JP2013239899A - Oscillator manufacturing method - Google Patents

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昭彦 田代
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make gaps between a diaphragm and electrodes be uniform and promptly form the gap regions between the diaphragm and the electrodes when a vibrator including the diaphragm and the electrodes arranged around the diaphragm on a substrate by a MEMS method.SOLUTION: An oscillator manufacturing method comprises: etching a second polysilicon film 42 after forming the second polysilicon film 42 on a first sacrifice film 61 to form a diaphragm 10; and subsequently stacking a third sacrifice film 63 and a third polysilicon film 43 from the bottom in this order so as to cover the diaphragm 10. At this time, by depositing the third sacrifice film 63 by using an ALD method, a film thickness t of the third sacrifice film 63 becomes extremely uniform and the film promptly dissolves in an aqueous solution of hydrofluoric.

Description

本発明は、成膜処理及びエッチング処理を組み合わせたMEMS技術を用いて、振動板及びこの振動板の周囲に配置された電極を備えた振動子を基板上に形成する方法に関する。   The present invention relates to a method of forming a vibrator having a diaphragm and electrodes arranged around the diaphragm on a substrate by using a MEMS technique in which a film formation process and an etching process are combined.

成膜処理及びエッチング処理を組み合わせたMEMS(Micro Electro Mechanical System)技術を用いて、ポリシリコン(Si)により構成された振動子をシリコン基板上に形成する手法が知られている。この振動子は、例えばディスク状の振動板と、この振動板の周囲に配置された一対の入力電極及び一対の出力電極とを備えており、入力電極に電気信号を入力すると、当該入力電極と振動板との間の静電結合により振動板が振動し、この振動に対応する出力信号が同様に出力電極との間の静電結合を介して取り出される。従って、これら電極と振動板との間には、隙間寸法が例えば100nm以下の極めて狭い隙間領域が各々介在している。   There is known a method of forming a vibrator made of polysilicon (Si) on a silicon substrate by using a MEMS (Micro Electro Mechanical System) technique in which a film forming process and an etching process are combined. The vibrator includes, for example, a disk-shaped diaphragm, and a pair of input electrodes and a pair of output electrodes arranged around the diaphragm. When an electric signal is input to the input electrode, the input electrode The diaphragm vibrates due to electrostatic coupling with the diaphragm, and an output signal corresponding to the vibration is similarly taken out through electrostatic coupling with the output electrode. Therefore, an extremely narrow gap region having a gap dimension of, for example, 100 nm or less is interposed between these electrodes and the diaphragm.

このような振動子を形成する方法を簡単に説明すると、始めにシリコン基板の表面に、例えば絶縁膜、導電膜、犠牲膜及びポリシリコン膜を下側からこの順番で積層すると共に、このポリシリコン膜に対してドライエッチングを行って振動板を形成する。次いで、この振動板を覆うように、例えば酸化シリコン膜(SiO膜)などからなる犠牲膜を前記隙間寸法に対応する膜厚分だけ成膜した後、この犠牲膜の上層側に別のポリシリコン膜を成膜する。続いて、振動板の周囲に電極が配置されるように、上層側のポリシリコン膜に対してドライエッチングを行う。その後、例えばフッ酸(HF)を用いたウエットエッチングにより犠牲膜を除去(溶解)することによって、振動板がシリコン基板から浮いた状態になり、また電極と振動板との間に隙間領域が形成される。このような振動子は、シリコン基板上に縦横に多数形成されており、既述のウエットエッチング処理を終えた後、例えばダイシングにより個片化される。尚、振動板や電極は、実際には互いに絶縁されながら、前記導電膜により各々支持されているが、ここでは説明を省略している。 A method for forming such a vibrator will be briefly described. First, for example, an insulating film, a conductive film, a sacrificial film, and a polysilicon film are stacked in this order on the surface of a silicon substrate in this order. The diaphragm is formed by dry etching the film. Next, a sacrificial film made of, for example, a silicon oxide film (SiO 2 film) or the like is formed so as to cover the diaphragm by a film thickness corresponding to the gap dimension, and another polycrystal is formed on the sacrificial film. A silicon film is formed. Subsequently, dry etching is performed on the upper polysilicon film so that the electrode is disposed around the diaphragm. Thereafter, the sacrificial film is removed (dissolved) by wet etching using, for example, hydrofluoric acid (HF), so that the diaphragm is lifted from the silicon substrate, and a gap region is formed between the electrode and the diaphragm. Is done. A large number of such vibrators are formed vertically and horizontally on a silicon substrate, and are separated into pieces by, for example, dicing after the wet etching process described above is finished. The diaphragm and the electrodes are actually supported by the conductive film while being insulated from each other, but the description thereof is omitted here.

この時、既述の犠牲膜は、例えば低圧CVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)法あるいはプラズマCVD法によって、加熱された基板に対して成膜ガスを供給することにより成膜される。しかし、このような成膜手法では、基板の加熱温度やガス流量(濃度)が炉内でばらつくため、犠牲膜の膜厚について、基板の面内において例えば±4%程度の均一性しか得られない。そのため、犠牲膜の膜厚のばらつきに応じて、電極と振動板との間の隙間寸法が不均一になるので、各々の振動子の特性がばらついてしまう。また、基板上に形成される多数の振動子のうちある一つの振動子についても、例えば振動板及び入力電極の間の隙間寸法と、振動板及び出力電極の間の隙間寸法とでは、ばらつきが生じてしまうおそれがある。更に、犠牲膜のウエットエッチングに費やす時間の分だけ生産性の低下に繋がってしまう。   At this time, the above-described sacrificial film is formed by supplying a film formation gas to the heated substrate by, for example, a low pressure chemical vapor deposition (CVD) method or a plasma CVD method. However, in such a film formation method, since the heating temperature and gas flow rate (concentration) of the substrate vary in the furnace, the thickness of the sacrificial film can be obtained with a uniformity of about ± 4% within the surface of the substrate. Absent. Therefore, the gap dimension between the electrode and the diaphragm becomes non-uniform according to the variation in the thickness of the sacrificial film, and the characteristics of the vibrators vary. Also, for one of the many vibrators formed on the substrate, for example, the gap between the diaphragm and the input electrode and the gap between the diaphragm and the output electrode vary. It may occur. Further, productivity is reduced by the time spent for wet etching of the sacrificial film.

特許文献1には、アルミニウムを用いて半導体支持構造基板を形成する時に、ALD法により酸化アルミニウム層を犠牲層として形成する技術について記載されている。また、特許文献2には、High−k膜5としてハフニウムアルミネートやジルコニウムアルミネートを用いる技術について記載されている。しかし、これら特許文献1、2には、既述の課題については検討されていない。   Patent Document 1 describes a technique for forming an aluminum oxide layer as a sacrificial layer by an ALD method when a semiconductor support structure substrate is formed using aluminum. Patent Document 2 describes a technique using hafnium aluminate or zirconium aluminate as the High-k film 5. However, these patent documents 1 and 2 do not discuss the above-described problems.

