JP2008200757A - Mems element, and manufacture method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板方向に変位する可動部を有するMEMS構造体を備えたMEMS素子およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a MEMS element including a MEMS structure having a movable portion that is displaced in a substrate direction, and a method for manufacturing the same.
MEMS(Micro Electro Mechanical System)素子は、加速度センサー、映像デバイス等に利用され、その需要も伸びている。
MEMS素子は、MEMS構造体の可動部の変位量と変位量に連動する電気的変量とを利用して、周波数制御、スイッチング、力学量検出等に使用されている。
可動部の形成方法としては、基板に犠牲層を形成した後、犠牲層に可動部を形成し、その後、犠牲層を除去して可動部を基板から分離する方法が広く用いられている。
ここで、犠牲層を除去するのにウェットエッチング法を用いると、エッチング液との置換液である純水が、可動部と基板との間に入り込み、純水が乾燥する際に、可動部が基板側に引っ張られ、可動部が基板の表面に固着することがある。
可動部の基板に対向する面に、可動範囲制限用突起を形成し、可動部と基板表面との固着を防ぐ方法が知られている(特許文献1参照)。
MEMS (Micro Electro Mechanical System) elements are used in acceleration sensors, video devices, and the like, and the demand for these elements is increasing.
The MEMS element is used for frequency control, switching, mechanical quantity detection, and the like by using the displacement amount of the movable part of the MEMS structure and the electrical variable linked to the displacement amount.
As a method for forming the movable portion, a method is widely used in which a sacrificial layer is formed on a substrate, a movable portion is formed on the sacrificial layer, and then the sacrificial layer is removed to separate the movable portion from the substrate.
Here, when a wet etching method is used to remove the sacrificial layer, pure water that is a substitute liquid for the etching solution enters between the movable portion and the substrate, and when the pure water is dried, the movable portion is The movable part may be fixed to the surface of the substrate by being pulled toward the substrate side.
A method is known in which a movable range restricting projection is formed on the surface of the movable part facing the substrate to prevent the movable part and the substrate surface from sticking to each other (see Patent Document 1).
しかしながら、可動部の基板に対向する面に可動範囲制限用突起を形成する方法として、犠牲層をエッチングして凹部を形成した後、犠牲層に可動部を形成し、凹部に倣って可動範囲制限用突起を形成する方法が取られている。ここで、犠牲層のエッチングの精度によって、可動範囲制限用突起の形状、高さ等が決まるので、高いエッチングの制御が要求される。しかし、ウェット、ドライどちらのエッチング方法であってもエッチングの制御は難しい。また、部分的にエッチングするため、マスクやレジストが必要となり、製造工程が長くなる。
本発明の目的は、基板と可動部との固着が少ないMEMS素子およびその簡便な製造方法を提供することにある。
However, as a method of forming the movable range limiting projection on the surface of the movable portion facing the substrate, the concave portion is formed by etching the sacrificial layer, and then the movable portion is formed on the sacrifice layer, and the movable range is restricted following the concave portion. A method for forming a projection is used. Here, since the shape, height, and the like of the movable range limiting projection are determined by the accuracy of the sacrifice layer etching, high etching control is required. However, it is difficult to control etching regardless of wet or dry etching methods. Further, since the etching is partially performed, a mask and a resist are required, and the manufacturing process becomes long.
An object of the present invention is to provide a MEMS element with less adhesion between a substrate and a movable part and a simple manufacturing method thereof.
