JP4774885B2

JP4774885B2 - Manufacturing method of MEMS element

Info

Publication number: JP4774885B2
Application number: JP2005275200A
Authority: JP
Inventors: 徹渡辺; 彰佐藤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-09-22
Filing date: 2005-09-22
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2025-09-22
Also published as: JP2007083341A

Description

本発明は、ＭＥＭＳ素子の製造方法に関し、詳しくは、基板ウエハ上に、モニタ素子とＭＥＭＳ素子を混在して配設し、モニタ素子によってＭＥＭＳ素子のリリースエッチングの適正範囲をモニタするＭＥＭＳ素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a MEMS element. More specifically, the present invention relates to a method for manufacturing a MEMS element in which a monitor element and a MEMS element are mixedly arranged on a substrate wafer, and an appropriate range of release etching of the MEMS element is monitored by the monitor element. Regarding the method.

従来、半導体基板にトレンチを形成し、このトレンチ内及び周縁に、誘電体層と犠牲層とを積層形成し、さらに、犠牲層の表面に導電層とビーム物質を形成し、その後フォトリソグラフィ技術を用いて犠牲層をリリースエッチングすることでビーム（ＭＥＭＳ構造体）を製造するというＭＥＭＳ素子の製造方法というものが知られている（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, a trench is formed in a semiconductor substrate, a dielectric layer and a sacrificial layer are laminated in and around the periphery of the trench, and a conductive layer and a beam material are formed on the surface of the sacrificial layer. There is known a method for manufacturing a MEMS element in which a beam (MEMS structure) is manufactured by using a sacrificial layer by release etching (see, for example, Patent Document 1).

また、シリコン基板上に第１の犠牲層、第１の犠牲層上に出力ギア及びロータの可動部の下半分を形成し、さらに第１の犠牲層、出力ギア及びロータを含む上面に第２の犠牲層を形成する。そして、第１の犠牲層と第２の犠牲層をリリースエッチングすることにより、出力ギア、ロータを分離し、それぞれを回転可能に形成する静電マイクロウォブルモータ（ＭＥＭＳ素子の１例）の製造方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。 Also, a first sacrificial layer is formed on the silicon substrate, the lower half of the movable portion of the output gear and the rotor is formed on the first sacrificial layer, and a second upper surface including the first sacrificial layer, the output gear and the rotor is formed on the upper surface. Forming a sacrificial layer. Then, the first sacrificial layer and the second sacrificial layer are release-etched to separate the output gear and the rotor, and the electrostatic micro-wobble motor (an example of the MEMS element) is formed to be rotatable. Is known (see, for example, Patent Document 2).

特開２００５−１６９６１６号公報（第８，９頁、図３Ａ〜図３Ｅ）Japanese Patent Laying-Open No. 2005-169616 (pages 8 and 9, FIGS. 3A to 3E) 特開平６−３８５６１号公報（第６，７頁、図３）JP-A-6-38561 (6th and 7th pages, FIG. 3)

このような特許文献１や特許文献２では、ＭＥＭＳ構造体の可動部としてのビーム、出力ギアやロータの周囲の犠牲層（絶縁層）をリリースエッチングにより除去して、可動部を形成している。しかしながら、このような製造方法によれば、リリースエッチングでは、平面方向及び断面方向にエッチングが進行していくが、ＭＥＭＳ構造体の平面方向近傍に配線層等が配設される場合において、例えば、ＭＥＭＳ構造体（可動部）の下方部まで完全に分離させたときに、配線層までエッチングされてしまうことが考えられ、配線層の信頼性を損なうというような課題を有している。 In Patent Document 1 and Patent Document 2 described above, the movable portion is formed by removing the beam as the movable portion of the MEMS structure, the sacrificial layer (insulating layer) around the output gear and the rotor by release etching. . However, according to such a manufacturing method, in the release etching, the etching proceeds in the plane direction and the cross-sectional direction. In the case where a wiring layer or the like is disposed in the vicinity of the plane direction of the MEMS structure, for example, When completely separated to the lower part of the MEMS structure (movable part), it is considered that the wiring layer is etched, and there is a problem that the reliability of the wiring layer is impaired.

また、リリースエッチングの領域が、配線層まで至らないように調整した際に、ＭＥＭＳ構造体（可動部）の下部にまで充分に達せず、可動部の分離が不十分になってしまうことも予想される。 It is also expected that when the release etching area is adjusted so as not to reach the wiring layer, it does not reach the lower part of the MEMS structure (movable part) sufficiently and the separation of the movable part becomes insufficient. Is done.

上述したような課題は、リリースエッチングが完了し、ＭＥＭＳ構造体を駆動してはじめて認識することができ、ＭＥＭＳ素子として著しく歩留りを低下させるということや、配線層の一部がエッチングされてしまった場合には、初期にはその問題は発現せず、ある程度時間を経過した後に現れ、長期信頼性を低下させるというような課題を有している。 The problems as described above can be recognized only after the release etching is completed and the MEMS structure is driven, and the yield of the MEMS element is remarkably lowered, and a part of the wiring layer is etched. In some cases, the problem does not appear in the initial stage, but appears after a certain amount of time, and has a problem of reducing long-term reliability.

本発明の目的は、前述した課題を解決することを要旨とし、リリースエッチングの範囲を定量的に視認管理し、ＭＥＭＳ構造体のリリースを確実に行い、歩留りを高めるとともに、信頼性が高いＭＥＭＳ素子の製造方法を提供することである。 The object of the present invention is to solve the above-described problems, and quantitatively visually manage the range of release etching, reliably release the MEMS structure, increase the yield, and have high reliability. It is to provide a manufacturing method.

本発明のＭＥＭＳ素子の製造方法は、リリースエッチングにより犠牲層を除去して形成されるＭＥＭＳ構造体を有するＭＥＭＳ素子を形成する工程と、リリースエッチングにより犠牲層を除去して形成される複数のモニタ指を有するモニタ素子を形成する工程と、を含み、前記ＭＥＭＳ素子を基板ウエハの主面の縦横に複数個配列するとともに、前記モニタ素子を前記ＭＥＭＳ素子の間に分散配設し、前記複数のモニタ指とリリースエッチングの境界面の位置を視認することにより、前記ＭＥＭＳ構造体のリリース範囲を確認することを特徴とする。 The method of manufacturing a MEMS device according to the present invention includes a step of forming a MEMS device having a MEMS structure formed by removing a sacrificial layer by release etching, and a plurality of monitors formed by removing the sacrificial layer by release etching. Forming a plurality of the MEMS elements vertically and horizontally on the main surface of the substrate wafer, and disperse and dispose the monitor elements between the MEMS elements. The release range of the MEMS structure is confirmed by visually recognizing the position of the boundary surface between the monitor finger and the release etching.

この発明によれば、基板ウエハ上にＭＥＭＳ素子とモニタ素子とを混在配設し、モニタ素子に設けられるモニタ指をリリースエッチング量の目盛として、モニタ指とリリースエッチングの境界面の位置を目視あるいは顕微鏡等で視認することで、ＭＥＭＳ構造体のリリースエッチング範囲を確認することができるので、ＭＥＭＳ構造体のリリースを確実に行うことができる。この際、リリースエッチングの範囲は、リリースエッチングの工程途中や、工程終了後に確認することができる。このことにより、ＭＥＭＳ素子の歩留りを向上させることができる。 According to this invention, the MEMS element and the monitor element are mixedly arranged on the substrate wafer, the monitor finger provided on the monitor element is used as a release etching amount scale, and the position of the boundary surface between the monitor finger and the release etching is visually or Since the release etching range of the MEMS structure can be confirmed by visual recognition with a microscope or the like, the MEMS structure can be reliably released. At this time, the range of release etching can be confirmed during or after the release etching process. This can improve the yield of the MEMS element.

また、ＭＥＭＳ構造体の近傍に配線層等が配設される場合には、ＭＥＭＳ構造体のリリースを確実に行いつつ、モニタ素子を観察することにより、リリースエッチング領域が配線層に達しないように管理することができ、信頼性の高いＭＥＭＳ素子を提供することができる。 When a wiring layer or the like is disposed in the vicinity of the MEMS structure, the release etching region does not reach the wiring layer by observing the monitor element while reliably releasing the MEMS structure. A highly reliable MEMS element that can be managed can be provided.

さらに、本発明のようなモニタ素子を用いない従来の製造方法では、ＭＥＭＳ構造体のリリースを確実に行いながら配線層に影響を与えないようにするためには、ＭＥＭＳ構造体と配線層との平面方向の距離を大きくしなければならないが、モニタ素子を設けることによりＭＥＭＳ素子と配線層の距離を狭めることが可能となり、ＭＥＭＳ素子を小型化することができる。 Furthermore, in the conventional manufacturing method that does not use the monitor element as in the present invention, in order to prevent the wiring layer from being affected while reliably releasing the MEMS structure, the MEMS structure and the wiring layer are separated from each other. Although the distance in the planar direction has to be increased, the distance between the MEMS element and the wiring layer can be reduced by providing the monitor element, and the MEMS element can be miniaturized.

