JP2008309657A - Structure manufactured from laminate and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ベース層と犠牲層と活性層の順に積層されている積層体から、所定範囲の犠牲層と活性層をエッチングすることによって製造される構造体に関する。本発明はその構造体の製造方法にも関する。 The present invention relates to a structure manufactured by etching a predetermined range of a sacrificial layer and an active layer from a stacked body in which a base layer, a sacrificial layer, and an active layer are stacked in this order. The present invention also relates to a method for manufacturing the structure.
特許文献1に、ベース層と犠牲層と活性層の順に積層されている積層体から、基部と梁と錘部を備える構造体を製造する技術が開示されている。基部は、犠牲層を介してベース層に固定されている範囲の活性層によって形成されている。梁は、その基部を形成している活性層から伸びているとともに対応する範囲の犠牲層がエッチングされているためにベース層から遊離している範囲の活性層によって形成されている。錘部は、その梁の反基部側に固定されているとともに対応する範囲の犠牲層がエッチングされているためにベース層から遊離している範囲の活性層によって形成されている。
このような構造体は、錘部に対向するとともにベース層に固定されている固定電極を備えている。錘部と固定電極の間に電圧を印加することによりキャパシタが形成される。そのキャパシタの静電容量の変化を検出することによって、加速度検出装置や角速度検出装置等の力学量検出装置として使用することができる。あるいは、固定電極に印加する電圧を変化させることによって、アクチュエータとして使用することもできる。特許文献1には、上記構造体を加速度検出装置として使用する例が開示されている。また、上記構造体を角速度検出装置として使用する例が特許文献2に開示されている。
従来の構造体の製造方法では、まず、梁と錘部の外周に沿った範囲のうちの基部と梁との接続部と梁と錘部の接続部を除外した範囲の活性層と、錘部内に分散して配置されている複数の孤立範囲内の活性層を異方性エッチングして犠牲層を露出させる。この段階で、錘部を形成している活性層に、その活性層の表面から裏面まで貫通している複数の貫通孔が形成される。次いで、貫通孔内において露出した範囲から犠牲層を等方性エッチングし、梁と錘部を形成する活性層をベース層から遊離させる。
Patent Document 1 discloses a technique for manufacturing a structure including a base, a beam, and a weight from a stacked body in which a base layer, a sacrificial layer, and an active layer are stacked in this order. The base is formed by an active layer in a range fixed to the base layer via a sacrificial layer. The beam is formed by an active layer that extends from the active layer that forms the base and is free from the base layer because the corresponding sacrificial layer is etched. The weight portion is formed by an active layer in a range free from the base layer because the sacrificial layer in a corresponding range is etched and the sacrificial layer in a corresponding range is etched.
Such a structure includes a fixed electrode that faces the weight portion and is fixed to the base layer. A capacitor is formed by applying a voltage between the weight portion and the fixed electrode. By detecting a change in the capacitance of the capacitor, it can be used as a mechanical quantity detection device such as an acceleration detection device or an angular velocity detection device. Alternatively, it can be used as an actuator by changing the voltage applied to the fixed electrode. Patent Document 1 discloses an example in which the structure is used as an acceleration detection device. An example in which the above structure is used as an angular velocity detection device is disclosed in Patent Document 2.
In the conventional structure manufacturing method, first, the active layer in the range excluding the connection part of the base and the beam, the connection part of the beam and the weight part in the range along the outer periphery of the beam and the weight part, The sacrificial layer is exposed by anisotropically etching the active layers in a plurality of isolated ranges that are dispersed in the substrate. At this stage, a plurality of through holes penetrating from the front surface to the back surface of the active layer are formed in the active layer forming the weight portion. Next, the sacrificial layer is isotropically etched from the exposed range in the through hole, and the active layer forming the beam and the weight portion is released from the base layer.
特許文献1の製造方法では、活性層を異方性エッチングする工程において、活性層に貫通孔を形成するのに必要なエッチング時間(犠牲層が露出するまでのエッチング時間)よりも長時間に亘って(過剰に)異方性エッチングを実施する。過剰に異方性エッチングすると、活性層と犠牲層の境界部分の活性層にノッチングが発生する。ここでいうノッチングとは、貫通孔の底面近傍で貫通孔の断面積が拡大する現象をいう。ノッチングが発生すると、等方性エッチングを実施するときに、等方性エッチングに使用するエッチング剤が活性層と犠牲層との間に侵入しやすくなり、犠牲層をすばやく除去することができる。しかしながら活性層を過剰にエッチングすると、錘部内の貫通孔のみならず、錘部の輪郭を確定する活性層や梁を形成する活性層にもノッチングが発生してしまう。錘部や梁の輪郭にノッチングが発生すると、それらの形状が設定値からずれてしまい、共振周波数にばらつきが生じる等の現象が発生し、検出装置の検出精度が低下してしまう。また、上記構造体をアクチュエータとして使用する場合にも、基部や梁部の動作が不安定になる等の不具合が生じてしまう。構造体の特性を設計値に近づけるためには、活性層の全ての範囲でノッチングを発生させるという方策は好ましくない。なお、特許文献2には、角速度検出装置の検出精度を良好に維持するために、活性層にノッチングが発生することを防止すべき旨の記載がある。 In the manufacturing method of Patent Document 1, in the step of anisotropically etching the active layer, it takes a longer time than the etching time (etching time until the sacrificial layer is exposed) required to form a through hole in the active layer. (Excessively) anisotropic etching is performed. When the anisotropic etching is excessive, notching occurs in the active layer at the boundary between the active layer and the sacrificial layer. The notching here refers to a phenomenon in which the cross-sectional area of the through hole is enlarged near the bottom surface of the through hole. When notching occurs, an etchant used for isotropic etching easily enters between the active layer and the sacrificial layer when the isotropic etching is performed, and the sacrificial layer can be quickly removed. However, if the active layer is etched excessively, notching occurs not only in the through hole in the weight portion but also in the active layer that defines the contour of the weight portion and the active layer that forms the beam. When notching occurs in the contours of the weight part and the beam, their shapes deviate from the set values, and a phenomenon such as variation in the resonance frequency occurs, resulting in a decrease in detection accuracy of the detection device. In addition, when the structure is used as an actuator, problems such as unstable operation of the base and the beam occur. In order to bring the characteristics of the structure close to the design value, it is not preferable to generate notching in the entire range of the active layer. In addition, Patent Document 2 has a description that notching should be prevented from occurring in the active layer in order to maintain good detection accuracy of the angular velocity detection device.
例えば、上記構造体を使用して加速度検出装置や角速度検出装置を製造する場合、錘部の質量が重いほど検出感度が向上する。そのため、錘部については、活性層に形成する貫通孔が占める体積を小さくすることが好ましい。すなわち、隣接する貫通孔の間隔を大きくしたり、貫通孔の最小径を小さくしたりすることが好ましい。隣接する貫通孔の間隔を大きくしたり、貫通孔の最小径を小さくしても、等方性エッチングの時間を長く設定することによって、ベース層から錘部と梁部を遊離させることはできる。しかしながら、上記構造体では、錘部を形成している活性層とベース層が接触する(貼りつく)ことを防止するためのストッパとして、貫通孔と貫通孔を分離している範囲の犠牲層を残存させることが好ましい。ストッパを確実に残存させるためには、等方性エッチングの工程において、貫通孔から露出する犠牲層がエッチングされ、ベース層が露出した時にエッチングを停止しなくてはいけない。すなわち、隣接する貫通孔の間隔を大きくしたり、貫通孔の最小径を小さくするのに対応して、等方性エッチングの時間を長くすれば、ベース層と錘部を形成している活性層を遊離させることはできるが、ストッパが残存しなくなってしまう。
本発明では、錘部を形成する活性層とベース層の接触を防止するためのストッパを備えているとともに、錘部の質量が増加している構造体を実現する技術を提供する。
For example, when an acceleration detection device or an angular velocity detection device is manufactured using the above structure, the detection sensitivity improves as the mass of the weight portion increases. Therefore, it is preferable to reduce the volume occupied by the through-hole formed in the active layer for the weight portion. That is, it is preferable to increase the interval between adjacent through holes or reduce the minimum diameter of the through holes. Even if the interval between adjacent through holes is increased or the minimum diameter of the through holes is reduced, the weight portion and the beam portion can be released from the base layer by setting the isotropic etching time longer. However, in the above structure, a sacrificial layer in a range where the through hole and the through hole are separated is used as a stopper for preventing the active layer forming the weight portion and the base layer from contacting (sticking). It is preferable to leave it. In order to ensure that the stopper remains, the sacrificial layer exposed from the through hole is etched in the isotropic etching process, and the etching must be stopped when the base layer is exposed. That is, if the time of isotropic etching is increased in response to increasing the interval between adjacent through holes or reducing the minimum diameter of the through holes, the active layer forming the base layer and the weight portion Can be released, but the stopper does not remain.
The present invention provides a technique for realizing a structure that includes a stopper for preventing contact between the active layer forming the weight portion and the base layer and in which the mass of the weight portion is increased.
本発明者の研究により、活性層を異方性エッチングするときに、幅が10.0μm未満の範囲を異方性エッチングすると、活性層を過剰にエッチングしないでも活性層の犠牲層との境界部分にノッチングが発生することが判明した。本発明では、その技術を利用して構造体を製造する。
本発明の構造体の製造方法では、異方性エッチングをするときに、錘部内に分散して形成する貫通孔でのみノッチングを発生させる。錘部や梁の輪郭を確定するためにエッチングする部分ではノッチングを発生させない。錘部内に分散して形成される貫通孔でノッチングが発生すると、貫通孔内で露出する犠牲層の面積が大きくなるため、ノッチングが発生しない場合と比較すると、隣接する貫通孔の間隔を大きくしたり、貫通孔の最小径を小さくすることができる。錘部の輪郭を確定する活性層にはノッチングを発生させないため、錘部の形状が設定値からずれることがなく、錘部の重量を増加させることができる。
According to the research of the present inventor, when the active layer is anisotropically etched, if the width of less than 10.0 μm is anisotropically etched, the boundary portion between the active layer and the sacrificial layer can be obtained without excessive etching of the active layer. It was found that notching occurred. In the present invention, the structure is manufactured using the technique.