特表2008−538810(段落0049〜0051)Special table 2008-538810 (paragraphs 0049-0051) 特開2006−60155JP 2006-60155

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、成膜処理及びエッチング処理を組み合わせたMEMS法を用いて振動板及びこの振動板の周囲に配置された電極を備えた振動子を基板上に形成するにあたり、振動板と電極との間の隙間寸法を揃えることができると共に、振動板と電極との間の隙間領域を速やかに形成できる技術を提供することにある。   This invention is made | formed in view of such a situation, The objective was equipped with the electrode arrange | positioned around the diaphragm and this diaphragm using the MEMS method which combined the film-forming process and the etching process. In forming a vibrator on a substrate, it is an object to provide a technique capable of uniforming the gap dimension between the diaphragm and the electrode and quickly forming the gap region between the diaphragm and the electrode.

本発明の振動子の製造方法は、
振動板とこの振動板を振動させるために当該振動板の周囲に配置された電極とを備えた振動子をベース基板上に形成する方法において、
第1の導電膜を前記ベース基板上に形成すると共に、この第1の導電膜に対してパターニングして、前記振動板の側面を下方側から支持するための振動板基部及び前記電極を下方側から支持するための電極基部を各々形成する工程と、
前記第1の導電膜を覆うように、下層側犠牲膜及び第2の導電膜を下側からこの順番で積層する工程と、
前記第2の導電膜に対してパターニングして、前記振動板とこの振動板から前記振動板基部の上方側に向かって伸びる支持梁とを各々形成する工程と、
次いで、前記第2の導電膜を覆うように、アルミニウム及び酸素を含む上層側犠牲膜を成膜する工程と、
前記振動板の側周面に前記上層側犠牲膜を残したまま、前記電極基部を露出させると共に、前記支持梁を上下に貫通する貫通口を介して前記振動板基部を露出させるために、前記下層側犠牲膜及び前記上層側犠牲膜を各々エッチングする工程と、
続いて、前記上層側犠牲膜を覆うように第3の導電膜を形成して、この第3の導電膜に対してパターニングすることにより、前記電極を形成すると共に、前記貫通口を介して前記振動板基部及び前記支持梁を互いに接続するための支持柱を形成する工程と、
しかる後、フッ化水素を用いて前記上層側犠牲膜をエッチングすることにより、前記上層側犠牲膜の膜厚分だけ前記振動板と前記電極とを互いに離間させる工程と、を含み、
前記上層側犠牲膜を成膜する工程は、互いに反応する第1のガスと第2のガスとを順番に前記ベース基板に対して供給する工程であることを特徴とする。
The method of manufacturing the vibrator of the present invention includes
In a method of forming a vibrator on a base substrate including a diaphragm and an electrode disposed around the diaphragm to vibrate the diaphragm,
A first conductive film is formed on the base substrate and patterned on the first conductive film, and a diaphragm base for supporting a side surface of the diaphragm from the lower side and the electrode on the lower side Forming each of the electrode bases to support from,
Laminating a lower-layer sacrificial film and a second conductive film in this order from the lower side so as to cover the first conductive film;
Patterning the second conductive film to form the diaphragm and a support beam extending from the diaphragm toward the upper side of the diaphragm base;
Next, a step of forming an upper sacrificial film containing aluminum and oxygen so as to cover the second conductive film;
In order to expose the electrode base while leaving the upper-layer-side sacrificial film on the peripheral surface of the diaphragm, and to expose the diaphragm base through a through-hole penetrating the support beam vertically, Etching the lower sacrificial film and the upper sacrificial film,
Subsequently, a third conductive film is formed so as to cover the upper-layer sacrificial film, and the third conductive film is patterned to form the electrode, and through the through-hole, the electrode is formed. Forming a support column for connecting the diaphragm base and the support beam to each other;
Thereafter, by etching the upper sacrificial film using hydrogen fluoride, the diaphragm and the electrode are separated from each other by the film thickness of the upper sacrificial film,
The step of forming the upper-layer sacrificial film is a step of sequentially supplying a first gas and a second gas that react with each other to the base substrate.

前記振動子の製造方法については、具体的には以下のように構成しても良い。
前記上層側犠牲膜の膜厚寸法は、10nm〜100nmである構成。
前記支持柱を形成する工程の後、前記下層側犠牲膜をエッチングすることにより、前記振動板を前記ベース基板から浮かせる工程を行う構成。
前記振動子は、前記ベース基板上に縦横に多数形成されている構成。
前記ベース基板及び前記下層側犠牲膜は、夫々シリコン基板及びシリコン酸化膜であり、
前記第1の導電膜、前記第2の導電膜及び前記第3の導電膜は、各々ポリシリコン膜である構成。
The method for manufacturing the vibrator may be specifically configured as follows.
The thickness of the upper sacrificial film is 10 nm to 100 nm.
A configuration in which, after the step of forming the support pillar, the step of floating the diaphragm from the base substrate is performed by etching the lower-layer sacrificial film.
A large number of the vibrators are formed vertically and horizontally on the base substrate.
The base substrate and the lower layer side sacrificial film are a silicon substrate and a silicon oxide film, respectively.
Each of the first conductive film, the second conductive film, and the third conductive film is a polysilicon film.

本発明は、振動板及びこの振動板の周囲に配置された電極を備えた振動子をベース基板上に形成するにあたり、これら振動板と電極との間に、アルミニウムと酸素とを含む犠牲膜を成膜している。この時、犠牲膜をALD法により成膜しているので、当該犠牲膜は、面内に亘って膜厚が揃い、且つフッ化水素に容易に溶解する。そのため、振動子を形成した後、ウエットエッチングにより犠牲膜を除去することによって、振動板と電極との間の隙間寸法のばらつきを抑えることができる。従って、ベース基板上に縦横に多数の振動子を形成する場合であっても、各々の振動子の特性を揃えることができる。また、例えば酸化シリコン膜と比べて、フッ化水素に対する前記犠牲膜の溶解速度が速いので、犠牲膜のウエットエッチング処理に要する時間を抑えることができ、従って振動子を速やかに製造できる。   The present invention provides a sacrificial film containing aluminum and oxygen between a diaphragm and an electrode when a vibrator including the diaphragm and an electrode arranged around the diaphragm is formed on a base substrate. A film is being formed. At this time, since the sacrificial film is formed by the ALD method, the sacrificial film has a uniform thickness over the surface and is easily dissolved in hydrogen fluoride. For this reason, after the vibrator is formed, the sacrificial film is removed by wet etching, whereby variation in the gap dimension between the diaphragm and the electrode can be suppressed. Therefore, even when a large number of vibrators are formed vertically and horizontally on the base substrate, the characteristics of the vibrators can be made uniform. In addition, for example, the rate of dissolution of the sacrificial film with respect to hydrogen fluoride is faster than that of a silicon oxide film, so that the time required for the wet etching process of the sacrificial film can be suppressed, and thus the vibrator can be manufactured quickly.

