JP2015213208A - Manufacturing method of functional device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、機能素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a functional element.
従来、エッチングを用いた、機能素子などを含む物の製造方法の一例として、炭化シリコン、酸化シリコンなどの少なくとも1つを含む被エッチング層上に開口部を有し、被エッチング層側からニッケルクロム膜、金膜及びニッケル膜の順で形成されたマスク層を形成する工程と、マスク層をマスクにして被エッチング層をエッチングする工程と、を有する半導体装置の製造方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
上記、半導体装置の製造方法は、被エッチング層のマスク層に対するエッチング速度の比であるエッチング選択比が高く、且つマスク層の被エッチング層からの剥離を抑制することが可能であるとされている。
Conventionally, as an example of a method for manufacturing an object including functional elements using etching, an opening is provided on an etching target layer including at least one of silicon carbide, silicon oxide, and the like, and nickel chrome is formed from the etching target layer side. 2. Description of the Related Art A method for manufacturing a semiconductor device is known which includes a step of forming a mask layer formed in the order of a film, a gold film, and a nickel film, and a step of etching a layer to be etched using the mask layer as a mask (for example, , See Patent Document 1).
The above-described method for manufacturing a semiconductor device has a high etching selectivity, which is a ratio of an etching rate of an etching target layer to a mask layer, and can suppress peeling of the mask layer from the etching target layer. .
しかしながら、上記製造方法は、被エッチング層のエッチングの前工程として、マスク層の被エッチング層に接するニッケルクロム膜及びニッケルクロム膜上の金膜(これらをシード層ともいう)を、金膜上に形成されたニッケル膜の開口部の形状に合わせて除去する工程が必要となる。
上記製造方法は、この工程をエッチングにより行うことから、ニッケルクロム膜及び金膜(シード層)だけではなく、マスク層の主要部であるニッケル膜がエッチングにより削られる虞がある。
この結果、上記製造方法は、被エッチング層のエッチング形状を決定付けるマスク層の形状(例えば、開口部の形状など)が、本来の形状から変化してしまうことから、エッチング後の被エッチング層に、形状不良などの不具合が生じる虞がある。
However, in the above manufacturing method, as a pre-process for etching the etching target layer, a nickel chromium film in contact with the etching target layer of the mask layer and a gold film on the nickel chromium film (also referred to as a seed layer) are formed on the gold film. A process for removing the nickel film in accordance with the shape of the opening of the formed nickel film is required.
In the manufacturing method described above, since this step is performed by etching, not only the nickel chrome film and the gold film (seed layer) but also the nickel film, which is the main part of the mask layer, may be etched away.
As a result, in the above manufacturing method, the shape of the mask layer that determines the etching shape of the etching target layer (for example, the shape of the opening) changes from the original shape. There is a risk of problems such as defective shape.
本発明は、上記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、以下の形態または適用例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 forms or application examples.
[適用例1]本適用例にかかる機能素子の製造方法は、基板上にシード層を形成する工程と、前記シード層上に開口部を有するマスク層を形成する工程と、前記マスク層の露出面の少なくとも一部に、前記マスク層を酸化処理した酸化膜を、前記マスク層の表面粗さRa〜100nmの範囲の膜厚で形成する工程と、前記酸化膜を形成後、前記シード層をエッチングする工程と、前記シード層をエッチング後、前記基板をエッチングする工程と、を含むことを特徴とする。 Application Example 1 A method of manufacturing a functional element according to this application example includes a step of forming a seed layer on a substrate, a step of forming a mask layer having an opening on the seed layer, and exposing the mask layer. Forming an oxide film obtained by oxidizing the mask layer on at least a part of the surface with a film thickness in the range of surface roughness Ra to 100 nm of the mask layer; and forming the oxide film, and then forming the seed layer Etching, and etching the seed layer and then etching the substrate.
