JP2014213420A - Method of manufacturing micro device - Google Patents
Method of manufacturing micro device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014213420A JP2014213420A JP2013093671A JP2013093671A JP2014213420A JP 2014213420 A JP2014213420 A JP 2014213420A JP 2013093671 A JP2013093671 A JP 2013093671A JP 2013093671 A JP2013093671 A JP 2013093671A JP 2014213420 A JP2014213420 A JP 2014213420A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- insulating film
- substrate
- film
- forming
- sacrificial insulating
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 46
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 112
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 68
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 66
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 38
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 claims description 12
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 6
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000000059 patterning Methods 0.000 claims description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 abstract description 9
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract description 4
- BHEPBYXIRTUNPN-UHFFFAOYSA-N hydridophosphorus(.) (triplet) Chemical compound [PH] BHEPBYXIRTUNPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 214
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 100
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 32
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 30
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 24
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 19
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 19
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 14
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 13
- 239000005365 phosphate glass Substances 0.000 description 11
- 230000008859 change Effects 0.000 description 9
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 9
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 7
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 6
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 5
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000000708 deep reactive-ion etching Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 3
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N fluoromethane Chemical compound FC NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HIVGXUNKSAJJDN-UHFFFAOYSA-N [Si].[P] Chemical compound [Si].[P] HIVGXUNKSAJJDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MXSJNBRAMXILSE-UHFFFAOYSA-N [Si].[P].[B] Chemical compound [Si].[P].[B] MXSJNBRAMXILSE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001476 alcoholic effect Effects 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005380 borophosphosilicate glass Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000001698 pyrogenic effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P15/12—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by alteration of electrical resistance
Abstract
Description
本発明は、マイクロデバイスの製造方法に関し、特に、加速度センサ、角速度センサ、マイクロミラーなどのマイクロデバイスの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a micro device, and more particularly to a method for manufacturing a micro device such as an acceleration sensor, an angular velocity sensor, or a micro mirror.
基板に対して垂直方向の慣性力を検出する方法として、慣性力にともなう静電の変化を検出する方法がある。この方法による加速度センサの一例が、たとえば特許文献1、非特許文献1に記載されている。この加速度センサでは、基板にねじれ梁を介して回転可能に検出フレームが支持され、検出フレームにリンク梁を介して基板の厚み方向に変位可能に慣性質量体が支持され、検出フレームと対向するように基板上に検出電極が形成されている。この加速度センサでは、基板に対して垂直方向に加速度が加えられると、慣性質量体が基板に対して垂直方向に変位する。この慣性質量体の変位がリンク梁を介して検出フレームに伝えられることによって、ねじれ梁を中心として検出フレームが回転する。この回転によって検出フレームと検出電極との距離が変化し、検出フレームと検出電極との間の静電容量が変化する。静電容量が容量−電圧変換回路によって加速度に比例する電圧に変換されることで加速度が検出される。
As a method for detecting the inertial force in the direction perpendicular to the substrate, there is a method for detecting a change in electrostatic force accompanying the inertial force. An example of an acceleration sensor by this method is described in
上記加速度センサの製造方法は特許文献1の図8〜図12および非特許文献1の図6に記載されている。基板上の固定電極上に犠牲層膜が堆積され、犠牲層膜上に多結晶シリコンよりなる可動構造体(可動部用導電体膜)が形成された後、犠牲層膜が選択除去されて可動構造体が変位可能な状態とされる。
The method for manufacturing the acceleration sensor is described in FIGS. 8 to 12 of
このように面外方向に変位するマイクロデバイスでは、可動部と基板とのギャップが小さいほど感度が高く、広帯域となるなど性能が向上する傾向がある。上記ギャップが小さい構造を形成する場合、横方向の慣性力検出構造を形成するために、たとえば特許文献2では可動電極と固定電極とを有する構造体の基本構造を形成した後、可動電極と固定電極とを固定する固定部材に電流を流し、固定部材を溶断して製造する方法が記載されている。
In such a micro device that is displaced in the out-of-plane direction, the smaller the gap between the movable part and the substrate, the higher the sensitivity, and the performance tends to be improved, such as a broad band. In the case of forming a structure having a small gap, for example, in
しかし、ギャップを小さくすると可動部の電極と基板の電極とが固着しやすくなり、歩留まりと信頼性の低下を招く可能性がある。このため、可動部が基板に固着することを防止する必要がある。たとえば特許文献3には、犠牲層膜を気相フッ酸でエッチングすることにより固着を防止する方法が記載されている。
However, if the gap is reduced, the electrode of the movable part and the electrode of the substrate are liable to stick, which may lead to a decrease in yield and reliability. For this reason, it is necessary to prevent the movable part from adhering to the substrate. For example,
可動部の電極と基板の電極との間に形成される犠牲層膜は、上記のように特許文献3に記載される気相フッ酸により選択的に除去されることが知られている。一方、特許文献1および非特許文献1に開示される多結晶シリコンを可動構造体とするマイクロセンサの製造方法では、犠牲層膜として、成膜後の高温リフローにより平坦性に優れるリン酸ガラス(Phosphorus Silicon Glass:PSG)が用いられる。しかしPSGは気相フッ酸によるドライエッチングで選択除去を実施すると、フッ酸との反応により基板上に残渣物が発生し、除去できないことが非特許文献2の図5および式(3)〜(6)に開示されている。したがってPSG犠牲層膜を用いると気相フッ酸による除去が使用できず、液体フッ酸による除去を使用する必要がある。液体フッ酸による除去ではフッ酸エッチング後水洗が必要であり、水洗後の乾燥工程で可動構造体と基板が固着し、歩留まりが低下するという問題点がある。
It is known that the sacrificial layer film formed between the electrode of the movable part and the electrode of the substrate is selectively removed by the vapor hydrofluoric acid described in
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板と可動構造体との間の狭ギャップ化が容易で、かつ基板上の残渣物の発生と、可動構造体および基板の固着との双方を抑制できるマイクロデバイスの製造方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and its object is to easily reduce the gap between the substrate and the movable structure, and to generate residues on the substrate, and the movable structure and It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a microdevice that can suppress both the fixation of a substrate.
本発明のマイクロデバイスの製造方法は、以下の工程を備えている。
基板上に、少なくともリンを含む酸化物からなりかつ貫通孔を有する犠牲絶縁膜と、貫通孔内を埋め込む支柱部と、犠牲絶縁膜および支柱部上に位置する可動部用導電体膜とが形成される。上記犠牲絶縁膜が液相処理により除去され、可動部用導電体膜が基板に対して支柱部で支持される。上記支柱部が気相処理により除去され、支柱部が形成されていた領域において可動部用導電体膜が基板から浮いた状態とされる。
The manufacturing method of the microdevice of the present invention includes the following steps.