本発明のディスク振動子の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the disc vibrator of this invention. 前記ディスク振動子を示す平面図である。It is a top view which shows the said disk vibrator. 前記ディスク振動子を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the said disk vibrator. 前記ディスク振動子を支持する支持梁を示す一部拡大斜視図である。FIG. 5 is a partially enlarged perspective view showing a support beam that supports the disk vibrator. 前記ディスク振動子の製造方法を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the manufacturing method of the said disk vibrator. 前記ディスク振動子の製造方法を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the manufacturing method of the said disk vibrator. 前記ディスク振動子の製造方法を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the manufacturing method of the said disk vibrator. 前記ディスク振動子の製造方法を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the manufacturing method of the said disk vibrator. 前記ディスク振動子の製造方法を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the manufacturing method of the said disk vibrator. 前記ディスク振動子の製造方法を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the manufacturing method of the said disk vibrator. 前記ディスク振動子の製造方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing method of the said disk vibrator. 前記ディスク振動子の製造方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing method of the said disk vibrator. 前記ディスク振動子の製造方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing method of the said disk vibrator. 前記ディスク振動子の製造方法を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the manufacturing method of the said disk vibrator. 前記ディスク振動子の製造方法を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the manufacturing method of the said disk vibrator. 前記ディスク振動子の製造方法を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the manufacturing method of the said disk vibrator. 前記ディスク振動子の製造方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing method of the said disk vibrator. 前記ディスク振動子の製造方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing method of the said disk vibrator. 前記ディスク振動子の製造方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing method of the said disk vibrator. 前記ディスク振動子の製造方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing method of the said disk vibrator. 前記ディスク振動子の製造方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing method of the said disk vibrator. 前記ディスク振動子の製造方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing method of the said disk vibrator. 前記ディスク振動子の製造方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing method of the said disk vibrator. 前記ディスク振動子の製造方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing method of the said disk vibrator. 前記ディスク振動子の製造方法を示す平面図である。It is a top view which shows the manufacturing method of the said disk vibrator. 前記ディスク振動子について実験した結果を示す特性図である。It is a characteristic view showing the result of experiment about the disk vibrator. 前記ディスク振動子の犠牲膜を成膜する装置の一例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows an example of the apparatus which forms the sacrificial film of the said disk vibrator.

本発明の振動子の製造方法の実施の形態の一例について、図1〜図25を参照して説明する。この製造方法について詳述する前に、始めに振動子の構成について簡単に説明すると、この振動子は、図1〜図4に示すように、例えばポリシリコンからなるディスク(円板)状の振動板10と、この振動板10の周囲に配置されると共に各々ポリシリコンにより構成された複数例えば4つの電極20とを備えており、例えばシリコンなどのベース基板1上に形成されている。これら電極20により、振動板10は、ワイングラスモードで共振(振動)するように構成されている。そして、振動子は、後述するように、平面で見た時の振動板10と電極20との間の隙間寸法hが面内に亘って揃うように構成されている。続いて、この振動子の具体的な構成について説明する。尚、図3は、図1におけるA−A線にて振動子を切断した様子を示している。   An example of an embodiment of a method for manufacturing a vibrator according to the present invention will be described with reference to FIGS. Before describing the manufacturing method in detail, the structure of the vibrator will be briefly described first. As shown in FIGS. 1 to 4, the vibrator is a disk (disk) -like vibration made of, for example, polysilicon. A plate 10 and a plurality of, for example, four electrodes 20 each of which is arranged around the vibration plate 10 and made of polysilicon are provided, and formed on a base substrate 1 such as silicon. With these electrodes 20, the diaphragm 10 is configured to resonate (vibrate) in a wine glass mode. As will be described later, the vibrator is configured such that the gap dimension h between the diaphragm 10 and the electrode 20 when viewed in a plane is aligned over the plane. Subsequently, a specific configuration of the vibrator will be described. FIG. 3 shows a state in which the vibrator is cut along the line AA in FIG.

振動板10の外周側には、当該振動板10をベース基板1(詳しくは後述の第1のポリシリコン膜41)から浮いた状態で支持するための支持部30が設けられており、この支持部30は、振動板10の周方向に沿って複数箇所例えば4カ所に等間隔に配置されている。従って、前記電極20は、互いに隣接する支持部30、30間に各々位置するように、振動板10を前後方向(図2中X方向)及び左右方向(図2中Y方向)から各々挟み込むように配置されている。これら振動板10や電極20の下方側におけるベース基板1には、酸化シリコン(Si−O)膜3と、窒化シリコン(Si−N)膜4と、が下側からこの順番で積層されている。   A support portion 30 is provided on the outer peripheral side of the vibration plate 10 to support the vibration plate 10 in a state of floating from the base substrate 1 (specifically, a first polysilicon film 41 described later). The portions 30 are arranged at equal intervals at a plurality of locations, for example, four locations along the circumferential direction of the diaphragm 10. Accordingly, the electrode 20 is sandwiched from the front-rear direction (X direction in FIG. 2) and the left-right direction (Y direction in FIG. 2) so as to be positioned between the support portions 30 adjacent to each other. Is arranged. A silicon oxide (Si—O) film 3 and a silicon nitride (Si—N) film 4 are laminated in this order from below on the base substrate 1 below the diaphragm 10 and the electrode 20. .

窒化シリコン膜4の上方側には、振動板10、支持部30及び電極20の形状に対応するようにパターニングされた導電膜5が形成されており、支持部30の各々は、当該支持部30の下方側の導電膜5によって支持されている。即ち、支持部30の各々は、図3にも示すように、振動板10の側周面から外周側に向かって水平に伸び出す支持梁31と、この支持梁31の先端部を上下方向に貫通する貫通口32にいわば嵌合するように配置された支持柱33とを備えている。そして、各々の支持柱33の下端部と導電膜5とを互いに接続することによって、支持部30は、振動板10を外周側から支持すると共に、これら振動板10と導電膜5とを当該支持部30を介して互いに導通させている。これら導電膜5及び支持部30についても、各々ポリシリコンにより構成されている。導電膜5において、支持柱33の下端部と接続される部位は、振動板基部をなす。   On the upper side of the silicon nitride film 4, the conductive film 5 patterned so as to correspond to the shapes of the diaphragm 10, the support portion 30, and the electrode 20 is formed, and each of the support portions 30 corresponds to the support portion 30. Is supported by the conductive film 5 on the lower side. That is, as shown in FIG. 3, each of the support portions 30 includes a support beam 31 that extends horizontally from the side peripheral surface of the diaphragm 10 toward the outer peripheral side, and a front end portion of the support beam 31 in the vertical direction. A support column 33 is provided so as to fit in the through-hole 32 that penetrates. Then, by connecting the lower ends of the respective support pillars 33 and the conductive film 5 to each other, the support unit 30 supports the diaphragm 10 from the outer peripheral side, and supports the diaphragm 10 and the conductive film 5. The parts 30 are electrically connected to each other via the part 30. The conductive film 5 and the support part 30 are also made of polysilicon. In the conductive film 5, the part connected to the lower end of the support pillar 33 forms a diaphragm base.

支持部30の下方側における導電膜5の側壁面には、図1及び図2に示すように、互いに隣接する電極20、20同士の間の領域を介して当該導電膜5から外周側に向かって伸びる引き出し電極6の一端側が接続されている。この引き出し電極6は、後述するように、振動板10を振動させる時に、当該振動板10に直流のバイアス電圧を印加するためのポートをなしている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the side wall surface of the conductive film 5 on the lower side of the support portion 30 is directed from the conductive film 5 toward the outer peripheral side through a region between the electrodes 20, 20 adjacent to each other. One end side of the extending electrode 6 is connected. As will be described later, the extraction electrode 6 forms a port for applying a DC bias voltage to the diaphragm 10 when the diaphragm 10 is vibrated.