なお、モニタ素子とＭＥＭＳ素子のリリースエッチング量（エッチング速度）は、予め両者のリリースエッチング量を比較測定し、モニタ指とリリースエッチングの平面方向の境界面位置との相関関係を明確にしておくことでなし得る。 Note that the release etching amount (etching rate) of the monitor element and the MEMS element should be measured in advance by comparing the release etching amounts of the both in advance, and the correlation between the monitor finger and the boundary surface position in the plane direction of the release etching should be clarified. You can do it.

また、前記複数のモニタ指が、互いに対向する第１モニタ指と第２モニタ指とから構成され、前記第１モニタ指と第２モニタ指のそれぞれに、前記基板ウエハの主面に平行な一方向に配列される複数のフィンガーと、前記一方向に対してほぼ垂直な方向に配列される複数のフィンガーとが形成され、前記複数のフィンガーそれぞれとリリースエッチングの境界面の位置を視認することにより、前記ＭＥＭＳ構造体のリリース範囲を確認することが好ましい。
ここで、複数のフィンガーが前記基板ウエハの主面に平行な一方向、及びそれに垂直に配列しているとは、ＭＥＭＳ構造体が、例えば、カンチレバーやＣｏｍｂ型と呼ばれる交差指振動体等の場合、これらの振動方向の両側、あるいは非振動方向の両側のそれぞれに複数のフィンガーが設けられていることを意味する。 The plurality of monitor fingers are composed of a first monitor finger and a second monitor finger facing each other, and each of the first monitor finger and the second monitor finger is parallel to the main surface of the substrate wafer. A plurality of fingers arranged in a direction and a plurality of fingers arranged in a direction substantially perpendicular to the one direction are formed, and by visually observing the position of each of the plurality of fingers and the release etching boundary surface It is preferable to confirm the release range of the MEMS structure.
Here, a plurality of fingers are arranged in one direction parallel to the main surface of the substrate wafer and perpendicular thereto, for example, when the MEMS structure is a cantilever or a comb finger vibrator called a comb type This means that a plurality of fingers are provided on both sides in the vibration direction or both sides in the non-vibration direction.

これら複数のフィンガーは、リリースエッチングの範囲を確認するための目盛である。従って、このように複数のフィンガーを配設することで、ＭＥＭＳ構造体に対して、平面視して垂直な二方向のリリースエッチング範囲を的確に判定することを可能にする。また、ＭＥＭＳ構造体の振動方向及び非振動方向にもフィンガーを配設することも可能になるため、両方向のリリースエッチング範囲を判定することができる。 The plurality of fingers are scales for confirming the range of release etching. Therefore, by disposing a plurality of fingers in this manner, it is possible to accurately determine the release etching range in two directions perpendicular to the MEMS structure in plan view. Moreover, since it becomes possible to arrange | position a finger also to the vibration direction and non-vibration direction of a MEMS structure body, the release etching range of both directions can be determined.

また、前記ＭＥＭＳ構造体のリリースエッチング量が大きい方向に配列される複数のフィンガーのピッチを密に、そのフィンガーの垂直方向に配列される複数のフィンガーのピッチを疎になるように形成することが好ましい。 Further, the pitch of the fingers arranged in the direction in which the release etching amount of the MEMS structure is large may be dense, and the pitch of the fingers arranged in the vertical direction of the fingers may be sparse. preferable.

このようにリリースエッチング範囲の目盛となるフィンガーを配設することで、可動部を確実にリリースするために重要な、ＭＥＭＳ構造体のリリースエッチング量が大きい方向のフィンガーを密に設定することにより、リリースエッチングの範囲をより正確に管理することができる。 By arranging the fingers that are the graduations of the release etching range in this way, by setting closely the fingers in the direction in which the release etching amount of the MEMS structure is large, which is important for reliably releasing the movable part, The range of release etching can be managed more accurately.

また、前記ＭＥＭＳ素子が、前記ＭＥＭＳ構造体と配線層とを含み、前記第１モニタ指と前記第２モニタ指のそれぞれの前記基板ウエハの主面からの高さを、前記ＭＥＭＳ構造体または前記配線層のいずれかと概ね等しい高さ位置に形成することが好ましい。
ここで、同一高さにあわせる部位としては、例えば、ＭＥＭＳ構造体では可動部、第１、第２モニタ指では、それぞれに設けられるフィンガーを指す。 In addition, the MEMS element includes the MEMS structure and a wiring layer, and the height of each of the first monitor finger and the second monitor finger from the main surface of the substrate wafer is set to the MEMS structure or the Preferably, the wiring layer is formed at a height position substantially equal to any one of the wiring layers.
Here, as a part adjusted to the same height, for example, a movable part is indicated in the MEMS structure, and fingers provided in each of the first and second monitor fingers.

仮に、第１モニタ指（フィンガー）とＭＥＭＳ構造体（可動部）と同じ高さにすれば、それらの下部に設けられる犠牲層の表面高さを一致させることができるため、犠牲層を同一工程で形成することができるので、製造工程を簡素化することができる。第２モニタ指と配線層の高さについても同様なことがいえる。 If the first monitor finger (finger) and the MEMS structure (movable part) have the same height, the surface height of the sacrificial layer provided below them can be matched, so that the sacrificial layer is formed in the same process. Therefore, the manufacturing process can be simplified. The same applies to the height of the second monitor finger and the wiring layer.

さらに、リリースエッチングの際、ＭＥＭＳ構造体と、モニタ指とが、同じ高さに配設されているため、断面方向の同じ位置のエッチング範囲をモニタすることが可能で、より正確なリリースエッチング領域の判定を行うことができる。 Furthermore, since the MEMS structure and the monitor finger are arranged at the same height during release etching, it is possible to monitor the etching range at the same position in the cross-sectional direction, and a more accurate release etching region. Can be determined.

また、本発明では、前記第１モニタ指と第２モニタ指の間の中央に、前記第１モニタ指と第２モニタ指とに達しない範囲内に前記犠牲層を貫通する開口部を形成した後、リリースエッチングを行うことが好ましい。 In the present invention, an opening that penetrates the sacrificial layer is formed in the center between the first monitor finger and the second monitor finger within a range not reaching the first monitor finger and the second monitor finger. Thereafter, release etching is preferably performed.

リリースエッチングは、平面方向及び断面方向にほぼ同じように進行する。そこで、予め、開口部を開設した後、この開口部を中心にしてリリースエッチングを行うことにより、断面方向の全ての位置においても平面方向のエッチング速度が一定となり、前述したモニタ指（目盛としてのフィンガー）により、リリースエッチングの範囲を確認することができる。 Release etching proceeds in substantially the same way in the planar and cross-sectional directions. Therefore, after opening an opening in advance, by performing release etching around this opening, the etching rate in the plane direction is constant at all positions in the cross-sectional direction, and the above-described monitor finger (as a scale) The range of release etching can be confirmed by the finger).

また、前記開口部をドライエッチング法で形成し、リリースエッチングをウェットエッチング法で形成することが好ましい。 The opening is preferably formed by a dry etching method and the release etching is formed by a wet etching method.

開口部は、前述したように、リリースエッチングの際の平面方向のエッチング範囲を各高さで一定になるように、基板ウエハの主面に対して垂直に開設されることが要求される。従って、ドライエッチング法で開口部を形成することで、開口部の内側側面を基板ウエハの主面に対して垂直に形成することができる。そして、エッチング速度が速いウェットエッチング法でリリースエッチングを行うことから、加工時間をより短縮することができる。 As described above, the opening is required to be opened perpendicular to the main surface of the substrate wafer so that the etching range in the planar direction at the time of release etching is constant at each height. Therefore, by forming the opening by dry etching, the inner side surface of the opening can be formed perpendicular to the main surface of the substrate wafer. Since the release etching is performed by the wet etching method having a high etching rate, the processing time can be further shortened.

また、前記フィンガーのピッチを、前記モニタ素子の中央から遠ざかる方向に徐々に疎から密になるように形成することが望ましい。 In addition, it is desirable that the pitch of the fingers be formed so as to gradually increase from sparse to dense in a direction away from the center of the monitor element.