A sacrificial insulating film made of an oxide containing at least phosphorus and having a through-hole, a post portion embedded in the through-hole, and a sacrificial insulating film and a movable portion conductor film located on the post portion are formed on the substrate. Is done. The sacrificial insulating film is removed by a liquid phase process, and the conductive film for the movable part is supported by the support column with respect to the substrate. The support portion is removed by the vapor phase process, and the movable portion conductive film is lifted from the substrate in the region where the support portion is formed.
本発明によれば、犠牲絶縁膜として、平坦性に優れたリンを含む酸化膜が用いられるため、基板と可動構造体との狭ギャップ化が容易である。また、犠牲絶縁膜が液相処理により除去されるため、残渣の発生を抑制することができる。また、液相処理時には可動部用導電体膜が支柱部で支持され、かつ液相処理後に気相処理により支柱部が除去されるため、可動部用導電体膜と基板との固着を抑制することができる。 According to the present invention, since the oxide film containing phosphorus having excellent flatness is used as the sacrificial insulating film, it is easy to narrow the gap between the substrate and the movable structure. In addition, since the sacrificial insulating film is removed by the liquid phase treatment, generation of residues can be suppressed. In addition, the conductive film for the movable part is supported by the support during the liquid phase process, and the support is removed by the vapor phase process after the liquid process, thereby preventing adhesion between the conductive film for the movable part and the substrate. be able to.
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
(実施の形態1)
まず本実施の形態のマイクロデバイスの構成として加速度センサの構成について図1〜図3を用いて説明する。なお、説明の便宜のため、X方向、Y方向、Z方向が導入されている。図1において、X方向は2つのリンク梁5bが延びる方向である。Y方向はX方向に直交する方向であって、8つの孔部5eが並ぶ方向である。Z方向はX方向およびY方向の双方に直交する方向であって、支持基板1の表面に直交する上下方向(基板1Aと可動体とが互いに向かい合う方向)である。なおZ方向は、本実施の形態の加速度センサが測定対象とする加速度方向に一致する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
First, the configuration of the acceleration sensor will be described with reference to FIGS. 1 to 3 as the configuration of the microdevice of the present embodiment. For convenience of explanation, an X direction, a Y direction, and a Z direction are introduced. In FIG. 1, the X direction is the direction in which the two
図1〜図3を参照して、本実施の形態の加速度センサ100は、基板1Aと、検出フレーム5aと、リンク梁5bと、支持部5cとを主に有している。
Referring to FIGS. 1 to 3,
基板1Aは、支持基板1と、絶縁膜2と、固定電極3とを有している。支持基板1上には絶縁膜2が形成されており、絶縁膜2上には固定電極3が形成されている。支持基板1には、たとえばシリコン基板を用いることができる。絶縁膜2には、たとえば低応力の窒化シリコン膜やシリコン酸化膜を用いることができる。固定電極3には、たとえば導電性を有する多結晶シリコン膜を用いることができる。固定電極3は平面視において検出フレーム5aの一部(図1における検出フレーム5aの上側約3/4)の領域と重なる領域に形成されており、かつ矩形状を有している。
The
検出フレーム5a(可動部用導電体膜)は、平面視において矩形状を有している。検出フレーム5aは、固定電極3の基板1Aと反対側(上側)において、固定電極3とZ方向に対向するように配置されている。固定電極3とZ方向のその真上の検出フレーム5aとはZ方向に互いに間隔をあけて、言い換えれば固定電極3と検出フレーム5aとの間に空間を挟むように、配置されている。検出フレーム5aには複数の孔部5eがX方向およびY方向において互いに間隔をあけて行列状に(たとえば図1においてはX方向に4行、Y方向に8列)並ぶように形成されている。孔部5eは検出フレーム5aの一方の主表面から、一方の主表面とZ方向に対向する他方の主表面までZ方向に貫通している。なお図1においては孔部5eは平面視において矩形状となっているが、これに限らずたとえば多角形状、円形状、ライン形状であってもよい。
The
リンク梁(梁用導電体膜)5bは、検出フレーム5aの矩形状の外側の2箇所に接続されている。リンク梁5bは、リンク梁5bのX方向に延びる軸周りにねじれることができるように検出フレーム5aにより支持されている。リンク梁5bのX方向に延びる軸は、検出フレーム5aの重心GとY方向に関して距離eだけずれている。
The link beam (beam conductor film) 5b is connected to two places outside the rectangular shape of the
支持部(支持部用導電体膜)5cは、平面視において検出フレーム5aの周囲を隙間5dを介在して取り囲むように枠形状を有している。支持部5cは、検出フレーム5aの周囲において基板1Aに固定支持されている。この支持部5cはリンク梁5bに接続されている。これにより、支持部5cは、検出フレーム5aにリンク梁5bを介在して接続されている。以上により検出フレーム5aは、リンク梁5bおよび支持部5cを介在して基板1Aに固定支持されている。また支持部5cは、少なくともその一部が導電性を有している。
The support part (support part conductive film) 5c has a frame shape so as to surround the periphery of the
上記の検出フレーム5a、リンク梁5bおよび支持部5cは、一体の導電体膜5から形成されており、たとえば導電性を有する多結晶シリコン膜からなっている。本実施の形態においては、検出フレーム5aは基板1Aに対して移動する可動部用導電体膜である。
The
次に本実施の形態のマイクロデバイスとしての加速度センサの動作原理について図1〜図3を用いて説明する。 Next, the operation principle of the acceleration sensor as the micro device of this embodiment will be described with reference to FIGS.
