JP2005207959A - Thin-film hollow structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、薄膜中空構造体、特に半導体製造技術を用いて製造され、圧力センサあるいは温度センサに利用し得る薄膜中空構造体に関する。 The present invention relates to a thin-film hollow structure, and more particularly to a thin-film hollow structure that is manufactured using a semiconductor manufacturing technique and can be used for a pressure sensor or a temperature sensor.
従来の薄膜中空構造体を適用したデバイスとしては、例えば、特許文献１の図１に示されるような圧力センサがある。この特許文献１の圧力センサは、低濃度に不純物が拡散されたシリコンを選択的に除去可能な材料をスペーサ領域に形成し、その上に絶縁膜を成膜した後、この除去可能材料を除去してその上に堆積した絶縁膜により中空構造を実現している。
As a device to which a conventional thin film hollow structure is applied, for example, there is a pressure sensor as shown in FIG. In the pressure sensor of
このような薄膜中空構造は、低濃度不純物拡散されたシリコン上に形成された絶縁物に開けられたエッチング液導入口より浸入する強アルカリ液により低濃度不純物拡散シリコンが除去され後、乾燥工程を経て作製される。
しかしながら、従来の薄膜中空構造は、この中空を形成する絶縁膜が極めて薄いことから乾燥工程において吸着しやすいという問題点があった。
乾燥工程で絶縁膜が吸着しないようにする方策として、吸着原因である液体を排除して乾燥させることが考えられる。しかしながら、この方法では、乾燥工程のために、特別な二酸化炭素を用いた臨界乾燥装置またはシクロヘキサンを用いたフリーズドライといった特殊な装置により乾燥させる必要があるが、この工程は非常にスループットが悪く（例えば、ある臨界乾燥では１枚のウェハーの処理に２時間もかかる。）製造コストの上昇を招くという問題があった。
However, the conventional thin-film hollow structure has a problem that it is easily adsorbed in the drying process because the insulating film forming the hollow is extremely thin.
As a measure for preventing the insulating film from being adsorbed in the drying process, it is conceivable to remove the liquid that is the cause of adsorption and dry it. However, in this method, for the drying process, it is necessary to dry by a special apparatus such as a critical drying apparatus using special carbon dioxide or freeze drying using cyclohexane, but this process has a very low throughput ( For example, in a certain critical drying, it takes 2 hours to process one wafer.) There is a problem that the manufacturing cost is increased.
また、液体の表面張力に打ち勝って変形し難いように中空を形成する絶縁膜の剛性を上げることも考えられるが、この方法では、例えば低圧圧力センサにこの構造体を適用した場合、絶縁膜の変形が余りにも小さくピエゾ抵抗効果での検出が困難となるという問題を生じる。 In addition, it is conceivable to increase the rigidity of the insulating film that forms the hollow so that it does not easily deform by overcoming the surface tension of the liquid, but in this method, for example, when this structure is applied to a low-pressure sensor, the insulating film There is a problem that the deformation is too small and detection by the piezoresistive effect becomes difficult.
さらに、たとえ液体の表面張力によりメンブレンが撓んだとしても接触しないように充分間隔をあけることが考えられるが、この方法では、例えば、静電容量型低圧圧力センサに適用した場合、ギャップ間が広すぎて基準容量もその変化量も小さくなり過ぎて検出が困難となる。 Furthermore, even if the membrane is bent due to the surface tension of the liquid, it is conceivable that the gap is sufficiently long so that it does not come into contact. It is too wide and the reference capacity and the amount of change are too small, making detection difficult.
そこで、本発明は、上述した製造時に中空形成薄膜と基板の吸着のない薄膜中空構造体を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a thin film hollow structure in which the hollow-formed thin film and the substrate are not adsorbed during the above-described production.
以上の目的を達成するために、本発明に係る薄膜中空構造体は、基板とその基板の一方の主面上に形成された中空形成薄膜とを備え、上記基板と上記中空形成薄膜との間に空洞が形成された薄膜中空構造体において、上記空洞を構成する上記中空形成薄膜はドーム形状であることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a thin-film hollow structure according to the present invention includes a substrate and a hollow-formed thin film formed on one main surface of the substrate, and includes a gap between the substrate and the hollow-formed thin film. In the thin film hollow structure in which the cavity is formed, the hollow forming thin film constituting the cavity has a dome shape.