リリースエッチング量をモニタする場合、リリースエッチングの初期の段階よりも終了間近の方が管理が重要となる。従って、リリースエッチングの初期段階（モニタ素子の中央付近）のフィンガーは疎にしてもよく、終了段階（モニタ素子の外側方向）では、密にすることで、必要な部分についてはより正確にモニタすることができ、フィンガーの数も減らすことが可能で、フィンガーの構成を簡素化することができる。 When monitoring the amount of release etching, the management is more important near the end than the initial stage of release etching. Therefore, the fingers in the initial stage of release etching (near the center of the monitor element) may be sparse, and in the final stage (outward direction of the monitor element), the necessary parts are monitored more accurately by being dense. The number of fingers can be reduced, and the configuration of the fingers can be simplified.

また、前記第１モニタ指及び前記第２モニタ指それぞれに設けられる前記複数のフィンガーを、前記複数のモニタ指の間の中央を中心とする同心円となるように配列し形成することが望ましい。 Further, it is desirable that the plurality of fingers provided on each of the first monitor finger and the second monitor finger are arranged and formed so as to be concentric with the center between the plurality of monitor fingers as a center.

本発明において、フィンガーの形状は、限定されるものではないが、前述したように中心部に開口部を設け、この開口部からリリースエッチングを行う場合、リリースエッチングが等方性エッチングであれば、開口部の中心から放射状にリリースされていく。従って、同心円状にフィンガーを形成することにより、その中心から全方向のエッチング量を確認することができる。この際、予め開設される開口部も円形に形成する。 In the present invention, the shape of the finger is not limited, but as described above, when the opening is provided in the center and release etching is performed from this opening, if the release etching is isotropic etching, It is released radially from the center of the opening. Therefore, by forming the fingers concentrically, the etching amount in all directions from the center can be confirmed. At this time, a pre-opened opening is also formed in a circular shape.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図５は、本発明の実施形態１に係るＭＥＭＳ素子及びモニタ素子を示し、図６，７はモニタ素子の製造方法を示し、図８は実施形態１の変形例１、図９は変形例２のモニタ素子を示している。
（実施形態１） Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 5 show a MEMS element and a monitor element according to Embodiment 1 of the present invention, FIGS. 6 and 7 show a manufacturing method of the monitor element, FIG. 8 shows a first modification of Embodiment 1, and FIG. The monitor element of the modification 2 is shown.
(Embodiment 1)

図１は、実施形態１に係る基板ウエハ上のＭＥＭＳ素子及びモニタ素子のレイアウトを示す平面図である。図１において、ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ）素子１０は、基板ウエハ１の主面に複数個が縦横に配列され、また、モニタ素子２０を、基板ウエハ１の同じ主面上にＭＥＭＳ素子１０の間に分散配設する。本実施形態においては、基板ウエハ１の外周部にモニタ素子２０ｂ〜２０ｇ、中央部に２０ａを配設している。 FIG. 1 is a plan view showing a layout of MEMS elements and monitor elements on a substrate wafer according to the first embodiment. In FIG. 1, a plurality of MEMS (Micro Electro Mechanical System) elements 10 are arranged vertically and horizontally on the main surface of a substrate wafer 1, and monitor elements 20 are arranged on the same main surface of the substrate wafer 1. Dispersed between them. In the present embodiment, monitor elements 20b to 20g are disposed on the outer peripheral portion of the substrate wafer 1, and 20a is disposed on the central portion.

図１に示すこれらモニタ素子２０の配設数と配置レイアウトは１例であって、任意に設定することができるが、１ウエハからのＭＥＭＳ素子の取り個数を増加させるために、ＭＥＭＳ素子の構成や、基板ウエハの大きさから適宜分散配置することが好ましい。従って、図１に示すように外周部と中心部に配設することが効率的である。
このように配設するＭＥＭＳ素子１０とモニタ素子２０との配置構成についてさらに詳しく説明する。 The arrangement number and arrangement layout of these monitor elements 20 shown in FIG. 1 are one example and can be arbitrarily set. In order to increase the number of MEMS elements to be taken from one wafer, the configuration of the MEMS elements is not limited. In addition, it is preferable to disperse the substrate wafer appropriately according to the size of the substrate wafer. Accordingly, as shown in FIG. 1, it is efficient to dispose them at the outer peripheral portion and the central portion.
The arrangement configuration of the MEMS element 10 and the monitor element 20 thus arranged will be described in more detail.

図２は、ＭＥＭＳ素子１０とモニタ素子２０の配置と構成について説明する平面図である。一つのモニタ素子２０（モニタ素子２０ａ〜２０ｇ）は、ＭＥＭＳ素子１０に隣接して配設されている。ＭＥＭＳ素子１０には、ＭＥＭＳ構造体１１が形成される。ＭＥＭＳ構造体１１は、本実施形態では、Ｃｏｍｂ型と呼ばれる交差指振動体を例示している。 FIG. 2 is a plan view for explaining the arrangement and configuration of the MEMS element 10 and the monitor element 20. One monitor element 20 (monitor elements 20 a to 20 g) is disposed adjacent to the MEMS element 10. A MEMS structure 11 is formed in the MEMS element 10. In this embodiment, the MEMS structure 11 exemplifies a cross finger vibrating body called a comb type.

ＭＥＭＳ構造体１１は、一対の対向する駆動電極１７と可動部１４と配線層１５とから構成されており、駆動電極１７の一方は可動部１４を励振するための励振電極であり、他方は検出電極である。駆動電極１７は、絶縁層上（可動部１４にとっては犠牲層に相当する）に形成される固定電極である。可動部１４は、可動電極でもあり、アンカー部１３の上面から延在される梁部１４ｃによって支持され、アンカー部１３以外の部分が周囲から分離（リリース）されている。可動部１４には櫛歯状の電極指１４ａが錘部１４ｂから幅方向（図中Ｙ方向）に延在され、駆動電極１７の櫛歯部に間挿されている。 The MEMS structure 11 includes a pair of opposed drive electrodes 17, a movable portion 14, and a wiring layer 15. One of the drive electrodes 17 is an excitation electrode for exciting the movable portion 14, and the other is a detection. Electrode. The drive electrode 17 is a fixed electrode formed on the insulating layer (corresponding to a sacrificial layer for the movable portion 14). The movable portion 14 is also a movable electrode, is supported by a beam portion 14c extending from the upper surface of the anchor portion 13, and a portion other than the anchor portion 13 is separated (released) from the surroundings. In the movable portion 14, comb-like electrode fingers 14 a extend in the width direction (Y direction in the drawing) from the weight portion 14 b and are inserted into the comb teeth portion of the drive electrode 17.

可動部１４の外側近傍には、配線層１５が形成されている。ここで、駆動電極１７と可動部１４の電極指１４ａとは、ほぼ同じ平面上に形成され、配線層１５は、これらとは異なる断面位置に配設される。 A wiring layer 15 is formed near the outside of the movable portion 14. Here, the drive electrode 17 and the electrode finger 14a of the movable part 14 are formed on substantially the same plane, and the wiring layer 15 is disposed at a different cross-sectional position.

このＭＥＭＳ構造体１１の作動は、可動部１４に直流電圧が印加されることによって行われる。可動部１４の電極指１４ａと駆動電極１７の励振電極の間、及び電極指１４ａと検出電極との間に電位差が生じ、励振電極と検出電極の表面にはそれぞれの電位差に応じた電荷がチャージされる。この状態で、励振電極に交流電圧（共振周波数ｆに相当する信号）を印加することによって、可動部１４が矢印Ｖ方向（基板ウエハ全体としてはＹ方向）に振動する。 The operation of the MEMS structure 11 is performed by applying a DC voltage to the movable portion 14. A potential difference is generated between the electrode finger 14a of the movable portion 14 and the excitation electrode of the drive electrode 17 and between the electrode finger 14a and the detection electrode, and charges corresponding to the respective potential differences are charged on the surface of the excitation electrode and the detection electrode. Is done. In this state, by applying an AC voltage (a signal corresponding to the resonance frequency f) to the excitation electrode, the movable portion 14 vibrates in the arrow V direction (the Y direction as a whole substrate wafer).

また、モニタ素子２０には、第１モニタ指３０と第２モニタ指５０とが、それぞれ対向して配設されている。第１モニタ指３０は、複数のフィンガー３１と、このフィンガー３１に対して垂直に形成されるフィンガー３２とが設けられている。さらに、第２モニタ指５０もフィンガー５１と、このフィンガー５１に対して垂直に形成されるフィンガー５２とが設けられている。 Further, the monitor element 20 is provided with a first monitor finger 30 and a second monitor finger 50 facing each other. The first monitor finger 30 is provided with a plurality of fingers 31 and fingers 32 formed perpendicular to the fingers 31. Further, the second monitor finger 50 is also provided with a finger 51 and a finger 52 formed perpendicular to the finger 51.