図1〜図3を参照して、この加速度センサ100では、基板1Aの表面に対して垂直方向(Z方向)に加速度が加えられると、慣性質量体としての機能を兼ねる検出フレーム5aが基板1Aに対して上下方向(Z方向)に変位する。この変位により検出フレーム5aはリンク梁5bのX方向に延びる軸を中心として回転する。この回転によって検出フレーム5aと固定電極3との距離が変化し、検出フレーム5aと固定電極3との間の静電容量が変化する。静電容量が容量−電圧変換回路によって加速度に比例する電圧に変換されることで加速度が検出される。
Referring to FIGS. 1 to 3, in this
次に、本実施の形態のマイクロデバイスの製造方法として加速度センサの製造方法について図4〜図13を用いて説明する。 Next, a method for manufacturing an acceleration sensor as a method for manufacturing a microdevice according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
図4を参照して、たとえばシリコンよりなる支持基板1の表面上に絶縁膜2を介在してたとえば多結晶シリコンよりなる導電体膜3が形成される。絶縁膜2および導電体膜3はたとえばCVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成されることが好ましい。この導電体膜3がフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてパターニングされることにより固定電極3が形成される。これにより、支持基板1と絶縁膜2とパターニングされた固定電極3とからなる基板1Aが形成される。
Referring to FIG. 4,
次に固定電極3を覆うように基板1A上に、第1の保護絶縁膜4aと、犠牲絶縁膜4と、第2の保護絶縁膜4bとがこの順に、たとえばCVD法により形成される。第1の保護絶縁膜4aおよび第2の保護絶縁膜4bは、熱酸化されにくい材質で形成されていることが好ましく、たとえば窒化シリコンからなることが好ましい。また犠牲絶縁膜4は、いわゆるリフロー工程により、犠牲絶縁膜4に覆われる表面の段差を減らすカバレッジに優れ当該表面を平坦にすることが可能な材質で形成されていることが好ましい。この絶縁膜4は、少なくともリンを含む酸化物、たとえばリン酸ガラス(PSG)などからなることが好ましい。ただし犠牲絶縁膜4は、リン酸ガラス(PSG)の代わりにたとえばリン酸ガラスにさらにホウ素が加わったガラス(Boron Phosphorus Silicon Glass:BPSG)により形成されてもよい。
Next, a first protective insulating
第1の保護絶縁膜4a、犠牲絶縁膜4および第2の保護絶縁膜4bはなるべく薄く形成することが好ましい。たとえば第1の保護絶縁膜4aの厚みT1(図4)および第2の保護絶縁膜4bの厚みT3(図4)はそれぞれ500nmとし、犠牲絶縁膜4の厚みT2(図4)は1μmとする。
The first protective insulating
第1の保護絶縁膜4aと、犠牲絶縁膜4とが形成された後に、リフロー工程により、約1000℃に加熱されることが好ましい。このようにすれば犠牲絶縁膜4の上面の表面粗さをたとえば1nm以下にするなど非常に平坦性に優れた形状とすることができる。その結果、第2の保護絶縁膜4bの上面の平坦性も向上させることができる。
After the first protective insulating
図5を参照して、第1の保護絶縁膜4a、犠牲絶縁膜4および第2の保護絶縁膜4bがフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてパターニングされる。これにより、図2の領域Aすなわち検出フレーム5aが形成されるべき領域には第1の保護絶縁膜4a、犠牲絶縁膜4および第2の保護絶縁膜4bを貫通して固定電極3に達する貫通孔6が、互いに一定の間隔を隔てて複数形成される。この間隔は後に形成される検出フレーム5aに複数並ぶように形成される孔部5eのピッチにほぼ等しいことが好ましい。図2の領域Bすなわち支持部5c(図1〜図3)が形成されるべき領域では基板1Aの絶縁膜2が露出する。
Referring to FIG. 5, first protective insulating
図6を参照して、第2の保護絶縁膜4bを覆うように、たとえば多結晶シリコンよりなる導電体膜5が、たとえばCVD法により成膜される。この導電体膜5は貫通孔6内を埋め込むように形成される。検出フレーム5aの真下の貫通孔6に充填された導電体膜5は支柱部5fとして形成される。導電体膜5の厚みT4(図6)はたとえば8μm程度となるように形成する。
Referring to FIG. 6,
図7を参照して、導電体膜5に深堀エッチング(DRIE:Deep Reactive Ion Etching)などが行われて、導電体膜5がパターニングされる。この際、第2の保護絶縁膜4bはエッチングストッパとして機能する。
Referring to FIG. 7, the
上記の深堀エッチングによって、導電体膜5から、検出フレーム5aおよび支持部5cが形成される。また図示されないがこのとき、検出フレーム5aと支持部5cとを接続するリンク梁5b(図1、図3)も形成される。この1回の深堀エッチングを行なうだけで、犠牲絶縁膜4上の一体の導電体膜5から、可動部用導電体膜としての検出フレーム5aと、基板1Aに支持されかつ検出フレーム5aを支持する支持部用導電体膜としての支持部5cとを同時に形成することができる。
The
支柱部5fは検出フレーム5aの下面から固定電極3の上面まで第2の保護絶縁膜4b、犠牲絶縁膜4および第1の保護絶縁膜4aをZ方向に延びる貫通孔6内を埋めるように形成されている。このようにすれば後述するように犠牲絶縁膜4が除去された際に、検出フレーム5aが基板1Aに固着しないように基板1Aに対して支持するための支柱部5fを形成することができる。
The
検出フレーム5aには上面から下面まで貫通するように複数の孔部5eが、一定の間隔を隔てて形成される。検出フレーム5aはその真下の支柱部5fを介在して固定電極3に接続される。
A plurality of
図8を参照して、検出フレーム5a、支持部5cなどの導電体膜5の表面(上面および側面)上を覆うように、第3の保護絶縁膜としての薄膜7が形成される。この薄膜7は、導電体膜5がたとえば多結晶シリコンよりなる場合には、多結晶シリコンの熱酸化を妨げるシリコン窒化膜などから形成される。なお薄膜7は、酸化による導電体膜5のパターン変化を見込んで形成されるが、酸化による導電体膜5のパターン変化が無視できる場合は不要である。
Referring to FIG. 8,
薄膜7が形成された後、フロロカーボン系の反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)などにより、孔部5eの真下の第2の保護絶縁膜4bが除去され開口部5gが形成される。
After the
図9を参照して、開口部5gにより犠牲絶縁膜4が露出された領域を起点として、犠牲絶縁膜4が液相処理すなわちフッ酸溶液などによりエッチング除去される。上記のエッチング除去により、基板1Aの上面と検出フレーム5a、リンク梁5b(図示せず)などの導電体膜5の下面との間に隙間が生じる。また犠牲絶縁膜4が除去されることにより、支柱部5fの側面が外部に露出する。ただし、固定電極3と検出フレーム5aとは支柱部5fにより連結されているため、この段階では検出フレーム5aは支柱部5fにより基板1Aに固定されている。
Referring to FIG. 9, sacrificial insulating
検出フレーム5aを支持する複数の支柱部5fは、図13に示すように平面視においてたとえば行列状に配置される。行列状に配置された複数の支柱部5fの各々は、検出フレーム5aの行列状に配置された複数の孔部5eのうち対角線の方向に隣り合う1対の孔部5eの中間点に形成されてもよいがこれに限られない。また支柱部5fは図13においては平面視において矩形状となっているが、これに限らずたとえば多角形状、円形状、ライン形状であってもよい。
The plurality of
上記により、図9に示すように基板1Aとの間に隙間を介して配置された可動部用導電体膜(検出フレーム5a)を、複数の支柱部5fの各々で基板1Aに対して支持した支持構造が形成される。
As described above, as shown in FIG. 9, the movable portion conductor film (
図10を参照して、この後、熱酸化が行なわれる。これにより、外部に露出した支柱部5fが、表面(側面)から熱酸化されて、熱酸化膜8が形成される。支柱部5fすなわち導電体膜5が多結晶シリコンよりなる場合には、熱酸化膜8は酸化シリコンよりなる。
Referring to FIG. 10, thermal oxidation is performed thereafter. Thereby, the
上記の熱酸化は、たとえば900℃以上の高温で酸素を含むガスを流してシリコンを化学的に変質させることにより行われる。この熱酸化の方法としては、たとえばドライO2酸化、ウエットO2酸化、スチーム酸化、水素燃焼酸化(パイロジェニック酸化)、酸素分圧酸化、塩酸酸化などの方法が用いられる。 The thermal oxidation is performed by chemically altering silicon by flowing a gas containing oxygen at a high temperature of 900 ° C. or higher, for example. Examples of the thermal oxidation method include dry O 2 oxidation, wet O 2 oxidation, steam oxidation, hydrogen combustion oxidation (pyrogenic oxidation), oxygen partial pressure oxidation, and hydrochloric acid oxidation.
