JP2013110623A - Mems vibrator, manufacturing method of mems vibrator, and oscillator - Google Patents
Mems vibrator, manufacturing method of mems vibrator, and oscillator Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013110623A JP2013110623A JP2011254710A JP2011254710A JP2013110623A JP 2013110623 A JP2013110623 A JP 2013110623A JP 2011254710 A JP2011254710 A JP 2011254710A JP 2011254710 A JP2011254710 A JP 2011254710A JP 2013110623 A JP2013110623 A JP 2013110623A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- silicon
- electrode
- single crystal
- mems vibrator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Micromachines (AREA)
- Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
Description
本発明は、MEMS振動子およびその製造方法、並びに発振器に関する。 The present invention relates to a MEMS vibrator, a manufacturing method thereof, and an oscillator.
MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)は、微小構造体形成技術の1つで、例えば、ミクロンオーダーの微細な電子機械システムを作る技術やその製品のことをいう。 MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) is one of micro structure forming techniques, and refers to, for example, a technique for producing a micro electro-mechanical system of micron order and its product.
特許文献1には、半導体基板の表面に、片持ち梁状のMEMS振動子を形成しつつ、同一チップ内にCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)も形成することが記載されている。このMEMS振動子は、導電性が付与された多結晶シリコンからなる上部MEMS構造層および下部MEMS構造層で構成されており、上部MEMS構造層を屈曲振動させることで、共振周波数を得ることができる。 Patent Document 1 describes that a cantilever-like MEMS vibrator is formed on the surface of a semiconductor substrate and a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) is also formed in the same chip. This MEMS vibrator is composed of an upper MEMS structure layer and a lower MEMS structure layer made of polycrystalline silicon imparted with conductivity, and a resonance frequency can be obtained by bending vibration of the upper MEMS structure layer. .
このようなMEMS振動子は、梁部が繰り返し屈曲振動することにより、疲労破壊を起こす場合がある。 Such a MEMS vibrator may cause fatigue failure due to repeated bending vibration of the beam portion.
本発明のいくつかの態様に係る目的の1つは、梁部が疲労破壊することを抑制できるMEMS振動子を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の1つは、梁部が疲労破壊することを抑制できるMEMS振動子の製造方法を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の1つは、上記のMEMS振動子を有する発振器を提供することにある。 One of the objects according to some aspects of the present invention is to provide a MEMS vibrator capable of suppressing a fatigue failure of a beam portion. Another object of some aspects of the present invention is to provide a method of manufacturing a MEMS vibrator capable of suppressing a fatigue failure of a beam portion. Another object of some aspects of the present invention is to provide an oscillator having the MEMS vibrator described above.
本発明に係るMEMS振動子は、
シリコン基板と、
前記シリコン基板の上方に配置された窒化シリコン層と、
前記窒化シリコン層の上方に配置された第1電極と、
前記第1電極との間に空隙を有した状態で配置され、前記シリコン基板の厚み方向に静電力によって振動可能となる梁部、および前記窒化シリコン層の上方に配置され、前記梁部を支持する支持部を有する第2電極と、
を含み、
前記第1電極および前記第2電極の材質は、導電性を有する単結晶シリコンである。
The MEMS vibrator according to the present invention includes:
A silicon substrate;
A silicon nitride layer disposed above the silicon substrate;
A first electrode disposed above the silicon nitride layer;
A beam part disposed between the first electrode and the first electrode so as to be vibrated by an electrostatic force in the thickness direction of the silicon substrate, and disposed above the silicon nitride layer and supporting the beam part. A second electrode having a support portion to
Including
The material of the first electrode and the second electrode is single crystal silicon having conductivity.
このようなMEMS振動子によれば、第1電極および第2電極の材質が多結晶シリコンである場合に比べて、梁部が疲労破壊することを抑制できる。これにより、例えば、梁部の機械特性を向上させることができ、長寿命化を図ることができる。例えば、第1電極および第2電極の材質が多結晶シリコンの場合は、屈曲振動によって、粒界で梁部が折れたりすることがあり、単結晶シリコンに比べて、疲労破壊しやすい。 According to such a MEMS vibrator, it is possible to suppress the fatigue failure of the beam portion as compared with the case where the material of the first electrode and the second electrode is polycrystalline silicon. Thereby, for example, the mechanical characteristics of the beam portion can be improved, and the life can be extended. For example, when the material of the first electrode and the second electrode is polycrystalline silicon, the beam portion may be broken at the grain boundary due to flexural vibration, and fatigue fracture is likely to occur compared to single crystal silicon.
さらに、このようなMEMS振動子によれば、上述のように梁部が疲労破壊することを抑制できるので、梁部が繰り返し屈曲振動しても、梁部の位置精度が低下することを抑制できる。 Furthermore, according to such a MEMS vibrator, since the beam portion can be prevented from fatigue failure as described above, it is possible to prevent the positional accuracy of the beam portion from being lowered even if the beam portion is repeatedly bent and vibrated. .
また、単結晶シリコンは、多結晶シリコンに比べて、平坦性が高い。そのため、このようなMEMS振動子によれば、例えば、第1電極および第2電極の周囲にガスが発生したとしても、第1電極および第2電極にガスがトラップされることを抑制できる。 Single crystal silicon has higher flatness than polycrystalline silicon. Therefore, according to such a MEMS vibrator, for example, even if gas is generated around the first electrode and the second electrode, it is possible to suppress trapping of the gas in the first electrode and the second electrode.
さらに、このようなMEMS振動子によれば、第1電極および第2電極は、窒化シリコン層上に配置されている。そのため、梁部がシリコン基板にくっ付いてしまうこと(すなわちプルイン)を抑制することができる。 Furthermore, according to such a MEMS vibrator, the first electrode and the second electrode are disposed on the silicon nitride layer. Therefore, it can suppress that a beam part sticks to a silicon substrate (namely, pull-in).
なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの(以下、「A」という)の「上方」に他の特定のもの(以下、「B」という)を形成する」などと用いる場合に、A上に直接Bを形成するような場合と、A上に他のものを介してBを形成するような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。 In the description according to the present invention, the word “upper” is used, for example, “specifically” (hereinafter referred to as “A”) is formed above another specific thing (hereinafter referred to as “B”). The word “above” is used to include the case where B is formed directly on A and the case where B is formed on A via another object. Used.
本発明に係るMEMS振動子において、
前記シリコン基板と前記窒化シリコン層との間に配置されたバッファー層を、さらに含み、
前記バッファーの材質は、単結晶シリコンであってもよい。
In the MEMS vibrator according to the present invention,
A buffer layer disposed between the silicon substrate and the silicon nitride layer;
The buffer material may be single crystal silicon.
このようなMEMS振動子によれば、後述する第1シリコンゲルマニウム層の平坦性を向上させることができるため、第1電極の平坦性を向上させることができる。 According to such a MEMS vibrator, since the flatness of the first silicon germanium layer described later can be improved, the flatness of the first electrode can be improved.
本発明に係るMEMS振動子の製造方法は、
シリコン基板の上方に、第1絶縁層を成膜する工程と、
前記第1絶縁層をパターニングして前記シリコン基板を露出する工程と、
露出された前記シリコン基板の上方に、第1シリコンゲルマニウム層をエピタキシャル成長させる工程と、
前記第1シリコンゲルマニウム層上に、第1単結晶シリコン層をエピタキシャル成長させる工程と、
前記第1単結晶シリコン層を覆うように、第2絶縁層を成膜する工程と、
前記第1絶縁層および前記第2絶縁層をパターニングして、前記第1シリコンゲルマニウム層の側面を露出する工程と、
前記第2絶縁層および前記第1単結晶シリコン層に貫通孔を形成して、前記第1シリコンゲルマニウム層を露出する工程と、
前記貫通孔にエッチング液またはエッチングガスを通して、前記第1シリコンゲルマニウム層を除去する工程と、
前記第1シリコンゲルマニウム層が除去された前記シリコン基板と前記第1単結晶シリコン層との間に、窒化シリコン層を成膜する工程と、
前記第2絶縁層を除去する工程と、
前記第1単結晶シリコン層をパターニングして、第1電極および第2電極の固定部を形成する工程と、
前記第1電極を覆うように、第2シリコンゲルマニウム層をエピタキシャル成長させる工程と、
前記第2シリコンゲルマニウム層および前記固定部を覆うように、第2単結晶シリコン層をエピタキシャル成長させる工程と、
前記第2単結晶シリコン層をパターニングして、前記第1電極の上方に、前記シリコン基板の厚み方向に静電力によって振動可能となる前記第2電極の梁部を形成し、前記固定部上に、前記梁部を支持する前記第2電極の支持部を形成する工程と、
前記第2シリコンゲルマニウム層を除去する工程と、
を含む。
A method for manufacturing a MEMS vibrator according to the present invention includes:
Forming a first insulating layer above the silicon substrate;
Patterning the first insulating layer to expose the silicon substrate;
Epitaxially growing a first silicon germanium layer above the exposed silicon substrate;
Epitaxially growing a first single crystal silicon layer on the first silicon germanium layer;
Forming a second insulating layer so as to cover the first single crystal silicon layer;
Patterning the first insulating layer and the second insulating layer to expose side surfaces of the first silicon germanium layer;
Forming a through hole in the second insulating layer and the first single crystal silicon layer to expose the first silicon germanium layer;
Removing the first silicon germanium layer by passing an etching solution or an etching gas through the through hole;
Forming a silicon nitride layer between the silicon substrate from which the first silicon germanium layer has been removed and the first single crystal silicon layer;
Removing the second insulating layer;
Patterning the first single crystal silicon layer to form a fixing portion of the first electrode and the second electrode;
Epitaxially growing a second silicon germanium layer so as to cover the first electrode;
Epitaxially growing a second single crystal silicon layer so as to cover the second silicon germanium layer and the fixed portion;
The second single crystal silicon layer is patterned to form a beam portion of the second electrode that can be vibrated by an electrostatic force in the thickness direction of the silicon substrate above the first electrode, and on the fixed portion. Forming a support portion of the second electrode that supports the beam portion;
Removing the second silicon germanium layer;
including.