振動板10の周囲には、概略箱型形状の電極20が当該振動板10の周方向に互いに等間隔に離間するように4箇所に配置されており、各々の電極20は、振動板10に対して隙間領域Sを介して各々臨むように(振動板10と接触しないように)形成されている。この隙間領域Sの寸法h(平面で見た時の振動板10と電極20との間の離間寸法)は、例えば10nm〜100nmとなっている。各々の電極20は、振動板10及び支持部30に対して絶縁されながら、当該電極20の下方側における導電膜5によって支持されている。電極20の下方側における導電膜5は、各々電極基部をなす。   Around the diaphragm 10, approximately box-shaped electrodes 20 are arranged at four positions so as to be spaced apart from each other at equal intervals in the circumferential direction of the diaphragm 10. On the other hand, they are formed so as to face each other through the gap region S (so as not to contact the diaphragm 10). A dimension h of the gap region S (a distance dimension between the diaphragm 10 and the electrode 20 when viewed in a plane) is, for example, 10 nm to 100 nm. Each electrode 20 is supported by the conductive film 5 on the lower side of the electrode 20 while being insulated from the diaphragm 10 and the support portion 30. The conductive films 5 on the lower side of the electrodes 20 each form an electrode base.

これら4つの電極20は、2つの電極20、20が平面で見た時に前後方向において振動板10を介して互いに対向すると共に、残りの2つの電極20、20が左右方向において振動板10を介して互いに対向するように配置されている。これら互いに対向する電極20、20のうち、左右方向に配置された電極20、20を各々第1の電極21、21と呼ぶと共に、前後方向に配置された電極20、20を各々第2の電極22、22と呼ぶと、第1の電極21、21は、図2に示すように、振動板10の上方領域において当該振動板10から上方側に離間するように形成された梁部10aにより、互いに接続されている。また、これら第1の電極21、21には、図2に示すように、第1の電極21、21の上面側に接続された例えばワイヤなどの導電路23により、当該第1の電極21、21に対して入力信号を入力する入力ポート24が接続されている。   These four electrodes 20 face each other through the diaphragm 10 in the front-rear direction when the two electrodes 20, 20 are viewed in a plane, and the remaining two electrodes 20, 20 pass through the diaphragm 10 in the left-right direction. Are arranged so as to face each other. Among the electrodes 20 and 20 facing each other, the electrodes 20 and 20 arranged in the left-right direction are respectively referred to as first electrodes 21 and 21, and the electrodes 20 and 20 arranged in the front-rear direction are respectively second electrodes. 22 and 22, the first electrodes 21 and 21 are, as shown in FIG. 2, by a beam portion 10 a formed so as to be spaced upward from the diaphragm 10 in the upper region of the diaphragm 10. Are connected to each other. Further, as shown in FIG. 2, the first electrodes 21 and 21 are connected to the first electrodes 21 and 21 by conductive paths 23 such as wires connected to the upper surfaces of the first electrodes 21 and 21, respectively. An input port 24 for inputting an input signal to 21 is connected.

第2の電極22、22は、振動板10側における上端部が上方側に向かって各々伸び出すと共に、当該上端部が振動板10の中央側に向かって水平に延伸するように各々形成されている。これら第2の電極22、22の例えば上面側には、ワイヤなどの導電路23の一端側が接続されており、この導電路23の他端側は、振動板10の振動を検出する(取り出す)ための出力ポート25が接続されている。従って、第1の電極21、21は、各々入力電極をなし、第2の電極22、22は、各々出力電極をなしている。   The second electrodes 22 and 22 are respectively formed such that the upper end portion on the diaphragm 10 side extends upward and the upper end portion extends horizontally toward the center side of the diaphragm 10. Yes. One end side of a conductive path 23 such as a wire is connected to, for example, the upper surface side of the second electrodes 22 and 22, and the other end side of the conductive path 23 detects (takes out) vibration of the diaphragm 10. Output port 25 is connected. Accordingly, the first electrodes 21 and 21 each serve as an input electrode, and the second electrodes 22 and 22 each serve as an output electrode.

このように構成されたディスク振動子において、振動板10に直流のバイアス電圧を印加しながら、第1の電極21、21に入力信号を入力すると、第1の電極21、21と振動板10との間の静電結合により、振動板10は、ワイングラスモードで振動する。具体的には、振動板10は、前後方向に膨張すると共に左右方向に収縮する動作と、前後方向に収縮すると共に左右方向に膨張する動作と、を所定の周波数で繰り返す。そして、この振動は、振動板10と第2の電極22、22との間の静電結合によって、当該第2の電極22、22により出力信号として取り出される。   In the disk vibrator configured as described above, when an input signal is input to the first electrodes 21, 21 while applying a DC bias voltage to the diaphragm 10, the first electrodes 21, 21, the diaphragm 10, The diaphragm 10 vibrates in the wine glass mode due to the electrostatic coupling between the two. Specifically, the diaphragm 10 repeats an operation that expands in the front-rear direction and contracts in the left-right direction and an operation that contracts in the front-rear direction and expands in the left-right direction at a predetermined frequency. This vibration is taken out as an output signal by the second electrode 22, 22 by electrostatic coupling between the diaphragm 10 and the second electrode 22, 22.

以上説明したディスク振動子をMEMS法により製造する方法の一例について、図5〜図25を参照して説明する。図5及び図8に示すように、始めに、例えばCVD法を用いて、酸化シリコン膜3と窒化シリコン膜4とを下側からこの順番でベース基板1上に積層する。尚、ディスク振動子は、後述の図25に示すように、ベース基板1上に縦横に多数形成されるが、以降においてはある一つの振動子について説明する。また、図5〜図25については、一部描画を簡略化している。   An example of a method for manufacturing the disk vibrator described above by the MEMS method will be described with reference to FIGS. As shown in FIGS. 5 and 8, first, the silicon oxide film 3 and the silicon nitride film 4 are stacked on the base substrate 1 in this order from the lower side by using, for example, a CVD method. As shown in FIG. 25, which will be described later, a large number of disk vibrators are formed vertically and horizontally on the base substrate 1. A single vibrator will be described below. In addition, in FIG. 5 to FIG. 25, part of the drawing is simplified.

次に、多結晶シリコンからなる第1のポリシリコン膜(第1の導電膜)41をCVD法により窒化シリコン膜4上に形成した後、この第1のポリシリコン膜41にリンを拡散させる。そして、この第1のポリシリコン膜41上に、振動板10、支持部30、電極20及び引き出し電極6に対応するようにパターニングした図示しないレジスト膜を形成して、図6及び図9に示すように、このレジスト膜を介して第1のポリシリコン膜41をドライエッチングする。その後、レジスト膜を除去することにより、第1のポリシリコン膜41からなる導電膜5を露出させる。   Next, after a first polysilicon film (first conductive film) 41 made of polycrystalline silicon is formed on the silicon nitride film 4 by the CVD method, phosphorus is diffused into the first polysilicon film 41. Then, a resist film (not shown) patterned so as to correspond to the diaphragm 10, the support portion 30, the electrode 20, and the extraction electrode 6 is formed on the first polysilicon film 41, as shown in FIGS. Thus, the first polysilicon film 41 is dry-etched through this resist film. Thereafter, the conductive film 5 made of the first polysilicon film 41 is exposed by removing the resist film.