図11を参照して、この熱酸化膜8は支柱部5fの表面側と膜中側とに一定の割合で成長する。上記の熱酸化は、上下方向(Z方向)における支柱部5fの少なくとも一部において、支柱部5fの上下方向に直交する幅方向(Y方向)の全体が酸化するように行なわれる。言い換えれば支柱部5fの内部の全体が熱酸化膜8に変質し、検出フレーム5aとこれに対向する固定電極3とが熱酸化膜8のみで支持される状態になるまで熱酸化が行なわれる。
Referring to FIG. 11, this
支柱部5fが変質して生じた熱酸化膜8が、たとえば気相フッ酸などによりエッチング除去される。さらに第1の保護絶縁膜4a、第2の保護絶縁膜4bおよび第3の保護絶縁膜7がたとえばフロロカーボンガスを用いたプラズマエッチングなどによりエッチング除去される。
The
図12を参照して、上記の熱酸化膜8のエッチング除去により、支柱部5fが形成されていた箇所において基板1Aから可動部用導電体膜(検出フレーム5a)が浮いた状態となる。またこの状態においては、リンク梁5bおよび支持部5cなどを介在して可動部用導電体膜(検出フレーム5a)が基板1Aに対して支持される(図3参照)。
Referring to FIG. 12, by removing the
また上記薄膜7のエッチング除去により、固定電極3と導電体膜5(検出フレーム5aおよび支持部5c)との表面が露出し、可動部用導電体膜をZ方向に関して変位可能な状態となる。これにより図1〜図3に示す本実施の形態のマイクロデバイスとしての加速度センサが製造される。
Further, by removing the
なお第1の保護絶縁膜4a、第2の保護絶縁膜4bおよび第3の保護絶縁膜7が熱リン酸などの酸化膜に対するエッチング選択比の高い薬液によりエッチング除去される場合には、気相フッ酸による熱酸化膜8のエッチング除去の前に上記薬液によるエッチング除去されることが好ましい。言い換えれば気相フッ酸による熱酸化膜8の除去を薬液によるエッチングの後に(たとえば最後の工程として)実施することが好ましい。
When the first protective insulating
このようにすれば、仮に薬液を用いた第1の保護絶縁膜4a,4bなどの除去が気相によるエッチング除去の後に(たとえば最後の工程として)実施された場合に発生し得る、残存する薬液の表面張力によるたとえば検出フレーム5aの下面と固定電極3の上面とが互いに固着する不具合を抑制することができる。
In this case, the remaining chemical solution that may be generated when the removal of the first protective insulating
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態によれば、たとえばリン酸ガラス(PSG)などの少なくともリンを含む酸化物からなる犠牲絶縁膜4が、固定電極3と検出フレーム5aとの導電性膜(多結晶シリコンの薄膜)に挟まれるように形成される。このような犠牲絶縁膜4の上面を高温リフロー工程を行なうことにより平坦化することができる。
Next, the effect of this Embodiment is demonstrated.
According to the present embodiment, the sacrificial
たとえば通常、多結晶シリコンで形成された厚み500nmの固定電極薄膜の表面粗さは数nm程度である。しかし当該固定電極薄膜上に犠牲絶縁膜としてのリン酸ガラス(PSG)が形成され、約1000℃で高温リフロー工程がなされた場合には、リン酸ガラスの上面の表面粗さを1nm以下にすることができる。これはリン酸ガラスの優れた段差カバレッジ(段差を覆って平坦にする機能)と平坦化とによるものである。これにより、固定電極3と検出フレーム5aとのギャップを狭くすることができ、感度が高く広帯域の(性能が向上された)マイクロデバイス(静電容量式加速度センサ)を実現することができる。
For example, the surface roughness of a fixed electrode thin film having a thickness of 500 nm formed of polycrystalline silicon is usually about several nm. However, when phosphate glass (PSG) is formed as a sacrificial insulating film on the fixed electrode thin film and a high temperature reflow process is performed at about 1000 ° C., the surface roughness of the upper surface of the phosphate glass is set to 1 nm or less. be able to. This is due to the excellent step coverage (function to cover and flatten the step) and flattening of phosphate glass. As a result, the gap between the fixed
また、たとえばリン酸ガラスからなる犠牲絶縁膜4は液相処理により除去される。このため、たとえばリン酸ガラスからなる犠牲絶縁膜4を気相で除去した場合に生じる、リンを含む残渣は液相処理による除去では生じない。よって、製品の歩留まりを向上させることができる。
Further, the sacrificial
また検出フレーム5aが基板1Aの固定電極3に対して犠牲絶縁膜4の貫通孔6内を埋め込むように形成された支柱部5fで支持された状態で、犠牲絶縁膜4が除去される。このため犠牲絶縁膜4が液相により除去されても、乾燥工程において固定電極3と検出フレーム5aとの固着が生じない。
In addition, the sacrificial
また支柱部5fは気相により除去される。このため、液相により除去した場合のような乾燥工程が不要となる。よって、支柱部5fの除去時に、その乾燥工程における固着は生じない。
Moreover, the support |
このように検出フレーム5aを基板1Aから浮かせるための最後の工程において支柱部5fが液相処理ではなく気相処理で除去されるため、薬液の乾燥工程時の検出フレーム5aと固定電極3との固着を抑制することができる。
As described above, since the supporting
犠牲絶縁膜4はその基板側(下側)の表面が第1の保護絶縁膜4aに覆われ、基板側と反対側(上側)の表面が第2の保護絶縁膜4bに覆われる。これらの保護絶縁膜4a,4bは犠牲絶縁膜4のリン酸ガラスとは異なる材質(たとえば窒化シリコン)で形成されるため、図9の犠牲絶縁膜4がエッチング除去される際にエッチングされにくい。これは保護絶縁膜4a,4bと犠牲絶縁膜4との高いエッチング選択比によるものである。したがって保護絶縁膜4a,4bは、基板1Aおよび検出フレーム5aを保護することができる。
The surface of the sacrificial
さらに第1の保護絶縁膜4aは熱酸化されにくい窒化シリコンなどにより形成されており、図10および図11の支柱部5fを酸化する工程において基板1A(固定電極3)が酸化されるのを防止するように(固定電極3の上側の表面を覆うように)形成されている。第2の保護絶縁膜4bも熱酸化されにくい窒化シリコンなどにより形成されており、上記図10,11の工程において検出フレーム5aの下面が酸化されるのを防止するように(検出フレーム5a(導電体膜5)の下側の表面を覆うように)形成されている。このため犠牲絶縁膜4がエッチングされる際および、支柱部5fが酸化される際の双方において、基板1Aおよび検出フレーム5aなどがエッチングされたり酸化されることを防止することができる。