これによれば、機能素子の製造方法は、基板上にシード層を形成し、シード層上に開口部を有するマスク層を形成し、マスク層の露出面の少なくとも一部に、マスク層を酸化処理した酸化膜を、マスク層の表面粗さRa〜100nm(0.1μm)の範囲の膜厚で形成し、酸化膜を形成後、シード層をエッチングし、シード層をエッチング後、基板(被エッチング層に相当)をエッチングする。
これにより、機能素子の製造方法は、酸化膜の物性によってマスク層が保護され、マスク層のエッチング耐性が向上していることから、シード層のエッチングに起因したマスク層の形状変化を抑制することができる。
この結果、機能素子の製造方法は、形状変化が抑制されたマスク層を用いて基板をエッチングすることから、基板から形成される機能素子における形状不良などの不具合を抑制することができる。
According to this, in the method of manufacturing a functional element, a seed layer is formed on a substrate, a mask layer having an opening is formed on the seed layer, and the mask layer is oxidized on at least a part of the exposed surface of the mask layer. The processed oxide film is formed with a surface roughness Ra to 100 nm (0.1 μm) of the mask layer, and after forming the oxide film, the seed layer is etched, the seed layer is etched, and then the substrate (covered) is formed. (Corresponding to the etching layer) is etched.
Thereby, the manufacturing method of the functional element protects the mask layer by the physical properties of the oxide film and improves the etching resistance of the mask layer, thereby suppressing the change in shape of the mask layer due to the etching of the seed layer. Can do.
As a result, the method for manufacturing a functional element etches the substrate using the mask layer in which the change in shape is suppressed, so that it is possible to suppress defects such as shape defects in the functional element formed from the substrate.
なお、酸化膜は、マスク層の表面粗さRa未満の膜厚では、ピンホールなどの成膜不良が発生する虞があり、100nmを超える膜厚では、成膜の際の膜厚ばらつきが大きくなり、開口部などのマスク形状精度が悪化することから、エッチング後の基板の形状不良率を悪化させる虞がある。
このことから、本機能素子の製造方法では、酸化膜の膜厚をマスク層の表面粗さRa〜100nmの範囲とした。
If the thickness of the oxide film is less than the surface roughness Ra of the mask layer, film formation defects such as pinholes may occur. If the film thickness exceeds 100 nm, the film thickness varies greatly during film formation. As a result, the mask shape accuracy of the opening and the like deteriorates, so that there is a risk of deteriorating the shape defect rate of the substrate after etching.
For this reason, in the method for manufacturing the functional element, the thickness of the oxide film is set in the range of the surface roughness Ra to 100 nm of the mask layer.
[適用例2]上記適用例にかかる機能素子の製造方法において、前記酸化膜を、大気中における加熱処理により形成することが好ましい。 Application Example 2 In the method for manufacturing a functional element according to the application example, it is preferable that the oxide film is formed by a heat treatment in the atmosphere.
これによれば、機能素子の製造方法は、酸化膜を大気中における加熱処理によって形成することから、例えば、マスク層の結晶粒径が増大し結晶粒界が狭まるなどして、マスク層のエッチング耐性を向上させることができる。
また、機能素子の製造方法は、例えば、加熱後の徐冷による焼きなまし効果により、マスク層の内部応力を緩和することができる。
また、機能素子の製造方法は、酸化処理が大気中で可能なことから、例えば、酸化処理を真空中で行う他の方法より酸化処理に要する設備を簡素化できる。
According to this, since the oxide film is formed by the heat treatment in the atmosphere in the method for manufacturing the functional element, the mask layer is etched by increasing the crystal grain size of the mask layer and narrowing the crystal grain boundary, for example. Resistance can be improved.
Moreover, the manufacturing method of a functional element can relieve the internal stress of a mask layer, for example by the annealing effect by slow cooling after a heating.
Moreover, since the manufacturing method of a functional element can be oxidized in the atmosphere, for example, the equipment required for the oxidation can be simplified compared to other methods in which the oxidation is performed in a vacuum.
[適用例3]上記適用例にかかる機能素子の製造方法において、前記酸化膜を、酸素プラズマ処理により形成することが好ましい。 Application Example 3 In the method for manufacturing a functional element according to the application example, it is preferable that the oxide film is formed by oxygen plasma treatment.
これによれば、機能素子の製造方法は、酸化膜を酸素プラズマ処理によって形成することから、マスク層上の異物が酸素プラズマ処理の清浄作用で除去された清浄な面に、酸化膜を形成することができる。
この結果、機能素子の製造方法は、清浄な面に形成された酸化膜によってマスク層を確実に保護することができる。
According to this, since the oxide film is formed by the oxygen plasma treatment in the method for manufacturing the functional element, the oxide film is formed on the clean surface from which the foreign matter on the mask layer has been removed by the cleaning action of the oxygen plasma treatment. be able to.
As a result, the functional element manufacturing method can reliably protect the mask layer by the oxide film formed on the clean surface.
