JP2012178710A - Mems device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、MEMSデバイスおよびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a MEMS device and a manufacturing method thereof.
近年、半導体分野における微細加工技術を利用して、微細な機械構造を電子回路と一体化して形成するMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術が開発されており、フィルタや共振器への応用が検討されている。 In recent years, micro electro mechanical systems (MEMS) technology has been developed that uses microfabrication technology in the semiconductor field to form a fine mechanical structure integrated with an electronic circuit, and its application to filters and resonators has been studied. ing.
なかでもこのようなMEMS技術で作成されたマイクロメカニカル共振器は、リモートキーレスエントリシステム、スペクトラム拡散通信等のRF無線に好適に使用される。このようなMEMS技術で作成されたマイクロメカニカル共振器を利用したMEMSフィルタの一例が特開2006−41911号公報(特許文献1)に開示されている。この文献に記載されたMEMSフィルタ装置は、共振器を備える。この共振器に含まれる振動子は、正方形の板状のものであって、基板表面と平行で、なおかつ基板から離隔するように配置され、基板表面に連結された円柱で支持されている。共振器の各辺に対して所定間隔を隔てて対向するように形成された固定電極に交流電圧を印加することによって、この振動子と固定電極との間に静電気力が発生し、共振器が振動する仕組みとなっている。この場合、振動子の各辺の中心と角とが水平振動する。共振器同士が連結体で連結されている場合は、連結体は縦振動を伝えることとなる。 Among these, the micromechanical resonator created by such MEMS technology is preferably used for RF radio such as a remote keyless entry system and spread spectrum communication. An example of a MEMS filter using a micromechanical resonator created by such a MEMS technology is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2006-41911 (Patent Document 1). The MEMS filter device described in this document includes a resonator. The resonator included in this resonator has a square plate shape, is arranged parallel to the substrate surface and spaced from the substrate, and is supported by a cylinder connected to the substrate surface. By applying an AC voltage to a fixed electrode formed to face each side of the resonator with a predetermined interval, an electrostatic force is generated between the vibrator and the fixed electrode, and the resonator It is a mechanism that vibrates. In this case, the center and corner of each side of the vibrator vibrate horizontally. When the resonators are connected by a connecting body, the connecting body transmits longitudinal vibration.
また、半導体プロセスと親和性が高いシリコンプロセスを用いたRF−MEMSフィルタが、橋村 昭範ら、「ねじり振動を用いたRF−MEMSフィルタの開発」,信学技報,社団法人電子情報通信学会発行,IEICE Technical Report MW2005-185(2006-3)(非特
許文献1)で提案されている。この文献では、小型化と高Q値化の両立にねじり振動モードを利用した共振器が有効であることが紹介されている。
RF-MEMS filter using silicon process with high affinity to semiconductor process is published by Akinori Hashimura et al., "Development of RF-MEMS filter using torsional vibration", IEICE Technical Report, The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers. , IEICE Technical Report MW2005-185 (2006-3) (non-patent document 1). In this document, it is introduced that a resonator using a torsional vibration mode is effective in achieving both miniaturization and high Q factor.
ここで例に挙げた共振器のように、MEMS技術を用いて作られる装置を「MEMSデバイス」と呼ぶ。MEMSデバイスを製造するために、シリコン層をパターニングすることで形成した何らかの構造体と、絶縁性の表面を有する基材とを重ね合わせて接合する場合がある。 An apparatus made using the MEMS technology, such as the resonator exemplified here, is called a “MEMS device”. In order to manufacture a MEMS device, a structure body formed by patterning a silicon layer and a base material having an insulating surface may be overlapped and bonded.
ねじり振動モードを利用したMEMSデバイスとしては、基板上に梁状の振動部材を設置したものが考えられる。その場合、この梁状の振動部材に振動を付与するための電極が、基板の表面に設けられるか、または、基板の表面にある程度の高さで設けられた部材の上面に設けられる。振動部材の下面はこのような電極に対して離隔して対向するように配置される。 As a MEMS device using the torsional vibration mode, a device in which a beam-like vibration member is installed on a substrate can be considered. In that case, an electrode for applying vibration to the beam-like vibrating member is provided on the surface of the substrate, or is provided on the upper surface of a member provided on the surface of the substrate at a certain height. The lower surface of the vibration member is disposed so as to face the electrode with a distance.
このような構造を作製するためには、まず、振動部材の部分はSiで独自に形成される
。一方、別途用意されたガラス基板の表面には導電体膜によって所望の電極パターンや引出配線が形成される。このように別々に作製された振動部材とガラス基板とが互いに陽極接合されることとなる。このとき、振動部材の下面は基板の表面に対してなるべく狭い間隙を介して対向することが望まれるが、従来、間隙を1μm未満とすることは困難であった。
In order to produce such a structure, first, the vibration member portion is uniquely formed of Si. On the other hand, a desired electrode pattern and lead-out wiring are formed on the surface of a separately prepared glass substrate by a conductor film. Thus, the separately produced vibrating member and glass substrate are anodically bonded to each other. At this time, it is desired that the lower surface of the vibration member is opposed to the surface of the substrate through a gap as narrow as possible, but conventionally, it has been difficult to make the gap less than 1 μm.
また、脚部と振動部材とを組み合わせた構造体を一体物として、脚部の下面と振動部材の下面との高低差が正確に1μm未満になるように作製できたとしても、陽極接合の工程では、数百℃の条件下で数百Vの電圧が印加されるので、振動部材と基板表面の電極との間で固着が生じるなどの問題があった。 Further, even if the structure in which the leg portion and the vibration member are combined as a single body and the height difference between the lower surface of the leg portion and the lower surface of the vibration member can be precisely less than 1 μm, the anodic bonding process Then, since a voltage of several hundred volts is applied under the condition of several hundred degrees Celsius, there is a problem that sticking occurs between the vibrating member and the electrode on the substrate surface.