Further, the first protective insulating
したがって、固定電極3と検出フレーム5aとのギャップの変化を抑制することができる。
Therefore, a change in the gap between the fixed
上記の保護絶縁膜4a,4bと同様に、検出フレーム5aの上面および側面が酸化されるのを防止するように第3の保護絶縁膜としての薄膜7が検出フレーム5aの上面および側面を覆うように形成されている。このため検出フレーム5aの上面および側面の酸化によるマイクロデバイスとしての性能の劣化を抑制することができる。
Similar to the protective insulating
(実施の形態2)
図14を参照して、実施の形態1の図11に示す支柱部5fが熱酸化され熱酸化膜8となる工程において、支柱部5fの側面から上下方向に直交する幅方向(Y方向)に進行する熱酸化膜同士がぶつかる部分(図14の熱酸化膜8のY方向の中央部)で熱酸化膜8に凹部8a,8bが形成されてもよい。凹部8a,8bの大きさは、支柱部5fのX方向またはY方向に関する幅が大きくなるにつれて(幅が大きくなるほど)大きくなる。実施の形態1は上記の凹部8a,8bが無視できる程度に小さい場合を示している。なお、これ以降の各実施の形態において実施の形態1の構成と同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
(Embodiment 2)
Referring to FIG. 14, in the step of thermally oxidizing
図14の熱酸化膜8が実施の形態1の図12に示す工程と同様に気相フッ酸により除去されれば、図15に示すように、支柱部5fが形成されていた箇所において基板1Aから可動部用導電体膜(検出フレーム5a、慣性質量体)が浮いた状態となり、固定電極3と検出フレーム5aとが上下方向(Z方向)に互いに対向する箇所に凸部9aと凸部9bとが形成される。
If the
これにより、基板1Aの固定電極3と対向する検出フレーム5aの表面には凸部9aが形成されており、かつ検出フレーム5aと対向する基板1Aの固定電極3の表面には凸部9bが形成されている。この検出フレーム5aの凸部9aと上下方向(Z方向)に対向する位置に固定電極3の凸部9bが形成されている。
Thereby, a
本実施の形態によれば、図14に示すように支柱部5fが酸化されて熱酸化膜8が形成された後に、図15に示すようにその熱酸化膜8が除去されることにより支柱部5fが接続されていた箇所に凸部9a,9bが形成される。
According to the present embodiment, after the
この際、図14に示すように、導電体膜3および導電体膜5の多結晶シリコンが熱酸化されると、熱酸化された部分はそれ以上酸化しない。このため、仮に酸化時間が長くなると凸部9a,9bの形状はそのままで、熱酸化膜8は上下方向に厚くなるように形成される。よって、熱酸化の時間が長くなっても、凸部9a,9bの形状を維持されることになり、凸部9a,9bの形状のばらつきが小さくなる。したがって、基板1Aと可動部用導電体膜(検出フレーム5a、慣性質量体)との製造中および使用中の固着が少なく、固着防止効果の一定化が容易な信頼性の高いマイクロデバイス(静電容量式加速度センサ)を実現することができる。
At this time, as shown in FIG. 14, when the polycrystalline silicon of the
(実施の形態3)
上記の支柱部5fは、検出フレーム5aを支持可能な程度に、なるべく横寸法(上記X方向およびY方向に関する寸法)が小さいことが好ましい。図16を参照して、孔部5eで区画された検出フレーム5aの各領域の真下に形成される貫通孔6および支柱部5fが複数(たとえば6つ)形成されていてもよい。なお以降の各図においては、実施の形態1の各工程を示す図における図2の領域Bに関する図示が省略されているが、実施の形態1の各工程を示す図における図2の領域Aに関する図示がなされている。
(Embodiment 3)
It is preferable that the above-mentioned
このように孔部5eで区画された検出フレーム5aの各領域が複数の支柱部5fにより支持されれば、たとえば実施の形態1のように上記各領域が単一の支柱部5fにより支持される場合に比べて支持強度を高めることができる。
If each region of the
図16のように複数の支柱部5fにより支持する構成は、貫通孔6を形成するために第1の保護絶縁膜4a、犠牲絶縁膜4および第2の保護絶縁膜4bをパターニングする際に、上記横寸法がフォトリソグラフィの加工可能な最小の寸法とすることにより実現できる。
As shown in FIG. 16, the structure supported by the plurality of
このように支柱部5fの横寸法を小さくすれば、支柱部5fを熱酸化する時間および支柱部5fが熱酸化された熱酸化膜を除去するのに要する時間を短縮することができる。また、検出フレーム5a、保護絶縁膜4a,4bおよび固定電極3などの各膜による残留応力を分散し、支柱部5fへの応力集中を低減することができる。
Thus, if the horizontal dimension of the
(実施の形態4)
本実施の形態は、たとえば実施の形態1の図5に示す(第1の保護絶縁膜4a、犠牲絶縁膜4および第2の保護絶縁膜4bを貫通する)貫通孔6の横寸法(X方向およびY方向に関する寸法)において実施の形態1と異なっている。
(Embodiment 4)
In the present embodiment, for example, as shown in FIG. 5 of the first embodiment (through the first protective insulating
具体的には図17を参照して、本実施の形態においては、貫通孔6が第2の保護絶縁膜4bの貫通孔6aと、犠牲絶縁膜4の貫通孔6bと、第1の保護絶縁膜4aの貫通孔6cとを有している。犠牲絶縁膜4の貫通孔6bの横寸法W2は第2の保護絶縁膜4bの貫通孔6aの横寸法W1よりも小さくなっている。第1の保護絶縁膜4aの貫通孔6cの横寸法W3は犠牲絶縁膜4の貫通孔6bの横寸法W2よりも小さくなるように、貫通孔6が形成される。このようにすれば、貫通孔6全体を巨視的に見たときに貫通孔6は基板1側に細くなるテーパ形状を有することになる。
Specifically, referring to FIG. 17, in the present embodiment, the through
図17に示す貫通孔6(貫通孔6a,6b,6c)は以下のように形成される。まず第2の保護絶縁膜4bが、横寸法の比較的大きい(図17の寸法W1を有する)第1のマスクパターンにより、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてパターニングされる。次に犠牲絶縁膜4が、横寸法が上記第1のマスクパターンより小さい(図17の寸法W2を有する)第2のマスクパターンにより、上記と同様にパターニングされる。次に第1の保護絶縁膜4aが、上記第2のマスクパターンより小さい(図17の寸法W3を有する)第3のマスクパターンにより、上記と同様にパターニングされる。
The through holes 6 (through holes 6a, 6b, 6c) shown in FIG. 17 are formed as follows. First, the second protective insulating
