JP2009004543A - Mechanical quantity detecting device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、力学量検出装置に関する。 The present invention relates to a mechanical quantity detection device.
ベース層と犠牲層と活性層がその順序で積層されている積層基板から、力学量検出装置を製造する技術が開発されている。その種の力学量検出装置は、犠牲層を介してベース層に固定されている活性層からなる固定部と、固定部から伸びているとともに犠牲層が除去されているためにベース層から遊離している活性層からなる可動部を備えている。力学量検出装置に加速度、角速度、角加速度、外力、圧力等の力学量が作用すると、可動部がベース層に対して変位する。力学量検出装置は、可動部の変位量を検出する機能を備えており、検出された変位量によって力学量検出装置に作用した力学量を検出する。 A technique for manufacturing a mechanical quantity detection device has been developed from a laminated substrate in which a base layer, a sacrificial layer, and an active layer are laminated in that order. Such a mechanical quantity detection device has a fixed part made of an active layer fixed to a base layer through a sacrificial layer, and is free from the base layer because it extends from the fixed part and the sacrificial layer is removed. The movable part which consists of an active layer is provided. When a mechanical quantity such as acceleration, angular velocity, angular acceleration, external force, pressure, or the like acts on the mechanical quantity detection device, the movable part is displaced with respect to the base layer. The mechanical quantity detection device has a function of detecting the displacement amount of the movable part, and detects the mechanical quantity acting on the mechanical quantity detection device based on the detected displacement amount.
特許文献1に、1つのベース層(シリコン基板)の上に、力学量検出部と、半導体回路を形成した力学量検出装置が開示されている。力学量検出部は、可動部(可動錘、弾性梁)と、固定部(固定梁)を有している。固定部は、ベース層上に固定されている。可動部は、固定部によって支持されており、ベース層から遊離している。固定部は、半導体回路と電気的に接続されている。したがって、可動部は、固定部を介して半導体回路と電気的に接続されている。また、可動部の下方のベース層上には、可動部と非接触な位置関係で下部電極(エッチングストッパ層)が形成されている。すなわち、可動部と下部電極によってコンデンサが形成されている。下部電極は、半導体回路と電気的に接続されている。すなわち、可動部と下部電極によって形成されるコンデンサが半導体回路に接続されている。 Patent Document 1 discloses a mechanical quantity detection device in which a dynamic quantity detection unit and a semiconductor circuit are formed on one base layer (silicon substrate). The mechanical quantity detection unit has a movable part (movable weight, elastic beam) and a fixed part (fixed beam). The fixing part is fixed on the base layer. The movable part is supported by the fixed part and is separated from the base layer. The fixed part is electrically connected to the semiconductor circuit. Therefore, the movable part is electrically connected to the semiconductor circuit via the fixed part. Further, a lower electrode (etching stopper layer) is formed on the base layer below the movable part in a non-contact positional relationship with the movable part. That is, a capacitor is formed by the movable part and the lower electrode. The lower electrode is electrically connected to the semiconductor circuit. That is, a capacitor formed by the movable part and the lower electrode is connected to the semiconductor circuit.
力学量検出装置に加速度が作用すると、可動部がベース層に対して変位する。すると、可動部と下部電極の間の間隔が変化する。すると、可動部と下部電極で形成されているコンデンサの容量が変化する。この容量の変化は、半導体回路によって検出される。すなわち、可動部に作用した加速度が、コンデンサの容量の変化として、半導体回路によって検出される。 When acceleration acts on the mechanical quantity detection device, the movable part is displaced with respect to the base layer. Then, the interval between the movable part and the lower electrode changes. Then, the capacitance of the capacitor formed by the movable part and the lower electrode changes. This change in capacitance is detected by the semiconductor circuit. That is, the acceleration acting on the movable part is detected by the semiconductor circuit as a change in the capacitance of the capacitor.
この力学量検出装置では、力学量検出部と半導体回路が1つのベース層上に形成されている。したがって、力学量検出部と半導体回路がそれぞれ別の基板に形成されている場合に比べて、力学量検出装置を小型化することができる。 In this mechanical quantity detection device, the mechanical quantity detection unit and the semiconductor circuit are formed on one base layer. Therefore, the mechanical quantity detection device can be reduced in size compared to the case where the mechanical quantity detection unit and the semiconductor circuit are formed on different substrates.
特許文献1の技術によれば、力学量検出装置を小型化することができる。しかしながら更なる小型化が要求されている。 According to the technique of Patent Document 1, the mechanical quantity detection device can be reduced in size. However, further miniaturization is required.
本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、同一チップに力学量検出部と半導体回路が形成されているとともに、より小型な力学量検出装置を製造する方法を提供する。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and provides a method for manufacturing a smaller dynamic quantity detection device while a dynamic quantity detection unit and a semiconductor circuit are formed on the same chip.
本発明の力学量検出装置の製造方法では、ベース層と犠牲層と活性層がその順序で積層されている積層基板から、固定部と、可動部と、支持部と、回路層を有する力学量検出装置を製造する。製造される力学量検出装置の固定部は、犠牲層を介してベース層に固定されている活性層からなっている。製造される力学量検出装置の可動部は、固定部から伸びているとともに犠牲層が除去されているためにベース層から遊離している活性層からなっている。製造される力学量検出装置の支持部は、犠牲層を介してベース層に固定されている活性層からなっている。製造される力学量検出装置の回路層は、支持部上に固定されており、可動部に非接触な位置関係で可動部の上方を伸びているとともに、固定部と電気的に接続されている半導体回路を備えている。本発明の力学量検出装置の製造方法は、異方性エッチング工程と、上部犠牲層形成工程と、回路層成長工程と、半導体回路形成工程と、貫通孔形成工程と、等方性エッチング工程と、配線部形成工程を備えている。異方性エッチング工程では、固定部との接続部を除外した範囲の可動部の輪郭に沿って活性層を異方性エッチングして犠牲層に達するトレンチを形成する。上部犠牲層形成工程では、異方性エッチング工程後の積層基板上に活性層を覆う上部犠牲層を形成する。回路層成長工程では、上部犠牲層上に回路層を成長させる。半導体回路形成工程では、回路層に半導体回路を形成する。貫通孔形成工程では、回路層のうち、少なくとも固定部の上方の位置に、回路層の上面から下面にまで貫通する貫通孔を形成する。等方性エッチング工程では、貫通孔からエッチング剤を導入して犠牲層と上部犠牲層を等方性エッチングする。貫通孔形成工程で形成する貫通孔の位置と、等方性エッチング工程でのエッチング時間は、下記の条件、すなわち、
・可動部とベース層の間の犠牲層を除去して、可動部とベース層を分離する;
・可動部と回路層の間の上部犠牲層を除去して、可動部と回路層を分離する;
・可動部と固定部の間を埋めている上部犠牲層と可動部と支持部の間を埋めている上部犠牲層を除去して、可動部を固定部と支持部の双方に対して可動とする;
・固定部の下部に、固定部とベース層を接続している犠牲層を残存させる;
・支持部の下部に、固定部とベース層を接続している犠牲層を残存させる;
・支持部の上部に、支持部と回路層を接続している上部犠牲層を残存させる;
という条件を満たすように設定する。配線部形成工程では、固定部の上方に位置する貫通孔を通過して固定部と半導体回路を電気的に接続する配線部を形成する。
なお、固定部と支持部は、固定部と支持部が連続する(すなわち、固定部と支持部が一体化している)ように形成しても良いし、固定部と支持部を分離して形成しても良い。
また、ベース層上に複数の固定部を形成する場合は、可動部が伸びていない固定部(すなわち、可動部から分離されており、可動部を支持していない固定部)があってもよい。
In the method for manufacturing a mechanical quantity detection device of the present invention, a mechanical quantity having a fixed portion, a movable portion, a support portion, and a circuit layer is obtained from a laminated substrate in which a base layer, a sacrificial layer, and an active layer are laminated in that order. A detection device is manufactured. The fixed part of the manufactured mechanical quantity detection device is composed of an active layer fixed to the base layer via a sacrificial layer. The movable part of the manufactured mechanical quantity detection device includes an active layer that extends from the fixed part and is free from the base layer because the sacrificial layer is removed. The support portion of the manufactured mechanical quantity detection device includes an active layer fixed to the base layer via a sacrificial layer. The circuit layer of the manufactured mechanical quantity detection device is fixed on the support part, extends above the movable part in a non-contact positional relationship with the movable part, and is electrically connected to the fixed part. A semiconductor circuit is provided. The manufacturing method of the mechanical quantity detection device of the present invention includes an anisotropic etching step, an upper sacrificial layer forming step, a circuit layer growing step, a semiconductor circuit forming step, a through-hole forming step, and an isotropic etching step. And a wiring part forming step. In the anisotropic etching process, a trench reaching the sacrificial layer is formed by anisotropically etching the active layer along the contour of the movable portion in a range excluding the connection portion with the fixed portion. In the upper sacrificial layer forming step, an upper sacrificial layer covering the active layer is formed on the laminated substrate after the anisotropic etching step. In the circuit layer growth step, a circuit layer is grown on the upper sacrificial layer. In the semiconductor circuit formation step, a semiconductor circuit is formed in the circuit layer. In the through hole forming step, a through hole penetrating from the upper surface to the lower surface of the circuit layer is formed at least at a position above the fixed portion in the circuit layer. In the isotropic etching step, an etching agent is introduced from the through hole to perform isotropic etching of the sacrificial layer and the upper sacrificial layer. The position of the through-hole formed in the through-hole forming step and the etching time in the isotropic etching step are the following conditions:
