JP2010188468A

JP2010188468A - Ｍｅｍｓ構造体

Info

Publication number: JP2010188468A
Application number: JP2009034911A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Wakabayashi; 大介若林; Hidekazu Furukubo; 英一古久保; Hirosuke Moriguchi; 裕亮森口; Shinichi Kishimoto; 慎一岸本
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2009-02-18
Filing date: 2009-02-18
Publication date: 2010-09-02

Abstract

【課題】ＭＥＭＳ構造体における可動部と固定部とが対向する端部の損傷を抑制することを課題とする。
【解決手段】固定部１１と固定部１１に対して相対的に可動する可動部１２とを備え、固定部１１に対して可動部１２が可動することで所定の機能を有する素子が基板１３に形成されたＭＥＭＳ構造体において、固定部１１と可動部１２とが対向する対向面１４の端部１５を面取り加工したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、機械要素部品と電気回路部品とを１つの基板上に集積化して構成されたＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）構造体に関する。

従来、この種の技術としては、例えば以下に示す文献に記載されたものが知られている（特許文献１参照）。この文献には、閉ループ面内のＭＥＭＳ加速度計内に配置されて、共動する可動及び固定櫛駆動歯の厚さや長さといった幾何学的な形状を工夫改善することで、振動整流を低減した発明が記載されている。

特表２００８−５３３５６７号公報

上述したような従来のＭＥＭＳ構造体においては、可動櫛歯の可動部と固定櫛歯の固定部との間隔は数〜数十ミクロン程度と極めて狭いので、形成時や形成後において両者の相対的な動きに対して両者が接触するおそれがあった。可動部と固定部が接触した場合には、両者の特に構造的に脆弱な角部が損傷しやすいといった不具合を招いていた。

そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、可動部と固定部との端部の損傷を抑制し得るＭＥＭＳ構造体を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係るＭＥＭＳ構造体は、固定部と、固定部に対して相対的に可動する可動部とを備え、固定部に対して可動部が可動することで所定の機能を有する素子が基板に形成されたＭＥＭＳ構造体において、固定部と可動部とが対向する対向面の端部を面取り加工したことを第１の特徴とする。

本発明に係るＭＥＭＳ構造体は、上記第１の特徴のＭＥＭＳ構造体において、面取り加工が施された端部表面には、保護膜が形成されていることを第２の特徴とする。

本発明に係るＭＥＭＳ構造体は、上記第２の特徴のＭＥＭＳ構造体において、保護膜は、金属もしくは有機物で構成されていることを第３の特徴とする。

本発明に係るＭＥＭＳ構造体は、上記第１〜３のいずれかの１つの特徴のＭＥＭＳ構造体において、端部は、基板表面と対向面とが接する角部、基板裏面と対向面とが接する角部のいずれか一方または双方であることを第４の特徴とする。

本発明に係るＭＥＭＳ構造体は、上記第１〜４のいずれか１つの特徴のＭＥＭＳ構造体において、異方性エッチングにより固定部と可動部とが対向する対向面の端部を選択的に除去して、端部を面取り加工することを第５の特徴とする。

本発明に係るＭＥＭＳ構造体は、上記第１〜４のいずれか１つの特徴のＭＥＭＳ構造体において、誘導結合プラズマエッチングにより固定部と可動部とが対向する対向面の端部を選択的に除去して、端部を面取り加工することを第６の特徴とする。

本発明に係るＭＥＭＳ構造体は、上記第１〜４のいずれか１つの特徴のＭＥＭＳ構造体において、異方性エッチングならびに誘導結合プラズマエッチングにより固定部と可動部とが対向する対向面の端部を選択的に除去して、端部を面取り加工することを第７の特徴とする。

本発明に係るＭＥＭＳ構造体は、上記第６または７の特徴のＭＥＭＳ構造体において、基板に形成された絶縁膜により前記誘導結合プラズマエッチングによる基板の一方向のエッチングを停止し、かつ前記基板の他方向をエッチングすることを第８の特徴とする。

本発明に係る第１の特徴のＭＥＭＳ構造体では、対向する固定部と可動部の端部を面取り加工することで、端部の損傷を緩和抑制することが可能となる。

本発明に係る第２の特徴のＭＥＭＳ構造体では、面取り加工が施された端部表面に保護膜を形成したことで、端部の損傷をより一層緩和抑制することができる。

本発明に係る第３の特徴のＭＥＭＳ構造体では、保護膜を金属または有機物で構成することで、既存の半導体微細加工技術により容易に保護膜を形成することが可能となる。

本発明に係る第４の特徴のＭＥＭＳ構造体では、基板表面と対向面とが接する角部、基板裏面と対向面とが接する角部のいずれか一方または双方の端部の損傷を緩和抑制することが可能となる。