ただし上記第1のマスクパターンを用いたフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、第2の保護絶縁膜4bおよび犠牲絶縁膜4の双方が同時にパターニングされてもよい。このようにすれば、第1〜第3のマスクパターンを用いて形成された図17の態様に比べて貫通孔6のテーパ角度が急峻になる(すなわちW1,W2,W3の差が小さくなる)。
However, both the second protective insulating
本実施の形態によれば、たとえば最も基板1Aに近い貫通孔6c内の支柱部5fのみを選択的に熱酸化し除去することができる。このようにすれば、貫通孔6a,6b内の支柱部5fを残存させることによりこれを実施の形態2の図15に示す凸部9aとして用いることができる。したがって上記のように貫通孔6a,6b内に残存する支柱部5fが凸部9aとして機能することにより、実施の形態2と同様に検出フレーム5aと固定電極3との固着を抑制させることができる。
According to the present embodiment, for example, only the
またたとえば上記横寸法W1を大きくすれば、検出フレーム5aに固着された支柱部5fの凸部の(図17の上側の)根元の横寸法を大きくすることができることから、凸部として機能する支柱部5fの機械的強度を高めることができ、信頼性の高いマイクロデバイス(静電容量式加速度センサ)を実現することができる。なおこの場合、テーパ角度(検出フレーム5aの下面と巨視的に見た支柱部5fの側面とのなす角度)が45°以下であることが好ましい。
Further, for example, if the lateral dimension W1 is increased, the lateral dimension of the base (upper side in FIG. 17) of the convex part of the
(実施の形態5)
本実施の形態においても最終形態は図1〜図3に示す実施の形態1の加速度センサ100と同様であるが、その製造方法が一部異なっている。以下、本実施の形態のマイクロデバイスの製造方法として加速度センサの製造方法について図18〜図26を用いて説明する。
(Embodiment 5)
Also in this embodiment, the final form is the same as that of the
図18を参照して、まず図4と同様に支持基板1と絶縁膜2とパターニングされた固定電極3とからなる基板1Aが形成される。次に固定電極3を覆うように基板1A上に、第1の保護絶縁膜4aと、導電体膜5とがこの順に成膜される。ここでの導電体膜5の厚みT5(図18)は実施の形態1の犠牲絶縁膜4の厚みT2(図4)と第1の保護絶縁膜4aの厚みT3(図4)との和とほぼ等しくなるようにすることが好ましい。
Referring to FIG. 18, first, a
図19を参照して、図18の導電体膜5がフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてパターニングされる。これにより実施の形態1と同様の支柱部5fが形成される。
Referring to FIG. 19,
図20を参照して、支柱部5fを覆うように第1の保護絶縁膜4a上に犠牲絶縁膜4が形成される。その後、犠牲絶縁膜4の(図20の上下方向の)厚みが支柱部5fの厚みとほぼ等しくなるように、たとえばCMP(Chemical Vapor Deposition)により犠牲絶縁膜4の上面側が研磨除去される。その結果、犠牲絶縁膜4は、図19の支柱部5fの側面全周を覆うように、支柱部5fと同一の層として形成される。視点を変えれば、支柱部5fは、犠牲絶縁膜4の貫通孔を埋め込むように配置される。なお上記のCMPにより、犠牲絶縁膜4の平坦性を向上させることができる。
Referring to FIG. 20, sacrificial insulating
図21を参照して、犠牲絶縁膜4および支柱部5fの上面を覆うように、第2の保護絶縁膜4bと導電体膜5とがこの順に、形成される。
Referring to FIG. 21, a second protective insulating
図22を参照して、図7の工程と同様に、導電体膜5に深堀エッチング(DRIE)などが行われて、導電体膜5がパターニングされ、導電体膜5から、検出フレーム5aおよび図示されない支持部5cやリンク梁5bなどが形成される。この際、第2の保護絶縁膜4bはエッチングストッパとして機能する。また孔部5eも形成される。
Referring to FIG. 22, similarly to the process of FIG. 7, deep etching (DRIE) or the like is performed on the
図23を参照して、図8の工程と同様に、検出フレーム5aなどの導電体膜5の表面上を覆うように、第3の保護絶縁膜としての薄膜7が形成され、孔部5eの真下の第2の保護絶縁膜4bが除去され開口部5gが形成される。
Referring to FIG. 23, similarly to the process of FIG. 8, a
図24を参照して、図9の工程と同様に、犠牲絶縁膜4が液相処理すなわちフッ酸溶液などによりエッチング除去される。
Referring to FIG. 24, as in the step of FIG. 9, sacrificial insulating
図25および図26を参照して、図10および図11の工程と同様に支柱部5fの全体が熱酸化されることにより、熱酸化膜8が形成される。
Referring to FIGS. 25 and 26, as in the steps of FIGS. 10 and 11, the entire
その後、実施の形態1と同様に気相フッ酸により熱酸化膜8が除去される。また実施の形態1と同様に第1の保護絶縁膜4a、第2の保護絶縁膜4b、第3の保護絶縁膜7がエッチング除去され、図12と同様の態様となる。
Thereafter, the
本実施の形態においては、支柱部5fが検出フレーム5aと一体ではなく別体として形成されている。このため実施の形態1のように支柱部5fと検出フレーム5aとが一体である場合に比べて、図25および図26に示す支柱部5fの熱酸化の際に支柱部5fの真上の検出フレーム5aの形状変化を低減することができる。このため、より信頼性の高いマイクロデバイス(静電容量式加速度センサ)を実現することができる。
In the present embodiment, the
(その他)
上記実施の形態1〜5においてはマイクロデバイスとして加速度センサについて説明したが、マイクロデバイスとしては他のデバイスであってもよい。たとえば図27〜図29に示す角速度センサ、図30〜図31に示すマイクロミラーなどに本発明が適用されてもよい。
(Other)
In the first to fifth embodiments, the acceleration sensor has been described as the micro device. However, the micro device may be another device. For example, the present invention may be applied to the angular velocity sensor shown in FIGS. 27 to 29, the micromirror shown in FIGS.
まず角速度センサについて説明する。
図27〜図29を参照して、角速度センサ200は、その上に薄膜の絶縁膜12が形成された半導体基板11上に各構成が配設されてなるもので、実施の形態1の検出フレーム5aと類似の機能を有する慣性質量体15aを有している。慣性質量体15aは、Y軸方向に延びるリンク梁15bを介在して連結されており、図29からわかるように、半導体基板11の上方で基板11の表面に平行に保持されている。
First, the angular velocity sensor will be described.