In the structure manufacturing method of the present invention, when anisotropic etching is performed, notching is generated only in the through holes formed in a distributed manner in the weight portion. Notching is not generated in the portion etched to determine the contour of the weight portion or the beam. If notching occurs in the through-holes that are dispersed in the weight part, the area of the sacrificial layer exposed in the through-holes increases, so the distance between adjacent through-holes is increased compared to the case where notching does not occur. Or the minimum diameter of the through hole can be reduced. Since notching is not generated in the active layer that defines the contour of the weight portion, the weight portion does not deviate from the set value, and the weight of the weight portion can be increased.
本発明は、ベース層と犠牲層と活性層の順に積層されている積層体から、犠牲層を介してベース層に固定されている範囲の活性層によって形成されている基部と、その基部を形成している活性層から伸びているとともに対応する範囲の犠牲層がエッチングされているためにベース層から遊離している範囲の活性層によって形成されている梁と、その梁の反基部側に固定されているとともに対応する範囲の犠牲層がエッチングされているためにベース層から遊離している範囲の活性層によって形成されている錘部を備えている構造体を製造する方法を提供する。
その製造方法は、梁と錘部の外周に沿った範囲のうちの基部と梁との接続部と梁と錘部との接続部を除外した範囲の活性層と、錘部内に分散して配置されている複数の孤立範囲内の活性層を異方性エッチングして犠牲層を露出させる異方性エッチング工程と、異方性エッチング工程で露出した範囲から犠牲層を等方性エッチングして梁と錘部を形成する活性層をベース層から遊離させる等方性エッチング工程を備えている。ここで、孤立範囲の最小径をx(μm)とし、周囲を孤立範囲で取り囲まれている領域の中心点から孤立範囲までの最短距離をG(μm)とし、犠牲層の厚さをh(μm)としたときに、下記式(1)と(2)を同時に満足する関係で孤立範囲群を分散して形成する。
x<10.0 (1)
1.0<G<h+1.0 (2)
なお、本明細書でいう孤立範囲又は貫通孔の「最小径」とは、その孤立範囲又は貫通孔の中心位置を通る径を全方位について測定したうちの最小の径をいう。すなわち、その孤立範囲又は貫通孔が長方形又は正方形のときは短辺の長さをいい、その孤立範囲又は貫通孔が円のときは直径のことをいう。
In the present invention, a base formed by an active layer in a range fixed to the base layer via the sacrificial layer is formed from the stacked body in which the base layer, the sacrificial layer, and the active layer are sequentially stacked, and the base is formed. The beam is formed by the active layer extending from the active layer and being free from the base layer because the corresponding sacrificial layer is etched, and fixed to the opposite base side of the beam And a method of manufacturing a structure comprising a weight portion formed by an active layer in a range free from a base layer because a corresponding range of sacrificial layer is etched.
The manufacturing method includes an active layer in a range excluding a connection portion between the base and the beam, a connection portion between the beam and the weight portion in a range along the outer periphery of the beam and the weight portion, and a dispersion in the weight portion. An anisotropic etching process in which a sacrificial layer is exposed by anisotropically etching a plurality of isolated active layers, and a beam in which the sacrificial layer is isotropically etched from the area exposed in the anisotropic etching process. And an isotropic etching step for releasing the active layer forming the weight portion from the base layer. Here, the minimum diameter of the isolated range is x (μm), the shortest distance from the center point of the region surrounded by the isolated range to the isolated range is G (μm), and the thickness of the sacrificial layer is h ( μm), the isolated range group is formed in a distributed manner so as to satisfy the following expressions (1) and (2) simultaneously.
x <10.0 (1)
1.0 <G <h + 1.0 (2)
In addition, the “minimum diameter” of the isolated range or the through hole in the present specification refers to the minimum diameter of all the diameters measured through the central position of the isolated range or the through hole. That is, when the isolated area or the through hole is rectangular or square, it means the length of the short side, and when the isolated area or the through hole is a circle, it means the diameter.
上記の製造方法によると、異方性エッチング工程で、複数の貫通孔を錘部内に分散して形成することができる。上記式(1)を満足しているために、梁と錘部の外周に沿った範囲の活性層にノッチングが形成されないように異方性エッチングを実施しても、錘部内に分散して形成される貫通孔群では、活性層と犠牲層の境界部分の活性層が貫通孔の外側に向かって約1.0μmだけ広がってエッチングされるノッチングを形成することができる。ベース層側に開口する貫通孔の最小径を約2.0μmだけ大きくすることができる。また、上記式(2)を満足しているために、梁と錘部を形成する活性層と犠牲層を分離することができるとともに、錘部を形成する活性層とベース層の間にストッパを形成することができる。すなわち、貫通孔と貫通孔を分離する活性層に対応する範囲の犠牲層の一部を残存させることができる。貫通孔群でノッチングが形成されるために、ノッチングが形成されない場合よりも異方性エッチング範囲の最小径を小さくすることができ、錘部の質量を増加させることができる。その結果、例えばその構造体を使用して製造される力学量検出装置の検出精度を向上させることができる。 According to the above manufacturing method, a plurality of through holes can be dispersed and formed in the weight portion in the anisotropic etching step. Since the above equation (1) is satisfied, even if anisotropic etching is performed so that notching is not formed in the active layer in the range along the outer periphery of the beam and the weight portion, the active layer is dispersedly formed in the weight portion. In the through hole group to be formed, the active layer at the boundary between the active layer and the sacrificial layer can be formed with a notch that is etched by spreading about 1.0 μm toward the outside of the through hole. The minimum diameter of the through hole opened to the base layer side can be increased by about 2.0 μm. Further, since the above formula (2) is satisfied, the active layer and the sacrificial layer forming the beam and the weight portion can be separated, and a stopper is provided between the active layer forming the weight portion and the base layer. Can be formed. That is, a part of the sacrificial layer corresponding to the active layer that separates the through hole and the through hole can be left. Since notching is formed in the through hole group, the minimum diameter of the anisotropic etching range can be made smaller than when notching is not formed, and the mass of the weight portion can be increased. As a result, for example, the detection accuracy of a mechanical quantity detection device manufactured using the structure can be improved.
ここで図14から図18を参照して、上記式(1)、(2)を同時に満足することによって、梁と錘部を形成する活性層と犠牲層を分離することができるとともに、錘部を形成する活性層とベース層の間にストッパを形成することができる理由を説明する。図14(a)は孤立範囲が円形の場合を示し、図14(b)は孤立範囲が正方形の場合を示し、図14(c)は孤立範囲が長方形の場合を示している。
上記したように、等方性エッチング工程では、犠牲層をエッチングしてベース層が露出した時にエッチングを停止する。すなわち、ベース層と活性層の間の距離(犠牲層の厚さh)に相当する分の犠牲層だけがエッチングされる。そのため、貫通孔の底に露出していない範囲の犠牲層(上部の活性層がエッチングされていない範囲の犠牲層)は、露出した犠牲層と露出していない犠牲層の境界部分から、犠牲層の厚さhに相当する距離内に存在する部分がエッチングされる。錘部においては、周囲を孤立範囲で取り囲まれている領域の中心点Mが最もエッチングされにくい。
Here, referring to FIGS. 14 to 18, by satisfying the above equations (1) and (2) at the same time, the active layer and the sacrificial layer forming the beam and the weight portion can be separated, and the weight portion The reason why the stopper can be formed between the active layer and the base layer forming the layer will be described. FIG. 14A shows a case where the isolated area is a circle, FIG. 14B shows a case where the isolated area is a square, and FIG. 14C shows a case where the isolated area is a rectangle.
As described above, in the isotropic etching process, the etching is stopped when the sacrificial layer is etched and the base layer is exposed. That is, only the sacrificial layer corresponding to the distance (sacrificial layer thickness h) between the base layer and the active layer is etched. Therefore, a sacrificial layer in a range not exposed at the bottom of the through hole (a sacrificial layer in a range in which the upper active layer is not etched) is separated from a boundary portion between the exposed sacrificial layer and the unexposed sacrificial layer. A portion existing within a distance corresponding to the thickness h is etched. In the weight portion, the center point M of the region surrounded by the isolated range is most difficult to be etched.
図15から図17は孤立範囲を異方性エッチングして貫通孔4を形成した後に、犠牲層24を等方性エッチングする工程を示している。図15は、2h+2.0<2G(すなわち、h+1.0<G)の場合を示している。図16は、2h+2.0=2G(すなわち、h+1.0=G)の場合を示している。図17は、2h+2.0>2G(すなわち、h+1.0>G)の場合を示している。また、図面からも明らかなように、図15から図17では、2.0<2G(すなわち、1.0<G)の関係を満足している。なお、図中15から図17では寸法単位を省略しているが、寸法単位は全てμmである。
上記したように、孤立範囲の最小径が10.0μm未満のため、活性層2と犠牲層24の境界部分の活性層2が貫通孔4の外側に向かって約1.0μmだけ広がってエッチングされる。等方性エッチングを行う前は、犠牲層24はラインt0まで残存している。等方性エッチングを開始すると、ラインt1、ラインt2、ラインt3の順に犠牲層24がエッチングされる。ラインt3までエッチングし、ベース層6が露出した時に等方性エッチングを終了する。なお、ラインt3は、犠牲層24を犠牲層24の厚さhに相当する距離だけエッチングした時の犠牲層24の外形を示している。
図15に示すように、h+1.0<Gの場合、周囲を孤立範囲で取り囲まれている領域の中心点Mの犠牲層24をエッチングすることができない。すなわち、活性層2をベース層6から遊離させることができない。
図16に示すように、h+1.0=Gの場合、犠牲層の厚みhに相当する距離だけエッチングすると、異なる貫通孔4から進行してきた等方性エッチング(ラインt3)が、中心点Mに達する。
図17に示すように、h+1.0>Gの場合、犠牲層の厚みhに相当する距離だけエッチングすると、異なる貫通孔4から進行してきた等方性エッチング(ラインt3)が、互いに交差する。すなわち、最もエッチングされにくい中心点Mにおいて、活性層2をベース層6から遊離させることができる。また、中心点M付近に、ストッパとして犠牲層24を残存させることができる。
15 to 17 show a process of isotropic etching of the sacrificial layer 24 after forming the through hole 4 by anisotropically etching the isolated region. FIG. 15 shows a case of 2h + 2.0 <2G (that is, h + 1.0 <G). FIG. 16 shows the case of 2h + 2.0 = 2G (that is, h + 1.0 = G). FIG. 17 shows the case of 2h + 2.0> 2G (that is, h + 1.0> G). As is apparent from the drawings, the relationship of 2.0 <2G (that is, 1.0 <G) is satisfied in FIGS. In FIG. 15 to FIG. 17, the dimensional unit is omitted, but the dimensional unit is all μm.
