JP5950858B2 - Microdevice manufacturing method - Google Patents

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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 of manufacturing a micro device, in particular, an acceleration sensor, an angular velocity sensor, to a method of manufacturing a micro device such as 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容量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 capacity due to the inertial force. An example of an acceleration sensor by this method is described in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1, for example. In this acceleration sensor, a detection frame is rotatably supported by the substrate via a torsion beam, and an inertial mass body is supported by the detection frame via a link beam so as to be displaceable in the thickness direction of the substrate so as to face the detection frame. A detection electrode is formed on the substrate. In this acceleration sensor, when acceleration is applied in a direction perpendicular to the substrate, the inertial mass body is displaced in the direction perpendicular to the substrate. The displacement of the inertial mass body is transmitted to the detection frame via the link beam, so that the detection frame rotates about the torsion beam. By this rotation, the distance between the detection frame and the detection electrode changes, and the capacitance between the detection frame and the detection electrode changes. The acceleration is detected by converting the capacitance into a voltage proportional to the acceleration by the capacitance-voltage conversion circuit.

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 Patent Document 1 and FIG. 6 of Non-Patent Document 1. After the sacrificial layer film is deposited on the fixed electrode on the substrate and the movable structure made of polycrystalline silicon is formed on the sacrificial layer film, the sacrificial layer film is selectively removed to displace the movable structure. Is done.

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性能が向上する傾向がある。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2、特許文献3では可動部と支持基板との間に介在する酸化絶縁層がエッチングにて除去されるときに、酸化絶縁層が全て除去されないように可動部が幅広に形成され、可動部の下面に酸化絶縁層が凸状に残されている。   Thus, in the microdevice displaced in the out-of-plane direction, the performance tends to be improved as the gap between the movable part and the substrate is smaller. 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, in Patent Literature 2 and Patent Literature 3, when the oxide insulating layer interposed between the movable portion and the support substrate is removed by etching, the movable portion is formed wide so that the oxide insulating layer is not completely removed. The oxide insulating layer is left convex on the lower surface of the movable part.

また、特許文献4では酸化膜にエッチングで凹みが設けられた後に多結晶シリコンが堆積されて多結晶シリコン下面に突起が形成されている。   Further, in Patent Document 4, polycrystalline silicon is deposited after a recess is formed in an oxide film by etching, and a protrusion is formed on the lower surface of the polycrystalline silicon.

また非特許文献2に開示される気相フッ酸による酸化膜選択除去技術は、製造中の可動構造体固着による不具合を解消し、歩留まり改善に有効であることが知られている。   In addition, it is known that the oxide film selective removal technique using vapor-phase hydrofluoric acid disclosed in Non-Patent Document 2 is effective in improving the yield by eliminating the problems caused by the fixed movable structure during manufacture.

国際公開第2009/125510号International Publication No. 2009/125510 特開2001−102597号公報JP 2001-102597 A 特開2004−294401号公報JP 2004-294401 A 国際公開第2001/010092号International Publication No. 2001/010092

平田他、「ダンピング効果を利用したメカニカル変位変換型Z軸加速度センサによる衝突速度検出の改善」、電気学会論文誌E、2012年、Vo.132、No.9、pp.296-302Hirata et al., “Improvement of collision speed detection by mechanical displacement conversion type Z-axis acceleration sensor using damping effect”, IEEJ Transactions E, 2012, Vo.132, No.9, pp.296-302 W. I. Jang et al., "Fabrication of MEMS devices by using anhydrous HF gas-phase etching with alcoholic vapor", J. Micromech. Microeng., Vol.12(2002), pp.297-306W. I. Jang et al., "Fabrication of MEMS devices by using anhydrous HF gas-phase etching with alcoholic vapor", J. Micromech. Microeng., Vol.12 (2002), pp.297-306

特許文献2〜4に開示された技術のように、可動部下面に凸状の接触ストッパを設ければ、可動部と支持基板とが互いに接触したときその接触面積を小さく抑えることができ、可動部と支持基板とが固着することを防止することができる。しかしながら、特許文献2〜4に開示される方法では、エッチングにより突起形状が形成されているため、ストッパ形状のばらつきが大きく、固着防止効果が一定とならないという問題点がある。   If a convex contact stopper is provided on the lower surface of the movable part as in the techniques disclosed in Patent Documents 2 to 4, the contact area can be kept small when the movable part and the support substrate come into contact with each other. It can prevent that a part and a support substrate adhere. However, the methods disclosed in Patent Documents 2 to 4 have a problem in that since the protrusion shape is formed by etching, variation in the stopper shape is large, and the sticking prevention effect is not constant.

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。   On the other hand, in the method of manufacturing a microsensor using polycrystalline silicon as a movable structure disclosed in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1, as a sacrificial layer, phosphate glass (Phosphorus) having excellent flatness by high-temperature reflow after film formation is used. Silicon Glass: PSG) is used. However, when PSG is selectively removed by dry etching using vapor-phase hydrofluoric acid, residues are generated on the substrate due to the reaction with hydrofluoric acid and cannot be removed, as shown in FIG. 6). Therefore, when a PSG sacrificial layer film is used, removal by vapor hydrofluoric acid cannot be used, and removal by liquid hydrofluoric acid needs to be used. Removal by liquid hydrofluoric acid requires water washing after hydrofluoric acid etching, and there is a problem that the movable structure and the substrate are fixed in the drying step after water washing, resulting in a decrease in yield.

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、製造中および使用中における基板と可動構造体との固着防止効果の一定化が容易な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 problems, and its object is provide a method of manufacturing certain of easy micro devices in anti-sticking effect between the substrate and the movable structure in and in use during manufacturing It is to be.

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。
基板との間に隙間を介して配置された可動構造体を第1および第2の支持部の各々で基板に対して支持した支持構造が形成される。基板から可動構造体に向かう上下方向における第2の支持部の少なくとも一部において、第2の支持部の上下方向に直交する幅方向の全体が酸化するように酸化膜が形成される。その酸化膜を除去することにより、第2の支持部が形成されていた箇所において基板から可動構造体が浮かされ、基板および可動構造体の少なくとも一方の第2の支持部が接続されていた箇所に凸部が形成され、かつ基板に対して可動構造体が第1の支持部で支持される。
The manufacturing method of the microdevice of the present invention includes the following steps.
A support structure is formed in which the movable structure disposed between the substrate and the substrate is supported with respect to the substrate by each of the first and second support portions. An oxide film is formed so that the entire width direction orthogonal to the vertical direction of the second support portion is oxidized in at least a part of the second support portion in the vertical direction from the substrate toward the movable structure. By removing the oxide film, the movable structure is floated from the substrate at the location where the second support portion has been formed, and at the location where at least one second support portion of the substrate and the movable structure is connected. A convex part is formed, and the movable structure is supported by the first support part with respect to the substrate.

本発明によれば、第2の支持部が酸化されて酸化膜が形成された後に、その酸化膜が除去されることにより第2の支持部が接続されていた箇所に凸部が形成されるため、凸部の形状のばらつきが小さくなり、基板と可動構造体との固着防止効果の一定化が容易となる。   According to the present invention, after the second support portion is oxidized to form an oxide film, the oxide film is removed to form a convex portion at a location where the second support portion is connected. Therefore, the variation in the shape of the convex portion is reduced, and it becomes easy to make the effect of preventing sticking between the substrate and the movable structure constant.

本発明の実施の形態1におけるマイクロデバイスの構成を概略的に示す平面図である。It is a top view which shows roughly the structure of the microdevice in Embodiment 1 of this invention. 図1のII−II線に沿う概略断面図である。It is a schematic sectional drawing in alignment with the II-II line of FIG. 本発明の実施の形態1におけるマイクロデバイスの製造方法の第1工程を示す図2の領域Rに対応した概略断面図である。It is a schematic sectional drawing corresponding to the area | region R of FIG. 2 which shows the 1st process of the manufacturing method of the micro device in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるマイクロデバイスの製造方法の第2工程を示す図2の領域Rに対応した概略断面図である。It is a schematic sectional drawing corresponding to the area | region R of FIG. 2 which shows the 2nd process of the manufacturing method of the micro device in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるマイクロデバイスの製造方法の第3工程を示す図2の領域Rに対応した概略断面図である。It is a schematic sectional drawing corresponding to the area | region R of FIG. 2 which shows the 3rd process of the manufacturing method of the micro device in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるマイクロデバイスの製造方法の第4工程を示す図2の領域Rに対応した概略断面図である。It is a schematic sectional drawing corresponding to the area | region R of FIG. 2 which shows the 4th process of the manufacturing method of the micro device in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるマイクロデバイスの製造方法の第5工程を示す図2の領域Rに対応した概略断面図である。It is a schematic sectional drawing corresponding to the area | region R of FIG. 2 which shows the 5th process of the manufacturing method of the micro device in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるマイクロデバイスの製造方法の第6工程を示す図2の領域Rに対応した概略断面図である。It is a schematic sectional drawing corresponding to the area | region R of FIG. 2 which shows the 6th process of the manufacturing method of the micro device in Embodiment 1 of this invention. 支持部の酸化により凸部が形成される工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the process in which a convex part is formed by oxidation of a support part. 本発明の実施の形態2におけるマイクロデバイスの構成を概略的に示す図1のII−II線に沿う断面に対応した概略断面図である。It is a schematic sectional drawing corresponding to the cross section which follows the II-II line | wire of FIG. 1 which shows schematically the structure of the microdevice in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2におけるマイクロデバイスの製造方法の第1工程を示す図2の領域Rに対応した概略断面図である。It is a schematic sectional drawing corresponding to the area | region R of FIG. 2 which shows the 1st process of the manufacturing method of the micro device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2におけるマイクロデバイスの製造方法の第2工程を示す図2の領域Rに対応した概略断面図である。It is a schematic sectional drawing corresponding to the area | region R of FIG. 2 which shows the 2nd process of the manufacturing method of the micro device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2におけるマイクロデバイスの製造方法の第3工程を示す図2の領域Rに対応した概略断面図である。It is a schematic sectional drawing corresponding to the area | region R of FIG. 2 which shows the 3rd process of the manufacturing method of the micro device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2におけるマイクロデバイスの製造方法の第4工程を示す図2の領域Rに対応した概略断面図である。It is a schematic sectional drawing corresponding to the area | region R of FIG. 2 which shows the 4th process of the manufacturing method of the micro device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2におけるマイクロデバイスの製造方法の第5工程を示す図2の領域Rに対応した概略断面図である。It is a schematic sectional drawing corresponding to the area | region R of FIG. 2 which shows the 5th process of the manufacturing method of the micro device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2におけるマイクロデバイスの製造方法の第6工程を示す図2の領域Rに対応した概略断面図である。It is a schematic sectional drawing corresponding to the area | region R of FIG. 2 which shows the 6th process of the manufacturing method of the micro device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3におけるマイクロデバイスの構成を概略的に示す図1のII−II線に沿う断面に対応した概略断面図である。It is a schematic sectional drawing corresponding to the cross section which follows the II-II line | wire of FIG. 1 which shows schematically the structure of the microdevice in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3におけるマイクロデバイスの製造方法の第1工程を示す図2の領域Rに対応した概略断面図である。It is a schematic sectional drawing corresponding to the area | region R of FIG. 2 which shows the 1st process of the manufacturing method of the micro device in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3におけるマイクロデバイスの製造方法の第2工程を示す図2の領域Rに対応した概略断面図である。It is a schematic sectional drawing corresponding to the area | region R of FIG. 2 which shows the 2nd process of the manufacturing method of the micro device in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3におけるマイクロデバイスの製造方法の第3工程を示す図2の領域Rに対応した概略断面図である。It is a schematic sectional drawing corresponding to the area | region R of FIG. 2 which shows the 3rd process of the manufacturing method of the micro device in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3におけるマイクロデバイスの製造方法の第4工程を示す図2の領域Rに対応した概略断面図である。It is a schematic sectional drawing corresponding to the area | region R of FIG. 2 which shows the 4th process of the manufacturing method of the micro device in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3におけるマイクロデバイスの製造方法の第5工程を示す図2の領域Rに対応した概略断面図である。It is a schematic sectional drawing corresponding to the area | region R of FIG. 2 which shows the 5th process of the manufacturing method of the micro device in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3におけるマイクロデバイスの製造方法の第6工程を示す図2の領域Rに対応した概略断面図である。It is a schematic sectional drawing corresponding to the area | region R of FIG. 2 which shows the 6th process of the manufacturing method of the micro device in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4におけるマイクロデバイスの構成を概略的に示す図1のII−II線に沿う断面に対応した概略断面図である。It is a schematic sectional drawing corresponding to the cross section along the II-II line | wire of FIG. 1 which shows schematically the structure of the microdevice in Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態4におけるマイクロデバイスの製造方法の第1工程を示す図2の領域Rに対応した概略断面図である。It is a schematic sectional drawing corresponding to the area | region R of FIG. 2 which shows the 1st process of the manufacturing method of the micro device in Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態4におけるマイクロデバイスの製造方法の第2工程を示す図2の領域Rに対応した概略断面図である。It is a schematic sectional drawing corresponding to the area | region R of FIG. 2 which shows the 2nd process of the manufacturing method of the micro device in Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態4におけるマイクロデバイスの製造方法の第3工程を示す図2の領域Rに対応した概略断面図である。It is a schematic sectional drawing corresponding to the area | region R of FIG. 2 which shows the 3rd process of the manufacturing method of the micro device in Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態5におけるマイクロデバイスの構成を概略的に示す平面図である。It is a top view which shows roughly the structure of the microdevice in Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態5におけるマイクロデバイスの構成を概略的に示す図29のXXIX−XXIX線に沿う断面に対応した概略断面図である。FIG. 30 is a schematic cross-sectional view corresponding to a cross section taken along line XXIX-XXIX in FIG. 29 schematically showing a configuration of a microdevice in a fifth embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態5におけるマイクロデバイスの製造方法の第1工程を示す図2の領域Rに対応した概略断面図である。It is a schematic sectional drawing corresponding to the area | region R of FIG. 2 which shows the 1st process of the manufacturing method of the micro device in Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態5におけるマイクロデバイスの製造方法の第2工程を示す図2の領域Rに対応した概略断面図である。It is a schematic sectional drawing corresponding to the area | region R of FIG. 2 which shows the 2nd process of the manufacturing method of the micro device in Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態5におけるマイクロデバイスの製造方法の第3工程を示す図2の領域Rに対応した概略断面図である。It is a schematic sectional drawing corresponding to the area | region R of FIG. 2 which shows the 3rd process of the manufacturing method of the micro device in Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態5におけるマイクロデバイスの製造方法の第4工程を示す図2の領域Rに対応した概略断面図である。It is a schematic sectional drawing corresponding to the area | region R of FIG. 2 which shows the 4th process of the manufacturing method of the micro device in Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態5におけるマイクロデバイスの製造方法の第5工程を示す図2の領域Rに対応した概略断面図である。It is a schematic sectional drawing corresponding to the area | region R of FIG. 2 which shows the 5th process of the manufacturing method of the micro device in Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態5におけるマイクロデバイスの製造方法の第6工程を示す図2の領域Rに対応した概略断面図である。It is a schematic sectional drawing corresponding to the area | region R of FIG. 2 which shows the 6th process of the manufacturing method of the micro device in Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態5におけるマイクロデバイスの製造方法の第7工程を示す図2の領域Rに対応した概略断面図である。It is a schematic sectional drawing corresponding to the area | region R of FIG. 2 which shows the 7th process of the manufacturing method of the micro device in Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態5におけるマイクロデバイスの製造方法の第8工程を示す図2の領域Rに対応した概略断面図である。It is a schematic sectional drawing corresponding to the area | region R of FIG. 2 which shows the 8th process of the manufacturing method of the micro device in Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態としてのマイクロミラーの構成を概略的に示す平面図である。It is a top view which shows roughly the structure of the micromirror as embodiment of this invention. 図38のXXXIX−XXXIX線に沿う概略断面図である。FIG. 39 is a schematic cross-sectional view taken along line XXXIX-XXXIX in FIG. 38. 本発明の実施の形態としての角速度センサの構成を概略的に示す平面図である。It is a top view which shows roughly the structure of the angular velocity sensor as embodiment of this invention. 図40のXLI−XLI線に沿う概略断面図である。It is a schematic sectional drawing in alignment with the XLI-XLI line | wire of FIG. 図40のXLII−XLII線に沿う概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which follows the XLII-XLII line | wire of FIG.