本発明のMEMS素子は、半導体基板を酸化して形成した犠牲層を除去することによって、MEMS構造体の可動部が可動可能になるMEMS素子であって、前記MEMS構造体は、前記可動部と前記半導体基板に固定された基部とを有し、前記可動部は、前記半導体基板方向への変位量が最大の部分を含む最大可動部と、前記基部と前記最大可動部との中間位置にある中間可動部とを備え、前記最大可動部に対向する前記半導体基板の領域のN型不純物濃度は、前記中間可動部に対向する前記半導体基板の領域のN型不純物濃度と比較して高く、前記最大可動部と前記半導体基板との間の距離をd1、前記中間可動部と前記半導体基板との間の距離をd2とすると、d1とd2とは以下の関係であることを特徴とする。
d2<d1
The MEMS element of the present invention is a MEMS element in which a movable part of a MEMS structure can be moved by removing a sacrificial layer formed by oxidizing a semiconductor substrate, and the MEMS structure includes a movable part and a movable part. A base portion fixed to the semiconductor substrate, and the movable portion is at an intermediate position between the maximum movable portion including a portion having a maximum amount of displacement in the semiconductor substrate direction, and the base portion and the maximum movable portion. An N-type impurity concentration in a region of the semiconductor substrate facing the maximum movable portion is higher than an N-type impurity concentration in a region of the semiconductor substrate facing the intermediate movable portion, If the distance between the maximum movable part and the semiconductor substrate is d1, and the distance between the intermediate movable part and the semiconductor substrate is d2, d1 and d2 have the following relationship.
d2 <d1
この発明によれば、MEMS構造体の可動部は、最大可動部および中間可動部を有し、最大可動部と半導体基板との距離d1は、中間可動部と半導体基板との距離d2と比較して長い。最大可動部は、半導体基板方向への変位量が最大の部分を含んでいる。半導体基板方向への変位量が最大の部分は、半導体基板と接触する機会が多いが、最大可動部と半導体基板との距離が長いので、最大可動部が半導体基板と接触する機会が少なくなる。したがって、半導体基板との固着が起こりにくいMEMS素子が得られる。 According to this invention, the movable part of the MEMS structure has the maximum movable part and the intermediate movable part, and the distance d1 between the maximum movable part and the semiconductor substrate is compared with the distance d2 between the intermediate movable part and the semiconductor substrate. Long. The maximum movable portion includes a portion having a maximum amount of displacement in the semiconductor substrate direction. The portion with the largest amount of displacement in the direction of the semiconductor substrate has many opportunities to come into contact with the semiconductor substrate, but since the distance between the largest movable portion and the semiconductor substrate is long, the chance that the largest movable portion comes into contact with the semiconductor substrate is reduced. Therefore, a MEMS element that is less likely to adhere to the semiconductor substrate can be obtained.
本発明のMEMS素子の製造方法は、半導体基板上に、基部を有するMEMS構造体を備えたMEMS素子の製造方法であって、前記半導体基板にN型不純物を導入することによって、前記MEMS構造体の前記半導体基板方向の変位量が最大の部分を含む最大可動部に対向する前記半導体基板の領域のN型不純物濃度を、前記基部と前記最大可動部との中間位置にある中間可動部に対向する前記半導体基板の領域のN型不純物濃度と比較して高くする不純物領域形成工程と、熱酸化によって前記半導体基板に犠牲層を形成する犠牲層形成工程と、前記MEMS構造体を前記犠牲層上に形成する工程と、ウェットエッチング法によって前記犠牲層を除去する工程とを含むことを特徴とする。 A method for manufacturing a MEMS device according to the present invention is a method for manufacturing a MEMS device comprising a MEMS structure having a base on a semiconductor substrate, wherein the MEMS structure is introduced by introducing an N-type impurity into the semiconductor substrate. The N-type impurity concentration of the region of the semiconductor substrate facing the maximum movable portion including the portion having the maximum displacement amount in the semiconductor substrate direction is opposed to the intermediate movable portion at an intermediate position between the base portion and the maximum movable portion. An impurity region forming step for increasing the N-type impurity concentration in the region of the semiconductor substrate, a sacrificial layer forming step for forming a sacrificial layer on the semiconductor substrate by thermal oxidation, and the MEMS structure on the sacrificial layer. And a step of removing the sacrificial layer by a wet etching method.