27 to 29, the
支持部15cは、平面視において隙間15dを介在して慣性質量体15aの周囲を取り囲むように枠形状を有しており、慣性質量体15aの周囲において半導体基板11に固定支持されている。この支持部15cはリンク梁15bに接続されている。これにより支持部15cは、慣性質量体15aにリンク梁15bを介在して接続されている。以上により慣性質量体15aは、リンク梁15bおよび支持部15cを介在して半導体基板11に固定支持されている。また支持部15cは、少なくともその一部が導電性を有している。
The
なお、慣性質量体15a、リンク梁15bおよび支持部15cは、たとえば多結晶シリコンなどで形成され、半導体基板11はシリコンなどで、絶縁膜12はたとえば低応力のシリコン窒化膜やシリコン酸化膜により形成されている。
The
慣性質量体15aに対応する絶縁膜12上には、検出電極13が設けられている。慣性質量体15aと検出電極13とは、Z方向に小さな間隔を隔てて、電気的に独立している。また慣性質量体15aには検出フレーム5aと同様に孔部15eが形成されていてもよい。
A
この角速度センサ200の動作原理は以下のとおりである。図示されない駆動機構により慣性質量体15aが半導体基板11上で音叉振動(図27のX方向に関する中央部の隙間15dの左側および右側のそれぞれの慣性質量体15aがX方向に関して互いに逆相で振動)を行なっている場合に、図のY方向の軸周りの角速度が入力されると、慣性質量体15aはその速度振動ベクトル方向および角速度ベクトル方向に直交する方向(半導体基板11に直交するZ方向)に、慣性力すなわちコリオリの力を受ける。その結果、慣性質量体15aは互いに逆相の半導体基板11の外方への慣性力を受け、Y方向中心軸の周りの回転振動が誘起される。この回転振動の変位は、角速度に比例するため、この変位を、慣性質量体15aとその下側に設けられた検出電極13との間の容量変化を通じ、C−V変換器により電気出力に変換して、角速度信号を取得することができる。
The operating principle of this
検出電極13と慣性質量体15aとの間で形成される容量変化は、角速度検出時に差動変化となり、この差動変化を検出し得る回路構成を採用することにより、同相で変化するような外乱振動(X方向やZ方向の加速度による発生する慣性質量体15aの変位振動)の影響を受けない構成を実現することができる。
The capacitance change formed between the
この角速度センサ200は、上記実施の形態1〜5の加速度センサと同様の製造方法により形成されてもよい。
This
次にマイクロミラーについて説明する。
図30および図31を参照して、マイクロミラー300において、ミラー部25eはミラー形成基板25aの一面に形成されており、アルミニウム薄膜や金薄膜などから形成されている。ミラー形成基板25aは中央の重心Gを軸として回動するように構成されている。リンク梁25bはミラー形成基板25aの中央延長上に形成されている。
Next, the micromirror will be described.
Referring to FIGS. 30 and 31, in
支持部25cは、平面視において隙間25dを介在してミラー形成基板25aの周囲を取り囲むように枠形状を有しており、ミラー形成基板25aの周囲において基板21Aに固定支持されている。この支持部25cはリンク梁25bに接続されている。これにより支持部25cは、ミラー形成基板25aにリンク梁25bを介在して接続されている。以上によりミラー形成基板25aは、リンク梁25bおよび支持部25cを介在して基板21Aに固定支持されている。また支持部25cは、少なくともその一部が導電性を有している。
The
なお、ミラー形成基板25a、リンク梁25bおよび支持部25cは、たとえば多結晶シリコンで形成され、基板21Aはシリコンやガラスなどで形成されている。
The
基板21A上には2つの駆動電極23が形成されている。2つの駆動電極23は、ミラー形成基板25aからギャップg0の距離に形成されてミラー形成基板25aを静電引力で駆動する際に電圧が印加される部分である。
Two
このマイクロミラーの動作原理は以下のとおりである。駆動電極23のうちの一方に電圧を印加すると、ミラー形成基板25aと駆動電極23との間の電位差および静電容量に応じた静電引力が発生し、ミラー形成基板25aが中央部を軸として回動し、ミラー部25eは角度(走査角度)θsだけ傾く。たとえば、2つの駆動電極23に所定のバイアス直流電圧を印加し、さらに駆動電極23に所定の交流電圧を2つの駆動電極23の各々に位相が180度異なるように印加することにより、ミラー部25eを回転振動させることができる。このようにして、印加電圧に基づいてミラー部25eの角度が制御され、光ビームが走査される。
The operating principle of this micromirror is as follows. When a voltage is applied to one of the
このマイクロミラー300は、上記実施の形態1〜5の加速度センサと同様の製造方法により形成されてもよい。
This
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1A,21A 基板、1 支持基板、2,12 絶縁膜、3 固定電極、4 犠牲絶縁膜、4a 第1の保護絶縁膜、4b 第2の保護絶縁膜、5 導電体膜、5a 検出フレーム、5b,15b,25b リンク梁、5c,15c,25c 支持部、5d,15d,25d 隙間、5e,15e 孔部、5f 支柱部、5g 開口部、6,6a,6b,6c 貫通孔、7 薄膜、8 熱酸化膜、8a,8b 凹部、9a,9b 凸部、11 半導体基板、13 検出電極、15a 慣性質量体、23 駆動電極、25a ミラー形成基板、25e ミラー部、100 加速度センサ、200 角速度センサ、300 マイクロミラー。
1A, 21A substrate, 1 support substrate, 2,12 insulating film, 3 fixed electrode, 4 sacrificial insulating film, 4a first protective insulating film, 4b second protective insulating film, 5 conductor film, 5a detection frame,
Claims (9)
前記犠牲絶縁膜を液相処理により除去し、前記可動部用導電体膜を前記基板に対して前記支柱部で支持する工程と、
前記支柱部を気相処理により除去して、前記支柱部が形成されていた領域において前記可動部用導電体膜を前記基板から浮かせる工程とを備えた、マイクロデバイスの製造方法。 A sacrificial insulating film made of an oxide containing at least phosphorus and having a through-hole on a substrate, a post portion embedded in the through-hole, and the sacrificial insulating film and the conductor film for movable part located on the post portion Forming a process; and
Removing the sacrificial insulating film by a liquid phase process, and supporting the conductive film for the movable portion with the support portion with respect to the substrate;
A step of removing the support column by vapor phase processing and floating the conductive film for the movable part from the substrate in a region where the support column is formed.
前記支柱部を熱酸化する工程と、
熱酸化された前記支柱部を除去する工程とを含む、請求項1に記載のマイクロデバイスの製造方法。 The step of removing the column portion by the vapor phase treatment,
Thermally oxidizing the support column;
The method for manufacturing a microdevice according to claim 1, further comprising a step of removing the thermally oxidized column portion.
前記基板が酸化されるのを防止するための第1の保護絶縁膜を前記犠牲絶縁膜の前記基板側の表面を覆うように形成する工程と、
前記可動部用導電体膜の下面が酸化されるのを防止するための第2の保護絶縁膜を前記犠牲絶縁膜の前記基板側と反対側の表面を覆うように形成する工程とをさらに備える、請求項2に記載のマイクロデバイスの製造方法。 Before the step of removing the sacrificial insulating film by liquid phase treatment,
Forming a first protective insulating film for preventing the substrate from being oxidized so as to cover the surface of the sacrificial insulating film on the substrate side;
Forming a second protective insulating film for preventing the lower surface of the conductive film for the movable part from being oxidized so as to cover the surface of the sacrificial insulating film opposite to the substrate side. The manufacturing method of the microdevice of Claim 2.