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および図2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つの検出フレーム5c、5c同士が互いに隣り合う方向である。Y方向はX方向に直交する方向であって、ねじれ梁5bおよびリンク梁5dの延びる方向である。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 and 2 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 a direction in which the two detection frames 5c and 5c are adjacent to each other. The Y direction is a direction orthogonal to the X direction and is a direction in which the torsion beam 5b and the link beam 5d extend. The Z direction is a direction orthogonal to both the X direction and the Y direction, and is a vertical direction orthogonal to the surface of the support substrate 1 (a direction in which the substrate 1A and the movable body face each other). Note that the Z direction coincides with the acceleration direction to be measured by the acceleration sensor of the present embodiment.

図1および図2を参照して、本実施の形態の加速度センサは、基板1Aと、アンカー部5aと、ねじれ梁5bと、検出フレーム5cと、リンク梁5dと、慣性質量体5eとを主に有している。   Referring to FIGS. 1 and 2, the acceleration sensor according to the present embodiment mainly includes substrate 1A, anchor portion 5a, torsion beam 5b, detection frame 5c, link beam 5d, and inertial mass body 5e. Have.

基板1Aは、支持基板1と、絶縁膜2と、導電性膜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上には導電性膜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。導電性膜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。   The substrate 1 </ b> A has a support substrate 1, an insulating film 2, and a conductive film 3. An insulating film 2 is formed on the support substrate 1, and a conductive film 3 is formed on the insulating film 2. For example, a silicon substrate can be used as the support substrate 1. As the insulating film 2, for example, a low stress silicon nitride film or silicon oxide film can be used. As the conductive film 3, for example, a conductive polycrystalline silicon film can be used.

導電性膜3は、アンカー支持部3aと、検出電極3bと、固定電極3cとを有している。アンカー支持部3a、検出電極3bおよび固定電極3cは、たとえば同一の多結晶シリコン膜からパターニングにより互いに分離して形成されたものである。   The conductive film 3 includes an anchor support portion 3a, a detection electrode 3b, and a fixed electrode 3c. The anchor support portion 3a, the detection electrode 3b, and the fixed electrode 3c are formed separately from each other by patterning, for example, from the same polycrystalline silicon film.

アンカー支持部3a上には、支持部5a1を介在してアンカー部5aが形成されている。これによりアンカー部5aは基板1Aに支持されている。ねじれ梁5bは、アンカー部5aからY方向の両側に延びている。ねじれ梁5bは、ねじれ梁5bのY方向に延びる軸周りにねじれることができるようにアンカー部5aにより支持されている。 On the anchor support portion 3a, the anchor portion 5a interposed a supporting portion 5a 1 is formed. As a result, the anchor portion 5a is supported by the substrate 1A. The torsion beam 5b extends from the anchor portion 5a to both sides in the Y direction. The torsion beam 5b is supported by the anchor portion 5a so that it can be twisted around an axis extending in the Y direction of the torsion beam 5b.

検出フレーム5cは、平面視において枠形状を有しており、枠形状の内側の2箇所でねじれ梁5bに接続されている。検出フレーム5cは、ねじれ梁5bを中心に回転可能なように、ねじれ梁5bを介在して基板1Aに支持されている。また検出フレーム5cは、少なくともその一部が導電性を有している。検出フレーム5cは、検出電極3bとZ方向に対向するように配置されている。   The detection frame 5c has a frame shape in plan view, and is connected to the torsion beam 5b at two locations inside the frame shape. The detection frame 5c is supported by the substrate 1A via the torsion beam 5b so as to be rotatable about the torsion beam 5b. Further, at least a part of the detection frame 5c has conductivity. The detection frame 5c is disposed so as to face the detection electrode 3b in the Z direction.

1つの検出フレーム5cに対向する検出電極3bは、2つの検出電極部3ba、3bbを有している。2つの検出電極部3ba、3bbは、それぞれY方向に延びており、かつ互いにX方向に隣り合っている。   The detection electrode 3b facing one detection frame 5c has two detection electrode portions 3ba and 3bb. The two detection electrode portions 3ba and 3bb extend in the Y direction and are adjacent to each other in the X direction.

リンク梁5dは、検出フレーム5cの枠形状の外側の2箇所に接続されている。リンク梁5dは、リンク梁5dのY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5cにより支持されている。リンク梁5dのY方向に延びる軸は、ねじれ梁5bのY方向に延びる軸とX方向においてずれている。   The link beams 5d are connected to two places outside the frame shape of the detection frame 5c. The link beam 5d is supported by the detection frame 5c so that it can be twisted around an axis extending in the Y direction of the link beam 5d. The axis extending in the Y direction of the link beam 5d is shifted in the X direction from the axis extending in the Y direction of the torsion beam 5b.

上記のアンカー部5a、ねじれ梁5b、検出フレーム5cおよびリンク梁5dのセットが、たとえば2セット設けられている。これらの2セットは、平面視において各セットの間においてY方向に延びる仮想の中心線A−Aに対して互いに線対称となるように配置されている。   For example, two sets of the anchor portion 5a, the torsion beam 5b, the detection frame 5c, and the link beam 5d are provided. These two sets are arranged so as to be symmetrical with respect to a virtual center line AA extending in the Y direction between the sets in plan view.

慣性質量体5eは、平面視において上記2セットの周囲を取り囲むように枠形状を有している。この慣性質量体5eは、枠形状の内側においてリンク梁5dに接続されている。これにより、1つの慣性質量体5eは、上記2セットの検出フレーム5cの各々にリンク梁5dを介在して接続されている。また慣性質量体5eは、少なくともその一部が導電性を有している。慣性質量体5eは、固定電極3cとZ方向に対向するように配置されている。固定電極3cは平面視において枠形状を有している。   The inertia mass body 5e has a frame shape so as to surround the periphery of the two sets in a plan view. The inertia mass body 5e is connected to the link beam 5d inside the frame shape. Thereby, one inertia mass body 5e is connected to each of the two sets of detection frames 5c via the link beam 5d. Further, at least a part of the inertial mass body 5e has conductivity. The inertia mass body 5e is disposed so as to face the fixed electrode 3c in the Z direction. The fixed electrode 3c has a frame shape in plan view.

上記のアンカー部5a、ねじれ梁5b、検出フレーム5c、リンク梁5dおよび慣性質量体5eは、一体の導電膜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。   The anchor portion 5a, the torsion beam 5b, the detection frame 5c, the link beam 5d, and the inertia mass body 5e are formed of an integral conductive film 5, for example, a conductive polycrystalline silicon film.

本実施の形態においては、検出フレーム5cおよび慣性質量体5eは基板1Aに対して移動する可動構造体である。検出フレーム5cの検出電極3bと対向する表面には凸部5fが形成されており、かつ検出電極3bの検出フレーム5cと対向する表面には凸部3dが形成されている。検出電極3bの凸部3dと上下方向(Z方向)に対向する位置に検出フレーム5cの凸部5fが形成されている。このため、図1に示す平面視において検出電極3bの凸部3dと検出フレーム5cの凸部5fとは重複した位置に配置されている。   In the present embodiment, the detection frame 5c and the inertial mass body 5e are movable structures that move relative to the substrate 1A. A convex portion 5f is formed on the surface of the detection frame 5c facing the detection electrode 3b, and a convex portion 3d is formed on the surface of the detection electrode 3b facing the detection frame 5c. A convex portion 5f of the detection frame 5c is formed at a position facing the convex portion 3d of the detection electrode 3b in the vertical direction (Z direction). For this reason, the convex part 3d of the detection electrode 3b and the convex part 5f of the detection frame 5c are arrange | positioned in the overlapping position in planar view shown in FIG.

また慣性質量体5eの固定電極3cと対向する表面には凸部5fが形成されており、かつ固定電極3cの慣性質量体5eと対向する表面には凸部3dが形成されている。この固定電極3cの凸部3dと上下方向(Z方向)に対向する位置に慣性質量体5eの凸部5fが形成されている。このため、図1に示す平面視において固定電極3cの凸部3dと慣性質量体5eの凸部5fとは重複した位置に配置されている。   A convex portion 5f is formed on the surface of the inertial mass body 5e facing the fixed electrode 3c, and a convex portion 3d is formed on the surface of the fixed electrode 3c facing the inertial mass body 5e. A convex portion 5f of the inertia mass body 5e is formed at a position facing the convex portion 3d of the fixed electrode 3c in the vertical direction (Z direction). For this reason, the projection 3d of the fixed electrode 3c and the projection 5f of the inertial mass body 5e are arranged at overlapping positions in the plan view shown in FIG.

なお検出電極3bの凸部3dは検出電極3bの矩形状の平面形状の角部や外形の辺に沿った位置に形成されていることが好ましい。また固定電極3cの凸部3dは固定電極3cの枠形状の平面形状の角部や外形の辺に沿った位置に形成されていることが好ましい。   In addition, it is preferable that the convex part 3d of the detection electrode 3b is formed in the position along the corner | angular part of the rectangular planar shape of the detection electrode 3b, or the external side. Moreover, it is preferable that the convex part 3d of the fixed electrode 3c is formed at a position along a corner or a side of the outer shape of the frame shape of the fixed electrode 3c.

また検出フレーム5cの凸部5fは検出フレーム5cの枠形状の平面形状の角部や外形の辺に沿った位置に形成されていることが好ましい。また慣性質量体5eの凸部5fは慣性質量体5eの枠形状の平面形状の角部や外形の辺に沿った位置に形成されていることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the convex part 5f of the detection frame 5c is formed at a position along a corner or a side of the outer shape of the frame shape of the detection frame 5c. Moreover, it is preferable that the convex part 5f of the inertia mass body 5e is formed in the position along the corner | angular part of the frame shape of the inertial mass body 5e, or the edge | side of an external shape.

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および図2を用いて説明する。   Next, the operation principle of the acceleration sensor as the micro device of the present embodiment will be described with reference to FIGS.

図1および図2を参照して、この加速度センサでは、基板1Aに対して垂直方向に加速度が加えられると、慣性質量体5eが基板1Aに対して上下方向(Z方向)に変位する。この慣性質量体5eの変位がリンク梁5dを介して検出フレーム5cに伝えられることによって、ねじれ梁5bのY方向に延びる軸を中心として検出フレーム5cが回転する。この回転によって検出フレーム5cと検出電極3bとの距離が変化し、検出フレーム5cと検出電極3b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 and 2, in this acceleration sensor, when an acceleration is applied in a direction perpendicular to substrate 1A, inertial mass body 5e is displaced in the vertical direction (Z direction) with respect to substrate 1A. The displacement of the inertial mass body 5e is transmitted to the detection frame 5c via the link beam 5d, whereby the detection frame 5c rotates about the axis extending in the Y direction of the torsion beam 5b. This rotation changes the distance between the detection frame 5c and the detection electrode 3b, and changes the capacitance between the detection frame 5c and the detection electrode 3b. The acceleration is detected by converting the capacitance into a voltage proportional to the acceleration by the capacitance-voltage conversion circuit.

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3〜図8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3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性膜3が形成される。この導電性膜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、この導電性膜3からアンカー支持部3a、検出電極3bおよび固定電極(図示せず)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導電性膜3とからなる基板1Aが形成される。   Referring to FIG. 3, conductive film 3 made of, for example, polycrystalline silicon is formed on the surface of support substrate 1 made of, for example, silicon with insulating film 2 interposed. By patterning the conductive film 3 using a photolithography technique and an etching technique, an anchor support portion 3a, a detection electrode 3b, and a fixed electrode (not shown) are formed from the conductive film 3. As a result, a substrate 1A composed of the support substrate 1, the insulating film 2, and the patterned conductive film 3 is formed.