Removing the sacrificial layer between the moving part and the base layer to separate the moving part and the base layer;
Removing the upper sacrificial layer between the moving part and the circuit layer to separate the moving part and the circuit layer;
-The upper sacrificial layer filling between the movable part and the fixed part and the upper sacrificial layer filling between the movable part and the support part are removed, and the movable part is movable with respect to both the fixed part and the support part. Do;
-A sacrificial layer connecting the fixed part and the base layer is left below the fixed part;
-A sacrificial layer that connects the fixed part and the base layer is left below the support part;
The upper sacrificial layer connecting the support and the circuit layer is left on the upper part of the support;
Set to satisfy the condition. In the wiring portion forming step, a wiring portion that passes through the through hole located above the fixing portion and electrically connects the fixing portion and the semiconductor circuit is formed.
The fixing part and the supporting part may be formed so that the fixing part and the supporting part are continuous (that is, the fixing part and the supporting part are integrated), or the fixing part and the supporting part are formed separately. You may do it.
When a plurality of fixed parts are formed on the base layer, there may be a fixed part where the movable part does not extend (that is, a fixed part that is separated from the movable part and does not support the movable part). .
異方性エッチング工程では、固定部との接続部を除外した範囲の可動部の輪郭にそってトレンチを形成して、活性層に可動部と固定部と支持部を形成する。固定部と支持部を分離する場合には、固定部と支持部の間にもトレンチを形成する。上部犠牲層形成工程では、活性層を覆う上部犠牲層を形成する。すなわち、上部犠牲層を、トレンチ内(すなわち、可動部と固定部の間のトレンチ内と、固定部と支持部の間のトレンチ内と、可動部と支持部の間のトレンチ内)と活性層上に形成する。回路層形成工程では、上部犠牲層上に回路層を形成する。これによって、ベース層、犠牲層、活性層、上部犠牲層、回路層の順で積層された積層構造が形成される(但し、上部犠牲層は、トレンチ内にも存在している)。半導体回路形成工程では、回路層に半導体回路を形成する。貫通孔形成工程では、固定部の上方の位置に、回路層の上面から下面にまで貫通する貫通孔を形成する。なお、貫通孔は、必要に応じて、可動部の上方の位置の回路層に形成してもよい。等方性エッチング工程では、貫通孔形成工程で形成した貫通孔からエッチング剤を導入して、犠牲層と上部犠牲層を等方性エッチングする。貫通孔形成工程で形成する貫通孔の位置と、等方性エッチング工程でのエッチング時間は、上記の条件を満たすように設定する。したがって、等方性エッチング工程の実施後には、各部が以下の状態となる。まず、固定部と支持部は、犠牲層を介してベース層に固定されている状態が維持される。回路層は、上部犠牲層によって支持部と接続されるとともに可動部と分離されるので、可動部に非接触な位置関係で可動部の上方を伸びている状態となる。可動部は、周囲の犠牲層と上部犠牲層が除去されて、接続部においてのみ固定部と接続された状態となる。すなわち、可動部は、回路層と非接触となり、固定部からベース層と平行な面内を伸びているとともに、ベース層から遊離している状態となる。また、固定部の上方に形成した貫通孔から上部犠牲層は除去されるので、貫通孔の下方では固定部の上面が露出している状態となる。配線部形成工程では、固定部の上方に位置する貫通孔を通過して固定部と半導体回路を電気的に接続する配線部を形成する。これによって、力学量検出装置が完成する。なお、可動部に接続されていない固定部があってもよい。また、固定部の上部の上部犠牲層は、全範囲で除去されていてもよく、貫通孔の近傍だけが除去されていてもよい。また、支持部と固定部は、連続していてもよく、分離されていてもよい。
以上に説明したように、この力学量検出装置の製造方法によれば、ベース層に固定されている固定部と、固定部から伸びているとともにベース層から遊離している可動部と、犠牲層を介してベース層に固定されている活性層からなる支持部と、支持部上に固定されているとともに可動部に非接触な位置関係で可動部の上方を伸びている回路層を備えている力学量検出装置を製造することができる。製造される力学量検出装置では、力学量検出部(可動部と固定部)の上方に積層されている回路層に半導体回路が形成されている。したがって、この製造方法によれば、従来の力学量検出装置(力学量検出部の隣に半導体回路が形成されている)に比べて、より小型な力学量検出装置を製造することができる。
In the anisotropic etching step, a trench is formed along the contour of the movable portion in a range excluding the connection portion with the fixed portion, and the movable portion, the fixed portion, and the support portion are formed in the active layer. When separating the fixed part and the support part, a trench is also formed between the fixed part and the support part. In the upper sacrificial layer forming step, an upper sacrificial layer covering the active layer is formed. That is, the upper sacrificial layer is formed in the trench (ie, in the trench between the movable part and the fixed part, in the trench between the fixed part and the support part, and in the trench between the movable part and the support part) and the active layer. Form on top. In the circuit layer forming step, a circuit layer is formed on the upper sacrificial layer. As a result, a stacked structure in which the base layer, the sacrificial layer, the active layer, the upper sacrificial layer, and the circuit layer are stacked in this order is formed (however, the upper sacrificial layer is also present in the trench). In the semiconductor circuit formation step, a semiconductor circuit is formed in the circuit layer. In the through hole forming step, a through hole penetrating from the upper surface to the lower surface of the circuit layer is formed at a position above the fixing portion. In addition, you may form a through-hole in the circuit layer of the position above a movable part as needed. In the isotropic etching step, an etching agent is introduced from the through hole formed in the through hole forming step, and the sacrificial layer and the upper sacrificial layer are isotropically etched. The position of the through-hole formed in the through-hole forming step and the etching time in the isotropic etching step are set so as to satisfy the above conditions. Accordingly, after the isotropic etching step, each part is in the following state. First, the fixed part and the support part are maintained in a state of being fixed to the base layer via the sacrificial layer. Since the circuit layer is connected to the support portion and separated from the movable portion by the upper sacrificial layer, the circuit layer extends above the movable portion in a non-contact positional relationship with the movable portion. The movable portion is in a state where the surrounding sacrificial layer and the upper sacrificial layer are removed, and the movable portion is connected to the fixed portion only at the connection portion. That is, the movable part is in non-contact with the circuit layer, extends in a plane parallel to the base layer from the fixed part, and is free from the base layer. Further, since the upper sacrificial layer is removed from the through hole formed above the fixed portion, the upper surface of the fixed portion is exposed below the through hole. In the wiring portion forming step, a wiring portion that passes through the through hole located above the fixing portion and electrically connects the fixing portion and the semiconductor circuit is formed. Thereby, the mechanical quantity detection device is completed. There may be a fixed part that is not connected to the movable part. Further, the upper sacrificial layer above the fixed portion may be removed in the entire range, or only the vicinity of the through hole may be removed. Further, the support part and the fixing part may be continuous or separated.