そこで、本発明は、基板側の電極表面と振動部材の下面とが十分に狭い間隙で対向した構造を有し、容易に製造可能な、ねじり振動を利用するMEMSデバイスを提供すること、および、その製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a MEMS device using torsional vibration, which has a structure in which the electrode surface on the substrate side and the lower surface of the vibration member face each other with a sufficiently narrow gap, and can be easily manufactured, and It aims at providing the manufacturing method.
上記目的を達成するため、本発明に基づくMEMSデバイスの製造方法は、平坦な主表面を有する基材と、上記主表面から離隔するようにして上記基材に相対的に固定され、上記主表面に平行に延在する浮き構造体と、上記主表面に固定され、上記浮き構造体から離隔しつつ、上記浮き構造体の一部の領域に対して上記主表面に近い側から対向するかさ上げ対向部とを備える、MEMSデバイスを製造する方法である。この製造方法は、第1シリコン層と第2シリコン層とで中間絶縁層を挟み込むように積層されたSOI基板を用意する工程と、上記第1シリコン層をパターニングすることによって、外枠部、上記かさ上げ対向部、および、上記かさ上げ対向部と上記外枠部とを接続する支持梁部を形成する工程と、上記支持梁部の少なくとも一部である第1領域を上記第2シリコン層から遠い側の表面から厚み方向の途中までエッチング除去する工程と、上記中間絶縁層のうち少なくとも上記かさ上げ対向部と上記第2シリコン層との間に位置する部分をエッチング除去することによって上記かさ上げ対向部と上記第2シリコン層との間の接続を断つ工程と、上記第1シリコン層の上記外枠部および上記かさ上げ対向部に対して、上記第2シリコン層とは反対の側から一括して被覆するように上記基材を貼り付ける工程と、上記第2シリコン層をパターニングすることによって上記浮き構造体を形成し、さらに上記支持梁部のうち上記浮き構造体に覆われていない領域を除去することによって、上記かさ上げ対向部を上記外枠部から分離させる工程とを含む。 In order to achieve the above object, a method of manufacturing a MEMS device according to the present invention includes a base material having a flat main surface and a base member that is relatively fixed to the base material so as to be separated from the main surface. A floating structure extending in parallel to the main surface, and a raised portion that is fixed to the main surface and is opposed to the partial area of the floating structure from a side close to the main surface while being separated from the floating structure It is a method of manufacturing a MEMS device provided with an opposing part. This manufacturing method includes a step of preparing an SOI substrate laminated so as to sandwich an intermediate insulating layer between a first silicon layer and a second silicon layer, and patterning the first silicon layer, whereby the outer frame portion, A step of forming a raised facing portion, a supporting beam portion connecting the raised facing portion and the outer frame portion, and a first region that is at least part of the supporting beam portion from the second silicon layer. Etching and removing from the surface on the far side to the middle in the thickness direction, and removing the bulk by etching away at least a portion of the intermediate insulating layer located between the raised facing portion and the second silicon layer. The step of disconnecting the connection between the facing portion and the second silicon layer, and the second silicon layer is opposite to the outer frame portion and the raised facing portion of the first silicon layer. Forming the floating structure by patterning the second silicon layer, and further covering the floating structure in the support beam portion. Removing the uncovered region to separate the raised facing portion from the outer frame portion.
本発明によれば、基板側の電極表面と振動部材の下面とが十分に狭い間隙で対向した構造を有し、ねじり振動を利用するMEMSデバイスを容易に提供することができる。 According to the present invention, it is possible to easily provide a MEMS device having a structure in which the electrode surface on the substrate side and the lower surface of the vibration member are opposed to each other with a sufficiently narrow gap and utilizing torsional vibration.
本発明をなす上で発明者らはまず、MEMSデバイスの構造として、平坦な主表面を有する基材と、前記主表面から離隔するようにして前記基材に相対的に固定され、側方に延在する浮き構造体と、前記主表面に固定され、前記浮き構造体から離隔しつつ、前記浮き構造体の一部の領域に対して前記主表面に近い側から対向しているかさ上げ対向部とを備える構造を想定した。これを以下、「参考技術」というものとする。この参考技術は、上述した本発明の目的を達成するためにひとまず考えられるものである。このような条件を満たす構造は、たとえばMEMSデバイスが共振器である場合にありうるが、共振器以外のMEMSデバイスにおいても同様の要件を満たす構造が求められうる。 In making the present invention, the inventors firstly, as a structure of the MEMS device, a base material having a flat main surface and a base member that is relatively fixed to the base material so as to be separated from the main surface, and laterally. A floating structure that extends and is fixed to the main surface, is spaced apart from the floating structure, and is opposed to a part of the floating structure that is opposed to the main surface from the side close to the main surface. The structure provided with the part was assumed. This is hereinafter referred to as “reference technology”. This reference technique is conceivable for the purpose of achieving the object of the present invention described above. A structure that satisfies such a condition may be, for example, when the MEMS device is a resonator, but a structure that satisfies the same requirements may be required for a MEMS device other than the resonator.