アンカー支持部3a、検出電極3bおよび固定電極(図示せず)を覆うように基板1A上に、たとえばリン酸ガラス(PSG)などからなる犠牲膜4が形成される。この犠牲膜4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、犠牲膜4には、アンカー支持部3a、検出電極3bおよび固定電極の各々に達する孔4a、4cが形成される。   A sacrificial film 4 made of, for example, phosphate glass (PSG) is formed on the substrate 1A so as to cover the anchor support portion 3a, the detection electrode 3b, and the fixed electrode (not shown). By patterning the sacrificial film 4 using a photolithography technique and an etching technique, holes 4a and 4c reaching the anchor support portion 3a, the detection electrode 3b, and the fixed electrode are formed in the sacrificial film 4.

図4を参照して、犠牲膜4上を覆うように、たとえば多結晶シリコンよりなる導電膜5が成膜される。この導電膜5は孔4a、4c内を埋め込むように形成される。導電膜5の孔4a内を埋め込む部分は第1の支持部5a1を構成し、導電膜5の孔4c内を埋め込む部分は第2の支持部5c1を構成する。 Referring to FIG. 4, a conductive film 5 made of, for example, polycrystalline silicon is formed so as to cover the sacrificial film 4. The conductive film 5 is formed so as to fill the holes 4a and 4c. The portion embedded in the hole 4a of the conductive film 5 constitutes the first support portion 5a 1, and the portion embedded in the hole 4c of the conductive film 5 constitutes the second support portion 5c 1 .

ここで第1の支持部5a1の幅(たとえば直径)W1は第2の支持部5c1の幅(たとえば直径)W2よりも大きくなるように第1および第2の支持部5a1、5c1が形成される。この第1の支持部5a1により導電膜5とアンカー支持部3aとが連結され、かつ第2の支持部5c1により導電膜5と検出電極3bとが連結される。 Wherein the first support portion 5a 1 of the width (e.g., diameter) W1 and the second support portions 5c 1 of the width (e.g., diameter) to be larger than W2 the first and second support portions 5a 1, 5c 1 Is formed. The conductive film 5 and the anchor support part 3a are connected by the first support part 5a 1 , and the conductive film 5 and the detection electrode 3b are connected by the second support part 5c 1 .

図5を参照して、導電膜5に深堀エッチング(DRIE:Deep Reactive Ion Etching)などが行われて、導電膜5がパターニングされる。この際、犠牲膜4はエッチングストッパとして機能する。   Referring to FIG. 5, deep conductive etching (DRIE) is performed on conductive film 5 to pattern conductive film 5. At this time, the sacrificial film 4 functions as an etching stopper.

上記の深堀エッチングによって導電膜5から、アンカー部5a、ねじり梁(図示せず)、検出フレーム5c、リンク梁(図示せず)および慣性質量体(図示せず)が形成される。この後、アンカー部5a、検出フレーム5cなどの導電膜5の表面上を覆うように薄膜6が形成される。この薄膜6は、導電膜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。   By the deep etching described above, an anchor portion 5a, a torsion beam (not shown), a detection frame 5c, a link beam (not shown), and an inertial mass (not shown) are formed from the conductive film 5. Thereafter, a thin film 6 is formed so as to cover the surface of the conductive film 5 such as the anchor portion 5a and the detection frame 5c. When the conductive film 5 is made of, for example, polycrystalline silicon, the thin film 6 is formed of a silicon nitride film that prevents thermal oxidation of the polycrystalline silicon.

なお薄膜6は、酸化による導電膜5のパターン変化を見込んで形成されるが、酸化による導電膜5のパターン変化が無視できる場合は不要である。   The thin film 6 is formed in anticipation of the pattern change of the conductive film 5 due to oxidation, but is unnecessary when the pattern change of the conductive film 5 due to oxidation can be ignored.

この後、犠牲膜4がフッ酸溶液などによりエッチング除去される。
図6を参照して、上記のエッチング除去により、基板1Aの表面(上面)とアンカー部5a、検出フレーム5cなどの導電膜5の表面(下面)との間に隙間が生じる。ただし、導電性膜3と導電膜5とは支持部5a1、5c1により連結されているため、この段階では導電膜5は基板1Aに固定されている。
Thereafter, the sacrificial film 4 is removed by etching with a hydrofluoric acid solution or the like.
Referring to FIG. 6, by the above etching removal, a gap is generated between the surface (upper surface) of substrate 1A and the surface (lower surface) of conductive film 5 such as anchor portion 5a and detection frame 5c. However, since the conductive film 3 and the conductive film 5 are connected by the support portions 5a 1 and 5c 1 , the conductive film 5 is fixed to the substrate 1A at this stage.

上記により、基板1Aとの間に隙間を介して配置された可動構造体(検出フレーム5c、慣性質量体)を第1および第2の支持部5a1、5c1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。 By the movable structure disposed through a gap between the substrate 1A (detection frame 5c, the inertial mass body) of the first and second support portions 5a 1, 5c 1 of each the substrate 1A A supported support structure is formed.

図7を参照して、外部に露出した導電性膜3および導電膜5の表面に熱酸化により熱酸化膜7が形成される。導電性膜3および導電膜5の各々が多結晶シリコンよりなる場合には、熱酸化膜7は酸化シリコンよりなる。この熱酸化膜7は導電性膜3および導電膜5の各々の表面側と膜中側とに一定の割合で成長する。   Referring to FIG. 7, thermal oxide film 7 is formed on the surfaces of conductive film 3 and conductive film 5 exposed to the outside by thermal oxidation. When each of conductive film 3 and conductive film 5 is made of polycrystalline silicon, thermal oxide film 7 is made of silicon oxide. The thermal oxide film 7 grows at a constant rate on the surface side and in the film side of each of the conductive film 3 and the conductive film 5.

上記の熱酸化は、上下方向(Z方向)における第2の支持部5c1の少なくとも一部において、第2の支持部5c1の上下方向に直交する幅方向の全体が酸化するように行われる。また上記の熱酸化は、第1の支持部5a1の上下方向(Z方向)のいずれの部分においても、幅方向の全体が酸化することのないように行われる。つまり上記の熱酸化は、第1の支持部5a1の上下方向(Z方向)の全体において、酸化されていない多結晶シリコンの部分が残るように行われる。 The thermal oxidation is performed so that the entire width direction perpendicular to the vertical direction of the second support portion 5c 1 is oxidized in at least a part of the second support portion 5c 1 in the vertical direction (Z direction). . Further, the thermal oxidation is performed so that the entire width direction is not oxidized in any part of the first support portion 5a 1 in the vertical direction (Z direction). That is, the above thermal oxidation is performed so that a portion of polycrystalline silicon that is not oxidized remains in the entire vertical direction (Z direction) of the first support portion 5a 1 .

上記の熱酸化により第2の支持部5c1の真下の導電性膜3の部分には未酸化部としての凸部3dが生じ、第2の支持部5c1の真上の導電膜5の部分には未酸化部としての凸部5fが生じる。 The portion of the conductive film 3 of the second below the support portion 5c 1 by thermal oxidation of the resulting convex portions 3d of the unoxidized portion, a second portion of the conductive film 5 directly above the support portion 5c 1 Protrusions 5f as unoxidized portions are generated in 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.

この後、熱酸化膜7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。さらに薄膜6がたとえばプラズマエッチングなどによりエッチング除去される。   Thereafter, the thermal oxide film 7 is removed by etching, for example, with vapor-phase hydrofluoric acid. Further, the thin film 6 is etched away by, for example, plasma etching.

図8を参照して、上記の熱酸化膜7のエッチング除去により、第2の支持部5c1が形成されていた箇所において基板1Aから可動構造体(検出フレーム5c、慣性質量体)が浮いた状態となり、導電性膜3と導電膜5の上下方向に互いに対向する箇所に凸部3dと凸部5fとが形成される。 Referring to FIG. 8, by etching away the thermal oxide film 7, the movable structure from the substrate 1A in a position where the second support portion 5c 1 were formed (detection frame 5c, the inertial mass body) is floated The projecting portion 3d and the projecting portion 5f are formed at locations where the conductive film 3 and the conductive film 5 face each other in the vertical direction.

これにより、慣性質量体5eの固定電極3cと対向する表面には凸部5fが形成されており、かつ固定電極3cの慣性質量体5eと対向する表面には凸部3dが形成されている。この固定電極3cの凸部3dと上下方向(Z方向)に対向する位置に慣性質量体5eの凸部5fが形成されている。   Thereby, the convex part 5f is formed in the surface facing the fixed electrode 3c of the inertial mass body 5e, and the convex part 3d is formed in the surface facing the inertial mass body 5e of the fixed electrode 3c. A convex portion 5f of the inertia mass body 5e is formed at a position facing the convex portion 3d of the fixed electrode 3c in the vertical direction (Z direction).

またこの状態においては、第1の支持部5a1によりアンカー部5aなどを介在して可動構造体(検出フレーム5c、慣性質量体)が基板1Aに対して支持される。 In this state, the movable structure interposed like anchor portion 5a by the first supporting portion 5a 1 (detection frame 5c, the inertial mass body) is supported with respect to the substrate 1A.

また上記薄膜6のエッチング除去により、導電性膜3と導電膜5との表面が露出し、可動構造体を変位可能な状態となる。これにより図1および図2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 thin film 6 by etching, the surfaces of the conductive film 3 and the conductive film 5 are exposed, and the movable structure can be displaced. Thus, the acceleration sensor as the micro device of the present embodiment shown in FIGS. 1 and 2 is manufactured.

なお第2の支持部5c1の幅(たとえば直径)W2(図4)は、図6に示すように犠牲膜4が除去された状態においては可動構造体(検出フレーム5c、慣性質量体)をメカニカルに保持でき、かつできるだけ小さい方が望ましい。このため、第2の支持部5c1の幅(たとえば直径)W2の最小寸法は、図3の工程における犠牲膜4をパターニングする際のフォトリソグラフィ技術の最小加工寸法となる。 Note that the width (for example, diameter) W2 (FIG. 4) of the second support portion 5c 1 is such that the movable structure (detection frame 5c, inertial mass body) is in a state where the sacrificial film 4 is removed as shown in FIG. It is desirable that it can be held mechanically and is as small as possible. Therefore, the minimum dimension of the second support portions 5c 1 of the width (e.g., diameter) W2 is a minimum feature size of the photolithographic technique for patterning the sacrificial film 4 in the step of FIG.

また犠牲膜4の厚みT1(図3)は、図7において導電性膜3の上面に形成される熱酸化膜7と導電膜5の下面に形成される熱酸化膜7とが上下方向に接触しないように設定される必要がある。このため、犠牲膜4の厚みT1は、導電性膜3または導電膜5の外側に膨らんだ厚みT2(図7)の2倍以上であることが必要である。   The thickness T1 (FIG. 3) of the sacrificial film 4 is such that the thermal oxide film 7 formed on the upper surface of the conductive film 3 and the thermal oxide film 7 formed on the lower surface of the conductive film 5 in FIG. It needs to be set not to. For this reason, the thickness T1 of the sacrificial film 4 needs to be at least twice as large as the thickness T2 (FIG. 7) bulging outside the conductive film 3 or the conductive film 5.

たとえば第2の支持部5c1の幅W2(図4)を0.4μmとし、熱酸化による導電性膜3または導電膜5の表面側と膜中側との熱酸化膜7の成長した厚みの割合を6:4と仮定する。この場合、第2の支持部5c1を幅方向に完全に熱酸化すれば、導電性膜3または導電膜5の表面側に0.3μm、膜中側に0.2μmの熱酸化膜7が成長する。このため、犠牲膜4の厚みT1は0.3×2=0.6μm以上とする必要がある。犠牲膜4の厚みT1を0.6μmとすると、最終的な導電性膜3と導電膜5との間の検出ギャップT3(図8)は、0.6μm+0.4μm=1μmとなる。 For example, the width W2 (FIG. 4) of the second support 5c 1 is set to 0.4 μm, and the thickness of the conductive film 3 or the thermal oxide film 7 grown on the surface side and the middle side of the conductive film 5 by thermal oxidation is increased. Assume the ratio is 6: 4. In this case, if the second support portion 5c 1 is completely thermally oxidized in the width direction, a thermal oxide film 7 of 0.3 μm on the surface side of the conductive film 3 or the conductive film 5 and 0.2 μm on the middle side of the film is formed. grow up. For this reason, the thickness T1 of the sacrificial film 4 needs to be 0.3 × 2 = 0.6 μm or more. When the thickness T1 of the sacrificial film 4 is 0.6 μm, the final detection gap T3 (FIG. 8) between the conductive film 3 and the conductive film 5 is 0.6 μm + 0.4 μm = 1 μm.

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、図6および図7に示すように第2の支持部5c1が酸化されて熱酸化膜7が形成された後に、図8に示すようにその熱酸化膜7が除去されることにより第2の支持部5c1が接続されていた箇所に凸部3d、5fが形成される。
Next, the effect of this Embodiment is demonstrated.
According to the present embodiment, after the second support portion 5c 1 is oxidized and the thermal oxide film 7 is formed as shown in FIGS. 6 and 7, the thermal oxide film 7 is formed as shown in FIG. protrusions 3d, 5f are formed at locations where the second support portion 5c 1 were connected by being removed.