本発明に係る第５の特徴のＭＥＭＳ構造体では、異方性エッチングにより基板を選択的に除去することで、既存の半導体微細加工技術により面取り加工することが可能となる。

本発明に係る第６の特徴のＭＥＭＳ構造体では、誘導結合プラズマエッチングにより基板を選択的に除去することで、既存の半導体微細加工技術により面取り加工することが可能となる。

本発明に係る第７の特徴のＭＥＭＳ構造体では、異方性エッチングならびに誘導結合プラズマエッチングにより基板を選択的に除去することで、既存の半導体微細加工技術により面取り加工することが可能となる。

本発明に係る第８の特徴のＭＥＭＳ構造体では、絶縁膜により誘導結合プラズマエッチングによる基板のエッチング方向を変えることで、既存の半導体微細加工技術により面取り加工することが可能となる。

本発明の実施例１に係るＭＥＭＳ構造の構成を示す図である。本発明の実施例２に係るＭＥＭＳ構造の構成を示す図である。本発明の実施例２に係るＭＥＭＳ構造の他の構成を示す図である。本発明の実施例３に係るＭＥＭＳ構造体の製造方法を示す工程断面図である。本発明の実施例４に係るＭＥＭＳ構造体の製造方法を示す工程断面図である。本発明の実施例５に係るＭＥＭＳ構造体の製造方法を示す工程断面図である。本発明の実施例６に係るＭＥＭＳ構造体の製造方法を示す工程断面図である。

以下、図面を用いて本発明を実施するための実施例を説明する。

図１は本発明の実施例１に係るＭＥＭＳ構造体の構成を示す図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）Ｉ−Ｉ線の断面図である。

図１において、ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）構造体は、半導体微細加工技術を用いて可動部と固定部とを含む機械的要素部品と電気回路部品が１つの基板に一体的に集積化された構造を有し、可動部と固定部とを有する構造体として加速度センサや圧力センサ等のセンサ類やアクチュエータ等が形成される。

図１において、この実施例１のＭＥＭＳ構造体では、固定部１１と可動部１２を有し、ばね要素となる支持部材に支持されて外部から加わる応力によって可動する可動部１２と、この可動部１２に数〜数十ミクロン程度の距離で近接して配置された固定部１１とが同一の基板１３に形成されている。可動部１２は、例えば特開２００７−２９８４０８号公報の特許文献に記載されているような静電容量式のセンサにおける櫛歯状に配置された可動電極に相当し、固定部１１は、同特許文献における固定電極に相当する。

このような固定部１１と可動部１２とを有するＭＥＭＳ構造体において、図１（ｂ）の断面図に示すように、対向する固定部１１と可動部１２との対向面１４における端部１５となる角部、すなわち対向面１４と上部水平面１６とが接する角部が面取り加工されて、角を除いて丸みを帯びた形状に形成されている。

なお、図１（ｂ）には図示していないが、対向する固定部１１と可動部１２との対向面１４における他の端部１７となる角部、すなわち対向面１４と下部水平面１８とが接する角部が面取り加工され、角を除いて丸みを帯びた形状に形成してもよく、また、双方の角部を面取り加工するようにしてもよい。

このような構成においては、固定部１１と可動部１２の角部が面取り加工されているので、面取り加工されていない場合に比べて固定部１１と可動部１２の角部は、両者の接触に対する構造的な強度を増すことができ、両者の接触による欠け等の損傷を緩和抑制することが可能となる。

図２、図３は本発明の実施例２に係るＭＥＭＳ構造体の一部断面を示す図である。この実施例２の特徴とするところは、先の実施例１で説明した面取り加工が施された端部１５（図２に示す）、もしくは端部１５，１７（図３に示す）にアルミニウム等の金属、もしくはポリイミド膜等の樹脂製有機物の保護膜２１を設けたことにある。

このような構成においては、保護膜２１が固定部１１と可動部１２との接触において緩衝材として機能するので、先の実施例１に比べて両者の接触による欠け等の損傷をさらに緩和抑制することが可能となる。

図４は本発明の実施例３に係るＭＥＭＳ構造体の製造方法の工程を示す断面図である。図４に示す製造方法は、先の図１に示す実施例１の面取り加工の工程を示すものである。図４において、先ず可動部と固定部とが一体形成される基板４１、例えば半導体のシリコン基板の表面に（図４（ａ））、フォトリソグラフィ技術によりパターニングされたレジスト材（図示せず）を形成し、このレジスト材をマスクにして、ＫＯＨ等のアルカリ溶液により基板４１を選択的に異方性エッチングして側面がテーパ状の溝４２を形成する（図４（ｂ））。

続いて、先のレジスト材を除去した後、フォトリソグラフィ技術によりパターニングされた新たなレジスト材（図示せず）を形成し、このレジスト材をマスクにして、ＩＰＣ（誘導結合プラズマ）エッチングにより溝４２の底面の部分を基板４１を貫通する程度に深堀して選択的に除去する（図４（ｃ））。これにより、対向面と上部水平面との端部４３が面取り加工された可動部４４と固定部４５とを形成することができる。

このような実施例３においては、アルカリ水溶液を用いた異方性エッチングという既存の半導体微細加工技術を用いることで端部を面取り加工することが可能となる。

図５は本発明の実施例４に係るＭＥＭＳ構造体の製造方法の工程を示す断面図である。図５に示す製造方法は、先の実施例１のところで触れた、可動部と固定部の対向面と上部水平面とが接する端部（角部）、ならびに可動部と固定部の対向面と下部水平面とが接する端部（角部）の双方の端部を面取り加工する工程を示すものである。

図５において、先ず可動部と固定部とが一体形成される基板５１、例えば半導体のシリコン基板の表面（一主面）に（図５（ａ））、フォトリソグラフィ技術によりパターニングされたレジスト材（図示せず）を形成し、このレジスト材をマスクにして、ＫＯＨ等のアルカリ溶液により基板５１の表面を選択的に異方性エッチングして側面がテーパ状の溝５２ａを形成する（図５（ｂ））。

続いて、先のレジスト材を除去した後、基板５１の裏面（他主面）に、表面側に形成されたレジスト材に対応した位置に、フォトリソグラフィ技術によりパターニングされたレジスト材（図示せず）を形成し、このレジスト材をマスクにして、ＫＯＨ等のアルカリ溶液により基板５１の裏面を選択的に異方性エッチングして側面がテーパ状で底面の位置が先の溝５２ａに対応した溝５２ｂを形成する（図５（ｃ））。

次に、先のレジスト材を除去した後、基板５１の表面にフォトリソグラフィ技術によりパターニングされたレジスト材（図示せず）を形成し、このレジスト材をマスクにして、ＩＰＣ（誘導結合プラズマ）エッチングにより溝５２ａの底面の部分を溝５２ｂの底面に至り基板５１を貫通する程度に深堀して選択的に除去する（図５（ｄ））。これにより、対向面と上部水平面とが接する端部５３、ならびに対向面と下部水平面とが接する端部５４が面取り加工された可動部５５と固定部５６とを同時に形成することができる。

このような実施例４においては、アルカリ水溶液を用いた異方性エッチングという既存の半導体微細加工技術を用いることで端部を面取り加工することが可能となる。

図６は本発明の実施例５に係るＭＥＭＳ構造体の製造方法の工程を示す断面図である。図６に示す製造方法は、先の実施例１のところで触れた、可動部と固定部の対向面と下部水平面とが接する端部（角部）を面取り加工する工程を示すものである。

図６において、先ず可動部と固定部とが一体形成される基板６１、例えば半導体のシリコン基板の裏面に（図６（ａ））、後述するＩＰＣエッチングによる基板６１の選択的な除去を停止させる機能を有する部材となる絶縁膜、例えばシリコン酸化膜６２を堆積形成する（図６（ｂ））。続いて、基板６１の表面にフォトリソグラフィ技術によりパターニングされたレジスト材（図示せず）を形成し、このレジスト材をマスクにして、ＩＰＣ（誘導結合プラズマ）エッチングにより基板６１を貫通する程度に深堀して選択的に除去する（図６（ｃ））。ＩＰＣにより基板６１を深堀する工程において、基板６１が徐々にエッチング除去されてシリコン酸化膜６２に至るまでエッチングが進むと、エッチングにより掘り込まれた基板６１の側面とシリコン酸化膜６２とが接する端部（角部）６３には、ＩＰＣによる電荷が堆積しやすくなりこの端部６３では、基板６１の縦方向へのエッチングが停止し、基板６１が横方向にエッチングされる。これにより、エッチング時間を適切に設定することで、端部を面取り加工することが可能となる。

その後、シリコン酸化膜６２ならびにＩＰＣエッチング時のレジスト材を除去し、対向面と下部水平面との端部６３が面取り加工された可動部６４と固定部６５とが形成される（図６（ｄ））。

このような実施例５においては、誘導結合プラズマエッチングという既存の半導体微細加工技術を用いることで端部を面取り加工することができる。また、誘導結合プラズマエッチングを用いることで、基板６１の深堀が可能となり、端部の面取り加工と同時に可動部６４と固定部６５を分離形成することが可能となる。さらに、シリコン酸化膜６２により誘導結合プラズマエッチングによる基板６１のエッチング方向を変えることで、面取り加工処理に誘導結合プラズマエッチングを用いてことが可能となる。

図７は本発明の実施例６に係るＭＥＭＳ構造体の製造方法の工程を示す断面図である。図７に示す製造方法は、先の実施例１のところで触れた、可動部と固定部の対向面と上部水平面とが接する端部（角部）、ならびに可動部と固定部の対向面と下部水平面とが接する端部（角部）の双方の端部を面取り加工する工程を示すものである。

図７において、先ず可動部と固定部とが一体形成される基板７１、例えば半導体のシリコン基板の表面（一主面）に（図７（ａ））、フォトリソグラフィ技術によりパターニングされたレジスト材（図示せず）を形成し、このレジスト材をマスクにして、ＫＯＨ等のアルカリ溶液により基板７１の表面を選択的に異方性エッチングして側面がテーパ状の溝７２を形成する（図７（ｂ））。

続いて、先のレジスト材を除去した後、基板７１の裏面（他主面）に、シリコン酸化膜７３を堆積形成する（図７（ｃ））。引き続いて、基板７１の表面にフォトリソグラフィ技術によりパターニングされたレジスト材（図示せず）を形成し、このレジスト材をマスクにして、ＩＰＣ（誘導結合プラズマ）エッチングにより溝７２の底面の部分をシリコン酸化膜７３に至り基板７１を貫通する程度に深堀して選択的に除去する（図７（ｄ））。ＩＰＣにより基板７１を深堀する工程において、基板７１が徐々にエッチング除去されてシリコン酸化膜７３に至るまでエッチングが進むと、エッチングにより掘り込まれた基板７１の側面とシリコン酸化膜７３とが接する端部（角部）７４には、ＩＰＣによる電荷が堆積しやすくなりこの端部７４では、基板７１の縦方向へのエッチングが停止し、基板７１が横方向にエッチングされる。これにより、エッチング時間を適切に設定することで、角部を面取り加工することが可能となる。

その後、シリコン酸化膜７３ならびにＩＰＣエッチング時のレジスト材を除去し、対向面と上部水平面とが接する端部７５ならびに対向面と下部水平面とが接する端部７４が面取り加工された可動部７６と固定部７７とが形成される（図７（ｅ））。

このような実施例６においては、先の実施例４ならびに実施例５で得られる効果と同様の効果を得ることができる。

１１，４５，５６，６５，７７…固定部
１２，４４，５５，６４，７６…可動部
１３，４１，５１，６１，７１…基板
１４…対向面
１５，１７，４３，５３，５４，６３，７４，７５…端部
１６…上部水平面
１８…下部水平面
２１…保護膜
４２，５２ａ，５２ｂ，７２…溝
６２，７３…シリコン酸化膜

Claims

固定部と、前記固定部に対して相対的に可動する可動部とを備え、前記固定部に対して前記可動部が可動することで所定の機能を有する素子が基板に形成されたＭＥＭＳ構造体において、
前記固定部と前記可動部とが対向する対向面の端部を面取り加工した
ことを特徴とするＭＥＭＳ構造体。
前記面取り加工が施された端部表面には、保護膜が形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ構造体。
前記保護膜は、金属もしくは有機物で構成されている
ことを特徴とする請求項２に記載のＭＥＭＳ構造体。
前記端部は、前記基板表面と前記対向面とが接する角部、前記基板裏面と前記対向面とが接する角部のいずれか一方または双方である
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のＭＥＭＳ構造体。
異方性エッチングにより前記固定部と前記可動部とが対向する対向面の端部を選択的に除去して、前記端部を面取り加工する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のＭＥＭＳ構造体。
誘導結合プラズマエッチングにより前記固定部と前記可動部とが対向する対向面の端部を選択的に除去して、前記端部を面取り加工する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のＭＥＭＳ構造体。
異方性エッチングならびに誘導結合プラズマエッチングにより前記固定部と前記可動部とが対向する対向面の端部を選択的に除去して、前記端部を面取り加工する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のＭＥＭＳ構造体。
前記基板に形成された絶縁膜により前記誘導結合プラズマエッチングによる前記基板の一方向のエッチングを停止し、かつ前記基板の他方向をエッチングする
ことを特徴とする請求項６または７に記載のＭＥＭＳ構造体。