminal devices (PDAs), home appliances, audio devices, and other electronic devices.
Further, the microstructure of the present invention can also be used as an electronic microdevice (RF circuit, local oscillation circuit, filter circuit, and the like) monolithically integrated by being integrated with a semiconductor element such as an IC.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a microstructure according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG.
FIG. 3 is a rear view of FIG. 1;
FIG. 4 is a plan view of a microstructure according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a rear view of FIG. 4;
FIG. 6 is a plan view of a microstructure according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a process chart showing a method for manufacturing a microstructure of the present invention.
FIG. 8 is a process drawing following FIG. 7;
FIG. 9 is a process drawing following FIG. 8;
[Explanation of symbols]
10, 12, 14 microstructure, 20 transmitting side IDT, 21 comb-shaped portion, 22 comb-shaped fixed electrode, 23 comb-shaped portion, 24 comb-shaped movable electrode, 25 lead portion, 26 pad electrode portion, 28 pad electrode Unit, 30 receiving-side IDT, 31 comb-shaped portion, 32 comb-shaped fixed electrode, 33 comb-shaped portion, 34 comb-shaped movable electrode, 35 lead portion, 36 pad electrode portion, 40 resonance portion, 42 beam portion, 43 connection Beam, 44 cantilever, 46 support, 47 beam, 48 rod, 49 support, 50 silicon substrate, 51 insulating film, 52 pad electrode, 53 hole, 54, 55, 56 back pad electrode, 57 conductor , 60 lid substrate, 61, 62 pad electrode portion, 63, 64 back pad electrode, 71, 72 back pad electrode portion, 80 silicon substrate, 81 oxide film, 82 nitride film, 83 polysilicon film, 84 photoresist, 85 insulating film, 86, 87 window, 88 metal film, 89 resist, 90 filling
Claims (8)
前記固定電極と可動電極間に静電引力を発生するように駆動電圧を印加するためのパッド電極部を前記基板の両面に導通状態に設けたことを特徴とするマイクロ構造体。A microstructure provided on a substrate and vibrating two-dimensionally by engaging at least one set of comb-shaped fixed electrodes and comb-shaped movable electrodes with each other.
A microstructure, wherein pad electrode portions for applying a drive voltage so as to generate an electrostatic attraction between the fixed electrode and the movable electrode are provided on both sides of the substrate in a conductive state.
前記基板の表裏面に絶縁膜を介してポリシリコン膜によりパッド電極部を形成する工程と、
前記基板の裏面から表パッド電極部に達する穴を形成する工程と、
前記穴の内面に絶縁膜を介して前記表パッド電極部と裏パッド電極部に導通する金属膜を形成する工程と、
を有することを特徴とするマイクロ構造体の製造方法。A method for manufacturing a microstructure provided on a substrate, in which at least one set of comb-shaped fixed electrodes and comb-shaped movable electrodes are meshed with each other to vibrate in a plane,
Forming a pad electrode portion with a polysilicon film via an insulating film on the front and back surfaces of the substrate;
Forming a hole reaching the front pad electrode portion from the back surface of the substrate;
Forming a metal film conducting to the front pad electrode portion and the back pad electrode portion via an insulating film on the inner surface of the hole;
A method for producing a microstructure, comprising:
Priority Applications (1)
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN111051236A (en) * | 2017-08-09 | 2020-04-21 | 国立大学法人静冈大学 | Method for manufacturing MEMS vibration element and MEMS vibration element |
US20230138452A1 (en) * | 2021-10-29 | 2023-05-04 | Seiko Epson Corporation | Physical Quantity Sensor and Inertial Measurement Unit |
-
2003
- 2003-03-18 JP JP2003073546A patent/JP2004276201A/en active Pending
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