JP2011152592A - Mems structure - Google Patents

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Daisuke Wakabayashi
大介 若林
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Panasonic Electric Works Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an MEMS structure in which the machining accuracies of functionally effective portions are increased. <P>SOLUTION: This MEMS structure 1 includes a movable part 40 and fixed parts 50 which are formed by etching a semiconductor substrate 3 joined to a support substrate 2. The movable part 40 and the fixed parts 50 has respective movable electrodes 41 and fixed electrodes 51 which are disposed so as to face each other through first gaps 62. The MEMS structure 1 detects a physical quantity based on the displacement of the movable electrodes 41 relative to the fixed electrodes 51. Net-like groove parts 10 are formed in the area of the semiconductor substrate 3 which is brought into contact with the support substrate 2. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、MEMS構造体に関する。   The present invention relates to a MEMS structure.

従来、MEMS構造体として、支持基板に接合した半導体基板をエッチング加工することで、相互に噛み合う状態で間隙をもって対向する櫛歯状可動電極および櫛歯状固定電極を形成したものが知られている(例えば、特許文献1参照)。   2. Description of the Related Art Conventionally, a MEMS structure in which a comb-shaped movable electrode and a comb-shaped fixed electrode that are opposed to each other with a gap in an engaged state is formed by etching a semiconductor substrate bonded to a support substrate is known. (For example, refer to Patent Document 1).

この特許文献1では、櫛歯状に配置された細長いパターンの近傍に深さ方向のエッチング時間を調整するダミーパターンを設けることで、細長いパターン部分が過度にサイドエッチングされるのを防止している。   In Patent Document 1, a dummy pattern for adjusting the etching time in the depth direction is provided in the vicinity of a long and narrow pattern arranged in a comb shape, thereby preventing the long and narrow pattern portion from being excessively side-etched. .

特開2000−77681号公報JP 2000-77681 A

ところで、エッチング加工により複数の異なる幅の間隙を形成する場合、すなわち、エッチング幅の異なるパターンが混在するエッチング用マスクを用いてエッチング加工を行う場合、マイクロローディング効果が発生することがある。マイクロローディング効果とは、幅狭の間隙が幅広の間隙に比べてエッチングの進行が遅くなる現象のことをいう。このように、マイクロローディング効果が発生すると、幅狭部分のエッチングが完了する直前に、支持基板と半導体基板との線膨張率の相違により半導体基板に生じる応力等が、幅狭の間隙の底部に集中し、底部にクラックが発生して破損するおそれがある。   By the way, when a plurality of gaps having different widths are formed by etching, that is, when etching is performed using an etching mask in which patterns having different etching widths are mixed, a microloading effect may occur. The microloading effect refers to a phenomenon in which the progress of etching is slower in a narrow gap than in a wide gap. As described above, when the microloading effect occurs, the stress generated in the semiconductor substrate due to the difference in linear expansion coefficient between the support substrate and the semiconductor substrate immediately before the etching of the narrow portion is completed at the bottom of the narrow gap. Concentration and cracks at the bottom may cause damage.

すなわち、上記従来技術では、機能上有効な部位の加工精度が低下してしまうおそれがある。   That is, in the above-described conventional technology, there is a possibility that the processing accuracy of a functionally effective part may be lowered.

そこで、本発明は、機能上有効な部位の加工精度を高めることのできるMEMS構造体を得ることを目的とする。   Then, an object of this invention is to obtain the MEMS structure which can improve the processing precision of a functionally effective site | part.

本発明にあっては、支持基板に接合した半導体基板をエッチング加工することで形成される可動部および固定部を備え、当該可動部および固定部は、第1の間隙をもって対向配置される可動電極および固定電極をそれぞれ有し、当該固定電極に対する可動電極の相対変位に基づいて物理量を検出するMEMS構造体において、前記半導体基板の前記支持基板と当接する領域に、網目状溝部を形成したことを最も主要な特徴とする。   In the present invention, a movable part and a fixed part formed by etching a semiconductor substrate bonded to a support substrate are provided, and the movable part and the fixed part are arranged to face each other with a first gap. And a MEMS structure for detecting a physical quantity based on the relative displacement of the movable electrode with respect to the fixed electrode, and forming a mesh-like groove in a region of the semiconductor substrate that contacts the support substrate. The most important feature.

本発明によれば、半導体基板の支持基板と当接する領域に網目状溝部を形成したため、この網目状溝部によって半導体基板に生じる応力を吸収することができる。その結果、エッチング加工を行う際に、機能上有効な部位に応力が集中してしまうのを抑制することができ、機能上有効な部位の加工精度を高めることができる。   According to the present invention, since the mesh-like groove is formed in the region of the semiconductor substrate that contacts the support substrate, the stress generated in the semiconductor substrate can be absorbed by the mesh-like groove. As a result, when etching is performed, stress can be prevented from concentrating on a functionally effective portion, and the processing accuracy of the functionally effective portion can be increased.