As described above, since the minimum diameter of the isolated region is less than 10.0 μm, the active layer 2 at the boundary between the active layer 2 and the sacrificial layer 24 is etched by spreading about 1.0 μm toward the outside of the through hole 4. The Before the isotropic etching, the sacrificial layer 24 remains up to the line t0. When isotropic etching is started, the sacrificial layer 24 is etched in the order of the line t1, the line t2, and the line t3. The etching is performed up to the line t3, and the isotropic etching is finished when the base layer 6 is exposed. The line t3 shows the outer shape of the sacrificial layer 24 when the sacrificial layer 24 is etched by a distance corresponding to the thickness h of the sacrificial layer 24.
As shown in FIG. 15, when h + 1.0 <G, the sacrificial layer 24 at the center point M of the region surrounded by the isolated range cannot be etched. That is, the active layer 2 cannot be released from the base layer 6.
As shown in FIG. 16, when h + 1.0 = G, isotropic etching (line t3) that has progressed from different through-holes 4 at the center point M occurs when etching is performed by a distance corresponding to the thickness h of the sacrificial layer. Reach.
As shown in FIG. 17, in the case of h + 1.0> G, isotropic etching (line t3) proceeding from different through holes 4 intersects each other when etching is performed by a distance corresponding to the thickness h of the sacrificial layer. That is, the active layer 2 can be released from the base layer 6 at the center point M that is most difficult to be etched. Also, the sacrificial layer 24 can be left as a stopper near the center point M.
図18は、2.0=2G(すなわち、1.0=G)の場合を示している。このとき、活性層2と犠牲層24の境界部分の活性層2が貫通孔4の外側に向かって約1.0μmだけ広がってエッチングされ、異なる貫通孔4のエッチング同士が中心点Mに達する。そのため、等方性エッチングを開始した時から、中心点Mと接している犠牲層24がエッチングされ始める。その結果、犠牲層24の厚みhだけ等方性エッチングした時に、ストッパとして犠牲層24を残存させることができない。
以上の理由より、上記式(1)、(2)を同時に満足することによって、梁と錘部を形成する活性層と犠牲層を分離することができるとともに、錘部を形成する活性層とベース層の間にストッパを形成することができる。
FIG. 18 shows a case where 2.0 = 2G (that is, 1.0 = G). At this time, the active layer 2 at the boundary between the active layer 2 and the sacrificial layer 24 is etched by spreading about 1.0 μm toward the outside of the through hole 4, and the etching of the different through holes 4 reaches the center point M. Therefore, the sacrificial layer 24 in contact with the center point M starts to be etched from the time when the isotropic etching is started. As a result, when the sacrificial layer 24 is isotropically etched by the thickness h, the sacrificial layer 24 cannot be left as a stopper.
For the above reasons, by simultaneously satisfying the above expressions (1) and (2), the active layer and the sacrificial layer forming the beam and the weight portion can be separated, and the active layer and the base forming the weight portion are separated. A stopper can be formed between the layers.
孤立範囲の形状が円形又は正方形の場合、孤立範囲の寸法と、隣接する孤立範囲の間隔をパラメータとすることもできる。その製造方法では、錘部内に、各々が円形又は正方形の孤立範囲の複数個を等間隔で格子状に配置するとともに、孤立範囲の中心から最遠端までの距離をr(μm)とし、隣接する孤立範囲の間隔をP(μm)としたときに、下記式(3)を満足する関係で前記孤立範囲群を分散して形成する。
20.5×(r+1.0)<P<20.5×(r+h+1.0) (3)
なお、本明細書でいう孤立範囲又は貫通孔の「中心から最遠端までの距離」とは、その孤立範囲又は貫通孔が正方形のときは中心から頂点までの距離のことをいい、その孤立範囲又は貫通孔が円のときは半径のことをいう。
When the shape of the isolated range is a circle or a square, the size of the isolated range and the interval between adjacent isolated ranges can be used as parameters. In the manufacturing method, a plurality of isolated ranges each having a circular shape or a square shape are arranged in a lattice shape at equal intervals in the weight portion, and the distance from the center of the isolated range to the farthest end is defined as r (μm). When the interval between the isolated ranges is P (μm), the isolated range groups are formed in a distributed manner so as to satisfy the following formula (3).
2 0.5 × (r + 1.0) <P <2 0.5 × (r + h + 1.0) (3)
As used herein, the “distance from the center to the farthest end” of the isolated range or through hole means the distance from the center to the apex when the isolated range or through hole is square. When the area or through hole is a circle, it means the radius.
図14(a)、(b)に示しているように、孤立範囲の形状が円形又は正方形であり、孤立範囲が等間隔で格子状に配置されている場合、下記式(4)が得られる。
(2×G)+(2×r)=20.5×P (4)
式(4)を変形すると、下記式(5)が得られる。
G=(1/2)×20.5×P−r (5)
式(5)を式(2)に代入すると、上記式(3)が得られる。
上記の製造方法によると、犠牲層の厚さhの値が既知の場合、孤立範囲の寸法(孤立範囲の中心Cから最遠端までの距離r)を決定すれば、隣接する孤立範囲の間隔Pの採り得る範囲が決定する。反対に、隣接する孤立範囲の間隔Pを決定すれば、孤立範囲の寸法rの採り得る範囲が決定する。梁と錘部を形成する活性層と犠牲層を分離することができるとともに、錘部を形成する活性層とベース層の間にストッパを形成することができるという条件を満足しつつ、錘部の質量を増加させることができる。
As shown in FIGS. 14A and 14B, when the shape of the isolated area is a circle or square and the isolated areas are arranged in a lattice at equal intervals, the following formula (4) is obtained. .
(2 × G) + (2 × r) = 2 0.5 × P (4)
When the formula (4) is transformed, the following formula (5) is obtained.
G = (1/2) * 2 0.5 * Pr (5)
Substituting equation (5) into equation (2) yields equation (3) above.
According to the above manufacturing method, when the value of the thickness h of the sacrificial layer is known, the distance between adjacent isolated ranges can be determined by determining the size of the isolated range (distance r from the center C of the isolated range to the farthest end). The possible range of P is determined. On the contrary, if the interval P between adjacent isolated ranges is determined, the range in which the size r of the isolated range can be determined. While satisfying the condition that the active layer and the sacrificial layer that form the beam and the weight portion can be separated and the stopper can be formed between the active layer and the base layer that form the weight portion, The mass can be increased.
長方形の孤立範囲の複数個を等間隔で格子状に配置する場合にも、孤立範囲の寸法と、隣接する孤立範囲の間隔を、上記式(3)で表すことができる。但し、孤立範囲の中心について、長方形の孤立範囲に特有の定義が必要である。
図14(c)に示すように、「長方形の孤立範囲の中心C1」とは、孤立範囲の後記する3辺に内接する円の中心のことをいう。ここでいう3辺は、孤立範囲で取り囲まれている領域の中心点Mに最も近い頂点P1で交差する2辺a、bと、短辺bを隔てて長辺aに向かい合う辺cの3辺のことをいう。長方形の孤立範囲の中心C1は、中心点Mと頂点P1を結ぶ線L1上に位置する。長方形の孤立範囲の中心から最遠端までの距離rは、中心C1と頂点P1の距離のことをいう。
なお、長方形の孤立範囲を「等間隔に配置する」とは、孤立範囲の短辺方向において孤立範囲に囲まれた範囲の距離をs1とし、孤立範囲の長辺方向において孤立範囲に囲まれた範囲の距離をs2としたときに、全ての距離s1が同一距離であり、全ての距離s2が同一距離であり、さらに距離s1とs2が同一距離であることをいう。
Even when a plurality of rectangular isolated ranges are arranged in a lattice pattern at equal intervals, the size of the isolated range and the interval between adjacent isolated ranges can be expressed by the above equation (3). However, a definition specific to the rectangular isolated area is required for the center of the isolated area.
As shown in FIG. 14C, “the center C1 of the rectangular isolated range” refers to the center of a circle inscribed in the three sides described later of the isolated range. The three sides here are the three sides of the two sides a and b that intersect at the vertex P1 closest to the center point M of the region surrounded by the isolated range, and the side c that faces the long side a across the short side b. I mean. The center C1 of the rectangular isolated range is located on a line L1 connecting the center point M and the vertex P1. The distance r from the center of the rectangular isolated range to the farthest end is the distance between the center C1 and the vertex P1.
Note that “arranging rectangular isolated ranges at equal intervals” means that the distance of the range surrounded by the isolated range in the short side direction of the isolated range is s1, and the isolated range is surrounded by the isolated range in the long side direction of the isolated range. When the distance of the range is s2, all the distances s1 are the same distance, all the distances s2 are the same distance, and the distances s1 and s2 are the same distance.