MEMSデバイスが共振器である場合を例にとって、参考技術に基づく構造の具体例を説明する。この構造を図28、図29、図30に示す。図29は図28に示した構造の平面図であり、図30は図29におけるXXX−XXX線に関する矢視断面図である。MEMSデバイスとしての共振器901は、平坦な主表面20aを有する基材20と、主表面20aから離隔するようにして基材20に相対的に固定され、側方に延在する振動部としての浮き構造体2と、主表面20aに固定され、浮き構造体2から離隔しつつ、浮き構造体2の一部の領域2vに対して前記主表面20aに近い側から対向しているかさ上げ対向部5とを備える。共振器901は、主表面20a上に電極パターン4を備える。電極パターン4は引出配線7と外部接続端子8とを含む。共振器901は、基礎シリコン層21と中間絶縁層22と高架シリコン層23とを備える。共振器901は浮き構造体2を取囲む外壁部9を備える。外壁部9は切欠き部10を有する。かさ上げ対向部5は間隙6を介して浮き構造体2の領域2vに対向している。かさ上げ対向部5は、領域2vに上下方向の振動を生じさせるためのブロックである。電極パターン4はかさ上げ対向部5と浮き構造体2との間に電圧を印加するためのものである。かさ上げ対向部5と浮き構造体2との間に電圧が印加されることによって領域2vに上下方向の振動が生じ、この振動が浮き構造体2の全体に伝わり、浮き構造体2の中のいくつかの領域においてはねじり振動が生じる。
Taking a case where the MEMS device is a resonator as an example, a specific example of a structure based on a reference technique will be described. This structure is shown in FIG. 28, FIG. 29, and FIG. 29 is a plan view of the structure shown in FIG. 28, and FIG. 30 is a cross-sectional view taken along the line XXX-XXX in FIG. The
MEMSデバイスとして上述の共振器を製造する場合を想定し、その製造方法について説明する。まず図31に示すようなSOI基板100を用意する。SOI基板100は第1シリコン層101と中間絶縁層102と第2シリコン層103とを含む。SOI基板100の第1シリコン層101をパターニングして、図32、図33に示す構造を得る。図33は図32におけるXXXIII−XXXIII線に関する矢視断面図である。第1シリコン層101から形成された基本パターン510は中央の開口部を横切るように梁状部14を有する。さらにこの構造のうち中間絶縁層102を等方的にエッチング除去することによって図34に示す構造体を得る。すなわち、梁状部14の下側においては中間絶縁層102が除去されたことによって梁状部14と第2シリコン層103とが分離する。
Assuming the case where the above-described resonator is manufactured as a MEMS device, a manufacturing method thereof will be described. First, an
図35に示すように主表面20aに電極パターン4が形成された基材20を用意する。図34に示した構造体を図35に示す基材20の主表面20aに貼り付ける。貼り付けた後の様子を図36に示す。図36に示した状態から第2シリコン層103を研磨することによって所望の厚みにまで薄くする。さらに第2シリコン層103をパターニングする。こうして図37に示す構造が得られる。第1シリコン層101は基礎シリコン層21となり、中間絶縁層102は中間絶縁層22となり、第2シリコン層103は高架シリコン層23となっている。第2シリコン層103をパターニングする際には、第2シリコン層103から浮き構造体2が振動部として形成されるが、同時に梁状部14のうちの不用部分も除去され、梁状部14の一部がかさ上げ対向部5となって残る。さらにいくつかの工程を施すことによって、図28〜図30に示す構造を得る。
As shown in FIG. 35, a
上述したMEMSデバイスの製造方法においては、第2シリコン層103から振動部としての浮き構造体2を形成するためのマスクをそのまま利用して、浮き構造体2より基材20寄りに位置する梁状部14の露出部も続けてエッチングされる。これによって、梁状部14の露出部においては、梁状部14を厚み方向の全てにわたって除去することが想定されている。なぜなら、梁状部14の一部によって形成されるかさ上げ対向部5を他の部分から電気的に分離させるために、梁状部14は完全に分断する必要があるからである。しかし、梁状部14の露出部において梁状部14を完全に分断するまでエッチングしようとすればエッチングに長い時間がかかる。長時間にわたるエッチングを行なえば、本来は所定パターンで残すべき浮き構造体2においてもオーバエッチングとなり、浮き構造体2の形状精度を劣化させてしまうおそれがある。
In the above-described MEMS device manufacturing method, a mask for forming the floating
そこで、本発明は、発明者らが想定した参考技術において発明者らが自ら見出した問題点を解消することをさらに進んだ目的とする。すなわち、MEMSデバイスにおいてかさ上げ対向部を分離させるためのエッチングによって浮き構造体がオーバエッチングされることを防止するためのMEMSデバイスおよびその製造方法を提供することをさらに進んだ目的とする。 Therefore, the present invention aims to further solve the problems found by the inventors themselves in the reference technique assumed by the inventors. That is, it is a further object of the present invention to provide a MEMS device and a manufacturing method thereof for preventing the floating structure from being over-etched by etching for separating the raised facing portion in the MEMS device.
(実施の形態1)
(製造方法)
図1〜図16を参照して、本発明に基づく実施の形態1におけるMEMSデバイスの製造方法について説明する。本実施の形態におけるMEMSデバイスの製造方法のフローチャートを図1に示す。本実施の形態におけるMEMSデバイスの製造方法は、平坦な主表面を有する基材と、前記主表面から離隔するようにして前記基材に相対的に固定され、前記主表面に平行に延在する浮き構造体と、前記主表面に固定され、前記浮き構造体から離隔しつつ、前記浮き構造体の一部の領域に対して前記主表面に近い側から対向するかさ上げ対向部とを備える、MEMSデバイスを製造する方法であって、第1シリコン層と第2シリコン層とで中間絶縁層を挟み込むように積層されたSOI基板を用意する工程S1と、前記第1シリコン層をパターニングすることによって、外枠部、前記かさ上げ対向部、および、前記かさ上げ対向部と前記外枠部とを接続する支持梁部を形成する工程S2と、前記支持梁部の少なくとも一部である第1領域を前記第2シリコン層から遠い側の表面から厚み方向の途中までエッチング除去する工程S3と、前記中間絶縁層のうち少なくとも前記かさ上げ対向部と前記第2シリコン層との間に位置する部分をエッチング除去することによって前記かさ上げ対向部と前記第2シリコン層との間の接続を断つ工程S4と、前記第1シリコン層の前記外枠部および前記かさ上げ対向部に対して、前記第2シリコン層とは反対の側から一括して被覆するように前記基材を貼り付ける工程S5と、前記第2シリコン層をパターニングすることによって前記浮き構造体を形成し、さらに前記支持梁部のうち前記浮き構造体に覆われていない領域を除去することによって、前記かさ上げ対向部を前記外枠部から分離させる工程S6とを含む。
(Embodiment 1)
(Production method)
With reference to FIGS. 1-16, the manufacturing method of the MEMS device in Embodiment 1 based on this invention is demonstrated. A flowchart of a method for manufacturing a MEMS device in the present embodiment is shown in FIG. The MEMS device manufacturing method according to the present embodiment includes a base material having a flat main surface, and is relatively fixed to the base material so as to be separated from the main surface, and extends parallel to the main surface. A floating structure, and a raised facing portion that is fixed to the main surface and is spaced apart from the floating structure while facing a part of the floating structure from a side near the main surface. A method of manufacturing a MEMS device, comprising: preparing an SOI substrate laminated so as to sandwich an intermediate insulating layer between a first silicon layer and a second silicon layer; and patterning the first silicon layer A step S2 of forming an outer frame portion, the raised facing portion, and a supporting beam portion connecting the raised facing portion and the outer frame portion, and a first region that is at least a part of the supporting beam portion Before Etching and removing step S3 of etching from the surface far from the second silicon layer to the middle of the thickness direction, and at least a portion of the intermediate insulating layer located between the raised facing portion and the second silicon layer And disconnecting the connection between the raised facing portion and the second silicon layer, and the second silicon layer with respect to the outer frame portion and the raised facing portion of the first silicon layer. Step S5 for attaching the base material so as to cover the entire surface from the opposite side, patterning the second silicon layer to form the floating structure, and further, the floating of the support beam portion And step S6 of separating the raised facing portion from the outer frame portion by removing a region not covered with the structure.