以上のように構成された本発明に係る薄膜中空構造体は、製造時、特に乾燥工程において、中空形成薄膜と基板との吸着を防止でき、歩留まりよく製造でき、信頼性の高い薄膜中空構造体を提供できる。 The thin-film hollow structure according to the present invention configured as described above can prevent adsorption of the hollow-formed thin film and the substrate at the time of manufacture, particularly in the drying process, can be manufactured with high yield, and has high reliability. Can provide.
以下、図面を参照しながら、本発明に係る実施の形態について説明する。
実施の形態１．
図１Ａは、本発明に係る実施の形態１の薄膜中空構造体を示す平面図であり、図１Ｂは、図１ＡのＡ−Ａ’線についての断面図である。
本実施の形態１の薄膜中空構造体は、基板１と、その基板の一方の主面上に形成された中空形成薄膜４と、封止膜５によって構成され、基板１と中空形成薄膜４との間に空洞３ａが形成されている。封止膜５は、製造過程において有機犠牲層を除去するために中空形成薄膜４に形成されたエッチング液導入用開口部４ａを塞ぎかつ薄膜中空構造体の全体を保護している。
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
1A is a plan view showing the thin-film hollow structure according to
The thin film hollow structure according to the first embodiment includes a
この図１Ｂに示した本実施の形態１の薄膜中空構造体は、空洞３ａを構成する中空形成薄膜４がドーム形状に形成されていることを特徴としており、ドーム形状の中空形成薄膜４により製造過程の乾燥工程において大きな吸着力が生じた場合でもその吸着力に対して中空形成薄膜４全体に生じる抗力により吸着を防止できる。このように、ドーム形状の中空形成薄膜４では、中空形成薄膜４の一部に集中して力がかかることがないので、中空形成薄膜４に過度の剛性を持たせることなく製造過程の乾燥工程における中空形成薄膜４の吸着を防止することが可能になる。
The thin-film hollow structure according to
ここで、本発明において、中空形成薄膜４は、中空形成薄膜４の膜応力状態を全体として圧縮状態とすることによりドーム形状を維持できるし、中空形成薄膜４の膜応力を空洞から離れた位置ほど圧縮応力が高くなるように応力傾斜を持たせることにより維持できる。
Here, in the present invention, the hollow formed
また、中空形成薄膜を犠牲層を覆うように形成し、その後で犠牲層を除去して中空構造を形成する方法において、従来のように、中空形成薄膜が犠牲層のエッジ部分で急激（例えば、４５度〜９０度程度）に折れ曲がった構造にすると、このエッジ部分に成膜された中空形成薄膜には多くの欠陥やクラックを生じ易くなり、最悪の場合には中空形成薄膜が剥離することになる。 Further, in the method of forming the hollow forming thin film so as to cover the sacrificial layer and then removing the sacrificial layer to form the hollow structure, the hollow forming thin film is abruptly formed at the edge portion of the sacrificial layer (e.g., If the structure is bent to about 45 to 90 degrees, the hollow formed thin film formed on the edge portion is likely to have many defects and cracks. In the worst case, the hollow formed thin film is peeled off. Become.
しかしながら、本実施の形態１のように、空洞３ａを形成している中空形成薄膜４をドーム形状にすると、中空形成薄膜４において、立ち上がり部分の傾斜角を緩やかにできるとともに、急激に折れ曲がった部分も無くすことができ、膜の欠陥を少なくできかつ欠陥分布の不均一を生じることもない。すなわち、本実施の形態１では、後述するように、有機犠牲層のパターンエッジ部をその上に成膜されるメンブレン材料の膜に欠陥を生じさせないよう充分緩やかな傾斜としている。
However, as in the first embodiment, when the hollow forming
このように、本実施の形態１のドーム形状の中空形成薄膜４は、膜の強度を均一にできるので、中空形成薄膜４全体に生じる抗力により吸着を防止できるというドーム形状にすることによる効果をより効果的に発揮させることが可能になる。
As described above, the dome-shaped hollow-formed
また、本発明において、中空形成薄膜４は、中空形成薄膜４の膜応力状態を全体として圧縮状態とするか、あるいは中空形成薄膜４の膜応力を空洞から離れた位置ほど圧縮応力が高くなるように応力傾斜を持たせることにより維持できるが、本発明では、中空形成薄膜４自体が圧縮膜応力状態となるように制御することが好ましい。このように中空形成薄膜４自体が圧縮膜応力状態となるようにすると、犠牲層を除去した後に、中空形成薄膜４における上に凸の状態をより安定して保つことができ、犠牲層除去後の乾燥工程において、より吸着し難くすることができる。また、中空形成薄膜４自体が圧縮膜応力状態となるように制御すると、限界点での中空形成薄膜４の膜厚に対する大きさの比率（大きさ/膜厚）を大きくでき、あるいはギャップ長をより狭くすることも可能になる。かかる点を考慮すると、本発明では、中空形成薄膜４自体が圧縮膜応力状態となるように制御することが好ましい。