図1は、本発明の第1実施形態にかかるMEMS構造体を模式的に示す平面図である。FIG. 1 is a plan view schematically showing a MEMS structure according to the first embodiment of the present invention. 図2は、本発明の第1実施形態にかかるMEMS構造体の半導体基板をドライエッチングする工程を(a)から(c)に順を追って模式的に示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the steps of dry etching the semiconductor substrate of the MEMS structure according to the first embodiment of the present invention in order from (a) to (c). 図3は、本発明の第2実施形態にかかるMEMS構造体を模式的に示す平面図である。FIG. 3 is a plan view schematically showing a MEMS structure according to the second embodiment of the present invention. 図4は、本発明の第2実施形態にかかる溝部を模式的に示す拡大断面図である。FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view schematically showing a groove portion according to the second embodiment of the present invention. 図5は、本発明の第3実施形態にかかるMEMS構造体を模式的に示す平面図である。FIG. 5 is a plan view schematically showing a MEMS structure according to the third embodiment of the present invention. 図6は、本発明の第4実施形態にかかるMEMS構造体を模式的に示す平面図である。FIG. 6 is a plan view schematically showing a MEMS structure according to the fourth embodiment of the present invention. 図7は、本発明の第4実施形態にかかる溝部を模式的に示す拡大断面図である。FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view schematically showing a groove portion according to the fourth embodiment of the present invention.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。以下では、MEMS構造体として、互いに直角となるX軸およびY軸方向の加速度を検出できる2軸加速度センサを例示する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Hereinafter, as the MEMS structure, a biaxial acceleration sensor capable of detecting accelerations in the X-axis and Y-axis directions perpendicular to each other will be exemplified.

また、以下の複数の実施形態には、同様の構成要素が含まれている。よって、以下では、それら同様の構成要素には共通の符号を付与するとともに、重複する説明を省略する。   Moreover, the same component is contained in the following several embodiment. Therefore, in the following, common reference numerals are given to those similar components, and redundant description is omitted.

(第1実施形態)
本実施形態にかかる加速度センサ1Aは、図1および図2に示すように、半導体素子ディバイスを形成した略正方形状のシリコン基板(半導体基板)3と、このシリコン基板3の片面(図2中下面)に接合された略正方形状のガラス基板(支持基板)2と、を備えている。本実施形態では、このシリコン基板3とガラス基板2とを陽極接合によって接合している。
(First embodiment)
As shown in FIGS. 1 and 2, an acceleration sensor 1A according to the present embodiment includes a substantially square silicon substrate (semiconductor substrate) 3 on which a semiconductor element device is formed, and one side of the silicon substrate 3 (lower surface in FIG. 2). ) And a substantially square glass substrate (support substrate) 2. In the present embodiment, the silicon substrate 3 and the glass substrate 2 are bonded by anodic bonding.

そして、公知の半導体プロセスによりシリコン基板3に複数の異なる幅の間隙60を形成することで、当該シリコン基板3に、周縁部に形成される略矩形状の枠部30、可動部40、固定部50、ストッパ部7、ビーム(ばね部)43および当該ビーム(ばね部)43を介して可動部40を支持する支持部44を形成している。   Then, by forming a plurality of gaps 60 having different widths in the silicon substrate 3 by a known semiconductor process, a substantially rectangular frame portion 30, a movable portion 40, a fixed portion formed on the peripheral portion of the silicon substrate 3. 50, a stopper portion 7, a beam (spring portion) 43, and a support portion 44 that supports the movable portion 40 via the beam (spring portion) 43.

これらの間隙60は、反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)などにより垂直エッチング加工を行うことで、側壁面がシリコン基板3の表面と垂直となるように形成される。このように、垂直エッチング加工により形成された間隙60の側壁面同士は、互いに略平行に対向することになる。反応性イオンエッチングとしては、例えば、誘導結合型プラズマ(ICP:Inductively Coupled Plasma)を備えたエッチング装置によるICP加工を利用することができる。   These gaps 60 are formed so that the side wall surfaces are perpendicular to the surface of the silicon substrate 3 by performing vertical etching processing such as reactive ion etching (RIE). Thus, the side walls of the gap 60 formed by the vertical etching process face each other substantially in parallel. As reactive ion etching, for example, ICP processing by an etching apparatus provided with inductively coupled plasma (ICP) can be used.

枠部30および支持部44は、シリコン基板3の四つの周縁(四辺)に沿って略一定幅で枠状に延設されている。そして、支持部44は、枠部30の内周側に、略枠状の間隙61をもって隔離された状態で配置されている。この枠部30および支持部44は、裏面側(図2中下側)をガラス基板2の表面に接合することで、ガラス基板2に固定されている。すなわち、枠部30および支持部44は、シリコン基板3のガラス基板2に当接する領域となっている。また、固定部50およびストッパ部7も、ガラス基板2の表面に接合されており、シリコン基板3のガラス基板2に当接する領域となっている。   The frame portion 30 and the support portion 44 are extended in a frame shape with a substantially constant width along the four peripheral edges (four sides) of the silicon substrate 3. The support portion 44 is disposed on the inner peripheral side of the frame portion 30 in a state of being separated with a substantially frame-shaped gap 61. The frame portion 30 and the support portion 44 are fixed to the glass substrate 2 by bonding the back surface side (the lower side in FIG. 2) to the surface of the glass substrate 2. That is, the frame portion 30 and the support portion 44 are regions that contact the glass substrate 2 of the silicon substrate 3. In addition, the fixed portion 50 and the stopper portion 7 are also bonded to the surface of the glass substrate 2 and are regions that contact the glass substrate 2 of the silicon substrate 3.

