JP2014030878A - Mems element, electronic apparatus and manufacturing method for mems element - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an MEMS element in which a depressurized state of a cavity portion disposed with an MEMS structure is maintained and deterioration of characteristics is suppressed, and further to provide a manufacturing method therefor.SOLUTION: An MEMS element 100 provided with an MEMS vibrator 3 disposed in a cavity portion 2 formed by a sacrifice layer laminated on a principal surface of a wafer substrate 1 being subjected to etching comprises: a side wall portion 20 for implementing the cavity portion 2; a first coating layer 30 that covers the side wall portion 20 and the cavity portion 2, is laminated thereon and has one or more openings 31 passing therethrough into the cavity portion 2; and a second coating layer 32 that is laminated on the first coating layer 30 and seals the openings 31. The side wall portion 20 is configured so as to include a wiring layer 21 of the MEMS element 100. The side wall portion 20 and the openings 31 are formed at positions where a maximum length from the side wall portion 20 to the nearest opening 31 thereto is less than a length obtained on the basis of a product obtained by multiplying an etching speed by a predetermined period of time for performing etching.

Description

本発明は、MEMS素子、電子機器、およびMEMS素子の製造方法に関する。   The present invention relates to a MEMS element, an electronic device, and a method for manufacturing the MEMS element.

一般に、微細加工技術を利用して形成されたMEMS(Micro Electro Mechanical System)デバイスと呼ばれる機械的に可動な構造体を備えた電気機械系構造体が知られている。例えば、特許文献1には、半導体基板上に形成された固定電極と可動電極とからなる振動子を有するMEMS素子が記載されている。このような可動部の振動を利用するMEMSデバイスの場合には、可動部の振動時における空気抵抗を減少させ、優れた振動特性を得るために、MEMS構造体部分を減圧雰囲気にて気密封止し減圧状態を維持する必要がある。特許文献1に記載のMEMS素子では、固定電極および可動電極が減圧状態で気密封止された空洞部(以下キャビティーとも言う)内に収容されている。このキャビティーや、可動電極の可動空間は、可動電極の周辺に形成した酸化膜層などの犠牲層をエッチングにより除去(リリースエッチング)することで形成され、洗浄後に減圧雰囲気にてエッチング液を導入した開口部分を金属層などで封止することによって減圧状態が維持される。   In general, an electromechanical structure having a mechanically movable structure called a MEMS (Micro Electro Mechanical System) device formed by utilizing a microfabrication technique is known. For example, Patent Document 1 describes a MEMS element having a vibrator formed of a fixed electrode and a movable electrode formed on a semiconductor substrate. In the case of a MEMS device that uses such vibration of the movable part, the MEMS structure part is hermetically sealed in a reduced-pressure atmosphere in order to reduce air resistance during vibration of the movable part and to obtain excellent vibration characteristics. However, it is necessary to maintain a reduced pressure state. In the MEMS element described in Patent Document 1, the fixed electrode and the movable electrode are accommodated in a cavity (hereinafter also referred to as a cavity) hermetically sealed in a reduced pressure state. The cavity and the movable space of the movable electrode are formed by removing (release etching) a sacrificial layer such as an oxide film layer formed around the movable electrode by etching. After cleaning, an etching solution is introduced in a reduced-pressure atmosphere. The reduced pressure state is maintained by sealing the opened portion with a metal layer or the like.

特開2007−222956号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2007-2222956

しかしながら、封止した後に、キャビティー内にアウトガスが発生する積層部が露出していたり、アウトガスが発生する残留物があったりした場合に、キャビティー内が減圧状態に維持されず、MEMSデバイスの特性が劣化してしまうという問題があった。特に、電気配線層のステップカバレージを良好にするためのSOG(Spin on Glass)膜は、アウトガスを発生させる傾向があるため、キャビティー内への露出や残留を避ける必要があった。このため、キャビティー周辺にSOG膜を形成している場合には、過度なエッチングによりSOG膜が露出してしまわないようにエッチング時間の管理を行なっていた。一方、エッチングが不足すると、犠牲層が残留し、MEMS構造体の寸法精度が低下してしまう場合があった。そのため、エッチング時間やエッチング条件の正確な設定や、エッチングのばらつきを抑えるための厳格な管理が必要であった。近年、ますますMEMSデバイスの小型化が進む中で、この管理幅(マージン)が少なくなり、歩留まりを低下させてしまう場合があるなどの課題もあった。   However, after the sealing, when the laminated part where outgas is generated is exposed in the cavity or there is a residue where outgas is generated, the inside of the cavity is not maintained in a reduced pressure state, and the MEMS device There was a problem that the characteristics deteriorated. In particular, since an SOG (Spin on Glass) film for improving the step coverage of the electric wiring layer tends to generate outgas, it is necessary to avoid exposure and residual in the cavity. Therefore, when an SOG film is formed around the cavity, the etching time is managed so that the SOG film is not exposed by excessive etching. On the other hand, when the etching is insufficient, the sacrificial layer remains, and the dimensional accuracy of the MEMS structure may be lowered. For this reason, it is necessary to accurately set the etching time and etching conditions and to strictly manage the variation in etching. In recent years, as the size of MEMS devices has been further reduced, this management width (margin) has decreased, and there has been a problem that yield may be reduced.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例または形態として実現することが可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following application examples or forms.

[適用例1]本適用例に係るMEMS素子は、基板の主面に積層された犠牲層がエッチングされることにより形成される空洞部に配置されたMEMS構造体を備えるMEMS素子であって、前記空洞部を画設する側壁部と、前記側壁部と前記空洞部を覆い積層され、前記空洞部に貫通するひとつ以上の開口を有する第1被覆層と、前記第1被覆層に積層され、前記開口を封止する第2被覆層と、を備え、前記側壁部は、前記MEMS素子の配線層を含み構成され、前記側壁部および前記開口は、前記側壁部から最も近い前記開口までの最大の長さが、前記エッチングの速度と前記エッチングを行なう所定の時間との積に基づいて得られる長さより短い位置に形成されていることを特徴とする。   Application Example 1 A MEMS element according to this application example is a MEMS element including a MEMS structure disposed in a cavity formed by etching a sacrificial layer stacked on a main surface of a substrate, A side wall part defining the cavity part, a first covering layer that covers and laminates the side wall part and the cavity part, and has one or more openings penetrating the cavity part; and laminated on the first covering layer; A second covering layer that seals the opening, and the side wall portion includes a wiring layer of the MEMS element, and the side wall portion and the opening are a maximum from the side wall portion to the opening closest to the side wall portion. Is formed at a position shorter than the length obtained based on the product of the etching speed and the predetermined time for performing the etching.

本適用例によれば、側壁部は、MEMS素子の配線層を含み構成され、側壁部および開口は、側壁部から最も近い開口までの最大の長さが、エッチングの速度とエッチングを行なう所定の時間との積に基づいて得られる長さより短い位置に形成されている。つまり、側壁部および開口は、犠牲層のエッチングを行なう所定の時間において、側壁部と開口との間の犠牲層が残らずエッチング除去される位置に形成されている。
従って、犠牲層の一部に、アウトガスが発生する材料が使われていた場合であっても、所定時間のエッチングを行なうことで除去することができる。具体的には、例えば、側壁部を構成するMEMS素子の配線層にステップカバレージを良好にするためのSOG膜が用いられている場合であっても、SOG膜を含めて、側壁部と開口との間の犠牲層が残らずエッチング除去されるため、キャビティー内にSOG膜が残留したり、キャビティー内にSOG膜が露出したりすることが無い。その結果、SOG膜が発生させるアウトガスによる影響が無くなる、あるいは低減させることができるため、キャビティー内を減圧状態に維持することが可能となる。あるいは、より長期間減圧状態に維持することが可能となる。
また、側壁部に配線層を使用することによって、エッチングストッパーとして機能させることができるため、エッチングの終了タイミングを厳格に管理する必要がなく、エッチング工程の管理幅(マージン)を大きく取ることが可能となる。
つまり、本適用例によれば、キャビティー内に発生するアウトガスによって特性劣化が発生することが無い、あるいは特性劣化が抑制された優れたMEMS素子を、より管理が簡略化された工程によって提供することができる。
According to this application example, the sidewall portion includes the wiring layer of the MEMS element, and the sidewall portion and the opening have a maximum length from the sidewall portion to the nearest opening. It is formed at a position shorter than the length obtained based on the product with time. That is, the side wall portion and the opening are formed at a position where the sacrificial layer between the side wall portion and the opening is not etched and left in a predetermined time for etching the sacrificial layer.
Therefore, even if a material that generates outgas is used for part of the sacrificial layer, it can be removed by etching for a predetermined time. Specifically, for example, even when the SOG film for improving the step coverage is used for the wiring layer of the MEMS element constituting the side wall part, the side wall part and the opening including the SOG film are provided. As a result, the SOG film is not left in the cavity and the SOG film is not exposed in the cavity. As a result, the influence of outgas generated by the SOG film can be eliminated or reduced, so that the inside of the cavity can be maintained in a reduced pressure state. Or it becomes possible to maintain a pressure-reduced state for a longer period of time.
In addition, by using a wiring layer on the side wall, it can function as an etching stopper, so there is no need to strictly control the end timing of etching, and the management range (margin) of the etching process can be increased. It becomes.
That is, according to this application example, an excellent MEMS element in which characteristic deterioration does not occur due to outgas generated in the cavity or is suppressed, is provided by a process in which management is further simplified. be able to.