Further, in the present invention, the hollow-formed
しかしながら、本発明では、基板１から離れた上部ほど、圧縮状態が強くなるようにすれば、中空形成薄膜４全体として引張状態（膜全体における膜応力の平均値が引張状態）であっても、中空形成薄膜４のドーム形状を維持することが可能であり、薄膜中空構造体が適用される素子によっては引張状態であってもよい。
すなわち、圧力センサのような外力を受けて中空形成薄膜の変形のピエゾ抵抗効果やその変形による静電容量の変化を連続的に検出する用途の場合、中空形成薄膜自体が圧縮膜応力状態となるように膜を制御する必要があるが、作製後、外圧力の大きな変動がない環境下で使用する静電容量型温度センサなどの場合には、中空形成薄膜を構成する膜の膜応力の状態が圧縮でも引張でもよい。
However, in the present invention, if the compression state becomes stronger toward the upper part away from the
That is, in the case of an application that continuously detects the piezoresistive effect of deformation of the hollow-formed thin film and the capacitance change due to the deformation by receiving an external force such as a pressure sensor, the hollow-formed thin film itself is in a compressed film stress state. In the case of a capacitive temperature sensor that is used in an environment where there is no significant fluctuation in external pressure after fabrication, the state of the membrane stress of the membrane that forms the hollow thin film May be compression or tension.
以下、本実施の形態１のプロセスフローを示す図面（図２Ａ〜図２Ｅの断面図）を参照しながら、実施の形態１の薄膜中空構造体の製造方法について説明する。
（Ａ）本製造方法では、まず、例えば、少なくとも一方の面に熱酸化膜（図示していない）が形成された厚さ０．５ｍｍのシリコン等からなる基板１の上に第一の犠牲層２を形成する。
この第一の犠牲層２は、選択的に犠牲層を除去するエッチング工程の際のエッチング液導入経路を確保するためのチャネルとなるものであり、この第一犠牲層２として必要な要件は、犠牲層をエッチングする際に、第１犠牲層２が選択的（中空形成薄膜４及び基板等を除去することなく）にエッチング除去できるものであればよい。
本実施の形態１では、厚さが３００ｎｍのアルミ膜を用いた。
Hereinafter, the manufacturing method of the thin-film hollow structure of
(A) In this manufacturing method, first, for example, a first sacrificial layer is formed on a
The first
In the first embodiment, an aluminum film having a thickness of 300 nm is used.
（Ｂ）次に、第二犠牲層３となる有機膜を形成し、空洞を形成する部分にその有機膜が残るようにパターニングする。そして、パターンニングした有機膜を、ドーム形状となるようにかつそのエッジの傾斜が充分緩やかとなるようにリフロー処理（熱処理）を施すことにより、ドーム形状の第二犠牲層３を形成する（図２Ｂ）。
尚、本工程において、熱処理を経た後に第二犠牲層３が所望のドーム形状となるように、熱変形特性を考慮して有機膜の材料が選定され、有機膜の膜厚が設定される。
また、リフロー処理は、後の工程における温度以上（後工程における最高温度以上）の温度で熱処理することが好ましく、これにより、後工程において膜に欠陥（ボイド、膜剥離等）が発生するのを防止できる。
また、この熱処理により、中空形成薄膜４を形成する際に、ガス放出（アウトガス）及び過大な熱膨張を防止することができる。
(B) Next, an organic film to be the second
In this step, the material of the organic film is selected in consideration of the thermal deformation characteristics and the film thickness of the organic film is set so that the second
In addition, the reflow treatment is preferably heat-treated at a temperature equal to or higher than the temperature in the subsequent process (greater than or equal to the maximum temperature in the subsequent process), thereby causing defects (voids, film peeling, etc.) in the film in the subsequent process. Can be prevented.