フィンガー３１，５１、フィンガー３２，５２とは、それぞれ対向して設けられ、フィンガー３１，５１は、上述したＭＥＭＳ構造体１１の振動方向に対して垂直（図中、矢印Ｙに平行）に形成されている。また、フィンガー３２，５２は、振動方向に対して平行（図中、矢印Ｘに平行）に配設されている。 The fingers 31 and 51 and the fingers 32 and 52 are provided to face each other, and the fingers 31 and 51 are formed perpendicular to the vibration direction of the MEMS structure 11 described above (parallel to the arrow Y in the figure). ing. The fingers 32 and 52 are arranged in parallel to the vibration direction (parallel to the arrow X in the figure).

ここで、フィンガー３１，５１は、フィンガー３２，５２に対して幅及び間隔（ピッチ）を密となるように設定し、フィンガー３２，５２は、疎となるように設定している。これは、後述する可動部１４のリリースエッチングのプロセスの際に、ＭＥＭＳ構造体１１の近傍に設けられる配線層１５を保護すること、最もリリースエッチング量が大きくなる錘部１４ｂを確実にリリースするために配慮しているためである。
続いて、ＭＥＭＳ素子１０及びモニタ素子２０の断面構造について説明する。 Here, the fingers 31 and 51 are set to have a narrower width and interval (pitch) than the fingers 32 and 52, and the fingers 32 and 52 are set to be sparse. This is to protect the wiring layer 15 provided in the vicinity of the MEMS structure 11 during the release etching process of the movable portion 14 described later, and to reliably release the weight portion 14b having the largest release etching amount. It is because it considers.
Subsequently, cross-sectional structures of the MEMS element 10 and the monitor element 20 will be described.

図３は、本実施形態のＭＥＭＳ素子１０の断面構造を模式的に示す断面図である。図２のＡ−Ａ切断面を示している。ＭＥＭＳ素子１０は、シリコンからなる基板２（本実施形態では半導体基板を採用）の主面に、絶縁層としての窒化膜２１が形成され、さらにその表面にポリシリコンからなるＭＥＭＳ構造体１１と、Ａｌからなる配線層１５とが形成されている。 FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a cross-sectional structure of the MEMS element 10 of the present embodiment. The AA cut surface of FIG. 2 is shown. In the MEMS element 10, a nitride film 21 as an insulating layer is formed on the main surface of a substrate 2 made of silicon (in this embodiment, a semiconductor substrate is used), and a MEMS structure 11 made of polysilicon is formed on the surface thereof. A wiring layer 15 made of Al is formed.

ＭＥＭＳ構造体１１は、固定部１２にアンカー部１３と、このアンカー部１３の上部から延在されるＣｏｍｂ型交差指振動体としての可動部１４から構成されている。可動部１４の下部は、犠牲層２２がリリースエッチングによって除去されて、可動部１４が、犠牲層から分離（リリースと表すことがある）されている。 The MEMS structure 11 includes an anchor portion 13 in a fixed portion 12 and a movable portion 14 as a comb-type cross finger vibrating body extending from the upper portion of the anchor portion 13. In the lower part of the movable portion 14, the sacrificial layer 22 is removed by release etching, and the movable portion 14 is separated from the sacrificial layer (may be referred to as release).

犠牲層２２は、詳しくは図６，７で説明するが複数の犠牲層を積層して形成されており、この犠牲層２２の中間層にＡｌからなる配線層１５が形成されている。配線層１５は、図３では、ＭＥＭＳ構造体１１よりも上部の犠牲層の中間に配設される。 The sacrificial layer 22 is formed by laminating a plurality of sacrificial layers as will be described in detail with reference to FIGS. 6 and 7, and a wiring layer 15 made of Al is formed in an intermediate layer of the sacrificial layer 22. In FIG. 3, the wiring layer 15 is disposed in the middle of the sacrificial layer above the MEMS structure 11.

基板２は、半導体基板であり、内部にＭＥＭＳ構造体１１を駆動、制御するための回路素子（図示せず）が形成されており、上述の配線層１５や図示しないビアホール等によって、ＭＥＭＳ構造体１１と電気的に接続されている。 The substrate 2 is a semiconductor substrate, in which circuit elements (not shown) for driving and controlling the MEMS structure 11 are formed, and the MEMS structure is formed by the wiring layer 15 and via holes (not shown). 11 is electrically connected.

ＭＥＭＳ素子１０の製造工程は、後述するモニタ素子２０の製造工程とほぼ同じ工程によって同時並行的に進められる。簡単に説明すると、基板２の主面に絶縁層として窒化膜２１を成膜し、その上面にポリシリコンからなるＭＥＭＳ構造体１１の固定部１２を形成し、さらに酸化シリコン（ＳｉＯ₂）からなる犠牲層２２のうちの第１層を、さらにその後にポリシリコンからなる可動部１４を形成する。そして、その上面に犠牲層の第２層を形成し、さらにＡｌからなる配線層１５を形成する。さらに、その上面に犠牲層の第３層を全面に形成し、レジスト１８を成膜する。このレジスト１８には、開口部１９が開設されている。ここで、ウェットエッチング法によってリリースエッチングを行い、ＭＥＭＳ構造体１１の可動部１４をリリースする。 The manufacturing process of the MEMS element 10 is advanced in parallel by substantially the same process as the manufacturing process of the monitor element 20 described later. Briefly, a nitride film 21 is formed as an insulating layer on the main surface of the substrate 2, a fixing portion 12 of the MEMS structure 11 made of polysilicon is formed on the upper surface, and further made of silicon oxide (SiO ₂ ). The movable portion 14 made of polysilicon is formed after the first layer of the sacrificial layer 22. Then, a second sacrificial layer is formed on the upper surface, and a wiring layer 15 made of Al is further formed. Further, a third layer of a sacrificial layer is formed on the entire surface, and a resist 18 is formed. The resist 18 has an opening 19. Here, release etching is performed by a wet etching method to release the movable portion 14 of the MEMS structure 11.

リリースエッチングの領域は、可動部１４を確実にリリースしながら、配線層１５には達しない範囲に管理される。このリリースエッチングは、後述するモニタ素子２０のリリースエッチングと同じ工程で行われ、モニタ素子２０の第１モニタ指３０及び第２モニタ指５０をモニタの目盛として用いて、エッチング範囲が管理される。 The release etching region is managed in a range that does not reach the wiring layer 15 while reliably releasing the movable portion 14. This release etching is performed in the same process as the release etching of the monitor element 20 described later, and the etching range is managed by using the first monitor finger 30 and the second monitor finger 50 of the monitor element 20 as scales of the monitor.

次に、モニタ素子２０の断面構造について図面を参照して説明する。
図４は、本実施形態のモニタ素子２０の断面構造を模式的に示す断面図である。図２のＡ−Ａ切断面を示している。モニタ素子２０は、シリコンからなる基板（半導体基板）２の主面に、絶縁層としての窒化膜２１が形成され、その表面にポリシリコンからなる固定部１２、さらにその上面に犠牲層２２のうちの第１層２３、その上面にポリシリコンからなる第１モニタ指３０が形成され、さらに犠牲層の第２層２４が形成されている。 Next, the cross-sectional structure of the monitor element 20 will be described with reference to the drawings.
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a cross-sectional structure of the monitor element 20 of the present embodiment. The AA cut surface of FIG. 2 is shown. The monitor element 20 has a nitride film 21 as an insulating layer formed on the main surface of a substrate (semiconductor substrate) 2 made of silicon, a fixed portion 12 made of polysilicon on the surface, and a sacrificial layer 22 on the upper surface. A first monitor finger 30 made of polysilicon is formed on the upper surface of the first layer 23, and a second layer 24 of a sacrificial layer is further formed.

そして、犠牲層の第２層２４の表面にＡｌからなる第２モニタ指５０が形成されている。さらに、犠牲層の第３層２５を形成した後、リリースエッチングによりフィンガー３１，３２，５１，５２がエッチングの経過に伴い視認できる範囲まで出現する。リリースエッチングは、前述したＭＥＭＳ素子１０のリリースエッチングと同工程で行うため、フィンガー３１，３２，５１，５２の出現数とリリースエッチングとの境界面位置２８によって、ＭＥＭＳ素子１０のエッチング範囲を確認することができる。 A second monitor finger 50 made of Al is formed on the surface of the second layer 24 of the sacrificial layer. Further, after the third layer 25 of the sacrificial layer is formed, the fingers 31, 32, 51, 52 appear to the extent that they can be visually recognized as the etching progresses by release etching. Since the release etching is performed in the same process as the release etching of the MEMS element 10 described above, the etching range of the MEMS element 10 is confirmed by the number of appearance of the fingers 31, 32, 51, 52 and the boundary surface position 28 between the release etching. be able to.