本発明で実現される構造体は、ベース層と犠牲層と活性層の順に積層されている積層体から製造した構造体であって、犠牲層を介してベース層に固定されている範囲の活性層によって形成されている基部と、その基部を形成している活性層から伸びているとともに対応する範囲の犠牲層がエッチングされているためにベース層から遊離している範囲の活性層によって形成されている梁と、その梁の反基部側に固定されているとともに対応する範囲の犠牲層がエッチングされているためにベース層から遊離している範囲の活性層によって形成されている錘部と、錘部を形成している活性層の表面から裏面にまで貫通している複数個の貫通孔と、前記複数個の貫通穴を分離している範囲において残存するとともにベース層に固定されている犠牲層によって形成されているストッパを備えている。貫通孔の最小径をx(μm)とし、周囲を貫通孔で取り囲まれている領域の中心点から貫通孔までの最短距離をG(μm)とし、犠牲層の厚さをh(μm)としたときに、下記式(1)と(2)を同時に満足する関係に設定されている。
x<10.0 (1)
1.0<G<h+1.0 (2)
The structure realized by the present invention is a structure manufactured from a laminated body in which a base layer, a sacrificial layer, and an active layer are laminated in this order, and is active in a range fixed to the base layer via the sacrificial layer. The base formed by the layer and the active layer extending from the active layer forming the base and the corresponding active layer in the range free from the base layer because the corresponding sacrificial layer is etched. A weight part formed by an active layer in a range that is fixed to the opposite base side of the beam and is free from the base layer because the corresponding sacrificial layer is etched. A plurality of through-holes penetrating from the front surface to the back surface of the active layer forming the weight portion, and a sacrifice that remains in a range where the plurality of through-holes are separated and is fixed to the base layer layer Therefore and a stopper being formed. The minimum diameter of the through hole is x (μm), the shortest distance from the center point of the region surrounded by the through hole to the through hole is G (μm), and the thickness of the sacrificial layer is h (μm). In such a case, the relationship is set to satisfy the following expressions (1) and (2) simultaneously.
x <10.0 (1)
1.0 <G <h + 1.0 (2)
上記の構造体によると、梁と錘部を形成している活性層とベース層が接触することを防止することができる。また、錘部を形成している活性層とベース層の間にストッパを形成することができる。ベース層側に開口する貫通孔にノッチングが形成されており、ノッチングが形成されない場合よりも貫通孔の最小径xを小さくすることができる。錘部を形成する活性層の質量を増加させることができる。 According to said structure, it can prevent that the active layer and base layer which form the beam and the weight part contact. In addition, a stopper can be formed between the active layer forming the weight portion and the base layer. The notch is formed in the through hole opened to the base layer side, and the minimum diameter x of the through hole can be made smaller than the case where the notch is not formed. The mass of the active layer that forms the weight portion can be increased.
貫通孔の形状が円形又は正方形の場合、貫通孔の寸法と、隣接する貫通孔の間隔をパラメータとすることもできる。その構造体は、錘部内に、各々が円形又は正方形の貫通孔の複数個が等間隔で格子状に形成されており、貫通孔の中心から最遠端までの距離をr(μm)とし、隣接する貫通孔の間隔をP(μm)としたときに、下記式(3)を満足する関係で前記貫通孔囲群が分散して形成されている。
20.5×(r+1.0)<P<20.5×(r+h+1.0) (3)
犠牲層の厚さhの値が既知の場合、貫通孔の寸法(貫通孔の中心から最遠端までの距離r)及び/又は隣接する貫通孔の間隔Pを調整することによって、錘部を形成する活性層の質量が増加した構造体を設計することができる。
When the shape of the through hole is circular or square, the dimension of the through hole and the interval between the adjacent through holes can be used as parameters. In the weight portion, a plurality of through holes each having a circular or square shape are formed in a lattice shape at equal intervals in the weight portion, and the distance from the center of the through hole to the farthest end is r (μm), When the interval between adjacent through-holes is P (μm), the through-hole surrounding groups are formed in a distributed manner so as to satisfy the following formula (3).
2 0.5 × (r + 1.0) <P <2 0.5 × (r + h + 1.0) (3)
When the value of the thickness h of the sacrificial layer is known, the weight portion is adjusted by adjusting the dimension of the through hole (distance r from the center of the through hole to the farthest end) and / or the interval P between adjacent through holes. A structure in which the mass of the active layer to be formed is increased can be designed.
長方形の貫通孔の場合、「貫通孔の中心」、「貫通孔の中心から最遠端までの距離」、「等間隔に配置(形成)」の意味は、長方形の孤立範囲の意味と同じである。 In the case of a rectangular through hole, the meanings of “the center of the through hole”, “the distance from the center of the through hole to the farthest end”, and “place at equal intervals (formation)” are the same as the meaning of the rectangular isolated range. is there.
本発明の構造体では、シリコン構造体であることが好ましい。すなわち、犠牲層が酸化シリコンであり、活性層がシリコンであることが好ましい。
上記のシリコン構造体では、活性層を異方性エッチングするときには犠牲層をエッチングしないで、犠牲層を等方性エッチングするときには活性層をエッチングしない組み合わせのエッチング方法を採用することができる。
The structure of the present invention is preferably a silicon structure. That is, it is preferable that the sacrificial layer is silicon oxide and the active layer is silicon.
In the above silicon structure, a combination etching method can be employed in which the sacrificial layer is not etched when the active layer is anisotropically etched, and the active layer is not etched when the sacrificial layer is isotropically etched.
本発明のシリコン構造体では、上記式(1)と(2)のxが2.0μmよりも大きいことが好ましい。
xが2.0μm以下になると、貫通孔の最小径が小さすぎるために、貫通孔の内部にエッチング剤が侵入しにくくなってしまう。等方性エッチングのときに、犠牲層がエッチングされにくくなってしまい、錘部を形成する活性層とベース層が遊離されにくくなってしまう。xを2.0μmよりも大きくすることによって、貫通孔内にエッチング剤が侵入しやすくなり、確実に錘部を形成する活性層とベース層を遊離することができる。
In the silicon structure of the present invention, x in the above formulas (1) and (2) is preferably larger than 2.0 μm.
When x is 2.0 μm or less, since the minimum diameter of the through hole is too small, it becomes difficult for the etching agent to enter the inside of the through hole. In the isotropic etching, the sacrificial layer is hardly etched, and the active layer and the base layer that form the weight portion are not easily released. By making x larger than 2.0 μm, the etching agent can easily enter the through hole, and the active layer and the base layer that form the weight portion can be surely released.
本発明のシリコン構造体では、錘部の輪郭の少なくとも一部が波形状であることが好ましい。
上記のシリコン構造体によると、錘部がベース層に対して振動するときに、ディンプル効果が得られるために空気抵抗が小さくなる。例えば、シリコン構造体を角速度検出装置等に使用するときに、錘部に加わる空気抵抗を低減することができ、検出装置の検出精度を高くすることができる。
In the silicon structure of the present invention, it is preferable that at least a part of the contour of the weight portion has a wave shape.
According to the above silicon structure, since the dimple effect is obtained when the weight portion vibrates with respect to the base layer, the air resistance is reduced. For example, when the silicon structure is used for an angular velocity detection device or the like, the air resistance applied to the weight portion can be reduced, and the detection accuracy of the detection device can be increased.
本発明のシリコン構造体では、錘部を形成する活性層とその錘部に隣接して基部を形成する活性層との間に10.0μm未満の間隔が形成されていることが好ましい。
上記のシリコン構造体によると、錘部の外周の活性部にもノッチングを形成することができる。ノッチングが形成された分だけ錘部の外周を外側に拡張させることができるため、錘部を形成する活性増の質量を増加させることができる。
In the silicon structure of the present invention, it is preferable that a space of less than 10.0 μm is formed between the active layer forming the weight portion and the active layer forming the base portion adjacent to the weight portion.
According to the above silicon structure, notching can also be formed in the active part on the outer periphery of the weight part. Since the outer periphery of the weight portion can be expanded outward by the amount of notching, the mass of increased activity forming the weight portion can be increased.
本発明によると、ベース層と犠牲層と活性層の順に積層されている積層体から製造される構造体において、錘部を形成する活性層とベース層の接触を防止するためのストッパを備えているとともに、錘部の質量を増加させることができる。 According to the present invention, in the structure manufactured from the laminate in which the base layer, the sacrificial layer, and the active layer are laminated in order, the stopper for preventing the contact between the active layer forming the weight portion and the base layer is provided. And the mass of the weight portion can be increased.
実施例の主要な特徴を列記する。
(特徴1) 錘部の側壁に複数の第1平板群が形成されており、基部に複数の第2平板部群が形成されている。第1平板群と第2平板群が交互に対向して配置されている。
(特徴2) ベース層側に開口する貫通孔に、ノッチングが形成されている。
(特徴3) 正方形の孤立範囲が等間隔で格子状に配置されている。
The main features of the examples are listed.
(Feature 1) A plurality of first flat plate groups are formed on the side wall of the weight portion, and a plurality of second flat plate portion groups are formed on the base portion. The first flat plate group and the second flat plate group are alternately arranged opposite to each other.
(Characteristic 2) Notching is formed in the through-hole opened to the base layer side.
(Characteristic 3) Square isolated ranges are arranged at regular intervals in a grid pattern.
(第1実施例)
本実施例では、シリコン構造体を加速度検出装置に適用した例について説明する。図1に、加速度検出装置100の平面図を模式的に示す。図2に、図1のII−II線に沿った断面図を示す。図3に、図1のIII−III線に沿った断面図を示している。図4に、図1のIV−IV線に沿った断面図を示している。なお、図中のX、Y、Zは座標軸を示している。また、加速度検出装置100の各部の構成は、実際のサイズの縮尺を正確に表すものではない。図面の明瞭化のために、図面の縮尺を適宜変更している。
本実施例では、貫通孔4が正方形の例について示す。図14(a)から(c)に示すように、後述するストッパは、周囲を貫通孔(孤立範囲)4で取り囲まれている領域の中心点Mの位置に形成される。隣接する貫通孔の間隔Pが等しい場合、貫通孔4が正方形であると、中心点Mから貫通孔4までの距離Gを最も長くすることができる。又は貫通孔4の最小径xを最も小さくすることができる。その結果、錘部を形成する活性層の重量を増加させることができる。なお、本実施例では貫通孔4が正方形の例について示すが、貫通孔4の形状は正方形に限定されるものではなく、長方形や円形であってもよい。
(First embodiment)
In this embodiment, an example in which a silicon structure is applied to an acceleration detection device will be described. FIG. 1 schematically shows a plan view of the acceleration detecting device 100. FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II in FIG. FIG. 3 shows a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. In the figure, X, Y, and Z indicate coordinate axes. Further, the configuration of each part of the acceleration detection device 100 does not accurately represent the actual size scale. In order to clarify the drawing, the scale of the drawing is appropriately changed.