Further, this heat treatment can prevent outgassing (outgassing) and excessive thermal expansion when forming the hollow-formed
第二犠牲層として適用可能な材料は、第一犠牲層と同様に、中空形成薄膜４及び基板等を除去することなく選択的にエッチング除去できること、及び第二犠牲層３を形成する、又はした際に第一犠牲層２を変形させないものであることが求められる。本実施の形態１では、第二犠牲層としてアニソールを溶剤とするシリコンラダー構造の高分子膜を用いた。また、熱処理温度はその後の成膜温度を考慮して２５０℃とした。
The material applicable as the second sacrificial layer can be selectively removed by etching without removing the hollow forming
（Ｃ）次に、中空形成薄膜４となる多層薄膜（図では簡略化して単層で示している。）を成膜し、第一及び第二犠牲層２，３を除去するためのエッチング液導入穴４ａをドライエッチングにより形成する。
(C) Next, an etching solution for forming a multilayer thin film (in the drawing, shown as a single layer for simplification) to be the hollow forming
本発明では、この中空形成薄膜４は、所定の膜応力、好ましくは圧縮の膜応力となるようにすれば単層であってもよいし、複層（多層膜）であってもよい。また、中空形成薄膜４をｎ層からなる多層膜として圧縮の膜応力とする場合、例えば、その多層薄膜において、基板から離れた膜ほど強く圧縮されるような状態に調整することが好ましく、中空形成薄膜全体として圧縮の膜応力となるようにすることが好ましい。すなわち、それぞれの膜の膜応力をσi(添字ｉ＝1,2からｎ、ｎは正整数、基板に近い方が小さい値をとる)とした時、σi＞σi+1となるように膜応力を制御する。ここでは、膜応力が圧縮状態にある場合を負符号で表記しており、数字の小さい方が強い圧縮状態であることを意味する。なお、基板に最も近い最初の膜の膜応力は基板に対して圧縮状態であることが望ましい。
In the present invention, the hollow forming
例えば、Ｐ−ＣＶＤ装置で成膜できるＴＥＯＳを用いて中空形成薄膜４となる多層薄膜（ＴＥＯＳ−ＳｉＯｘ多層膜）を形成する場合、ＴＥＯＳ：２０ｓｃｃｍ、Ｏ2：２３４ｓｃｃｍ、ガス圧：０．１ｋＰａ、成膜温度２００℃の条件で、成膜パワーを変えることで、膜応力を引張状態から圧縮状態まで調整することができる。
本実施の形態１では、膜厚を三等分して（例えば、それぞれ２００ｎｍ）、パワーを２５０Ｗ，２７５Ｗ，３００Ｗに調整することにより、基板側から上側に、圧縮状態が−１００ＭＰａ、−１５０ＭＰａ、−２００ＭＰａと変化する多層膜を形成した。
For example, when forming a multilayer thin film (TEOS-SiOx multilayer film) to be the hollow
In the first embodiment, the film thickness is divided into three equal parts (for example, 200 nm, respectively), and the power is adjusted to 250 W, 275 W, and 300 W, so that the compression state is −100 MPa, −150 MPa, A multilayer film varying from −200 MPa was formed.
（Ｄ）次に、中空形成薄膜４に形成されたエッチング液導入穴４ａを用いて、酸エッチング液でアルミからなる第一犠牲層２を除去し、さらに、アニソールにより第二犠牲層３を除去して、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）で置換した後、乾燥させる（図２Ｄ）。
従来の構成では、この乾燥工程で吸着等のトラブルが生じるが、本実施の形態１では、中空形成薄膜４がドーム形状に形成されているので、かかるトラブルは発生しない。
(D) Next, the first
In the conventional configuration, troubles such as adsorption occur in the drying process, but in the first embodiment, since the hollow forming
（Ｅ）最後に、エッチング液導入穴４ａが埋まるように全体を覆う封止膜５を成膜して封止する。この工程において、例えば、スパッタで封止すれば、空洞３ａ内の圧力は、成膜時の雰囲気圧である０．３Ｐａ程度の真空度となり、Ｐ−ＣＶＤで封止した場合には、０．１ｋＰａ程度の真空度になる。この封止膜は、例えば、膜厚８００ｎｍ程度で圧縮応力が−２００ＭＰａとなるように成膜されたＰ−ＣＶＤによるＴＥＯＳ膜を用いることができる。本実施の形態１の中空形成薄膜４は、一辺が８０μｍの矩形とした。
(E) Finally, a sealing
以上のように、本実施の形態１では、基板１上にある空洞３ａを形成するための中空形成薄膜４を、基板１とは反対側が凸となるようなドーム型に形成し、それにより乾燥工程における基板との吸着を防止した。
As described above, in the first embodiment, the hollow forming
また、本実施の形態１に示したような本発明の構成によれば、例えば、空洞３ａを基準真空室として使用する場合や、圧力センサのように外力を受けて中空形成薄膜４が変形し、その変形のピエゾ抵抗効果やその変形による静電容量の変化を検出するような用途に適用した場合に、ドーム形状の全体で外力を受けることになるので、外力に対する変形率が一定の安定した変形が得られ、かつ高い信頼性が確保できる。