As described above, according to the manufacturing method of the mechanical quantity detection device, the fixed portion fixed to the base layer, the movable portion extending from the fixed portion and free from the base layer, and the sacrificial layer A support portion made of an active layer fixed to the base layer via a circuit layer, and a circuit layer fixed on the support portion and extending above the movable portion in a non-contact positional relationship with the movable portion. A mechanical quantity detection device can be manufactured. In the manufactured mechanical quantity detection device, a semiconductor circuit is formed in a circuit layer stacked above the mechanical quantity detection unit (movable unit and fixed unit). Therefore, according to this manufacturing method, it is possible to manufacture a smaller mechanical quantity detection device than a conventional mechanical quantity detection device (a semiconductor circuit is formed next to the mechanical quantity detection unit).
上述した力学量検出装置の製造方法においては、回路層成長工程よりも前に、上部犠牲層の上面を平坦化する工程を実施することが好ましい。
このような構成によれば、回路層形成工程で回路層を平坦に形成することができる。したがって、回路層に半導体回路を好適に形成することができる。
In the method for manufacturing the mechanical quantity detection device described above, it is preferable to perform a step of planarizing the upper surface of the upper sacrificial layer before the circuit layer growth step.
According to such a configuration, the circuit layer can be formed flat in the circuit layer forming step. Therefore, a semiconductor circuit can be suitably formed in the circuit layer.
上述した力学量検出装置の製造方法においては、貫通孔形成工程よりも後で、配線部形成工程よりも前に、回路層の上面と貫通孔の壁面に絶縁膜を形成する工程を実施することが好ましい。
このような構成によれば、配線部が意図しない箇所で回路層と導通してしまうことを防止することができる。
In the manufacturing method of the mechanical quantity detection device described above, the step of forming the insulating film on the upper surface of the circuit layer and the wall surface of the through hole is performed after the through hole forming step and before the wiring portion forming step. Is preferred.
According to such a configuration, it is possible to prevent the wiring portion from being electrically connected to the circuit layer at an unintended location.
上述した力学量検出装置の製造方法においては、固定部の下部に、固定部とベース層を接続している犠牲層を残存させる必要がある。一方で、可動部の周囲の犠牲層と上部犠牲層を除去して、可動部をベース層と回路層と固定部と支持部から分離する必要がある。したがって、可動部の周囲では、固定部の周囲よりも広い範囲の犠牲層がエッチングされなければならない。
したがって、上述した力学量検出装置の製造方法においては、貫通孔形成工程で、可動部の上方に位置する回路層に、複数個の貫通孔を分散して形成することが好ましい。
このような構成によれば、等方性エッチング工程で、可動部の周囲の犠牲層と上部犠牲層をより早く除去することができる。したがって、可動部の面積が大きい力学量検出装置を製造する場合であっても、固定部の下部の犠牲層が完全に除去されてしまう前に、可動部の周囲の犠牲層と上部犠牲層を除去することができる。
In the manufacturing method of the mechanical quantity detection device described above, it is necessary to leave a sacrificial layer connecting the fixed part and the base layer at the lower part of the fixed part. On the other hand, it is necessary to remove the sacrificial layer and the upper sacrificial layer around the movable part to separate the movable part from the base layer, the circuit layer, the fixed part, and the support part. Therefore, a wider range of sacrificial layers must be etched around the movable part than around the fixed part.
Therefore, in the manufacturing method of the mechanical quantity detection device described above, it is preferable that a plurality of through holes are dispersed and formed in the circuit layer located above the movable portion in the through hole forming step.
According to such a configuration, the sacrificial layer and the upper sacrificial layer around the movable part can be removed earlier in the isotropic etching process. Therefore, even when a mechanical quantity detection device having a large area of the movable part is manufactured, the sacrificial layer and the upper sacrificial layer around the movable part are removed before the sacrificial layer below the fixed part is completely removed. Can be removed.
上述した力学量検出装置の製造方法では、異方性エッチング工程で、可動部を形成する活性層に、上面と下面を連通させる連通孔の複数個を分散して形成することが好ましい。
可動部の活性層に連通孔を分散して形成すると、等方性エッチング工程で、分散して配置されている連通孔から活性層の厚み方向にエッチングが進行される。したがって、固定部と支持部の下部の犠牲層を残存させるとともに、可動部の下部の犠牲層を除去することができる。
In the manufacturing method of the mechanical quantity detection device described above, it is preferable that in the anisotropic etching step, a plurality of communication holes for communicating the upper surface and the lower surface are dispersed and formed in the active layer forming the movable part.
When the communication holes are dispersedly formed in the active layer of the movable part, etching proceeds in the thickness direction of the active layer from the communication holes arranged in a dispersed manner in the isotropic etching process. Therefore, the sacrificial layer below the fixed portion and the support portion can remain, and the sacrificial layer below the movable portion can be removed.
本発明は、新たな力学量検出装置をも提供する。この力学量検出装置は、ベース層と、固定部と、可動部と、支持部と、回路層と、配線部を備えている。固定部は、犠牲層を介してベース層に固定されている活性層からなっている。可動部は、固定部から伸びているとともにベース層から遊離している活性層からなっている。支持部は、犠牲層を介してベース層に固定されている活性層からなっている。回路層は、上部犠牲層を介して支持部に固定されており、可動部に非接触な位置関係で可動部の上方を伸びており、固定部の上方に位置する範囲に上面から下面に貫通する貫通孔が形成されているとともに、半導体回路が形成されている。配線部は、貫通孔を通過して固定部と半導体回路を電気的に接続している。
このような構成によれば、より小型な力学量検出装置を提供することができる。
The present invention also provides a new mechanical quantity detection device. This mechanical quantity detection device includes a base layer, a fixed part, a movable part, a support part, a circuit layer, and a wiring part. The fixed part is made of an active layer fixed to the base layer via a sacrificial layer. The movable part consists of an active layer extending from the fixed part and free from the base layer. The support part is made of an active layer fixed to the base layer via a sacrificial layer. The circuit layer is fixed to the support portion via the upper sacrificial layer, extends above the movable portion in a non-contact positional relationship with the movable portion, and penetrates from the upper surface to the lower surface in a range located above the fixed portion. A through-hole is formed, and a semiconductor circuit is formed. The wiring portion passes through the through hole and electrically connects the fixed portion and the semiconductor circuit.