[適用例2]上記適用例に係るMEMS素子において、前記側壁部は、前記主面を平面視したときに、多角形状に前記空洞部を画設していることを特徴とする。   Application Example 2 In the MEMS element according to the application example described above, the side wall portion includes the cavity portion in a polygonal shape when the main surface is viewed in plan.

本適用例によれば、側壁部は、多角形状に空洞部を画設している。従来、一般に矩形状であった空洞部に対して、多角形状とすることにより、開口(エッチングホール)から、従来の矩形コーナーの側壁部までの最大長さを短縮することができる。その結果、犠牲層をエッチングして空洞部を形成する工程において、エッチング液を導入する開口の数を増やすことなく、安定して犠牲層を残さずにエッチング除去することができるようになる。開口を増やすことなく空洞部が形成されるため、減圧状態の維持がより確実になる。   According to this application example, the side wall portion is provided with a hollow portion in a polygonal shape. Conventionally, the maximum length from the opening (etching hole) to the side wall portion of the conventional rectangular corner can be shortened by forming a polygonal shape with respect to the hollow portion that has been generally rectangular. As a result, in the step of forming the cavity by etching the sacrificial layer, the sacrificial layer can be stably removed without leaving the sacrificial layer without increasing the number of openings into which the etchant is introduced. Since the cavity is formed without increasing the opening, the reduced pressure state can be more reliably maintained.

[適用例3]上記適用例に係るMEMS素子において、前記側壁部は、前記主面を平面視したときに、円状、あるいは楕円状に前記空洞部を画設していることを特徴とする。   Application Example 3 In the MEMS element according to the application example, the side wall portion is provided with a circular or elliptical shape of the hollow portion when the main surface is viewed in plan. .

本適用例によれば、側壁部は、円状、あるいは楕円状に空洞部を画設している。従来、一般に矩形状であった空洞部に対して、円状、あるいは楕円状とすることにより、開口から、従来の矩形コーナーの側壁部までの最大長さを短縮することができる。その結果、犠牲層をエッチングして空洞部を形成する工程において、エッチング液を導入する開口の数を増やすことなく、安定して犠牲層を残さずにエッチング除去することができるようになる。開口を増やすことなく空洞部が形成されるため、減圧状態の維持がより確実行なわれる。また、空洞部の蓋となる部分(第1,2被覆層)が円状、あるいは楕円状に形成されるため、空洞部にかかる大気圧に対する応力集中が緩和され、側壁部全体に分散するため、より安定して気密封止状態を維持することができる。   According to this application example, the side wall portion is provided with a hollow portion in a circular shape or an elliptical shape. The maximum length from the opening to the side wall portion of the conventional rectangular corner can be shortened by making the hollow portion, which has been generally rectangular, conventionally circular or elliptical. As a result, in the step of forming the cavity by etching the sacrificial layer, the sacrificial layer can be stably removed without leaving the sacrificial layer without increasing the number of openings into which the etchant is introduced. Since the cavity is formed without increasing the opening, the reduced pressure state can be more reliably maintained. In addition, since the portion (first and second coating layers) that serves as the lid of the cavity is formed in a circular shape or an ellipse, the stress concentration with respect to the atmospheric pressure applied to the cavity is alleviated and dispersed throughout the sidewall. Thus, the airtight sealed state can be maintained more stably.

[適用例4]上記適用例に係るMEMS素子において、前記側壁部は、前記主面を平面視したときに、矩形状に前記空洞部を画設し、前記開口は、前記矩形状に画設された前記空洞部のコーナー領域に貫通する位置を含めて複数の位置に形成されていることを特徴とする。   Application Example 4 In the MEMS element according to the application example described above, the side wall portion defines the hollow portion in a rectangular shape when the main surface is viewed in plan, and the opening is provided in the rectangular shape. It is formed at a plurality of positions including a position penetrating the corner area of the hollow portion.

本適用例によれば、側壁部は、矩形状に空洞部を画設し、開口は、矩形状に画設された空洞部のコーナー領域に貫通する位置を含めて複数の位置に形成されている。このように開口を形成することで、従来、矩形状に画設された空洞部のコーナー領域に犠牲層残りが発生しやすかったのに対して、コーナー領域がより効果的にエッチングされるため、安定して犠牲層を残さずにエッチング除去することができるようになる。   According to this application example, the side wall portion is provided with a rectangular cavity portion, and the opening is formed at a plurality of positions including a position penetrating the corner region of the rectangular cavity portion. Yes. By forming the opening in this way, the sacrificial layer residue has been easily generated in the corner area of the hollow portion that has been conventionally drawn in a rectangular shape, whereas the corner area is etched more effectively, The etching can be stably removed without leaving the sacrificial layer.

[適用例5]本適用例に係るMEMS素子の製造方法は、基板の主面に犠牲層とともにMEMS構造体を形成する工程と、前記犠牲層を、配線層を含み構成される側壁部によって画設する工程と、前記画設された犠牲層に貫通するひとつ以上の開口を有する第1被覆層を、前記側壁部と前記画設された犠牲層を覆うように積層する工程と、前記開口からエッチング液を導入して前記画設された犠牲層をエッチングする工程と、前記第1被覆層に前記開口を封止する第2被覆層を積層する工程、と、を含み、前記側壁部および前記開口を、前記側壁部から最も近い前記開口までの最大の長さが、前記エッチングの速度と前記エッチングを行なう所定の時間との積に基づいて得られる長さより短い位置に形成することを特徴とする。   Application Example 5 A method of manufacturing a MEMS element according to this application example includes a step of forming a MEMS structure together with a sacrificial layer on a main surface of a substrate, and the sacrificial layer defined by a side wall portion including a wiring layer. A step of laminating a first covering layer having one or more openings penetrating the provided sacrificial layer so as to cover the side wall and the provided sacrificial layer; and And a step of etching the sacrificial layer provided by introducing an etching solution, and a step of laminating a second coating layer for sealing the opening on the first coating layer, and the sidewall portion and the The opening is formed at a position where a maximum length from the side wall portion to the nearest opening is shorter than a length obtained based on a product of the etching rate and a predetermined time for performing the etching. To do.

本適用例によれば、側壁部は、MEMS素子の配線層を含み構成し、側壁部および開口は、側壁部から最も近い開口までの最大の長さが、エッチングの速度とエッチングを行なう所定の時間との積に基づいて得られる長さより短い位置に形成している。つまり、側壁部および開口は、犠牲層のエッチングを行なう所定の時間において、側壁部と開口との間の犠牲層が残らずエッチング除去される位置に形成している。
従って、犠牲層の一部にアウトガスが発生する材料を使う場合であっても、所定時間のエッチングを行なうことで除去することができる。具体的には、例えば、側壁部を構成するMEMS素子の配線層にステップカバレージを良好にするためのSOG膜を用いる場合であっても、SOG膜を含めて、側壁部と開口との間の犠牲層を残らずエッチング除去することができるため、キャビティー内にSOG膜が残留したり、キャビティー内にSOG膜が露出したりすることが無い。その結果、SOG膜が発生させるアウトガスによる影響が無くなる、あるいは低減させることができるため、キャビティー内を減圧状態に維持することが可能となる。あるいは、より長期間減圧状態に維持することが可能となる。
また、側壁部に配線層を使用することによって、エッチングストッパーとして機能させることができるため、エッチングの終了タイミングを厳格に管理する必要がなく、エッチング工程の管理幅(マージン)を大きく取ることが可能となる。
つまり、本適用例によれば、キャビティー内に発生するアウトガスによって特性劣化が発生することが無い、あるいは特性劣化が抑制された優れたMEMS素子を、より管理が簡略化された工程によって提供することができる。
According to this application example, the side wall portion includes the wiring layer of the MEMS element, and the side wall portion and the opening have a maximum length from the side wall portion to the nearest opening, and the predetermined etching rate and etching are performed. It is formed at a position shorter than the length obtained based on the product with time. That is, the side wall portion and the opening are formed at a position where the sacrificial layer between the side wall portion and the opening is not removed and etched away during a predetermined time for etching the sacrificial layer.
Therefore, even when a material that generates outgas is used for part of the sacrificial layer, it can be removed by etching for a predetermined time. Specifically, for example, even when an SOG film for improving the step coverage is used for the wiring layer of the MEMS element constituting the side wall part, including the SOG film, between the side wall part and the opening. Since the sacrificial layer can be removed without etching, the SOG film does not remain in the cavity or the SOG film is not exposed in the cavity. As a result, the influence of outgas generated by the SOG film can be eliminated or reduced, so that the inside of the cavity can be maintained in a reduced pressure state. Or it becomes possible to maintain a pressure-reduced state for a longer period of time.
In addition, by using a wiring layer on the side wall, it can function as an etching stopper, so there is no need to strictly control the end timing of etching, and the management range (margin) of the etching process can be increased. It becomes.
That is, according to this application example, an excellent MEMS element in which characteristic deterioration does not occur due to outgas generated in the cavity or is suppressed, is provided by a process in which management is further simplified. be able to.