[適用例4]上記適用例にかかる機能素子の製造方法において、前記シード層は、複数の金属を積層した積層構造であって、前記シード層の最上層は、金層であることが好ましい。 Application Example 4 In the method for manufacturing a functional element according to the application example, it is preferable that the seed layer has a stacked structure in which a plurality of metals are stacked, and the uppermost layer of the seed layer is a gold layer.
これによれば、機能素子の製造方法は、シード層が複数の金属を積層した積層構造であって、シード層の最上層が金層であることから、マスク層に酸化膜を形成する工程において、金の物性によってシード層が酸化され難くなる。
この結果、機能素子の製造方法は、シード層が酸化されることによりエッチング耐性が向上した場合と比較して、シード層のエッチングを容易に行うことができる。
According to this, since the seed layer has a laminated structure in which a plurality of metals are stacked and the uppermost layer of the seed layer is a gold layer, the functional element manufacturing method includes the step of forming an oxide film on the mask layer. The seed layer is hardly oxidized due to the physical properties of gold.
As a result, the method for manufacturing the functional element can easily etch the seed layer as compared with the case where the etching resistance is improved by oxidizing the seed layer.
[適用例5]上記適用例にかかる機能素子の製造方法において、前記マスク層は、ニッケルを含むことが好ましい。 Application Example 5 In the method for manufacturing a functional element according to the application example, it is preferable that the mask layer contains nickel.
これによれば、機能素子の製造方法は、マスク層がニッケルを含むことから、ニッケルの物性によってマスク層のエッチング耐性(特にドライエッチング耐性)を向上させることができる。 According to this, since the mask layer contains nickel in the method for manufacturing a functional element, the etching resistance (particularly dry etching resistance) of the mask layer can be improved by the physical properties of nickel.
[適用例6]上記適用例にかかる機能素子の製造方法において、前記基板のエッチングを、ドライエッチングで行うことが好ましい。 Application Example 6 In the functional element manufacturing method according to the application example, it is preferable that the substrate is etched by dry etching.
これによれば、機能素子の製造方法は、基板のエッチングをドライエッチングで行うことから、ドライエッチングの特性によって、エッチング後の側面が基板の上下面(表裏面)に対して略直角になるようにエッチングすることができる。
この結果、機能素子の製造方法は、基板から形成される機能素子における形状精度を向上させることができる。
According to this, since the method of manufacturing the functional element performs the etching of the substrate by dry etching, the side surface after etching is substantially perpendicular to the upper and lower surfaces (front and back surfaces) of the substrate due to the characteristics of dry etching. Can be etched.
As a result, the manufacturing method of the functional element can improve the shape accuracy of the functional element formed from the substrate.
[適用例7]上記適用例にかかる機能素子の製造方法において、前記基板は振動板であり、前記機能素子は、振動素子であることが好ましい。 Application Example 7 In the method for manufacturing a functional element according to the application example, it is preferable that the substrate is a vibration plate and the functional element is a vibration element.
これによれば、機能素子の製造方法は、基板が振動板であり、機能素子が振動素子であることから、形状精度が高く振動特性に優れた振動素子を製造し、提供することができる。 According to this, since the substrate is a vibration plate and the functional element is a vibration element, the functional element manufacturing method can manufacture and provide a vibration element having high shape accuracy and excellent vibration characteristics.
以下、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。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Embodiments of the invention are described below with reference to the drawings.
(実施形態)
図1は、機能素子の製造方法の主要な製造工程を示すフローチャートである。図2(a)〜図2(d)、図3(e)〜図3(h)は、各製造工程を説明する模式断面図である。図4は、機能素子としての振動素子の一例であるH型の水晶振動片を説明する模式斜視図であり、図4(a)は、駆動振動状態を示し、図4(b)は、検出振動状態を示す。
なお、わかり易くするために、各構成要素の寸法比率は、実際と異なる。
(Embodiment)
FIG. 1 is a flowchart showing main manufacturing steps of a method for manufacturing a functional element. FIG. 2A to FIG. 2D and FIG. 3E to FIG. 3H are schematic cross-sectional views illustrating each manufacturing process. FIG. 4 is a schematic perspective view for explaining an H-type quartz crystal resonator element which is an example of a vibration element as a functional element. FIG. 4A shows a driving vibration state, and FIG. Indicates the vibration state.
In addition, in order to make it intelligible, the dimension ratio of each component differs from actual.