According to such a configuration, a smaller mechanical quantity detection device can be provided.
本発明によると、より小型な力学量検出装置を提供することができる。 According to the present invention, a smaller mechanical quantity detection device can be provided.
下記に詳細に説明する実施例の主要な特徴を最初に列記する。
(特徴1)可動部は、固定部から伸びるとともにベース層と平行な平面内で揺動可能な梁と、梁の先端に接続されている振動部(おもり部)を有している。
(特徴2)半導体回路は、振動部の変位量を検出する変位量検出回路を有している。
(特徴3)半導体回路は、振動部を振動させる電気信号を出力する駆動信号出力回路を有している。
The main features of the embodiments described in detail below are listed first.
(Feature 1) The movable part has a beam that extends from the fixed part and can swing within a plane parallel to the base layer, and a vibration part (weight part) connected to the tip of the beam.
(Feature 2) The semiconductor circuit has a displacement amount detection circuit that detects the displacement amount of the vibration part.
(Feature 3) The semiconductor circuit has a drive signal output circuit that outputs an electrical signal that vibrates the vibration part.
本発明を角速度検出装置の製造方法に適用した実施例について、図面を参照しながら説明する。最初に、本実施例の製造方法で製造する角速度検出装置について説明する。 An embodiment in which the present invention is applied to a method of manufacturing an angular velocity detection device will be described with reference to the drawings. First, the angular velocity detection device manufactured by the manufacturing method of the present embodiment will be described.
図1は、実施例の角速度検出装置10の部分断面図を示している。図示するように、角速度検出装置10は、ベース層100、犠牲層102、活性層104、上部犠牲層106及び回路層108が積層された積層構造を有している。活性層104には、ベース層100に固定されている第1部分(固定部110)と、ベース層100に固定されている第2部分(支持部111)と、ベース層100から遊離している部分(可動部112)が存在する。固定部110は、下部に犠牲層102が形成されており、犠牲層102によってベース層100に固定されている。支持部111は、下部に犠牲層102が形成されており、犠牲層102によってベース層100に固定されている。可動部112は、下部に犠牲層102が形成されていない。すなわち、可動部112とベース層100の間には空間が形成されている。後に詳述するが、可動部112を構成する活性層104は、図示していない範囲で固定部110を構成する活性層104と接続されている。これによって、可動部112はベース層100から遊離した状態で支持されている。
固定部110の上部には、上部犠牲層106が形成されていない。可動部112の上部にも、上部犠牲層106が形成されていない。支持部111の上部には、上部犠牲層106が形成されている。支持部111は、上部犠牲層106を介して回路層108と接続されている。回路層108は、ベース層100と略同一面積の層であり、ベース層100に対向している。回路層108は、上部犠牲層106によって支持部111に固定されている。回路層108は、固定部110と可動部112に対して非接触な位置関係で支持されている。回路層108と固定部110は、配線部122で接続されている。
図2は、回路層108の拡大図を示している。図示するように、回路層108上面側に半導体回路130が形成されている。なお、図2の参照番号132は、半導体回路130を構成しているゲート電極132を示している。半導体回路130は、層間絶縁膜134によって覆われている。層間絶縁膜134の上には、パシベーション膜136が形成されている。
図1に示すように、回路層108のうち、支持部111上の上部犠牲層106と接していない範囲には、回路層108の上面から下面にまで貫通する貫通孔120の複数個が形成されている。各貫通孔120は、半導体回路130と干渉しない位置に形成されている。図2に示すように、貫通孔120の壁面には、層間絶縁膜134が形成されている。複数の貫通孔120のうち、固定部110の上方に位置する貫通孔120を通過するようにして、配線部122が形成されている。配線部122は、その下部の固定部110と半導体回路130を電気的に接続している。以下では、固定部110のうち、配線部122と接続されている領域を、接続領域124という。
FIG. 1 shows a partial cross-sectional view of an angular
The upper
FIG. 2 shows an enlarged view of the
As shown in FIG. 1, a plurality of through
ベース層100、活性層104及び回路層108は、単結晶シリコンによって構成されている。単結晶シリコンには、不純物が導入されている。したがって、ベース層100、活性層104及び回路層108は導電性を有している。特に、活性層104は、高濃度に不純物が導入されており、導電性が非常にが高い。犠牲層102はSiO2によって構成されており、絶縁体である。上部犠牲層106はSiOによって構成されており、絶縁体である。したがって、活性層104はベース層100から絶縁されている。また、活性層104は、接続領域124でのみ回路層108と導通している。
The
図3は、回路層108を取り除いた状態の角速度検出装置10を、上面側から矢視した平面図を示している。なお、図3においては、図3の左右方向をX方向といい、図3の上下方向をY方向という。ベース層100は、図3に示す角速度検出装置10の外周形状と同じ形状をしている。ベース層100上には、上述した固定部110、支持部111及び可動部112が形成されている。図3においては、固定部110を斜線模様で示し、支持部111を縦線模様で示し、可動部112を点模様で示している。
FIG. 3 is a plan view of the angular
図示するように、支持部111は、ベース層100の外周端に沿って形成されている。上述したように、支持部111の上部には、ベース層100と略同じ面積の回路層108が固定されている。すなわち、ベース層100、支持部111及び回路層108によって、箱状の構造体が形成されている。この箱状の構造体の内部の空間に、固定部110と可動部112が形成されている。
As illustrated, the
図3に示すように、ベース層100上には、固定部110である基部50a〜50dが形成されている。基部50a、50bは、ベース層100の一方の端部(図3の上方の端部)の近くに形成されている。基部50c、50dは、ベース層100の他方の端部(図3の下方向の端部)の近くに形成されている。基部50cは、延出部58によって接続領域124aに接続されている。
可動部112は、基部50a〜50dに接続されている。これによって、可動部112は、ベース層100上に浮いた状態で支持されている。可動部112は、梁30a〜30d、サブフレーム24a、24b、梁28a〜28d、メインフレーム22a、22b、梁26a〜26d及び振動子(おもり部)20を備えている。
As shown in FIG. 3,
The
梁30a、30bは、基部50a、50bからY方向(図3の上向き)に伸びている。梁30a、30bの先端部には、サブフレーム24aが接続されている。サブフレーム24aからは、梁28a、28bがY方向(図3の下向き)に伸びている。梁28a、28bの先端部には、メインフレーム22aが接続されている。図示するように、梁30a、30b、28a、28bは、Y方向に長く、X方向の幅が細い。したがって、梁30a、30b、28a、28bは、ベース層100と平行な平面内で撓むことができる。これによって、メインフレーム22aはベース層100に対してX方向に変位することができる。
The