[適用例6]本適用例に係る電子機器は、上記適用例に係るMEMS素子を備えていることを特徴とする。   Application Example 6 An electronic apparatus according to this application example includes the MEMS element according to the application example.

本適用例によれば、所定の特性がより安定して得られる電子機器を提供することができる。   According to this application example, it is possible to provide an electronic device in which predetermined characteristics can be obtained more stably.

(a)実施形態1に係るMEMS素子を示す平面図、(b)同A−A断面、(c)同側壁部およびその周辺部の拡大図。(A) The top view which shows the MEMS element which concerns on Embodiment 1, (b) The AA cross section, (c) The enlarged side view of the side wall part and its peripheral part. (a)従来のMEMS素子の一例を示す平面図、(b)同A−A断面図、(c)同側壁部およびその周辺部の拡大図。(A) The top view which shows an example of the conventional MEMS element, (b) The AA sectional drawing, (c) The enlarged side view of the side wall part and its periphery part. (a)〜(g)実施形態1に係るMEMS素子の製造方法を示す工程図。(A)-(g) Process drawing which shows the manufacturing method of the MEMS element which concerns on Embodiment 1. FIG. (a)実施形態2に係るMEMS素子を示す平面図、変形例1に係るMEMS素子を示す平面図。(A) The top view which shows the MEMS element which concerns on Embodiment 2, The top view which shows the MEMS element which concerns on the modification 1. FIG. (a)電子機器の一例としてのモバイル型のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図、(b)電子機器の一例としての携帯電話機の構成を示す斜視図。FIG. 4A is a perspective view illustrating a configuration of a mobile personal computer as an example of an electronic apparatus, and FIG. 5B is a perspective view illustrating a configuration of a mobile phone as an example of an electronic apparatus. 電子機器の一例としてのデジタルスチールカメラの構成を示す斜視図。The perspective view which shows the structure of the digital still camera as an example of an electronic device.

以下に本発明を具体化した実施形態について、図面を参照して説明する。以下は、本発明の一実施形態であって、本発明を限定するものではない。なお、以下の各図においては、説明を分かりやすくするため、実際とは異なる尺度で記載している場合がある。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments embodying the present invention will be described below with reference to the drawings. The following is one embodiment of the present invention and does not limit the present invention. In the following drawings, the scale may be different from the actual scale for easy understanding.

(実施形態1)
図1(a)は、実施形態1に係るMEMS素子100を示す平面図、図1(b)は、図1(a)のA−A断面図、図1(c)は、側壁部の拡大断面図である。
MEMS素子100は、ウェハー基板の主面に積層された犠牲層がエッチングされることにより形成される空洞部に配置されたMEMS構造体を備えるMEMS素子である。
MEMS素子100は、ウェハー基板1、空洞部2、MEMS構造体としてのMEMS振動子3、第1酸化膜11、窒化膜12、第1導電層13、第2導電層14、第2酸化膜15、第3酸化膜16、保護膜17、側壁部20、配線層21、第1被覆層30、開口31、第2被覆層32などから構成されている。
(Embodiment 1)
1A is a plan view showing the MEMS element 100 according to the first embodiment, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1A, and FIG. 1C is an enlarged side wall portion. It is sectional drawing.
The MEMS element 100 is a MEMS element that includes a MEMS structure disposed in a cavity formed by etching a sacrificial layer stacked on a main surface of a wafer substrate.
The MEMS element 100 includes a wafer substrate 1, a cavity 2, a MEMS vibrator 3 as a MEMS structure, a first oxide film 11, a nitride film 12, a first conductive layer 13, a second conductive layer 14, and a second oxide film 15. The third oxide film 16, the protective film 17, the side wall portion 20, the wiring layer 21, the first covering layer 30, the opening 31, the second covering layer 32, and the like.

ウェハー基板1は、シリコン基板であり、MEMS振動子3は、ウェハー基板1に積層された第1酸化膜11、窒化膜12の上部に形成されている。
なお、ここでは、ウェハー基板1の主面に順に第1酸化膜11および窒化膜12が積層される方向を上方向として説明している。
The wafer substrate 1 is a silicon substrate, and the MEMS vibrator 3 is formed on the first oxide film 11 and the nitride film 12 stacked on the wafer substrate 1.
Here, the direction in which the first oxide film 11 and the nitride film 12 are sequentially laminated on the main surface of the wafer substrate 1 is described as an upward direction.

MEMS振動子3は、下部電極13eと可動部を有する上部電極14eとを備えており、空洞部2に配置されている。下部電極13eおよび上部電極14eは、窒化膜12に積層された第1導電層13および第2導電層14をフォトリソグラフィーによりパターニングすることで形成される。第1導電層13および第2導電層14は、それぞれ好適例として導電性のポリシリコンで構成されているが、これに限定するものではない。下部電極13eと上部電極14eとの間には、上部電極14eの可動空間を構成する空隙部13gが形成されている。空洞部2および空隙部13gは、MEMS振動子3に積層した第2酸化膜15、第3酸化膜16、および下部電極13eと上部電極14eとの間に形成した第4酸化膜13f(後述する図3(b)に図示)をエッチングにより除去(リリースエッチング)することによって形成されている。第2酸化膜15、第3酸化膜16、および第4酸化膜13fは、いわゆる犠牲層であり、この犠牲層がリリースエッチングされることで、上部電極14eが下部電極13eから遊離した片持ち構造の可動電極構造が形成されている。   The MEMS vibrator 3 includes a lower electrode 13 e and an upper electrode 14 e having a movable part, and is disposed in the cavity 2. The lower electrode 13e and the upper electrode 14e are formed by patterning the first conductive layer 13 and the second conductive layer 14 stacked on the nitride film 12 by photolithography. Although the 1st conductive layer 13 and the 2nd conductive layer 14 are comprised by the conductive polysilicon as a suitable example, respectively, it is not limited to this. Between the lower electrode 13e and the upper electrode 14e, a gap 13g that forms a movable space of the upper electrode 14e is formed. The cavity 2 and the cavity 13g are formed of a second oxide film 15 and a third oxide film 16 stacked on the MEMS vibrator 3, and a fourth oxide film 13f (described later) formed between the lower electrode 13e and the upper electrode 14e. It is formed by removing (release etching) by etching (shown in FIG. 3B). The second oxide film 15, the third oxide film 16, and the fourth oxide film 13f are so-called sacrificial layers, and the sacrificial layer is release-etched so that the upper electrode 14e is released from the lower electrode 13e. The movable electrode structure is formed.

図1(c)は、側壁部20の拡大断面図である。
図視右側は、第2酸化膜15および第3酸化膜16がリリースエッチングにより除去され、空洞部2が形成されている様子を示している。
第2酸化膜15は、CVD(Chemical Vapor Deposition)酸化膜である。図1(b),(c)では、1層構造で示しているが、平坦化のために多層構造で構成しても良い。
第3酸化膜16は、平坦化のために3層構造で構成している。まず、3層の内の第1層にCVD酸化膜を積層し、その上の第2層にSOG膜を形成し平坦化処理している。図1(c)では、平坦化により残った残留SOG膜22を示している。第3層に再度CVD酸化膜を積層している。
FIG. 1C is an enlarged cross-sectional view of the side wall portion 20.
The right side of the figure shows a state in which the second oxide film 15 and the third oxide film 16 are removed by release etching and the cavity 2 is formed.
The second oxide film 15 is a CVD (Chemical Vapor Deposition) oxide film. In FIGS. 1B and 1C, a single-layer structure is shown, but a multi-layer structure may be used for planarization.
The third oxide film 16 has a three-layer structure for planarization. First, a CVD oxide film is stacked on the first layer among the three layers, and an SOG film is formed on the second layer above the CVD oxide film and planarized. FIG. 1C shows the residual SOG film 22 remaining after planarization. A CVD oxide film is again laminated on the third layer.

リリースエッチングにおいては、MEMS振動子3に積層した第2酸化膜15および第3酸化膜16で構成される犠牲層の周囲に、エッチングストッパーとして側壁部20を形成し、その後にリリースエッチングを行なっている。つまり、リリースエッチングによって形成された空洞部2は、側壁部20によって画設されている。
側壁部20は、上部電極14eを形成する第2導電層14、および配線層21(第1配線層21aおよび第2配線層21b)などから構成される。第2導電層14は上述したように好適例として導電性のポリシリコンで構成されており、配線層21は好適例としてアルミニウムを用いて構成されている。これらは、エッチング液としてのバッファードフッ酸に対して耐性があり、エッチングストッパーとして機能する。なお、配線材料としては、これらに限定するものではなく、半導体プロセスで使用される材料が活用できる。
In the release etching, the sidewall portion 20 is formed as an etching stopper around the sacrificial layer composed of the second oxide film 15 and the third oxide film 16 laminated on the MEMS vibrator 3, and then the release etching is performed. Yes. That is, the cavity 2 formed by release etching is defined by the side wall 20.
The side wall portion 20 includes the second conductive layer 14 that forms the upper electrode 14e, the wiring layer 21 (the first wiring layer 21a and the second wiring layer 21b), and the like. As described above, the second conductive layer 14 is made of conductive polysilicon as a preferred example, and the wiring layer 21 is made of aluminum as a preferred example. These are resistant to buffered hydrofluoric acid as an etchant and function as an etching stopper. Note that the wiring material is not limited to these, and materials used in the semiconductor process can be utilized.