前記犠牲絶縁膜の前記貫通孔は前記第2の保護絶縁膜の前記貫通孔よりも横寸法が小さく、前記第1の保護絶縁膜の前記貫通孔は前記犠牲絶縁膜の前記貫通孔よりも横寸法が小さい、請求項3に記載のマイクロデバイスの製造方法。 The through hole is formed to penetrate the first and second protective insulating films,
The through hole of the sacrificial insulating film has a smaller lateral dimension than the through hole of the second protective insulating film, and the through hole of the first protective insulating film is lateral to the through hole of the sacrificial insulating film. The manufacturing method of the microdevice of Claim 3 with a small dimension.
前記基板上に前記支柱部を形成する工程と、
前記支柱部を形成した後に、前記支柱部の側面全周を覆うように前記犠牲絶縁膜を形成する工程とを含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載のマイクロデバイスの製造方法。 The step of forming the sacrificial insulating film and the column portion includes
Forming the support column on the substrate;
5. The method of manufacturing a microdevice according to claim 1, further comprising: forming the sacrificial insulating film so as to cover an entire side surface of the support column after forming the support column.
前記基板上に前記犠牲絶縁膜を形成する工程と、
前記犠牲絶縁膜を貫通する前記貫通孔を形成する工程と、
前記貫通孔内を埋め込むように前記支柱部を形成する工程とを含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載のマイクロデバイスの製造方法。 The step of forming the sacrificial insulating film and the column portion includes
Forming the sacrificial insulating film on the substrate;
Forming the through hole penetrating the sacrificial insulating film;
The method for manufacturing a microdevice according to claim 1, further comprising a step of forming the support column so as to embed the inside of the through hole.
前記犠牲絶縁膜上に導電体膜を形成する工程と、
前記導電体膜をパターニングすることにより前記可動部用導電体膜と、前記基板に支持されかつ前記可動部用導電体膜を支持する支持部用導電体膜とを前記導電体膜から形成する工程を含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載のマイクロデバイスの製造方法。 The step of forming the movable part conductor film,
Forming a conductor film on the sacrificial insulating film;
Forming the conductive film for the movable part and the conductive film for the supporting part supported by the substrate and supporting the conductive film for the movable part from the conductive film by patterning the conductive film. The manufacturing method of the microdevice of any one of Claims 1-6 containing these.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013093671A JP6091317B2 (en) | 2013-04-26 | 2013-04-26 | Microdevice manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013093671A JP6091317B2 (en) | 2013-04-26 | 2013-04-26 | Microdevice manufacturing method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014213420A true JP2014213420A (en) | 2014-11-17 |
JP6091317B2 JP6091317B2 (en) | 2017-03-08 |
Family
ID=51939680
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013093671A Active JP6091317B2 (en) | 2013-04-26 | 2013-04-26 | Microdevice manufacturing method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6091317B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016212164A (en) * | 2015-04-30 | 2016-12-15 | 株式会社リコー | Manufacturing method of optical functional film, manufacturing method of spatial optical modulation element, optical functional film, and spatial optical modulation element |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09223690A (en) * | 1996-02-16 | 1997-08-26 | Denso Corp | Method for manufacturing semiconductor device |
JP2001091262A (en) * | 1999-09-21 | 2001-04-06 | Toyota Motor Corp | Semiconductor sensor and manufacturing method therefor |
JP2004001140A (en) * | 2002-05-31 | 2004-01-08 | Sony Corp | Method for manufacturing hollow structural body and method for manufacturing mems element |
JP2007075931A (en) * | 2005-09-13 | 2007-03-29 | Toshiba Corp | Semiconductor device and its manufacturing method |
JP2007273794A (en) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Toyota Motor Corp | Method of manufacturing semiconductor device |
-
2013
- 2013-04-26 JP JP2013093671A patent/JP6091317B2/en active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09223690A (en) * | 1996-02-16 | 1997-08-26 | Denso Corp | Method for manufacturing semiconductor device |
JP2001091262A (en) * | 1999-09-21 | 2001-04-06 | Toyota Motor Corp | Semiconductor sensor and manufacturing method therefor |
JP2004001140A (en) * | 2002-05-31 | 2004-01-08 | Sony Corp | Method for manufacturing hollow structural body and method for manufacturing mems element |
JP2007075931A (en) * | 2005-09-13 | 2007-03-29 | Toshiba Corp | Semiconductor device and its manufacturing method |
JP2007273794A (en) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Toyota Motor Corp | Method of manufacturing semiconductor device |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016212164A (en) * | 2015-04-30 | 2016-12-15 | 株式会社リコー | Manufacturing method of optical functional film, manufacturing method of spatial optical modulation element, optical functional film, and spatial optical modulation element |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6091317B2 (en) | 2017-03-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7685877B2 (en) | Semiconductor mechanical sensor | |
US6952965B2 (en) | Vertical MEMS gyroscope by horizontal driving | |
JP5350339B2 (en) | Micro-electromechanical system and manufacturing method thereof | |
JP5105968B2 (en) | Angular velocity detector | |
JP2007210083A (en) | Mems element and its manufacturing method | |
KR20130084950A (en) | Mems based gyroscope | |
JP5427199B2 (en) | Semiconductor physical quantity detection sensor | |
JP4362877B2 (en) | Angular velocity sensor | |
JP6123613B2 (en) | Physical quantity sensor and manufacturing method thereof | |
JP5950858B2 (en) | Microdevice manufacturing method | |
JP6091317B2 (en) | Microdevice manufacturing method | |
JP7129599B2 (en) | sensor | |
JP2011196966A (en) | Inertia sensor | |
JP2002318244A (en) | Semiconductor dynamic quantity sensor and method for manufacturing the same | |
JP2008039595A (en) | Capacitance acceleration sensor | |
JP5816707B2 (en) | Angular velocity detector | |
JP4362739B2 (en) | Vibration type angular velocity sensor | |
JP6555238B2 (en) | Mechanical quantity sensor and manufacturing method thereof | |
JP2012127692A (en) | Mems sensor and manufacturing method of the same, and mems package | |
JP6124752B2 (en) | Microdevice manufacturing method | |
JP5481545B2 (en) | Angular velocity detector | |
JP3725059B2 (en) | Semiconductor dynamic quantity sensor | |
JP4530050B2 (en) | Semiconductor dynamic quantity sensor | |
JP2023182992A (en) | Device structure, and method of manufacturing device structure | |
JP4063272B2 (en) | Semiconductor dynamic quantity sensor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20151013 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160824 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160830 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20161024 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170110 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170207 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6091317 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |