JP2013239899A - Oscillator manufacturing method - Google Patents
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Abstract
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(SiO2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。
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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H2O(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(Al2O3: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
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
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
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
Thereafter, as shown in FIG. 25, each vibrator is separated into pieces by cutting the
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
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
Further, for example, the dissolution rate of the third
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(OC2H5)4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
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
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
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
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
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
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
Claims (5)
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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WO2017081806A1 (en) * | 2015-11-13 | 2017-05-18 | 株式会社日立製作所 | Mems element and method for manufacturing same |
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017081806A1 (en) * | 2015-11-13 | 2017-05-18 | 株式会社日立製作所 | Mems element and method for manufacturing same |
JPWO2017081806A1 (en) * | 2015-11-13 | 2018-06-14 | 株式会社日立製作所 | MEMS device and manufacturing method thereof |
KR20200035211A (en) | 2018-09-25 | 2020-04-02 | 가부시키가이샤 코쿠사이 엘렉트릭 | Method of manufacturing semiconductor device, substrate processing apparatus and non-transitory computer-readable recording medium |
KR20200035346A (en) | 2018-09-26 | 2020-04-03 | 가부시키가이샤 코쿠사이 엘렉트릭 | Method of manufacturing semiconductor device, substrate processing apparatus and non-transitory computer-readable recording medium |
US11027970B2 (en) | 2018-09-26 | 2021-06-08 | Kokusai Electric Corporation | Method of manufacturing semiconductor device |
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