側壁部20の最上部を構成する第2配線層21bは、空洞部2を覆うように形成されており、第1被覆層30を構成している。換言すると、第1被覆層30は、側壁部20と空洞部2とを覆っている。第1被覆層30(同第2配線層21b)には、犠牲層をリリースエッチングする際にエッチング液を導入した複数の開口31が設けられている。つまり、開口31は空洞部2に貫通している。開口31は、導入するエッチング液によって、第4酸化膜13fを除去し、MEMS振動子3を確実に形成するために、下部電極13eおよび上部電極14eの周辺に間隔を開けて形成している。
側壁部20の上部には、保護膜17が積層されている。また、第1被覆層30、および保護膜17の上部には、リリースエッチングおよび洗浄後に、第2被覆層32が積層され、開口31を外気から封止している。MEMS素子100の製造方法については後述する。
The second wiring layer 21 b constituting the uppermost part of the side wall part 20 is formed so as to cover the cavity part 2 and constitutes the first covering layer 30. In other words, the first coating layer 30 covers the side wall 20 and the cavity 2. The first covering layer 30 (the second wiring layer 21b) is provided with a plurality of openings 31 into which an etching solution is introduced when the sacrifice layer is subjected to release etching. That is, the opening 31 penetrates the cavity 2. The opening 31 is formed with a gap around the lower electrode 13e and the upper electrode 14e in order to remove the fourth oxide film 13f by the introduced etchant and to reliably form the MEMS vibrator 3.
A protective film 17 is laminated on the side wall portion 20. A second coating layer 32 is laminated on the first coating layer 30 and the protective film 17 after release etching and cleaning to seal the opening 31 from the outside air. A method for manufacturing the MEMS element 100 will be described later.

なお、下部電極13eや上部電極14eと外部電気回路(図示省略)とを電気的に接続する電気配線層は、第2導電層14、配線層21などにより形成されているが、図示を省略している。また、外部電気回路は、半導体回路としてMEMS素子100と一体に構成することができる。つまり、上部電極14eを構成する第2導電層14はもとより、第1酸化膜11、第2酸化膜15、第3酸化膜16、第4酸化膜13f、保護膜17は、層間膜や保護膜などの絶縁膜として、また第1配線層21a、第2配線層21bは回路配線層として半導体回路を一体に形成する材料とすることができる。換言すると、MEMS素子100は、半導体回路の製造工程において形成することができる。
特に半導体で形成する可動電極を有するMEMS振動子の場合には、水晶などの振動子に比較して半導体プロセスに容易に組み入れることができる。
The electric wiring layer that electrically connects the lower electrode 13e and the upper electrode 14e and an external electric circuit (not shown) is formed by the second conductive layer 14, the wiring layer 21, etc., but is not shown. ing. Further, the external electric circuit can be configured integrally with the MEMS element 100 as a semiconductor circuit. That is, not only the second conductive layer 14 constituting the upper electrode 14e but also the first oxide film 11, the second oxide film 15, the third oxide film 16, the fourth oxide film 13f, and the protective film 17 can be an interlayer film or a protective film. The first wiring layer 21a and the second wiring layer 21b can be made of a material for integrally forming a semiconductor circuit as a circuit wiring layer. In other words, the MEMS element 100 can be formed in a semiconductor circuit manufacturing process.
In particular, in the case of a MEMS vibrator having a movable electrode formed of a semiconductor, it can be easily incorporated into a semiconductor process as compared with a vibrator such as a crystal.

次に、MEMS素子100の平面構成について説明する。
図1(a)は、図1(b)のB−B面を平面視した様子を示している。また、分かりやすくするために、開口31を実線で付記している。
側壁部20は、図示するように、平面視したときに、8角形状に空洞部2を画設している。また、図1(a)において、一点鎖線の楕円で示す領域は、リリースエッチング領域90を示している。リリースエッチング領域90は、側壁部20を形成しなかった場合に、所定のリリースエッチング時間において犠牲層が除去される範囲を示している。このリリースエッチング領域90は、開口31の位置、およびリリースエッチングの速度とリリースエッチングを行なう所定の時間との積に基づいて得られる長さから求めることができる。リリースエッチングの速度は、予め実験などで求めることができる。従って、リリースエッチング領域90は、予め実験で求めることもできる。
なお、所定のエッチング時間とは、エッチングにより、不要な犠牲層を除去し、所定の空洞部およびMEMS構造体を形成する必要充分な時間を言う。
Next, the planar configuration of the MEMS element 100 will be described.
FIG. 1A illustrates a plan view of the BB plane of FIG. Further, the opening 31 is indicated by a solid line for easy understanding.
As shown in the drawing, the side wall portion 20 defines the cavity portion 2 in an octagonal shape when viewed in plan. In FIG. 1A, a region indicated by an alternate long and short dash line indicates a release etching region 90. The release etching region 90 indicates a range where the sacrificial layer is removed in a predetermined release etching time when the side wall portion 20 is not formed. The release etching area 90 can be obtained from the position of the opening 31 and the length obtained based on the product of the release etching speed and the predetermined time for performing the release etching. The speed of release etching can be obtained in advance through experiments or the like. Therefore, the release etching region 90 can be obtained in advance by experiments.
Note that the predetermined etching time refers to a necessary and sufficient time for removing an unnecessary sacrificial layer and forming a predetermined cavity and a MEMS structure by etching.

側壁部20は、空洞部2を画設する内壁が、リリースエッチング領域90の内側にくるように構成している。換言すると、側壁部20および開口31は、側壁部20から最も近い開口31までの最大の長さが、リリースエッチングの速度とリリースエッチングを行なう所定の時間との積に基づいて得られる長さより短い位置に形成されている。従って、本実施形態では、側壁部20は、8角形状に空洞部2を画設しているが、必ずしも8角形状である必要はなく、空洞部2を画設する内壁が、リリースエッチング領域90の内側にくるように構成されている多角形であれば良い。   The side wall 20 is configured such that the inner wall that defines the cavity 2 is located inside the release etching region 90. In other words, the side wall 20 and the opening 31 have a maximum length from the side wall 20 to the nearest opening 31 shorter than the length obtained based on the product of the release etching speed and the predetermined time for performing the release etching. Formed in position. Therefore, in the present embodiment, the side wall portion 20 defines the cavity portion 2 in an octagonal shape. However, the side wall portion 20 does not necessarily have an octagonal shape, and the inner wall that defines the cavity portion 2 is a release etching region. Any polygon may be used as long as it is configured to be inside 90.

次に、従来の構成によるMEMS素子について、図2(a)〜(c)を参照して説明する。
図2(a)は、従来構成の一例としてのMEMS素子99を示す平面図、図2(b)は、図2(a)のA−A断面図、図2(c)は、側壁部およびその周辺部の拡大断面図である。図2(a)は、図2(b)のB−B面を平面視した様子を示している。また、分かりやすくするために、開口31を実線で付記している。
Next, a conventional MEMS device will be described with reference to FIGS.
2A is a plan view showing a MEMS element 99 as an example of a conventional configuration, FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 2A, and FIG. It is an expanded sectional view of the peripheral part. FIG. 2A illustrates a plan view of the BB plane of FIG. Further, the opening 31 is indicated by a solid line for easy understanding.

MEMS素子99は、側壁部20xを含み構成されている。平面視したときの空洞部2を画設する側壁部20xの形状が側壁部20の形状と異なる点を除き、MEMS素子99は、MEMS素子100と同じである。
側壁部20xは、図2(a)に示すように、平面視したときに、4角形状に空洞部2を画設している。また、図2(a)において、一点鎖線で示す部分は、リリースエッチングの結果、残った犠牲層界面90xを示している。このように、従来の構成によるMEMS素子99では、側壁部20xによって画設された犠牲層が4角形状であるため、開口31から離れたコーナー部分に犠牲層が残りやすくなる。その場合、図2(c)に示すように、犠牲層界面90xが、残留SOG膜22に接した場合に、残留SOG膜22は、空洞部2に露出してしまうことになる。
一般にSOG膜はアウトガスを発生する傾向にあるため、空洞部2に露出した残留SOG膜22から発生するアウトガスによって、完成後のMEMS素子99の空洞部2は、減圧状態を維持できなくなる。そのため、従来は、残留SOG膜22が露出せず、かつMEMS振動子3が確実に形成されるようにリリースエッチングの管理を行なっていた。本願発明によるMEMS素子は、上述した構成により、この管理の煩雑さや管理マージンなどを改善するものである。
The MEMS element 99 includes a side wall portion 20x. The MEMS element 99 is the same as the MEMS element 100 except that the shape of the side wall part 20x defining the cavity part 2 when viewed in plan is different from the shape of the side wall part 20.
As shown in FIG. 2A, the side wall portion 20x has a hollow portion 2 in a quadrangular shape when viewed in plan. In FIG. 2A, the portion indicated by the alternate long and short dash line indicates the sacrificial layer interface 90x remaining as a result of release etching. As described above, in the MEMS element 99 having the conventional configuration, the sacrificial layer provided by the side wall portion 20x has a quadrangular shape, and therefore, the sacrificial layer tends to remain in the corner portion away from the opening 31. In that case, as shown in FIG. 2C, when the sacrificial layer interface 90 x is in contact with the residual SOG film 22, the residual SOG film 22 is exposed to the cavity 2.
Since the SOG film generally tends to generate outgas, the outgas generated from the residual SOG film 22 exposed in the cavity 2 prevents the cavity 2 of the completed MEMS element 99 from maintaining a reduced pressure state. Therefore, conventionally, the release etching is managed so that the residual SOG film 22 is not exposed and the MEMS vibrator 3 is reliably formed. The MEMS device according to the present invention improves the complexity of management and the management margin due to the above-described configuration.