In the present embodiment, an example in which the through hole 4 is a square is shown. As shown in FIGS. 14A to 14C, the stopper described later is formed at the position of the center point M of the region surrounded by the through hole (isolated range) 4. When the interval P between adjacent through holes is equal, the distance G from the center point M to the through hole 4 can be maximized when the through hole 4 is square. Or the minimum diameter x of the through-hole 4 can be made the smallest. As a result, the weight of the active layer that forms the weight portion can be increased. In addition, although the present Example shows about the example where the through-hole 4 is square, the shape of the through-hole 4 is not limited to a square, and may be a rectangle or a circle.
図1に示すように、加速度検出装置100は、基部14a〜14dと梁12a〜12dと錘部2を備えている。錘部2には正方形の貫通孔4の複数個が等間隔で格子状に形成されている。なお、以下では、複数個が存在する同一種類の構成に共通な事象を説明する場合には、アルファベットの添え字を省略することがある。
図2に示すように、基部14は犠牲層24を介してベース層6に固定されている範囲の活性層3によって形成されている。梁12は、基部14を形成している活性層3から伸びており、ベース層6から遊離している範囲の活性層3によって形成されている。錘部2は、梁12の反基部14側に固定されており、ベース層6から遊離している範囲の活性層3によって形成されている。加速度検出装置100では、梁12と錘部2と、ベース層6の間隔(すなわち、犠牲層24の厚さh)は4.5μmである。ベース層6と活性層3はシリコンで構成されており、犠牲層24は酸化シリコンで構成されている。活性層3には不純物が注入されているため、抵抗が低く維持されている。
As shown in FIG. 1, the acceleration detection device 100 includes base portions 14 a to 14 d, beams 12 a to 12 d, and a weight portion 2. A plurality of square through holes 4 are formed in the weight portion 2 in a lattice shape at equal intervals. In the following description, when describing an event common to a plurality of the same type of configuration, alphabetic suffixes may be omitted.
As shown in FIG. 2, the base portion 14 is formed by the active layer 3 in a range fixed to the base layer 6 via the sacrificial layer 24. The beam 12 extends from the active layer 3 forming the base portion 14, and is formed by the active layer 3 in a range free from the base layer 6. The weight portion 2 is fixed to the side opposite to the base portion 14 of the beam 12 and is formed by the active layer 3 in a range free from the base layer 6. In the acceleration detection device 100, the distance between the beam 12, the weight portion 2, and the base layer 6 (that is, the thickness h of the sacrificial layer 24) is 4.5 μm. The base layer 6 and the active layer 3 are made of silicon, and the sacrificial layer 24 is made of silicon oxide. Since the active layer 3 is implanted with impurities, the resistance is kept low.
図3に示すように、貫通孔4は、錘部2を形成している活性層の表面から裏面にまで貫通している。貫通孔4の一辺の長さ(最小径)をx(μm)とすると、貫通孔の最小径xは下記式(1)を満足している。
x<10.0 (1)
貫通孔4のベース層6に開口する側(裏面側)ではノッチング5が形成されている。ノッチングの幅は約1.0μmである。錘部2の輪郭を決定する側壁2Sにはノッチングが形成されていない。貫通孔4の裏面側にノッチング5が形成されているため、貫通孔4の表面に開口する一辺の長さx(最小径)よりも、貫通孔4の裏面に開口する一辺の長さの方が約2.0μm大きい。加速度検出装置100では、貫通孔4の表面に開口する一辺の長さは8.0μmであり、貫通孔4の裏面に開口する一辺の長さは10.0μmである。
図4に示すように、貫通孔4と貫通孔4を分離している範囲において、ベース層6の表面にストッパ26が固定されている。後述するが、ストッパ26は、犠牲層を等方性エッチングする工程において、犠牲層が残存して形成されたものである。錘部2を形成する活性層とベース層の間の距離(図2の犠牲層24の厚さに等しい)をh(μm)とし、周囲を貫通孔で取り囲まれている領域の中心点Mから貫通孔までの最短距離をG(μm)とすると、距離Gは下記式(2)を満足している。
1.0<G<r+1.0 (2)
また、貫通孔4の中心から貫通孔4の頂点(最遠端)までの距離をr(μ)とし、隣接する貫通孔4の間隔をP(μm)とすると、Gは下記式(5)で表すことができる(図14も参照)。
G=(1/2)×20.5×P−r (5)
上記式(2)、(5)より、隣接する貫通孔4の間隔Pは下記式(3)で表すことができる。
20.5×(r+1.0)<P<20.5×(r+h+1.0) (3)
すなわち、加速度検出装置100は、上記式(1)と(3)を同時に満足する(換言すると、上記式(1)と(2)を同時に満足する。)関係で錘部2に貫通孔4が分散して形成されている。なお、上記したように、貫通孔4の形状は長方形でもよいし、円形でもよい。
As shown in FIG. 3, the through hole 4 penetrates from the front surface to the back surface of the active layer forming the weight portion 2. When the length (minimum diameter) of one side of the through hole 4 is x (μm), the minimum diameter x of the through hole satisfies the following formula (1).
x <10.0 (1)
A notching 5 is formed on the side (back side) of the through hole 4 that opens to the base layer 6. The width of the notching is about 1.0 μm. The notch is not formed in the side wall 2S which determines the outline of the weight part 2. Since the notching 5 is formed on the back surface side of the through hole 4, the length of one side opening on the back surface of the through hole 4 is longer than the length x (minimum diameter) of one side opening on the surface of the through hole 4. Is about 2.0 μm larger. In the acceleration detection device 100, the length of one side opened on the surface of the through hole 4 is 8.0 μm, and the length of one side opened on the back surface of the through hole 4 is 10.0 μm.
As shown in FIG. 4, a stopper 26 is fixed to the surface of the base layer 6 in a range where the through hole 4 and the through hole 4 are separated. As will be described later, the stopper 26 is formed by leaving the sacrificial layer in the step of isotropic etching of the sacrificial layer. The distance between the active layer forming the weight portion 2 and the base layer (equal to the thickness of the sacrificial layer 24 in FIG. 2) is h (μm), and from the center point M of the region surrounded by the through hole If the shortest distance to the through hole is G (μm), the distance G satisfies the following formula (2).
1.0 <G <r + 1.0 (2)
Further, when the distance from the center of the through hole 4 to the apex (farthest end) of the through hole 4 is r (μ) and the interval between the adjacent through holes 4 is P (μm), G is the following formula (5) (See also FIG. 14).
G = (1/2) * 2 0.5 * Pr (5)
From the above formulas (2) and (5), the interval P between the adjacent through holes 4 can be expressed by the following formula (3).
2 0.5 × (r + 1.0) <P <2 0.5 × (r + h + 1.0) (3)
That is, the acceleration detecting device 100 satisfies the above expressions (1) and (3) at the same time (in other words, satisfies the above expressions (1) and (2) at the same time). It is formed in a dispersed manner. As described above, the shape of the through hole 4 may be a rectangle or a circle.
図1に示すように、梁12はX軸方向の距離が長くY軸方向の距離が短い形状を有しており、梁12はY軸方向に変形することができる。また、上記したように、錘部2はベース層6から遊離して形成されている。そのため、錘部2はベース層6に対してY軸方向に変位することができる。
錘部2の側壁の一部に複数の第1平板群8が形成されている。第1平板群8に対向する位置に複数の第2平板群10が形成されている。第1平板群8と第2平板群10の各々の平板は交互に配置されている。第2平板群10は固定部18に固定されており、固定部18を形成する活性層は、犠牲層24によってベース層6に固定されている。すなわち、第2平板群10の各々の平板は、ベース層6に対して変位することができない。第1平板群8と第2平板群10によってキャパシタ16が形成されている。なお、キャパシタ16a〜16dは、全て同じ構成を有している。基部14cには電極22が形成されており、固定部18a〜18dには各々電極20a〜20dが形成されている。
As shown in FIG. 1, the beam 12 has a shape in which the distance in the X-axis direction is long and the distance in the Y-axis direction is short, and the beam 12 can be deformed in the Y-axis direction. Further, as described above, the weight portion 2 is formed free from the base layer 6. Therefore, the weight portion 2 can be displaced in the Y-axis direction with respect to the base layer 6.
A plurality of first flat plate groups 8 are formed on a part of the side wall of the weight portion 2. A plurality of second flat plate groups 10 are formed at positions facing the first flat plate group 8. The flat plates of the first flat plate group 8 and the second flat plate group 10 are alternately arranged. The second flat plate group 10 is fixed to the fixing portion 18, and the active layer forming the fixing portion 18 is fixed to the base layer 6 by the sacrificial layer 24. That is, each flat plate of the second flat plate group 10 cannot be displaced with respect to the base layer 6. A capacitor 16 is formed by the first flat plate group 8 and the second flat plate group 10. The capacitors 16a to 16d all have the same configuration. An electrode 22 is formed on the base portion 14c, and electrodes 20a to 20d are formed on the fixing portions 18a to 18d, respectively.
加速度検出装置100の動作について説明する。
加速度検出装置100では、電極22と電極18a〜18dの間に、各々のキャパシタ16a〜16dの静電容量を検出する回路(図示省略)が接続されている。加速度検出装置100に力(加速度)が加わっていないときは、キャパシタ16の静電容量は所定値に維持されている。加速度検出装置100にZ軸周りの力が加わると、錘部2がY軸方向に変位し、キャパシタ16a〜16dの静電容量が変化する。キャパシタ16a〜16dの静電容量の変化を検出することによって、加速度検出装置100に加えられている加速度を検出することができる。
The operation of the acceleration detection device 100 will be described.