Further, according to the configuration of the present invention as shown in the first embodiment, for example, when the
また、本実施の形態１では、主として多層膜からなる中空形成薄膜４について説明したが、本発明においては中空形成薄膜４を単層で構成することもできる。このように単層で中空形成薄膜４を形成する場合、中空形成薄膜４として圧縮の膜応力となるようにすることが望ましく、より望ましくは、空洞３ａ側より外側が高い圧縮の膜応力状態となるようにする。
この外側が高い圧縮膜応力状態となる傾斜機能膜として、その膜応力を連続的に制御した膜でも良いし、ステップ状に徐々に外側が高い圧縮膜応力状態となるようにしてもよい。
このように中空形成薄膜の膜応力を制御することで、薄膜中空構造体をより安定したドーム型とすることができる。
In the first embodiment, the hollow-formed
As the functionally gradient film in which the outer side is in a high compressive film stress state, a film in which the film stress is continuously controlled may be used, or the outer side may be gradually increased in a compressive film stress state in steps.
Thus, by controlling the membrane stress of the hollow-formed thin film, the thin-film hollow structure can be made a more stable dome shape.
このように、犠牲層除去した時に中空形成薄膜が基板表面から見て凸となる形態で安定させた上にさらに、膜応力自体も基板側より表面側の膜ほど圧縮応力状態となるように形成すると、中空形成薄膜自体で上に凸となろうとし、より安定したドーム形状を構成できる。これにより、犠牲層除去後の乾燥工程で、同サイズの平坦なメンブレン膜に比較してより吸着し難くでき、さらに大きさ/膜厚で定義される限界点を高くできるので、より薄い膜厚でより大きい面積の中空形成薄膜を構成できる。また、ギャップをより狭くすることも可能となる。 In this way, when the sacrificial layer is removed, the hollow forming thin film is stabilized in a form that is convex when viewed from the substrate surface, and the film stress itself is formed so that the film on the surface side from the substrate side is in a compressive stress state. Then, the hollow forming thin film itself tends to be convex upward, and a more stable dome shape can be configured. This allows the drying process after removal of the sacrificial layer to be more difficult to adsorb compared to a flat membrane film of the same size, and further increases the limit point defined by size / film thickness, resulting in a thinner film thickness. Thus, a hollow forming thin film having a larger area can be formed. It is also possible to narrow the gap.
応用例．
＜静電容量型温度センサ＞
本発明に係る中空薄膜構造体は、静電容量型温度センサに利用できる。
この静電容量型温度センサにおける中空薄膜構造体は、作製後、外圧を受けることはなく、かつ外圧の大きな変動がない環境下で使用されるものであるため、中空形成薄膜４を構成する膜の膜応力の状態は圧縮でも引張でもよく、少なくとも製造時に中空形成薄膜４の凸形状（ドーム形状）が壊れなければよい。
このように、本発明は、製造後に大きな外圧力を受けない熱的な分離構造体としても利用できる。
Application example.
<Capacitance type temperature sensor>
The hollow thin film structure according to the present invention can be used for a capacitive temperature sensor.
Since the hollow thin film structure in this capacitance type temperature sensor is used in an environment that does not receive external pressure after production and does not undergo large fluctuations in external pressure, the film constituting the hollow
Thus, the present invention can also be used as a thermal separation structure that does not receive a large external pressure after manufacturing.