この際、図9(A)〜(D)に示すように、導電性膜3および導電膜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、図9(C)および図9(D)に示すように酸化時間が長くなると凸部3d、5fの形状はそのままで、熱酸化膜7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3d、5fの形状を維持されることになり、凸部3d、5fの形状のばらつきが小さくなる。したがって、基板1Aと可動構造体(検出フレーム5c、慣性質量体5e)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 FIGS. 9A to 9D, when the polycrystalline silicon of the conductive film 3 and the conductive film 5 is thermally oxidized, the thermally oxidized portion is not oxidized any more. For this reason, as shown in FIGS. 9C and 9D, when the oxidation time becomes longer, the shape of the protrusions 3d and 5f remains unchanged, and the thermal oxide film 7 is formed to be thicker in the vertical direction. Therefore, even if the thermal oxidation time is long, the shape of the convex portions 3d and 5f is maintained, and the variation in the shape of the convex portions 3d and 5f is reduced. Therefore, a highly reliable microdevice (capacitance type) in which the substrate 1A and the movable structure (the detection frame 5c, the inertial mass body 5e) are less fixed during manufacture and in use, and the effect of preventing the fixation can be easily made constant. An acceleration sensor) can be realized.

また犠牲層膜を除去して可動構造体をフリーにするリリース工程を気相フッ酸で実施できるため、歩留まりが向上する。また気相フッ酸によるリリースにも係わらず、犠牲膜4として平坦性に優れるリン酸ガラスを使用でき、性能バラツキの少ないマイクロデバイスを実現できる。   In addition, since the release process for removing the sacrificial layer film and freeing the movable structure can be performed with gas-phase hydrofluoric acid, the yield is improved. In addition, despite the release by vapor-phase hydrofluoric acid, phosphate glass having excellent flatness can be used as the sacrificial film 4, and a microdevice with little performance variation can be realized.

なお、犠牲膜4は必ずしもリン酸ガラスである必要はなく、ボロンとリンがドープされたBPSG膜、TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)膜などの他のシリコン酸化膜であってもよい。また犠牲膜4には、SiGeなどの多結晶シリコンとエッチング選択比を確保できる膜を適用することもできる。また犠牲膜4を除去する手段は、フッ酸溶液に限る必要はなく、気相フッ酸などの他の手法でも構わない。また、熱酸化膜7を除去する手段は、気相フッ酸に限らず、ストッパ効果で固着が完全に防止できる場合には液体フッ酸でも構わない。   The sacrificial film 4 is not necessarily made of phosphate glass, but may be another silicon oxide film such as a BPSG film doped with boron and phosphorus, or a TEOS (Tetra Ethyl Ortho Silicate) film. As the sacrificial film 4, a film capable of securing an etching selectivity with respect to polycrystalline silicon such as SiGe can be used. Further, the means for removing the sacrificial film 4 is not limited to the hydrofluoric acid solution, and other methods such as vapor phase hydrofluoric acid may be used. Further, the means for removing the thermal oxide film 7 is not limited to vapor-phase hydrofluoric acid, and liquid hydrofluoric acid may be used in the case where fixing can be completely prevented by the stopper effect.

また絶縁膜2は、たとえば下から順に積層されたシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜である。最上層のシリコン酸化膜は、導電性膜3のパターニング時のエッチングストッパとして機能し、犠牲膜4と一緒に除去される。シリコン窒化膜は犠牲膜4および熱酸化膜7の除去時のエッチングストッパとして機能する。シリコン窒化膜は、薄膜6としてシリコン窒化膜を用いた場合、薄膜6の除去時に一緒に除去される。   The insulating film 2 is, for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxide film that are sequentially stacked from the bottom. The uppermost silicon oxide film functions as an etching stopper when patterning the conductive film 3 and is removed together with the sacrificial film 4. The silicon nitride film functions as an etching stopper when removing the sacrificial film 4 and the thermal oxide film 7. When a silicon nitride film is used as the thin film 6, the silicon nitride film is removed together when the thin film 6 is removed.

(実施の形態2)
図10を参照して、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構成は、図1および図2に示す実施の形態1の構成と比較して、導電膜5側にのみ凸部5fが形成されており、導電性膜3側には凸部が形成されていない点において異なっている。本実施の形態においては、導電性膜3の表面(上面)は実質的に平坦である。
(Embodiment 2)
Referring to FIG. 10, the configuration of the acceleration sensor as the micro device of the present embodiment is different from the configuration of the first embodiment shown in FIG. 1 and FIG. It is different in that a convex portion is not formed on the conductive film 3 side. In the present embodiment, the surface (upper surface) of the conductive film 3 is substantially flat.

なお、これ以外の本実施の形態の構成は、図1および図2に示す実施の形態1の構成とほぼ同じであるため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。   In addition, since the structure of this Embodiment other than this is as substantially the same as the structure of Embodiment 1 shown in FIG.1 and FIG.2, the same code | symbol is attached | subjected about the same element and the description is not repeated.

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11〜図16を用いて説明する。   Next, an acceleration sensor manufacturing method will be described with reference to FIGS. 11 to 16 as a microdevice manufacturing method of the present embodiment.

図11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性膜3が形成される。この導電性膜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、この導電性膜3からアンカー支持部3a、検出電極3bおよび固定電極(図示せず)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導電性膜3とからなる基板1Aが形成される。   Referring to FIG. 11, conductive film 3 made of, for example, polycrystalline silicon is formed on the surface of support substrate 1 made of, for example, silicon, with insulating film 2 interposed. By patterning the conductive film 3 using a photolithography technique and an etching technique, an anchor support portion 3a, a detection electrode 3b, and a fixed electrode (not shown) are formed from the conductive film 3. As a result, a substrate 1A composed of the support substrate 1, the insulating film 2, and the patterned conductive film 3 is formed.

この導電性膜3の上を覆うように薄膜21が形成される。この薄膜21は、導電性膜3の材質(たとえば多結晶シリコン)の熱酸化を妨げる材質よりなり、たとえばシリコン窒化膜よりなっている。   A thin film 21 is formed so as to cover the conductive film 3. The thin film 21 is made of a material that prevents thermal oxidation of the material of the conductive film 3 (for example, polycrystalline silicon), and is made of, for example, a silicon nitride film.

薄膜21を介在してアンカー支持部3a、検出電極3bおよび固定電極(図示せず)を覆うように基板1A上に、たとえばリン酸ガラス(PSG)などからなる犠牲膜4が形成される。この犠牲膜4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、犠牲膜4には、犠牲膜4だけでなく薄膜21も貫通してアンカー支持部3aに達する孔4aと、犠牲膜4を貫通して薄膜21に達する孔4cが形成される。   A sacrificial film 4 made of, for example, phosphate glass (PSG) is formed on the substrate 1A so as to cover the anchor support portion 3a, the detection electrode 3b, and the fixed electrode (not shown) with the thin film 21 interposed therebetween. By patterning the sacrificial film 4 using a photolithography technique and an etching technique, the sacrificial film 4 includes a hole 4a that penetrates not only the sacrificial film 4 but also the thin film 21 and reaches the anchor support portion 3a, and a sacrificial film. A hole 4 c that penetrates 4 and reaches the thin film 21 is formed.

この後、図12〜図14に示す本実施の形態の製造工程は、図4〜図6に示す実施の形態1の製造工程と同様の工程を経る。これにより図14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構造体(検出フレーム5c、慣性質量体)を第1および第2の支持部5a1、5c1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。 Thereafter, the manufacturing process of the present embodiment shown in FIGS. 12 to 14 goes through the same process as the manufacturing process of the first embodiment shown in FIGS. As a result, as shown in FIG. 14, the movable structure (detection frame 5c, inertial mass body) disposed between the substrate 1A and the substrate is interposed between the first and second support parts 5a 1 and 5c 1 . Thus, a support structure supported with respect to the substrate 1A is formed.

図15を参照して、この後、外部に露出した導電膜5の表面に熱酸化により熱酸化膜7が形成される。この熱酸化の際、導電性膜3の表面は、導電性膜3の熱酸化を妨げる材質よりなる薄膜21により覆われているため熱酸化されない。   Referring to FIG. 15, thereafter, thermal oxide film 7 is formed by thermal oxidation on the surface of conductive film 5 exposed to the outside. During this thermal oxidation, the surface of the conductive film 3 is not thermally oxidized because it is covered with the thin film 21 made of a material that prevents thermal oxidation of the conductive film 3.

導電膜5が多結晶シリコンよりなる場合には、熱酸化膜7は酸化シリコンよりなる。この熱酸化膜7は導電膜5の表面側と膜中側とに一定の割合で成長する。   When the conductive film 5 is made of polycrystalline silicon, the thermal oxide film 7 is made of silicon oxide. This thermal oxide film 7 grows at a constant rate on the surface side and in the film side of the conductive film 5.

上記の熱酸化は、上下方向(Z方向)における第2の支持部5c1の少なくとも一部において、第2の支持部5c1の上下方向に直交する幅方向の全体が酸化するように行われる。また上記の熱酸化は、第1の支持部5a1の上下方向(Z方向)のいずれの部分においても、幅方向の全体が酸化することのないように行われる。つまり上記の熱酸化は、第1の支持部5a1の上下方向(Z方向)の全体において、酸化されていない多結晶シリコンの部分が残るように行われる。 The thermal oxidation is performed so that the entire width direction perpendicular to the vertical direction of the second support portion 5c 1 is oxidized in at least a part of the second support portion 5c 1 in the vertical direction (Z direction). . Further, the thermal oxidation is performed so that the entire width direction is not oxidized in any part of the first support portion 5a 1 in the vertical direction (Z direction). That is, the above thermal oxidation is performed so that a portion of polycrystalline silicon that is not oxidized remains in the entire vertical direction (Z direction) of the first support portion 5a 1 .

上記の熱酸化により第2の支持部5c1の真上の導電膜5の部分には未酸化部としての凸部5fが生じる。上記の熱酸化の条件は実施の形態1と同様である。 Due to the thermal oxidation, a convex portion 5 f as an unoxidized portion is generated in the portion of the conductive film 5 directly above the second support portion 5 c 1 . The thermal oxidation conditions are the same as those in the first embodiment.

この後、熱酸化膜7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。さらに薄膜6、21がたとえばプラズマエッチングなどによりエッチング除去される。   Thereafter, the thermal oxide film 7 is removed by etching, for example, with vapor-phase hydrofluoric acid. Further, the thin films 6 and 21 are removed by, for example, plasma etching.

図16を参照して、上記の熱酸化膜7のエッチング除去により、第2の支持部5c1が形成されていた箇所において基板1Aから可動構造体(検出フレーム5c、慣性質量体)が浮いた状態となり、平面視において第2の支持部5c1が形成されていた導電膜5の箇所に凸部5fが形成される。 Referring to FIG. 16, by etching away the thermal oxide film 7, the movable structure from the substrate 1A in a position where the second support portion 5c 1 were formed (detection frame 5c, the inertial mass body) is floated a state, the convex portion 5f is formed at a position of the second supporting portion conductive film 5 which 5c 1 was formed in a plan view.

またこの状態においては、第1の支持部5a1によりアンカー部5aなどを介在して可動構造体(検出フレーム5c、慣性質量体)が基板1Aに対して支持される。 In this state, the movable structure interposed like anchor portion 5a by the first supporting portion 5a 1 (detection frame 5c, the inertial mass body) is supported with respect to the substrate 1A.

また上記薄膜6、21のエッチング除去により、導電性膜3と導電膜5との表面が露出し、可動構造体を変位可能な状態となる。これにより図10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 thin films 6 and 21 by etching, the surfaces of the conductive film 3 and the conductive film 5 are exposed, and the movable structure can be displaced. Thus, the acceleration sensor as the micro device of the present embodiment shown in FIG. 10 is manufactured.

本実施の形態によれば、導電性膜3は薄膜21により熱酸化されず膜減少がないため、実施の形態1と比較して狭いギャップ構造を実現することができる。   According to the present embodiment, since the conductive film 3 is not thermally oxidized by the thin film 21 and does not decrease in film thickness, a narrow gap structure can be realized as compared with the first embodiment.

たとえば図13に示す第2の支持部5c1の幅(たとえば直径)W2を0.4μmとし、熱酸化によるポリシリコンの表面側と膜中側の酸化膜成長の割合を6:4と仮定する。この場合、第2の支持部5c1を幅方向に完全に熱酸化すれば、導電膜5の表面側に0.3μm、ポリシリコン膜中側に0.2μmの熱酸化膜7が成長する。本実施の形態では、導電性膜3上には熱酸化膜7は成長しないため、犠牲膜4の厚みは0.3μm以上とする必要がある。犠牲膜4の厚みを0.3μmとすると、最終的な導電性膜3と導電膜5との間の検出ギャップは、0.3μm+0.2μm=0.5μmとなり、実施の形態1と比較して、狭いギャップ構造を実現できる。 For example, the second support portion 5c 1 of the width (e.g., diameter) W2 shown in FIG. 13 and 0.4 .mu.m, the proportion of oxide film growth on the surface side and the film side of the polysilicon by thermal oxidation 6: Assume 4 and . In this case, if the second support portion 5c 1 is completely thermally oxidized in the width direction, a thermal oxide film 7 of 0.3 μm is grown on the surface side of the conductive film 5 and 0.2 μm on the middle side of the polysilicon film. In the present embodiment, since the thermal oxide film 7 does not grow on the conductive film 3, the thickness of the sacrificial film 4 needs to be 0.3 μm or more. When the thickness of the sacrificial film 4 is 0.3 μm, the final detection gap between the conductive film 3 and the conductive film 5 is 0.3 μm + 0.2 μm = 0.5 μm, which is compared with the first embodiment. A narrow gap structure can be realized.

また導電膜5に実施の形態1と同様に熱酸化により凸部5fが形成されるため、この凸部5fの形状のばらつきが小さくなる。このため、基板1Aと可動構造体(検出フレーム5c、慣性質量体5e)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。   Moreover, since the convex part 5f is formed in the electrically conductive film 5 by thermal oxidation similarly to Embodiment 1, the variation in the shape of this convex part 5f becomes small. For this reason, a highly reliable microdevice (capacitance) in which the substrate 1A and the movable structure (the detection frame 5c, the inertial mass body 5e) are less fixed during manufacture and in use, and the effect of preventing the fixation can be easily made constant. Type acceleration sensor) can be realized.