この発明によれば、N型不純物濃度の高い領域の熱酸化による犠牲層は、増速酸化によって、N型不純物濃度の低い領域と比較して厚く形成される。N型不純物濃度の高い領域は、最大可動部に対応して形成するので、最大可動部と半導体基板との距離は、中間可動部と半導体基板との距離と比較して長くなる。ウェットエッチング法によって犠牲層を除去する際に、エッチング液または洗浄液の乾燥に伴う半導体基板との固着は、半導体基板方向の変位量が最大の部分を含む最大可動部で起こりやすい。ここで、最大可動部と半導体基板との距離が長いので、エッチング液または洗浄液は、表面張力によって中間可動部と半導体基板との間に移動して乾燥する。したがって、半導体基板との固着が起こりにくいMEMS素子の製造方法が得られる。
なお、犠牲層を除去する工程には、エッチング液または洗浄液の乾燥工程が含まれる。また、ウェットエッチング法には、エッチング液を洗浄する工程が含まれていてもよい。
According to the present invention, the sacrificial layer formed by thermal oxidation in the region having a high N-type impurity concentration is formed thicker than the region having a low N-type impurity concentration by accelerated oxidation. Since the region having a high N-type impurity concentration is formed corresponding to the maximum movable portion, the distance between the maximum movable portion and the semiconductor substrate is longer than the distance between the intermediate movable portion and the semiconductor substrate. When the sacrificial layer is removed by the wet etching method, the sticking to the semiconductor substrate accompanying the drying of the etching solution or the cleaning solution is likely to occur at the maximum movable portion including the portion having the maximum displacement in the semiconductor substrate direction. Here, since the distance between the maximum movable part and the semiconductor substrate is long, the etching liquid or the cleaning liquid moves between the intermediate movable part and the semiconductor substrate due to surface tension and is dried. Therefore, a method for manufacturing a MEMS element that is less likely to adhere to the semiconductor substrate is obtained.
Note that the step of removing the sacrificial layer includes a step of drying the etching solution or the cleaning solution. The wet etching method may include a step of cleaning the etching solution.
以下、本発明を具体化した実施形態および変形例について、図面に基づいて説明する。
なお、各実施形態および変形例の図面において、同じ構成要素には同じ符号を付して説明する。
Embodiments and modifications embodying the present invention will be described below with reference to the drawings.
In the drawings of each embodiment and the modified example, the same components are described with the same reference numerals.
(第1実施形態)
図1は、本発明にかかるMEMS素子10の実施形態を示す概略構成図である。図1(a)はMEMS素子10の概略部分平面図、図1(b)は同図(a)のA−A断線に沿う概略部分断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a
図1(a)および(b)において、MEMS素子10は、MEMS構造体1と不純物拡散領域2とを備えている。そして、MEMS素子10は、半導体基板であるシリコン基板3上に形成されている。
1A and 1B, the
MEMS構造体1は、可動部11と基部12と固定部13とを備えている。