このようなMEMS振動子の製造方法によれば、シリコン基板の上方に、単結晶シリコン層を第1電極および第2電極としたMEMS振動子を形成することができる。 According to such a method of manufacturing a MEMS vibrator, a MEMS vibrator having the single crystal silicon layer as the first electrode and the second electrode can be formed above the silicon substrate.
さらに、このようなMEMS振動子の製造方法によれば、貫通孔にエッチング液またはエッチングガスを通して、シリコン基板と第1単結晶シリコン層との間の第1シリコンゲルマニウム層を除去することができる。したがって、平面視における面積が大きい第1電極および第2電極を形成する場合であっても、例えば貫通孔の数を増やすことにより、シリコン基板と第1単結晶シリコン層との間の第1シリコンゲルマニウム層を除去することができる。また、例えば貫通孔の数を増やすことにより、第1シリコンゲルマニウム層のエッチング時間を短縮することができ、エッチング液によって、第1単結晶シリコン層がダメージを受けることを抑制できる。 Furthermore, according to such a method of manufacturing a MEMS vibrator, the first silicon germanium layer between the silicon substrate and the first single crystal silicon layer can be removed by passing an etching solution or etching gas through the through hole. Therefore, even when the first electrode and the second electrode having a large area in plan view are formed, for example, by increasing the number of through holes, the first silicon between the silicon substrate and the first single crystal silicon layer is formed. The germanium layer can be removed. Further, for example, by increasing the number of through holes, the etching time of the first silicon germanium layer can be shortened, and the first single crystal silicon layer can be prevented from being damaged by the etching solution.
さらに、このようなMEMS振動子の製造方法によれば、第1電極および第2電極の材質が多結晶シリコンである場合に比べて、梁部が疲労破壊することを抑制できるMEMS振動子を形成することができる。 Furthermore, according to such a method of manufacturing a MEMS vibrator, a MEMS vibrator capable of suppressing the fatigue failure of the beam portion is formed compared to the case where the material of the first electrode and the second electrode is polycrystalline silicon. can do.
さらに、このようなMEMS振動子の製造方法によれば、シリコン基板と、第1電極および第2電極と、の間に、窒化シリコン層を形成することができる。そのため、第2シリコンゲルマニウム層を除去するリリース工程において、窒化シリコン層がエッチングされることがなく、第2電極の梁部がシリコン基板にくっ付いてしまうこと(プルイン)を抑制できる。 Furthermore, according to such a method of manufacturing a MEMS vibrator, a silicon nitride layer can be formed between the silicon substrate and the first electrode and the second electrode. Therefore, in the release process for removing the second silicon germanium layer, the silicon nitride layer is not etched, and the beam portion of the second electrode can be prevented from sticking to the silicon substrate (pull-in).
本発明に係るMEMS振動子の製造方法において、
前記第1シリコンゲルマニウム層をエピタキシャル成長させる工程の前に、前記シリコン基板上にバッファー層をエピタキシャル成長させる工程を、さらに含み、
前記第1シリコンゲルマニウム層をエピタキシャル成長させる工程では、
前記バッファー層上に、前記第1シリコンゲルマニウム層をエピタキシャル成長させ、
前記バッファーの材質は、単結晶シリコンであってもよい。
In the manufacturing method of the MEMS vibrator according to the present invention,
Further comprising the step of epitaxially growing a buffer layer on the silicon substrate before the step of epitaxially growing the first silicon germanium layer,
In the step of epitaxially growing the first silicon germanium layer,
Epitaxially growing the first silicon germanium layer on the buffer layer;
The buffer material may be single crystal silicon.
このようなMEMS振動子の製造方法によれば、第1シリコンゲルマニウム層の平坦性を向上させることができる。したがって、第1シリコンゲルマニウム層上にエピタキシャル成長される第1単結晶シリコン層の平坦性を向上させることができ、高い平坦性を有する第1電極を形成することができる。 According to such a method of manufacturing a MEMS vibrator, the flatness of the first silicon germanium layer can be improved. Therefore, the flatness of the first single crystal silicon layer epitaxially grown on the first silicon germanium layer can be improved, and a first electrode having high flatness can be formed.
本発明に係るMEMS振動子の製造方法において、
前記窒化シリコン層を成膜する工程の前に、前記第1単結晶シリコン層に形成された前記貫通孔を塞ように、前記第1単結晶シリコン層をエピタキシャル成長させる工程を、さらに含んでもよい。
In the manufacturing method of the MEMS vibrator according to the present invention,
Before the step of forming the silicon nitride layer, the method may further include a step of epitaxially growing the first single crystal silicon layer so as to close the through hole formed in the first single crystal silicon layer.
このようなMEMS振動子の製造方法によれば、貫通孔が塞がれない場合に比べて、第1電極および第2電極の強度を大きくすることができる。 According to such a method of manufacturing a MEMS vibrator, the strength of the first electrode and the second electrode can be increased as compared with the case where the through hole is not blocked.
本発明に係る発振器は、
本発明に係るMEMS振動子と、
前記MEMS振動子の、前記第1電極および前記第2電極と電気的に接続された回路部と、
を含む。
The oscillator according to the present invention is
A MEMS resonator according to the present invention;
A circuit unit electrically connected to the first electrode and the second electrode of the MEMS vibrator;
including.
このような発振器によれば、高い信頼性を有することができる。 Such an oscillator can have high reliability.
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiments described below do not unduly limit the contents of the present invention described in the claims. In addition, not all of the configurations described below are essential constituent requirements of the present invention.
1. MEMS振動子
まず、本実施形態に係るMEMS振動子について、図面を参照しながら説明する。図1は、本実施形態に係るMEMS振動子100を模式的に示す断面図である。図2は、本実施形態に係るMEMS振動子100を模式的に示す平面図である。なお、図1は、図2のI−I線断面図である。
1. MEMS vibrator First, a MEMS vibrator according to this embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a MEMS vibrator 100 according to this embodiment. FIG. 2 is a plan view schematically showing the MEMS vibrator 100 according to the present embodiment. 1 is a cross-sectional view taken along the line II of FIG.
MEMS振動子100は、図1および図2に示すように、シリコン基板10と、窒化シリコン層30と、第1電極40と、第2電極50と、を含む。さらに、MEMS振動子100は、バッファー層20と、酸化シリコン層32と、絶縁層34(第1絶縁層34ともいえる)と、を有することができる。 As illustrated in FIGS. 1 and 2, the MEMS vibrator 100 includes a silicon substrate 10, a silicon nitride layer 30, a first electrode 40, and a second electrode 50. Further, the MEMS vibrator 100 can include a buffer layer 20, a silicon oxide layer 32, and an insulating layer 34 (also referred to as the first insulating layer 34).
シリコン基板10は、例えば、単結晶のシリコンからなる基板である。 The silicon substrate 10 is a substrate made of, for example, single crystal silicon.
酸化シリコン層32は、シリコン基板10上に配置されている。酸化シリコン層32は、例えば、酸化シリコンからなる層である。より具体的には、酸化シリコン層32としては、例えば、LOCOS(local oxidation of silicon)絶縁層、セミリセスLOCOS絶縁層、トレンチ絶縁層を形成する際に用いるパッド酸化膜である。酸化シリコン層32によって、第1電極40および第2電極50は、他の素子(例えばトランジスター、図示せず)と電気的に分離されていてもよい。 The silicon oxide layer 32 is disposed on the silicon substrate 10. The silicon oxide layer 32 is a layer made of, for example, silicon oxide. More specifically, the silicon oxide layer 32 is, for example, a pad oxide film used when forming a LOCOS (local oxidation of silicon) insulating layer, a semi-recessed LOCOS insulating layer, and a trench insulating layer. The first electrode 40 and the second electrode 50 may be electrically separated from other elements (for example, a transistor, not shown) by the silicon oxide layer 32.
絶縁層34は、酸化シリコン層32上に配置されている。絶縁層34は、例えば、窒化シリコンからなる層である。 The insulating layer 34 is disposed on the silicon oxide layer 32. The insulating layer 34 is a layer made of, for example, silicon nitride.
バッファー層20は、シリコン基板10上に配置されている。図示の例では、バッファー層20は、シリコン基板10の酸化シリコン層32が設けられていない面に、形成されている。バッファー層20の上面は、例えば、酸化シリコン層32の上面と連続している。バッファー層20の厚みは、例えば、0.01μm以上0.1μm以下である。バッファー層20の材質は、単結晶シリコンであり、バッファー層20は、単結晶のシリコンからなる層である。バッファー層20は、後述する第1シリコンゲルマニウム層60の平坦性を向上させることができる。 The buffer layer 20 is disposed on the silicon substrate 10. In the illustrated example, the buffer layer 20 is formed on the surface of the silicon substrate 10 where the silicon oxide layer 32 is not provided. The upper surface of the buffer layer 20 is continuous with the upper surface of the silicon oxide layer 32, for example. The thickness of the buffer layer 20 is, for example, not less than 0.01 μm and not more than 0.1 μm. The material of the buffer layer 20 is single crystal silicon, and the buffer layer 20 is a layer made of single crystal silicon. The buffer layer 20 can improve the flatness of the first silicon germanium layer 60 described later.
窒化シリコン層30は、バッファー層20上に配置されている。図2に示す例では、平面視において、窒化シリコン層30の両側に絶縁層34が形成されている。窒化シリコン層30の上面は、例えば、絶縁層34の上面と連続している。窒化シリコン層30の厚みは、例えば、0.1μm以上1μm以下である。窒化シリコン層30は、例えば、窒化シリコンからなる層である。 The silicon nitride layer 30 is disposed on the buffer layer 20. In the example shown in FIG. 2, insulating layers 34 are formed on both sides of the silicon nitride layer 30 in plan view. The upper surface of the silicon nitride layer 30 is continuous with, for example, the upper surface of the insulating layer 34. The thickness of the silicon nitride layer 30 is not less than 0.1 μm and not more than 1 μm, for example. The silicon nitride layer 30 is a layer made of, for example, silicon nitride.
第1電極40は、窒化シリコン層30上に配置されている。第1電極40の形状は、例えば、層状または薄膜状である。第1電極40の厚みは、例えば、0.1μm以上10μm以下である。第1電極40の平面形状は、第2電極50の梁部54と空隙を空けて対向する面を有していれば、特に限定されない。 The first electrode 40 is disposed on the silicon nitride layer 30. The shape of the first electrode 40 is, for example, a layer shape or a thin film shape. The thickness of the 1st electrode 40 is 0.1 micrometer or more and 10 micrometers or less, for example. The planar shape of the first electrode 40 is not particularly limited as long as it has a surface facing the beam portion 54 of the second electrode 50 with a gap.
第2電極50は、窒化シリコン層30上に、第1電極40と空隙を空けて配置されている。第1電極40および第2電極50の材質は、導電性を有する単結晶シリコンである。より具体的には、電極40,50の材質は、所定の不純物(例えばボロン)をドーピングすることにより導電性が付与された単結晶のシリコンである。 The second electrode 50 is disposed on the silicon nitride layer 30 with a gap from the first electrode 40. The material of the first electrode 40 and the second electrode 50 is single crystal silicon having conductivity. More specifically, the material of the electrodes 40 and 50 is single crystal silicon provided with conductivity by doping a predetermined impurity (for example, boron).
第2電極50は、シリコン基板10上に固定された固定部52と、第1電極40と対向配置された梁部54と、固定部52上に配置され梁部54を支持する支持部56と、を有することができる。 The second electrode 50 includes a fixed portion 52 fixed on the silicon substrate 10, a beam portion 54 disposed to face the first electrode 40, and a support portion 56 disposed on the fixed portion 52 and supporting the beam portion 54. , Can have.
梁部54は、第1電極40との間に空隙を有した状態で配置されている。梁部54は、第1電極40の上方に、第1電極40と所定の間隔を空けて形成されている。梁部54と第1電極40との間の距離は、例えば、0.01μm以上1μm以下である。梁部54は、支持部56から延出している。第2電極40は、梁部54の一端を支持部56で固定し、梁部54の他端を自由にした片持ち梁状(カンチレバー状)に形成されている。梁部54の平面形状は、特に限定されないが、図2に示す例では、四角形である。梁部54の厚みは、例えば、0.1μm以上10μm以下である。 The beam portion 54 is disposed with a gap between the beam portion 54 and the first electrode 40. The beam portion 54 is formed above the first electrode 40 at a predetermined interval from the first electrode 40. The distance between the beam part 54 and the 1st electrode 40 is 0.01 micrometer or more and 1 micrometer or less, for example. The beam portion 54 extends from the support portion 56. The second electrode 40 is formed in a cantilever shape (cantilever shape) in which one end of the beam portion 54 is fixed by the support portion 56 and the other end of the beam portion 54 is free. Although the planar shape of the beam part 54 is not specifically limited, In the example shown in FIG. The thickness of the beam portion 54 is, for example, not less than 0.1 μm and not more than 10 μm.
固定部52は、支持部56を窒化シリコン層30の上方に固定している。固定部52の厚みは、例えば、第1電極40の厚みと同じである。固定部52の形状は、支持部56を窒化シリコン層30の上方に固定できれば、特に限定されない。 The fixing part 52 fixes the support part 56 above the silicon nitride layer 30. The thickness of the fixing part 52 is the same as the thickness of the first electrode 40, for example. The shape of the fixing portion 52 is not particularly limited as long as the supporting portion 56 can be fixed above the silicon nitride layer 30.
支持部56は、固定部52上に配置され、固定部52に固定されている。支持部56の厚みは、例えば、梁部54の厚みと同じである。支持部56の形状は、梁部54を支持できれば、特に限定されない。 The support portion 56 is disposed on the fixed portion 52 and is fixed to the fixed portion 52. The thickness of the support part 56 is the same as the thickness of the beam part 54, for example. The shape of the support part 56 will not be specifically limited if the beam part 54 can be supported.
MEMS振動子100では、第1電極40および第2電極50の間に電圧(交番電圧)が印加されると、梁部54は、電極40,50間に発生する静電力により、基板10の厚み方向に振動することができる。なお、ここで、基板10の厚み方向とは、基板10の主面(電極40,50が形成される面)の垂線Pに沿う方向であるということができる。これにより、例えば、第1電極40から所定の周波数(梁部54の固有振動数に応じた周波数)の信号(出力信号)を出力することができる。MEMS振動子100は、静電力によって動作する静電型のMEMS振動子である。第1電極40、および第2電極50の固定部52は、電極40,50間に電圧を印加するための配線(図示せず)に接続されることができる。 In the MEMS vibrator 100, when a voltage (alternating voltage) is applied between the first electrode 40 and the second electrode 50, the beam portion 54 has a thickness of the substrate 10 due to an electrostatic force generated between the electrodes 40 and 50. Can vibrate in the direction. Here, it can be said that the thickness direction of the substrate 10 is a direction along the perpendicular P of the main surface of the substrate 10 (surface on which the electrodes 40 and 50 are formed). Thereby, for example, a signal (output signal) having a predetermined frequency (frequency corresponding to the natural frequency of the beam portion 54) can be output from the first electrode 40. The MEMS vibrator 100 is an electrostatic MEMS vibrator that operates by electrostatic force. The first electrode 40 and the fixing portion 52 of the second electrode 50 can be connected to a wiring (not shown) for applying a voltage between the electrodes 40 and 50.
なお、図示はしないが、MEMS振動子100は、第1電極40および第2電極50を減圧状態で気密封止する被覆構造体を有していてもよい。これにより、梁部54の振動時における空気抵抗を減少させることができる。 Although not shown, the MEMS vibrator 100 may have a covering structure that hermetically seals the first electrode 40 and the second electrode 50 in a reduced pressure state. Thereby, the air resistance at the time of vibration of the beam part 54 can be reduced.
MEMS振動子100は、例えば、以下の特徴を有する。 The MEMS vibrator 100 has the following features, for example.
MEMS振動子100によれば、第1電極40および第2電極50の材質は、導電性を有する単結晶シリコンである。そのため、MEMS振動子100は、第1電極および第2電極の材質が多結晶シリコンである場合に比べて、梁部54が疲労破壊することを抑制できる。これにより、例えば、梁部54の機械特性を向上させることができ、長寿命化を図ることができる。例えば、第1電極および第2電極の材質が多結晶シリコンの場合は、屈曲振動によって、粒界で梁部が折れたりすることがあり、単結晶シリコンに比べて、疲労破壊しやすい。 According to the MEMS vibrator 100, the material of the first electrode 40 and the second electrode 50 is single crystal silicon having conductivity. Therefore, the MEMS vibrator 100 can suppress fatigue failure of the beam portion 54 compared to the case where the material of the first electrode and the second electrode is polycrystalline silicon. Thereby, for example, the mechanical characteristics of the beam portion 54 can be improved, and the life can be extended. For example, when the material of the first electrode and the second electrode is polycrystalline silicon, the beam portion may be broken at the grain boundary due to flexural vibration, and fatigue fracture is likely to occur compared to single crystal silicon.
さらに、MEMS振動子100によれば、上述のように梁部54が疲労破壊することを抑制できるので、梁部54が繰り返し屈曲振動しても、梁部54の位置精度が低下することを抑制できる。 Furthermore, according to the MEMS vibrator 100, since the beam portion 54 can be prevented from being fatigued and destroyed as described above, the positional accuracy of the beam portion 54 is prevented from being lowered even if the beam portion 54 is repeatedly bent and vibrated. it can.
また、単結晶シリコンは、多結晶シリコンに比べて、平坦性が高い。そのため、MEMS振動子100によれば、例えば、電極40,50の周囲にガスが発生したとしても、電極40,50にガスがトラップされることを抑制できる。電極にガスがトラップされるとMEMS振動子の周波数が変動し、所望の周波数を得ることができない場合がある。なお、ガスの発生源は、特に限定されないが、例えば、電極40,50を気密封止する被覆構造体(図示せず)から発生する場合がある。 Single crystal silicon has higher flatness than polycrystalline silicon. Therefore, according to the MEMS vibrator 100, for example, even if gas is generated around the electrodes 40 and 50, it is possible to prevent the gas from being trapped by the electrodes 40 and 50. When gas is trapped in the electrode, the frequency of the MEMS vibrator varies, and a desired frequency may not be obtained. The gas generation source is not particularly limited, but may be generated, for example, from a covering structure (not shown) that hermetically seals the electrodes 40 and 50.
さらに、MEMS振動子100によれば、電極40,50は、窒化シリコン層30上に配置されている。そのため、第2電極50の梁部54がシリコン基板10(図1に示す例では、バッファー層20)にくっ付いてしまうこと(すなわちプルイン)を抑制することができる。例えば、電極とシリコン基板との間に窒化シリコン層が形成されておらず、電極がシリコン基板と空隙を空けて配置されている場合は、グランド電位を有するシリコン基板に電極が引っ張られ、プルインが発生してしまう。 Furthermore, according to the MEMS vibrator 100, the electrodes 40 and 50 are disposed on the silicon nitride layer 30. Therefore, it is possible to suppress the beam portion 54 of the second electrode 50 from adhering to the silicon substrate 10 (the buffer layer 20 in the example shown in FIG. 1) (that is, pull-in). For example, when a silicon nitride layer is not formed between the electrode and the silicon substrate, and the electrode is disposed with a gap from the silicon substrate, the electrode is pulled to the silicon substrate having the ground potential, and pull-in is not generated. Will occur.
なお、窒化シリコン層を設けず、シリコン基板に接して(バッファー層に接して)第1電極および第2電極を配置させると、シリコン基板を介して(バッファー層を介して)第1電極と第2電極とが短絡してしまう場合がある。 Note that when the first electrode and the second electrode are disposed in contact with the silicon substrate (in contact with the buffer layer) without providing the silicon nitride layer, the first electrode and the second electrode are disposed through the silicon substrate (through the buffer layer). The two electrodes may be short-circuited.
また、窒化シリコン層の代わりに酸化シリコン層を用いた場合は、後述するリリース工程において、酸化シリコン層がエッチングされてしまう場合があり、プルインを抑制できない場合がある。 Further, when a silicon oxide layer is used instead of the silicon nitride layer, the silicon oxide layer may be etched in a release process described later, and pull-in may not be suppressed.
MEMS振動子100によれば、シリコン基板10と窒化シリコン層30との間には、バッファー層20が配置されることができる。これにより、後述する第1シリコンゲルマニウム層60の平坦性を向上させることができるため、第1電極40の平坦性を向上させることができる。例えば、第1電極の平坦性が低く、表面に凹凸がある場合は、梁部が屈曲振動する際に第1電極と梁部とが接触し、第1電極と第2電極とが短絡してしまう可能性がある。 According to the MEMS vibrator 100, the buffer layer 20 can be disposed between the silicon substrate 10 and the silicon nitride layer 30. Thereby, since the flatness of the 1st silicon germanium layer 60 mentioned later can be improved, the flatness of the 1st electrode 40 can be improved. For example, when the flatness of the first electrode is low and the surface has irregularities, the first electrode and the second electrode come into contact with each other and the first electrode and the second electrode are short-circuited when the beam is bent and vibrated. There is a possibility.
2. MEMS振動子の製造方法
次に、本実施形態に係るMEMS振動子の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図3〜図17は、本実施形態に係るMEMS振動子100の製造工程を模式的に示す図である。なお、図3〜図17では、図中の(a)に平面図を示し、図中の(b)に(a)で示した平面図のB−B線断面図を示している。さらに、図7〜図11では、図中の(c)に(a)で示した平面図のC−C線断面図を示している。
2. Next, a method for manufacturing a MEMS vibrator according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. 3 to 17 are diagrams schematically showing a manufacturing process of the MEMS vibrator 100 according to the present embodiment. 3 to 17, (a) in the drawing shows a plan view, and (b) in the drawing shows a cross-sectional view taken along line BB of the plan view shown in (a). Furthermore, in FIGS. 7-11, the CC sectional view taken on the line of the top view shown to (a) in (c) in the figure is shown.
図3に示すように、シリコン基板10上に、酸化シリコン層32および第1絶縁層34を、この順で成膜する。酸化シリコン層32は、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)法、スパッタ法、熱酸化法により成膜される。第1絶縁層34は、例えば、CVD法、スパッタ法により成膜される。 As shown in FIG. 3, the silicon oxide layer 32 and the first insulating layer 34 are formed in this order on the silicon substrate 10. The silicon oxide layer 32 is formed by, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, a sputtering method, or a thermal oxidation method. The first insulating layer 34 is formed by, for example, a CVD method or a sputtering method.
図4に示すように、酸化シリコン層32および第1絶縁層34をパターニングして、シリコン基板10の面12を露出する。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって行われる。 As shown in FIG. 4, the silicon oxide layer 32 and the first insulating layer 34 are patterned to expose the surface 12 of the silicon substrate 10. The patterning is performed by, for example, a photolithography technique and an etching technique.
図5に示すように、露出されたシリコン基板10の面12上に、バッファー層20をエピタキシャル成長させる。次に、バッファー層20上に、第1シリコンゲルマニウム層60をエピタキシャル成長させる。次に、第1シリコンゲルマニウム層60上に、第1単結晶シリコン層22をエピタキシャル成長させる。エピタキシャル成長させる方法としては、例えば、MOCVD(Metal Organinc Chemical Vapor Deposition)法、MBE(Molecular Beam Epitaxy)法が挙げられる。 As shown in FIG. 5, the buffer layer 20 is epitaxially grown on the exposed surface 12 of the silicon substrate 10. Next, the first silicon germanium layer 60 is epitaxially grown on the buffer layer 20. Next, the first single crystal silicon layer 22 is epitaxially grown on the first silicon germanium layer 60. Examples of the epitaxial growth method include a MOCVD (Metal Organic Chemical Deposition) method and an MBE (Molecular Beam Epitaxy) method.
図示の例では、バッファー層20の上面は、酸化シリコン層32の上面と連続しており、第1シリコンゲルマニウム層60の上面は、第1絶縁層34の上面と連続している。第1シリコンゲルマニウム層60の厚みは、例えば、窒化シリコン層30(図1参照)の厚みと同じである。第1単結晶シリコン層22の厚みは、例えば、第1電極40(図1参照)の厚みと同じである。バッファー層20、第1シリコンゲルマニウム層60、第1単結晶シリコン層22の平面形状は、特に限定されないが、図示の例では、長方形である。 In the illustrated example, the upper surface of the buffer layer 20 is continuous with the upper surface of the silicon oxide layer 32, and the upper surface of the first silicon germanium layer 60 is continuous with the upper surface of the first insulating layer 34. The thickness of the first silicon germanium layer 60 is, for example, the same as the thickness of the silicon nitride layer 30 (see FIG. 1). The thickness of the first single crystal silicon layer 22 is, for example, the same as the thickness of the first electrode 40 (see FIG. 1). The planar shapes of the buffer layer 20, the first silicon germanium layer 60, and the first single crystal silicon layer 22 are not particularly limited, but are rectangular in the illustrated example.
第1シリコンゲルマニウム層60は、例えば、単結晶のシリコンゲルマニウムからなる層である。第1シリコンゲルマニウム層60のシリコンとゲルマニウムと比は、特に限定されないが、例えば、シリコン:ゲルマニウム=7:3である。第1単結晶シリコン層22は、例えば、単結晶のシリコンからなる層である。 The first silicon germanium layer 60 is a layer made of, for example, single crystal silicon germanium. The ratio of silicon to germanium in the first silicon germanium layer 60 is not particularly limited. For example, silicon: germanium = 7: 3. The first single crystal silicon layer 22 is a layer made of, for example, single crystal silicon.
なお、図示はしないが、シリコン基板10上にバッファー層20をエピタキシャル成長させず、シリコン基板10上に直接第1シリコンゲルマニウム層60をエピタキシャル成長させてもよい。 Although not shown, the first silicon germanium layer 60 may be epitaxially grown directly on the silicon substrate 10 without epitaxially growing the buffer layer 20 on the silicon substrate 10.
図6に示すように、第1単結晶シリコン層22を覆うように、第2絶縁層36を成膜する。より具体的には、第1単結晶シリコン層22の上、および第1絶縁層34上であって第1単結晶シリコン層22の側方に第2絶縁層36を成膜する。第2絶縁層36は、例えば、CVD法、スパッタ法により成膜される。第2絶縁層36は、例えば、酸化シリコンからなる層である。 As shown in FIG. 6, a second insulating layer 36 is formed so as to cover the first single crystal silicon layer 22. More specifically, the second insulating layer 36 is formed on the first single crystal silicon layer 22 and the first insulating layer 34 and on the side of the first single crystal silicon layer 22. The second insulating layer 36 is formed by, for example, a CVD method or a sputtering method. The second insulating layer 36 is a layer made of, for example, silicon oxide.
図7に示すように、絶縁層34,36をパターニングして、第1シリコンゲルマニウム層60の側面60a,60b、および第1単結晶シリコン層22の側面22a,22bを露出する。また、該パターニングによって、図7(c)に示すように酸化シリコン層32の上面が露出される。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって行われる。 As shown in FIG. 7, the insulating layers 34 and 36 are patterned to expose the side surfaces 60 a and 60 b of the first silicon germanium layer 60 and the side surfaces 22 a and 22 b of the first single crystal silicon layer 22. Further, by the patterning, the upper surface of the silicon oxide layer 32 is exposed as shown in FIG. The patterning is performed by, for example, a photolithography technique and an etching technique.
図7(a)に示す例では、第1シリコンゲルマニウム層60の側面60a,60bは、互い対向する面であり、平面視において第1シリコンゲルマニウム層60の長辺をなす面である。また、第1単結晶シリコン層22の側面22a,22bは、互い対向する面であり、平面視において第1単結晶シリコン層22の長辺をなす面である。平面視において、第1シリコンゲルマニウム層60の短辺をなす面60c,60d、および第1単結晶シリコン層22の短辺をなす面22c,22dは、本パターニング工程において露出されない。側面60a,60b,60c,60dは、それぞれ側面22a,22b,22c,22dと連続していてもよい。 In the example shown in FIG. 7A, the side surfaces 60a and 60b of the first silicon germanium layer 60 are surfaces facing each other, and are surfaces forming the long sides of the first silicon germanium layer 60 in plan view. Further, the side surfaces 22a and 22b of the first single crystal silicon layer 22 are surfaces facing each other, and are surfaces forming the long sides of the first single crystal silicon layer 22 in plan view. In plan view, the surfaces 60c and 60d forming the short sides of the first silicon germanium layer 60 and the surfaces 22c and 22d forming the short sides of the first single crystal silicon layer 22 are not exposed in this patterning step. The side surfaces 60a, 60b, 60c, and 60d may be continuous with the side surfaces 22a, 22b, 22c, and 22d, respectively.
なお、図示はしないが、第1シリコンゲルマニウム層60の側面60a,60bが露出されれば、第1単結晶シリコン層22の側面22a,22bは、露出されなくてもよい。また、第1シリコンゲルマニウム層60の長辺をなす側面60a,60bではなく、第1シリコンゲルマニウム層60の短辺をなす側面60c,60dが露出されてもよい。また、後述する窒化シリコン層30を成膜する工程において、バッファー層20と第1単結晶シリコン層22との間に窒化シリコン層30を成膜することができれば、第1シリコンゲルマニウム層60の2つの側面が露出される必要はなく、第1シリコンゲルマニウム層60の側面のうちの一部が露出されればよい。 Although not shown, if the side surfaces 60a and 60b of the first silicon germanium layer 60 are exposed, the side surfaces 22a and 22b of the first single crystal silicon layer 22 may not be exposed. Further, instead of the side surfaces 60a and 60b forming the long sides of the first silicon germanium layer 60, the side surfaces 60c and 60d forming the short sides of the first silicon germanium layer 60 may be exposed. If the silicon nitride layer 30 can be formed between the buffer layer 20 and the first single crystal silicon layer 22 in the step of forming the silicon nitride layer 30 described later, 2 of the first silicon germanium layer 60 is obtained. One side surface does not need to be exposed, and a part of the side surface of the first silicon germanium layer 60 may be exposed.
次に、第2絶縁層36をフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によってパターニングし、パターニングされた第2絶縁層36をマスクとして、第1単結晶シリコン層22をエッチング技術によりパターニングする。これにより、第2絶縁層36および第1単結晶シリコン層22に貫通孔70を形成することができ、第1シリコンゲルマニウム層60の上面を露出させることができる。貫通孔70は、例えば複数形成される。図示の例では、貫通孔70は、マトリックス状に配置されているが、その数および形状は、後述するように、貫通孔70を通して第1シリコンゲルマニウム層60を除去することができれば、特に限定されない。 Next, the second insulating layer 36 is patterned by a photolithography technique and an etching technique, and the first single crystal silicon layer 22 is patterned by an etching technique using the patterned second insulating layer 36 as a mask. Thereby, the through-hole 70 can be formed in the 2nd insulating layer 36 and the 1st single crystal silicon layer 22, and the upper surface of the 1st silicon germanium layer 60 can be exposed. A plurality of through holes 70 are formed, for example. In the illustrated example, the through holes 70 are arranged in a matrix, but the number and shape thereof are not particularly limited as long as the first silicon germanium layer 60 can be removed through the through holes 70 as will be described later. .
なお、貫通孔70の深さは、第1シリコンゲルマニウム層60が露出されれば特に限定されず、例えば、貫通孔70の底面が、第1シリコンゲルマニウム層60の上面と下面との間に位置していてもよい。 The depth of the through hole 70 is not particularly limited as long as the first silicon germanium layer 60 is exposed. For example, the bottom surface of the through hole 70 is located between the upper surface and the lower surface of the first silicon germanium layer 60. You may do it.
また、第1単結晶シリコン層22の側面22a,22bおよび第1シリコンゲルマニウム層60の側面60a,60bを露出するパターニング工程と、貫通孔70を形成するパターニング工程とは、先後を問わない。 Further, the patterning step for exposing the side surfaces 22a and 22b of the first single crystal silicon layer 22 and the side surfaces 60a and 60b of the first silicon germanium layer 60 and the patterning step for forming the through holes 70 are not limited.
図8に示すように、貫通孔70にエッチング液またはエッチングガスを通して、第1シリコンゲルマニウム層60を除去する。より具体的には、貫通孔70にフッ硝酸を通して、第1シリコンゲルマニウム層60を除去する。第1シリコンゲルマニウム層60は、露出された側面60a,60bからもエッチングされてもよい。これにより、バッファー層20と第1単結晶シリコン層22との間に、空洞部72を形成することができる。 As shown in FIG. 8, the first silicon germanium layer 60 is removed by passing an etching solution or etching gas through the through hole 70. More specifically, the first silicon germanium layer 60 is removed by passing hydrofluoric acid through the through hole 70. The first silicon germanium layer 60 may also be etched from the exposed side surfaces 60a and 60b. Thereby, the cavity 72 can be formed between the buffer layer 20 and the first single crystal silicon layer 22.
図9に示すように、第1単結晶シリコン層22に形成された貫通孔70を塞ぐように、第1単結晶シリコン層22をエピタキシャル成長させる。より具体的には、貫通孔70を規定する第1単結晶シリコン層22の側面(すなわち貫通孔70の内面)を、LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)法やMOCVD法やMBE法などによって、選択的に横方向エピタキシャル成長(Epitaxial Lateral Overgrowth;ELO)させて、貫通孔70を塞ぐ。 As shown in FIG. 9, the first single crystal silicon layer 22 is epitaxially grown so as to close the through hole 70 formed in the first single crystal silicon layer 22. More specifically, the side surface of the first single crystal silicon layer 22 that defines the through hole 70 (that is, the inner surface of the through hole 70) is selected by LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) method, MOCVD method, MBE method, or the like. In particular, lateral through growth (ELO) is performed to close the through hole 70.
図10に示すように、第1シリコンゲルマニウム層60が除去されたシリコン基板10と第1単結晶シリコン層22との間(図示の例では、バッファー層20と第1単結晶シリコン層22との間)の空洞部72に、窒化シリコン層30を成膜する。窒化シリコン層30は、例えば、CVD法により形成される。窒化シリコン層30は、第1シリコンゲルマニウム層60の側面60a,60b(図7参照)が形成されていた部分から回り込んで、バッファー層20と第1単結晶シリコン層22との間に成膜される。図示の例では、第2絶縁層36上、第2絶縁層36に形成された貫通孔70内、第1単結晶シリコン層22の側面22a,22b、および上記の側面22a,22b,60a,60bを露出するパターニング工程において露出された酸化シリコン層32上(図10(c)参照)にも、窒化シリコン層30が成膜される。 As shown in FIG. 10, between the silicon substrate 10 from which the first silicon germanium layer 60 has been removed and the first single crystal silicon layer 22 (in the example shown, the buffer layer 20 and the first single crystal silicon layer 22 The silicon nitride layer 30 is formed in the hollow portion 72. The silicon nitride layer 30 is formed by, for example, a CVD method. The silicon nitride layer 30 is formed between the buffer layer 20 and the first single crystal silicon layer 22 by wrapping around from the portions where the side surfaces 60a and 60b (see FIG. 7) of the first silicon germanium layer 60 are formed. Is done. In the illustrated example, on the second insulating layer 36, in the through hole 70 formed in the second insulating layer 36, the side surfaces 22a and 22b of the first single crystal silicon layer 22, and the side surfaces 22a, 22b, 60a and 60b described above. The silicon nitride layer 30 is also formed on the silicon oxide layer 32 (see FIG. 10C) exposed in the patterning process that exposes.
図11に示すように、バッファー層20と第1単結晶シリコン層22との間、および酸化シリコン層32上に窒化シリコン層30が残るように、窒化シリコン層30をパターニングする。より具体的には、第2絶縁層36上の窒化シリコン層30と、貫通孔70内の窒化シリコン層30と、側面22a,22bの窒化シリコン層30と、を除去する。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって行われる。次に、公知の方法により第2絶縁層36を除去する。 As shown in FIG. 11, the silicon nitride layer 30 is patterned so that the silicon nitride layer 30 remains between the buffer layer 20 and the first single crystal silicon layer 22 and on the silicon oxide layer 32. More specifically, the silicon nitride layer 30 on the second insulating layer 36, the silicon nitride layer 30 in the through hole 70, and the silicon nitride layer 30 on the side surfaces 22a and 22b are removed. The patterning is performed by, for example, a photolithography technique and an etching technique. Next, the second insulating layer 36 is removed by a known method.
図12に示すように、第1単結晶シリコン層22を覆うように、第3絶縁層38を成膜する。より具体的には、第1単結晶シリコン層22上、および第1絶縁層34上であって第1単結晶シリコン層22の側方に、第3絶縁層38を成膜する。第3絶縁層38は、例えば、CVD法、スパッタ法により形成される。第3絶縁層38は、例えば、酸化シリコンからなる層である。 As shown in FIG. 12, a third insulating layer 38 is formed so as to cover the first single crystal silicon layer 22. More specifically, the third insulating layer 38 is formed on the first single crystal silicon layer 22 and the first insulating layer 34 and on the side of the first single crystal silicon layer 22. The third insulating layer 38 is formed by, for example, a CVD method or a sputtering method. The third insulating layer 38 is a layer made of, for example, silicon oxide.
図13に示すように、第3絶縁層38をフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によってパターニングし、パターニングされた第3絶縁層38をマスクとして、第1単結晶シリコン層22をエッチング技術によりパターニングする。これにより、窒化シリコン層30上に、第1電極40および第2電極50の固定部52を形成することができる。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって行われる。 As shown in FIG. 13, the third insulating layer 38 is patterned by a photolithography technique and an etching technique, and the first single crystal silicon layer 22 is patterned by an etching technique using the patterned third insulating layer 38 as a mask. Thereby, the fixing portion 52 of the first electrode 40 and the second electrode 50 can be formed on the silicon nitride layer 30. The patterning is performed by, for example, a photolithography technique and an etching technique.
図14に示すように、第1電極40および固定部52の側面に、シリコンゲルマニウム層62をエピタキシャル成長させる。より具体的には、LPCVD法やMOCVD法やMBE法などによって、シリコンゲルマニウム層62を横方向エピタキシャル成長(ELO)させる。なお、第1電極40の上面および固定部52の上面には、第3絶縁層38が形成されているため、シリコンゲルマニウム層62は成長されない。 As shown in FIG. 14, the silicon germanium layer 62 is epitaxially grown on the side surfaces of the first electrode 40 and the fixing portion 52. More specifically, the silicon germanium layer 62 is laterally epitaxially grown (ELO) by LPCVD, MOCVD, MBE, or the like. Since the third insulating layer 38 is formed on the upper surface of the first electrode 40 and the upper surface of the fixing portion 52, the silicon germanium layer 62 is not grown.
図15に示すように、第3絶縁層38を公知の方法により除去した後、固定部52を覆うように、第4絶縁層39を形成する。より具体的には、固定部52上、および第1絶縁層34上であってシリコンゲルマニウム層62の側方に第4絶縁層39を形成する。第4絶縁層39は、例えば、CVD法やスパッタ法などにより絶縁層(図示せず)を成膜した後、該絶縁層をパターニングすることによって形成される。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって行われる。第4絶縁層39は、例えば、酸化シリコンからなる層である。 As shown in FIG. 15, after the third insulating layer 38 is removed by a known method, a fourth insulating layer 39 is formed so as to cover the fixing portion 52. More specifically, the fourth insulating layer 39 is formed on the fixed portion 52 and the first insulating layer 34 and on the side of the silicon germanium layer 62. The fourth insulating layer 39 is formed, for example, by forming an insulating layer (not shown) by CVD or sputtering, and then patterning the insulating layer. The patterning is performed by, for example, a photolithography technique and an etching technique. The fourth insulating layer 39 is a layer made of, for example, silicon oxide.
なお、第3絶縁層38を除去した後であって第4絶縁層39を形成する前に、第1電極40および固定部52に所定の不純物(例えばボロン)をドーピングして、導電性を付与することができる。不純物をドーピングする工程の順番は、特に限定されず、例えば、第3絶縁層38を成膜する前に(図12参照)、第1単結晶シリコン層22にドーピングしてもよい。 Note that after the third insulating layer 38 is removed and before the fourth insulating layer 39 is formed, the first electrode 40 and the fixing portion 52 are doped with a predetermined impurity (for example, boron) to impart conductivity. can do. The order of the impurity doping process is not particularly limited, and for example, the first single crystal silicon layer 22 may be doped before the third insulating layer 38 is formed (see FIG. 12).
次に、第1電極40上に、シリコンゲルマニウム層63をエピタキシャル成長させる。エピタキシャル成長させる方法としては、例えば、MOCVD法、MBE法が挙げられる。シリコンゲルマニウム層62,63によって、第1電極40を覆う第2シリコンゲルマニウム層64を形成することができる。シリコンゲルマニウム層62,63のシリコンとゲルマニウムとの比は、特に限定されないが、例えば、シリコン:ゲルマニウム=7:3である。シリコンゲルマニウム層63の厚みによって、第1電極40と第2電極50の梁部54との間隔が決定される。 Next, the silicon germanium layer 63 is epitaxially grown on the first electrode 40. Examples of the epitaxial growth method include MOCVD method and MBE method. A second silicon germanium layer 64 covering the first electrode 40 can be formed by the silicon germanium layers 62 and 63. The ratio of silicon to germanium in the silicon germanium layers 62 and 63 is not particularly limited. For example, silicon: germanium = 7: 3. The distance between the first electrode 40 and the beam portion 54 of the second electrode 50 is determined by the thickness of the silicon germanium layer 63.
図16に示すように、第2シリコンゲルマニウム層64(シリコンゲルマニウム層62,63)および固定部52を覆うように、第2単結晶シリコン層24をエピタキシャル成長させる。より具体的には、シリコンゲルマニウム層63上、固定部52上、および第1絶縁層34上であってシリコンゲルマニウム層62の側方に、第2単結晶シリコン層24をエピタキシャル成長させる。エピタキシャル成長させる方法としては、例えば、MOCVD法、MBE法が挙げられる。 As shown in FIG. 16, the second single crystal silicon layer 24 is epitaxially grown so as to cover the second silicon germanium layer 64 (silicon germanium layers 62 and 63) and the fixing portion 52. More specifically, the second single crystal silicon layer 24 is epitaxially grown on the silicon germanium layer 63, the fixed portion 52, and the first insulating layer 34, on the side of the silicon germanium layer 62. Examples of the epitaxial growth method include MOCVD method and MBE method.
なお、第2単結晶シリコン層24をエピタキシャル成長させた後に、第2単結晶シリコン層24に所定の不純物(例えばボロン)をドーピングして、導電性を付与することができる。不純物をドーピングする工程の順番は、特に限定されず、例えば、後述する第2電極50の梁部54および支持部56を形成する工程(図17参照)の後に行ってもよい。 Note that after the second single crystal silicon layer 24 is epitaxially grown, the second single crystal silicon layer 24 can be doped with a predetermined impurity (for example, boron) to impart conductivity. The order of the impurity doping process is not particularly limited, and may be performed, for example, after a process of forming a beam part 54 and a support part 56 of the second electrode 50 described later (see FIG. 17).
図17に示すように、第2単結晶シリコン層24をパターニングして、第2電極50の梁部54および支持部56を形成する。これにより、梁部54、支持部56、および固定部52を有する第2電極50を形成することができる。 As shown in FIG. 17, the second single crystal silicon layer 24 is patterned to form the beam portion 54 and the support portion 56 of the second electrode 50. Thereby, the 2nd electrode 50 which has the beam part 54, the support part 56, and the fixing | fixed part 52 can be formed.
図1に示すように、第2シリコンゲルマニウム層64(シリコンゲルマニウム層62,63)を除去して、梁部54と第1電極40との間に空隙を形成する(リリース工程)。例えば、フッ硝酸を用いてリリース工程を行うことができる。 As shown in FIG. 1, the second silicon germanium layer 64 (silicon germanium layers 62 and 63) is removed to form a gap between the beam portion 54 and the first electrode 40 (release process). For example, the release process can be performed using hydrofluoric acid.
以上の工程により、MEMS振動子100を製造することができる。 Through the above steps, the MEMS vibrator 100 can be manufactured.
MEMS振動子100の製造方法は、例えば、以下の特徴を有する。 The method for manufacturing the MEMS vibrator 100 has the following features, for example.
MEMS振動子100の製造方法によれば、シリコン基板10の上方に、単結晶シリコン層を第1電極40および第2電極50としたMEMS振動子100を形成することができる。 According to the manufacturing method of the MEMS vibrator 100, the MEMS vibrator 100 using the single crystal silicon layer as the first electrode 40 and the second electrode 50 can be formed above the silicon substrate 10.
MEMS振動子100の製造方法によれば、貫通孔70にエッチング液またはエッチングガスを通して、シリコン基板10と第1単結晶シリコン層22との間(より具体的には、バッファー層20と第1単結晶シリコン層22との間)の第1シリコンゲルマニウム層60を除去することができる。したがって、MEMS振動子100の製造方法では、平面視における面積が大きい電極40,50を形成する場合であっても、例えば貫通孔70の数を増やすことにより、バッファー層20と第1単結晶シリコン層22との間の第1シリコンゲルマニウム層60を除去することができる。また、例えば貫通孔70の数を増やすことにより、第1シリコンゲルマニウム層60のエッチング時間を短縮することができ、エッチング液によって、第1単結晶シリコン層22やバッファー層20などがダメージを受けることを抑制できる。 According to the method of manufacturing the MEMS vibrator 100, an etching solution or an etching gas is passed through the through hole 70 to pass between the silicon substrate 10 and the first single crystal silicon layer 22 (more specifically, the buffer layer 20 and the first single crystal The first silicon germanium layer 60 (between the crystalline silicon layer 22) can be removed. Therefore, in the method of manufacturing the MEMS vibrator 100, even when the electrodes 40 and 50 having a large area in plan view are formed, the buffer layer 20 and the first single crystal silicon are increased by increasing the number of through holes 70, for example. The first silicon germanium layer 60 between the layers 22 can be removed. Further, for example, by increasing the number of through holes 70, the etching time of the first silicon germanium layer 60 can be shortened, and the first single crystal silicon layer 22 and the buffer layer 20 are damaged by the etching solution. Can be suppressed.
MEMS振動子100の製造方法によれば、第1電極および第2電極の材質が多結晶シリコンである場合に比べて、梁部54が疲労破壊することを抑制できるMEMS振動子100を形成することができる。 According to the method for manufacturing the MEMS vibrator 100, the MEMS vibrator 100 can be formed in which the beam portion 54 can be prevented from being damaged by fatigue as compared with the case where the material of the first electrode and the second electrode is polycrystalline silicon. Can do.
MEMS振動子100の製造方法によれば、シリコン基板10と電極30,40との間(より具体的には、バッファー層20と電極30,40との間)に、窒化シリコン層30を成膜することができる。そのため、リリース工程において、窒化シリコン層30がエッチングされることがなく、第2電極50の梁部54がシリコン基板10に(より具体的にはバッファー層20に)くっ付いてしまうこと(プルイン)を抑制できる。例えば、窒化シリコン層30の代わりに酸化シリコン層を用いた場合は、リリース工程において、酸化シリコン層がエッチングされてしまう場合があり、プルインを抑制できない場合がある。 According to the method of manufacturing the MEMS vibrator 100, the silicon nitride layer 30 is formed between the silicon substrate 10 and the electrodes 30 and 40 (more specifically, between the buffer layer 20 and the electrodes 30 and 40). can do. Therefore, in the release process, the silicon nitride layer 30 is not etched, and the beam portion 54 of the second electrode 50 sticks to the silicon substrate 10 (more specifically, to the buffer layer 20) (pull-in). Can be suppressed. For example, when a silicon oxide layer is used instead of the silicon nitride layer 30, the silicon oxide layer may be etched in the release process, and pull-in may not be suppressed.
MEMS振動子100の製造方法によれば、シリコン基板10上にバッファー層20をエピタキシャル成長させ、バッファー層20上に第1シリコンゲルマニウム層60をエピタキシャル成長させることができる。これにより、第1シリコンゲルマニウム層60の平坦性を向上させることができる(以下に示す実験例参照)。したがって、第1シリコンゲルマニウム層60上にエピタキシャル成長される第1単結晶シリコン層22の平坦性を向上させることができ、高い平坦性を有する第1電極40を形成することができる。例えば、第1電極の平坦性が低く、表面に凹凸がある場合は、梁部が屈曲振動する際に第1電極と梁部とが接触し、第1電極と第2電極とが短絡してしまう可能性がある。 According to the method for manufacturing the MEMS vibrator 100, the buffer layer 20 can be epitaxially grown on the silicon substrate 10, and the first silicon germanium layer 60 can be epitaxially grown on the buffer layer 20. Thereby, the flatness of the 1st silicon germanium layer 60 can be improved (refer the example of an experiment shown below). Therefore, the flatness of the first single crystal silicon layer 22 epitaxially grown on the first silicon germanium layer 60 can be improved, and the first electrode 40 having high flatness can be formed. For example, when the flatness of the first electrode is low and the surface has irregularities, the first electrode and the second electrode come into contact with each other and the first electrode and the second electrode are short-circuited when the beam is bent and vibrated. There is a possibility.
MEMS振動子100の製造方法によれば、第1単結晶シリコン層22に形成された貫通孔70を塞ぐように、第1単結晶シリコン層22をエピタキシャル成長させることができる。これにより、貫通孔70が塞がれない場合に比べて、電極40,50の強度を大きくすることができる。 According to the method for manufacturing the MEMS vibrator 100, the first single crystal silicon layer 22 can be epitaxially grown so as to close the through hole 70 formed in the first single crystal silicon layer 22. Thereby, the intensity | strength of the electrodes 40 and 50 can be enlarged compared with the case where the through-hole 70 is not obstruct | occluded.