続いて、図7及び図10に示すように、第1のポリシリコン膜41の上層側に、例えば酸化シリコンからなる第1の犠牲膜(下層側犠牲膜)61と、多結晶シリコンからなる第2のポリシリコン膜(詳しくは多結晶シリコン膜を形成した後リンをドープさせた膜)42と、例えば酸化シリコンからなる第2の犠牲膜62とを下側からこの順番で例えばCVD法により積層する。そして、この第2の犠牲膜62の上層側に、貫通口32を備えた支持梁31と、振動板10との形状に対応するようにパターニングした図示しないレジスト膜を積層し、図11〜図13に示すように、このレジスト膜を介して第2の犠牲膜62及び第2のポリシリコン膜42をドライエッチングする。その後、レジスト膜を剥離する。第2のポリシリコン膜42は、第2の導電膜をなす。尚、第1の犠牲膜61及び第2の犠牲膜62の膜厚は、各々数百nm程度である。   Subsequently, as shown in FIGS. 7 and 10, on the upper layer side of the first polysilicon film 41, for example, a first sacrificial film (lower sacrificial film) 61 made of silicon oxide and a first sacrificial film made of polycrystalline silicon. A polysilicon film (specifically, a film doped with phosphorus after forming a polycrystalline silicon film) 42 and a second sacrificial film 62 made of, for example, silicon oxide, are laminated in this order, for example, by CVD. To do. Then, a resist film (not shown) patterned so as to correspond to the shape of the support beam 31 provided with the through-hole 32 and the vibration plate 10 is laminated on the upper layer side of the second sacrificial film 62, and FIGS. As shown in FIG. 13, the second sacrificial film 62 and the second polysilicon film 42 are dry-etched through this resist film. Thereafter, the resist film is peeled off. The second polysilicon film 42 forms a second conductive film. Note that the thickness of the first sacrificial film 61 and the second sacrificial film 62 is about several hundred nm.

次いで、以上の工程において形成された第2の犠牲膜62及び第2のポリシリコン膜42からなる構造体を覆うように、ALD(Atomic Layer Deposition)法を用いて、酸化シリコンからなる第3の犠牲膜(上層側犠牲膜)63をギャップ酸化膜として成膜する。具体的には、図14に示すように、20Pa程度の真空雰囲気において、50℃〜400℃この例では250℃に加熱されたベース基板1に対して、アルミニウムを含む第1のガス例えばTMA(トリメチルアルミニウム)ガスを供給する。この第1のガスは、ベース基板1の表面(詳しくは第1の犠牲膜61、第2のポリシリコン膜42及び第2の犠牲膜62の各々の露出面)に亘って、原子層や分子層が1層あるいは複数層吸着して、吸着層71が形成される。   Next, a third layer made of silicon oxide is used by an ALD (Atomic Layer Deposition) method so as to cover the structure made up of the second sacrificial film 62 and the second polysilicon film 42 formed in the above steps. A sacrificial film (upper layer sacrificial film) 63 is formed as a gap oxide film. Specifically, as shown in FIG. 14, in a vacuum atmosphere of about 20 Pa, a first gas containing aluminum, such as TMA (for example, TMA) is applied to the base substrate 1 heated to 50 ° C. to 400 ° C. in this example, 250 ° C. (Trimethylaluminum) gas is supplied. The first gas extends over the surface of the base substrate 1 (specifically, the exposed surfaces of the first sacrificial film 61, the second polysilicon film 42, and the second sacrificial film 62). The adsorption layer 71 is formed by adsorbing one or more layers.

続いて、ベース基板1が置かれる雰囲気から前記第1のガスを排気した後、第2のガス例えばHO(水)ガスをベース基板1に供給すると、図15に示すように、ベース基板1上の吸着層71が酸化されて、アルミナ(Al:酸化アルミニウム)からなる酸化層72が形成される。こうして第1のガスと第2のガスを交互に切り替えながら多数回に亘って酸化層72を積層すると、図16に示すように、膜厚寸法tが10nm〜100nmの第3の犠牲膜63が形成される。このようにALD法により第3の犠牲膜63を成膜すると、水平面(第1の犠牲膜61の表面や第2の犠牲膜62の表面)及び垂直面(第2のポリシリコン膜42の側周面及び第2の犠牲膜62の側周面)に亘って、膜厚の均一性が±1%程度もの極めて平滑な第3の犠牲膜63が得られる。従って、第3の犠牲膜63は、面内に亘って膜厚が揃う。尚、ALD法により第3の犠牲膜63を成膜する成膜装置については、従前の装置が用いられるため、後で説明する。 Subsequently, when the first gas is exhausted from the atmosphere in which the base substrate 1 is placed and then a second gas, for example, H 2 O (water) gas is supplied to the base substrate 1, as shown in FIG. 1 is oxidized to form an oxide layer 72 made of alumina (Al 2 O 3 : aluminum oxide). Thus, when the oxide layer 72 is stacked many times while alternately switching the first gas and the second gas, the third sacrificial film 63 having a film thickness t of 10 nm to 100 nm is formed as shown in FIG. It is formed. When the third sacrificial film 63 is thus formed by the ALD method, the horizontal plane (the surface of the first sacrificial film 61 and the surface of the second sacrificial film 62) and the vertical plane (on the side of the second polysilicon film 42). An extremely smooth third sacrificial film 63 having a film thickness uniformity of about ± 1% is obtained over the peripheral surface and the side peripheral surface of the second sacrificial film 62. Therefore, the third sacrificial film 63 has a uniform thickness over the entire surface. Note that a conventional apparatus is used as a film forming apparatus for forming the third sacrificial film 63 by the ALD method, and will be described later.

次に、図17〜図19に示すように、図示しないレジスト膜を介して犠牲膜61〜63をドライエッチングして、貫通口32及び電極20の各々の下方側における導電膜5(第1のポリシリコン膜41)を露出させる。この時、第2のポリシリコン膜42の上面側における貫通口32の周囲の第2の犠牲膜62及び第3の犠牲膜63については、既述の支持柱33と支持梁31とを互いに接触させるために、当該貫通口32の開口寸法よりも一回り大きく開口するするように(貫通口32の周囲において第2のポリシリコン膜42が露出するように)エッチングする。その後、レジスト膜を除去する。   Next, as shown in FIGS. 17 to 19, the sacrificial films 61 to 63 are dry-etched through a resist film (not shown), and the conductive film 5 (first film) on the lower side of each of the through hole 32 and the electrode 20. The polysilicon film 41) is exposed. At this time, with respect to the second sacrificial film 62 and the third sacrificial film 63 around the through-hole 32 on the upper surface side of the second polysilicon film 42, the above-described support pillar 33 and the support beam 31 are brought into contact with each other. In order to achieve this, etching is performed so that the opening is slightly larger than the opening size of the through-hole 32 (so that the second polysilicon film 42 is exposed around the through-hole 32). Thereafter, the resist film is removed.