図1に示すように、機能素子の製造方法は、基板準備工程と、シード層形成工程と、マスク層形成工程と、酸化膜形成工程と、シード層エッチング工程と、基板エッチング工程と、剥離工程と、を含んでいる。 As shown in FIG. 1, the functional element manufacturing method includes a substrate preparation step, a seed layer formation step, a mask layer formation step, an oxide film formation step, a seed layer etching step, a substrate etching step, and a peeling step. And.
[基板準備工程]
最初に、図2(a)に示すように、基板10を準備する。ここでは、基板としての振動板の一例として、水晶の原石などから所定の角度で切り出されたウエハー状の水晶板を用意する。ここでは、一例として厚さ100μm程度に研磨された水晶板を用意した。
なお、振動板の材料としては、水晶の他にタンタル酸リチウム(LiTaO3)、四ホウ酸リチウム(Li2B4O7)、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、酸化亜鉛(ZnO)、窒化アルミニウム(AlN)などの圧電体、またはシリコン(Si)などの半導体が挙げられる。
また、振動板の他に基板としては、シリコンなどの半導体基板、ガラス基板などが挙げられる。
[Board preparation process]
First, as shown in FIG. 2A, a
In addition to quartz, lithium tantalate (LiTaO 3 ), lithium tetraborate (Li 2 B 4 O 7 ), lithium niobate (LiNbO 3 ), lead zirconate titanate (PZT) , Piezoelectric materials such as zinc oxide (ZnO) and aluminum nitride (AlN), and semiconductors such as silicon (Si).
In addition to the diaphragm, examples of the substrate include a semiconductor substrate such as silicon and a glass substrate.
[シード層形成工程]
ついで、図2(b)に示すように、例えば、スパッタ法、蒸着法などを用いて、基板10の上面11にシード層20を形成する。なお、シード層20とは、後述するマスク層を形成するための種となる下地層のことである。
ここでは、一例として、シード層20の下層21として厚さ50nm程度のクロム層またはチタン層を形成し、その上に最上層22として厚さ50nm程度の金層を形成する。
これにより、シード層20は、複数の金属(ここでは、クロムまたはチタンと、金)を積層した100nm程度の厚さの積層構造となる。
[Seed layer formation process]
Next, as shown in FIG. 2B, a
Here, as an example, a chromium layer or a titanium layer having a thickness of about 50 nm is formed as the
Thereby, the
[マスク層形成工程]
ついで、図2(c)に示すように、シード層20上に、例えば、スピンコート法などを用いてレジスト30を塗布し、硬化後フォトリソグラフィー法などを用いて後述するマスク層40の平面形状をパターニングし、マスク層40の開口部41となる領域(換言すれば、マスク層40が形成されない被エッチング領域)を残して不要なレジスト30を除去する。
ついで、シード層20上の不要なレジスト30が除去された領域に、例えば、セミアディティブ法などのメッキ法を用いてマスク層40を形成する。
マスク層40の材料としては、ニッケル、銅などが挙げられる。ここでは、ニッケルを用いて厚さ10μm程度のマスク層40を形成する。
ついで、図2(d)に示すように、開口部41のレジスト30を剥離剤などを用いて除去し、マスク層40を完成させる。
[Mask layer forming step]
Next, as shown in FIG. 2C, a resist 30 is applied on the
Next, the
Examples of the material of the
Next, as shown in FIG. 2D, the resist 30 in the
[酸化膜形成工程]
ついで、図3(e)に示すように、マスク層40の露出面の少なくとも一部(ここでは全部)に、マスク層40を酸化処理した酸化膜50を、マスク層40の表面粗さRa〜100nm(0.1μm)の範囲の膜厚で形成する。