次に、MEMS素子100の製造方法について説明する。
図3(a)〜(g)は、MEMS素子100の製造方法を順に示す工程図である。
MEMS素子100の製造方法は、ウェハー基板1の主面に犠牲層とともにMEMS構造体としてのMEMS振動子3を形成する工程と、犠牲層を、配線層21を含み構成される側壁部20によって画設する工程と、画設された犠牲層に貫通するひとつ以上の開口31を有する第1被覆層30を、側壁部20と画設された犠牲層を覆うように積層する工程と、開口31からエッチング液を導入して画設された犠牲層をエッチングする工程と、第1被覆層30に開口31を封止する第2被覆層32を積層する工程、と、を含む。
また、側壁部20および開口31を、側壁部20から最も近い開口31までの最大の長さが、エッチングの速度とエッチングを行なう所定の時間との積に基づいて得られる長さより短い位置に形成する。
Next, a method for manufacturing the MEMS element 100 will be described.
3A to 3G are process diagrams sequentially illustrating a method for manufacturing the MEMS element 100.
The manufacturing method of the MEMS element 100 includes a step of forming the MEMS vibrator 3 as a MEMS structure together with a sacrificial layer on the main surface of the wafer substrate 1, and a sacrificial layer defined by the side wall portion 20 including the wiring layer 21. A step of laminating the first covering layer 30 having one or more openings 31 penetrating the provided sacrificial layer so as to cover the side wall portion 20 and the provided sacrificial layer; A step of etching the sacrificial layer provided by introducing an etching solution, and a step of laminating a second coating layer 32 for sealing the opening 31 on the first coating layer 30.
Further, the side wall portion 20 and the opening 31 are formed at positions where the maximum length from the side wall portion 20 to the nearest opening 31 is shorter than the length obtained based on the product of the etching rate and the predetermined time for etching. To do.

図3(a):ウェハー基板1を準備し、主面に第1酸化膜11を積層する。第1酸化膜11は、好適例として、半導体プロセスの素子分離層として一般的なLOCOS(Local Oxidation of Silicon)酸化膜で形成しているが、半導体プロセスの世代によって、例えば、STI(Shallow Trench Isolation)法による酸化膜であっても良い。
次に窒化膜12を積層する。窒化膜12は、エッチング液としてのバッファードフッ酸に対して耐性があり、エッチングストッパーとして機能する。
次に、窒化膜12の上に第1導電層13を積層する。第1導電層13は、下部電極13eを構成するポリシリコン層であり、積層後にイオン注入をして所定の導電性を持たせる。
FIG. 3A: A wafer substrate 1 is prepared, and a first oxide film 11 is laminated on the main surface. As a preferred example, the first oxide film 11 is formed of a LOCOS (Local Oxidation of Silicon) oxide film, which is a general element isolation layer of a semiconductor process, but depending on the generation of the semiconductor process, for example, STI (Shallow Trench Isolation). ) Oxide film may be used.
Next, the nitride film 12 is laminated. The nitride film 12 is resistant to buffered hydrofluoric acid as an etchant and functions as an etching stopper.
Next, the first conductive layer 13 is stacked on the nitride film 12. The first conductive layer 13 is a polysilicon layer that constitutes the lower electrode 13e, and is ion-implanted after stacking to give predetermined conductivity.

図3(b):第1導電層13をフォトリソグラフィーによりパターニングして下部電極13eを形成した後に熱酸化して第4酸化膜13fを形成する。熱酸化による酸化膜の形成は、選択的にポリシリコン層に対して行なわれる。この第4酸化膜13fは、犠牲層として上部電極14eとのギャップを形成する。   FIG. 3B: The first conductive layer 13 is patterned by photolithography to form the lower electrode 13e, and then thermally oxidized to form a fourth oxide film 13f. Formation of the oxide film by thermal oxidation is selectively performed on the polysilicon layer. The fourth oxide film 13f forms a gap with the upper electrode 14e as a sacrificial layer.

図3(c):第2導電層14を積層する。第2導電層14は、上部電極14eおよび側壁部20の最下層を構成するポリシリコン層である。第2導電層14をフォトリソグラフィーによりパターニングして上部電極14eおよび側壁部20の最下層を形成する。側壁部20のパターニングは、開口31を配置する位置に合わせ、側壁部20から最も近い開口31までの最大の長さが、リリースエッチングにおけるエッチングの速度とエッチングを行なう所定の時間との積に基づいて得られる長さより短い位置に形成している。
上部電極14eを構成する第2導電層14には、積層後にイオン注入をして所定の導電性を持たせる。
FIG. 3C: the second conductive layer 14 is laminated. The second conductive layer 14 is a polysilicon layer constituting the lowermost layer of the upper electrode 14 e and the side wall part 20. The second conductive layer 14 is patterned by photolithography to form the lowermost layer of the upper electrode 14e and the side wall 20. In the patterning of the side wall portion 20, the maximum length from the side wall portion 20 to the nearest opening 31 is based on the product of the etching speed in release etching and a predetermined time for performing etching, in accordance with the position where the opening 31 is disposed. Is formed at a position shorter than the length obtained.
The second conductive layer 14 constituting the upper electrode 14e is ion-implanted after stacking to have a predetermined conductivity.

図3(d):犠牲層を構成する第2酸化膜15を積層する。第2酸化膜15は、半導体プロセスでは、層間膜(IMD(Inter Metal Dielectric))として形成され、好適例としてTEOS(Tetraethoxysilane)を用いて平坦化している。半導体プロセスの世代によっては、CMP(Chemical Mechanical Polishing)などによる平坦化を行なっても良い。
次に、第1配線層21aの積層に先立ち、第1配線層21aと第2導電層14とを電気的に接続させるための露出部(穴)をフォトリソグラフィーにより第2酸化膜15に形成する。次に第1配線層21aを積層し、フォトリソグラフィーによりパターニングする。第1配線層21aには、好適例としてアルミニウムをスパッタリングにより積層している。
なお、図3(d)では、電気回路の図示を省略しているため、第1配線層21aは、側壁部20を構成する第2層部分のみに図示している。
FIG. 3D: a second oxide film 15 constituting a sacrificial layer is stacked. In the semiconductor process, the second oxide film 15 is formed as an interlayer film (IMD (Inter Metal Dielectric)), and is planarized using TEOS (Tetraethoxysilane) as a preferred example. Depending on the generation of the semiconductor process, planarization by CMP (Chemical Mechanical Polishing) or the like may be performed.
Next, prior to the lamination of the first wiring layer 21a, an exposed portion (hole) for electrically connecting the first wiring layer 21a and the second conductive layer 14 is formed in the second oxide film 15 by photolithography. . Next, the first wiring layer 21a is stacked and patterned by photolithography. As a suitable example, aluminum is laminated on the first wiring layer 21a by sputtering.
In FIG. 3D, since the illustration of the electric circuit is omitted, the first wiring layer 21a is shown only in the second layer portion constituting the side wall portion 20.

図3(e):犠牲層を構成する二番目の層として、第3酸化膜16を積層する。第3酸化膜16は、平坦化のために3層構造で構成している。まず、3層の内の第1層にCVD酸化膜を積層し、その上の第2層にSOG膜を形成し平坦化処理している。図1(c)では、平坦化により残った残留SOG膜22を示している。第3層に再度CVD酸化膜を積層している。第3酸化膜16は、半導体プロセスでは、層間膜(ILD(Inter Layer Dielectrics))として形成される。半導体プロセスの世代によっては、CMPなどによる平坦化を行なっても良い。
次に、第2配線層21bの積層に先立ち、第1配線層21aと第2配線層21bとを電気的に接続させるための露出部(穴)をフォトリソグラフィーにより第3酸化膜16に形成する。次に第2配線層21bを積層し、フォトリソグラフィーによりパターニングする。第2配線層21bは、側壁部20の最上層を構成すると共に、MEMS素子100の犠牲層をリリースエッチングするための開口31を備えて犠牲層(第3酸化膜16)を覆う。第2配線層21bは、第1被覆層30を構成している。
なお、第2配線層21bには、好適例としてアルミニウムをスパッタリングにより積層している。
FIG. 3E: a third oxide film 16 is stacked as the second layer constituting the sacrificial layer. The third oxide film 16 has a three-layer structure for planarization. First, a CVD oxide film is stacked on the first layer among the three layers, and an SOG film is formed on the second layer above the CVD oxide film and planarized. FIG. 1C shows the residual SOG film 22 remaining after planarization. A CVD oxide film is again laminated on the third layer. In the semiconductor process, the third oxide film 16 is formed as an interlayer film (ILD (Inter Layer Dielectrics)). Depending on the generation of the semiconductor process, planarization by CMP or the like may be performed.
Next, prior to the lamination of the second wiring layer 21b, exposed portions (holes) for electrically connecting the first wiring layer 21a and the second wiring layer 21b are formed in the third oxide film 16 by photolithography. . Next, the second wiring layer 21b is stacked and patterned by photolithography. The second wiring layer 21 b constitutes the uppermost layer of the side wall portion 20, and includes an opening 31 for release etching the sacrificial layer of the MEMS element 100 and covers the sacrificial layer (third oxide film 16). The second wiring layer 21 b constitutes the first covering layer 30.
In addition, as a suitable example, aluminum is laminated on the second wiring layer 21b by sputtering.

図3(f):保護膜17を積層し、開口31が露出するように開口部を設けてフォトリソグラフィーによりパターニングする。保護膜17は、半導体プロセスで一般的な保護膜(例えばSiO2膜やSiNの2層膜)であれば良く、ポリイミド膜などであっても良い。
次に、ウェハー基板1をエッチング液に晒し、犠牲層としての第2酸化膜15、第3酸化膜16、および第4酸化膜13fをリリースエッチングすることで、MEMS構造体としてのMEMS振動子3を形成する。
FIG. 3F: A protective film 17 is laminated, an opening is provided so that the opening 31 is exposed, and patterning is performed by photolithography. The protective film 17 may be a general protective film (for example, a SiO 2 film or a SiN two-layer film) in a semiconductor process, and may be a polyimide film or the like.
Next, the wafer substrate 1 is exposed to an etching solution, and the second oxide film 15, the third oxide film 16, and the fourth oxide film 13 f as sacrificial layers are release-etched, whereby the MEMS vibrator 3 as the MEMS structure. Form.

図3(g):リリースエッチング終了後、洗浄した後に第2被覆層32を積層し、保護膜17に覆われていない部分が封止されるようにフォトリソグラフィーによりパターニングする。第2被覆層32により、開口31が封止され、犠牲層がリリースエッチング除去された空間は密閉状態に維持される。第2被覆層32には、好適例としてアルミニウムを用いているがこれに限定するものではなく、その他の金属層であっても良い。   FIG. 3G: After the end of the release etching, the second coating layer 32 is stacked after cleaning, and patterned by photolithography so that the portion not covered with the protective film 17 is sealed. The space where the opening 31 is sealed by the second covering layer 32 and the sacrificial layer is removed by release etching is maintained in a sealed state. As the second covering layer 32, aluminum is used as a preferred example, but the present invention is not limited to this, and other metal layers may be used.

以上述べたように、本実施形態によるMEMS素子およびMEMS素子の製造方法によれば、以下の効果を得ることができる。
側壁部20は、MEMS素子100の配線層21を含み構成され、側壁部20および開口31は、側壁部20から最も近い開口31までの最大の長さが、エッチングの速度とエッチングを行なう所定の時間との積に基づいて得られる長さより短い位置に形成されている。つまり、側壁部20および開口31は、犠牲層のエッチングを行なう所定の時間において、側壁部20と開口31との間の犠牲層が残らずエッチング除去される位置に形成されている。
従って、犠牲層の一部にアウトガスが発生する材料が使われていた場合であっても、所定時間のエッチングを行なうことで除去することができる。具体的には、側壁部20を構成する配線層21の残留SOG膜22を含めて、側壁部20と開口31との間の犠牲層が残らずエッチング除去されるため、空洞部2(キャビティー)内に残留SOG膜22が残ったり、空洞部2内に残留SOG膜22が露出したりすることが無い。その結果、残留SOG膜22が発生させるアウトガスによる影響が無くなる、あるいは低減させることができるため、空洞部2内を減圧状態に維持することが可能となる。あるいは、より長期間減圧状態に維持することが可能となる。
また、側壁部20を、エッチングストッパーとして機能させることができるため、エッチングの終了タイミングを厳格に管理する必要がなく、エッチング工程の管理幅(マージン)を大きく取ることが可能となる。
つまり、本実施形態によれば、空洞部内に発生するアウトガスによって特性劣化が発生することが無い、あるいは特性劣化が抑制された優れたMEMS素子を、より管理が簡略化された工程によって提供することができる。
As described above, according to the MEMS element and the method for manufacturing the MEMS element according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
The side wall part 20 includes the wiring layer 21 of the MEMS element 100, and the side wall part 20 and the opening 31 have a maximum length from the side wall part 20 to the nearest opening 31 to a predetermined etching rate and etching. It is formed at a position shorter than the length obtained based on the product with time. That is, the side wall portion 20 and the opening 31 are formed at a position where the sacrificial layer between the side wall portion 20 and the opening 31 is not etched away during a predetermined time for etching the sacrificial layer.
Therefore, even when a material that generates outgas is used for part of the sacrificial layer, it can be removed by performing etching for a predetermined time. More specifically, the sacrificial layer between the side wall 20 and the opening 31 including the residual SOG film 22 of the wiring layer 21 constituting the side wall 20 is not etched away, so that the cavity 2 (cavity 2 ) And the residual SOG film 22 is not exposed in the cavity 2. As a result, the influence of the outgas generated by the residual SOG film 22 can be eliminated or reduced, so that the inside of the cavity 2 can be maintained in a reduced pressure state. Or it becomes possible to maintain a pressure-reduced state for a longer period of time.
Further, since the side wall portion 20 can function as an etching stopper, it is not necessary to strictly manage the end timing of etching, and a management width (margin) of the etching process can be increased.
In other words, according to the present embodiment, an excellent MEMS element in which characteristic deterioration does not occur due to outgas generated in the cavity or in which characteristic deterioration is suppressed is provided by a process in which management is further simplified. Can do.

また、側壁部は、8角形状に空洞部2を画設している。従来、一般に矩形状であった空洞部2に対して、8角形状とすることにより、開口31(エッチングホール)から、従来の矩形コーナーの側壁部20xまでの最大長さを短縮することができる。その結果、犠牲層をエッチングして空洞部2を形成する工程において、エッチング液を導入する開口31の数を増やすことなく、安定して犠牲層を残さずにエッチング除去することができるようになる。開口31を増やすことなく空洞部2が形成されるため、減圧状態の維持がより確実になる。   Moreover, the side wall part is provided with the cavity 2 in an octagonal shape. Conventionally, the cavity 2 having a generally rectangular shape is formed in an octagonal shape, whereby the maximum length from the opening 31 (etching hole) to the side wall 20x of the conventional rectangular corner can be shortened. . As a result, in the step of forming the cavity 2 by etching the sacrificial layer, the sacrificial layer can be stably removed without leaving the sacrificial layer without increasing the number of openings 31 into which the etchant is introduced. . Since the cavity 2 is formed without increasing the opening 31, the reduced pressure state can be more reliably maintained.

(実施形態2)
次に、実施形態2に係るMEMS素子101について説明する。なお、説明にあたり、上述した実施形態と同一の構成部位については、同一の符号を使用し、重複する説明は省略する。
図4(a)は、実施形態2に係るMEMS素子101の平面図である。
MEMS素子101は、側壁部が矩形状に空洞部を画設し、開口が矩形状に画設された空洞部のコーナー領域に貫通する位置を含めて複数の位置に形成されていることを特徴としている。
(Embodiment 2)
Next, the MEMS element 101 according to the second embodiment will be described. In the description, the same components as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
FIG. 4A is a plan view of the MEMS element 101 according to the second embodiment.
The MEMS element 101 is formed at a plurality of positions including a position where the side wall portion has a rectangular hollow portion and the opening penetrates the corner region of the hollow portion having the rectangular shape. It is said.