梁30c、30dは、基部50c、50dからY方向(図3の下向き)に伸びている。梁30c、30dの先端部には、サブフレーム24bが接続されている。サブフレーム24bからは、梁28c、28dがY方向(図3の上向き)に伸びている。梁28c、28dの先端部には、メインフレーム22bが接続されている。図示するように、梁30c、30d、28c、28dは、Y方向に長く、X方向の幅が細い。したがって、梁30c、30d、28c、28dは、ベース層100と平行な平面内で撓むことができる。これによって、メインフレーム22bはベース層100に対してX方向に変位することができる。
The
図示するように、振動子20は、メインフレーム22aとメインフレーム22bの間に位置している。
振動子20の一方の端部(図3の上方向の端部)は、X方向に伸びる梁26a、梁26bによってメインフレーム22aに接続されている。振動子20の他方の端部(図3の下方向の端部)は、X方向に伸びる梁26c、26dによってメインフレーム22bに接続されている。梁26a〜26dは、X方向に長く、Y方向の幅が細い。したがって、梁26a〜26dは、ベース層100と平行な平面内で撓むことができる。梁26a〜26dが撓むことができるので、振動子20は、メインフレーム22a、22bに対してY方向に変位することができる。
As illustrated, the
One end portion (upper end portion in FIG. 3) of the
次に、角速度検出装置10の各部に形成されているコンデンサ構造について説明する。
Next, the capacitor structure formed in each part of the angular
振動子20は、胴体部20aと、胴体部20aから延出されているアーム20b〜20eを備えている。アーム20bの先端及び基端の近傍には、X方向に伸びる4つの板状部32aが形成されている。各板状部32aと対向する位置には、ベース層100に固定されている板状部52aがそれぞれ形成されている。すなわち、4つの板状部32aと4つの板状部52aによってコンデンサ80aが形成されている。板状部52aは、延出部54aによって接続領域124bに接続されている。
同様にして、アーム20cの近傍には、4つの板状部32bと4つの板状部52bによってコンデンサ80bが形成されている。板状部52bは、延出部54bによって接続領域124cに接続されている。
同様にして、アーム20dの近傍には、4つの板状部32cと4つの板状部52cによってコンデンサ80cが形成されている。板状部52cは、延出部54cによって接続領域124dに接続されている。
同様にして、アーム20eの近傍には、4つの板状部32dと4つの板状部52dによってコンデンサ80dが形成されている。板状部52dは、延出部54dによって接続領域124eに接続されている。
The
Similarly, a
Similarly, a
Similarly, a
メインフレーム22aのX方向の一端には、X方向に伸びる複数個の板状部34aが形成されている。各板状部34aと対向する位置には、ベース層100に固定されている板状部62aが形成されている。これによって、コンデンサ82aが形成されている。板状部62aは、延出部64aによって接続領域124fに接続されている。
同様にして、メインフレーム22aのX方向の他端には、複数の板状部34bと複数の板状部62bによってコンデンサ82bが形成されている。板状部62bは、延出部64bによって接続領域124gに接続されている。
同様にして、メインフレーム22bのX方向の一端には、複数の板状部34cと複数の板状部62cによってコンデンサ82cが形成されている。板状部62cは、延出部64cによって接続領域124hに接続されている。
同様にして、メインフレーム22bのX方向の他端には、複数の板状部34dと複数の板状部62dによってコンデンサ82dが形成されている。板状部62dは、延出部64dによって接続領域124iに接続されている。
A plurality of plate-
Similarly, a
Similarly, a
Similarly, a
上述したように、接続領域124(すなわち、接続領域124a〜124i)の各々は、配線部122によって回路層108の半導体回路130と電気的に接続されている(従って、図1には配線部122を1本のみ示しているが、加速度検出装置10には9本の配線部122が形成されている)。半導体回路130は、駆動信号出力回路130aと容量検出回路130bを備えている。図3に示すように、接続領域124f〜124iは、駆動信号出力回路130aに接続されている。接続領域124a〜124eは、容量検出回路130bに接続されている。
駆動信号出力回路130aは、接続領域124f−124g間及び接続領域124h−124i間に所定周波数の交流信号を出力する。
容量検出回路130bは、接続領域124a−124b間、接続領域124a−124c間、接続領域124a−124d間及び接続領域124a−124e間でコンデンサ80a〜80dの容量を検出する。
As described above, each of the connection regions 124 (that is, the
The drive
The
図3には示していないが、可動部112のうち、幅細部(梁26a〜26d、梁28a〜28d、梁30a〜30d、板状部32a〜32d、板状部34a〜34d)を除く部分には、複数の連通孔が形成されている。図4は、可動部112の一部の拡大図を示している。図示するように、可動部112には、複数の連通孔150が形成されている。連通孔150は、可動部112(活性層104)の上面と下面を連通させている。連通孔150は、略正方形の断面形状を有している。連通孔150は、X方向及びY方向に略等間隔を隔てて形成されている。
Although not shown in FIG. 3, a portion of the
次に、角速度検出装置10の動作について説明する。角速度検出装置10を使用するときには、駆動信号出力回路130aによって、接続領域124f−124g間及び接続領域124h−124i間に所定周波数の交流信号を出力する。これによって、コンデンサ82a〜82dで電荷の充放電が繰り返される。すると、可動部112は、コンデンサ82a〜82dで充放電される電荷の静電気力によって、X方向に振動する力を受ける。上述したように、可動部112は、ベース層100に対してX方向に変位可能に支持されている。したがって、可動部112は、電荷の静電気力によってX方向に振動する。
Next, the operation of the angular
可動部112がX方向に振動している状態において、角速度検出装置10が所定の角速度(図3の紙面に対して垂直な軸回りの角速度)で移動されると、振動子20にY方向にコリオリ力が作用する。コリオリ力の大きさと向きは、角速度の大きさと、可動部112のX方向の振動に応じて変動する。また、上述したように、振動子20は、メインフレーム22a、22bに対してY方向に変位可能に支持されている。したがって、振動子20は、コリオリ力の変動によってY方向に振動する。振動子20のY方向の振動の振幅は、作用している角速度に応じた振幅となる。振動子20がY方向に振動すると、コンデンサ80a〜80dの容量が変化する。
容量検出回路130bは、接続領域124a−124b間、接続領域124a−124c間、接続領域124a−124d間及び接続領域124a−124e間でコンデンサ80a〜80dの容量(すなわち、容量の変化)を検出する。容量検出回路130bは、検出した容量から、振動子20のY方向の振動の振幅を検出する。そして、検出した振幅から、角速度検出装置10に作用している角速度を算出する。
When the angular
The
次に、角速度検出装置10の製造方法について説明する。図5は、角速度検出装置10の製造工程を示している。角速度検出装置10は、図6に示す断面構造を有する積層基板300から製造される。なお、図6は、図1に示す角速度検出装置10の断面に対応する断面を示している。積層基板300は、ベース層100と、ベース層100上に積層されている犠牲層102と、犠牲層102上に積層されている活性層104を備えている。
Next, a method for manufacturing the angular
異方性エッチング工程S2では、活性層104を反応性イオンエッチング(RIE)によりエッチングする。活性層エッチング工程S2は、活性層104(すなわち、シリコン)がエッチングされ、犠牲層102(すなわち、SiO2)がエッチングされない方法により行う。活性層エッチング工程S2は、活性層104上にエッチングマスクを形成する等して、エッチング範囲を選択して行う。活性層エッチング工程S2では、活性層104のうち、固定部110と支持部111と可動部112となる範囲を除く範囲(図3においてハッチングされていない範囲)をエッチングする。また、可動部112となる範囲のうち、図4の連通孔150に相当する微小領域をエッチングする。これらのエッチング範囲を、犠牲層102に到達するまでエッチングする(すなわち、積層基板300にトレンチを形成する)。RIEによれば、活性層104に対して略垂直にエッチングが進行する。これによって、固定部110と支持部111と可動部112の外形が形成されるとともに、可動部112となる範囲に連通孔150が形成される。したがって、積層基板300が図7に示すように形成される。
In the anisotropic etching step S2, the
異方性エッチング工程が終了したら、CVD法等によって、積層基板300上に犠牲層102と同種の物質を成長させる(上部犠牲層形成工程S4)。これによって、積層基板300上に上部犠牲層106を形成する。上部犠牲層成長工程S4では、図8に示すように、異方性エッチング工程で形成したトレンチが上部犠牲層106で埋まり、活性層104が上部犠牲層106で覆われるまで上部犠牲層106を成長させる。