＜圧力センサ＞
また、本発明に係る中空薄膜構造体は、圧力センサのような外力を受け中空形成薄膜の変形をピエゾ抵抗効果や静電容量の変化として連続的に検出する用途にも利用できる。
この場合、適用圧力範囲（印加される圧力範囲内）でメンブレン中空形成薄膜が外力に対して連続的に変形するように、中空形成薄膜自体が圧縮の膜応力状態となるように膜制御する必要がある。
このとき、中空形成薄膜は、単層ではなく複層としても良く、その場合、複層全体で圧縮の膜応力となるようにすればよい。さらに、望ましくは、空洞３ａ側の膜より外側の膜ほどより圧縮の膜応力状態となるように複層化しても良いし、その膜応力を連続的に制御した、いわゆる傾斜機能膜としても良い。このように中空形成薄膜の膜応力を制御することで、薄膜中空構造体において外力に対して安定した変形が得られ、より安定した圧力検知が可能な圧力センサを構成できる。
<Pressure sensor>
The hollow thin film structure according to the present invention can also be used for applications in which deformation of the hollow formed thin film is continuously detected as a piezoresistance effect or a change in capacitance by receiving an external force such as a pressure sensor.
In this case, it is necessary to control the membrane so that the hollow forming thin film itself is in a compressive film stress state so that the hollow membrane forming thin film continuously deforms with respect to external force in the applied pressure range (within the applied pressure range). There is.
At this time, the hollow forming thin film may be a multilayer instead of a single layer, and in that case, the entire multilayer may have a compressive film stress. Further, it may be desirable to form a multilayer so that the outer side of the film on the
実施の形態２．
図３は本発明に係る実施の形態２の薄膜中空構造体の構成を示す正面図と断面図である。
本実施の形態２の薄膜中空構造体は、実施の形態１の薄膜中空構造体において、空洞３ａを介して対向する下部電極１１と上部電極１２を形成し、使用環境下の温度範囲において温度変化に対する中空形成薄膜４の変形が充分小さくなるように構成された以外は実施の形態１と同様に構成され、外圧による中空形成薄膜４の変形を、下部電極１１と上部電極１２の間の静電容量の変化として検出する圧力センサに適用したものである。
FIG. 3 is a front view and a sectional view showing the configuration of the thin film hollow structure according to the second embodiment of the present invention.
The thin-film hollow structure of the second embodiment is the same as the thin-film hollow structure of the first embodiment, in which the
このように実施の形態２の薄膜中空構造体では、基板上面と中空形成薄膜表面に対向する電極を形成して、使用環境下の温度範囲での中空形成薄膜の変形が充分小さくなるように構成したことにより、圧力変化に対応して基準となる空洞３ａの内圧に対する差を検出することができ、空洞３ａを真空とすれば絶対圧が測定できる。
また、圧力センサとして機能するためには検出可能な圧力範囲で常に上に凸状態を維持するように圧縮の膜応力状態を調整する必要があるが、実施の形態１で説明したようにかかる状態に調整することは可能である。
また、この下部電極及び上部電極材料として、金属材料やドープドポリシリコン等の半導体素子製作に使用される配線材料を用いて形成することが可能である。
As described above, the thin film hollow structure according to the second embodiment is configured such that the electrode facing the upper surface of the substrate and the surface of the hollow formed thin film is formed so that the deformation of the hollow formed thin film is sufficiently small in the temperature range of the usage environment. As a result, a difference with respect to the internal pressure of the
Further, in order to function as a pressure sensor, it is necessary to adjust the compression film stress state so as to always maintain a convex state in the detectable pressure range. It is possible to adjust to.
Further, the lower electrode and the upper electrode material can be formed using a wiring material used for manufacturing a semiconductor element such as a metal material or doped polysilicon.