なお上記においては図11に示すように薄膜21が導電性膜3上に形成された場合について説明したが、犠牲膜4上に形成されても上記と同様の効果が得られる。この場合、凸部は導電膜5ではなく導電性膜3に形成される。   In the above description, the case where the thin film 21 is formed on the conductive film 3 as shown in FIG. 11 has been described. However, even if it is formed on the sacrificial film 4, the same effect as described above can be obtained. In this case, the convex portion is formed not on the conductive film 5 but on the conductive film 3.

(実施の形態3)
図17を参照して、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構成は、図10に示す実施の形態2の構成と比較して、第1の支持部5a1が上下方向にテーパー形状を有している点、および凸部5fの上下方向の断面において三角形に近い形状を有している点において異なっている。本実施の形態においては、第1の支持部5a1が、基板1A側ほど幅が狭くなるような形状を有している。
(Embodiment 3)
Referring to FIG. 17, the configuration of the acceleration sensor as the micro device of the present embodiment is such that the first support portion 5a 1 is tapered in the vertical direction as compared with the configuration of the second embodiment shown in FIG. And a point that has a shape close to a triangle in the cross section in the vertical direction of the convex portion 5f. In the present embodiment, the first support portion 5a 1 has a shape that becomes narrower toward the substrate 1A side.

なお、これ以外の本実施の形態の構成は、図10に示す実施の形態2の構成とほぼ同じであるため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。   Since the configuration of the present embodiment other than this is substantially the same as the configuration of the second embodiment shown in FIG. 10, the same elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.

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18〜図23を用いて説明する。   Next, an acceleration sensor manufacturing method will be described with reference to FIGS. 18 to 23 as a micro device manufacturing method of the present embodiment.

図18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性膜3が形成される。この導電性膜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、この導電性膜3からアンカー支持部3a、検出電極3bおよび固定電極(図示せず)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導電性膜3とからなる基板1Aが形成される。   Referring to FIG. 18, conductive film 3 made of, for example, polycrystalline silicon is formed on the surface of support substrate 1 made of, for example, silicon, with insulating film 2 interposed. By patterning the conductive film 3 using a photolithography technique and an etching technique, an anchor support portion 3a, a detection electrode 3b, and a fixed electrode (not shown) are formed from the conductive film 3. As a result, a substrate 1A composed of the support substrate 1, the insulating film 2, and the patterned conductive film 3 is formed.

この導電性膜3の上を覆うように薄膜21が形成される。この薄膜21は、導電性膜3の材質(たとえば多結晶シリコン)の熱酸化を妨げる材質よりなり、たとえばシリコン窒化膜よりなっている。   A thin film 21 is formed so as to cover the conductive film 3. The thin film 21 is made of a material that prevents thermal oxidation of the material of the conductive film 3 (for example, polycrystalline silicon), and is made of, for example, a silicon nitride film.

薄膜21を介在してアンカー支持部3a、検出電極3bおよび固定電極(図示せず)を覆うように基板1A上に、たとえばリン酸ガラス(PSG)などからなる犠牲膜4が形成される。この犠牲膜4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、犠牲膜4には、犠牲膜4だけでなく薄膜21も貫通してアンカー支持部3aに達する孔4aと、犠牲膜4を貫通して薄膜21に達する孔4cが形成される。   A sacrificial film 4 made of, for example, phosphate glass (PSG) is formed on the substrate 1A so as to cover the anchor support portion 3a, the detection electrode 3b, and the fixed electrode (not shown) with the thin film 21 interposed therebetween. By patterning the sacrificial film 4 using a photolithography technique and an etching technique, the sacrificial film 4 includes a hole 4a that penetrates not only the sacrificial film 4 but also the thin film 21 and reaches the anchor support portion 3a, and a sacrificial film. A hole 4 c that penetrates 4 and reaches the thin film 21 is formed.

これらの孔4a、4cは断面がテーパー形状となるように形成される。このテーパー形状とするために、孔4a、4cは反応性イオンエッチング(RIE)により形成される。この反応性イオンエッチングにおいて、たとえばプラズマ電力を下げたり、ガス圧力を上げたりして、エッチングガスのイオンエネルギーを下げることによりテーパー形状に孔4a、4cを形成することができる。   These holes 4a and 4c are formed so that the cross section is tapered. In order to obtain this tapered shape, the holes 4a and 4c are formed by reactive ion etching (RIE). In this reactive ion etching, the holes 4a and 4c can be formed in a tapered shape by lowering the ion energy of the etching gas, for example, by lowering the plasma power or raising the gas pressure.

この後、図19〜図21に示す本実施の形態の製造工程は、図12〜図14に示す実施の形態2の製造工程と同様の工程を経る。これにより図21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構造体(検出フレーム5c、慣性質量体)を第1および第2の支持部5a1、5c1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。 Thereafter, the manufacturing process of the present embodiment shown in FIGS. 19 to 21 goes through the same process as the manufacturing process of the second embodiment shown in FIGS. As a result, as shown in FIG. 21, the movable structure (detection frame 5c, inertial mass) disposed between the substrate 1A and the substrate 1A is moved to each of the first and second support portions 5a 1 and 5c 1 . Thus, a support structure supported with respect to the substrate 1A is formed.

図22を参照して、この後、外部に露出した導電膜5の表面に熱酸化により熱酸化膜7が形成される。この熱酸化の際、導電性膜3の表面は、導電性膜3の熱酸化を妨げる材質よりなる薄膜21により覆われているため熱酸化されない。   Referring to FIG. 22, thereafter, thermal oxide film 7 is formed on the surface of conductive film 5 exposed to the outside by thermal oxidation. During this thermal oxidation, the surface of the conductive film 3 is not thermally oxidized because it is covered with the thin film 21 made of a material that prevents thermal oxidation of the conductive film 3.

導電膜5が多結晶シリコンよりなる場合には、熱酸化膜7は酸化シリコンよりなる。この熱酸化膜7は導電膜5の表面側と膜中側とに一定の割合で成長する。   When the conductive film 5 is made of polycrystalline silicon, the thermal oxide film 7 is made of silicon oxide. This thermal oxide film 7 grows at a constant rate on the surface side and in the film side of the conductive film 5.

上記の熱酸化は、上下方向(Z方向)における第2の支持部5c1の最も基板1A側において、第2の支持部5c1の上下方向に直交する幅方向の全体が酸化するように行われる。また上記の熱酸化は、第1の支持部5a1の上下方向(Z方向)のいずれの部分においても、幅方向の全体が酸化することのないように行われる。つまり上記の熱酸化は、第1の支持部5a1の上下方向(Z方向)の全体において、酸化されていない多結晶シリコンの部分が残るように行われる。 The thermal oxidation is performed so that the entire width direction perpendicular to the vertical direction of the second support portion 5c 1 is oxidized on the substrate 1A side of the second support portion 5c 1 in the vertical direction (Z direction). Is called. Further, the thermal oxidation is performed so that the entire width direction is not oxidized in any part of the first support portion 5a 1 in the vertical direction (Z direction). That is, the above thermal oxidation is performed so that a portion of polycrystalline silicon that is not oxidized remains in the entire vertical direction (Z direction) of the first support portion 5a 1 .

上記の熱酸化により第2の支持部5c1の真上の導電膜5の部分には未酸化部としての凸部5fが生じる。上記の熱酸化の条件は実施の形態1と同様である。 Due to the thermal oxidation, a convex portion 5 f as an unoxidized portion is generated in the portion of the conductive film 5 directly above the second support portion 5 c 1 . The thermal oxidation conditions are the same as those in the first embodiment.

この後、熱酸化膜7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。さらに薄膜6、21がたとえばプラズマエッチングなどによりエッチング除去される。   Thereafter, the thermal oxide film 7 is removed by etching, for example, with vapor-phase hydrofluoric acid. Further, the thin films 6 and 21 are removed by, for example, plasma etching.

図23を参照して、上記の熱酸化膜7のエッチング除去により、第2の支持部5c1が形成されていた箇所において基板1Aから可動構造体(検出フレーム5c、慣性質量体)が浮いた状態となる。また平面視において第2の支持部5c1が形成されていた導電膜5の箇所に凸部5fが形成される。 Referring to FIG. 23, by etching away the thermal oxide film 7, the movable structure from the substrate 1A in a position where the second support portion 5c 1 were formed (detection frame 5c, the inertial mass body) is floated It becomes a state. The convex portion 5f is formed at a position of the second supporting portion conductive film 5 which 5c 1 was formed in a plan view.

またこの状態においては、第1の支持部5a1によりアンカー部5aなどを介在して可動構造体(検出フレーム5c、慣性質量体)が基板1Aに対して支持される。 In this state, the movable structure interposed like anchor portion 5a by the first supporting portion 5a 1 (detection frame 5c, the inertial mass body) is supported with respect to the substrate 1A.

また上記薄膜6、21のエッチング除去により、導電性膜3と導電膜5との表面が露出し、可動構造体を変位可能な状態となる。これにより図17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 thin films 6 and 21 by etching, the surfaces of the conductive film 3 and the conductive film 5 are exposed, and the movable structure can be displaced. Thus, the acceleration sensor as the micro device of the present embodiment shown in FIG. 17 is manufactured.

本実施の形態によれば、図18に示すように犠牲膜4のテーパー形状の孔4cにより、その孔4c内を埋め込む第2の支持部5c1の断面形状もテーパー形状となる。このように第2の支持部5c1がテーパー形状となるため、図22に示す工程において僅かな熱酸化により、図23に示すように凸部5fを導電性膜3から離すことが可能となる。 According to this embodiment, the hole 4c of the tapered shape of the sacrificial layer 4 as shown in FIG. 18, also tapered second cross-sectional shape of the support portion 5c 1 to embed within the hole 4c. Since the second support portion 5c 1 has a tapered shape as described above, the convex portion 5f can be separated from the conductive film 3 as shown in FIG. 23 by slight thermal oxidation in the step shown in FIG. .

本実施の形態によれば、導電性膜3の膜減少が少なく、狭ギャップ構造を実現することができる。また凸部5fの先端と導電性膜3との間の隙間が狭く、固着防止性能を向上することができる。さらに凸部5fの根元を太くすることができ、凸部5fが基板1Aに接触した際のメカニカル破損のない、信頼性の高いデバイス構造を実現することができる。   According to the present embodiment, the conductive film 3 is less reduced and a narrow gap structure can be realized. Moreover, the clearance gap between the front-end | tip of the convex part 5f and the electroconductive film 3 is narrow, and it can improve sticking prevention performance. Furthermore, the base of the convex part 5f can be thickened, and a highly reliable device structure without mechanical damage when the convex part 5f contacts the substrate 1A can be realized.

たとえば第2の支持部5c1を上部の寸法が1μmで、下部の寸法が0.2μmのテーパー形状とし、熱酸化による導電膜5の表面側と膜中側の酸化膜成長の割合を6:4と仮定する。この場合、テーパー形状の第2の支持部5c1の下部を幅方向に完全に酸化すれば、導電膜5の表面側に0.15μm、導電膜5の膜中側に0.1μmの熱酸化膜7が成長する。この場合、犠牲膜4の厚みは0.15μm以上であれば良い。犠牲膜4の厚みを0.2μmとすると、導電性膜3と導電膜5との間の検出ギャップは、0.2μm+0.1μm=0.3μmとなり、実施の形態1および2と比較して、狭いギャップ構造を実現することができる。この場合、凸部5fと導電性膜3との隙間は0.2μmであり、隙間が狭く、固着防止性能を向上することができる。また凸部5fの根本は0.8μmであり、接触時のメカニカル破損のない、信頼性の高いデバイス構造を実現することができる。 For example, the second support portion 5c 1 is tapered with an upper dimension of 1 μm and a lower dimension of 0.2 μm, and the ratio of oxide film growth on the surface side and the middle side of the conductive film 5 by thermal oxidation is 6: 4 is assumed. In this case, if the lower portion of the tapered second support portion 5c 1 is completely oxidized in the width direction, thermal oxidation of 0.15 μm on the surface side of the conductive film 5 and 0.1 μm on the middle side of the conductive film 5 is performed. Film 7 grows. In this case, the thickness of the sacrificial film 4 may be 0.15 μm or more. When the thickness of the sacrificial film 4 is 0.2 μm, the detection gap between the conductive film 3 and the conductive film 5 is 0.2 μm + 0.1 μm = 0.3 μm. Compared to the first and second embodiments, A narrow gap structure can be realized. In this case, the gap between the convex portion 5f and the conductive film 3 is 0.2 μm, and the gap is narrow, so that the sticking prevention performance can be improved. Further, the root of the convex portion 5f is 0.8 μm, and a highly reliable device structure without mechanical damage at the time of contact can be realized.

(実施の形態4)
図24を参照して、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構成は、図1および図2に示す実施の形態1の構成と比較して、凸部3d、5fの先端が丸められて、凸部3d、5fの全体が断面において曲率を有するように形成されている点において異なっている。
(Embodiment 4)
Referring to FIG. 24, the configuration of the acceleration sensor as the micro device of the present embodiment is such that the tips of convex portions 3d and 5f are rounded compared to the configuration of the first embodiment shown in FIGS. Thus, the projections 3d and 5f are different in that the entire projections 3d and 5f are formed to have a curvature in the cross section.

なお、これ以外の本実施の形態の構成は、図1および図2に示す実施の形態1の構成とほぼ同じであるため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。   In addition, since the structure of this Embodiment other than this is as substantially the same as the structure of Embodiment 1 shown in FIG.1 and FIG.2, the same code | symbol is attached | subjected about the same element and the description is not repeated.

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25〜図27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.

本実施の形態の製造方法は、図3〜図7に示す実施の形態1と同様の工程を経る。この後、図7に示す状態から熱酸化膜7がエッチング除去される。   The manufacturing method of the present embodiment undergoes the same steps as those of the first embodiment shown in FIGS. Thereafter, thermal oxide film 7 is removed by etching from the state shown in FIG.

図25を参照して、上記の熱酸化膜7のエッチング除去により、第2の支持部5c1が形成されていた箇所において基板1Aから可動構造体(検出フレーム5c、慣性質量体)が浮いた状態となり、導電性膜3と導電膜5の上下方向に互いに対向する箇所に凸部3dと凸部5fとが形成される。 Referring to FIG. 25, by etching away the thermal oxide film 7, the movable structure from the substrate 1A in a position where the second support portion 5c 1 were formed (detection frame 5c, the inertial mass body) is floated The projecting portion 3d and the projecting portion 5f are formed at locations where the conductive film 3 and the conductive film 5 face each other in the vertical direction.

図26を参照して、上記凸部3d、5fが形成された後、凸部3d、5fの鋭角な先端部を丸める処理が行われる。この処理は、たとえばXeF2ガスやSF6等方性プラズマなどにより多結晶シリコンをわずかに選択除去することにより行われる。 Referring to FIG. 26, after the convex portions 3d and 5f are formed, a process of rounding the sharp tip portions of the convex portions 3d and 5f is performed. This process is performed by slightly removing polycrystalline silicon with, for example, XeF 2 gas or SF 6 isotropic plasma.

この後、薄膜6がたとえばプラズマエッチングなどによりエッチング除去される。
図27を参照して、上記薄膜6のエッチング除去により、導電性膜3と導電膜5との表面が露出し、可動構造体は変位可能な状態となる。これにより図24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。
Thereafter, the thin film 6 is removed by, for example, plasma etching.
Referring to FIG. 27, by etching away thin film 6, the surfaces of conductive film 3 and conductive film 5 are exposed, and the movable structure becomes displaceable. Thus, the acceleration sensor as the micro device of the present embodiment shown in FIG. 24 is manufactured.

本実施の形態によれば、図26に示すように凸部3d、5fの鋭角な先端部をプラズマエッチングなどで丸めることができるため、メカニカルな接触に対し耐性のある信頼性の高い構造を実現することができる。   According to the present embodiment, as shown in FIG. 26, the sharp tip portions of the convex portions 3d and 5f can be rounded by plasma etching or the like, so that a highly reliable structure resistant to mechanical contact is realized. can do.

なお、図25の工程後に再度熱酸化して、酸化膜を気相フッ酸などで選択除去しても、同様の形状(つまり凸部3d、5fの鋭角な先端部が丸められた形状)を実現することができる。   Even if the thermal oxidation is performed again after the step of FIG. 25 and the oxide film is selectively removed with vapor-phase hydrofluoric acid or the like, a similar shape (that is, a shape in which the sharp tips of the convex portions 3d and 5f are rounded) is obtained. Can be realized.

(実施の形態5)
上記の実施の形態1〜4においてはマイクロデバイスとしてたとえばシリコン基板を用いた加速度センサについて説明したが、本発明が適用されるマイクロデバイスとしてはSOI(Silicon On Insulator)ウエハを用いた面内検出型の加速度センサであってもよい。以下、本実施の形態として、SOIウエハを用いた面内検出型の加速度センサの構成について図28および図29を用いて説明する。
(Embodiment 5)
In the first to fourth embodiments described above, an acceleration sensor using, for example, a silicon substrate as a micro device has been described. However, as a micro device to which the present invention is applied, an in-plane detection type using an SOI (Silicon On Insulator) wafer. The acceleration sensor may be used. Hereinafter, the configuration of an in-plane detection type acceleration sensor using an SOI wafer will be described with reference to FIGS. 28 and 29 as this embodiment.

図28および図29を参照して、本実施の形態の面内検出型の加速度センサは、基板1Aと、アンカー部5aと、梁5gと、慣性質量体5eと、可動電極5cと、固定電極5hと、基板支持部5iとを主に有している。   Referring to FIGS. 28 and 29, the in-plane detection type acceleration sensor according to the present embodiment includes substrate 1A, anchor portion 5a, beam 5g, inertia mass body 5e, movable electrode 5c, and fixed electrode. 5h and a substrate support portion 5i.

基板1Aはシリコン基板単層よりなっている。アンカー部5a、可動電極5c、慣性質量体5e、および基板支持部5iの各々は、たとえばシリコン活性層5と多結晶シリコン11a、11bとから構成されている。梁5gおよび固定電極5hの各々は、たとえばシリコン活性層5から構成されている。   The substrate 1A is composed of a single layer of a silicon substrate. Each of anchor portion 5a, movable electrode 5c, inertial mass body 5e, and substrate support portion 5i is composed of, for example, silicon active layer 5 and polycrystalline silicons 11a and 11b. Each of the beam 5g and the fixed electrode 5h is composed of, for example, a silicon active layer 5.

固定電極5hは、基板支持部5iにより基板1Aに支持されている。基板支持部5iは、上記のとおりシリコン活性層5と多結晶シリコン11aとから構成されており、多結晶シリコン11aの第1の支持部11a1で基板1Aに接続されている。 The fixed electrode 5h is supported on the substrate 1A by the substrate support portion 5i. The substrate support portion 5i is composed of the silicon active layer 5 and the polycrystalline silicon 11a as described above, and is connected to the substrate 1A by the first support portion 11a1 of the polycrystalline silicon 11a.

アンカー部5aも、基板支持部5iと同様、シリコン活性層5と多結晶シリコン11aとから構成されており、多結晶シリコン11aの第1の支持部で基板1Aに接続されている。このアンカー部5aに梁5gを介在して慣性質量体5eが接続されている。この慣性質量体5eは、図28に示す平面視において両端を梁5gを介在してアンカー部5aに支持されているため、図29に示すように基板1Aの表面から浮いた状態で支持されている。   Similarly to the substrate support portion 5i, the anchor portion 5a is composed of the silicon active layer 5 and the polycrystalline silicon 11a, and is connected to the substrate 1A by the first support portion of the polycrystalline silicon 11a. An inertia mass body 5e is connected to the anchor portion 5a via a beam 5g. This inertia mass body 5e is supported by the anchor portion 5a at both ends in the plan view shown in FIG. 28 with the beam 5g interposed therebetween, so that it is supported in a state of floating from the surface of the substrate 1A as shown in FIG. Yes.

可動電極5cは、この慣性質量体5eに接続されており、慣性質量体5eと同様に基板1Aの表面から浮いた状態となっている。この可動電極5cは、基板1Aの表面に平行な面内方向において固定電極5hと対向している。   The movable electrode 5c is connected to the inertial mass body 5e, and is in a state of floating from the surface of the substrate 1A, like the inertial mass body 5e. The movable electrode 5c faces the fixed electrode 5h in the in-plane direction parallel to the surface of the substrate 1A.

上記の慣性質量体5eおよび可動電極5cの各々の基板1Aと対向する表面(下面)には、凸部5fが形成されている。慣性質量体5eおよび可動電極5cの各々は、その凸部5fからその上方に位置する部分が多結晶シリコン11bよりなっており、それ以外の部分はシリコン活性層5よりなっている。   A convex portion 5f is formed on the surface (lower surface) of each of the inertial mass body 5e and the movable electrode 5c facing the substrate 1A. Each of the inertial mass body 5e and the movable electrode 5c is composed of polycrystalline silicon 11b above the convex portion 5f, and the other portion is composed of the silicon active layer 5.

また基板1Aの表面であって慣性質量体5eおよび可動電極5cの各々と対向する部分には凸部3dが形成されている。この基板1Aの凸部3dと上下方向(Z方向)に対向する位置に慣性質量体5eおよび可動電極5cの各々の凸部5fが形成されている。このため、図28に示す平面視において基板1Aの凸部3dと慣性質量体5eおよび可動電極5cの各々の凸部5fとは重複した位置に配置されている。   A convex portion 3d is formed on a portion of the surface of the substrate 1A facing each of the inertial mass body 5e and the movable electrode 5c. The convex portions 3f of the inertia mass body 5e and the movable electrode 5c are formed at positions facing the convex portion 3d of the substrate 1A in the vertical direction (Z direction). Therefore, in the plan view shown in FIG. 28, the convex portion 3d of the substrate 1A and the convex portions 5f of the inertia mass body 5e and the movable electrode 5c are arranged at overlapping positions.

上記の面内検出型の加速度センサにおいて、面内方向に加速度が加わると、固定電極5hに対して可動電極5cが面内方向に変位する。それにより固定電極5hと可動電極5cとの距離が変化し、固定電極5hと可動電極5c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面内方向の加速度が検出される。   In the in-plane detection type acceleration sensor, when acceleration is applied in the in-plane direction, the movable electrode 5c is displaced in the in-plane direction with respect to the fixed electrode 5h. As a result, the distance between the fixed electrode 5h and the movable electrode 5c changes, and the capacitance between the fixed electrode 5h and the movable electrode 5c changes. The capacitance in the in-plane direction is detected by converting the capacitance into a voltage proportional to the acceleration by the capacitance-voltage conversion circuit.

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面内検出型の加速度センサの製造方法について図30〜図37を用いて説明する。   Next, a method for manufacturing an in-plane detection type acceleration sensor will be described with reference to FIGS. 30 to 37 as a method for manufacturing a microdevice according to the present embodiment.

図30を参照して、まずシリコン基板1Aと、シリコン酸化膜4と、シリコン活性層5とが積層されたSOIウエハが準備される。   Referring to FIG. 30, first, an SOI wafer in which a silicon substrate 1A, a silicon oxide film 4, and a silicon active layer 5 are stacked is prepared.

図31を参照して、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、シリコン活性層5およびシリコン酸化膜4を貫通してシリコン基板1Aに達する貫通孔10a、10bが形成される。   Referring to FIG. 31, through holes 10a and 10b that reach silicon substrate 1A through silicon active layer 5 and silicon oxide film 4 are formed using photolithography technique and etching technique.

図32を参照して、貫通孔10a、10b内を埋め込むように、多結晶シリコン膜11a、11bが形成される。   Referring to FIG. 32, polycrystalline silicon films 11a and 11b are formed so as to fill in through holes 10a and 10b.

図33を参照して、シリコン活性層5に深堀エッチング(DRIE)などが行われて、シリコン活性層5がパターニングされる。この際、シリコン酸化膜4はエッチングストッパとして機能する。これにより、シリコン活性層5と多結晶シリコン膜11aとから基板支持部5iが形成される。これと同時にシリコン活性層5と多結晶シリコン膜11aとからアンカー部5aも形成される。またシリコン活性層5と多結晶シリコン膜11bとから可動電極5cおよび慣性質量体5eが形成される。またシリコン活性層5から梁5gおよび固定電極5hの各々が形成される。   Referring to FIG. 33, deep etching (DRIE) or the like is performed on silicon active layer 5 to pattern silicon active layer 5. At this time, the silicon oxide film 4 functions as an etching stopper. Thereby, the substrate support 5i is formed from the silicon active layer 5 and the polycrystalline silicon film 11a. At the same time, an anchor portion 5a is also formed from the silicon active layer 5 and the polycrystalline silicon film 11a. A movable electrode 5c and an inertial mass 5e are formed from the silicon active layer 5 and the polycrystalline silicon film 11b. Each of the beam 5g and the fixed electrode 5h is formed from the silicon active layer 5.

図34を参照して、この後、可動電極5c、基板支持部5iなどの表面上を覆うように薄膜6が形成される。この薄膜6は、多結晶シリコン膜11a、11bの熱酸化を妨げるシリコン窒化膜などから形成される。   Referring to FIG. 34, thereafter, thin film 6 is formed so as to cover the surfaces of movable electrode 5c, substrate support 5i and the like. The thin film 6 is formed of a silicon nitride film that prevents thermal oxidation of the polycrystalline silicon films 11a and 11b.

この後、シリコン酸化膜4がフッ酸溶液などによりエッチング除去される。
図35を参照して、上記のエッチング除去により、基板1Aの表面(上面)と可動構造体(可動電極5c、慣性質量体5e、梁5g)の表面(下面)との間に隙間が生じる。ただし、可動電極5cおよび慣性質量体5eは、多結晶シリコン膜11bの第2の支持部11b1により基板1Aと連結されているため、この段階では基板1Aに固定されている。また基板支持部5iは、多結晶シリコン膜11aの第1の支持部11a1により基板1Aと連結されている。また図示していないがアンカー部5aも、多結晶シリコン膜11aの第1の支持部11a1により基板1Aと連結されている。
Thereafter, the silicon oxide film 4 is removed by etching with a hydrofluoric acid solution or the like.
Referring to FIG. 35, a gap is generated between the surface (upper surface) of substrate 1A and the surfaces (lower surface) of movable structure (movable electrode 5c, inertial mass body 5e, beam 5g) by the above etching removal. However, the movable electrode 5c and the inertia mass body 5e is because it is attached to the substrate 1A through the second supporting portion 11b 1 of the polycrystalline silicon film 11b, at this stage are fixed to the substrate 1A. The substrate support 5i is connected with the substrate 1A by the first supporting portion 11a 1 of the polycrystalline silicon film 11a. Also not shown anchor portion 5a, which is connected to the substrate 1A by the first supporting portion 11a 1 of the polycrystalline silicon film 11a.

なお薄膜6は、酸化によるシリコン活性層5のパターン変化を見込んで形成されるが、酸化によるシリコン活性層5のパターン変化が無視できる場合は不要である。   The thin film 6 is formed in anticipation of the pattern change of the silicon active layer 5 due to oxidation, but is unnecessary when the pattern change of the silicon active layer 5 due to oxidation can be ignored.

上記により、基板1Aとの間に隙間を介して配置された可動構造体(可動電極5c、慣性質量体5e、梁5g)を第1および第2の支持部11a1、11b1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, the movable structure (movable electrode 5c, inertial mass body 5e, beam 5g) arranged with a gap between the substrate 1A and the substrate 1A is attached to the substrate 1A by the first and second support portions 11a 1 and 11b 1. A support structure which is supported is formed.