なお、ＭＥＭＳ素子１０とモニタ素子２０の断面関係を比較すると、第１モニタ指３０のフィンガー３１，３２は可動部１４の高さと一致し、第２モニタ指５０のフィンガー５１，５２は、配線層１５の高さと一致している。 When the cross-sectional relationship between the MEMS element 10 and the monitor element 20 is compared, the fingers 31 and 32 of the first monitor finger 30 coincide with the height of the movable portion 14, and the fingers 51 and 52 of the second monitor finger 50 correspond to the wiring layer. It is consistent with a height of 15.

続いて、モニタ素子２０の第１モニタ指３０及び第２モニタ指５０の平面構成について、図５を参照してさらに詳しく説明する。
図５は、モニタ素子２０を示す平面図である。モニタ素子２０に形成される第１モニタ指３０と第２モニタ指５０とは、モニタ素子２０の中心Ｇに対して平面視して点対称の関係に配設されている。第１モニタ指３０は、帯状に連続したアンカー部３３の上面に形成される基部３４からフィンガー３１とフィンガー３２とが延在されて形成される。また、第２モニタ指５０は、支柱形状の複数のアンカー部５３の上面に連続して形成される基部３５からフィンガー５１とフィンガー５２とが延在されて形成される。 Next, the planar configuration of the first monitor finger 30 and the second monitor finger 50 of the monitor element 20 will be described in more detail with reference to FIG.
FIG. 5 is a plan view showing the monitor element 20. The first monitor finger 30 and the second monitor finger 50 formed on the monitor element 20 are arranged in a point-symmetric relationship with respect to the center G of the monitor element 20 in plan view. The first monitor finger 30 is formed by extending a finger 31 and a finger 32 from a base 34 formed on the upper surface of an anchor portion 33 that is continuous in a band shape. Further, the second monitor finger 50 is formed by extending fingers 51 and fingers 52 from a base portion 35 formed continuously on the upper surface of the plurality of pillar-shaped anchor portions 53.

ここで、犠牲層２２はリリースエッチングにより中心部から除去され、境界面２８までリリースエッチングされる。そして図５に示す範囲（境界面２８の内側）のフィンガー３１，３２，５１，５２が露出される。この境界面２８に囲まれる内側の範囲が、ＭＥＭＳ素子１０においてリリースされた範囲（図３に示される空間１６）に相当し、この状態において、ＭＥＭＳ構造体１１（可動部１４）がアンカー部１３を残して犠牲層２２から分離された状態である（図３、参照）。 Here, the sacrificial layer 22 is removed from the central portion by release etching and release etched to the boundary surface 28. Then, the fingers 31, 32, 51, 52 in the range shown in FIG. 5 (inside the boundary surface 28) are exposed. An inner range surrounded by the boundary surface 28 corresponds to a range released in the MEMS element 10 (space 16 shown in FIG. 3). In this state, the MEMS structure 11 (movable portion 14) is anchored 13. Is separated from the sacrificial layer 22 (see FIG. 3).

続いて、ＭＥＭＳ素子の製造方法に係る本発明の要旨としてのモニタ素子の製造方法を中心に説明する。
図６，７は、本実施形態のモニタ素子２０の製造方法を模式的に示す断面図である。なお、前述したようにＭＥＭＳ素子１０及びモニタ素子２０は、基板ウエハ１の主面に形成されるが、ここでは、モニタ素子単品として説明する。また、図５のＡ―Ａ切断面を表している。 Subsequently, a method for manufacturing a monitor element as a gist of the present invention relating to a method for manufacturing a MEMS element will be mainly described.
6 and 7 are cross-sectional views schematically showing a method for manufacturing the monitor element 20 of the present embodiment. Note that, as described above, the MEMS element 10 and the monitor element 20 are formed on the main surface of the substrate wafer 1, but here, the description will be made as a single monitor element. Moreover, the AA cut surface of FIG. 5 is represented.

まず、図６（ａ）に示すように、基板２の表面に絶縁層としての窒化膜２１を成膜する。なお、窒化膜２１と基板２との間に、リリースエッチングにより基板２が侵食されることを防止するために、保護のための絶縁層（図示せず）を設けることが好ましい。 First, as shown in FIG. 6A, a nitride film 21 as an insulating layer is formed on the surface of the substrate 2. Note that an insulating layer (not shown) for protection is preferably provided between the nitride film 21 and the substrate 2 in order to prevent the substrate 2 from being eroded by release etching.

次に、図６（ｂ）に示すように、この窒化膜２１の表面にポリシリコンを堆積させ、固定部１２を形成する。なお、窒化膜２１と固定部１２とは、ＭＥＭＳ素子１０の領域にも共通に形成する。 Next, as shown in FIG. 6B, polysilicon is deposited on the surface of the nitride film 21 to form the fixing portion 12. Note that the nitride film 21 and the fixing portion 12 are also formed in common in the region of the MEMS element 10.

次に、図６（ｃ）に示すように、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）からなる犠牲層の第１層２３を全体にわたって形成する。この第１層２３も、ＭＥＭＳ素子１０の領域に共通に形成する。そして、図６（ｄ）に示すように第１モニタ指３０のアンカー部３３を形成するための孔２３Ａと、ＭＥＭＳ構造体１１のアンカー部１３を形成するための孔（図３、参照）とを開設する。 Next, as shown in FIG. 6C, a first layer 23 of a sacrificial layer made of silicon oxide (SiO ₂ ) is formed over the entire surface. The first layer 23 is also formed in common in the region of the MEMS element 10. 6D, a hole 23A for forming the anchor portion 33 of the first monitor finger 30, and a hole for forming the anchor portion 13 of the MEMS structure 11 (see FIG. 3) Open.

次に、図６（ｅ）に示すように、犠牲層の第１層２３の表面に第１モニタ指３０及びＭＥＭＳ構造体１１となるポリシリコン層を堆積し、それぞれ所定の形状にパターニングする（図２，５、参照）。第１モニタ指３０には、フィンガー３１，３２が形成され、アンカー部３３を介して固定部１２と接合される。また、ＭＥＭＳ構造体１１には、可動部１４が形成され、アンカー部１３を介して固定部１２と接合される。 Next, as shown in FIG. 6E, a polysilicon layer to be the first monitor finger 30 and the MEMS structure 11 is deposited on the surface of the first layer 23 of the sacrificial layer, and each is patterned into a predetermined shape ( (See FIGS. 2, 5). Fingers 31 and 32 are formed on the first monitor finger 30 and are joined to the fixing portion 12 via the anchor portion 33. In addition, the movable part 14 is formed in the MEMS structure 11 and is joined to the fixed part 12 via the anchor part 13.

続いて、図６（ｆ）に示すように、犠牲層の第２層２４を成膜し、第２モニタ指５０のアンカー部５３を形成するための孔２４Ａを第１層２３と第２層２４を貫通して開設する。犠牲層の第２層２４は、ＭＥＭＳ素子１０の領域にも形成される。 Subsequently, as shown in FIG. 6F, the second layer 24 of the sacrificial layer is formed, and the holes 24A for forming the anchor portions 53 of the second monitor finger 50 are formed in the first layer 23 and the second layer. Opened through 24. The second layer 24 of the sacrificial layer is also formed in the region of the MEMS element 10.

それから、図６（ｇ）に示すように、第２層２４の表面にＡｌ膜を堆積し、第２モニタ指５０の所定の形状（図２，５、参照）にパターニングする。第２モニタ指５０には、フィンガー５１，５２が形成され、アンカー部５３を介して固定部１２と接合される。 Then, as shown in FIG. 6G, an Al film is deposited on the surface of the second layer 24 and patterned into a predetermined shape of the second monitor finger 50 (see FIGS. 2, 5). Fingers 51 and 52 are formed on the second monitor finger 50 and are joined to the fixing portion 12 via the anchor portion 53.

この工程では、ＭＥＭＳ素子１０のＡｌからなる配線層１５も形成される（図３、参照）。この配線層１５は、ビアホールや図示しない他の配線層を介して、上述したような犠牲層（絶縁層）とＡｌ膜の形成工程を繰り返し、ＭＥＭＳ構造体１１や、基板２内に収容されている回路素子と接続する。 In this step, the wiring layer 15 made of Al of the MEMS element 10 is also formed (see FIG. 3). The wiring layer 15 is accommodated in the MEMS structure 11 or the substrate 2 by repeating the formation process of the sacrificial layer (insulating layer) and the Al film as described above through via holes or other wiring layers (not shown). Connect to the circuit element.