図４Ａ〜図４Ｅは、本実施の形態２のプロセスフローを示す断面図であり、実施の形態１の製造方法の一部を以下のように変更する以外は、実施の形態１と同様に構成される。 すなわち、実施の形態１の異なる点は、工程（Ａ）で第一犠牲層２を形成する前に下部電極１１を、例えば、ｎ型シリコン基板への不純物導入（ｐ+）により形成しておくことと（図４Ａ）、工程（Ｃ）で中空形成薄膜４を形成した後に上部電極１２を、例えば、Ｃｒ／Ａｕ／Ｃｒ（−１００ＭＰａ、５／１００／５ｎｍ）により形成した点である（図４Ｃ）。
4A to 4E are cross-sectional views showing the process flow of the second embodiment, and are configured in the same manner as in the first embodiment except that a part of the manufacturing method of the first embodiment is changed as follows. Is done. That is, the difference between the first embodiment is that the
本実施の形態２の製造方法では、工程（Ｃ）で中空形成薄膜４を形成した後に上部電極１２を形成するようにしたが、中空形成薄膜４の中に上部電極１２を埋め込むようにしてもよい。
例えば、工程（Ｃ）において、ＴＥＯＳ（−１００ＭＰａ、４００ｎｍ厚）を形成した上にＳｉＮｘ（＋２００ＭＰａ、４００ｎｍ厚）を形成することにより中空形成薄膜４の一部を形成した後に、上部電極１２をＣｒ／Ａｕ／Ｃｒ（−１００ＭＰａ、５／１００／５ｎｍ）で形成し、さらに、残りの中空形成薄膜４の一部となる部分を圧縮の膜応力のＴＥＯＳ膜（−１００ＭＰａ、４００ｎｍ）とすれば上部電極１２をＴＥＯＳ膜で挟み込んだ形態となる。
中空形成薄膜４として、上部電極１２をＴＥＯＳ膜で挟み込んだ構造とし、膜厚を１２００ｎｍ（電極厚含まず）、空洞３ａの一辺の大きさを８０μｍの矩形（角はRを付けている）とすると、膜応力が全体で圧縮状態（設定値−１００ＭＰａ）となり、膜応力を適切に制御できた。この構成により、大気圧状態（１１０ｋＰａ）で中空形成薄膜４が上に約１．５μｍの凸となるようにドーム型の中空形成薄膜４を吸着させることなく形成でき、１０ｋＰａから１１０ｋＰａの外部圧力範囲で良好な出力を得ることができた。
In the manufacturing method of the second embodiment, the
For example, in step (C), TEOS (−100 MPa, 400 nm thickness) is formed and then SiNx (+200 MPa, 400 nm thickness) is formed to form a part of the hollow forming
The hollow forming
従来は、中空形成薄膜には引張応力を付与して、太鼓の皮のように張った状態で形成するようにしていたが、本実施の形態２のように、中空形成薄膜が全体として圧縮応力状態となるようにすると、外部圧力に対する見かけの中空形成薄膜の剛性を低減する効果もある。
Conventionally, a tensile stress was applied to the hollow forming thin film so that the hollow forming thin film was stretched like a drum skin. However, as in
実施の形態３．
図５は本発明に係る実施の形態３の薄膜中空構造体の構成を示す正面図と断面図である。
本実施の形態３の薄膜中空構造体は、基板３０１と、その基板３０１の一方の主面上に形成された中空形成薄膜３０４と、封止膜３０５と、基板３０１と中空形成薄膜３０４の間に形成された空洞３０３ａを介して対向する下部電極３１１と上部電極３１２とを含み、使用環境下の圧力範囲において圧力変化に対する中空形成薄膜４の変形が充分小さくなるように構成され、周囲温度の変動による中空形成薄膜３０４の変形を、下部電極３１１と上部電極３１２の間の静電容量の変化として検出することができる温度センサである。
FIG. 5 is a front view and a sectional view showing the configuration of the thin film hollow structure according to the third embodiment of the present invention.
The thin film hollow structure of the third embodiment includes a
この図５Ａ，Ｂに示した実施の形態３の薄膜中空構造体は、実施の形態１及び２と同様、空洞３０３ａを構成する中空形成薄膜３０４がドーム形状に形成されており、製造過程の乾燥工程における吸着を防止している。
In the thin film hollow structure according to the third embodiment shown in FIGS. 5A and 5B, as in the first and second embodiments, the hollow forming
図６Ａ〜図６Ｅは、本実施の形態３のプロセスフローを示す断面図である。
本実施の形態３では、使用環境圧力範囲において圧力による中空形成薄膜４の変形が小さくなり、かつ測定温度範囲において温度変化に対応して中空形成薄膜４が変形するように、その中空形成薄膜４の材料及び構成を選択したものであり、温度変化を静電容量変化として検出することができる。
本実施の形態３の薄膜中空構造体は、例えば、以下のように製造される。
6A to 6E are cross-sectional views illustrating the process flow of the third embodiment.
In the third embodiment, the hollow formed
The thin film hollow structure according to the third embodiment is manufactured, for example, as follows.