MEMS素子101は、新たに開口31xを備えている点を除き、MEMS素子99と同じである。上述したように、従来の構成によるMEMS素子99では、側壁部20xによって画設された犠牲層が4角形状であるため、開口31から離れたコーナー部分に犠牲層が残りやすくなる。この場合、図2(c)に示すように、犠牲層界面90xが、残留SOG膜22に接した場合に、残留SOG膜22は、空洞部2に露出してしまうことになる。
開口31xは、この点を改善するため、開口31から離れた4つのコーナー部分に形成されている。開口31xが形成されている具体的な位置は、図4(a)に示すように、リリースエッチングにおけるエッチングの速度とエッチングを行なう所定の時間との積に基づいて得られる長さLxを半径とするエッチング領域91xに、残った犠牲層界面90xが全て含まれるようにする位置である。従って、側壁部20xから最も近い開口31および開口31xまでの最大の長さが、エッチングの速度とエッチングを行なう所定の時間との積に基づいて得られる長さLxより短い位置となり、その結果、犠牲層は、所定のリリースエッチングにより残らず除去されることになる。
なお、本実施例では、4つのコーナー部分に新たに4つの開口31xを形成しているが、これに限定するものではない。新たに形成した開口を中心として長さLxを半径とするエッチング領域91xに、残った犠牲層界面90xが全て含まれていれば良い。例えば、2つでも良く、あるいは必要に応じて6つでも良い。
The MEMS element 101 is the same as the MEMS element 99 except that a new opening 31x is provided. As described above, in the MEMS element 99 having the conventional configuration, the sacrificial layer provided by the side wall portion 20x has a quadrangular shape, so that the sacrificial layer is likely to remain in the corner portion away from the opening 31. In this case, as shown in FIG. 2C, when the sacrificial layer interface 90 x is in contact with the residual SOG film 22, the residual SOG film 22 is exposed to the cavity 2.
In order to improve this point, the opening 31x is formed at four corner portions away from the opening 31. As shown in FIG. 4A, a specific position where the opening 31x is formed is that the length Lx obtained based on the product of the etching speed in the release etching and the predetermined time for the etching is the radius. This is a position where the remaining sacrificial layer interface 90x is included in the etched region 91x. Therefore, the maximum length from the side wall portion 20x to the nearest opening 31 and the opening 31x is a position shorter than the length Lx obtained based on the product of the etching speed and the predetermined etching time, and as a result, The sacrificial layer is not removed by a predetermined release etching.
In the present embodiment, four openings 31x are newly formed at four corner portions, but the present invention is not limited to this. It suffices if the remaining sacrificial layer interface 90x is included in the etching region 91x with the length Lx as the radius centering on the newly formed opening. For example, the number may be two, or six as necessary.

本実施形態によるMEMS素子101によれば、上述した実施形態の効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
側壁部20xは、矩形状に空洞部2を画設し、開口31xは、矩形状に画設された空洞部2のコーナー領域に貫通する位置に形成されている。このように開口31に加え、開口31xを形成することで、従来、矩形状に画設された空洞部2のコーナー領域に犠牲層残りが発生しやすかったのに対して、コーナー領域がより効果的にエッチングされるため、安定して犠牲層を残さずにエッチング除去することができるようになる。
According to the MEMS element 101 according to the present embodiment, in addition to the effects of the above-described embodiment, the following effects can be obtained.
The side wall portion 20x has a hollow cavity portion 2 provided in a rectangular shape, and the opening 31x is formed at a position penetrating a corner area of the hollow portion 2 provided in a rectangular shape. By forming the opening 31x in addition to the opening 31 in this way, the sacrificial layer remains easily generated in the corner area of the cavity 2 that is conventionally defined in a rectangular shape, whereas the corner area is more effective. Therefore, the etching can be stably removed without leaving the sacrificial layer.

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。ここで、上述した実施形態と同一の構成部位については、同一の符号を使用し、重複する説明は省略している。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and improvements can be added to the above-described embodiment. A modification will be described below. Here, the same components as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

(変形例1)
図4(b)、変形例1に係るMEMS素子102の平面図である。
実施形態1では、図1(a)に示すように、側壁部20は、平面視したときに、8角形状に空洞部2を画設しているとして説明したが、この構成に限定するものではなく、空洞部2を画設する内壁が、リリースエッチング領域90の内側にくるように構成されていれば良い。
MEMS素子102は、側壁部20wを含み構成されている。平面視したときの空洞部2を画設する側壁部20wの形状が側壁部20の形状と異なる点を除き、MEMS素子102は、MEMS素子100と同じである。
側壁部20wは、図4(b)に示すように、平面視したときに、楕円状に空洞部2を画設している。また、空洞部2を画設する側壁部20wの内壁が、リリースエッチング領域90の内側にくるように構成されている。
(Modification 1)
FIG. 4B is a plan view of the MEMS element 102 according to the first modification.
In the first embodiment, as illustrated in FIG. 1A, the side wall portion 20 has been described as having the cavity portion 2 formed in an octagonal shape when viewed in plan, but the configuration is limited to this configuration. Instead, it suffices if the inner wall that defines the cavity 2 is configured to be inside the release etching region 90.
The MEMS element 102 includes a side wall portion 20w. The MEMS element 102 is the same as the MEMS element 100 except that the shape of the side wall portion 20 w that defines the cavity 2 when viewed in plan is different from the shape of the side wall portion 20.
As shown in FIG. 4B, the side wall portion 20w has an elliptical cavity portion 2 when viewed in plan. Further, the inner wall of the side wall portion 20 w that defines the cavity portion 2 is configured to be inside the release etching region 90.

本変形例によれば、従来、一般に矩形状であった空洞部2に対して、円状、あるいは楕円状とすることにより、開口31から、従来の矩形コーナーの側壁部20までの最大長さをより短縮することができる。その結果、犠牲層をエッチングして空洞部2を形成する工程において、エッチング液を導入する開口31の数を増やすことなく、安定して犠牲層を残さずにエッチング除去することができるようになる。開口31を増やすことなく空洞部2が形成されるため、減圧状態の維持がより確実行なわれる。また、空洞部2の蓋となる部分(第1被覆層30および第2被覆層32)が円状、あるいは楕円状に形成されるため、空洞部にかかる大気圧に対する応力集中が緩和され、側壁部20w全体に分散するため、より安定して気密封止状態を維持することができる。   According to the present modification, the maximum length from the opening 31 to the side wall portion 20 of the conventional rectangular corner is made circular or elliptical with respect to the hollow portion 2 that has been generally rectangular. Can be further shortened. As a result, in the step of forming the cavity 2 by etching the sacrificial layer, the sacrificial layer can be stably removed without leaving the sacrificial layer without increasing the number of openings 31 into which the etchant is introduced. . Since the cavity 2 is formed without increasing the opening 31, the reduced pressure state can be more reliably maintained. In addition, since the portion (the first coating layer 30 and the second coating layer 32) serving as the lid of the cavity portion 2 is formed in a circular shape or an oval shape, stress concentration with respect to the atmospheric pressure applied to the cavity portion is alleviated, and the side wall Since it disperses | distributes to the whole part 20w, an airtight sealing state can be maintained more stably.

[電子機器]
次いで、本発明の一実施形態に係る電子部品としてのMEMS素子100,101,102を適用した電子機器について、図5(a),(b)、図6に基づき説明する。なお、説明では、電子部品としてのMEMS素子100を用いた例を示している。
[Electronics]
Next, electronic devices to which the MEMS elements 100, 101, and 102 as electronic components according to an embodiment of the present invention are applied will be described with reference to FIGS. 5 (a), 5 (b), and 6. FIG. In the description, an example using the MEMS element 100 as an electronic component is shown.

図5(a)は、本発明の一実施形態に係る電子部品を備える電子機器としてのモバイル型(又はノート型)のパーソナルコンピューターの構成の概略を示す斜視図である。この図において、パーソナルコンピューター1100は、キーボード1102を備えた本体部1104と、表示部1000を備えた表示ユニット1106とにより構成され、表示ユニット1106は、本体部1104に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター1100には、フィルター、共振器、基準クロック等として機能する電子部品としてのMEMS素子100が内蔵されている。   FIG. 5A is a perspective view schematically illustrating a configuration of a mobile (or notebook) personal computer as an electronic apparatus including an electronic component according to an embodiment of the present invention. In this figure, a personal computer 1100 includes a main body portion 1104 provided with a keyboard 1102 and a display unit 1106 provided with a display portion 1000. The display unit 1106 is rotated with respect to the main body portion 1104 via a hinge structure portion. It is supported movably. Such a personal computer 1100 includes a MEMS element 100 as an electronic component that functions as a filter, a resonator, a reference clock, and the like.

図5(b)は、本発明の一実施形態に係る電子部品を備える電子機器としての携帯電話機(PHSも含む)の構成の概略を示す斜視図である。この図において、携帯電話機1200は、複数の操作ボタン1202、受話口1204および送話口1206を備え、操作ボタン1202と受話口1204との間には、表示部1000が配置されている。このような携帯電話機1200には、フィルター、共振器、角速度センサー等として機能する電子部品(タイミングデバイス)としてのMEMS素子100が内蔵されている。   FIG. 5B is a perspective view schematically showing a configuration of a mobile phone (including PHS) as an electronic apparatus including the electronic component according to the embodiment of the present invention. In this figure, a cellular phone 1200 is provided with a plurality of operation buttons 1202, an earpiece 1204 and a mouthpiece 1206, and a display unit 1000 is disposed between the operation buttons 1202 and the earpiece 1204. Such a cellular phone 1200 incorporates a MEMS element 100 as an electronic component (timing device) that functions as a filter, a resonator, an angular velocity sensor, or the like.