各工程について以下に詳しく説明する。
工程S1としては、図31に示したようなSOI基板が用意される。このSOI基板100は、第1シリコン層101と第2シリコン層103とで中間絶縁層102を挟み込むように積層されたものである。
Each step will be described in detail below.
As step S1, an SOI substrate as shown in FIG. 31 is prepared. The
工程S2としては、図2に示すように、パターニングされる。すなわち、第1シリコン層101がパターニングされることによって、外枠部16、かさ上げ対向部5および支持梁部15が形成される。外枠部16の外周の1ヶ所には切欠き部10が設けられている。支持梁部15は、かさ上げ対向部5と外枠部16とを接続する。図2に示した例では、かさ上げ対向部5と支持梁部15とが同じ幅で一直線上に並ぶように形成されているが、これはあくまで一例である。本発明を適用する上では、かさ上げ対向部5と支持梁部15とが同じ幅でなくてもよい。本発明を適用する上では、かさ上げ対向部5と支持梁部15とが一直線上に並ぶような位置関係でなくてもよい。たとえば、中央に配置されるかさ上げ対向部5に対して支持梁部15が放射状に接続するように配置された構造であってもよい。
As step S2, patterning is performed as shown in FIG. That is, by patterning the
図2に示した構造の斜視図を図3に示す。パターニングされたのは第1シリコン層101のみであって、中間絶縁層102および第2シリコン層103は全面に残っている。
A perspective view of the structure shown in FIG. 2 is shown in FIG. Only the
工程S3としては、図4に示すように、支持梁部15の少なくとも一部である第1領域17を第2シリコン層103から遠い側の表面から厚み方向の途中までエッチングによって除去される。図4では、支持梁部15のうち第1領域17に該当する部分をわかりやすく示すために、第1領域17にハッチングを付している。第1領域を厚み方向の途中までエッチングした結果、図5に示すような構造となる。さらに図5におけるVI−VI線に関する矢視断面図を図6に示す。支持梁部15のうち第1領域17に該当する部分においては、第1シリコン層101が厚み方向の途中までエッチングされて薄くなっている。この時点では、中間絶縁層102および第2シリコン層103は全面に残っている。
As step S3, as shown in FIG. 4, the
工程S4としては、中間絶縁層102のうち少なくともかさ上げ対向部5と第2シリコン層103との間に位置する部分をエッチング除去することによってかさ上げ対向部5と第2シリコン層103との間の接続を断つ。このエッチングは等方的に行なわれる。中間絶縁層102のエッチングをした結果、図7に示すようになる。中間絶縁層102が露出していた領域においては中間絶縁層102は全て除去されたので、図7では中間絶縁層102は見えていない。図7においては、外枠部16の下の一部の領域に中間絶縁層102が残っているが、中間絶縁層102は外枠部16に隠れて見えていない。図7におけるVIII−VIII線に関する矢視断面図を図8に示す。工程S4において中間絶縁層102をエッチング除去すべき部分は、少なくともかさ上げ対向部5と第2シリコン層103との間に位置する部分であるが、このエッチングの結果、図7、図8に示したように、他の部分の中間絶縁層102も除去されてもよい。たとえば支持梁部15の第2シリコン層103に対する投影領域において中間絶縁層102が完全に除去されていてもよい。ただし、外枠部16の下には中間絶縁層102が一部残存すべきである。
In step S4, at least a portion of the intermediate insulating
工程S5としては、第1シリコン層101の外枠部16およびかさ上げ対向部5に対して、第2シリコン層103とは反対の側から一括して被覆するように基材20が貼り付けられる。基材20は図35に示したようなものであってよい。基材20は主表面20aを有する。基材20は、主表面20a上に電極パターン4を備える。電極パターン4は引出配線7と外部接続端子8とを含む。工程S5により基材20を貼り付けた結果、図9に示す構造となる。図9では、基材20を下側とし、第2シリコン層103を上側とする姿勢で表示している。図9では、かさ上げ対向部5の断面が見えている。支持梁部15はかさ上げ対向部5に接続する形で紙面に垂直な方向に延在している。第1シリコン層101の外枠部16の少なくとも1ヶ所には予めトンネル31が形成されている。工程S5の結果、引出配線7はトンネル31を通って外部に引き出される形となる。工程S5の結果、かさ上げ対向部5は、間隙6を介して第2シリコン層103の表面と対向することとなる。
In step S5, the
図10に示すように、基材20と反対の側から第2シリコン層103を研磨し、第2シリコン層103を所定の厚みとなるよう薄くする。
As shown in FIG. 10, the
工程S6としては、図10に示した状態から第2シリコン層103をパターニングすることによって浮き構造体2を形成し、さらに支持梁部15のうち浮き構造体2に覆われていない領域を除去することによって、かさ上げ対向部5を外枠部16から分離させる。そのためにはまず、図10に示した状態の第2シリコン層103の上面にレジストによりマスクパターンが形成される。このマスクパターンは、浮き構造体の平面的形状に対応したものである。すなわち、図11に示すようにマスクパターン18が形成される。図11は図10とは90°異なる向きに切ったときの断面図である。第1領域17は、第2シリコン層103がマスクパターン18に覆われていない領域に対応する。マスクパターン18をマスクとしてシリコン層のエッチングが行なわれる。このエッチングでは、第2シリコン層103および第1シリコン層101の両方がマスクパターン18によってパターニングされる。工程S6のエッチングの途中段階で、第2シリコン層103のパターニングが完了し、かつ、第1シリコン層101のパターニングはまだされていない状態の平面図を図12に示す。図12ではマスクパターン18は図示省略している。図12では、浮き構造体2の隙間からその背後の支持梁部15が部分的に見えている。支持梁部15のうち見えている部分は、いずれも第1領域17である。さらにエッチングが進行することによって、図12において支持梁部15のうち浮き構造体2に覆われていない部分はエッチング除去される。すなわち、支持梁部15のうち第1領域17にあった部分が除去される。
In step S6, the floating
工程S6のエッチングが終了した時点では、図13に示すように、第2シリコン層103からは、部分2a,2b,2cが残るようにパターニングされ、これらは浮き構造体2となる。部分2a,2cの下部には部材19b,19cが残っている。部材19b,19cはもはや不用の部材であるが、残っていても問題はない。このパターニングにより、第1シリコン層101は、「基礎シリコン層21」となり、第2シリコン層103は、「高架シリコン層23」となる。基礎シリコン層21と高架シリコン層23との間に部分的に残存する中間絶縁層102は、説明の便宜上、「中間絶縁層22」と呼び名を改める。
When the etching in step S6 is completed, as shown in FIG. 13, the
図13に示した状態からマスクパターン18を除去する。マスクパターン18を除去した状態での斜視図を図14に示す。この時点でMEMSデバイスとしての共振器901が出来上がっている。この共振器901を平面図で示すと図15に示すとおりである。浮き構造体2が外壁部9によって取り囲まれた構造となっている。浮き構造体2の下にはかさ上げ対向部5および部材19b,19cが隠れている。工程S6のエッチングの結果、かさ上げ対向部5は外枠部16から既に分離している。外壁部9に含まれる2層のシリコン層のうち主表面20aに近い側の1層が外枠部16である。かさ上げ対向部5も外枠部16も元々、第1シリコン層101から形成されたものである。工程S6のエッチングの結果、部材19b,19cも外枠部16から分離して独立した形となっている。かさ上げ対向部5には引出配線7が接続されている。部材19b,19cには何の配線も接続されていない。図15におけるXVI−XVI線に関する矢視断面図を図16に示す。
The
(作用・効果)
本実施の形態によれば、基板側の電極表面と振動部材の下面とが十分に狭い間隙で対向した構造を有し、ねじり振動を利用するMEMSデバイスを容易に提供することができる。
(Action / Effect)
According to the present embodiment, it is possible to easily provide a MEMS device using a torsional vibration having a structure in which the electrode surface on the substrate side and the lower surface of the vibration member face each other with a sufficiently narrow gap.
さらに、本実施の形態によれば、工程S6におけるエッチング、すなわち、MEMSデバイスにおいてかさ上げ対向部を分離させるためのエッチングを開始する時点には、支持梁部15の一部である第1領域17は既に薄くされているので、短いエッチング時間のみで第1領域17は分断されることとなる。第1領域17が分断されることによって、かさ上げ対向部5を外枠部16から分離させるという目的は達成され、エッチングを終えることができるので、エッチングにかける総時間を短く済ませることができる。したがって、工程S6におけるエッチングによって浮き構造体2がオーバエッチングされることを防止することができる。
Further, according to the present embodiment, the
なお、第1領域17は、支持梁部15のうち浮き構造体2の辺と重なる領域を避けて配置されていることが好ましい。工程S6で、支持梁部15がエッチングにより分断される場所は、浮き構造体2に覆われない場所である。したがって、エッチング時間短縮のためには、支持梁部15を予め薄くしておく領域である第1領域17は、浮き構造体2に覆われない場所と一致させておくことが好ましい。言い換えれば、上述のように、第1領域17は、支持梁部15のうち浮き構造体2の辺と重なる領域を避けて配置されていることが好ましい。図11、図12に示したように、本実施の形態は、この好ましい条件が満たされた例を示したものである。
In addition, it is preferable that the 1st area |
(実施の形態2)
(製造方法)
図17〜図22を参照して、本発明に基づく実施の形態2におけるMEMSデバイスの製造方法について説明する。本実施の形態におけるMEMSデバイスの製造方法は、基本的には実施の形態1で説明したものと同様であるが、工程S3で設定される第1領域17の位置が異なる。実施の形態1では、工程S3においては図4に示したように第1領域17が設定されていたが、本実施の形態では、好ましいことに、図17に示したように第1領域17が設定される。すなわち、第1領域17は、かさ上げ対向部5となるべき部分の端からかさ上げ張出部51を介在するように離隔して配置されている。かさ上げ張出部51は支持梁部15の一部である。この状態で工程S3のエッチングをすることによって支持梁部15のうち第1領域17は、薄くなるが、かさ上げ張出部51は薄くならない。さらに、工程S4のエッチングにより中間絶縁層102の一部が除去される。この結果、本実施の形態では、図18に示したようになる。かさ上げ対向部5の両脇にかさ上げ張出部51が設けられている。支持梁部15はかさ上げ対向部5と接続されている。
(Embodiment 2)
(Production method)
With reference to FIGS. 17-22, the manufacturing method of the MEMS device in
本実施の形態では、工程S6のエッチングを始める時点では、図19に示すようになる。かさ上げ張出部51はマスクパターン18の投影領域からはみ出している。工程S6のエッチングを終えた時点では、図20に示すようになる。支持梁部15のうち第1領域17にあった部分はマスクパターン18に覆われておらず、しかも薄かったので、このエッチングによって既に除去されている。かさ上げ張出部51は、元々かさ上げ対向部5と同程度の厚みを有していたが、マスクパターン18に覆われずに工程S6のエッチングにさらされていたのであるから、かさ上げ対向部5に比べて薄くなっている。さらにマスクパターン18を除去し、図21に示すようになる。得られたMEMSデバイスは共振器902である。この状態での共振器902の平面図は図22に示すようになる。かさ上げ対向部5は浮き構造体2に覆われて隠れているが、かさ上げ張出部51は浮き構造体2に覆われず見えている。
In the present embodiment, when the etching of step S6 is started, it becomes as shown in FIG. The raised projecting
本実施の形態で最終的に得られるMEMSデバイスの構造としては、かさ上げ対向部5に隣接してかさ上げ張出部51があるという点以外は、実施の形態1で示したMEMSデバイスと同じである。本実施の形態では、かさ上げ対向部5の両側にかさ上げ張出部51がほぼ同じ幅で隣接している構成を示したが、かさ上げ対向部5の一方の側と他方の側とでかさ上げ張出部51の幅が異なっていてもよい。また、かさ上げ対向部5の一方の側にのみかさ上げ張出部51があり、他方の側にはかさ上げ張出部51がない構成であってもよい。
The structure of the MEMS device finally obtained in the present embodiment is the same as that of the MEMS device shown in the first embodiment, except that there is a raised protruding
(作用・効果)
本実施の形態でも、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。さらに本実施の形態では、第1領域17は、かさ上げ対向部5となるべき部分の端からかさ上げ張出部51を介在するように離隔して配置されているので、工程S6のパターニングの位置が多少ずれても、かさ上げ張出部51が新たにかさ上げ対向部5の一部となることにより、かさ上げ対向部5としての役割を果たすことができる。言い換えれば、かさ上げ張出部51は、かさ上げ対向部5のパターニング位置ずれを吸収するためのマージンとしての役割を果たすことができる。
(Action / Effect)
Also in this embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained. Furthermore, in the present embodiment, the
(実施の形態3)
(製造方法)
図23〜図27を参照して、本発明に基づく実施の形態3におけるMEMSデバイスの製造方法について説明する。本実施の形態におけるMEMSデバイスの製造方法は、基本的には実施の形態2で説明したものと同様であるが、工程S2でエッチングされるパターンが異なる。工程S2において第1シリコン層101をパターニングする際の中央のかさ上げ対向部5および支持梁部15に相当する領域のみを取り出して拡大したところを図23に示す。本実施の形態では、好ましいことに、第1シリコン層101をパターニングする工程S2は、図23に示すように、かさ上げ張出部51のかさ上げ対向部5から離隔した部分である第2領域52には貫通孔を設けず、かさ上げ対向部5と、支持梁部15のうち第2領域52以外の部分とに複数の貫通孔35を設ける工程を含む。かさ上げ対向部5と第2シリコン層103との間の接続を断つ工程S4においては、第2領域52には中間絶縁層102を残す。本実施の形態において工程S4を終えた状態での、かさ上げ対向部5の近傍の斜視図を図24に示す。第2領域52には貫通孔35が設けられていないので、工程S4を行なう際に、第2領域52においては、支持梁部15の下の中間絶縁層102のエッチング除去の速度が遅く、その結果、第2領域52のみに中間絶縁層102を残すことができる。他の部分においては、貫通孔35が設けられているので、中間絶縁層102に対するエッチングが効率良く進行し、その結果、第2領域52以外では中間絶縁層102は十分に除去され、第1シリコン層101と第2シリコン層103とは既に分離している。
(Embodiment 3)
(Production method)
With reference to FIGS. 23 to 27, a method of manufacturing a MEMS device according to the third embodiment of the present invention will be described. The manufacturing method of the MEMS device in the present embodiment is basically the same as that described in the second embodiment, but the pattern etched in step S2 is different. FIG. 23 shows an enlarged view of only the region corresponding to the central raised facing
本実施の形態では、この後、実施の形態1で説明したのと同様に、工程S5によって基材20を貼り付ける。基材20は図24における上側から被せるように貼り付けられる。さらに、基材20と反対の側から第2シリコン層103が研磨され、第2シリコン層103が薄くなる。工程S6によって第2シリコン層103をパターニングする。工程S6では、第2シリコン層103をパターニングすることによって浮き構造体2が形成されるが、浮き構造体2のうちかさ上げ対向部5と重なる辺は、支持梁部15と直交する方向を長手方向として延在する。工程S6が完了し、浮き構造体2が形成された状態での断面図を図25に示す。こうして、MEMSデバイスとしての共振器903を得ることができた。さらに、図25における中央部を拡大したところを図26に示す。かさ上げ張出部51の大部分は工程S6のエッチングによって上面からある程度の部分が除去され、その結果、かさ上げ対向部5より低くなっている。かさ上げ張出部51のうち第2領域52は中間絶縁層102によって覆われているので、この部分では、工程S6のエッチングの際に中間絶縁層102が第1シリコン層101を保護するマスク代わりとなる。その結果、第2領域52では、中間絶縁層102によって覆われていた部分のみ第1シリコン層101が凸状となっている。ただし、第2領域52の内部でも中間絶縁層102に覆われていない部分では第1シリコン層101が薄くなっている。得られたMEMSデバイスとしての共振器903の平面図を図27に示す。
In the present embodiment, thereafter, similarly to the case described in the first embodiment, the
(作用・効果)
本実施の形態でも、実施の形態2と同様の効果を得ることができる。さらに本実施の形態では、工程S4において図24に示したように第1シリコン層101と第2シリコン層103との間の一部に中間絶縁層102を残すこととなるので、工程S5の際に、支持梁部15に支持されたかさ上げ対向部5は、第2シリコン層103の表面から離隔して宙に浮く形ではなく、中間絶縁層102を脚代わりとして第2シリコン層103の表面に固定される形となる。したがって、かさ上げ対向部5は安定して支持される。表面張力によって支持梁部15がたわんでかさ上げ対向部5が第2シリコン層103に接触してしまうといった事態を防止することができる。
(Action / Effect)
In the present embodiment, the same effect as in the second embodiment can be obtained. Furthermore, in the present embodiment, the intermediate insulating
本実施の形態では、最終的には、図25〜図27に示したように中間絶縁層102がかさ上げ対向部5の近傍に残存することとなるが、この残存した中間絶縁層102は、浮き構造体2のいずれの部分からも平面的に見て離隔したところに位置することとなるので、浮き構造体2のねじり振動にとって妨げとなるものではない。
In the present embodiment, finally, as shown in FIGS. 25 to 27, the intermediate insulating
(実施の形態4)
(構成)
本発明に基づく実施の形態4におけるMEMSデバイスについて説明する。本実施の形態におけるMEMSデバイスは、実施の形態2で説明したMEMSデバイスの製造方法によって得ることができるMEMSデバイスである。このMEMSデバイスとしての共振器902の断面図は図21に示したとおりであり、平面図は図22に示したとおりである。本実施の形態におけるMEMSデバイスとしての共振器902は、平坦な主表面20aを有する基材20と、主表面20aから離隔するようにして基材20に相対的に固定され、主表面20aに平行に延在する浮き構造体2と、主表面20aに固定され、浮き構造体2から離隔しつつ、浮き構造体2の一部の領域に対して主表面20aに近い側から対向するかさ上げ対向部5と、かさ上げ対向部5と連続し、かつ、浮き構造体2の投影領域からはみ出すように張り出したかさ上げ張出部51を備える。
(Embodiment 4)
(Constitution)
A MEMS device according to
(作用・効果)
本実施の形態によれば、基板表面と振動部材下面とが十分に狭い間隙で対向した構造を有し、ねじり振動を利用するMEMSデバイスとすることができる。
(Action / Effect)
According to the present embodiment, a MEMS device having a structure in which the substrate surface and the lower surface of the vibration member are opposed to each other with a sufficiently narrow gap can be used.
本実施の形態におけるMEMSデバイスは、浮き構造体2の投影領域からはみ出すように張り出したかさ上げ張出部51を備えるので、工程S6のパターニングの位置が多少ずれても、かさ上げ張出部51が新たにかさ上げ対向部5の一部となることにより、かさ上げ対向部5としての役割を果たすことができる。言い換えれば、組立時の浮き構造体2とかさ上げ対向部5との位置ずれ誤差をかさ上げ張出部51によって吸収することができる。したがって、浮き構造体2に対して確実にかさ上げ対向部5が対向する構造とすることができるので、製造しやすく、信頼性が高いMEMSデバイスとすることができる。
Since the MEMS device according to the present embodiment includes the
(実施の形態5)
(構成)
本発明に基づく実施の形態5におけるMEMSデバイスについて説明する。本実施の形態におけるMEMSデバイスは、実施の形態3で説明したMEMSデバイスの製造方法によって得ることができるMEMSデバイスである。このMEMSデバイスとしての共振器903の断面図は図25に示したとおりであり、平面図は図27に示したとおりである。本実施の形態におけるMEMSデバイスは、かさ上げ張出部51の上面のうち浮き構造体2の投影領域から離隔した部位において少なくとも一部が絶縁層としての中間絶縁層22によって覆われている。
(Embodiment 5)
(Constitution)
A MEMS device according to
(作用・効果)
本実施の形態によれば、実施の形態4と同様の効果を得ることができる。さらに本実施の形態におけるMEMSデバイスは、かさ上げ張出部51の上面のうち浮き構造体2の投影領域から離隔した部位において少なくとも一部が絶縁層によって覆われているので、この構造のMEMSデバイスは、製造途中の段階で、かさ上げ対向部5が絶縁層を脚代わりとして第2シリコン層103の表面に固定される形となる。したがって、かさ上げ対向部5は安定して支持される。これにより、表面張力によって支持梁部15がたわんでかさ上げ対向部5が第2シリコン層103に接触してしまうといった事態を防止することができるので、製造しやすく、信頼性が高いMEMSデバイスとすることができる。
(Action / Effect)
According to the present embodiment, the same effect as in the fourth embodiment can be obtained. Furthermore, in the MEMS device according to the present embodiment, at least a part of the upper surface of the raised projecting
なお、上記各実施の形態では、MEMSデバイスの構造として、外壁部9に取り囲まれた内側に浮き構造体2が露出するように配置された構造を示したが、外壁部9に取り囲まれた空間を覆い隠すように、カバー部材が取り付けられてもよい。このカバー部材は、外壁部9に取り囲まれた空間を、浮き構造体2に接触しないように封止するものであることが好ましい。このようなカバー部材が取り付けられることによって、浮き構造体2の周辺に異物が侵入することを防止することができる。
In each of the above embodiments, as the structure of the MEMS device, a structure in which the floating
なお、上記各実施の形態では、本発明に基づくMEMSデバイスが共振器である例を示したが、本発明に基づくMEMSデバイスは共振器以外であってもよい。 In each of the above embodiments, the MEMS device based on the present invention is a resonator. However, the MEMS device based on the present invention may be other than the resonator.
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。 In addition, the said embodiment disclosed this time is an illustration in all the points, Comprising: It is not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and includes all modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
2 浮き構造体、2a,2b,2c (浮き構造体の)部分、2v (かさ上げ対向部が対向する)領域、4 電極パターン、5 かさ上げ対向部、6 間隙、7 引出配線、8 外部接続端子、9 外壁部、10 切欠き部、14 梁状部、15 支持梁部、16 外枠部、17 第1領域、18 マスクパターン、19b,19c 部材、20 基材、20a 主表面、21 基礎シリコン層、22 中間絶縁層、23 高架シリコン層、31 トンネル、35 貫通孔、51 かさ上げ張出部、52 第2領域、100 SOI基板、101 第1シリコン層、102 中間絶縁層、103 第2シリコン層、901,902,903 共振器。 2 Floating structure, 2a, 2b, 2c (floating structure) part, 2v (uplift facing part), 4 electrode pattern, 5 lifting facing part, 6 gap, 7 lead-out wiring, 8 external connection Terminal, 9 Outer wall part, 10 Notch part, 14 Beam-like part, 15 Supporting beam part, 16 Outer frame part, 17 First region, 18 Mask pattern, 19b, 19c Member, 20 Base material, 20a Main surface, 21 Foundation Silicon layer, 22 Intermediate insulating layer, 23 Elevated silicon layer, 31 Tunnel, 35 Through hole, 51 Raised overhang, 52 Second region, 100 SOI substrate, 101 First silicon layer, 102 Intermediate insulating layer, 103 Second Silicon layer, 901, 902, 903 resonator.
Claims (6)
前記主表面から離隔するようにして前記基材に相対的に固定され、前記主表面に平行に延在する浮き構造体と、
前記主表面に固定され、前記浮き構造体から離隔しつつ、前記浮き構造体の一部の領域に対して前記主表面に近い側から対向するかさ上げ対向部とを備える、MEMSデバイスを製造する方法であって、
第1シリコン層と第2シリコン層とで中間絶縁層を挟み込むように積層されたSOI基板を用意する工程と、
前記第1シリコン層をパターニングすることによって、外枠部、前記かさ上げ対向部、および、前記かさ上げ対向部と前記外枠部とを接続する支持梁部を形成する工程と、
前記支持梁部の少なくとも一部である第1領域を前記第2シリコン層から遠い側の表面から厚み方向の途中までエッチング除去する工程と、
前記中間絶縁層のうち少なくとも前記かさ上げ対向部と前記第2シリコン層との間に位置する部分をエッチング除去することによって前記かさ上げ対向部と前記第2シリコン層との間の接続を断つ工程と、
前記第1シリコン層の前記外枠部および前記かさ上げ対向部に対して、前記第2シリコン層とは反対の側から一括して被覆するように前記基材を貼り付ける工程と、
前記第2シリコン層をパターニングすることによって前記浮き構造体を形成し、さらに前記支持梁部のうち前記浮き構造体に覆われていない領域を除去することによって、前記かさ上げ対向部を前記外枠部から分離させる工程とを含む、MEMSデバイスの製造方法。 A substrate having a flat main surface;
A floating structure that is relatively fixed to the substrate so as to be separated from the main surface, and extends parallel to the main surface;
A MEMS device comprising a raised facing portion fixed to the main surface and spaced apart from the floating structure and facing a part of the floating structure from a side close to the main surface is manufactured. A method,
Preparing an SOI substrate laminated so as to sandwich an intermediate insulating layer between a first silicon layer and a second silicon layer;
Patterning the first silicon layer to form an outer frame portion, the raised facing portion, and a support beam portion connecting the raised facing portion and the outer frame portion;
Etching and removing the first region, which is at least part of the support beam portion, from the surface far from the second silicon layer to the middle in the thickness direction;
Cutting the connection between the raised facing portion and the second silicon layer by etching away at least a portion of the intermediate insulating layer located between the raised facing portion and the second silicon layer. When,
Attaching the base material so as to cover the outer frame portion and the raised facing portion of the first silicon layer together from the side opposite to the second silicon layer;
The floating structure is formed by patterning the second silicon layer, and the region of the support beam that is not covered by the floating structure is removed, thereby removing the raised facing portion from the outer frame. A method for manufacturing the MEMS device, including a step of separating from the part.
前記かさ上げ対向部と前記第2シリコン層との間の接続を断つ工程においては、前記第2領域には前記中間絶縁層を残す、請求項3に記載のMEMSデバイスの製造方法。 In the patterning process of the first silicon layer, a through hole is not provided in the second region, which is a portion separated from the raised facing portion of the raised projecting portion, and the raised facing portion and the support beam Including a step of providing a plurality of through holes in a portion of the portion other than the second region,
4. The method of manufacturing a MEMS device according to claim 3, wherein, in the step of disconnecting the connection between the raised facing portion and the second silicon layer, the intermediate insulating layer is left in the second region.
前記主表面から離隔するようにして前記基材に相対的に固定され、前記主表面に平行に延在する浮き構造体と、
前記主表面に固定され、前記浮き構造体から離隔しつつ、前記浮き構造体の一部の領域に対して前記主表面に近い側から対向するかさ上げ対向部と、
前記かさ上げ対向部と連続し、かつ、前記浮き構造体の投影領域からはみ出すように張り出したかさ上げ張出部を備える、MEMSデバイス。 A substrate having a flat main surface;
A floating structure that is relatively fixed to the substrate so as to be separated from the main surface, and extends parallel to the main surface;
A raised facing portion that is fixed to the main surface and is spaced apart from the floating structure while facing a part of the floating structure from a side near the main surface,
A MEMS device, comprising a raised overhanging portion that is continuous with the raised facing portion and protrudes so as to protrude from a projection region of the floating structure.
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