酸化膜50の形成方法としては、特に限定されないが、大気中における加熱処理により形成する方法、酸素プラズマ処理により形成する方法などが挙げられる。
[Oxide film formation process]
Next, as shown in FIG. 3E, an
The method for forming the
大気中における加熱処理により酸化膜50を形成する方法は、例えば、加熱炉、恒温槽、乾燥機などの加熱装置に、マスク層形成工程まで済んだ基板10を投入し、200℃〜300℃程度の温度範囲で1時間〜数時間程度加熱することにより酸化膜50を形成する。なお、酸化膜50の膜厚は、加熱温度、加熱時間などの調整により適宜設定可能である。
As a method for forming the
酸素プラズマ処理により酸化膜50を形成する方法は、例えば、真空度10-1Pa程度の真空チャンバー内に、マスク層形成工程まで済んだ基板10を投入し、酸素ガス雰囲気中で酸素プラズマ処理を10分〜数十分程度行うことにより、酸化膜50を形成する。なお、酸化膜50の膜厚は、処理時間、真空度、酸素ガスの濃度、高周波出力、基板10が載置されるステージ温度などの調整により適宜設定可能である。
これらの形成方法を用いることにより、酸化膜50は、マスク層40の角部を含む露出面に略均一の膜厚で形成される。
The method of forming the
By using these forming methods, the
なお、酸化膜50の膜厚測定には、例えば、電子顕微鏡(SEM)や、XPS分析法(別名ESCA)などを用いる。XPS分析法とは、X線照射により、試料から放出される光電子のエネルギー分布を測定し、元素の同定とその化学結合状態の情報を取得して厚みを算出する方法である。
For measuring the thickness of the
[シード層エッチング工程]
ついで、図3(f)に示すように、酸化膜50を形成後、シード層20におけるマスク層40の開口部41に露出する部分をエッチングする。
シード層20の最上層22である金層のエッチングには、例えば、ヨウ化カリウム、王水(濃塩酸と濃硝酸とを3:1の体積比で混合した液体)などのエッチング液を用いる。
最上層22の金層のエッチング後、シード層20の下層21がクロム層の場合には、例えば、硝酸セリウムなどのエッチング液を用いてエッチングし、チタン層の場合には、例えば、過酸化水素水などのエッチング液を用いてエッチングする。
[Seed layer etching process]
Next, as shown in FIG. 3F, after the
For the etching of the gold layer that is the
After the etching of the gold layer of the
[基板エッチング工程]
ついで、図3(g)に示すように、シード層20をエッチング後、基板10におけるマスク層40の開口部41に露出する部分をエッチングする。
エッチングは、ウエットエッチングまたはドライエッチングのいずれを用いてもよいが、ここでは、一例として、ドライエッチングを用いて基板10をエッチングする。
ドライエッチングでは、例えば、四フッ化炭素(CF4)ガスなどの反応性ガスを用いて基板10をエッチングする。ここでは、プラズマにより四フッ化炭素(CF4)ガスをイオン化・ラジカル化してエッチングする反応性イオンエッチング法を用いた。
[Substrate etching process]
Next, as shown in FIG. 3G, after the
As the etching, either wet etching or dry etching may be used. Here, as an example, the
In the dry etching, for example, the
このようなドライエッチングでは、エッチングがマスク層40を覆う酸化膜50の角部51を境として基板10の上面11に対して略直角方向(略垂直方向)に進行する。
このことから、マスク層40は、上面の先端部が開口部41側へせり出すように傾斜して形成されている(換言すれば、断面が逆台形状に形成されている)ことが、エッチング時の基板10の形状精度を高める上で好ましい(図示せず)。
なお、ドライエッチング用の反応性ガスとしては、上記の他に、六フッ化硫黄(SF6)、トリフルオロメタン(CHF3)などのガスが挙げられる。
In such dry etching, etching proceeds in a substantially perpendicular direction (substantially perpendicular direction) to the
Therefore, the
In addition to the above, reactive gases for dry etching include gases such as sulfur hexafluoride (SF 6 ) and trifluoromethane (CHF 3 ).
[剥離工程]
ついで、図3(h)に示すように、マスク層40及びシード層20を剥離する。
マスク層40の剥離には、例えば、硝酸を用い、シード層20の剥離には、例えば、上述したヨウ化カリウム、王水、硝酸セリウム、過酸化水素水などを用いる。
[Peeling process]
Next, as shown in FIG. 3H, the
For removing the
上述した各工程などを経ることにより、例えば、図4に示すような、機能素子としての振動素子の一例であるH型の水晶振動片1を得ることができる。
Through the above-described steps and the like, for example, an H-type
ここで、水晶振動片1について概略を説明する。なお、図4中のX軸、Y軸及びZ軸は、互いに直交する座標軸である。
図4に示すように、水晶振動片1は、略矩形状の基部2と、基部2の+Y側の端部からY軸に沿って+Y側に延びる一対の駆動用振動腕3a,3bと、基部2の−Y側の端部からY軸に沿って−Y側に延びる一対の検出用振動腕4a,4bと、を備え、振動ジャイロ素子として機能する。
Here, an outline of the
As shown in FIG. 4, the quartz
図4(a)に示すように、水晶振動片1は、駆動用振動腕3a,3bに設けられた図示しない駆動電極に駆動信号が印加されることにより、駆動用振動腕3a,3bが、X軸に沿って互いに近づく方向(白矢印)と、互いに離れる方向(黒矢印)とに交互に屈曲振動する駆動振動を行う。
図4(b)に示すように、水晶振動片1は、この駆動振動状態で、Y軸回りに角速度ωが印加されると、駆動用振動腕3a,3bと検出用振動腕4a,4bとが、Z軸に沿って+Z方向と−Z方向とに交互に屈曲振動する検出振動を行う。
As shown in FIG. 4A, the
As shown in FIG. 4B, when the
詳述すると、駆動用振動腕3a及び検出用振動腕4bが+Z方向に屈曲すると、駆動用振動腕3b及び検出用振動腕4aが−Z方向に屈曲し(白矢印)、駆動用振動腕3a及び検出用振動腕4bが−Z方向に屈曲すると、駆動用振動腕3b及び検出用振動腕4aが+Z方向に屈曲する(黒矢印)検出振動を行う。
水晶振動片1は、この検出振動に伴って検出用振動腕4a,4bに設けられた図示しない検出電極に生じる電荷を検出信号として取り出すことにより、角速度ωを導出することができる。
More specifically, when the
The quartz
上述したように、本実施形態の機能素子の製造方法は、基板10上にシード層20を形成し、シード層20上に開口部41を有するマスク層40を形成し、マスク層40の露出面の少なくとも一部(ここでは全部)に、マスク層40を酸化処理した酸化膜50を、マスク層40の表面粗さRa〜100nmの範囲の膜厚で形成する。
そして、酸化膜50を形成後、シード層20をエッチングし、シード層20をエッチング後、基板10をエッチングする。
As described above, in the method of manufacturing the functional element according to the present embodiment, the
Then, after forming the
これにより、機能素子の製造方法は、酸化膜50の物性によってマスク層40が保護され、マスク層40のエッチング耐性が向上していることから、シード層20のエッチングに起因したマスク層40の形状変化を抑制することができる。
この結果、機能素子の製造方法は、形状変化が抑制されたマスク層40を用いて基板10をエッチングすることから、基板10から形成される機能素子(ここでは水晶振動片1)における形状不良などの不具合を抑制することができる。
具体的には、例えば、水晶振動片1の駆動用振動腕3a,3b及び検出用振動腕4a,4bの腕幅や腕長さなどの寸法精度を向上させ、不良率を低減することができる。
Thereby, in the method of manufacturing the functional element, the
As a result, the method for manufacturing the functional element etches the
Specifically, for example, the dimensional accuracy such as the arm width and arm length of the
なお、酸化膜50は、マスク層40の表面粗さRa未満の膜厚では、ピンホールなどの成膜不良が発生する虞があり、100nmを超える膜厚では、成膜の際の膜厚ばらつきが大きくなり、開口部41などのマスク形状精度が悪化することから、エッチング後の基板10(水晶振動片1)の形状不良率を悪化させる虞がある。
このことから、本機能素子の製造方法では、酸化膜50の膜厚をマスク層40の表面粗さRa〜100nmの範囲とした。
If the thickness of the
For this reason, in the method for manufacturing the functional element, the thickness of the
また、機能素子の製造方法は、酸化膜50を大気中における加熱処理によって形成することから、例えば、マスク層40を構成するニッケルなどの結晶粒径が増大し、結晶粒界が狭まるなどして、マスク層40のエッチング耐性(特にドライエッチング耐性)を更に向上させることができる。
具体的には、300℃で1時間加熱処理した加熱処理品で、常温処理品と比較して、ニッケルのエッチングレートが0.1μm/min低下することが確認されている。これは、エッチング選択比(水晶エッチング量/ニッケルエッチング量)に置き換えると、約1.0向上していることになる。
In the method of manufacturing the functional element, the
Specifically, it has been confirmed that the nickel-etching rate is reduced by 0.1 μm / min in a heat-treated product that is heat-treated at 300 ° C. for 1 hour as compared with a room-temperature-treated product. If this is replaced with the etching selectivity (crystal etching amount / nickel etching amount), it is improved by about 1.0.