続いて、図７（ａ）に示すように、第１モニタ指３０と第２モニタ指５０を含めて上面に犠牲層の第３層２５を堆積し、レジスト７０を塗布した後、中央に開口部２７を開設する。開口部２７は、犠牲層２２（犠牲層の第３層２５、第２層２４、第１層２３を含む）を貫通して固定部１２の表面まで達する深さに形成される。開口部２７は、ドライエッチング法により形成される。従って、開口部２７の側面は、基板２の主面（表面）に対して、ほぼ垂直に形成される。また、開口部２７の平面形状は、本実施形態では正方形であり、第１モニタ指３０と第２モニタ指５０に達しない範囲の大きさに設定される。
そして、レジスト７０を除去する。 Subsequently, as shown in FIG. 7A, a third layer 25 of a sacrificial layer is deposited on the upper surface including the first monitor finger 30 and the second monitor finger 50, and after applying a resist 70, an opening is formed in the center. Department 27 is established. The opening 27 is formed to a depth that reaches the surface of the fixing portion 12 through the sacrificial layer 22 (including the third layer 25, the second layer 24, and the first layer 23 of the sacrificial layer). The opening 27 is formed by a dry etching method. Therefore, the side surface of the opening 27 is formed substantially perpendicular to the main surface (front surface) of the substrate 2. The planar shape of the opening 27 is a square in the present embodiment, and is set to a size that does not reach the first monitor finger 30 and the second monitor finger 50.
Then, the resist 70 is removed.

次に、図７（ｂ）に示すようにリリースエッチングを行う。ここで、犠牲層２２の最上面（第３層２５の上面）にレジスト７１を塗布する。そして、リリースエッチングをウェットエッチング法を用いて行う。犠牲層２２は、エッチング等方性を有する酸化シリコン（ＳｉＯ₂）で形成されているため、開口部２７の内面側壁から外側方向に向かってほぼ同じ速度でエッチングが進行する。図７（ｂ）では、リリースエッチングの境界面２８まで達しているが、この境界面２８の位置は、図３に示すＭＥＭＳ素子１０のＭＥＭＳ構造体１１が確実にリリースされる範囲を示している。
なお、リリース確認前に、レジスト７１は除去される。 Next, release etching is performed as shown in FIG. Here, a resist 71 is applied to the uppermost surface of the sacrificial layer 22 (the upper surface of the third layer 25). Then, release etching is performed using a wet etching method. Since the sacrificial layer 22 is formed of silicon oxide (SiO ₂ ) having etching isotropy, the etching proceeds at substantially the same speed from the inner side wall of the opening 27 toward the outer side. In FIG. 7B, the boundary reaches the release etching boundary surface 28. The position of the boundary surface 28 indicates a range in which the MEMS structure 11 of the MEMS element 10 shown in FIG. 3 is reliably released. .
Note that the resist 71 is removed before the release confirmation.

上述したように、第１モニタ指３０と第２モニタ指５０とは、フィンガー部分の形状以外のアンカー部や材質等をＭＥＭＳ構造体１１の構成とほぼ同じにしているため、モニタ素子２０はＭＥＭＳ構造体１１のリリース状態のモニタとして充分機能する。 As described above, since the first monitor finger 30 and the second monitor finger 50 have substantially the same anchor portion and material other than the shape of the finger portion as the structure of the MEMS structure 11, the monitor element 20 is a MEMS. It functions sufficiently as a monitor of the release state of the structure 11.

なお、リリースエッチングの境界面が、境界面２８より内側にある場合には、ＭＥＭＳ構造体１１のリリースが不十分であること、また、境界面２８より外側にある場合には、ＭＥＭＳ素子１０の配線層１５までエッチングされている恐れがあることと判断し、リリースエッチングの条件を変更する。 When the boundary surface of the release etching is inside the boundary surface 28, the release of the MEMS structure 11 is insufficient, and when it is outside the boundary surface 28, the MEMS element 10 It is determined that the wiring layer 15 may be etched, and the release etching conditions are changed.

このような判定基準は、製造前の確認実験等により、フィンガー３１，３２，５１，５２とリリースエッチングの境界面位置と、ＭＥＭＳ構造体１１の適正なリリースエッチング条件との相関関係を確認しておき、テーブルを作成することで、誰にでも的確に判定することを可能にする。
従って、フィンガー３１，３２，５１，５２の数、ピッチ等は、ＭＥＭＳ素子１０とモニタ素子２０との構成から、図５に示すような構成に限定されず任意に設定して設けることができる。 Such a judgment criterion is to confirm the correlation between the boundary positions of the fingers 31, 32, 51, 52 and the release etching and the appropriate release etching conditions of the MEMS structure 11 by a confirmation experiment before manufacturing. By creating a table, anyone can make an accurate decision.
Therefore, the number, pitch, and the like of the fingers 31, 32, 51, 52 are not limited to the configuration shown in FIG. 5 and can be arbitrarily set from the configuration of the MEMS element 10 and the monitor element 20.

従って、前述した実施形態１によれば、基板ウエハ１上にＭＥＭＳ素子１０とモニタ素子２０とを混在配設し、モニタ素子２０に設けられる第１モニタ指３０及び第２モニタ指５０とをリリースエッチング範囲を表す目盛として、それぞれのモニタ指とリリースエッチングの境界面の位置を目視あるいは顕微鏡等で視認することで、ＭＥＭＳ構造体１１のリリースの状態を確認することができるので、ＭＥＭＳ構造体１１のリリースを確実に行うことができる。この際、リリースエッチング範囲は、リリースエッチングの工程途中や、工程終了後に、それぞれのモニタ指とリリースエッチングの境界面の位置で確認することができる。このことにより、ＭＥＭＳ素子１０の歩留りを向上させることができる。 Therefore, according to the first embodiment described above, the MEMS element 10 and the monitor element 20 are mixedly disposed on the substrate wafer 1, and the first monitor finger 30 and the second monitor finger 50 provided on the monitor element 20 are released. As the scale representing the etching range, the state of the release of the MEMS structure 11 can be confirmed by visually observing the position of the boundary surface between each monitor finger and the release etching with a microscope or the like. Can be reliably released. At this time, the release etching range can be confirmed at the position of the boundary surface between each monitor finger and the release etching during or after the release etching process. Thereby, the yield of the MEMS element 10 can be improved.

また、ＭＥＭＳ構造体１１の近傍に配設される配線層１５は、第１モニタ指３０及び第２モニタ指５０のリリース状態を観察することにより、リリースエッチング領域が配線層１５に達しないように管理することができ、配線層１５をエッチングすることを防止することが可能となり、信頼性が高いＭＥＭＳ素子を提供することができる。 Further, the wiring layer 15 disposed in the vicinity of the MEMS structure 11 observes the release state of the first monitor finger 30 and the second monitor finger 50 so that the release etching region does not reach the wiring layer 15. Therefore, it is possible to prevent the wiring layer 15 from being etched, and a highly reliable MEMS element can be provided.

さらに、本発明のようなモニタ素子を用いない従来の製造方法では、ＭＥＭＳ構造体１１のリリースを確実に行いながら配線層１５に影響を与えないようにするために、ＭＥＭＳ構造体１１と配線層１５との平面方向の距離を大きくとらなければならないが、モニタ素子２０を設けることによりＭＥＭＳ構造体１１と配線層１５の距離を狭めることが可能となり、ＭＥＭＳ素子１０を小型化することができる。 Furthermore, in the conventional manufacturing method that does not use the monitor element as in the present invention, the MEMS structure 11 and the wiring layer are not affected while the MEMS structure 11 is reliably released while the wiring layer 15 is not affected. The distance between the MEMS structure 11 and the wiring layer 15 can be reduced by providing the monitor element 20, and the MEMS element 10 can be downsized.

また、第１モニタ指３０及び第２モニタ指５０それぞれ複数のフィンガー３１，３２と５１，５２を有しており、ＭＥＭＳ構造体１１の可動部１４の振動方向と振動方向に垂直な方向の両方にフィンガーを配設しているため、両方向のリリース状態を管理することができる。特に、リリースエッチング量が大きい方向のフィンガー３１，３２のピッチを密にしているため、この方向のエッチング量を細かく正確に管理することができ、可動部１４を確実にリリースすることができる。 Further, each of the first monitor finger 30 and the second monitor finger 50 has a plurality of fingers 31, 32, 51, 52, and both the vibration direction of the movable portion 14 of the MEMS structure 11 and the direction perpendicular to the vibration direction are included. Since the fingers are disposed on the two, the release state in both directions can be managed. In particular, since the pitch of the fingers 31 and 32 in the direction in which the release etching amount is large is made dense, the etching amount in this direction can be managed finely and accurately, and the movable portion 14 can be reliably released.

また、フィンガー３１，３２，５１，５２とＭＥＭＳ構造体１１の可動部１４と同じ高さにすることで、それらの下部に設けられる犠牲層の第１層２３の表面高さを一致させることができるため、犠牲層の第１層２３を同一工程で形成することができ、製造工程を簡素化することができる。 Further, by making the fingers 31, 32, 51, 52 and the movable portion 14 of the MEMS structure 11 the same height, the surface height of the first layer 23 of the sacrificial layer provided below them can be made to coincide. Therefore, the first layer 23 of the sacrificial layer can be formed in the same process, and the manufacturing process can be simplified.