そして、図20〜図21に示すように、多結晶シリコンからなる第3のポリシリコン膜43をベース基板1上に形成して、第3のポリシリコン膜43にリンをドープする。この第3のポリシリコン膜43は、既述の貫通口32の内部領域などの露出面に沿うように形成される。従って、第3のポリシリコン膜43と貫通口32の下方側の導電膜5及び電極20の下方側の導電膜5とは、各々互いに接触(導通)する。また、第3のポリシリコン膜43と振動板10との間には、既述の第3の犠牲膜63が介在しているので、これら第3のポリシリコン膜43と振動板10とは、当該第3の犠牲膜63の膜厚寸法tの分だけ互いに離間する。しかる後、電極20、支持柱33及び梁部10a以外の領域が開口する図示しないレジスト膜を形成して、図22〜図24に示すように、第3のポリシリコン膜43をドライエッチングする。   20 to 21, a third polysilicon film 43 made of polycrystalline silicon is formed on the base substrate 1, and the third polysilicon film 43 is doped with phosphorus. The third polysilicon film 43 is formed along the exposed surface such as the inner region of the through hole 32 described above. Therefore, the third polysilicon film 43, the conductive film 5 below the through-hole 32, and the conductive film 5 below the electrode 20 are in contact (conducting) with each other. Further, since the above-described third sacrificial film 63 is interposed between the third polysilicon film 43 and the diaphragm 10, the third polysilicon film 43 and the diaphragm 10 are The third sacrificial film 63 is separated from each other by the film thickness dimension t. Thereafter, a resist film (not shown) having an opening other than the electrode 20, the support pillar 33, and the beam portion 10a is formed, and the third polysilicon film 43 is dry-etched as shown in FIGS.

続いて、例えばフッ化水素水溶液などのエッチング液に、ベース基板1上に形成された構造体を当該ベース基板1と共に浸漬すると、このエッチング液が第3のポリシリコン膜43の下方側や支持梁31の周囲に回り込んでいく。この時、第3の犠牲膜63は、通常であれば(例えばCVD法により成膜した場合には)、前記エッチング液に溶解しないセラミックスであるアルミナにより構成されているが、ALD法により成膜しているので、このエッチング液に極めて容易に且つ速やかに溶解する。従って、このウエットエッチングにより、既述の図1〜図4に示したように、犠牲膜61〜63が除去される。こうして第3の犠牲膜63の膜厚寸法tの分だけ、電極20と振動板10とが互いに離間すると共に、振動板10が第1のポリシリコン膜41から浮いた状態となって支持柱33を介して支持される。また、梁部10aについては、第2の犠牲膜62及び第3の犠牲膜63の膜厚分だけ振動板10から浮いた状態となる。ここで、第3の犠牲膜63の膜厚寸法が既述のように極めて薄いので、電極20と振動板10との間の領域にはエッチング液が回り込みにくくなっている。しかし、この第3の犠牲膜63をエッチングされやすいALD膜により構成していることから、当該第3の犠牲膜63が速やかにエッチングされて、スループットの低下が抑えられる。
その後、図25に示すように、各振動子を区画するダイシングライン73に沿ってベース基板1を切断することにより、各々の振動子が個片化される。
Subsequently, when the structure formed on the base substrate 1 is immersed together with the base substrate 1 in an etching solution such as an aqueous hydrogen fluoride solution, the etching solution is placed below the third polysilicon film 43 or on the support beam. It goes around 31. At this time, the third sacrificial film 63 is usually made of alumina which is a ceramic that does not dissolve in the etching solution (for example, when formed by the CVD method), but is formed by the ALD method. Therefore, it dissolves very easily and quickly in this etching solution. Therefore, the sacrificial films 61 to 63 are removed by this wet etching as shown in FIGS. Thus, the electrode 20 and the diaphragm 10 are separated from each other by the film thickness dimension t of the third sacrificial film 63, and the diaphragm 10 is in a state of floating from the first polysilicon film 41. Supported through. Further, the beam portion 10 a is in a state of floating from the diaphragm 10 by the thickness of the second sacrificial film 62 and the third sacrificial film 63. Here, since the film thickness dimension of the third sacrificial film 63 is extremely thin as described above, it is difficult for the etching solution to enter the region between the electrode 20 and the diaphragm 10. However, since the third sacrificial film 63 is formed of an ALD film that is easily etched, the third sacrificial film 63 is quickly etched, and a reduction in throughput is suppressed.
Thereafter, as shown in FIG. 25, each vibrator is separated into pieces by cutting the base substrate 1 along dicing lines 73 that divide each vibrator.

上述の実施の形態によれば、ディスク振動子をベース基板1上に形成するにあたり、振動板10と電極20との間に成膜する第3の犠牲膜63として、ALD法によって形成したアルミナ膜を用いている。そのため、この第3の犠牲膜63は、ベース基板1の面内において膜厚寸法tが極めて均一となり、しかもフッ化水素水溶液に速やかに溶解する。従って、ある一つの振動子では振動板10と電極20との間の隙間寸法hのばらつきが極めて小さく抑えられ、また各々の振動子間においても前記隙間寸法hが揃う。即ち、振動子は、既述のように振動板10と電極20との間の静電結合により、当該振動板10の振動(入力信号の入力)とこの振動の取り出し(出力信号の出力)が行われる。従って、ある振動子について、振動板10及び第1の電極21、21間の隙間寸法hと、振動板10及び第2の電極22、22の隙間寸法hとが違っていると、例えば入力信号に対応したレベルの出力信号が得られなくなってしまう。また、隙間寸法hが振動子間でばらつくと、例えば得られる出力信号の出力レベルが各々の振動子の間でばらついてしまう。しかし、第3の犠牲膜63をALD法により形成することによって、多数の振動子を形成する場合であっても、各々の振動子の特性を設定通りの値に揃えることができる。   According to the above-described embodiment, when the disk vibrator is formed on the base substrate 1, the alumina film formed by the ALD method is used as the third sacrificial film 63 formed between the diaphragm 10 and the electrode 20. Is used. Therefore, the third sacrificial film 63 has a very uniform film thickness dimension t in the plane of the base substrate 1 and dissolves quickly in the hydrogen fluoride aqueous solution. Therefore, in a certain vibrator, the variation in the gap dimension h between the diaphragm 10 and the electrode 20 is suppressed to be extremely small, and the gap dimension h is uniform between the vibrators. That is, as described above, the vibrator is capable of vibrating the diaphragm 10 (input signal input) and extracting the vibration (output signal output) by electrostatic coupling between the diaphragm 10 and the electrode 20 as described above. Done. Therefore, for a certain vibrator, if the gap dimension h between the diaphragm 10 and the first electrodes 21 and 21 and the gap dimension h between the diaphragm 10 and the second electrodes 22 and 22 are different, for example, an input signal An output signal having a level corresponding to the above cannot be obtained. Further, when the gap dimension h varies between the vibrators, for example, the output level of the obtained output signal varies between the vibrators. However, by forming the third sacrificial film 63 by the ALD method, even when a large number of vibrators are formed, the characteristics of the vibrators can be set to values as set.

この時、ALD法を適用して成膜するにあたり、膜厚が数百nm程度もの厚膜である第1の犠牲膜61や第2の犠牲膜62ではなく、膜厚寸法tが100nm以下もの極めて薄膜で且つ膜厚寸法tについて高い均一性が求められる第3の犠牲膜63を対象としているので、生産性の低下やコストアップ(ガスの使用量の増加など)を抑えることができる。また、ALD法により第3の犠牲膜63を成膜しているので、貫通口32の内部などの極めて狭い領域に対しても良好に薄膜を埋め込むことができる。
また、例えば酸化シリコン膜と比べて、第3の犠牲膜63のフッ化水素水溶液に対する溶解速度が速いので、当該第3の犠牲膜63のウエットエッチングに要する時間を短縮することができ、従って振動子を速やかに製造することができる。言い換えると、第3の犠牲膜63としてALD法により成膜したアルミナ膜を用いることにより、第3の犠牲膜63として酸化シリコン膜を用いた場合よりも生産性を高めることができる。
At this time, when the film is formed by applying the ALD method, the film thickness dimension t is 100 nm or less, not the first sacrificial film 61 and the second sacrificial film 62 which are as thick as several hundred nm. Since the third sacrificial film 63 that is extremely thin and requires high uniformity with respect to the film thickness dimension t is targeted, it is possible to suppress a decrease in productivity and an increase in cost (an increase in the amount of gas used). Further, since the third sacrificial film 63 is formed by the ALD method, the thin film can be satisfactorily embedded even in an extremely narrow region such as the inside of the through hole 32.
Further, for example, the dissolution rate of the third sacrificial film 63 in the aqueous hydrogen fluoride solution is faster than that of the silicon oxide film, so that the time required for wet etching of the third sacrificial film 63 can be shortened, and therefore vibrations are generated. The child can be manufactured quickly. In other words, by using an alumina film formed by the ALD method as the third sacrificial film 63, productivity can be improved as compared with the case where a silicon oxide film is used as the third sacrificial film 63.

ここで、フッ化水素水溶液に対する各膜のエッチング速度を比較した結果を図26に示す。図26は、窒化シリコン(Si−N)膜、熱酸化膜(シリコン層を熱酸化させて得られる膜)、TEOS膜(オルトケイ酸テトラエチル:Si(OC)を基板上に塗布して、その後熱処理して得られる膜)、HTO膜(例えば800℃程度の高温にて減圧CVD法で得られる膜)及び既述の第3の犠牲膜63について、各々5%のフッ化水素水溶液に浸漬した時のエッチングレートを示している。その結果、第3の犠牲膜63は、他の酸化シリコン膜よりも3倍以上もの速いエッチングレートとなっていた。 Here, the results of comparing the etching rates of the respective films with respect to the hydrogen fluoride aqueous solution are shown in FIG. In FIG. 26, a silicon nitride (Si—N) film, a thermal oxide film (a film obtained by thermally oxidizing a silicon layer), and a TEOS film (tetraethyl orthosilicate: Si (OC 2 H 5 ) 4 are applied on a substrate. 5% hydrogen fluoride aqueous solution for each of the above-described third sacrificial film 63 and the HTO film (for example, a film obtained by the low pressure CVD method at a high temperature of about 800 ° C.). The etching rate when immersed in the film is shown. As a result, the third sacrificial film 63 has an etching rate that is three times faster than other silicon oxide films.

以下に、既述の第3の犠牲膜63をALD法を用いて成膜するための装置の一例について、図27を参照して簡単に説明する。図27中81はベース基板1を載置するための載置台、82はこの載置台81を収納して成膜処理を行うための真空容器である。載置台81の上方側には、当該載置台81に対向するようにガス供給部83が設けられており、このガス供給部83の内部には、既述の第1のガス及び第2のガスが互いに混ざり合わずに載置台81に対して吐出できるように図示しないガス流路が形成されている。また、ガス供給部83に夫々第1のガス及び第2のガスを供給するための第1の供給路84及び第2の供給路85には、夫々窒素ガスを供給するためのパージガス供給路86が介設されており、第1のガス及び第2のガスを切り替える時には、窒素ガスをパージガスとして真空容器82内に供給し、当該真空容器82内の雰囲気を置換できるように構成されている。尚、図27中87は搬送口、88は真空ポンプである。また、載置台81には図示しないヒーターが設けられているが、ここでは描画を省略している。   Hereinafter, an example of an apparatus for forming the above-described third sacrificial film 63 using the ALD method will be briefly described with reference to FIG. In FIG. 27, reference numeral 81 denotes a mounting table for mounting the base substrate 1, and 82 denotes a vacuum container for storing the mounting table 81 and performing a film forming process. A gas supply unit 83 is provided above the mounting table 81 so as to face the mounting table 81, and the first gas and the second gas described above are provided inside the gas supply unit 83. A gas flow path (not shown) is formed so that the gas can be discharged to the mounting table 81 without being mixed with each other. A purge gas supply path 86 for supplying nitrogen gas to the first supply path 84 and the second supply path 85 for supplying the first gas and the second gas to the gas supply section 83, respectively. When the first gas and the second gas are switched, nitrogen gas is supplied as a purge gas into the vacuum vessel 82 and the atmosphere in the vacuum vessel 82 can be replaced. In FIG. 27, reference numeral 87 denotes a transport port, and 88 denotes a vacuum pump. The mounting table 81 is provided with a heater (not shown), but the drawing is omitted here.

このような装置において既述の第3の犠牲膜63を成膜する場合には、載置台81にベース基板1を載置した後、真空容器82内を真空引きして成膜処理に適した処理圧力に設定する。次いで、第1のガスをベース基板1に供給し、既述の吸着層71を形成した後、真空容器82内に窒素ガスを供給して当該真空容器82内の雰囲気を置換する。続いて、第2のガスをベース基板1に供給して酸化層72を形成し、同様に真空容器82内の雰囲気を窒素ガスで置換する。こうして多数回に亘って順次ガスを切り替えることにより、第3の犠牲膜63が成膜される。   When the above-described third sacrificial film 63 is formed in such an apparatus, after the base substrate 1 is placed on the placing table 81, the inside of the vacuum vessel 82 is evacuated and is suitable for the film forming process. Set to processing pressure. Next, after supplying the first gas to the base substrate 1 and forming the aforementioned adsorption layer 71, nitrogen gas is supplied into the vacuum vessel 82 to replace the atmosphere in the vacuum vessel 82. Subsequently, the second gas is supplied to the base substrate 1 to form the oxide layer 72, and the atmosphere in the vacuum vessel 82 is similarly replaced with nitrogen gas. Thus, the third sacrificial film 63 is formed by sequentially switching the gas over many times.

以上述べたように、ALD法により膜厚寸法tが均一で且つフッ化水素水溶液に可溶な第3の犠牲膜63を成膜するためには、成膜温度(ベース基板1の加熱温度)については50℃〜400℃、成膜時の処理圧力を1Pa〜100Paに夫々設定しても良いし、第1のガス及び第2のガスとして夫々ジメチルエチルアミンアレイン(Dimethylethylaminealane)やジメチルアルミニウムハイドレート(Dimethylaluminum hydride)及びオゾンなどを用いても良い。   As described above, in order to form the third sacrificial film 63 having a uniform film thickness t and soluble in an aqueous hydrogen fluoride solution by the ALD method, the film formation temperature (the heating temperature of the base substrate 1) is used. May be set to 50 ° C. to 400 ° C. and the processing pressure during film formation may be set to 1 Pa to 100 Pa, respectively. As the first gas and the second gas, dimethylethylamine lane or dimethylaluminum hydrate ( Dimethyl hydride) or ozone may be used.