また、機能素子の製造方法は、例えば、常温放置などの加熱後の徐冷による焼きなまし効果により、マスク層40の内部応力を緩和することができる。
この結果、機能素子の製造方法は、マスク層40の歪みが減少することから、マスク層40のエッチング耐性を更に向上させることができる。
また、機能素子の製造方法は、酸化処理が大気中で可能なことから、例えば、酸化処理を真空中で行う他の方法より酸化処理に要する設備を簡素化できる。
Moreover, the manufacturing method of a functional element can relieve | moderate the internal stress of the
As a result, the manufacturing method of the functional element can further improve the etching resistance of the
Moreover, since the manufacturing method of a functional element can be oxidized in the atmosphere, for example, the equipment required for the oxidation can be simplified compared to other methods in which the oxidation is performed in a vacuum.
また、機能素子の製造方法は、酸化膜50を酸素プラズマ処理によって形成することから、マスク層40上の異物(例えば、有機物など)が、例えば、酸素イオンや酸素ラジカルと結合してマスク層40から分離するなどの、酸素プラズマ処理の清浄作用で除去された清浄な面に、酸化膜50を形成することができる。
この結果、機能素子の製造方法は、清浄な面に形成された酸化膜50によってマスク層40を確実に保護することができる。
Further, in the method of manufacturing the functional element, since the
As a result, the method for manufacturing a functional element can reliably protect the
また、機能素子の製造方法は、シード層20が複数の金属を積層した積層構造であって、シード層20の最上層22が金層であることから、マスク層40に酸化膜50を形成する酸化膜形成工程において、金の物性によってシード層20が酸化され難くなる。
この結果、機能素子の製造方法は、シード層20が酸化されることによりエッチング耐性が向上した場合と比較して、シード層20のエッチングを容易に行うことができる。
なお、シード層20の最上層22は、金層に替えてパラジウム層であっても同様の効果を奏することができる。また、シード層20は、下層21または最上層22のみの単一層構造であってもよく、3層以上の積層構造であってもよい。
Further, in the method of manufacturing the functional element, the
As a result, the method for manufacturing the functional element can easily etch the
Even if the
また、機能素子の製造方法は、マスク層40がニッケルを含むことから、ニッケルの物性によってマスク層40のエッチング耐性(特にドライエッチング耐性)を向上させることができる。
この結果、機能素子の製造方法は、形状変化が更に抑制されたマスク層40を用いて基板10をエッチングすることから、基板10から形成される機能素子(ここでは水晶振動片1)における形状不良などの不具合を更に抑制することができる。
Moreover, since the
As a result, the method for manufacturing the functional element etches the
また、機能素子の製造方法は、基板10のエッチングをドライエッチングで行うことから、ドライエッチングの特性によって、エッチング後の側面が基板10の上面11に対して略直角になるようにエッチングすることができる。
この結果、機能素子の製造方法は、基板10から形成される機能素子としての振動素子の一例である水晶振動片1における形状精度を向上させることができる。
In the method of manufacturing the functional element, since the
As a result, the manufacturing method of the functional element can improve the shape accuracy in the
この点について、詳述する。
図5は、図4(a)のA−A線、B−B線での模式断面図であり、図5(a)は、ドライエッチングにより形成された断面形状を示し、図5(b)は、ウエットエッチングにより形成された断面形状を示す。なお、説明の便宜上、駆動用振動腕及び検出用振動腕の断面形状を同一としてある(実際は異なる)。なお、前述した図3(h)は、図5(a)に相当する模式断面図である。
図5(a)に示すように、ドライエッチングにより形成された水晶振動片1の駆動用振動腕3a,3b及び検出用振動腕4a,4bの断面形状は、両側面が上面11に対して略直角に形成された四角形形状となっている。
これにより、水晶振動片1は、駆動振動及び検出振動の際に、駆動用振動腕3a,3b及び検出用振動腕4a,4bの、X軸及びZ軸以外の方向に沿った振動成分である不要振動成分を抑制することができる。
This point will be described in detail.
5A and 5B are schematic cross-sectional views taken along lines AA and BB in FIG. 4A. FIG. 5A shows a cross-sectional shape formed by dry etching, and FIG. Indicates a cross-sectional shape formed by wet etching. For convenience of explanation, the cross-sectional shapes of the driving vibrating arm and the detecting vibrating arm are the same (actually different). Note that FIG. 3H described above is a schematic cross-sectional view corresponding to FIG.