図36を参照して、外部に露出したシリコン活性層5および多結晶シリコン膜11a、11bの表面に熱酸化により熱酸化膜7が形成される。この熱酸化膜7はシリコン活性層5および多結晶シリコン膜11a、11bの各々の表面側と膜中側とに一定の割合で成長する。   Referring to FIG. 36, thermal oxide film 7 is formed by thermal oxidation on the surfaces of silicon active layer 5 and polycrystalline silicon films 11a and 11b exposed to the outside. This thermal oxide film 7 grows at a constant rate on the surface side and in-film side of each of the silicon active layer 5 and the polycrystalline silicon films 11a and 11b.

上記の熱酸化は、上下方向(Z方向)における第2の支持部11b1の少なくとも一部において、第2の支持部11b1の上下方向に直交する幅方向の全体が酸化するように行われる。また上記の熱酸化は、第1の支持部11a1の上下方向(Z方向)のいずれの部分においても、幅方向の全体が酸化することのないように行われる。つまり上記の熱酸化は、第1の支持部11a1の上下方向(Z方向)の全体において、酸化されていない多結晶シリコンの部分が残るように行われる。 The thermal oxidation is performed so that the entire width direction perpendicular to the vertical direction of the second support portion 11b 1 is oxidized in at least a part of the second support portion 11b 1 in the vertical direction (Z direction). . Further, the thermal oxidation is performed so that the entire width direction is not oxidized in any part in the vertical direction (Z direction) of the first support portion 11a 1 . That is, the above thermal oxidation is performed so that the non-oxidized portion of polycrystalline silicon remains in the entire vertical direction (Z direction) of the first support portion 11a 1 .

上記の熱酸化により第2の支持部11b1の真下の導電性膜3の部分には未酸化部としての凸部3dが生じ、第2の支持部11b1の真上の導電膜5の部分には未酸化部としての凸部5fが生じる。上記の熱酸化は、実施の形態1と同様の条件で行なわれる。 The portion of the conductive film 3 of the second below the support portion 11b 1 by thermal oxidation of the resulting convex portions 3d of the unoxidized portion, a second portion of the conductive film 5 directly above the supporting portion 11b 1 Protrusions 5f as unoxidized portions are generated in the. The thermal oxidation is performed under the same conditions as in the first embodiment.

この後、熱酸化膜7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。さらに薄膜6がたとえばプラズマエッチングなどによりエッチング除去される。   Thereafter, the thermal oxide film 7 is removed by etching, for example, with vapor-phase hydrofluoric acid. Further, the thin film 6 is etched away by, for example, plasma etching.

図37を参照して、上記の熱酸化膜7のエッチング除去により、第2の支持部11b1が形成されていた箇所において基板1Aから可動構造体(可動電極5c、慣性質量体5e)が浮いた状態となり、基板1Aと多結晶シリコン膜11bとの互いに対向する箇所に凸部3dと凸部5fとが形成される。 Referring to FIG. 37, the movable structure (movable electrode 5c, inertial mass body 5e) is lifted from substrate 1A at the position where second support portion 11b 1 is formed by etching removal of thermal oxide film 7 described above. In this state, the convex portions 3d and the convex portions 5f are formed at locations where the substrate 1A and the polycrystalline silicon film 11b face each other.

これにより、可動電極5cの凸部5fと上下方向に対向する基板1Aの位置に凸部3dが形成され、慣性質量体5eの凸部5fと上下方向に対向する基板1Aの位置に凸部3dが形成される。   Thereby, a convex portion 3d is formed at the position of the substrate 1A facing the convex portion 5f of the movable electrode 5c in the vertical direction, and the convex portion 3d is positioned at the position of the substrate 1A facing the convex portion 5f of the inertia mass 5e in the vertical direction. Is formed.

またこの状態においては、アンカー部5aの第1の支持部11a1により可動構造体(検出フレーム5c、慣性質量体、梁5g)が基板1Aに対して支持される。 In this state, the first support portion 11a 1 by the movable structure of the anchor portion 5a (detection frame 5c, the inertial mass, the beam 5g) is supported with respect to the substrate 1A.

また上記薄膜6のエッチング除去により、シリコン活性層5および多結晶シリコン膜11aの表面が露出し、可動構造体は変位可能な状態となる。これにより図28に示す本実施の形態のマイクロデバイスとしての面内検出型の加速度センサが製造される。   Further, by etching away the thin film 6, the surfaces of the silicon active layer 5 and the polycrystalline silicon film 11a are exposed, and the movable structure becomes displaceable. Thus, the in-plane detection type acceleration sensor as the micro device of the present embodiment shown in FIG. 28 is manufactured.

本実施の形態によれば、加工の困難なSOI基板の基板と活性層の対向面に固着防止用の凸部3d、5fを形成することができ、信頼性の高いマイクロデバイスを実現することができる。   According to the present embodiment, it is possible to form the protrusions 3d and 5f for preventing sticking on the opposing surface of the SOI substrate, which is difficult to process, and the active layer, thereby realizing a highly reliable micro device. it can.

(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38および図39に示すマイクロミラー、図40〜図42に示す角速度センサ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 micromirrors shown in FIGS. 38 and 39, the angular velocity sensors shown in FIGS.

まずマイクロミラーについて説明する。
図38および図39を参照して、ミラー部101はミラー形成基板102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102は中央を軸として回動するように構成されている。ねじれ梁103はミラー形成基板102に中央延長上に形成されている。アンカー部104は、ねじれ梁103を支持して支持基板106に固定されている。2つの駆動電極105は、ミラー形成基板102からギャップg0の距離に形成されてミラー形成基板102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。
First, the micromirror will be described.
38 and 39, mirror portion 101 is formed on one surface of mirror forming substrate 102, and is formed of an aluminum thin film, a gold thin film, or the like. The mirror forming substrate 102 is configured to rotate around the center. The torsion beam 103 is formed on the mirror forming substrate 102 on the central extension. The anchor part 104 supports the torsion beam 103 and is fixed to the support substrate 106. The two drive electrodes 105 are portions that are formed at a gap g0 from the mirror forming substrate 102 and to which a voltage is applied when the mirror forming substrate 102 is driven by electrostatic attraction.

なお、ミラー形成基板102、ねじれ梁103およびアンカー部104は、たとえばそれぞれ単結晶シリコン、多結晶シリコン、鍍金ニッケルなどで形成され、支持基板106はシリコンやガラスなどで形成されている。   The mirror forming substrate 102, the torsion beam 103, and the anchor portion 104 are each formed of, for example, single crystal silicon, polycrystalline silicon, nickel plating, or the like, and the support substrate 106 is formed of silicon, glass, or the like.

このマイクロミラーの動作原理においては、駆動電極105のうちの一方に電圧を印加すると、ミラー形成基板102と駆動電極105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102が中央部を軸として回動し、ミラー部101は角度(走査角度)θsだけ傾く。たとえば、2つの駆動電極105に所定のバイアス直流電圧を印加し、さらに駆動電極105に所定の交流電圧を2つの駆動電極105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101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101の角度が制御され、光ビームが走査される。   In the operation principle of this micromirror, when a voltage is applied to one of the drive electrodes 105, an electrostatic attractive force corresponding to the potential difference and the capacitance between the mirror forming substrate 102 and the drive electrode 105 is generated. The formation substrate 102 rotates about the center portion, and the mirror portion 101 is inclined by an angle (scanning angle) θs. For example, by applying a predetermined bias DC voltage to the two drive electrodes 105 and further applying a predetermined AC voltage to the drive electrodes 105 so that the phases of the two drive electrodes 105 are 180 degrees different from each other, the mirror unit 101 Can be rotated and vibrated. In this way, the angle of the mirror unit 101 is controlled based on the applied voltage, and the light beam is scanned.

このマイクロミラーにおいて、上記実施の形態1の加速度センサと同様にして、2つの駆動電極105に凸部105aが形成され、かつミラー形成基板102に凸部102aが形成されてもよい。また実施の形態2〜5に示す構成と同様にマイクロミラーが構成されてもよい。   In this micromirror, the convex portions 105 a may be formed on the two drive electrodes 105 and the convex portions 102 a may be formed on the mirror forming substrate 102 in the same manner as the acceleration sensor of the first embodiment. Further, a micromirror may be configured similarly to the configurations shown in the second to fifth embodiments.

次に、角速度センサについて説明する。
図40〜図42を参照して、これらの図において駆動プレート205、206が互いに向かい合う方向のX方向と、X方向に直交する方向であって一対の慣性質量体202、203同士が向かい合う方向であるY方向と、X方向とY方向との双方に直交する上下方向のZ方向とが導入されている。
Next, the angular velocity sensor will be described.
40 to 42, in these drawings, the X direction in which the drive plates 205 and 206 face each other, and the direction perpendicular to the X direction and the pair of inertia mass bodies 202 and 203 face each other. A certain Y direction and a vertical Z direction perpendicular to both the X direction and the Y direction are introduced.

角速度センサ210は、その上に薄膜の絶縁膜209が形成された半導体基板201上に各構成が配設されてなるもので、それぞれ扇形をした一対の慣性質量体202、203を有している。これら慣性質量体202、203は、Y軸方向に延びる連結フレーム204を介在して、扇形状の中心角側を対向させて連結されており、図41から分かるように、半導体基板201の上方で基板201の表面に平行に保持されている。   The angular velocity sensor 210 is configured such that each component is disposed on a semiconductor substrate 201 on which a thin insulating film 209 is formed, and has a pair of inertia mass bodies 202 and 203 each having a fan shape. . These inertia mass bodies 202 and 203 are connected with a fan-shaped central angle facing each other via a connecting frame 204 extending in the Y-axis direction. As can be seen from FIG. It is held parallel to the surface of the substrate 201.

慣性質量体202、203の保持手段としては、本体の両側に補助支持梁202A、203Aが設けられている。これら補助支持梁202A、203Aは、半導体基板201に接続されている。   As holding means for the inertia mass bodies 202 and 203, auxiliary support beams 202A and 203A are provided on both sides of the main body. These auxiliary support beams 202A and 203A are connected to the semiconductor substrate 201.

また慣性質量体202、203に対応する絶縁膜209上には、検出電極211、212が設けられている。慣性質量体202,203と検出電極211、212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、検出電極211、212は、慣性質量体202、203に対応して略扇形に形成されており、それぞれ弧をなす側から外方へ延びる配線211a、212aを備えている。各配線211a、212aは、その先端側で、絶縁膜209上にアルミニウムや金などを堆積させることで形成された金属配線パッド217、218に接続されている。これら金属配線パッド217、218は、外部との電気的接続のために、所定のワイヤがボンディングされる領域となる。   Detection electrodes 211 and 212 are provided on the insulating film 209 corresponding to the inertia mass bodies 202 and 203. The inertia mass bodies 202 and 203 and the detection electrodes 211 and 212 are electrically independent with a small gap in the Z direction. The detection electrodes 211 and 212 are formed in a substantially sector shape corresponding to the inertia mass bodies 202 and 203, and include wirings 211a and 212a that extend outward from the arcuate side, respectively. The wirings 211a and 212a are connected to metal wiring pads 217 and 218 formed by depositing aluminum, gold, or the like on the insulating film 209 on the tip side. These metal wiring pads 217 and 218 are regions where predetermined wires are bonded for electrical connection with the outside.

さらに慣性質量体202、203に対応する絶縁膜209上には、各検出電極211、212の両側の径部分に沿って、モニタ電極213、214、215、216が設けられている。各モニタ電極213、214、215、216は、その一端側から外方へ延びる配線213a、214a、215a、216aを備えており、各配線213a、214a、215a、216aは、その先端側で、絶縁膜209上に設けられた金属配線パッド221、222、223、224に接続されている。   Furthermore, monitor electrodes 213, 214, 215, and 216 are provided on the insulating film 209 corresponding to the inertia mass bodies 202 and 203 along the diameter portions on both sides of the detection electrodes 211 and 212. Each of the monitor electrodes 213, 214, 215, and 216 includes wirings 213a, 214a, 215a, and 216a extending outward from one end thereof, and each of the wirings 213a, 214a, 215a, and 216a is insulated at the tip side. It is connected to metal wiring pads 221, 222, 223, and 224 provided on the film 209.

角速度センサ210では、慣性質量体202、203および連結フレーム204を隔てて左右対称に配置される駆動プレート205、206が設けられている。これらの駆動プレート205、206は、慣性質量体202、203と同様に、半導体基板201の上方で半導体基板201の表面に平行に保持されている。その保持手段として、各駆動プレート205、206の両側には、対をなす折曲げ梁227、228、229、230が形成されている。各折曲げ梁227、228、229、230は途中部で折り曲げられ、先端側でアンカー部231、232、233、234により接続されている。この折曲げ梁227、228、229、230は、X方向に柔軟で変形し易く、その他の方向には変形し難く設計されている。そして、駆動プレート205、206は、それぞれ、X方向に所定以上の弾性を有するリンク梁207、208を介して、連結フレーム204に接続されている。   The angular velocity sensor 210 is provided with drive plates 205 and 206 that are arranged symmetrically with respect to the inertia mass bodies 202 and 203 and the connection frame 204. Similar to the inertia mass bodies 202 and 203, these drive plates 205 and 206 are held above the semiconductor substrate 201 and parallel to the surface of the semiconductor substrate 201. As the holding means, paired bending beams 227, 228, 229, and 230 are formed on both sides of each of the drive plates 205 and 206. Each bending beam 227, 228, 229, 230 is bent in the middle and connected by anchors 231, 232, 233, 234 on the tip side. The bending beams 227, 228, 229, and 230 are designed to be flexible and easily deformed in the X direction and difficult to deform in other directions. The drive plates 205 and 206 are connected to the connection frame 204 via link beams 207 and 208 having elasticity of a predetermined level or more in the X direction, respectively.

駆動プレート205、206は、それぞれ連結フレーム204に接合されたリンク梁207、208の一端側に接続されている。その結果、駆動プレート205、206は、連結フレーム204に対して、リンク梁207、208の弾性に基づき許容される範囲で移動可能となる。また、駆動プレート205、206は静電力発生構造を備え、この構造として、平面部分にY方向に沿って形成された複数のスリット205a、206aを有している。   The drive plates 205 and 206 are connected to one ends of link beams 207 and 208 joined to the connection frame 204, respectively. As a result, the drive plates 205 and 206 can move with respect to the connecting frame 204 within an allowable range based on the elasticity of the link beams 207 and 208. Further, the drive plates 205 and 206 have an electrostatic force generation structure, and as this structure, the drive plates 205 and 206 have a plurality of slits 205a and 206a formed in the plane direction along the Y direction.

他方、駆動プレート205、206の各スリット205a、206aに対応して、平板状に形成された複数の駆動電極219、220が、半導体基板201上でY方向に沿って設けられている。これら駆動電極219、220は、半導体基板201に対して垂直に立ち上がるように、絶縁膜209上に形成された駆動電極結合用電極225、226に接合され、それぞれ対応するスリット205a、206a内に収まっている。この状態で、各駆動電極219、220とスリット205a、206aの内壁とは互いに平行に支持されている。このようにして、駆動プレート205、206に形成されたスリット205a、206aおよび該スリット205a、206aの内部に収納された駆動電極219、220は、微小なギャップで隔てられた平行平板の電極対を構成している。   On the other hand, a plurality of drive electrodes 219 and 220 formed in a flat plate shape are provided along the Y direction on the semiconductor substrate 201 so as to correspond to the slits 205a and 206a of the drive plates 205 and 206, respectively. These drive electrodes 219 and 220 are joined to the drive electrode coupling electrodes 225 and 226 formed on the insulating film 209 so as to rise perpendicularly to the semiconductor substrate 201, and fit in the corresponding slits 205a and 206a, respectively. ing. In this state, the drive electrodes 219 and 220 and the inner walls of the slits 205a and 206a are supported in parallel with each other. In this way, the slits 205a, 206a formed in the drive plates 205, 206 and the drive electrodes 219, 220 housed in the slits 205a, 206a are formed by parallel plate electrode pairs separated by a minute gap. It is composed.

この角速度センサ210の動作原理においては、駆動プレート205、206と駆動電極219、220との間にAC電位差を与えると、駆動プレート205、206はその電位差によって発生する静電引力によりX方向に振動する。駆動プレート205、206を電気的に接地し、駆動電極219、220に共通のDCバイアス電圧を伴った同相のAC電圧(Vdc±Vac)を印加すると、左右の駆動プレート205、206は逆相にX方向に沿って振動する。このとき、駆動プレート205、206がその一端側に接続されるリンク梁207、208を介して、連結フレーム204がX方向に力を受ける。左右両側のリンク梁207、208からの伝達力は、連結フレーム204上の異なったY軸上の二点間に作用するため、連結フレーム204およびこれに接続された慣性質量体202、203は、連結フレーム204上の中心の周りに回転捩れ振動を行う。この回転捩れ振動が、その共振周波数で行われる場合に、最大変位振幅および最大速度振幅が取得される。これにより、駆動AC電圧としては共振周波数を選ぶことが好ましい。   In the operating principle of the angular velocity sensor 210, when an AC potential difference is applied between the drive plates 205 and 206 and the drive electrodes 219 and 220, the drive plates 205 and 206 vibrate in the X direction due to electrostatic attraction generated by the potential difference. To do. When the drive plates 205 and 206 are electrically grounded and an in-phase AC voltage (Vdc ± Vac) with a common DC bias voltage is applied to the drive electrodes 219 and 220, the left and right drive plates 205 and 206 are in opposite phases. Vibrates along the X direction. At this time, the connecting frame 204 receives a force in the X direction via the link beams 207 and 208 to which the driving plates 205 and 206 are connected to one end side thereof. Since the transmission force from the link beams 207 and 208 on the left and right sides acts between two points on different Y axes on the connection frame 204, the connection frame 204 and the inertia mass bodies 202 and 203 connected thereto are Rotational torsional vibration is performed around the center on the connecting frame 204. When this rotational torsional vibration is performed at the resonance frequency, the maximum displacement amplitude and the maximum velocity amplitude are acquired. Accordingly, it is preferable to select a resonance frequency as the driving AC voltage.

このように慣性質量体202、203が半導体基板201上で逆相に回転捩れ振動を行っている場合、Y方向の軸周りの角速度が入力されると、慣性質量体202、203はそれぞれ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201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202、203は互いに逆相の半導体基板201の外方への慣性力を受け、X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、各慣性質量体202、203とその下側に設けられた検出電極211、212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。   As described above, when the inertial mass bodies 202 and 203 are performing rotational torsional vibration in the opposite phase on the semiconductor substrate 201, when the angular velocities around the axis in the Y direction are input, the inertial mass bodies 202 and 203 have their respective speeds. An inertial force, that is, a Coriolis force is applied in a direction orthogonal to the vibration vector direction and the angular velocity vector direction (Z direction orthogonal to the semiconductor substrate 201). As a result, the inertial mass bodies 202 and 203 receive an inertial force outward from the semiconductor substrate 201 having a phase opposite to each other, and a rotational vibration around the central axis in the X direction is induced. Since the displacement of this rotational vibration is proportional to the angular velocity, this displacement is converted into a CV converter through a capacitance change between each of the inertia mass bodies 202, 203 and the detection electrodes 211, 212 provided therebelow. Thus, it is possible to obtain an angular velocity signal by converting into an electrical output.

検出電極211、212と各慣性質量体202、203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202、203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 detection electrodes 211 and 212 and the inertia mass bodies 202 and 203 becomes a differential change at the time of angular velocity detection. By adopting a circuit configuration that can detect this differential change, It is possible to realize a configuration that is not affected by changing disturbance vibrations (displacement vibrations of the inertial mass bodies 202 and 203 generated by acceleration in the X direction and Z direction).

この角速度センサ210において、上記実施の形態1の加速度センサと同様にして、図41に示すように、慣性質量体202、203に凸部202a、203aが形成され、かつ検出電極211、212に凸部211b、212bが形成されてもよい。また実施の形態2〜5に示す構成と同様にマイクロミラーが構成されてもよい。   In the angular velocity sensor 210, as in the acceleration sensor of the first embodiment, as shown in FIG. 41, convex portions 202a and 203a are formed on the inertia mass bodies 202 and 203, and convex portions are detected on the detection electrodes 211 and 212. Portions 211b and 212b may be formed. Further, a micromirror may be configured similarly to the configurations shown in the second to fifth embodiments.

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.

1,106 支持基板、1A 基板、2,209 絶縁膜、3 導電性膜、3a アンカー支持部、3b,211 検出電極、3ba,3bb 検出電極部、3c,5h 固定電極、3d,5f,102a,105a,202a,211b 凸部、4 犠牲膜、4a,4c 孔、5 導電膜(シリコン活性層)、5a,104,231 アンカー部、5a1 第1の支持部、5c1 第2の支持部、5b,103 ねじれ梁、5c 検出フレーム(可動電極)、5d,207 リンク梁、5e,202,202,203 慣性質量体、5g 梁、5i 基板支持部、6,21 薄膜、7 熱酸化膜、10a,10b 貫通孔、11,11a,11b 多結晶シリコン膜、101 ミラー部、102 ミラー形成基板、105,219 駆動電極、201 半導体基板、202A,203A 補助支持梁、204 連結フレーム、205 駆動プレート、205a,206a スリット、210 角速度センサ、211a,213a,214a,215a,216a 配線、213 モニタ電極、217,221 金属配線パッド、225 駆動電極結合用電極、227 梁。 1, 106 support substrate, 1A substrate, 2,209 insulating film, 3 conductive film, 3a anchor support part, 3b, 211 detection electrode, 3ba, 3bb detection electrode part, 3c, 5h fixed electrode, 3d, 5f, 102a, 105a, 202a, 211b convex part, 4 sacrificial film, 4a, 4c hole, 5 conductive film (silicon active layer), 5a, 104, 231 anchor part, 5a 1 first support part, 5c 1 second support part, 5b, 103 torsion beam, 5c detection frame (movable electrode), 5d, 207 link beam, 5e, 202, 202, 203 inertia mass body, 5g beam, 5i substrate support, 6, 21 thin film, 7 thermal oxide film, 10a , 10b Through hole, 11, 11a, 11b Polycrystalline silicon film, 101 mirror portion, 102 mirror forming substrate, 105, 219 drive electrode, 201 semiconductor substrate, 202A, 203A Auxiliary support beam, 204 connection frame, 205 driving plate, 205a, 206a slit, 210 angular velocity sensor, 211a, 213a, 214a, 215a, 216a wiring, 213 monitor electrode, 217, 221 metal wiring pad, 225 driving electrode coupling electrode, 227 Beam.

Claims (8)

基板との間に隙間を介して配置された可動構造体を第1および第2の支持部の各々で前記基板に対して支持した支持構造を形成する工程と、
前記基板から前記可動構造体に向かう上下方向における前記第2の支持部の少なくとも一部において、前記第2の支持部の前記上下方向に直交する幅方向の全体が酸化するように酸化膜を形成する工程と、
前記酸化膜を除去することにより、前記第2の支持部が形成されていた箇所において前記基板から前記可動構造体を浮かせ、前記基板および前記可動構造体の少なくとも一方の前記第2の支持部が接続されていた箇所に凸部を形成し、かつ前記基板に対して前記可動構造体を前記第1の支持部で支持する工程とを備えた、マイクロデバイスの製造方法。
Forming a support structure in which the movable structure disposed between the substrate and the substrate is supported with respect to the substrate by each of the first and second support portions;
An oxide film is formed on at least a part of the second support portion in the vertical direction from the substrate toward the movable structure so that the entire width direction perpendicular to the vertical direction of the second support portion is oxidized. And a process of
By removing the oxide film, the movable structure is floated from the substrate at a location where the second support is formed, and the second support of at least one of the substrate and the movable structure is Forming a convex portion at a connected location and supporting the movable structure with respect to the substrate by the first support portion.
前記第1および第2の支持部は多結晶シリコンを含む材質から形成される、請求項1に記載のマイクロデバイスの製造方法。   The method for manufacturing a microdevice according to claim 1, wherein the first and second support portions are formed of a material containing polycrystalline silicon. 前記支持構造が形成された状態において、前記第1の支持部の前記幅方向の寸法は、前記第2の支持部の前記幅方向の寸法よりも大きい、請求項1または2に記載のマイクロデバイスの製造方法。   3. The microdevice according to claim 1, wherein in the state where the support structure is formed, a dimension in the width direction of the first support portion is larger than a dimension in the width direction of the second support portion. Manufacturing method. 前記基板は電極用導電膜を含み、かつ前記可動構造体は前記電極用導電膜と前記第2の支持部で接続されるように形成され、
前記第2の支持部の前記幅方向の全体に形成された前記酸化膜が除去されることにより、前記可動構造体および前記電極用導電膜の各々に前記凸部が形成される、請求項1〜3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 substrate includes a conductive film for electrodes, and the movable structure is formed to be connected to the conductive film for electrodes and the second support portion,
The convex portion is formed on each of the movable structure and the electrode conductive film by removing the oxide film formed on the entire width direction of the second support portion. The manufacturing method of the microdevice of any one of -3.
熱酸化されない材質よりなる酸化防止層で前記基板および前記可動構造体のいずれか一方を覆った状態で、前記第1および第2の支持部の各々により前記可動構造体が前記基板に対して支持された前記支持構造が形成され、
前記酸化膜は前記酸化防止層が形成された状態で形成され、
前記酸化膜を除去することにより前記凸部は前記酸化防止層で覆われていない前記基板および前記可動構造体のいずれか他方のみに形成される、請求項1〜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 movable structure is supported on the substrate by each of the first and second support portions in a state where either the substrate or the movable structure is covered with an antioxidant layer made of a material that is not thermally oxidized. Said support structure formed,
The oxide film is formed in a state where the antioxidant layer is formed,
The said convex part is formed only in either one of the said board | substrate and the said movable structure which are not covered with the said antioxidant layer by removing the said oxide film, The any one of Claims 1-3. Microdevice manufacturing method.
前記支持構造が形成された状態において、前記第2の支持部が前記上下方向に沿ってテーパー形状となるように形成される、請求項1〜5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 microdevice manufacturing method according to claim 1, wherein the second support portion is formed to have a tapered shape along the vertical direction in a state where the support structure is formed. Method. 前記支持構造を形成する工程は、
前記基板と、前記基板上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成された可動構造体用導電層とを含むSOI基板を準備する工程と、
それぞれが前記可動構造体用導電層と前記絶縁層とを貫通して前記基板に達する第1および第2の孔を形成する工程と、
前記第1および第2の孔の各々の内部に充填層を形成して、前記第1の孔内の前記充填層により前記第1の支持部を形成し、前記第2の孔内の前記充填層により前記第2の支持部を形成する工程と、
前記第1および第2の支持部が形成された後に前記絶縁層を除去する工程とを備えた、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。
Forming the support structure comprises:
Preparing an SOI substrate including the substrate, an insulating layer formed on the substrate, and a conductive layer for a movable structure formed on the insulating layer;
Forming first and second holes each penetrating the movable structure conductive layer and the insulating layer to reach the substrate;
A filling layer is formed inside each of the first and second holes, the first support portion is formed by the filling layer in the first hole, and the filling in the second hole is performed. Forming the second support by a layer;
The method for manufacturing a microdevice according to claim 1, further comprising a step of removing the insulating layer after the first and second support portions are formed.
前記酸化膜を除去して前記凸部を形成した後、前記凸部の先端部を丸める工程をさらに備えた、請求項1〜7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 method for manufacturing a microdevice according to claim 1, further comprising a step of rounding a tip portion of the convex portion after removing the oxide film to form the convex portion .
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