可動部11は、基部12からの距離が短い位置にある中間可動部14と、基部12からの距離が長い位置にある最大可動部15とを備えている。中間可動部14と最大可動部15とは、段差を持って連続して形成されている。中間可動部14および最大可動部15は略板状の形状を有している。
また、可動部11および基部12も、段差を持って連続して形成されており、基部12は、固定部13によってシリコン基板3に固定されている。したがって、可動部11と基部12と固定部13とは、片持ち梁構造を構成している。
The
The
The
片持ち梁構造の可動部11では、可動部11の剛性等により、基部12に近い中間可動部14での変位量は少なく、基部12から距離が離れるほど変位量が大きくなる。本実施形態では、基部12からの距離が最大になる端18付近において、シリコン基板3方向への変位量が最大になる。最大可動部15は、シリコン基板3方向への変位量が最大の部分を含む。
In the
最大可動部15とシリコン基板3との間の距離をd1、中間可動部14とシリコン基板3との間の距離をd2とすると、d1およびd2は以下の関係となっている。
d2<d1
可動部11の大まかな寸法は、例えば、長さが数十μm、幅数μm、厚み0.数μm程度である。これらの値は、設計により自由に選択できる。
If the distance between the maximum
d2 <d1
The approximate dimensions of the
不純物拡散領域2は、N型不純物濃度の高い領域21,23と、これらの領域と比較してN型不純物濃度の低い領域22とを備えている。最大可動部15に対向するシリコン基板3には、N型不純物濃度の高い領域21が形成されている。中間可動部14に対向するシリコン基板3には、N型不純物濃度の低い領域22が形成されている。領域22には、N型不純物が注入されていなくてもよいし、P型不純物が注入されていてもよい。
固定部13に対向するシリコン基板3の領域は、N型不純物濃度の高い領域23となっている。
なお、不純物拡散領域2は、導電性を有していれば、駆動電極、対向電極等として用いることができる。例えば、N型不純物濃度の高い領域21、N型不純物濃度の低い領域22としてP型不純物濃度の高い領域を形成すれば、それぞれの領域を独立した電極として使用することも可能である。
The
A region of the
The
本実施形態では、可動部11および基部12は、不純物を含むポリシリコンから形成されており、導電性を有している。可動部11および基部12は、配線16によって図示しない他の電源、信号線、素子等に接続されている。配線16は、可動部11および基部12と同様に不純物を含むポリシリコンで一体に形成されている。一方、固定部13は、酸化シリコンで形成されている。
N型不純物濃度の高い領域21およびN型不純物濃度の低い領域22(P型不純物濃度の高い領域)を延長して形成し、配線222,211として図示しない他の電源、信号線、素子等に接続して駆動電極等として用いれば、可動部11と対向する電極として構成することができる。この場合、N型不純物濃度の低い領域22(P型不純物濃度の高い領域)は、電極間距離となるd2を短くでき、容量の大きい対向電極を構成することができる。
In the present embodiment, the
A
以下に、本実施形態にかかるMEMS素子10の製造方法を図面に基づいて説明する。
図2には、MEMS素子10の製造方法のフローチャート図が示されている。また、図3には、各工程における概略断面図が示されている。
Below, the manufacturing method of the
FIG. 2 shows a flowchart of the method for manufacturing the
図2において、MEMS素子10の製造方法は、不純物領域形成工程S1、犠牲層形成工程S2、MEMS構造体1を犠牲層20上に形成する工程であるMEMS構造体等形成工程S3、ウェットエッチング法によって犠牲層20を除去する工程である犠牲層除去工程S4を含んでいる。
In FIG. 2, the manufacturing method of the
以下、図3に基づいてMEMS素子10の製造方法を詳しく説明する。
図3(a)は、不純物領域形成工程S1を示している。
不純物領域形成工程S1では、イオン打ち込み、熱拡散によって不純物であるリンをシリコン基板3に導入し、N型不純物濃度の高い領域21,23を形成する。N型不純物濃度の高い領域21は、図1に示したMEMS素子10の最大可動部15に対向する領域に形成する。また、図1に示した固定部13に対向する領域にもN型不純物濃度の高い領域23を形成する。N型不純物濃度が高いとは、例えば1×1019以上の濃度である。
図1に示した中間可動部14に対向するシリコン基板3の領域22には、N型不純物濃度の高い領域21よりリンを低濃度注入するか、注入しなくてもよい。N型不純物濃度が低いとは、例えば1×1016〜1017の濃度である。
最大可動部15に対向するシリコン基板3の領域21のN型不純物濃度を、中間可動部14に対向するシリコン基板3の領域22のN型不純物濃度と比較して高く形成すればよい。
また、N型不純物濃度の低い領域22には、N型不純物の代わりにP型不純物であるボロン等を注入してもよい。
これらの領域21,22,23の不純物濃度を高くすることにより、駆動電極等の電極として利用することが可能である。この場合、図1に示した配線222,211も同時に形成することができる。
この工程により、不純物拡散領域2が形成される。
Hereinafter, a method for manufacturing the
FIG. 3A shows the impurity region forming step S1.