さらに、リリースエッチングの際、ＭＥＭＳ構造体１１と第１モニタ指３０、配線層１５と第２モニタ指５０とを、同じ高さに配設しているため、断面方向の同じ位置のエッチング量をモニタすることが可能で、より正確なリリースエッチング領域の確認を行うことができる。 Further, since the MEMS structure 11 and the first monitor finger 30 and the wiring layer 15 and the second monitor finger 50 are arranged at the same height during the release etching, the etching amount at the same position in the cross-sectional direction can be reduced. It is possible to monitor, and a more accurate release etching region can be confirmed.

本実施形態では、犠牲層として酸化シリコン（ＳｉＯ₂）を採用している。酸化シリコンはエッチングレートが等方性のため、リリースエッチングは、平面方向及び断面方向にほぼ同じ速度で進行する。そこで、予め、開口部２７を開設した後、この開口部２７を中心にしてリリースエッチングを行うことにより、断面方向の全ての範囲において平面方向のエッチング速度が一定となり、前述したフィンガー３１，３２，５１，５２により、エッチング量を正確に確認することができる。 In this embodiment, silicon oxide (SiO ₂ ) is used as the sacrificial layer. Since silicon oxide has an isotropic etching rate, release etching proceeds at substantially the same speed in the plane direction and the cross-sectional direction. Therefore, after opening the opening 27 in advance, by performing release etching around the opening 27, the etching rate in the plane direction becomes constant in the entire range in the cross-sectional direction, and the above-described fingers 31, 32, The etching amount can be accurately confirmed by 51 and 52.

また、開口部２７は、前述したように、リリースエッチングの際の平面方向のエッチング量を断面方向の各高さで一定になるように、基板ウエハ１の主面に対して垂直に開設されることが要求される。従って、ドライエッチング法で開口部２７を形成することで、開口部２７を基板ウエハ１の主面に対して垂直に形成することができる。そして、エッチング速度が速いウェットエッチング法でリリースエッチングを行うことから、加工時間をより短縮することができる。
（変形例１） Further, as described above, the opening 27 is formed perpendicular to the main surface of the substrate wafer 1 so that the etching amount in the planar direction at the time of release etching is constant at each height in the cross-sectional direction. Is required. Therefore, the opening 27 can be formed perpendicular to the main surface of the substrate wafer 1 by forming the opening 27 by dry etching. Since the release etching is performed by the wet etching method having a high etching rate, the processing time can be further shortened.
(Modification 1)

続いて、実施形態１の変形例１について図面を参照して説明する。この変形例１は、可動部１４の振動方向に配設されるフィンガー３１，５１の形状を工夫したところに特徴を有している。他の構成は、実施形態１と同じであり、また、製造方法も同じであるため、異なる部分のみ説明する。
図８は、変形例１のモニタ素子２０を模式的に示す平面図である。図８において、ＭＥＭＳ構造体１１の可動部１４（図３、参照）のリリースエッチング量が大きい方向に配設されるフィンガー３１，５１は、中心Ｇに近い部分はピッチを疎にし、リリースエッチングの境界面２８に近い部分はピッチを密になるように形成している。 Subsequently, Modification 1 of Embodiment 1 will be described with reference to the drawings. This modification 1 is characterized in that the shapes of the fingers 31 and 51 arranged in the vibration direction of the movable portion 14 are devised. Other configurations are the same as those of the first embodiment and the manufacturing method is also the same, and therefore only different parts will be described.
FIG. 8 is a plan view schematically showing the monitor element 20 of the first modification. In FIG. 8, fingers 31 and 51 arranged in a direction in which the release etching amount of the movable portion 14 (see FIG. 3) of the MEMS structure 11 is large have a sparse pitch at a portion close to the center G, and release etching is performed. A portion close to the boundary surface 28 is formed to have a dense pitch.

これは、ＭＥＭＳ構造体１１のリリースエッチングを開始した時点では、モニタは荒い間隔で行っても構わず、リリースが終了に近い時点では、リリース量を細かく正確に確認できるように工夫したものであり、可動部１４の確実なリリースと、配線層１５をリリースエッチングから保護することを可能にしている。 This is because the monitoring may be performed at rough intervals when the release etching of the MEMS structure 11 is started, and the release amount is devised so that the release amount can be confirmed finely and accurately at the time when the release is close to the end. Thus, it is possible to reliably release the movable portion 14 and protect the wiring layer 15 from release etching.

フィンガー３１，５１のピッチは、図８に示すような構成は１例であって、徐々に疎から密になるように変えるようにすることもできる。また、フィンガー３２，５２も同様な構成にすることができる。 The pitch of the fingers 31 and 51 is an example of the configuration shown in FIG. 8, and can be changed gradually from sparse to dense. Also, the fingers 32 and 52 can be configured similarly.

このようにすることで、リリースエッチングの初期段階（モニタ素子２０の中央付近、つまり開口部２７付近）のフィンガーは疎にし、終了段階（モニタ素子２０の外側方向）では、密にすることで、必要な部分についてはより正確にモニタすることができ、フィンガーの数も減らすことが可能で、フィンガーの構成を簡素化することができる。
また、ピッチを密にした場合、一本のフィンガーの幅が非常に細くなり、強度的に弱くなるので、このような細いフィンガーはモニタに必須の位置、数に抑えることにより、フィンガーの変形等を低減し、信頼性が高いモニタ素子２０を得ることができるという効果がある。
（変形例２） By doing so, the fingers in the initial stage of release etching (near the center of the monitor element 20, that is, near the opening 27) are made sparse, and in the end stage (outward direction of the monitor element 20), the fingers are made dense. Necessary portions can be monitored more accurately, the number of fingers can be reduced, and the configuration of the fingers can be simplified.
In addition, when the pitch is made dense, the width of one finger becomes very thin and weak in strength. And the monitor element 20 having high reliability can be obtained.
(Modification 2)

次に、実施形態１の他の変形例について図面を参照して説明する。変形例２は、前述した実施形態１及びその変形例１に対して、第１モニタ指３０及び第２モニタ指５０のフィンガーの構成を変更したものであり、製造方法は、実施形態１と同じ工程で実現できるので、異なる部分のみ説明する。
図９は、変形例２を模式的に示す平面図である。図９において、モニタ素子２０は、基板２上に第１モニタ指３０と第２モニタ指５０がそれぞれ平面的に対向して形成されており、それぞれのモニタ指には、フィンガー３１，３２，５１，５２が設けられている。 Next, another modification of the first embodiment will be described with reference to the drawings. In the second modification, the configuration of the fingers of the first monitor finger 30 and the second monitor finger 50 is changed with respect to the first embodiment and the first modification, and the manufacturing method is the same as that in the first embodiment. Since it can be realized by a process, only different parts will be described.
FIG. 9 is a plan view schematically showing the second modification. In FIG. 9, the monitor element 20 includes a first monitor finger 30 and a second monitor finger 50 which are formed on the substrate 2 so as to be opposed to each other in a plane, and each of the monitor fingers includes fingers 31, 32, 51. , 52 are provided.

フィンガー３１，３２，５１，５２は、モニタ素子２０の中心Ｇを中心とする同心円に形成される。フィンガー３１，３２は、アンカー部３３から両側に延在され、フィンガー３１はピッチが密に、フィンガー３２はピッチが疎になるように形成される。また、フィンガー５１，５２は、島状に設けられるアンカー部５３から両側に延在され、フィンガー５１はピッチが密に、フィンガー５２はピッチが疎になるように形成される。ＭＥＭＳ構造体１１の可動部１４のリリースエッチング量が大きい方向にはピッチが密のフィンガー３１，５１が配設され、振動方向に対して垂直な方向にはフィンガー３２，５２が配設される。 The fingers 31, 32, 51, 52 are formed in concentric circles centered on the center G of the monitor element 20. The fingers 31 and 32 extend from the anchor portion 33 to both sides, and the fingers 31 are formed with a dense pitch and the fingers 32 are formed with a sparse pitch. The fingers 51 and 52 extend from both sides of an island-shaped anchor portion 53, and the fingers 51 are formed with a dense pitch and the fingers 52 are formed with a sparse pitch. Fingers 31 and 51 having a dense pitch are arranged in the direction in which the release etching amount of the movable portion 14 of the MEMS structure 11 is large, and fingers 32 and 52 are arranged in a direction perpendicular to the vibration direction.

また、第１モニタ指３０と第２モニタ指５０の中心部には円筒状の開口部２７が設けられる。この開口部２７は、前述した実施形態１において、リリースエッチング工程前にドライエッチング法によって形成される開口部に相当する。従って、リリースエッチングの際、この開口部から外周方向に向かって放射状にリリースエッチングが進行する。図９では、境界面２８までリリースされたときが、ＭＥＭＳ構造体１１のリリースが完了したことを例示している。 A cylindrical opening 27 is provided at the center of the first monitor finger 30 and the second monitor finger 50. The opening 27 corresponds to the opening formed by the dry etching method before the release etching process in the first embodiment. Accordingly, during the release etching, the release etching proceeds radially from the opening toward the outer periphery. FIG. 9 illustrates that the release of the MEMS structure 11 is completed when the boundary surface 28 is released.

なお、この変形例２は、上述したように第１モニタ指３０及び第２モニタ指５０の平面形状が前述した実施形態１または変形例１と異なっているが、断面関係は同じ構成となっている。 In the second modification, as described above, the planar shapes of the first monitor finger 30 and the second monitor finger 50 are different from those in the first embodiment or the first modification, but the cross-sectional relationship is the same. Yes.

従って、このような変形例２によれば、リリースエッチングは、開口部２７の中心から放射状にリリースされていく。従って。同心円状にフィンガー３１，３２，５１，５２を形成することにより、その中心から全方位のエッチング量を確認することができる。 Therefore, according to the second modification, release etching is released radially from the center of the opening 27. Therefore. By forming the fingers 31, 32, 51, 52 concentrically, the etching amount in all directions from the center can be confirmed.

また、変形例２では、第１モニタ指３０のアンカー部３３と第２モニタ指５０のアンカー部５３とは、フィンガーの平面領域範囲内に形成しているため、フィンガーの外側にアンカー部を設ける実施形態１及び変形例１（図５、図８参照）よりも少ない面積で実現することが可能になる。逆に、モニタ素子２０の有効平面積が一定であれば、フィンガーの数を増やすことができることから、リリースエッチングをモニタする目盛を増やすことができることになり、よりモニタの分解能を高めることを可能にする。 Moreover, in the modification 2, since the anchor part 33 of the 1st monitor finger 30 and the anchor part 53 of the 2nd monitor finger 50 are formed in the plane area range of a finger, an anchor part is provided in the outer side of a finger. This can be realized with a smaller area than the first embodiment and the first modification (see FIGS. 5 and 8). On the contrary, if the effective plane area of the monitor element 20 is constant, the number of fingers can be increased, so that the scale for monitoring the release etching can be increased and the resolution of the monitor can be further increased. To do.

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、且つ、説明しているが、本発明の技術的思想及び目的の範囲に逸脱することなく、以上説明した実施形態に対し、形状、材質、組み合わせ、その他の詳細な構成、及び製造工程間の加工方法において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
That is, although the present invention has been illustrated and described with particular reference to particular embodiments, it is not intended to depart from the technical spirit and scope of the invention. Various modifications can be made by those skilled in the art in terms of materials, combinations, other detailed configurations, and processing methods between manufacturing processes.

従って、上記に開示した形状、材質、製造工程などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものでないから、それらの形状、材質、組み合わせなどの限定の一部もしくは全部の限定をはずした部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。 Therefore, the description limited to the shape, material, manufacturing process and the like disclosed above is an example for easy understanding of the present invention, and does not limit the present invention. Descriptions of the names of members from which some or all of the limitations such as materials and combinations are removed are included in the present invention.

例えば、前述の実施形態１では、第１モニタ指３０と第２モニタ指５０の１対のモニタ指を備えているが、モニタ指の数はこれに限定されず増加して設置してもよい。
また、各フィンガーのピッチも限定されず、モニタに必要なピッチに自在に設定することができる。 For example, in the first embodiment described above, a pair of monitor fingers of the first monitor finger 30 and the second monitor finger 50 is provided, but the number of monitor fingers is not limited to this and may be set up. .
Also, the pitch of each finger is not limited, and can be freely set to a pitch necessary for monitoring.

従って、前述の実施形態１及び変形例１，２によれば、リリースエッチングの範囲をモニタ素子２０で定量的に管理し、ＭＥＭＳ構造体１１のリリースを確実に行えることから歩留りを高めるとともに、信頼性が高いＭＥＭＳ素子の製造方法を提供することができる。 Therefore, according to the first embodiment and the first and second modifications, the release etching range is quantitatively managed by the monitor element 20, and the MEMS structure 11 can be reliably released. A method for manufacturing a MEMS device having high performance can be provided.

本発明の実施形態１に係る基板ウエハ上におけるＭＥＭＳ素子及びモニタ素子のレイアウトを示す平面図。The top view which shows the layout of the MEMS element and monitor element on the substrate wafer which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態１に係るＭＥＭＳ素子とモニタ素子の配置と構成について示す平面図。The top view shown about the arrangement | positioning and structure of the MEMS element and monitor element which concern on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態１に係るＭＥＭＳ素子の断面構造を模式的に示す断面図。1 is a cross-sectional view schematically showing a cross-sectional structure of a MEMS element according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施形態１に係るモニタ素子の断面構造を模式的に示す断面図。1 is a cross-sectional view schematically showing a cross-sectional structure of a monitor element according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施形態１に係るモニタ素子を示す平面図。The top view which shows the monitor element which concerns on Embodiment 1 of this invention. （ａ）〜（ｇ）は、本発明の実施形態１に係るモニタ素子本実施形態の製造方法を模式的に示す断面図。(A)-(g) is sectional drawing which shows typically the manufacturing method of the monitor element this embodiment which concerns on Embodiment 1 of this invention. （ａ）、（ｂ）は、本発明の実施形態１に係るモニタ素子本実施形態の製造方法を模式的に示す断面図。(A), (b) is sectional drawing which shows typically the manufacturing method of the monitor element this embodiment which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態１に係る変形例１のモニタ素子を模式的に示す平面図。The top view which shows typically the monitor element of the modification 1 which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態２に係る変形例１のモニタ素子を模式的に示す平面図。The top view which shows typically the monitor element of the modification 1 which concerns on Embodiment 2 of this invention.

Explanation of symbols

１…基板ウエハ、１０…ＭＥＭＳ素子、１１…ＭＥＭＳ構造体、２０（２０ａ〜２０ｇ）…モニタ素子、２２…犠牲層、３０…第１モニタ指、３１，３２…フィンガー、５０…第２モニタ指、５１，５２…フィンガー。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate wafer, 10 ... MEMS element, 11 ... MEMS structure, 20 (20a-20g) ... Monitor element, 22 ... Sacrificial layer, 30 ... 1st monitor finger, 31, 32 ... Finger, 50 ... 2nd monitor finger , 51, 52 ... Fingers.

Claims

Forming a MEMS device having a MEMS structure formed by removing the sacrificial layer by release etching;
Forming a monitor element having a plurality of monitor fingers formed by removing the sacrificial layer by release etching, and
A plurality of the MEMS elements are arranged in a matrix form in the vertical and horizontal directions on the main surface of the substrate wafer, and the monitoring elements are distributed between the MEMS elements.
The plurality of monitor fingers are composed of a first monitor finger and a second monitor finger facing each other;
A plurality of fingers arranged in one direction parallel to the main surface of the substrate wafer and a plurality arranged in a direction substantially perpendicular to the one direction on each of the first monitor finger and the second monitor finger Fingers are formed,
A method for manufacturing a MEMS device , wherein the release range of the MEMS structure is confirmed by visually recognizing the positions of boundary surfaces between the plurality of fingers and release etching .

In the manufacturing method of the MEMS element according to claim 1,
One direction parallel to the main surface of the substrate wafer is a direction perpendicular to the vibration direction of the MEMS structure, and a direction substantially perpendicular to the one direction is parallel to the vibration direction of the MEMS structure. A method for manufacturing a MEMS device, characterized in that the direction is a random direction.

In the manufacturing method of the MEMS element according to claim 1 or 2 ,
The MEMS element includes the MEMS structure and a wiring layer,
A height of each of the first monitor finger and the second monitor finger from a main surface of the substrate wafer is formed at a height position equal to either the MEMS structure or the wiring layer. Device manufacturing method.

In the manufacturing method of the MEMS element as described in any one of Claims 1 thru | or 3,
The centrally between said first and monitor finger second monitor fingers, after forming an opening through the sacrificial layer within a range that does not reach the said first monitor finger and the second monitor finger, a release etch A method for manufacturing a MEMS device, comprising:

In the manufacturing method of the MEMS element according to claim 4,
A method of manufacturing a MEMS device, wherein the opening is formed by a dry etching method and the release etching is formed by a wet etching method.

In the manufacturing method of the MEMS element as described in any one of Claims 1 thru | or 5,
A method of manufacturing a MEMS element, wherein the pitch of the plurality of fingers is formed so as to gradually become denser and denser in a direction away from the center between the first monitor finger and the second monitor finger .