支持部44の内側には、支持部44の四隅から、支持部44の各辺と平行に、かつ中途で直角に折れ曲がりながらそれぞれ中心に向けて渦巻き状に伸びる四つのビーム43が設けられている。ビーム43は、それぞれ支持部44の二辺分に亘って相互干渉することなく延設されるとともに、内側端部では可動部40の隅部に接続されており、支持部44に対して可動部40を弾性的に可動支持するバネ要素(渦巻きバネ)として機能する。   Inside the support portion 44, four beams 43 are provided extending from the four corners of the support portion 44 in parallel to each side of the support portion 44 and in a spiral shape toward the center while being bent at right angles in the middle. . Each of the beams 43 extends over two sides of the support portion 44 without interfering with each other, and is connected to a corner portion of the movable portion 40 at the inner end portion. It functions as a spring element (spiral spring) that elastically moves and supports 40.

すなわち、本実施形態では、可動部40に、バネ要素としてのビーム43によって可動支持される質量要素(マス)としての機能を与え、これらバネ要素と質量要素とによってバネ−マス系を構成し、質量要素としての可動部40の変位から、その加速度や角加速度を得ることができるようになっている。   That is, in this embodiment, the movable part 40 is given a function as a mass element (mass) that is movably supported by the beam 43 as a spring element, and a spring-mass system is configured by these spring elements and mass elements. The acceleration and angular acceleration can be obtained from the displacement of the movable part 40 as a mass element.

そして、この可動部40の変位を検出するために、本実施形態では、可動部40に設けた可動電極と固定部50に設けた固定電極とを第1の間隙62をもって相互に対向配置させて検出部6を構成している。この検出部6における可動電極と固定電極との静電容量を検出することで、当該第1の間隙62の変化、すなわち可動電極に対する固定電極の変位を検出するようにしている。   And in order to detect the displacement of this movable part 40, in this embodiment, the movable electrode provided in the movable part 40 and the fixed electrode provided in the fixed part 50 are arranged opposite to each other with a first gap 62. The detection unit 6 is configured. By detecting the electrostatic capacitance between the movable electrode and the fixed electrode in the detection unit 6, the change of the first gap 62, that is, the displacement of the fixed electrode with respect to the movable electrode is detected.

具体的には、図1に示すように、可動部40は、その中央部40aから支持部44の各辺の中央部に向けてその辺と略垂直な方向に帯状に細長く伸びる櫛歯状可動電極41を備えている。本実施形態では、複数の可動側櫛歯41aが、相互に平行に一定のピッチで設けられている。   Specifically, as shown in FIG. 1, the movable portion 40 is movable in a comb-like shape extending in a strip shape in a direction substantially perpendicular to the side from the central portion 40 a toward the central portion of each side of the support portion 44. An electrode 41 is provided. In the present embodiment, the plurality of movable side comb teeth 41a are provided in parallel to each other at a constant pitch.

一方、固定部50は、可動部40の隅部40bに隣接して設けられるアンカー部53を備えており、このアンカー部53は、支持部44の各辺に沿って帯状に細長く伸びる縁部54を備えている。そして、この縁部54に、可動部40の中央部40a側に向けて伸びる櫛歯状固定電極51が接続されている。本実施形態では、複数の固定側櫛歯51aが、相互に平行に一定のピッチ(可動部40の可動側櫛歯41aと同一のピッチ)で設けられており、可動部40の複数の可動側櫛歯41aと間隙62をもって噛み合うようにしてある。   On the other hand, the fixed portion 50 includes an anchor portion 53 provided adjacent to the corner portion 40 b of the movable portion 40, and the anchor portion 53 is an edge portion 54 that extends in a strip shape along each side of the support portion 44. It has. A comb-like fixed electrode 51 extending toward the central portion 40a side of the movable portion 40 is connected to the edge portion 54. In the present embodiment, the plurality of fixed-side comb teeth 51a are provided in parallel with each other at a constant pitch (the same pitch as the movable-side comb teeth 41a of the movable portion 40). The comb teeth 41a and the gap 62 are engaged with each other.

この検出部6では、可動側櫛歯41aと固定側櫛歯51aとの第1の間隙62は、可動側櫛歯41aに対して一方側で狭く(間隙62a)、他方側で広く(間隙62b)設定してあり、狭い側の間隙62aを検知ギャップとして、この間隙62aを介して相互に対向する櫛歯41a、51a間の静電容量、すなわち固定電極と可動電極との間の静電容量を検出するようになっている。   In the detection unit 6, the first gap 62 between the movable comb teeth 41a and the fixed comb teeth 51a is narrower on one side (gap 62a) and wider on the other side (gap 62b) than the movable comb teeth 41a. ) And a capacitance between the comb teeth 41a and 51a facing each other through the gap 62a, that is, a capacitance between the fixed electrode and the movable electrode, with the narrow gap 62a as a detection gap. Is supposed to be detected.

図1に示すように、検出部6は、枠部30の各辺の中央部に対応して設けられており、X方向検出用の検出部6(図1では上下の検出部6)とY方向検出用の検出部6(図1では左右の検出部6)とがそれぞれ二箇所ずつ設けられている。   As shown in FIG. 1, the detection unit 6 is provided corresponding to the center of each side of the frame 30, and the detection unit 6 for detecting the X direction (upper and lower detection units 6 in FIG. 1) and Y Two detection units 6 for detecting the direction (left and right detection units 6 in FIG. 1) are provided.

なお、図1中、4Eは、ビーム43を介して可動部40の櫛歯状可動電極41に電気的に接続される第1の導電層であり、5Eは、固定部50の櫛歯状固定電極51に電気的に接続される第2の導電層である。そして、この第1および第2の導電層から、可動部40および固定部50の電位を検出できるようにしている。   In FIG. 1, 4E is a first conductive layer electrically connected to the comb-like movable electrode 41 of the movable part 40 via the beam 43, and 5E is a comb-like fixed of the fixed part 50. This is a second conductive layer electrically connected to the electrode 51. The potentials of the movable portion 40 and the fixed portion 50 can be detected from the first and second conductive layers.

ここで、本実施形態では、支持部44に、第1の網目状溝部10が格子状に形成されている。この第1の網目状溝部10は、本実施形態では、平面視で支持部44のほぼ全域にわたって設けられており、支持部44の肉厚方向に貫通した貫通溝となっている。   Here, in the present embodiment, the first mesh-like groove portion 10 is formed in a lattice shape in the support portion 44. In the present embodiment, the first mesh-like groove portion 10 is provided over substantially the entire area of the support portion 44 in a plan view, and is a through groove penetrating in the thickness direction of the support portion 44.

また、可動部40と固定部50との間には、間隙62a、62b以外に、アンカー部53と可動部40との間に間隙63が設けられるとともに、可動部40とビーム43との間、ビーム43どうしの間およびビーム43と支持部44との間にそれぞれ間隙64が設けられている。なお、これらの間隙60(間隙61、62a、62b、63、64)は、X軸方向とY軸方向でそれぞれ幅が異なるようにすることも可能である。   In addition to the gaps 62a and 62b, a gap 63 is provided between the anchor part 53 and the movable part 40 between the movable part 40 and the fixed part 50, and between the movable part 40 and the beam 43, A gap 64 is provided between the beams 43 and between the beam 43 and the support portion 44. Note that these gaps 60 (gap 61, 62a, 62b, 63, 64) may have different widths in the X-axis direction and the Y-axis direction.

そして、本実施形態では、櫛歯状可動電極41と櫛歯状固定電極51との間の第1の間隙62が、他の間隙61、63、64よりも幅狭に形成されており、第1の間隙62のうち片側の間隙62aが他側の間隙62bよりも幅狭に形成されている。すなわち、本実施形態では、第1の間隙62のうち狭い側の間隙62aが、間隙60の中で最も幅が狭くなっている。なお、第1の間隙62が、他の間隙61、63、64よりも幅狭に形成されていると説明したが、狭い側の間隙62aおよび広い側の間隙62bのいずれもが、他の間隙61、63、64よりも幅狭に形成されている必要はない。すなわち、狭い側の間隙62aが、間隙60の中で最も幅が狭くなっていればよく、第1の間隙62のうち広い側の間隙62bの幅が、他の間隙61、63、64のうちのいずれかの幅よりも広くなっていてもよい。   In the present embodiment, the first gap 62 between the comb-like movable electrode 41 and the comb-like fixed electrode 51 is formed to be narrower than the other gaps 61, 63, 64. One gap 62a of one gap 62 is formed to be narrower than the other gap 62b. In other words, in the present embodiment, the narrower gap 62 a of the first gaps 62 has the smallest width among the gaps 60. The first gap 62 has been described as being narrower than the other gaps 61, 63, 64. However, both the narrow gap 62a and the wide gap 62b are other gaps. It is not necessary to form narrower than 61, 63, 64. That is, it is sufficient that the narrow gap 62 a has the smallest width among the gaps 60, and the wide gap 62 b of the first gaps 62 has the same width as the other gaps 61, 63, 64. It may be wider than any of the widths.

ここで、本実施形態では、シリコン基板3に、最も狭い幅の間隙62aよりも幅狭となる犠牲間隙70sを形成している。具体的には、可動部40に凹部8を設けるとともに、ストッパ部7から当該凹部8内に棒状突起部7aを突設させることで、凹部8と棒状突起部7aとの間に犠牲間隙70sを形成している。   Here, in this embodiment, the sacrificial gap 70 s is formed in the silicon substrate 3 so as to be narrower than the narrowest gap 62 a. Specifically, the concave portion 8 is provided in the movable portion 40, and the bar-shaped protrusion 7 a is protruded from the stopper portion 7 into the concave portion 8. Forming.

本実施形態では、棒状突起部7aは、ストッパ部7から櫛歯状可動電極41および櫛歯状固定電極51の近傍に、当該櫛歯状可動電極41および櫛歯状固定電極51と平行になるように突設されている。   In the present embodiment, the rod-shaped protrusion 7 a is in the vicinity of the comb-like movable electrode 41 and the comb-like fixed electrode 51 from the stopper portion 7 and parallel to the comb-like movable electrode 41 and the comb-like fixed electrode 51. So as to protrude.

このように、本実施形態では、犠牲間隙70sが、櫛歯状可動電極41および櫛歯状固定電極51の近傍に平行に設けられている。この犠牲間隙70sの幅は、最も幅狭となっている櫛歯状可動電極41と櫛歯状固定電極51との間の第1の間隙62aよりも幅が狭くなっている。たとえば、間隙62aの幅が3μmである場合には、犠牲間隙70sの幅は2μm以下に抑えられる。なお、犠牲間隙70sも垂直エッチング加工を行うことで形成されるものであり、犠牲間隙70sの幅は、エッチングを行うことが可能な幅であることはいうまでもない。このとき、棒状突起部7aの両側に設けられる犠牲間隙70sは、棒状突起部7aの両側で幅を異ならせてもよく、その場合にあっては、幅が狭くなった方の犠牲間隙70sの幅が第1の間隙62aの幅よりも狭ければよい。   Thus, in the present embodiment, the sacrificial gap 70 s is provided in the vicinity of the comb-like movable electrode 41 and the comb-like fixed electrode 51 in parallel. The width of the sacrificial gap 70 s is narrower than the first gap 62 a between the comb-shaped movable electrode 41 and the comb-shaped fixed electrode 51 that is the narrowest. For example, when the width of the gap 62a is 3 μm, the width of the sacrifice gap 70s is suppressed to 2 μm or less. Note that the sacrificial gap 70s is also formed by performing vertical etching, and it goes without saying that the width of the sacrificial gap 70s is a width that allows etching. At this time, the sacrificial gap 70s provided on both sides of the rod-like projection 7a may have different widths on both sides of the rod-like projection 7a. It is sufficient if the width is narrower than the width of the first gap 62a.

次に、上述した加速度センサ1Aの製造過程の一例を説明する。   Next, an example of a manufacturing process of the acceleration sensor 1A described above will be described.

まず、シリコン基板3の裏面(図2中下面)に、図示せぬシリコン酸化膜やフォトレジスト層を形成し、そのフォトレジスト層をパターニングしてシリコン酸化膜を異方性エッチングする。そして、フォトレジスト層を除去した後にシリコン酸化膜をマスクとして異方性エッチングを行い、凹部3aを形成する。次に、シリコン基板3の裏面側とガラス基板2の表面側(図2中上面)とを重ねて両者を陽極接合することにより、図2(a)に示す空洞部3Cが形成された状態とする。この空洞部3Cによって、可動部40の変位が許容されることとなる。なお、ガラス基板2の表面に凹部を設けて空洞部を形成してもよいし、シリコン基板3の裏面とガラス基板2の表面の両方に凹部を設けて空洞部を形成してもよい。   First, a silicon oxide film and a photoresist layer (not shown) are formed on the back surface (lower surface in FIG. 2) of the silicon substrate 3, and the photoresist layer is patterned to anisotropically etch the silicon oxide film. Then, after removing the photoresist layer, anisotropic etching is performed using the silicon oxide film as a mask to form the recess 3a. Next, the back surface side of the silicon substrate 3 and the front surface side (upper surface in FIG. 2) of the glass substrate 2 are overlapped and anodic bonded to each other, thereby forming the cavity 3C shown in FIG. To do. The displacement of the movable portion 40 is allowed by the hollow portion 3C. The cavity may be formed by providing a recess on the surface of the glass substrate 2, or the cavity may be formed by providing a recess on both the back surface of the silicon substrate 3 and the surface of the glass substrate 2.

その後、シリコン基板3の表面側(図2中上面)に塗布形成したフォトレジスト層を、フォトリソグラフィ技術によってパターニングする。このパターニングは前述した間隙60および犠牲間隙70sの形状に沿って行われ、このフォトレジスト層をマスクとしてシリコン基板3を異方性エッチングすることにより、図2(b)の段階を踏まえた後、図2(c)に示すように、可動部40や固定部50、第1の網目状溝部10等が形成される。このときの異方性エッチングは、例えば、誘導結合方式(ICP)を採用した反応性イオン・エッチング(RIE)などによって行われる。   Thereafter, the photoresist layer applied and formed on the surface side (upper surface in FIG. 2) of the silicon substrate 3 is patterned by a photolithography technique. This patterning is performed along the shapes of the gap 60 and the sacrificial gap 70s described above, and the silicon substrate 3 is anisotropically etched using this photoresist layer as a mask, and after considering the stage of FIG. 2B, As shown in FIG. 2C, the movable portion 40, the fixed portion 50, the first mesh-like groove portion 10 and the like are formed. The anisotropic etching at this time is performed by, for example, reactive ion etching (RIE) using an inductive coupling method (ICP).

以上の本実施形態によれば、可動部40をビーム(ばね部)43を介して支持する支持部44(半導体基板の支持基板と当接する領域)に第1の網目状溝部10を形成したため、シリコン基板(半導体基板)3に存在する応力を第1の網目状溝部10で吸収できるようになる。その結果、シリコン基板3をエッチング加工する際に、形成途中の間隙60(機能上有効な部位)に応力が集中してしまうのを抑制することができ、電極等の機能上有効な部位の加工精度を高めることができる。このように、間隙60の仕上げ精度が低下してしてしまうのを抑制することで、加速度センサ1Aの検出精度を高めることができるようになる。   According to the above embodiment, since the first mesh-like groove 10 is formed in the support portion 44 (the region in contact with the support substrate of the semiconductor substrate) that supports the movable portion 40 via the beam (spring portion) 43, The stress existing in the silicon substrate (semiconductor substrate) 3 can be absorbed by the first mesh-shaped groove 10. As a result, when the silicon substrate 3 is etched, it is possible to prevent stress from concentrating on the gap 60 (functionally effective part) in the middle of formation, and to process functionally effective parts such as electrodes. Accuracy can be increased. As described above, it is possible to increase the detection accuracy of the acceleration sensor 1A by suppressing the finish accuracy of the gap 60 from being lowered.

また、本実施形態によれば、シリコン基板3に、複数の異なる幅の間隙60のうち最も狭い幅の間隙である櫛歯状可動電極41と櫛歯状固定電極51との間に形成される間隙(第1の間隙)62aよりも幅狭となる犠牲間隙70sを形成している。したがって、シリコン基板3をエッチング加工する際には、マイクロローディング効果により犠牲間隙70sにおけるエッチングが最も遅くなる。これにより、シリコン基板3に生じる応力を犠牲間隙70sに負担させることができるようになり、形成途中の間隙60(機能上有効な部位)に応力が集中してしまうのを抑制することができ、電極等の機能上有効な部位の加工精度を高めることができる。   Further, according to the present embodiment, the silicon substrate 3 is formed between the comb-like movable electrode 41 and the comb-like fixed electrode 51 which are the narrowest gap among the gaps 60 having different widths. A sacrificial gap 70s that is narrower than the gap (first gap) 62a is formed. Therefore, when the silicon substrate 3 is etched, the etching in the sacrifice gap 70s is the slowest due to the microloading effect. As a result, the stress generated in the silicon substrate 3 can be applied to the sacrificial gap 70s, and the stress can be prevented from being concentrated in the gap 60 (functionally effective part) in the middle of formation. The processing accuracy of functionally effective parts such as electrodes can be increased.

特に、本実施形態では、犠牲間隙70sを、可動部40の櫛歯状可動電極41および固定部50の櫛歯状固定電極51の近傍に平行に形成している。そのため、シリコン基板3に生じる応力が間隙60にかかってしまうのをより効果的に抑制することができる。その結果、櫛歯状可動電極41および櫛歯状固定電極51の加工精度をより一層高めて、加速度センサ1Aの検出精度をさらに高めることができる。   In particular, in this embodiment, the sacrificial gap 70 s is formed in the vicinity of the comb-like movable electrode 41 of the movable part 40 and the comb-like fixed electrode 51 of the fixed part 50. For this reason, it is possible to more effectively suppress the stress generated in the silicon substrate 3 from being applied to the gap 60. As a result, the processing accuracy of the comb-shaped movable electrode 41 and the comb-shaped fixed electrode 51 can be further increased, and the detection accuracy of the acceleration sensor 1A can be further increased.

(第2実施形態)
本実施形態にかかる加速度センサ1Bは、図3に示すように、上記第1実施形態と同様に、可動部40をビーム(ばね部)43を介して支持する支持部44(半導体基板の支持基板と当接する領域)に第1の網目状溝部10Aが形成されている。
(Second Embodiment)
As shown in FIG. 3, the acceleration sensor 1B according to the present embodiment has a support portion 44 (support substrate for a semiconductor substrate) that supports the movable portion 40 via a beam (spring portion) 43, as in the first embodiment. 10A of 1st mesh grooves are formed in the area | region which contact | abuts.

ここで、本実施形態が上記第2実施形態と主に異なる点は、第1の網目状溝部10Aが、図4に示すように、支持部44がガラス基板2に対向する側(図4中、下側)に底部10bを残留させていることにある。すなわち、本実施形態にかかる第1の網目状溝部10Aは、支持部44のガラス基板2と当接する側に底部10bを有する有底溝部である。   Here, this embodiment is mainly different from the second embodiment in that the first mesh groove 10A is on the side where the support portion 44 faces the glass substrate 2 as shown in FIG. 4 (in FIG. 4). The bottom 10b is left on the lower side. In other words, the first mesh groove portion 10A according to the present embodiment is a bottomed groove portion having a bottom portion 10b on the side of the support portion 44 that contacts the glass substrate 2.

以上の本実施形態によっても、上記第1実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。   Also according to this embodiment described above, the same operations and effects as those of the first embodiment can be achieved.

また、本実施形態によれば、第1の網目状溝部10Aが、支持部44のガラス基板2と当接する側に底部10bを有する有底溝部であるため、第1の網目状溝部10Aによってシリコン基板3に生じる応力を吸収しつつ、支持部44とガラス基板2との接合面積が減少するのを防止して、高い接合強度を確保することができる。   In addition, according to the present embodiment, since the first mesh-like groove portion 10A is a bottomed groove portion having the bottom portion 10b on the side of the support portion 44 that contacts the glass substrate 2, the first mesh-like groove portion 10A provides silicon. While absorbing the stress generated in the substrate 3, it is possible to prevent a decrease in the bonding area between the support portion 44 and the glass substrate 2 and to ensure high bonding strength.