図6は、本発明の一実施形態に係る電子部品を備える電子機器としてのデジタルスチールカメラの構成の概略を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。デジタルスチールカメラ1300は、被写体の光像をCCD(Charge Coupled Device)等の撮像素子により光電変換して撮像信号(画像信号)を生成する。
デジタルスチールカメラ1300におけるケース(ボディー)1302の背面には、表示部1000が設けられ、CCDによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部1000は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース1302の正面側(図中裏面側)には、光学レンズ(撮像光学系)やCCD等を含む受光ユニット1304が設けられている。
撮影者が表示部1000に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン1306を押下すると、その時点におけるCCDの撮像信号が、メモリー1308に転送・格納される。また、このデジタルスチールカメラ1300においては、ケース1302の側面に、ビデオ信号出力端子1312と、データ通信用の入出力端子1314とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子1312にはテレビモニター1430が、データ通信用の入出力端子1314にはパーソナルコンピューター1440が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー1308に格納された撮像信号が、テレビモニター1430や、パーソナルコンピューター1440に出力される構成になっている。このようなデジタルスチールカメラ1300には、フィルター、共振器、角速度センサー等として機能する電子部品としてのMEMS素子100が内蔵されている。
FIG. 6 is a perspective view schematically illustrating a configuration of a digital still camera as an electronic apparatus including the electronic component according to the embodiment of the present invention. In this figure, connection with an external device is also simply shown. The digital still camera 1300 generates an imaging signal (image signal) by photoelectrically converting an optical image of a subject using an imaging element such as a CCD (Charge Coupled Device).
A display unit 1000 is provided on the back surface of a case (body) 1302 in the digital still camera 1300, and is configured to display based on an imaging signal from the CCD. The display unit 1000 displays a subject as an electronic image. Functions as a viewfinder. A light receiving unit 1304 including an optical lens (imaging optical system), a CCD, and the like is provided on the front side (the back side in the drawing) of the case 1302.
When the photographer confirms the subject image displayed on the display unit 1000 and presses the shutter button 1306, the CCD image pickup signal at that time is transferred and stored in the memory 1308. In the digital still camera 1300, a video signal output terminal 1312 and an input / output terminal 1314 for data communication are provided on the side surface of the case 1302. As shown in the figure, a television monitor 1430 is connected to the video signal output terminal 1312 and a personal computer 1440 is connected to the input / output terminal 1314 for data communication as necessary. Further, the imaging signal stored in the memory 1308 is output to the television monitor 1430 or the personal computer 1440 by a predetermined operation. Such a digital still camera 1300 incorporates a MEMS element 100 as an electronic component that functions as a filter, a resonator, an angular velocity sensor, or the like.

なお、本発明の一実施形態に係る電子部品としてのMEMS素子100は、図5(a)のパーソナルコンピューター(モバイル型パーソナルコンピューター)、図5(b)の携帯電話機、図6のデジタルスチールカメラの他にも、例えば、インクジェット式吐出装置(例えばインクジェットプリンター)、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳(通信機能付も含む)、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、POS端末、医療機器(例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡)、魚群探知機、各種測定機器、計器類(例えば、車両、航空機、船舶の計器類)、フライトシミュレーター等の電子機器に適用することができる。   Note that the MEMS element 100 as an electronic component according to an embodiment of the present invention includes the personal computer (mobile personal computer) in FIG. 5A, the mobile phone in FIG. 5B, and the digital still camera in FIG. In addition, for example, an ink jet discharge device (for example, an ink jet printer), a laptop personal computer, a television, a video camera, a car navigation device, a pager, an electronic notebook (including a communication function), an electronic dictionary, a calculator, an electronic game Equipment, workstations, videophones, security TV monitors, electronic binoculars, POS terminals, medical equipment (for example, electronic thermometers, blood pressure monitors, blood glucose meters, electrocardiogram measuring devices, ultrasonic diagnostic devices, electronic endoscopes), fish detectors , Various measuring instruments, instruments (for example, vehicles, aircraft, ships S), can be applied to electronic equipment such as a flight simulator.

1…ウェハー基板、2…空洞部、3…MEMS振動子、11…第1酸化膜、12…窒化膜、13…第1導電層、13e…下部電極、13f…第4酸化膜、13g…空隙部、14…第2導電層、14e…上部電極、15…第2酸化膜、16…第3酸化膜、17…保護膜、20,20x,20w…側壁部、21…配線層、21a…第1配線層、21b…第2配線層、22…残留SOG膜、30…第1被覆層、31,31x…開口、32…第2被覆層、90…リリースエッチング領域、90x…犠牲層界面、99,100,101,102…MEMS素子。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Wafer substrate, 2 ... Cavity, 3 ... MEMS vibrator, 11 ... 1st oxide film, 12 ... Nitride film, 13 ... 1st conductive layer, 13e ... Lower electrode, 13f ... 4th oxide film, 13g ... Gap 14, second conductive layer, 14 e, upper electrode, 15, second oxide film, 16, third oxide film, 17, protective film, 20, 20 x, 20 w, side wall, 21, wiring layer, 21 a, first. 1 wiring layer, 21b ... 2nd wiring layer, 22 ... residual SOG film, 30 ... 1st coating layer, 31, 31x ... opening, 32 ... 2nd coating layer, 90 ... release etching area | region, 90x ... sacrificial layer interface, 99 , 100, 101, 102 ... MEMS elements.

Claims (6)

基板の主面に積層された犠牲層がエッチングされることにより形成される空洞部に配置されたMEMS構造体を備えるMEMS素子であって、
前記空洞部を画設する側壁部と、
前記側壁部と前記空洞部を覆い積層され、前記空洞部に貫通するひとつ以上の開口を有する第1被覆層と、
前記第1被覆層に積層され、前記開口を封止する第2被覆層と、を備え、
前記側壁部は、前記MEMS素子の配線層を含み構成され、
前記側壁部および前記開口は、前記側壁部から最も近い前記開口までの最大の長さが、前記エッチングの速度と前記エッチングを行なう所定の時間との積に基づいて得られる長さより短い位置に形成されていることを特徴とするMEMS素子。
A MEMS device comprising a MEMS structure disposed in a cavity formed by etching a sacrificial layer stacked on a main surface of a substrate,
A side wall portion defining the hollow portion;
A first covering layer that covers and laminates the side wall and the cavity, and has one or more openings penetrating the cavity;
A second covering layer laminated on the first covering layer and sealing the opening,
The side wall portion includes a wiring layer of the MEMS element,
The side wall and the opening are formed at positions where the maximum length from the side wall to the nearest opening is shorter than the length obtained based on the product of the etching speed and the predetermined time for performing the etching. A MEMS element characterized by being made.
前記側壁部は、前記主面を平面視したときに、多角形状に前記空洞部を画設していることを特徴とする請求項1に記載のMEMS素子。   The MEMS element according to claim 1, wherein the side wall portion has the cavity portion defined in a polygonal shape when the main surface is viewed in plan. 前記側壁部は、前記主面を平面視したときに、円状、あるいは楕円状に前記空洞部を画設していることを特徴とする請求項1に記載のMEMS素子。   2. The MEMS element according to claim 1, wherein the side wall portion defines the cavity portion in a circular shape or an elliptical shape when the main surface is viewed in plan view. 前記側壁部は、前記主面を平面視したときに、矩形状に前記空洞部を画設し、
前記開口は、前記矩形状に画設された前記空洞部のコーナー領域に貫通する位置を含めて複数の位置に形成されていることを特徴とする請求項1に記載のMEMS素子。
The side wall portion, when the main surface is viewed in plan, defines the hollow portion in a rectangular shape,
2. The MEMS element according to claim 1, wherein the opening is formed at a plurality of positions including a position penetrating a corner region of the hollow portion provided in the rectangular shape.
基板の主面に犠牲層とともにMEMS構造体を形成する工程と、
前記犠牲層を、配線層を含み構成される側壁部によって画設する工程と、
前記画設された犠牲層に貫通するひとつ以上の開口を有する第1被覆層を、前記側壁部と前記画設された犠牲層を覆うように積層する工程と、
前記開口からエッチング液を導入して前記画設された犠牲層をエッチングする工程と、
前記第1被覆層に前記開口を封止する第2被覆層を積層する工程と、を含み、
前記側壁部および前記開口を、前記側壁部から最も近い前記開口までの最大の長さが、前記エッチングの速度と前記エッチングを行なう所定の時間との積に基づいて得られる長さより短い位置に形成することを特徴とするMEMS素子の製造方法。
Forming a MEMS structure together with a sacrificial layer on the main surface of the substrate;
A step of providing the sacrificial layer by a side wall portion including a wiring layer;
Laminating a first covering layer having one or more openings penetrating the provided sacrificial layer so as to cover the side wall and the provided sacrificial layer;
Etching the sacrificial layer provided by introducing an etchant from the opening;
Laminating a second coating layer for sealing the opening on the first coating layer,
The side wall and the opening are formed at a position where the maximum length from the side wall to the nearest opening is shorter than the length obtained based on the product of the etching speed and the predetermined time for performing the etching. A method for manufacturing a MEMS device, comprising:
請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載のMEMS素子を備えていることを特徴とする電子機器。   An electronic apparatus comprising the MEMS element according to any one of claims 1 to 4.
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