When the anisotropic etching process is completed, a material of the same type as the
上部犠牲層成長工程S4が終了したら、上部犠牲層106の上面をエッチングする。これによって、図9に示すように、上部犠牲層106の上面を平坦化する(上部犠牲層平坦化工程S6)。なお、上部犠牲層106の上面の平坦化は、研磨等によって行っても良い。
When the upper sacrificial layer growth step S4 is completed, the upper surface of the upper
上部犠牲層106の上面を平坦化したら、CVD法等によって、上部犠牲層106上に、単結晶シリコンからなる回路層108を成長させる(回路層成長工程S8)。上部犠牲層106の上面が平坦化されているので、図10に示すように、回路層108が略平面状に形成される。
After the upper surface of the upper
回路層108を形成したら、回路層108に半導体回路130を形成する(半導体回路形成工程S10)。すなわち、トランジスタと配線等で構成される集積回路を形成して、駆動信号出力回路130aと容量検出回路130bを有する半導体回路130を形成する。半導体回路130は、後に形成する貫通孔120と干渉しないように形成する。半導体回路130の形成は、従来公知の方法によって行うことができるので、その詳細については説明を省略する。
After the
半導体回路130を形成したら、RIEによって、図11に示すように、回路層108に貫通孔120を形成する(貫通孔形成工程S12)。貫通孔120は、少なくとも以下の条件にしたがって形成する。
・回路層108のうち、支持部111の上方の範囲には形成しない。
・回路層108のうち、固定部110の接続領域124(124a〜124i)の上方の位置に形成する。
・回路層108のうち、可動部112の上方の範囲には、複数個の貫通孔120を分散して形成する。
・回路層108のうち、活性層104が除去されている活性層除去範囲(図11の範囲160、図3においてハッチングされていない範囲)には、複数個の貫通孔120を分散して形成する。
貫通孔120は、上記の規則に加えて、後述する等方性エッチング工程の条件も満足するように形成する。貫通孔120の位置、大きさ及び形状は、これらの規則を満たすように設定する。本実施例では、貫通孔120は、断面形状が直径約1μmの円形となるように形成する。
When the
-It is not formed in the range above the
-It forms in the position above the connection area | region 124 (124a-124i) of the fixing |
In the
A plurality of through
The through-
貫通孔120を形成したら、各貫通孔120にフッ酸(HF)ガス(エッチング剤)を導入して、犠牲層102と上部犠牲層106をエッチングする(等方性エッチング工程S14)。フッ酸ガスによれば、犠牲層102(すなわち、SiO2)と上部犠牲層106(すなわち、SiO)がエッチングされるが、ベース層100、活性層104及び回路層108(すなわち、単結晶シリコン)はほとんどエッチングされない。フッ酸ガスによる犠牲層102と上部犠牲層106のエッチングは、等方的に進行する。等方性エッチング工程では、以下の条件を満たすように、エッチング時間を設定する。
・可動部112とベース層100の間の犠牲層102を除去して、可動部112とベース層100を分離する。
・可動部112と回路層108の間の上部犠牲層106を除去して、可動部112と回路層108を分離する。
・可動部112と固定部110の間を埋めている上部犠牲層106と、可動部112と支持部111の間を埋めている上部犠牲層106を除去して、可動部112を固定部110と支持部111に対して可動とする(すなわち、可動部112が、基部50a〜50dに直接接続されている接続部でのみ固定部110と接続されているとともに、支持部111から分離している状態とする)。
・固定部110の下部に、固定部110とベース層100を接続している犠牲層102を残存させる。
・支持部111の下部に、支持部111とベース層100を接続している犠牲層102を残存させる。
・支持部111の上部に、支持部111と回路層108を接続している上部犠牲層106を残存させる。
・接続領域124a〜124iの上部の上部犠牲層106を除去する。
すなわち、貫通孔形成工程S12で、この条件を満足することができる位置関係で各貫通孔120を形成しておく。そして、等方性エッチング工程S14でエッチング時間を調節することで、上記の条件を満たすように、犠牲層102と上部犠牲層106をエッチングする。
After the through
The
The upper
The upper
The
The
The upper
-The upper
That is, in the through hole forming step S12, each through
等方性エッチング工程S14について、より詳細に説明する。図12は、等方性エッチング工程S14の実施中における積層基板300の状態を示している。
図示するように、活性層除去範囲160においては、エッチングが、活性層除去範囲160内の貫通孔120から等方的に進行する。すなわち、エッチングが、厚さ方向へも横方向へも進行する。したがって、活性層除去範囲160内の犠牲層102と上部犠牲層106は、短時間で除去される。
可動部112の周囲では、エッチングが、可動部112の上方の貫通孔120から進行する。このとき、エッチングが、連通孔150を通って厚さ方向へ進行する。したがって、可動部112の周囲においても、エッチングが、厚さ方向へも横方向へも進行する。したがって、可動部112の周囲の犠牲層102と上部犠牲層106は、短時間で除去される。
固定部110の周囲では、接続領域124の上部の貫通孔120(図12の貫通孔120a)からエッチングが進行する。貫通孔120aからのエッチングは、固定部110が存在するために厚さ方向へは進行しない。したがって、貫通孔120aからのエッチングは横方向に進行する。したがって、固定部110の上部の上部犠牲層106は短時間で除去されるが、固定部110の下部の犠牲層102は除去され難い。固定部110の下部の犠牲層102は、側方からのみエッチングされる。したがって、図13に示すように、固定部110の下部に、犠牲層102が残存する。
支持部111の上方には、貫通孔120が形成されていない。したがって、支持部111の周囲では、隣接する活性層除去範囲160の貫通孔120からエッチングが進行するだけである。したがって、支持部111の周囲の犠牲層102と上部犠牲層106は除去され難い。したがって、図13に示すように、支持部111の下部に犠牲層102が残存し、支持部111の上部に上部犠牲層106が残存する。
The isotropic etching step S14 will be described in more detail. FIG. 12 shows a state of the
As shown in the drawing, in the active
Etching proceeds from the through
In the periphery of the fixing
The through
以上のように、支持部111の周囲の犠牲層(犠牲層102と上部犠牲層106)と固定部110の下部の犠牲層102は、除去され難い位置関係となっている。したがって、等方性エッチング工程S14のエッチング時間を調節することで、支持部111の周囲の犠牲層(犠牲層102と上部犠牲層106)と固定部110の下部の犠牲層102を残存させ、他の範囲の犠牲層102と上部犠牲層106を除去することができる。すなわち、上述した等方性エッチング工程S14の条件を満たして犠牲層102と上部犠牲層106を除去することができる。等方性エッチング工程S14が終了すると、積層基板300は、図13に示す状態となる。
As described above, the sacrificial layers (
等方性エッチング工程S14が終了したら、CVDによって、回路層108上及び貫通孔120の壁面に層間絶縁膜134(図2参照)を形成する(層間絶縁膜形成工程S16)。このとき、回路層108の上面のうち、半導体回路130の接続領域(配線部122または外部と電気的に接続するための領域)には、層間絶縁膜134を形成しない。
なお、層間絶縁膜134を形成すると、形成した層間絶縁膜134によって貫通孔120が埋まってしまう場合がある。また、固定部110の接続領域124上に、層間絶縁膜134が形成されてしまう場合がある。このような場合には、接続領域124の上方の貫通孔120aの中心部分のみを選択的にドライエッチングする。このようにエッチングを行うことで、貫通孔120aの壁面に層間絶縁膜134を残存させるとともに、埋まっていた貫通孔120aを開放させることができる。また、貫通孔120aの中心部分をエッチングすることで、接続領域124もエッチングされる。したがって、接続領域124上に形成された層間絶縁膜134を除去することができる。
When the isotropic etching step S14 is completed, an interlayer insulating film 134 (see FIG. 2) is formed on the
Note that when the
層間絶縁膜134を形成したら、接続領域124(すなわち、接続領域124a〜124i)の上方の貫通孔120aを通過して、接続領域124と半導体回路130を接続する配線部122を形成する(配線部形成工程S18)。配線部122は、積層基板300の上面側からアルミニウムをスパッタリングにすることより形成する。すなわち、貫通孔120aに対してスパッタリングを実施することによって、接続領域124上にアルミニウムを成長させる。アルミニウムは、貫通孔120aの上側の開口に達するまで成長させる。そして、成長させたアルミニウムの上端と半導体回路130の接続領域との間に、アルミニウムの配線を形成する。このように、配線部122を形成することで、接続領域124と半導体回路130が電気的に接続される。
After the
配線部122を形成したら、CVDによって、回路層108上にパシベーション膜136を形成する(パシベーション膜形成工程S20)。これによって、図1及び図3に示す角速度検出装置10が製造される。
After the
以上に説明したように、この製造方法によれば、角速度検出装置10を製造することができる。角速度検出装置10は、固定部110と可動部112からなる角速度検出部の上方に、半導体回路130が形成された回路層108が積層されている。したがって、角速度検出装置10は、角速度検出部の隣に半導体回路が形成されている角速度検出装置に比べて、半導体回路の面積分だけ小型化することができる。
As described above, according to this manufacturing method, the angular
また、上述した角速度検出装置10の製造方法では、回路層成長工程S8よりも前に、上部犠牲層106の上面を平坦化する上部犠牲層平坦化工程S4を実施する。したがって、回路層形成工程S8で回路層108を平坦に形成することができる。したがって、回路層108に半導体回路130を好適に形成することができる。
In the method of manufacturing the angular
また、上述した角速度検出装置10の製造方法においては、貫通孔形成工程S12よりも後で、配線部形成工程S18よりも前に、層間絶縁膜形成工程S16を実施する。層間絶縁膜形成工程S16では、回路層108の上面のうちの半導体回路130の接続領域外(半導体回路が配線部122または外部と電気的に接続される領域外)と、貫通孔120の壁面に層間絶縁膜134を形成する。したがって、配線部122が、意図しない箇所で回路層108と導通してしまうことを防止することができる。
In the manufacturing method of the angular
また、上述した角速度検出装置10の製造方法においては、貫通孔形成工程S12で、可動部112の上方に位置する範囲の回路層108に、複数個の貫通孔120を分散して形成する。したがって、等方性エッチング工程S14の実施時に、可動部112の周囲の犠牲層102と上部犠牲層106をより早く除去することができる。すなわち、固定部110の下部の犠牲層102が完全に除去されてしまう前に、可動部112の周囲の犠牲層102と上部犠牲層106を除去することができる。このように、可動部112の周囲の犠牲層102を早く除去することができるので、可動部112の形状を自由に設計することができる。
In the manufacturing method of the angular
また、上述した角速度検出装置10の製造方法においては、異方性エッチング工程S2で、可動部112を形成する活性層104に、上面と下面を連通させる連通孔150の複数個を分散して形成する。このように連通孔150が形成されているので、等方性エッチング工程S14の実施時に、可動部112の周囲において、エッチングが厚み方向に進行することができる。したがって、可動部112の下部の犠牲層102をより早く除去することができる。すなわち、固定部110の下部の犠牲層102が完全に除去されてしまう前に、可動部112の下部の犠牲層102を除去することができる。このように、可動部112の周囲の犠牲層102を早く除去することができるので、可動部112の形状を自由に設計することができる。
Further, in the manufacturing method of the angular
なお、上述した実施例の加速度検出装置10では、固定部110と支持部111が分離されていたが、固定部110と支持部111はつながっていてもよい。
In addition, in the
また、上述した実施例の加速度検出装置10では、活性層除去範囲160(図3においてハッチングされていない範囲)が非常に広い範囲であったが、活性層除去範囲160がより面積の小さい範囲であってもよい。すなわち、活性層除去範囲160は、少なくとも可動部112の輪郭のうち、固定部110との接続部以外に沿った領域に設定されていればよい。少なくとも可動部112の輪郭のうち、固定部110との接続部以外に沿った領域の活性層が除去されていれば、可動部112を固定部110と支持部111に対して可動とすることができる。したがって、異方性エッチング工程S2においては、少なくとも可動部112の輪郭のうち、固定部110との接続部以外に沿った領域をエッチングすれば、本実施例と異なる範囲の活性層104をエッチングしてもよい。
Further, in the
また、上述した実施例の製造方法では、等方性エッチング工程S14において、活性層除去範囲160内の犠牲層102と上部犠牲層106を全て除去した。しかしながら、少なくとも可動部112の周囲の犠牲層102と上部犠牲層106を除去すれば、可動部112を固定部110と支持部111に対して可動とすることができる。したがって、可動部112が可動となる範囲の犠牲層102と上部犠牲層106を除去すれば、活性層除去範囲160に犠牲層102と上部犠牲層106を残存させても良い。このように、活性層除去範囲160に犠牲層102と上部犠牲層106を残存させる場合には、貫通孔形成工程S12においては、活性層除去範囲160内の回路層108に貫通孔120を分散させて形成しなくてもよい。
In the manufacturing method of the above-described embodiment, the
また、上述した実施例では、上部犠牲層106をSiOで構成したが、他の物質で構成してもよい。例えば、P−SiO、SOG等の酸化物絶縁体を用いることができる。
In the above-described embodiment, the upper
また、上述した実施例では、角速度検出装置の製造方法について説明したが、他の力学量を検出する装置においても本発明の製造方法を用いることができる。例えば、加速度検出装置、角加速度検出装置等のベース層から遊離している可動部を有する力学量検出装置の製造に、本発明の製造方法を用いることができる。 In the above-described embodiments, the manufacturing method of the angular velocity detection device has been described. However, the manufacturing method of the present invention can also be used in devices that detect other mechanical quantities. For example, the manufacturing method of the present invention can be used for manufacturing a mechanical quantity detection device having a movable part separated from a base layer, such as an acceleration detection device and an angular acceleration detection device.
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、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さまざまに変形、変更したものが含まれる。
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み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わ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。
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
The technical elements described in this specification or the drawings exhibit 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 technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.
10:角速度検出装置
20:振動子
22a、22b:メインフレーム
24a、24b:サブフレーム
26a〜26d:梁
28a〜28d:梁
30a〜30d:梁
50a〜50d:基部
80a〜80d:コンデンサ
82a〜82d:コンデンサ
100:ベース層
102:犠牲層
104:活性層
106:上部犠牲層
108:回路層
110:固定部
111:支持部
112:可動部
120:貫通孔
122:配線部
124:接続領域
124a〜124i:接続領域
130:半導体回路
130a:駆動信号出力回路
130b:容量検出回路
134:層間絶縁膜
136:パシベーション膜
150:連通孔
160:活性層除去範囲
300:積層基板
10: Angular velocity detection device 20:
Claims (6)
犠牲層を介してベース層に固定されている活性層からなる固定部と、
固定部から伸びているとともに犠牲層が除去されているためにベース層から遊離している活性層からなる可動部と、
犠牲層を介してベース層に固定されている活性層からなる支持部と、
支持部上に固定されており、可動部に非接触な位置関係で可動部の上方を伸びているとともに、固定部と電気的に接続されている半導体回路を備えている回路層、
を有する力学量検出装置を製造する方法であって、
固定部との接続部を除外した範囲の可動部の輪郭に沿って活性層を異方性エッチングして犠牲層に達するトレンチを形成する異方性エッチング工程と、
異方性エッチング工程後の積層基板上に活性層を覆う上部犠牲層を形成する上部犠牲層形成工程と、
上部犠牲層上に回路層を成長させる回路層成長工程と、
回路層に半導体回路を形成する半導体回路形成工程と、
回路層のうち、少なくとも固定部の上方の位置に、回路層の上面から下面にまで貫通する貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
貫通孔からエッチング剤を導入して犠牲層と上部犠牲層を等方性エッチングする等方性エッチング工程と、
固定部の上方に位置する貫通孔を通過して固定部と半導体回路を電気的に接続する配線部を形成する配線部形成工程を備えており、
前記貫通孔形成工程で形成する貫通孔の位置と、前記等方性エッチング工程でのエッチング時間を、下記の条件、すなわち、
・可動部とベース層の間の犠牲層を除去して、可動部とベース層を分離する;
・可動部と回路層の間の上部犠牲層を除去して、可動部と回路層を分離する;
・可動部と固定部の間を埋めている上部犠牲層と、可動部と支持部の間を埋めている上部犠牲層を除去して可動部を固定部と支持部の双方に対して可動とする;
・固定部の下部に、固定部とベース層を接続している犠牲層を残存させる;
・支持部の下部に、支持部とベース層を接続している犠牲層を残存させる;
・支持部の上部に、支持部と回路層を接続している上部犠牲層を残存させる;
という条件を満たすように設定しておくことを特徴とする力学量検出装置の製造方法。 From the laminated substrate in which the base layer, the sacrificial layer, and the active layer are laminated in that order,
A fixed portion made of an active layer fixed to the base layer via a sacrificial layer;
A movable part comprising an active layer extending from the fixed part and free from the base layer because the sacrificial layer is removed;
A support made of an active layer fixed to the base layer via a sacrificial layer;
A circuit layer that is fixed on the support portion and extends above the movable portion in a non-contact positional relationship with the movable portion, and includes a semiconductor circuit that is electrically connected to the fixed portion;
A method for manufacturing a mechanical quantity detection device having
An anisotropic etching step of forming a trench reaching the sacrificial layer by anisotropically etching the active layer along the outline of the movable portion in a range excluding the connection portion with the fixed portion;
An upper sacrificial layer forming step of forming an upper sacrificial layer covering the active layer on the laminated substrate after the anisotropic etching step;
A circuit layer growth step for growing a circuit layer on the upper sacrificial layer;
A semiconductor circuit forming step of forming a semiconductor circuit in the circuit layer;
A through hole forming step of forming a through hole penetrating from the upper surface to the lower surface of the circuit layer at least at a position above the fixed portion of the circuit layer;
An isotropic etching process in which an etching agent is introduced from the through hole to perform isotropic etching of the sacrificial layer and the upper sacrificial layer;
A wiring part forming step of forming a wiring part that electrically connects the fixing part and the semiconductor circuit through a through hole located above the fixing part;
The position of the through hole formed in the through hole forming step and the etching time in the isotropic etching step are as follows:
Removing the sacrificial layer between the moving part and the base layer to separate the moving part and the base layer;
Removing the upper sacrificial layer between the moving part and the circuit layer to separate the moving part and the circuit layer;
The upper sacrificial layer filling between the movable part and the fixed part and the upper sacrificial layer filling between the movable part and the support part are removed, and the movable part is movable with respect to both the fixed part and the support part. Do;
-A sacrificial layer connecting the fixed part and the base layer is left below the fixed part;
-A sacrificial layer connecting the support part and the base layer is left below the support part;
The upper sacrificial layer connecting the support and the circuit layer is left on the upper part of the support;
The manufacturing method of the mechanical quantity detection apparatus characterized by setting so that the conditions may be satisfy | filled.
犠牲層を介してベース層に固定されている活性層からなる固定部と、
固定部から伸びているとともにベース層から遊離している活性層からなる可動部と、
犠牲層を介してベース層に固定されている活性層からなる支持部と、
上部犠牲層を介して支持部に固定されており、可動部に非接触な位置関係で可動部の上方を伸びており、固定部の上方に位置する範囲に上面から下面に貫通する貫通孔が形成されているとともに、半導体回路が形成されている回路層と、
貫通孔を通過して固定部と半導体回路を電気的に接続している配線部と、
を備えていることを特徴とする力学量検出装置。 The base layer,
A fixed portion made of an active layer fixed to the base layer via a sacrificial layer;
A movable part consisting of an active layer extending from the fixed part and free from the base layer;
A support made of an active layer fixed to the base layer via a sacrificial layer;
It is fixed to the support part via the upper sacrificial layer, extends above the movable part in a non-contact positional relationship with the movable part, and a through-hole penetrating from the upper surface to the lower surface is located above the fixed part. And a circuit layer in which a semiconductor circuit is formed, and
A wiring portion that passes through the through hole and electrically connects the fixed portion and the semiconductor circuit;
A mechanical quantity detection device comprising:
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JP2007163734A JP2009004543A (en) | 2007-06-21 | 2007-06-21 | Mechanical quantity detecting device and manufacturing method thereof |
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004108585A2 (en) * | 2003-06-04 | 2004-12-16 | Robert Bosch Gmbh | Microelectromechanical systems having trench isolated contacts, and methods for fabricating same |
JP2006263902A (en) * | 2005-02-25 | 2006-10-05 | Hitachi Ltd | Integrated micro electromechanical system, and manufacturing method thereof |
-
2007
- 2007-06-21 JP JP2007163734A patent/JP2009004543A/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004108585A2 (en) * | 2003-06-04 | 2004-12-16 | Robert Bosch Gmbh | Microelectromechanical systems having trench isolated contacts, and methods for fabricating same |
JP2007524995A (en) * | 2003-06-04 | 2007-08-30 | ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング | Micro-electromechanical system having contacts separated by trenches and method of manufacturing the same |
JP2006263902A (en) * | 2005-02-25 | 2006-10-05 | Hitachi Ltd | Integrated micro electromechanical system, and manufacturing method thereof |
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