(第3実施形態)
本実施形態にかかる加速度センサ1Cは、上記第1実施形態と同様に固定部50がアンカー部53を有している。
(Third embodiment)
In the acceleration sensor 1 </ b> C according to the present embodiment, the fixed portion 50 has the anchor portion 53 as in the first embodiment.

ここで、本実施形態が上記第1実施形態と主に異なる点は、アンカー部53に第2の網目状溝部11を形成したことにある。この第2の網目状溝部11は、本実施形態では、アンカー部53のうち縁部54のほぼ全体にわたって設けられており、アンカー部53の肉厚方向に貫通した貫通溝となっている。   Here, this embodiment is mainly different from the first embodiment in that the second mesh-like groove portion 11 is formed in the anchor portion 53. In the present embodiment, the second mesh-like groove portion 11 is provided over substantially the entire edge portion 54 of the anchor portion 53, and is a through groove that penetrates in the thickness direction of the anchor portion 53.

以上の本実施形態によっても、上記第1実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。   Also according to this embodiment described above, the same operations and effects as those of the first embodiment can be achieved.

また、本実施形態によれば、櫛歯状固定電極51をガラス基板2に固定するアンカー部53に第2の網目状溝部11を形成したため、当該第2の網目状溝部11によってシリコン基板3に生じる応力を吸収することができる。その結果、シリコン基板3をエッチング加工する際に、形成途中の間隙60(機能上有効な部位)に応力が集中してしまうのを抑制することができ、電極等の機能上有効な部位の加工精度をより高めることができる。   Further, according to the present embodiment, since the second mesh groove 11 is formed in the anchor portion 53 that fixes the comb-like fixed electrode 51 to the glass substrate 2, the second mesh groove 11 forms the silicon substrate 3. The generated stress can be absorbed. As a result, when the silicon substrate 3 is etched, it is possible to prevent stress from concentrating on the gap 60 (functionally effective part) in the middle of formation, and to process functionally effective parts such as electrodes. The accuracy can be further increased.

特に、本実施形態では、支持部44よりも間隙(前記複数の異なる幅の間隙のうち最も幅狭の間隙)62aに近いアンカー部53に、第2の網目状溝部11を設けているため、形成途中の間隙60(特に、間隙62a)に応力が集中してしまうのをより効果的に抑制することができるという利点もある。   In particular, in the present embodiment, the second mesh-like groove portion 11 is provided in the anchor portion 53 closer to the gap (the narrowest gap among the plurality of gaps having different widths) 62a than the support portion 44. There is also an advantage that it is possible to more effectively suppress stress concentration in the gap 60 (particularly, the gap 62a) in the middle of formation.

(第4実施形態)
本実施形態にかかる加速度センサ1Dは、図6に示すように、上記第3実施形態と同様に、アンカー部53に第2の網目状溝部11Aが形成されている。
(Fourth embodiment)
As shown in FIG. 6, the acceleration sensor 1 </ b> D according to the present embodiment has a second mesh groove 11 </ b> A formed in the anchor portion 53, as in the third embodiment.

ここで、本実施形態が上記第3実施形態と主に異なる点は、第2の網目状溝部11Aが、図7に示すように、支持部44がガラス基板2に対向する側に底部11bを残留させていることにある。すなわち、本実施形態にかかる第2の網目状溝部11Aは、支持部44のガラス基板2と当接する側に底部11bを有する有底溝部である。   Here, this embodiment is mainly different from the third embodiment in that the second mesh groove 11A has a bottom portion 11b on the side where the support portion 44 faces the glass substrate 2 as shown in FIG. It is to be left. That is, the second mesh-like groove portion 11A according to the present embodiment is a bottomed groove portion having the bottom portion 11b on the side of the support portion 44 that contacts the glass substrate 2.

以上の本実施形態によっても、上記第3実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。   Also according to the present embodiment described above, the same operations and effects as those of the third embodiment can be achieved.

また、本実施形態によれば、第2の網目状溝部11Aが、支持部44のガラス基板2と当接する側に底部11bを有する有底溝部であるため、第2の網目状溝部11Aによってシリコン基板3に生じる応力を吸収しつつ、アンカー部53とガラス基板2との接合面積が減少するのを防止して、高い接合強度を確保することができる。   In addition, according to the present embodiment, the second mesh-shaped groove portion 11A is a bottomed groove portion having the bottom portion 11b on the side contacting the glass substrate 2 of the support portion 44. While absorbing the stress generated in the substrate 3, it is possible to prevent a decrease in the bonding area between the anchor portion 53 and the glass substrate 2 and to ensure high bonding strength.

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。   The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made.

たとえば、上記各実施形態では、MEMS構造体として、2軸加速度センサを例示したが、1軸加速度センサや、3軸加速度センサであってもよく、また、加速度センサ以外にも角速度センサ、振動センサ等、他のMEMS構造体にあっても本発明を実施することができる。   For example, in each of the above-described embodiments, the biaxial acceleration sensor is exemplified as the MEMS structure. However, a uniaxial acceleration sensor or a triaxial acceleration sensor may be used. In addition to the acceleration sensor, an angular velocity sensor or a vibration sensor may be used. The present invention can be implemented even in other MEMS structures.