また、第3の犠牲膜63について、ALD法により成膜したアルミニウムと酸素とを含むアルミナ膜として説明したが、これらアルミニウムや酸素以外にも、不純物レベルで他の元素例えばC(炭素)やH(水素)などを含んでいても良いし、あるいは例えば3%程度まで前記他の元素を混入させても良い。即ち、この程度の不純物レベルであれば、既述のようにフッ化水素水溶液に対して良好なウエットエッチングレートが得られる。また、第3の犠牲膜63の膜厚寸法tとしては、薄すぎると振動板10と電極20との間の隙間寸法hを確保しにくくなり、一方厚すぎると当該第3の犠牲膜63の成膜に長時間必要となり生産性が低下すると共に、振動板10と電極20との間の静電結合が得られにくくなることから、10nm〜100nm好ましくは30nm〜80nmである。更に、第1の犠牲膜61及び第2の犠牲膜62について、各々酸化シリコン膜により構成したが、第3の犠牲膜63と同様にALD法により成膜したアルミナ膜を用いても良い。   The third sacrificial film 63 has been described as an alumina film containing aluminum and oxygen formed by the ALD method. However, in addition to these aluminum and oxygen, other elements such as C (carbon) and H can be used at the impurity level. (Hydrogen) may be contained, or the other element may be mixed up to about 3%, for example. That is, at this level of impurities, a good wet etching rate can be obtained for the hydrogen fluoride aqueous solution as described above. Further, if the film thickness dimension t of the third sacrificial film 63 is too thin, it is difficult to secure the gap dimension h between the diaphragm 10 and the electrode 20, while if it is too thick, the third sacrificial film 63 has a thickness t. The film formation takes a long time and productivity is lowered, and electrostatic coupling between the vibration plate 10 and the electrode 20 is difficult to obtain, so that the thickness is 10 nm to 100 nm, preferably 30 nm to 80 nm. Furthermore, although the first sacrificial film 61 and the second sacrificial film 62 are each composed of a silicon oxide film, an alumina film formed by the ALD method may be used similarly to the third sacrificial film 63.

また、円形の振動板10について説明したが、振動板10は、楕円や四角形状あるいは三角形状などであっても良い。更に、ベース基板1としては、シリコンに代えて窒化膜やポリイミド膜などを用いても良いし、ポリシリコン膜41〜43としては、他の導電膜例えばアルミニウムや銅などの金属膜あるいはSiGe(シリコンーゲルマニウム化合物)などを用いても良い。更にまた、犠牲膜61〜63を除去する時に用いるエッチング剤としては、フッ化水素水溶液に代えて、フッ化水素の蒸気(気体)を用いても良い。   Further, although the circular diaphragm 10 has been described, the diaphragm 10 may be an ellipse, a quadrangle, a triangle, or the like. Further, as the base substrate 1, a nitride film or a polyimide film may be used instead of silicon, and as the polysilicon films 41 to 43, other conductive films such as a metal film such as aluminum or copper, or SiGe (silicon A germanium compound) may be used. Furthermore, as an etchant used when removing the sacrificial films 61 to 63, vapor (gas) of hydrogen fluoride may be used instead of the hydrogen fluoride aqueous solution.

1 ベース基板
10 振動板
20〜22 電極
30 支持部
31 支持梁
33 支持柱
41〜43 ポリシリコン膜
61〜63 犠牲膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base substrate 10 Diaphragm 20-22 Electrode 30 Support part 31 Support beam 33 Support pillar 41-43 Polysilicon film 61-63 Sacrificial film

Claims (5)

振動板とこの振動板を振動させるために当該振動板の周囲に配置された電極とを備えた振動子をベース基板上に形成する方法において、
第1の導電膜を前記ベース基板上に形成すると共に、この第1の導電膜に対してパターニングして、前記振動板の側面を下方側から支持するための振動板基部及び前記電極を下方側から支持するための電極基部を各々形成する工程と、
前記第1の導電膜を覆うように、下層側犠牲膜及び第2の導電膜を下側からこの順番で積層する工程と、
前記第2の導電膜に対してパターニングして、前記振動板とこの振動板から前記振動板基部の上方側に向かって伸びる支持梁とを各々形成する工程と、
次いで、前記第2の導電膜を覆うように、アルミニウム及び酸素を含む上層側犠牲膜を成膜する工程と、
前記振動板の側周面に前記上層側犠牲膜を残したまま、前記電極基部を露出させると共に、前記支持梁を上下に貫通する貫通口を介して前記振動板基部を露出させるために、前記下層側犠牲膜及び前記上層側犠牲膜を各々エッチングする工程と、
続いて、前記上層側犠牲膜を覆うように第3の導電膜を形成して、この第3の導電膜に対してパターニングすることにより、前記電極を形成すると共に、前記貫通口を介して前記振動板基部及び前記支持梁を互いに接続するための支持柱を形成する工程と、
しかる後、フッ化水素を用いて前記上層側犠牲膜をエッチングすることにより、前記上層側犠牲膜の膜厚分だけ前記振動板と前記電極とを互いに離間させる工程と、を含み、
前記上層側犠牲膜を成膜する工程は、互いに反応する第1のガスと第2のガスとを順番に前記ベース基板に対して供給する工程であることを特徴とする振動子の製造方法。
In a method of forming a vibrator on a base substrate including a diaphragm and an electrode disposed around the diaphragm to vibrate the diaphragm,
A first conductive film is formed on the base substrate and patterned on the first conductive film, and a diaphragm base for supporting a side surface of the diaphragm from the lower side and the electrode on the lower side Forming each of the electrode bases to support from,
Laminating a lower-layer sacrificial film and a second conductive film in this order from the lower side so as to cover the first conductive film;
Patterning the second conductive film to form the diaphragm and a support beam extending from the diaphragm toward the upper side of the diaphragm base;
Next, a step of forming an upper sacrificial film containing aluminum and oxygen so as to cover the second conductive film;
In order to expose the electrode base while leaving the upper-layer-side sacrificial film on the peripheral surface of the diaphragm, and to expose the diaphragm base through a through-hole penetrating the support beam vertically, Etching the lower sacrificial film and the upper sacrificial film,
Subsequently, a third conductive film is formed so as to cover the upper-layer sacrificial film, and the third conductive film is patterned to form the electrode, and through the through-hole, the electrode is formed. Forming a support column for connecting the diaphragm base and the support beam to each other;
Thereafter, by etching the upper sacrificial film using hydrogen fluoride, the diaphragm and the electrode are separated from each other by the film thickness of the upper sacrificial film,
The step of forming the upper-layer sacrificial film is a step of supplying a first gas and a second gas that react with each other in order to the base substrate.
前記上層側犠牲膜の膜厚寸法は、10nm〜100nmであることを特徴とする請求項1に記載の振動子の製造方法。   The method for manufacturing a vibrator according to claim 1, wherein a film thickness dimension of the upper-layer sacrificial film is 10 nm to 100 nm. 前記支持柱を形成する工程の後、前記下層側犠牲膜をエッチングすることにより、前記振動板を前記ベース基板から浮かせる工程を行うことを特徴とする請求項1または2に記載の振動子の製造方法。   3. The vibrator manufacturing method according to claim 1, wherein after the step of forming the support pillar, a step of floating the diaphragm from the base substrate is performed by etching the lower-layer sacrificial film. Method. 前記振動子は、前記ベース基板上に縦横に多数形成されていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一つに記載の振動子の製造方法。   4. The method of manufacturing a vibrator according to claim 1, wherein a large number of the vibrators are formed vertically and horizontally on the base substrate. 5. 前記ベース基板及び前記下層側犠牲膜は、夫々シリコン基板及びシリコン酸化膜であり、
前記第1の導電膜、前記第2の導電膜及び前記第3の導電膜は、各々ポリシリコン膜であることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一つに記載の振動子の製造方法。
The base substrate and the lower layer side sacrificial film are a silicon substrate and a silicon oxide film, respectively.
5. The vibrator manufacturing method according to claim 1, wherein each of the first conductive film, the second conductive film, and the third conductive film is a polysilicon film. 6. Method.
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