In the acceleration detection device 100, a circuit (not shown) for detecting the capacitance of each of the capacitors 16a to 16d is connected between the electrode 22 and the electrodes 18a to 18d. When no force (acceleration) is applied to the acceleration detection device 100, the capacitance of the capacitor 16 is maintained at a predetermined value. When a force around the Z axis is applied to the acceleration detection device 100, the weight part 2 is displaced in the Y axis direction, and the capacitances of the capacitors 16a to 16d change. By detecting changes in the capacitances of the capacitors 16a to 16d, the acceleration applied to the acceleration detecting device 100 can be detected.
加速度検出装置100の製造方法について図5、6を参照して説明する。なお、ここでは、図4に対応する部分の製造方法について説明する。
図5に示すように、加速度検出装置100は、ベース層6と犠牲層24と活性層3の順に積層されている積層体29から製造される。
まず、図6に示すように、活性層3の所定部分(孤立範囲内)の活性層を異方性エッチングして犠牲層24を露出させる。錘部2を形成する活性層3の孤立範囲内に、貫通孔4が形成される。異方性エッチングは、RIE(Reactive Ion Etching)法等で実施する。異方性エッチングでは、活性層(シリコン)3はエッチングされるけれども犠牲層(酸化シリコン)24はエッチングされない方法を採用する。活性層3を異方性エッチングすると、犠牲層24に向けて開口する側の貫通孔4のみにノッチング5が形成される。上述したように、ノッチング5は、貫通孔4の外側に向かって約1.0μmだけ形成される。
なお、図3の錘部2の側壁2sに示すように、活性層3をエッチングしても、孤立範囲内以外の部分にはノッチングが形成されない。活性層3にノッチング5が形成される部位と、ノッチングが形成されない部位が存在する理由については後述する。
A method for manufacturing the acceleration detection device 100 will be described with reference to FIGS. Here, a method of manufacturing a portion corresponding to FIG. 4 will be described.
As shown in FIG. 5, the acceleration detecting device 100 is manufactured from a stacked body 29 in which a base layer 6, a sacrificial layer 24, and an active layer 3 are stacked in this order.
First, as shown in FIG. 6, the sacrificial layer 24 is exposed by anisotropically etching the active layer in a predetermined portion (in the isolated range) of the active layer 3. A through hole 4 is formed in an isolated range of the active layer 3 that forms the weight portion 2. The anisotropic etching is performed by RIE (Reactive Ion Etching) method or the like. The anisotropic etching employs a method in which the active layer (silicon) 3 is etched but the sacrificial layer (silicon oxide) 24 is not etched. When the active layer 3 is anisotropically etched, the notching 5 is formed only in the through hole 4 on the side opening toward the sacrificial layer 24. As described above, the notching 5 is formed by about 1.0 μm toward the outside of the through hole 4.
In addition, as shown in the side wall 2s of the weight part 2 in FIG. 3, even if the active layer 3 is etched, notching is not formed in the part other than the isolated range. The reason why there are portions where the notching 5 is formed in the active layer 3 and portions where the notching is not formed will be described later.
次に、犠牲層24を等方性エッチングしてベース層6と錘部2を遊離させる。等方性エッチングは、犠牲層(酸化シリコン)24はエッチングされるけれども錘部2(活性層3)とベース層6はエッチングされない方法を採用する。例えば、弗化水素(HF)水溶液等を使用したウェットエッチングが挙げられる。等方性エッチングは、犠牲層24が露出している部分から等方的に進行する。すなわち、活性層3がエッチングされていない部分の犠牲層24も、図中の破線Nで囲まれた部分を起点としてエッチングが進行する。
等方性エッチングは、異方性エッチング工程で露出した犠牲層24が全てエッチングされ、ベース層6が露出した時に停止する。すなわち、露出した犠牲層24から距離h(犠牲層24の厚さ)だけ離れた部分内に位置する犠牲層24がエッチングされた時にエッチングを停止する。そのため、活性層3がエッチングされていない部分の犠牲層24は、破線Nで囲まれた部分から距離hだけ離れた部分内に存在する犠牲層24だけがエッチングされる。
上記の工程により、加速度検出装置100の図4に示す部分が形成される。図4に示している以外の部分も図4に示している部分と同時に製造することができる。その後、電極20を固定部18に形成し、電極22を基部14cに形成することによって、加速度検出装置100が完成する。
加速度検出装置100は、上記式(2)又は(3)を満足しているため、ベース層6と活性層3は遊離されるが、ベース層6と活性層3の間の犠牲層24の一部が残存し、ストッパ26(図4を参照)が形成される。錘部2を形成している活性層3が、ベース層6に対して変位することができるとともに両者が接触することを防止することができる。
Next, the sacrificial layer 24 is isotropically etched to release the base layer 6 and the weight portion 2. Isotropic etching employs a method in which the sacrificial layer (silicon oxide) 24 is etched but the weight 2 (active layer 3) and the base layer 6 are not etched. For example, wet etching using a hydrogen fluoride (HF) aqueous solution or the like can be given. The isotropic etching proceeds isotropically from the portion where the sacrificial layer 24 is exposed. That is, the etching of the sacrificial layer 24 where the active layer 3 is not etched proceeds from the portion surrounded by the broken line N in the drawing.
The isotropic etching stops when all of the sacrificial layer 24 exposed in the anisotropic etching process is etched and the base layer 6 is exposed. That is, the etching is stopped when the sacrificial layer 24 located in a portion separated from the exposed sacrificial layer 24 by a distance h (thickness of the sacrificial layer 24) is etched. Therefore, only the sacrificial layer 24 existing in the part separated by the distance h from the part surrounded by the broken line N is etched in the part of the sacrificial layer 24 where the active layer 3 is not etched.
Through the above steps, the portion shown in FIG. 4 of the acceleration detecting device 100 is formed. Parts other than those shown in FIG. 4 can be manufactured simultaneously with the parts shown in FIG. Thereafter, the electrode 20 is formed on the fixed portion 18 and the electrode 22 is formed on the base portion 14c, whereby the acceleration detecting device 100 is completed.
Since the acceleration detecting device 100 satisfies the above formula (2) or (3), the base layer 6 and the active layer 3 are released, but one of the sacrificial layers 24 between the base layer 6 and the active layer 3 is released. The portion remains and the stopper 26 (see FIG. 4) is formed. The active layer 3 forming the weight portion 2 can be displaced with respect to the base layer 6 and can be prevented from coming into contact with each other.
ここで犠牲層24に開口する側の貫通孔4にのみノッチングが形成され、貫通孔4以外の部位にはノッチングが形成されないことを説明する。図11〜13は、酸化シリコン(犠牲層)の表面に積層されたシリコン(活性層)の複数の孤立範囲を異方性エッチングするときに、孤立範囲の最小径xを変化させたときに形成される貫通孔のSEM(Scanning Electron Microscope)写真を示している。ここでは、正方形の貫通孔を形成する例について示す。なお異方性エッチングは、シリコンがエッチングされて酸化シリコンが露出した時に停止した。図11はx=4.0μmのときの貫通孔を示し、図12はx=8.0のときの貫通孔を示し、図13はx=10.0μmのときの貫通孔を示している。
図11(a)は、シリコンの表面側に開口する貫通孔を示している。図11(b)は、図11(a)の一部の拡大図を示している。図11(c)は、シリコンの裏面側(酸化シリコンと接する側)に開口する貫通孔を示している。図11(d)は、図11(c)の一部の拡大図を示している。なお、写真の黒色部がシリコンをエッチングして形成された貫通孔を表している。
図11(a)〜(d)から明らかなように、シリコンの表面側にはノッチングが形成されない。シリコンの裏面側には、貫通孔の周囲にノッチングが確認される。そのノッチングの幅は、約1.0μmである。
Here, it will be described that notching is formed only in the through hole 4 on the side opened to the sacrificial layer 24 and no notching is formed in a portion other than the through hole 4. FIGS. 11 to 13 are formed when the minimum diameter x of the isolated range is changed when anisotropically etching a plurality of isolated ranges of silicon (active layer) stacked on the surface of the silicon oxide (sacrificial layer). 2 shows an SEM (Scanning Electron Microscope) photograph of a through-hole. Here, an example of forming a square through-hole will be described. The anisotropic etching was stopped when the silicon was etched and the silicon oxide was exposed. FIG. 11 shows a through hole when x = 4.0 μm, FIG. 12 shows a through hole when x = 8.0, and FIG. 13 shows a through hole when x = 10.0 μm.
FIG. 11A shows a through hole that opens on the surface side of silicon. FIG.11 (b) has shown the one part enlarged view of Fig.11 (a). FIG. 11C shows a through hole that opens on the back side of silicon (the side in contact with silicon oxide). FIG.11 (d) has shown the one part enlarged view of FIG.11 (c). In addition, the black part of a photograph represents the through-hole formed by etching silicon.
As is clear from FIGS. 11A to 11D, notching is not formed on the surface side of silicon. On the back side of the silicon, notching is confirmed around the through hole. The width of the notching is about 1.0 μm.
図12(a)は、シリコンの表面側に開口する貫通孔を示している。図12(b)は、図12(a)の一部の拡大図を示している。図12(c)は、シリコンの裏面側に開口する貫通孔を示している。図12(d)は、図12(c)の一部の拡大図を示している。
図12(a)〜(d)から明らかなように、シリコンの表面側にはノッチングが形成されない。シリコンの裏面側には、貫通孔の周囲にノッチングが確認される。そのノッチングの幅は、約1.0μmである。
FIG. 12A shows a through hole that opens on the surface side of silicon. FIG.12 (b) has shown the one part enlarged view of Fig.12 (a). FIG. 12C shows a through hole opened on the back side of silicon. FIG.12 (d) has shown the one part enlarged view of FIG.12 (c).