また、上記各実施形態では、支持部およびアンカー部のいずれか一方に溝部を設けたものを例示したが、両方に設けるようにしてもよい。このとき、溝部を貫通溝とするか有底溝とするかは適宜選択することができる。   Moreover, in each said embodiment, although what provided the groove part in any one of a support part and an anchor part was illustrated, you may make it provide in both. At this time, whether the groove portion is a through groove or a bottomed groove can be appropriately selected.

また、可動部や固定部、その他細部のスペック(形状、大きさ、レイアウト等)も適宜に変更可能である。   Moreover, movable parts, fixed parts, and other detailed specifications (shape, size, layout, etc.) can be changed as appropriate.

1A、1B、1C、1D 加速度センサ(MEMS構造体)
2 ガラス基板(支持基板)
3 シリコン基板(半導体基板)
40 可動部
50 固定部
10、10A 第1の網目状溝部
10b 底部
11、11A 第2の網目状溝部
11b 底部
41 櫛歯状可動電極
44 支持部
51 櫛歯状固定電極
53 アンカー部
60 間隙
62 第1の間隙
62a 最も狭い幅の間隙
70s 犠牲間隙
1A, 1B, 1C, 1D Acceleration sensor (MEMS structure)
2 Glass substrate (support substrate)
3 Silicon substrate (semiconductor substrate)
40 movable part 50 fixed part 10, 10A first mesh groove part 10b bottom part 11, 11A second mesh groove part 11b bottom part 41 comb-like movable electrode 44 support part 51 comb-like fixed electrode 53 anchor part 60 gap 62 first 1 gap 62a narrowest gap 70s sacrificial gap

Claims (7)

支持基板に接合した半導体基板をエッチング加工することで形成される可動部および固定部を備え、当該可動部および固定部は、第1の間隙をもって対向配置される可動電極および固定電極をそれぞれ有し、当該固定電極に対する可動電極の相対変位に基づいて物理量を検出するMEMS構造体において、
前記半導体基板の前記支持基板と当接する領域に、網目状溝部を形成したことを特徴とするMEMS構造体。
A movable part and a fixed part formed by etching a semiconductor substrate bonded to a support substrate are provided, and each of the movable part and the fixed part has a movable electrode and a fixed electrode that are opposed to each other with a first gap. In the MEMS structure for detecting a physical quantity based on the relative displacement of the movable electrode with respect to the fixed electrode,
A MEMS structure, wherein a mesh groove is formed in a region of the semiconductor substrate that contacts the support substrate.
前記半導体基板は、前記可動部をばね部を介して支持する支持部を有し、当該支持部に第1の網目状溝部を形成したことを特徴とする請求項1に記載のMEMS構造体。   2. The MEMS structure according to claim 1, wherein the semiconductor substrate has a support portion that supports the movable portion via a spring portion, and a first mesh-like groove portion is formed in the support portion. 前記第1の網目状溝部は、底部を有する有底溝部であることを特徴とする請求項2に記載のMEMS構造体。   The MEMS structure according to claim 2, wherein the first mesh-shaped groove is a bottomed groove having a bottom. 前記固定部は、前記支持基板に固定されるアンカー部を有し、当該アンカー部に第2の網目状溝部を形成したことを特徴とする請求項1〜3のうちいずれか1項に記載のMEMS構造体。   The said fixing | fixed part has an anchor part fixed to the said support substrate, and formed the 2nd mesh-like groove part in the said anchor part, The any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. MEMS structure. 前記第2の網目状溝部は、底部を有する有底溝部であることを特徴とする請求項4に記載のMEMS構造体。   The MEMS structure according to claim 4, wherein the second mesh-shaped groove portion is a bottomed groove portion having a bottom portion. 前記半導体基板には、複数の異なる幅の間隙が形成されており、前記第1の間隙が、複数の異なる幅の間隙のうち最も幅狭の間隙を有しており、当該半導体基板には、前記複数の異なる幅の間隙のうち最も幅狭の間隙よりも幅狭の犠牲間隙が形成されていることを特徴とする請求項1〜5のうちいずれか1項に記載のMEMS構造体。   The semiconductor substrate has a plurality of gaps with different widths, and the first gap has the narrowest gap among the plurality of gaps with different widths. 6. The MEMS structure according to claim 1, wherein a sacrificial gap narrower than a narrowest gap among the plurality of gaps having different widths is formed. 前記可動電極および固定電極は、前記第1の間隙をもって相互に対向する櫛歯状可動電極および櫛歯状固定電極であり、前記犠牲間隙は、前記第1の間隙の近傍に当該第1の間隙と略平行に形成されていることを特徴とする請求項6に記載のMEMS構造体。   The movable electrode and the fixed electrode are a comb-shaped movable electrode and a comb-shaped fixed electrode facing each other with the first gap, and the sacrificial gap is located near the first gap. The MEMS structure according to claim 6, wherein the MEMS structure is formed substantially in parallel with the MEMS structure.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2014106083A (en) * 2012-11-27 2014-06-09 Yamaha Corp Acceleration sensor
JP2014233798A (en) * 2013-06-03 2014-12-15 株式会社リコー Electromechanical element, method of producing electromechanical element, electromechanical device, cabinet, gripping device, optical deflection device, image formation device, and image projection device

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