基板３０１としてシリコンを用い、その基板３０１の一方の面に下部電極３１１を不純物導入により形成し、その下部電極３１１を、ＬＰ−ＣＶＤ（減圧ＣＶＤ）により成膜したＳｉＮｘ絶縁膜３０７で埋め込んだ後、第一犠牲層３０２をＳｉＯｘで形成して（図６Ａ）、第二犠牲層３０３を同じくＳｉＯｘで形成する（図６Ｂ）。
After silicon is used as the
次に、例えば、圧縮膜応力が外側ほど高くなるように形成された複数のポリシリコン膜からなる多層薄膜で構成された中空形成薄膜３０４を形成し、その中空形成薄膜３０４にエッチング液導入用穴３０４ａを形成して、その中空形成薄膜３０４の上に上部電極３１２を形成する（図６Ｃ）。
例えば、膜応力を基板に接するポリシリコン膜を−５０ＭＰａ、その上のポリシリコン膜を−１００ＭＰａの圧縮応力となるように順にそれぞれ２μｍ程度の膜厚に成膜し、その上に上部電極３１２として膜応力が−１５０ＭＰａのドープトポリシリコン膜を２μｍ程度の膜厚に形成する。
そして、第一犠牲層３０２と第二犠牲層３０３を、エッチング液導入用穴３０４ａからバッファードフッ酸（ＢＨＦ）を注入して除去する（図６Ｄ）。
Next, for example, a hollow forming
For example, the polysilicon film in contact with the substrate is formed with a film thickness of about 2 μm in order so that the polysilicon film has a compressive stress of −50 MPa and the polysilicon film on the polysilicon film has a thickness of about 2 μm. A doped polysilicon film having a film stress of −150 MPa is formed to a thickness of about 2 μm.
Then, the first
ここで、本実施の形態３では、圧縮膜応力が外側ほど高くなるように形成された複数の膜からなる多層薄膜で中空形成薄膜３０４を構成しているので、第一犠牲層３０２と第二犠牲層３０３を除去した後の中空形成薄膜３０４は上に凸のドーム形状になる。
ＢＨＦで第一及び第二犠牲層３０２，３０３を除去した後、ＴＥＯＳを圧縮応力が−２００ＭＰａとなる条件で１μｍ程度の厚さに成膜して保護する。
Here, in the third embodiment, since the hollow forming
After removing the first and second
尚、本実施の形態３では、中空形成薄膜３０４を構成する多層膜内のある一つの層をドープトポリシリコン層とし、その他をノンドープトポリシリコン層として、そのドープトポリシリコン層を上部電極３１２として、上部電極３１２が中空形成薄膜内部に埋め込まれた構造とすることができる。
また、本実施の形態３では、実施の形態１及び２の封止膜に相当する層は形成する必要がない。なお、中空形成薄膜の大きさは、一辺が８０μｍの矩形とした。
In the third embodiment, one layer in the multilayer film constituting the hollow
In the third embodiment, it is not necessary to form a layer corresponding to the sealing film of the first and second embodiments. The size of the hollow-formed thin film was a rectangle with a side of 80 μm.
以上の実施の形態１〜３では、第一及び第二犠牲層をウェットエッチングにより除去する例で示したが、本発明はこれに限られるものではなく、フッ酸の蒸気（例えば、ＳｉＯｘを犠牲層に用いた場合）あるいは酸素プラズマアッシャー（有機材料により犠牲層を形成した場合）等を利用したドライプロセスを用いてもよい。 In the first to third embodiments, the example in which the first and second sacrificial layers are removed by wet etching has been described. However, the present invention is not limited to this, and the vapor of hydrofluoric acid (for example, sacrificing SiOx) A dry process using an oxygen plasma asher (when a sacrificial layer is formed of an organic material) or the like may be used.
１，３０１ 基板、
２，３０２ 第一犠牲層、
３，３０３ 第二犠牲層、
３ａ 空洞、
４ 中空形成薄膜、
４ａ，３０４ａ エッチング液導入穴、
５ 封止膜、
１１ 下部電極、
１２ 上部電極。
1,301 substrate,
2,302 first sacrificial layer,
3,303 second sacrificial layer,
3a cavity,
4 Hollow forming thin film,
4a, 304a Etching solution introduction hole,
5 sealing film,
11 Lower electrode,
12 Upper electrode.
Claims (5)
上記空洞を構成する上記中空形成薄膜はドーム形状であることを特徴とする薄膜中空構造体。 A thin film hollow structure comprising a substrate and a hollow forming thin film formed on one main surface of the substrate, wherein a hollow is formed between the substrate and the hollow forming thin film,
A thin film hollow structure, wherein the hollow forming thin film constituting the cavity has a dome shape.
It has two electrodes which oppose through the said cavity, The one electrode is provided in the board | substrate, The other electrode is provided in the said hollow formation thin film, The any one of Claims 1-4 The thin-film hollow structure described in 1.
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