As is clear from FIGS. 12A to 12D, notching is not formed on the surface side of silicon. On the back side of the silicon, notching is confirmed around the through hole. The width of the notching is about 1.0 μm.
図13(a)は、シリコンの表面側に開口する貫通孔を示している。図13(b)は、図13(a)の一部の拡大図を示している。図13(c)は、シリコンの裏面側に開口する貫通孔を示している。図13(d)は、図13(c)の一部の拡大図を示している。
図13(a)〜(d)から明らかなように、シリコンの表面側と裏面側の双方ともノッチングが形成されない。ここでは詳細なデータを示さないが、最小径xの値を10.0μmより大きく(例えばx=12.0μm、x=16.0μm)しても、シリコンの表面側と裏面側の双方ともノッチングが形成されない。
FIG. 13A shows a through hole that opens on the surface side of silicon. FIG.13 (b) has shown the one part enlarged view of Fig.13 (a). FIG.13 (c) has shown the through-hole opened on the back surface side of a silicon | silicone. FIG.13 (d) has shown the one part enlarged view of FIG.13 (c).
As is clear from FIGS. 13A to 13D, notching is not formed on both the front surface side and the back surface side of silicon. Although detailed data is not shown here, both the front side and the back side of silicon are notched even when the value of the minimum diameter x is larger than 10.0 μm (for example, x = 12.0 μm, x = 16.0 μm). Is not formed.
図11〜図13の結果より、孤立範囲の最小径を10.0μmよりも小さくすると、シリコンの裏面側に開口する貫通孔にノッチングが形成される。シリコンの裏面側に開口する貫通孔に確実にノッチングを形成するためには、孤立範囲の最小径xを2.0μmよりも大きく、8.0μm以下にすることが好ましい。
上記したように、加速度検出装置100では、孤立範囲の最小径xが8.0μmである。そのために、貫通孔のシリコンの裏面側に開口する部位にノッチングが形成される。
From the results of FIGS. 11 to 13, when the minimum diameter of the isolated range is made smaller than 10.0 μm, notching is formed in the through hole opened on the back surface side of the silicon. In order to reliably form the notching in the through hole opened on the back surface side of the silicon, it is preferable that the minimum diameter x of the isolated range is larger than 2.0 μm and not larger than 8.0 μm.
As described above, in the acceleration detection device 100, the minimum diameter x of the isolated range is 8.0 μm. For this purpose, notching is formed at a portion of the through hole that opens on the back side of the silicon.
(第2実施例)
図7を参照して角速度検出装置200について説明する。角速度検出装置200は、加速度検出装置100の変形例であり、加速度検出装置100と実質的に同じ構成には同じ参照番号を付すことによって説明を省略することがある。なお、本実施例においても、複数個が存在する同一種類の構成に共通な事象を説明する場合には、アルファベットの添え字を省略することがある。
基部228からY軸方向に伸びる梁229の一端がフレーム230に固定されている。フレーム230からX軸方向に伸びる梁212の一端に錘部2が固定されている。基部228は犠牲層を介してベース層206に固定されている範囲の活性層によって形成されている。基部228cに電極222が形成されている。梁212、229とフレーム230と錘部2はベース層206から遊離している範囲の活性層によって形成されている。
梁212はX軸方向の距離が長くY軸方向の距離が短い形状を有しており、梁229はY軸方向の距離が長くX軸方向の距離が短い形状を有している。そのため、錘部2はベース層に対してX軸方向とY軸方向に変位することができる。
フレーム230の側壁の一部に複数の第3平板群232が形成されている。第3平板群232に対向する位置に複数の第4平板群234が形成されている。第3平板群232と第4平板群234の各々の平板は交互に配置されている。第4平板群234は第2固定部236に固定されており、第2固定部236はベース層206に固定されている。すなわち、第4平板群234の各々の平板は、ベース層206に対して変位することができない。第3平板群232と第4平板群234によってキャパシタ240が形成されている。キャパシタ240a〜240dは、全て同じ構成を有している。第2固定部236a〜236dには各々電極238a〜238dが形成されている。
(Second embodiment)
The angular velocity detection device 200 will be described with reference to FIG. The angular velocity detection device 200 is a modification of the acceleration detection device 100, and description thereof may be omitted by giving the same reference numerals to substantially the same configuration as the acceleration detection device 100. Also in the present embodiment, when describing an event common to the same type of configuration in which there are a plurality, the alphabetic suffix may be omitted.
One end of a beam 229 extending in the Y-axis direction from the base 228 is fixed to the frame 230. The weight portion 2 is fixed to one end of a beam 212 extending from the frame 230 in the X-axis direction. The base 228 is formed by an active layer in a range fixed to the base layer 206 through a sacrificial layer. An electrode 222 is formed on the base 228c. The beams 212 and 229, the frame 230, and the weight portion 2 are formed by an active layer in a range free from the base layer 206.
The beam 212 has a shape with a long distance in the X-axis direction and a short distance in the Y-axis direction, and the beam 229 has a shape with a long distance in the Y-axis direction and a short distance in the X-axis direction. Therefore, the weight portion 2 can be displaced in the X-axis direction and the Y-axis direction with respect to the base layer.
A plurality of third flat plate groups 232 are formed on a part of the side wall of the frame 230. A plurality of fourth flat plate groups 234 are formed at positions facing the third flat plate group 232. The flat plates of the third flat plate group 232 and the fourth flat plate group 234 are alternately arranged. The fourth plate group 234 is fixed to the second fixing portion 236, and the second fixing portion 236 is fixed to the base layer 206. That is, each flat plate of the fourth flat plate group 234 cannot be displaced with respect to the base layer 206. A capacitor 240 is formed by the third plate group 232 and the fourth plate group 234. Capacitors 240a to 240d all have the same configuration. Electrodes 238a to 238d are formed on the second fixing portions 236a to 236d, respectively.
角速度検出装置200の動作について説明する。
角速度検出装置200では、予め錘部2をベース層206に対して振動させて使用する。電極238a、238bに所定周波数の交流電圧V1を印加し、電極238c、238dに所定周波数の交流電圧V2を印加する。ここで交流電圧V1とV2の間に位相差をもたせる。これにより、キャパシタ240a〜240dでは、電荷の充放電が繰り返される。キャパシタ240a〜240dに充放電される電荷の静電気力によって、錘部2はX軸方向に振動する。
錘部2がX軸方向に振動している状態において、角速度検出装置200がZ軸周りに回転すると、錘部2に対してコリオリ力が作用する。コリオリ力の大きさと方向は、錘部2のX軸方向の振動と、Z軸周りの回転速度と回転方向に応じて変動する。錘部2に力が加わると、錘部2は、コリオリ力によってY軸方向に振動する。錘部2のY軸方向の変位量は、錘部2に加わる力と錘部2のX軸方向への振動に応じた量となる。
錘部2がY軸方向に振動すると、キャパシタ16a〜16dに容量が変化する。キャパシタ16a〜16dの静電容量の変化を検出することで、角速度検出装置200に加わった回転速度を検出することができる。
The operation of the angular velocity detection device 200 will be described.
In the angular velocity detection device 200, the weight portion 2 is vibrated with respect to the base layer 206 in advance. An alternating voltage V1 having a predetermined frequency is applied to the electrodes 238a and 238b, and an alternating voltage V2 having a predetermined frequency is applied to the electrodes 238c and 238d. Here, a phase difference is provided between the AC voltages V1 and V2. Thereby, charge and discharge of electric charge are repeated in capacitors 240a to 240d. The weight portion 2 vibrates in the X-axis direction due to the electrostatic force of the charges charged and discharged in the capacitors 240a to 240d.
When the angular velocity detection device 200 rotates around the Z axis in a state where the weight portion 2 is vibrating in the X-axis direction, a Coriolis force acts on the weight portion 2. The magnitude and direction of the Coriolis force varies depending on the vibration of the weight portion 2 in the X-axis direction, the rotation speed around the Z-axis, and the rotation direction. When force is applied to the weight portion 2, the weight portion 2 vibrates in the Y-axis direction due to Coriolis force. The displacement amount of the weight portion 2 in the Y-axis direction is an amount corresponding to the force applied to the weight portion 2 and the vibration of the weight portion 2 in the X-axis direction.
When the weight portion 2 vibrates in the Y-axis direction, the capacitance changes in the capacitors 16a to 16d. By detecting changes in the capacitances of the capacitors 16a to 16d, the rotational speed applied to the angular velocity detection device 200 can be detected.
(第3実施例)
図8、9を参照して加速度検出装置300について説明する。加速度検出装置300は、加速度検出装置100の変形例であり、加速度検出装置100と実質的に同じ構成には同じ参照番号を付すことによって説明を省略する。図8に、加速度検出装置300の平面図を示しており、図9に、図8のIX−IX線に沿った断面図を示している。
図8に示すように、基部14aと基部14dの間と、基部14bと基部14cの間を接続する壁352が形成されている。壁352を形成する活性層は、犠牲層24を介してベース層6に固定されている。錘部2の側壁2Sと対向する位置の壁352に、凸部352aが形成されている。錘部2と凸部352aの間の隙間は、およそ4μmである。
図9に示すように、加速度検出装置300では、錘部2の側壁2Sの裏面側にもノッチング5が形成される。側壁2Sの裏面側に形成されるノッチング5の長さ分(1μm)だけ錘部2の大きさを大きくすることができる。加速度検出装置100よりも錘部2の質量を増加させることができる。
(Third embodiment)
The acceleration detection apparatus 300 will be described with reference to FIGS. The acceleration detection device 300 is a modified example of the acceleration detection device 100, and description thereof is omitted by attaching the same reference numerals to substantially the same components as the acceleration detection device 100. FIG. 8 shows a plan view of the acceleration detection device 300, and FIG. 9 shows a cross-sectional view along the line IX-IX in FIG.
As shown in FIG. 8, a wall 352 connecting the base portion 14a and the base portion 14d and between the base portion 14b and the base portion 14c is formed. The active layer forming the wall 352 is fixed to the base layer 6 via the sacrificial layer 24. A convex portion 352a is formed on the wall 352 at a position facing the side wall 2S of the weight portion 2. The gap between the weight part 2 and the convex part 352a is approximately 4 μm.
As shown in FIG. 9, in the acceleration detection device 300, the notching 5 is also formed on the back surface side of the side wall 2 </ b> S of the weight portion 2. The size of the weight portion 2 can be increased by the length (1 μm) of the notching 5 formed on the back surface side of the side wall 2S. The mass of the weight portion 2 can be increased as compared with the acceleration detection device 100.
(第4実施例)
図10を参照して角速度検出装置400について説明する。角速度検出装置400は、角速度検出装置200の変形例であり、角速度検出装置200と異なる構成のみを説明する。
錘部2の側壁2Sに波形状42が形成されている。波形状42が形成されていることによって、錘部2がベース層206(図示省略)に対して振動するときに、ディンプル効果によって錘部2が受ける空気抵抗を低減することができる。角速度検出装置200よりも高精度の検出能力を実現することができる。また、犠牲層24(図示省略)を等方性エッチングする工程において、錘部2の側壁2Sからエッチング剤が侵入しやすくなるという効果も得られる。
(Fourth embodiment)
The angular velocity detection device 400 will be described with reference to FIG. The angular velocity detection device 400 is a modification of the angular velocity detection device 200, and only a configuration different from the angular velocity detection device 200 will be described.
A wave shape 42 is formed on the side wall 2 </ b> S of the weight portion 2. By forming the wave shape 42, when the weight portion 2 vibrates with respect to the base layer 206 (not shown), the air resistance received by the weight portion 2 due to the dimple effect can be reduced. A detection capability with higher accuracy than that of the angular velocity detection device 200 can be realized. Further, in the step of isotropically etching the sacrificial layer 24 (not shown), an effect that the etching agent easily enters from the side wall 2S of the weight portion 2 is also obtained.
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
上記実施例では、本発明の構造体を加速度検出装置又は角速度検出装置として使用する例について説明した。しかしながら、本発明の構造体を角加速度、外力、圧力等の力学量を検出する装置として使用することもできる。
上記実施例では、本発明の構造体を力学量を検出する装置として使用する例について説明した。しかしながら、本発明の構造体をアクチュエータとして使用することもできる。キャパシタの静電容量を変化させることによって、錘部を形成する活性層をベース層に対して変位させることができる。
第3実施例では、第1実施例の加速度検出装置において、錘部と対向する位置に壁を形成する例を示した。第3実施例の特徴、すなわち、錘部と対向する位置に壁を形成するという技術を、第2実施例の角速度検出装置に適用することもできる。
第4実施例では、第2実施例の角速度検出装置において、壁の側壁に波形状を形成する例について説明した。第1実施例の加速度検出装置において、壁の側壁に波形状を形成してもよい。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
Specific examples of the present invention have been described above in detail, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
In the above-described embodiment, an example in which the structure of the present invention is used as an acceleration detection device or an angular velocity detection device has been described. However, the structure of the present invention can also be used as a device for detecting mechanical quantities such as angular acceleration, external force, and pressure.
In the above-described embodiment, an example in which the structure of the present invention is used as a device for detecting a mechanical quantity has been described. However, the structure of the present invention can also be used as an actuator. By changing the capacitance of the capacitor, the active layer forming the weight portion can be displaced with respect to the base layer.
In the third embodiment, an example in which a wall is formed at a position facing the weight portion in the acceleration detection device of the first embodiment has been described. The feature of the third embodiment, that is, the technique of forming a wall at a position facing the weight portion can also be applied to the angular velocity detection device of the second embodiment.
In the fourth embodiment, an example in which a wave shape is formed on the side wall of the wall in the angular velocity detection device of the second embodiment has been described. In the acceleration detecting device of the first embodiment, a wave shape may be formed on the side wall of the wall.
In addition, the technical elements described in the present specification or drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in the present specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.
2:錘部
3:活性層
4:貫通孔
5:ノッチング
6、206:ベース層
12a〜12d:梁
14a〜14d:基部
16a〜16d:キャパシタ
24:犠牲層
26:ストッパ
228a〜228d:基部
240a〜240d:キャパシタ
2: Weight part 3: Active layer 4: Through hole 5: Notching 6, 206: Base layers 12a to 12d: Beams 14a to 14d: Base parts 16a to 16d: Capacitor 24: Sacrificial layer 26: Stoppers 228a to 228d: Base part 240a to 240d: Capacitor
Claims (8)
梁と錘部の外周に沿った範囲のうちの基部と梁との接続部と梁と錘部との接続部を除外した範囲の活性層と、錘部内に分散して配置されている複数の孤立範囲内の活性層を異方性エッチングして犠牲層を露出させる異方性エッチング工程と、
前記異方性エッチング工程で露出した範囲から犠牲層を等方性エッチングして梁と錘部を形成する活性層をベース層から遊離させる等方性エッチング工程を備えており、
前記孤立範囲の最小径をx(μm)とし、周囲を孤立範囲で取り囲まれている領域の中心点から孤立範囲までの最短距離をG(μm)とし、犠牲層の厚さをh(μm)としたときに、下記式(1)と(2)を同時に満足する関係で前記孤立範囲群を分散して形成することを特徴とする製造方法。
x<10.0 (1)
1.0<G<h+1.0 (2) A base formed by an active layer in a range in which a base layer, a sacrificial layer, and an active layer are stacked in that order and fixed to the base layer via the sacrificial layer, and an activity forming the base A beam formed by the active layer extending from the layer and being free from the base layer because the corresponding sacrificial layer is etched, and fixed to the opposite base side of the beam A method of manufacturing a structure comprising a weight portion formed by a range of active layers free from a base layer because a corresponding range of sacrificial layers has been etched, comprising:
Of the range along the outer periphery of the beam and the weight portion, the active layer in the range excluding the connection portion between the base portion and the beam, and the connection portion between the beam and the weight portion, and a plurality of dispersedly arranged in the weight portion An anisotropic etching step of exposing the sacrificial layer by anisotropically etching the active layer in the isolated range;
Comprising an isotropic etching step in which the active layer forming the beam and the weight portion is released from the base layer by isotropically etching the sacrificial layer from the range exposed in the anisotropic etching step,
The minimum diameter of the isolated range is x (μm), the shortest distance from the center point of the region surrounded by the isolated range to the isolated range is G (μm), and the thickness of the sacrificial layer is h (μm). In the manufacturing method, the isolated range group is formed in a distributed manner so as to satisfy the following expressions (1) and (2) simultaneously.
x <10.0 (1)
1.0 <G <h + 1.0 (2)
孤立範囲の中心から最遠端までの距離をr(μm)とし、隣接する孤立範囲の間隔をP(μm)としたときに、下記式(3)を満足する関係で前記孤立範囲群を分散して形成することを特徴とする請求項1の製造方法。
20.5×(r+1.0)<P<20.5×(r+h+1.0) (3) In the weight part, each of a plurality of isolated ranges of circular or square is arranged in a lattice at equal intervals,
When the distance from the center of the isolated range to the farthest end is r (μm) and the interval between adjacent isolated ranges is P (μm), the isolated range group is dispersed in a relationship satisfying the following expression (3). The manufacturing method according to claim 1, wherein:
2 0.5 × (r + 1.0) <P <2 0.5 × (r + h + 1.0) (3)
犠牲層を介してベース層に固定されている範囲の活性層によって形成されている基部と、
その基部を形成している活性層から伸びているとともに対応する範囲の犠牲層がエッチングされているためにベース層から遊離している範囲の活性層によって形成されている梁と、
その梁の反基部側に固定されているとともに対応する範囲の犠牲層がエッチングされているためにベース層から遊離している範囲の活性層によって形成されている錘部と、
錘部を形成している活性層の表面から裏面にまで貫通している複数個の貫通孔と、
前記複数個の貫通穴を分離している範囲において残存するとともにベース層に固定されている犠牲層によって形成されているストッパを備えており、
前記貫通孔の最小径をx(μm)とし、周囲を貫通孔で取り囲まれている領域の中心点から貫通孔までの最短距離をG(μm)とし、犠牲層の厚さをh(μm)としたときに、下記式(1)と(2)を同時に満足する関係に設定されている特徴とする構造体。
x<10.0 (1)
1.0<G<h+1.0 (2) A structure manufactured from a laminate in which a base layer, a sacrificial layer, and an active layer are laminated in order,
A base formed by an active layer in a range fixed to the base layer via a sacrificial layer;
A beam formed by the active layer extending from the active layer forming its base and free from the base layer because the corresponding sacrificial layer is etched;
A weight portion formed by an active layer in a range that is fixed to the opposite base side of the beam and is free from the base layer because the corresponding sacrificial layer is etched,
A plurality of through holes penetrating from the front surface to the back surface of the active layer forming the weight portion;
A stopper formed by a sacrificial layer that remains in a range separating the plurality of through holes and is fixed to the base layer;
The minimum diameter of the through hole is x (μm), the shortest distance from the center point of the region surrounded by the through hole to the through hole is G (μm), and the thickness of the sacrificial layer is h (μm). And a structure that is set in a relationship that satisfies the following expressions (1) and (2) at the same time.
x <10.0 (1)
1.0 <G <h + 1.0 (2)
貫通孔の中心から最遠端までの距離をr(μm)とし、隣接する貫通孔の間隔をP(μm)としたときに、下記式(3)を満足する関係で前記貫通孔囲群が分散して形成されていることを特徴とする請求項3の構造体。
20.5×(r+1.0)<P<20.5×(r+h+1.0) (3) In the weight portion, a plurality of circular or square through holes are formed in a lattice shape at equal intervals,
When the distance from the center of the through-hole to the farthest end is r (μm) and the interval between adjacent through-holes is P (μm), the through-hole surrounding group is dispersed so as to satisfy the following formula (3). The structure according to claim 3, wherein the structure is formed.
2 0.5 × (r + 1.0) <P <2 0.5 × (r + h + 1.0) (3)
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