なお、上記には、第1単結晶シリコン層22に形成された貫通孔70を、第1単結晶シリコン層22をエピタキシャル成長させることによって塞ぐ例について説明したが(図9参照)、第1単結晶シリコン層22に形成された貫通孔70は、第1単結晶シリコン層22をエピタキシャル成長させることによって塞がれなくてもよい。この場合、シリコンゲルマニウム層62をエピタキシャル成長させる工程において(図14参照)、第1単結晶シリコン層22(第1電極40および固定部52)に形成された貫通孔は、シリコンゲルマニウム層62により塞がれる場合があるが、シリコンゲルマニウム層62,63を除去するリリース工程において(図1参照)、貫通孔内のシリコンゲルマニウム層62は除去されることができる。その結果、少なくとも第1電極40に貫通孔が形成されたMEMS振動子(図示せず)を形成することができる。 In the above description, the example in which the through hole 70 formed in the first single crystal silicon layer 22 is closed by epitaxially growing the first single crystal silicon layer 22 has been described (see FIG. 9). The through hole 70 formed in the silicon layer 22 may not be blocked by epitaxially growing the first single crystal silicon layer 22. In this case, in the step of epitaxially growing the silicon germanium layer 62 (see FIG. 14), the through-hole formed in the first single crystal silicon layer 22 (the first electrode 40 and the fixing portion 52) is blocked by the silicon germanium layer 62. However, in the release process of removing the silicon germanium layers 62 and 63 (see FIG. 1), the silicon germanium layer 62 in the through hole can be removed. As a result, a MEMS vibrator (not shown) in which a through hole is formed in at least the first electrode 40 can be formed.
3. 実験例
次に、実験例について説明する。なお、本発明は、以下の実験例によって何ら限定されるものではない。
3. Experimental Example Next, an experimental example will be described. The present invention is not limited by the following experimental examples.
実験例1として、単結晶シリコン基板上に、単結晶シリコンからなるバッファー層をMOCVD法によりエピタキシャル成長させ、バッファー層上に、単結晶シリコンゲルマニウム(Si0.7Ge0.3)からなるシリコンゲルマニウム層をMOCVD法によりエピタキシャル成長させた。バッファー層の厚みを5nmとし、シリコンゲルマニウム層の厚みを15nmとした。 As Experimental Example 1, a buffer layer made of single crystal silicon is epitaxially grown on a single crystal silicon substrate by MOCVD, and a silicon germanium layer made of single crystal silicon germanium (Si 0.7 Ge 0.3 ) is formed on the buffer layer. Was epitaxially grown by MOCVD. The thickness of the buffer layer was 5 nm, and the thickness of the silicon germanium layer was 15 nm.
実験例2として、単結晶シリコン基板上に、直接、単結晶シリコンゲルマニウム(Si0.7Ge0.3)からなるシリコンゲルマニウム層をMOCVD法によりエピタキシャル成長させた。すなわち、実験例2では、単結晶シリコンからなるバッファー層を形成しなかった。シリコンゲルマニウム層の厚みを15nmとした。 As Experimental Example 2, a silicon germanium layer made of single crystal silicon germanium (Si 0.7 Ge 0.3 ) was directly epitaxially grown on a single crystal silicon substrate by MOCVD. That is, in Experimental Example 2, a buffer layer made of single crystal silicon was not formed. The thickness of the silicon germanium layer was 15 nm.
図18は、実施例1のSEM観察結果である。図19は、実験例2のSEM観察結果である。図18および図19より、実験例1は、実験例2に比べて、シリコンゲルマニウム層の平坦性が高いことがわかった。すなわち、単結晶シリコンからなるバッファー層は、シリコンゲルマニウム層の平坦性を向上させることがわかった。 18 shows the SEM observation result of Example 1. FIG. FIG. 19 shows the SEM observation result of Experimental Example 2. 18 and 19, it was found that Experimental Example 1 has higher flatness of the silicon germanium layer than Experimental Example 2. That is, it was found that the buffer layer made of single crystal silicon improves the flatness of the silicon germanium layer.
シリコンゲルマニウム層は、下地の表面(単結晶シリコン基板の表面)状態に敏感であり、異物等が単結晶シリコン基板の表面に付着している場合は、該異物が転写されて、シリコンゲルマニウム層の表面には凹凸が形成されると考えられる(図19参照)。しかしながら、単結晶シリコンからなるバッファー層は、シリコンゲルマニウム層ほど下地の表面状態に影響されないため、仮に、単結晶シリコン基板の表面に不純物が付着していても、平坦性の高い表面を形成することができる。そのため、バッファー層上のシリコンゲルマニウム層も高い平坦性を有することができると考えられる。 The silicon germanium layer is sensitive to the state of the surface of the base (the surface of the single crystal silicon substrate), and when foreign matter adheres to the surface of the single crystal silicon substrate, the foreign matter is transferred to the silicon germanium layer. It is considered that irregularities are formed on the surface (see FIG. 19). However, since the buffer layer made of single crystal silicon is not affected by the surface state of the base as much as the silicon germanium layer, even if impurities are attached to the surface of the single crystal silicon substrate, a highly flat surface should be formed. Can do. Therefore, it is considered that the silicon germanium layer on the buffer layer can also have high flatness.
4. 発振器
次に、本実施形態に係る発振器について、図面を参照しながら説明する。図20は、本実施形態に係る発振器600を示す回路図である。
4). Oscillator Next, an oscillator according to this embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 20 is a circuit diagram showing an oscillator 600 according to the present embodiment.
発振器600は、図20に示すように、例えば、本発明に係るMEMS振動子(例えばMEMS振動子100)と、反転増幅回路(回路部)610と、を含む。 As illustrated in FIG. 20, the oscillator 600 includes, for example, a MEMS vibrator (for example, the MEMS vibrator 100) according to the present invention and an inverting amplifier circuit (circuit unit) 610.
MEMS振動子100は、第1電極40と電気的に接続された第1端子100aと、第2電極50と電気的に接続された第2端子100bと、を有している。MEMS振動子100の第1端子100aは、反転増幅回路610の入力端子610aと少なくとも交流的に接続する。MEMS振動子100の第2端子100bは、反転増幅回路610の出力端子610bと少なくとも交流的に接続する。 The MEMS vibrator 100 includes a first terminal 100 a electrically connected to the first electrode 40 and a second terminal 100 b electrically connected to the second electrode 50. The first terminal 100a of the MEMS vibrator 100 is connected to the input terminal 610a of the inverting amplifier circuit 610 at least in an AC manner. The second terminal 100b of the MEMS vibrator 100 is connected to the output terminal 610b of the inverting amplifier circuit 610 at least in an AC manner.
図示の例では、反転増幅回路610は、1つのインバーターから構成されているが、所望の発振条件が満たされるように、複数のインバーター(反転回路)や増幅回路を組み合わせて構成されていてもよい。 In the illustrated example, the inverting amplifier circuit 610 is configured by one inverter, but may be configured by combining a plurality of inverters (inverting circuits) and amplifier circuits so that a desired oscillation condition is satisfied. .
発振器600は、反転増幅回路610に対する帰還抵抗を含んで構成されていてもよい。図20に示す例では、反転増幅回路610の入力端子と出力端子とが抵抗620を介して接続されている。 The oscillator 600 may include a feedback resistor for the inverting amplifier circuit 610. In the example illustrated in FIG. 20, the input terminal and the output terminal of the inverting amplifier circuit 610 are connected via a resistor 620.
発振器600は、反転増幅回路610の入力端子610aと基準電位(接地電位)との間に接続された第1キャパシター630と、反転増幅回路610の出力端子610bと基準電位(接地電位)との間に接続された第2キャパシター632と、を含んで構成されている。これにより、MEMS振動子100とキャパシター630,632とで共振回路を構成する発振回路とすることができる。発振器600は、この発振回路で得られた発振信号fを出力する。 The oscillator 600 includes a first capacitor 630 connected between an input terminal 610a of the inverting amplifier circuit 610 and a reference potential (ground potential), and an output terminal 610b of the inverting amplifier circuit 610 and a reference potential (ground potential). And a second capacitor 632 connected to the second capacitor 632. As a result, the MEMS vibrator 100 and the capacitors 630 and 632 can form an oscillation circuit that forms a resonance circuit. The oscillator 600 outputs the oscillation signal f obtained by this oscillation circuit.
なお、発振器600は、図21に示すように、さらに、分周回路640を有していてもよい。分周回路640は、発振回路の出力信号Voutを分周し、発振信号fを出力する。これにより、発振器600は、例えば、出力信号Voutの周波数よりも低い周波数の出力信号を得ることができる。 Note that the oscillator 600 may further include a frequency dividing circuit 640 as shown in FIG. The frequency dividing circuit 640 divides the output signal Vout of the oscillation circuit and outputs the oscillation signal f. Thereby, the oscillator 600 can obtain an output signal having a frequency lower than the frequency of the output signal Vout, for example.
発振器600を構成するトランジスターやキャパシター(図示せず)等は、例えば、基板10上に(図1参照)形成されていてもよい。これにより、MEMS振動子100と反転増幅回路610をモノリシックに形成することができる。 Transistors, capacitors (not shown), and the like constituting the oscillator 600 may be formed on the substrate 10 (see FIG. 1), for example. Thereby, the MEMS vibrator 100 and the inverting amplifier circuit 610 can be formed monolithically.
発振器600によれば、上記のとおり梁部54が疲労破壊することを抑制できるMEMS振動子100を含む。そのため、発振器600は、高い信頼性を有することができる。 The oscillator 600 includes the MEMS vibrator 100 that can suppress the fatigue failure of the beam portion 54 as described above. Therefore, the oscillator 600 can have high reliability.
なお、上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。 In addition, embodiment mentioned above and a modification are examples, Comprising: It is not necessarily limited to these. For example, it is possible to appropriately combine each embodiment and each modification.
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。 The present invention includes configurations that are substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations that have the same functions, methods, and results, or configurations that have the same objects and effects). In addition, the invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. In addition, the present invention includes a configuration that exhibits the same operational effects as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. Further, the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.