As shown in FIG. 5A, the cross-sectional shapes of the
Thereby, the
一方、図5(b)に示すように、ウエットエッチングにより形成された水晶振動片1の駆動用振動腕3a,3b及び検出用振動腕4a,4bの断面形状は、水晶の結晶のエッチング異方性によって、+X側の側面が、中央部が+X側にせり出すように屈折した複雑な形状となっている。
これにより、水晶振動片1は、駆動振動及び検出振動の際に、駆動用振動腕3a,3b及び検出用振動腕4a,4bの振動成分に不要振動成分が含まれる虞がある。
このように、水晶振動片1を振動ジャイロ素子として用いる場合には、ドライエッチングにより形成することが振動特性上好ましい。
なお、ウエットエッチング加工に起因する不要振動成分は、実使用において問題ない程度に抑制することは可能である。
On the other hand, as shown in FIG. 5B, the cross-sectional shapes of the
As a result, the quartz
As described above, when the
Note that unnecessary vibration components resulting from wet etching can be suppressed to an extent that there is no problem in actual use.
また、機能素子の製造方法は、基板10が振動板であり、機能素子が振動素子(ここでは水晶振動片1)であることから、形状精度が高く振動特性に優れた振動素子(水晶振動片1)を製造し、提供することができる。
なお、機能素子としては、振動素子に限定されるものではなく、半導体基板を用いた半導体素子、ガラス基板や半導体基板などを用いたMEMS素子なども含まれる。
In addition, since the
Note that the functional element is not limited to the vibration element, and includes a semiconductor element using a semiconductor substrate, a MEMS element using a glass substrate, a semiconductor substrate, and the like.
1…機能素子としての振動素子の一例である水晶振動片、2…基部、3a,3b…駆動用振動腕、4a,4b…検出用振動腕、10…基板、11…上面、20…シード層、21…下層、22…最上層、30…レジスト、40…マスク層、41…開口部、50…酸化膜、51…角部。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記シード層上に開口部を有するマスク層を形成する工程と、
前記マスク層の露出面の少なくとも一部に、前記マスク層を酸化処理した酸化膜を、前記マスク層の表面粗さRa〜100nmの範囲の膜厚で形成する工程と、
前記酸化膜を形成後、前記シード層をエッチングする工程と、
前記シード層をエッチング後、前記基板をエッチングする工程と、
を含むことを特徴とする機能素子の製造方法。 Forming a seed layer on the substrate;
Forming a mask layer having an opening on the seed layer;
Forming an oxide film obtained by oxidizing the mask layer on at least a part of the exposed surface of the mask layer with a film thickness in the range of surface roughness Ra to 100 nm of the mask layer;
Etching the seed layer after forming the oxide film;
Etching the substrate after etching the seed layer;
The manufacturing method of the functional element characterized by including these.
前記酸化膜を、大気中における加熱処理により形成することを特徴とする機能素子の製造方法。 In the manufacturing method of the functional element according to claim 1,
A method of manufacturing a functional element, wherein the oxide film is formed by a heat treatment in the atmosphere.
前記酸化膜を、酸素プラズマ処理により形成することを特徴とする機能素子の製造方法。 In the manufacturing method of the functional element according to claim 1,
A method of manufacturing a functional element, wherein the oxide film is formed by oxygen plasma treatment.
前記シード層は、複数の金属を積層した積層構造であって、前記シード層の最上層は、金層であることを特徴とする機能素子の製造方法。 In the manufacturing method of the functional element according to any one of claims 1 to 3,
The seed layer has a stacked structure in which a plurality of metals are stacked, and the uppermost layer of the seed layer is a gold layer.
前記マスク層は、ニッケルを含むことを特徴とする機能素子の製造方法。 In the manufacturing method of the functional element as described in any one of Claims 1 thru | or 4,
The method for manufacturing a functional element, wherein the mask layer contains nickel.
前記基板のエッチングを、ドライエッチングで行うことを特徴とする機能素子の製造方法。 In the manufacturing method of the functional element as described in any one of Claims 1 thru | or 5,
A method of manufacturing a functional element, wherein the substrate is etched by dry etching.
前記基板は振動板であり、前記機能素子は、振動素子であることを特徴とする機能素子の製造方法。 In the manufacturing method of the functional element as described in any one of Claims 1 thru | or 6,
The substrate is a vibration plate, and the functional element is a vibration element.
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2014
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