In the impurity region forming step S1, phosphorus, which is an impurity, is introduced into the
Phosphorus may be implanted at a lower concentration in the
The N-type impurity concentration in the
Further, boron or the like that is a P-type impurity may be implanted into the
By increasing the impurity concentration of these
By this step, the
図3(b)は、犠牲層形成工程S2を示している。
犠牲層形成工程S2は、酸素の豊富な雰囲気中でシリコン基板3を加熱することによって行う。本実施形態では、犠牲層20の一部を図1に示した固定部13として利用する。
例えば、酸素濃度95%、水素濃度5%の雰囲気中、900℃で1時間加熱を行う。加熱によって、シリコン基板3は酸化されるが、N型不純物濃度の高い領域21,23は、増速酸化によって膜厚の厚い酸化シリコンが形成される。N型不純物濃度の低い領域22では、100nmの酸化シリコンが形成されるのに対し、N型不純物濃度の高い領域21,23では、150nm〜200nmの酸化シリコンが形成される。したがって、図3(b)に示すように、厚さの異なる犠牲層20が形成される。犠牲層20の厚みは、不純物領域形成工程S1において、注入するN型不純物濃度を変えることによって変えることができる。目的とする厚みにしたがってN型不純物濃度を変える。
FIG. 3B shows a sacrificial layer forming step S2.
The sacrificial layer forming step S2 is performed by heating the
For example, heating is performed at 900 ° C. for 1 hour in an atmosphere having an oxygen concentration of 95% and a hydrogen concentration of 5%. The
図3(c)は、MEMS構造体等形成工程S3を示している。
MEMS構造体等形成工程S3では、犠牲層20上に可動部11、基部12および図1に示した配線16を形成する。可動部11、基部12および配線16は、減圧CVD法によりポリシリコン膜を形成することによって得られる。このとき、導電性を得るためにリンを導入する。
MEMS構造体等形成工程S3は、よく知られたフォトリソ工程によって行うことができる。
FIG. 3C shows a MEMS structure etc. forming step S3.
In the MEMS structure etc. forming step S3, the
The MEMS structure etc. forming step S3 can be performed by a well-known photolithography process.
図3(d)は、犠牲層除去工程S4を示している。
犠牲層除去工程S4では、ウェットエッチング法により犠牲層20をエッチングし除去する。このとき、固定部13は残してエッチングする。エッチング後には純水等でエッチング液を除去する。
以上の製造工程を含む製造方法によって、MEMS素子10が得られる。
FIG. 3D shows the sacrificial layer removal step S4.
In the sacrificial layer removal step S4, the
The
MEMS素子10の作動の様子を図1(b)に基づいて説明する。
図1(b)において、可動部11がシリコン基板3方向へ変位したときの様子を点線で示した。また、d1=d2として可動部11を形成した場合に、可動部11が変位した場合を2点鎖線で示した。
本実施形態のd2<d1の場合に可動部11が変位すると、中間可動部14と最大可動部15との境界17または最大可動部15の端18がシリコン基板3に接触することになる。したがって、点か線での接触となる。
一方、d1=d2の場合の可動部11が変形すると、可動部11の先端部19がシリコン基板3の大きな面積にわたって接触する。
The operation of the
In FIG. 1B, the state when the
When the
On the other hand, when the
以下、本実施形態の効果を記載する。
(1)MEMS構造体1の可動部11は、最大可動部15および中間可動部14を有し、最大可動部15とシリコン基板3との距離d1は、中間可動部14とシリコン基板3との距離d2と比較して長い。最大可動部15は、シリコン基板3方向への変位量が最大の部分を含んでいる。シリコン基板3方向への変位量が最大の部分は、シリコン基板3と接触する機会が多いが、最大可動部15とシリコン基板3との距離d1はd2より長いので、最大可動部15がシリコン基板3と接触する機会をd1=d2の場合と比較して少なくできる。したがって、シリコン基板3との固着が起こりにくいMEMS素子10を得ることができる。
Hereinafter, effects of the present embodiment will be described.
(1) The
(2)N型不純物濃度の高い領域21,23の熱酸化による犠牲層20は、増速酸化によって、N型不純物濃度の低い領域22と比較して厚く形成される。N型不純物濃度の高い領域21は、最大可動部15に対応して形成するので、最大可動部15とシリコン基板3との距離d1を、中間可動部14とシリコン基板3との距離d2と比較して長くできる。ウェットエッチング法によって犠牲層20を除去する際に、エッチング液または洗浄液の乾燥に伴うシリコン基板3との固着は、シリコン基板3方向の変位量が最大の部分を含む最大可動部15で起こりやすい。ここで、最大可動部15とシリコン基板3との距離d1が長いので、エッチング液または洗浄液は、表面張力によって中間可動部14とシリコン基板3との間に移動して乾燥する。したがって、シリコン基板3との固着が起こりにくいMEMS素子10の製造方法を得ることができる。
(2) The
(第2実施形態)
図4は、本発明にかかるMEMS素子30の実施形態を示す概略構成図である。図4(a)はMEMS素子30の概略部分平面図、図4(b)は同図(a)のB−B断線に沿う概略部分断面図である。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of the
図4(a)および(b)において、本実施形態と第1実施形態との異なる点は、第1実施形態における固定部13と基部12とが一体となって、MEMS構造体1が形成されている点である。その他に、N型不純物濃度の高い領域23が基部12とシリコン基板3とが接しているシリコン基板3の領域以外の領域に形成されている点が異なる。
4 (a) and 4 (b), the difference between this embodiment and the first embodiment is that the
以下、図5に基づいてMEMS素子30の製造方法を説明する。
図5(a)は、不純物領域形成工程S1を示している。
不純物領域形成工程S1では、イオン打ち込み、熱拡散によって不純物であるリンをシリコン基板3に導入し、N型不純物濃度の高い領域21,23およびN型不純物濃度の低い領域22を形成する。本実施形態では、N型不純物濃度の高い領域23は、固定部13に対応する領域外に形成する。図5においては、固定部13に対し、紙面に向かって左側の領域に形成されている。不純物の種類および濃度は第1実施形態と同様に選択できる。
さらに、第1実施形態と異なるのは、基部12に対応する領域にマスク31を形成する点が異なる。マスク31は、よく知られたフォトリソ工程によって形成する。
なお、基部12に対向する領域にN型不純物濃度の高い、あるいはP型不純物濃度の高い領域24を設けておいてもよい。この場合、この領域は、導電性を持たせたMEMS構造体1の配線として利用できる。
Hereinafter, a method for manufacturing the
FIG. 5A shows the impurity region forming step S1.
In the impurity region forming step S1, phosphorus, which is an impurity, is introduced into the
Furthermore, the difference from the first embodiment is that a
A
図5(b)は、犠牲層形成工程S2を示している。
犠牲層形成工程S2は、第1実施形態と同様に、酸素の豊富な雰囲気中でシリコン基板3を加熱することによって犠牲層20の形成を行う。
本実施形態では、マスク31が存在するので、基部12に対応する領域は酸化されない。一方、マスク31に対し、紙面に向かって左側の領域は酸化される。
FIG. 5B shows a sacrificial layer forming step S2.
In the sacrificial layer forming step S2, as in the first embodiment, the
In the present embodiment, since the
図5(c)は、マスク除去工程を示している。
本実施形態では、不純物領域形成工程S1で形成したマスク31を取り除いた後、N型不純物濃度の高い領域23に形成された犠牲層20の表面にマスク33を形成する。マスク31を取り除いた後は、犠牲層20にシリコン基板3が露出する穴32が形成されることになる。
FIG. 5C shows a mask removal process.
In the present embodiment, after removing the
図5(d)は、MEMS構造体等形成工程S3を示している。
本実施形態では、MEMS構造体1の図4(b)に示した可動部11、基部12(固定部13)および図4(a)に示した配線16を形成する。基部12は第1実施形態における固定部13を兼ねる。
減圧CVD法によりポリシリコン膜を犠牲層20および穴32に形成する。
ポリシリコン膜を形成後、マスク33を取り除くことにより、マスク上に形成されたポリシリコン膜も取り除くことができる。
FIG. 5D shows a MEMS structure etc. forming step S3.
In the present embodiment, the
A polysilicon film is formed in the
By removing the mask 33 after forming the polysilicon film, the polysilicon film formed on the mask can also be removed.
図5(e)は、犠牲層除去工程S4を示している。
犠牲層除去工程S4では、ウェットエッチングにより犠牲層20をエッチングし除去する。MEMS構造体1は、基部12を介してシリコン基板3と接触している。
以上の製造工程を含む製造方法によって、MEMS素子30が得られる。
本実施形態の作動の様子は、図1(b)に示した第1実施形態と同様である。
FIG. 5E shows a sacrificial layer removal step S4.
In the sacrificial layer removal step S4, the
The
The operation of this embodiment is the same as that of the first embodiment shown in FIG.
以下、本実施形態の効果を記載する。
(3)第1実施形態の効果に加え、基部12が第1実施形態における固定部13を兼ねるので、構造がより単純で製造方法もより簡便なMEMS素子30を得ることができる。
Hereinafter, effects of the present embodiment will be described.
(3) In addition to the effects of the first embodiment, since the
(第3実施形態)
図6は、本発明にかかるMEMS素子40の実施形態を示す概略構成図である。図6(a)はMEMS素子40の概略部分平面図、図6(b)は同図(a)のC−C断線に沿う概略部分断面図である。
本実施形態は、第2実施形態におけるMEMS素子30二つを、最大可動部15を向かい合わせて結合した両持ち梁構造となっている。製造方法は、第2実施形態と同じ方法を用いることができる。
(Third embodiment)
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of the
This embodiment has a double-supported beam structure in which two
MEMS素子40の作動の様子を図6(b)に基づいて説明する。
図6(b)において、可動部11がシリコン基板3方向へ変位したときの様子を点線で示した。また、d1=d2として可動部11を形成した場合に、可動部11が変位した場合を2点鎖線で示した。
本実施形態のd2<d1の場合に可動部11が変位すると、中間可動部14と最大可動部15との境界17がシリコン基板3に接触することになる。したがって、点か線での接触となる。
一方、d1=d2の場合の可動部11が変位すると、可動部11の中央部41がシリコン基板3の大きな面積にわたって接触する。
The operation of the
In FIG. 6B, the state when the
If the
On the other hand, when the
以下、本実施形態の効果を記載する。
(4)両持ち梁構造のMEMS素子40においても、第1実施形態および第2実施形態と同様の効果を得ることができる。
Hereinafter, effects of the present embodiment will be described.
(4) The same effects as those of the first and second embodiments can be obtained also in the
(変形例)
図7は、本発明にかかるMEMS素子50の実施形態を示す概略構成図である。図7(a)はMEMS素子50の概略部分平面図、図7(b)は同図(a)のD−D断線に沿う概略部分断面図である。
変形例では、第2実施形態におけるN型不純物濃度の高い領域21とN型不純物濃度の低い領域22の平面視での形状が異なる。平面視において、N型不純物濃度の低い領域22が舌状にN型不純物濃度の高い領域21に張り出した形状となっている。
本発明のMEMS素子50の製造方法によれば、熱酸化によって形成される犠牲層20の形状がMEMS構造体1の可動部11のシリコン基板3に対向する面に反映されるので、可動部11のシリコン基板3に対向する面の段差形状を特別な工程を経なくても変えることができる。
(Modification)
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of the
In the modification, the shape of the
According to the method for manufacturing the
なお、本発明は前述の実施形態および変形例に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、基板として絶縁体基板にシリコン層を形成し、シリコン層に不純物拡散領域2としての領域21,22,23を形成してMEMS素子を形成してもよい。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and includes modifications and improvements as long as the object of the present invention can be achieved.
For example, a MEMS layer may be formed by forming a silicon layer on an insulator substrate as a substrate and forming
1…MEMS構造体、3…半導体基板としてのシリコン基板、10,30,40,50…MEMS素子、11…可動部、12…基部、14…中間可動部、15…最大可動部、18…変位量が最大の部分である端、20…犠牲層、21…N型不純物濃度の高い領域、22…N型不純物濃度の低い領域。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記MEMS構造体は、前記可動部と前記半導体基板に固定された基部とを有し、
前記可動部は、前記半導体基板方向への変位量が最大の部分を含む最大可動部と、
前記基部と前記最大可動部との中間位置にある中間可動部とを備え、
前記最大可動部に対向する前記半導体基板の領域のN型不純物濃度は、前記中間可動部に対向する前記半導体基板の領域のN型不純物濃度と比較して高く、
前記最大可動部と前記半導体基板との間の距離をd1、
前記中間可動部と前記半導体基板との間の距離をd2とすると、
d1とd2とは以下の関係である
d2<d1
ことを特徴とするMEMS素子。 A MEMS element in which a movable part of a MEMS structure is movable by removing a sacrificial layer formed by oxidizing a semiconductor substrate,
The MEMS structure has the movable part and a base fixed to the semiconductor substrate,
The movable portion includes a maximum movable portion including a portion having a maximum amount of displacement in the semiconductor substrate direction,
An intermediate movable part at an intermediate position between the base and the maximum movable part;
The N-type impurity concentration in the region of the semiconductor substrate facing the maximum movable portion is higher than the N-type impurity concentration in the region of the semiconductor substrate facing the intermediate movable portion,
The distance between the maximum movable part and the semiconductor substrate is d1,
When the distance between the intermediate movable portion and the semiconductor substrate is d2,
d1 and d2 have the following relationship: d2 <d1
The MEMS element characterized by the above-mentioned.
前記半導体基板にN型不純物を導入することによって、
前記MEMS構造体の前記半導体基板方向の変位量が最大の部分を含む最大可動部に対向する前記半導体基板の領域のN型不純物濃度を、
前記基部と前記最大可動部との中間位置にある中間可動部に対向する前記半導体基板の領域のN型不純物濃度と比較して高くする不純物領域形成工程と、
熱酸化によって前記半導体基板に犠牲層を形成する犠牲層形成工程と、
前記MEMS構造体を前記犠牲層上に形成する工程と、
ウェットエッチング法によって前記犠牲層を除去する工程とを含む
ことを特徴とするMEMS素子の製造方法。 A method for manufacturing a MEMS device comprising a MEMS structure having a base on a semiconductor substrate,
By introducing N-type impurities into the semiconductor substrate,
An N-type impurity concentration in a region of the semiconductor substrate facing a maximum movable portion including a portion having a maximum amount of displacement in the semiconductor substrate direction of the MEMS structure,
An impurity region forming step for increasing the N-type impurity concentration in the region of the semiconductor substrate facing the intermediate movable portion at an intermediate position between the base and the maximum movable portion;
A sacrificial layer forming step of forming a sacrificial layer on the semiconductor substrate by thermal oxidation;
Forming the MEMS structure on the sacrificial layer;
And a step of removing the sacrificial layer by a wet etching method.
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