10 基板、12 基板の面、20 バッファー層、22 第1単結晶シリコン層、
22a,22b,22c,22d 側面、24 第2単結晶シリコン層、
30 窒化シリコン層、32 酸化シリコン層、34 第1絶縁層、36 第2絶縁層、
38 第3絶縁層、39 第4絶縁層、40 第1電極、50 第2電極、
52 固定部、54 梁部、56 支持部、60 第1シリコンゲルマニウム層、
60a,60b,60c,60d 側面、62 シリコンゲルマニウム層、
63 シリコンゲルマニウム層、64 第2シリコンゲルマニウム層、70 貫通孔、
72 空洞部、100 MEMS振動子、100a 第1端子、100b 第2端子、
600 発振器、610 反転増幅回路、610a 入力端子、610b 出力端子、
620 抵抗、630 第1キャパシター、632 第2キャパシター、
640 分周回路
10 substrate, 12 substrate surface, 20 buffer layer, 22 first monocrystalline silicon layer,
22a, 22b, 22c, 22d side surface, 24 second single crystal silicon layer,
30 silicon nitride layer, 32 silicon oxide layer, 34 first insulating layer, 36 second insulating layer,
38 3rd insulating layer, 39 4th insulating layer, 40 1st electrode, 50 2nd electrode,
52 fixing part, 54 beam part, 56 support part, 60 first silicon germanium layer,
60a, 60b, 60c, 60d side surface, 62 silicon germanium layer,
63 silicon germanium layer, 64 second silicon germanium layer, 70 through-hole,
72 cavity, 100 MEMS vibrator, 100a first terminal, 100b second terminal,
600 oscillator, 610 inverting amplifier circuit, 610a input terminal, 610b output terminal,
620 resistor, 630 first capacitor, 632 second capacitor,
640 divider circuit
Claims (6)
前記シリコン基板の上方に配置された窒化シリコン層と、
前記窒化シリコン層の上方に配置された第1電極と、
前記第1電極との間に空隙を有した状態で配置され、前記シリコン基板の厚み方向に静電力によって振動可能となる梁部、および前記窒化シリコン層の上方に配置され、前記梁部を支持する支持部を有する第2電極と、
を含み、
前記第1電極および前記第2電極の材質は、導電性を有する単結晶シリコンである、MEMS振動子。 A silicon substrate;
A silicon nitride layer disposed above the silicon substrate;
A first electrode disposed above the silicon nitride layer;
A beam part disposed between the first electrode and the first electrode so as to be vibrated by an electrostatic force in the thickness direction of the silicon substrate, and disposed above the silicon nitride layer and supporting the beam part. A second electrode having a support portion to
Including
The MEMS vibrator, wherein the first electrode and the second electrode are made of single crystal silicon having conductivity.
前記シリコン基板と前記窒化シリコン層との間に配置されたバッファー層を、さらに含み、
前記バッファーの材質は、単結晶シリコンである、MEMS振動子。 In claim 1,
A buffer layer disposed between the silicon substrate and the silicon nitride layer;
The MEMS vibrator, wherein the buffer is made of single crystal silicon.
前記第1絶縁層をパターニングして前記シリコン基板を露出する工程と、
露出された前記シリコン基板の上方に、第1シリコンゲルマニウム層をエピタキシャル成長させる工程と、
前記第1シリコンゲルマニウム層上に、第1単結晶シリコン層をエピタキシャル成長させる工程と、
前記第1単結晶シリコン層を覆うように、第2絶縁層を成膜する工程と、
前記第1絶縁層および前記第2絶縁層をパターニングして、前記第1シリコンゲルマニウム層の側面を露出する工程と、
前記第2絶縁層および前記第1単結晶シリコン層に貫通孔を形成して、前記第1シリコンゲルマニウム層を露出する工程と、
前記貫通孔にエッチング液またはエッチングガスを通して、前記第1シリコンゲルマニウム層を除去する工程と、
前記第1シリコンゲルマニウム層が除去された前記シリコン基板と前記第1単結晶シリコン層との間に、窒化シリコン層を成膜する工程と、
前記第2絶縁層を除去する工程と、
前記第1単結晶シリコン層をパターニングして、第1電極および第2電極の固定部を形成する工程と、
前記第1電極を覆うように、第2シリコンゲルマニウム層をエピタキシャル成長させる工程と、
前記第2シリコンゲルマニウム層および前記固定部を覆うように、第2単結晶シリコン層をエピタキシャル成長させる工程と、
前記第2単結晶シリコン層をパターニングして、前記第1電極の上方に、前記シリコン基板の厚み方向に静電力によって振動可能となる前記第2電極の梁部を形成し、前記固定部上に、前記梁部を支持する前記第2電極の支持部を形成する工程と、
前記第2シリコンゲルマニウム層を除去する工程と、
を含む、MEMS振動子の製造方法。 Forming a first insulating layer above the silicon substrate;
Patterning the first insulating layer to expose the silicon substrate;
Epitaxially growing a first silicon germanium layer above the exposed silicon substrate;
Epitaxially growing a first single crystal silicon layer on the first silicon germanium layer;
Forming a second insulating layer so as to cover the first single crystal silicon layer;
Patterning the first insulating layer and the second insulating layer to expose side surfaces of the first silicon germanium layer;
Forming a through hole in the second insulating layer and the first single crystal silicon layer to expose the first silicon germanium layer;
Removing the first silicon germanium layer by passing an etching solution or an etching gas through the through hole;
Forming a silicon nitride layer between the silicon substrate from which the first silicon germanium layer has been removed and the first single crystal silicon layer;
Removing the second insulating layer;
Patterning the first single crystal silicon layer to form a fixing portion of the first electrode and the second electrode;
Epitaxially growing a second silicon germanium layer so as to cover the first electrode;
Epitaxially growing a second single crystal silicon layer so as to cover the second silicon germanium layer and the fixed portion;
The second single crystal silicon layer is patterned to form a beam portion of the second electrode that can be vibrated by electrostatic force in the thickness direction of the silicon substrate above the first electrode, and on the fixed portion. Forming a support portion of the second electrode that supports the beam portion;
Removing the second silicon germanium layer;
A method for manufacturing a MEMS vibrator, comprising:
前記第1シリコンゲルマニウム層をエピタキシャル成長させる工程の前に、前記シリコン基板上にバッファー層をエピタキシャル成長させる工程を、さらに含み、
前記第1シリコンゲルマニウム層をエピタキシャル成長させる工程では、
前記バッファー層上に、前記第1シリコンゲルマニウム層をエピタキシャル成長させ、
前記バッファーの材質は、単結晶シリコンである、MEMS振動子の製造方法。 In claim 3,
Further comprising the step of epitaxially growing a buffer layer on the silicon substrate before the step of epitaxially growing the first silicon germanium layer,
In the step of epitaxially growing the first silicon germanium layer,
Epitaxially growing the first silicon germanium layer on the buffer layer;
The method of manufacturing a MEMS vibrator, wherein the material of the buffer is single crystal silicon.
前記窒化シリコン層を成膜する工程の前に、前記第1単結晶シリコン層に形成された前記貫通孔を塞ように、前記第1単結晶シリコン層をエピタキシャル成長させる工程を、さらに含む、MEMS振動子の製造方法。 In claim 3 or 4,
The MEMS vibration further includes a step of epitaxially growing the first single crystal silicon layer so as to close the through hole formed in the first single crystal silicon layer before the step of forming the silicon nitride layer. Child manufacturing method.
前記MEMS振動子の、前記第1電極および前記第2電極と電気的に接続された回路部と、
を含む、発振器。 The MEMS vibrator according to claim 1 or 2,
A circuit unit electrically connected to the first electrode and the second electrode of the MEMS vibrator;
Including an oscillator.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011254710A JP5879955B2 (en) | 2011-11-22 | 2011-11-22 | MEMS vibrator, manufacturing method thereof, and oscillator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011254710A JP5879955B2 (en) | 2011-11-22 | 2011-11-22 | MEMS vibrator, manufacturing method thereof, and oscillator |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013110623A true JP2013110623A (en) | 2013-06-06 |
JP2013110623A5 JP2013110623A5 (en) | 2014-12-04 |
JP5879955B2 JP5879955B2 (en) | 2016-03-08 |
Family
ID=48706971
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011254710A Expired - Fee Related JP5879955B2 (en) | 2011-11-22 | 2011-11-22 | MEMS vibrator, manufacturing method thereof, and oscillator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5879955B2 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007116700A (en) * | 2005-10-18 | 2007-05-10 | Seiko Epson Corp | Mems resonator and method of enhancing output signal current therefrom |
JP2010162629A (en) * | 2009-01-14 | 2010-07-29 | Seiko Epson Corp | Method of manufacturing mems device |
-
2011
- 2011-11-22 JP JP2011254710A patent/JP5879955B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007116700A (en) * | 2005-10-18 | 2007-05-10 | Seiko Epson Corp | Mems resonator and method of enhancing output signal current therefrom |
JP2010162629A (en) * | 2009-01-14 | 2010-07-29 | Seiko Epson Corp | Method of manufacturing mems device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5879955B2 (en) | 2016-03-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2009529820A (en) | MEMS resonator having at least one resonator mode shape | |
US20080229824A1 (en) | Angular rate sensor and electronic device | |
US8847708B2 (en) | MEMS vibrator and oscillator | |
US20130134837A1 (en) | Disk type mems resonator | |
JP2012129605A (en) | Mems vibrator, oscillator, and manufacturing method of mems vibrator | |
JP5879955B2 (en) | MEMS vibrator, manufacturing method thereof, and oscillator | |
JP5225840B2 (en) | Vibrator, resonator using the same, and electromechanical filter using the same | |
JP5773153B2 (en) | Electronic device, method for manufacturing the same, and oscillator | |
JP2011177824A (en) | Method of manufacturing electronic device | |
JP2011182210A (en) | Electronic device | |
JP2014057125A (en) | Electronic device, method of manufacturing the same, and oscillator | |
JP2008233029A (en) | Acceleration sensor and electronic device | |
JP2012146893A (en) | Semiconductor device | |
JP6111966B2 (en) | Method for manufacturing vibrator | |
JP2013034156A (en) | Mems vibrator, oscillator and manufacturing method of mems vibrator | |
JP2012085085A (en) | Mems vibrator, oscillator, and method of manufacturing mems vibrator | |
JP2009065601A (en) | Oscillator | |
JP2013123779A (en) | Electronic device and oscillator | |
JP2013038530A (en) | Mems vibrator and oscillator | |
JP2013055647A (en) | Mems resonator and electrical device using the same | |
JP2009231981A (en) | Semiconductor device | |
JP2011177846A (en) | Electronic device | |
JP2019041312A (en) | Semiconductor MEMS resonator | |
US9233833B2 (en) | MEMS element and oscillator | |
JP2013110493A (en) | Mems vibrator and oscillator |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20141022 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20141022 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20150107 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20150928 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20151006 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20151204 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160105 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160118 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5879955 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |