JP2010223850A - Mems device and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a MEMS device that can be manufactured by simple processes, can be miniaturized and includes a hollow sealing structure having high reliability, and to provide a method for manufacturing the same. <P>SOLUTION: The MEMS device includes a substrate 1, a movable section 12 formed on the substrate 1 with an air gap 9 therebetween, the movable section 12 having a hole 16 formed thereon, a support pillar 13 that is formed on the substrate 1 and passes through an inner side of the hole 16 in non-contact with the movable section 12, and cap sections 7, 8 that are supported by the support pillar 13 and are formed on the movable section 12 with the air gap 9 therebetween. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、MEMSデバイスおよびその製造方法に関する。   The present invention relates to a MEMS device and a manufacturing method thereof.

電子産業、自動車産業や機械産業などでは、小型で信頼性の高い、加速度センサや角速度センサなどの慣性センサの実現が望まれている。このような需要に応えるため、各種のMEMS構造を使用した慣性センサが実用化されている。   In the electronics industry, the automobile industry, the machine industry, and the like, it is desired to realize a small and highly reliable inertial sensor such as an acceleration sensor or an angular velocity sensor. In order to meet such demands, inertial sensors using various MEMS structures have been put into practical use.

MEMS加速度センサにおいては、一端を基板に固定されたバネ状の支持梁と、支持梁の他端に形成された重錘を持ち、重錘に加わる加速度により生じる重錘の変位を、ピエゾ抵抗の変化、圧電作用による起電力、ないしは静電容量の変化などを利用して検出する。   A MEMS acceleration sensor has a spring-like support beam fixed at one end to a substrate and a weight formed at the other end of the support beam. The displacement of the weight caused by the acceleration applied to the weight is measured by a piezoresistive element. Detection is performed using a change, an electromotive force due to a piezoelectric action, or a change in capacitance.

同様に、MEMS角速度センサにおいては、一端を基板に固定されたバネ状の支持梁と、支持梁の他端に形成された重錘を持ち、逆圧電効果や静電力により重錘を一方向に励振し、励振軸と垂直の軸回りに加わる角速度で励起されるコリオリ力を、圧電作用による起電力ないしは静電容量の変化などを利用して検出する。   Similarly, a MEMS angular velocity sensor has a spring-like support beam having one end fixed to a substrate and a weight formed on the other end of the support beam. The weight is unidirectionally caused by the reverse piezoelectric effect or electrostatic force. The Coriolis force excited by the angular velocity applied around the axis perpendicular to the excitation axis is detected by utilizing an electromotive force or a change in capacitance due to the piezoelectric action.

これら加速度センサや角速度センサの支持梁や重錘等の可動部は、可動部保護と安定動作確保のために中空のパッケージ内に封止する必要がある。これらMEMS慣性センサのウェハレベル中空封止方法として、大別して2種類の方法が知られている。   The movable parts such as support beams and weights of these acceleration sensors and angular velocity sensors need to be sealed in a hollow package in order to protect the movable parts and ensure stable operation. As a wafer level hollow sealing method for these MEMS inertial sensors, two types of methods are generally known.

第1の構造は、基板貼り合わせ型である。MEMSを作製したSi基板と、蓋としてSiやガラスなどの他の基板とを貼り合わせて封止する。基板接合にはSi/Siの直接接合や、Si/ガラスの陽極接合などがMEMSでは多用されている。   The first structure is a substrate bonding type. The Si substrate on which the MEMS is manufactured is bonded to another substrate such as Si or glass as a lid and sealed. For substrate bonding, Si / Si direct bonding, Si / glass anodic bonding, and the like are frequently used in MEMS.

第2の構造は、厚膜封止型である。可動部の周辺にドーム上の犠牲層を形成し、その上に薄膜プロセスないし厚膜プロセスで比較的厚い膜を形成し、犠牲層を抜いた後に密封封止し、最後に樹脂で封止する。特殊な装置は使用せず、ほぼインラインプロセスで封止までできる(例えば、特許文献1)。   The second structure is a thick film sealing type. A sacrificial layer on the dome is formed around the movable part, a relatively thick film is formed on the dome by a thin film process or a thick film process, the sacrificial layer is removed, hermetically sealed, and finally sealed with resin. . A special apparatus is not used, and sealing can be performed by an almost in-line process (for example, Patent Document 1).

特表2007−524514号公報Special Table 2007-524514

しかしながら、第1の基板貼り合わせ型を採用した場合は、接合用の高価な特殊設備が必要である。また接合面は原子レベルでの平坦性が必要であるため、電極層を、接合面を介して出すのが難しい。このため、どちらかの基板をD−RIEにより加工してビアを形成する必要があり、この工程にも専用のエッチング装置が必要である。   However, when the first substrate bonding type is adopted, expensive special equipment for bonding is required. Further, since the bonding surface needs to be flat at the atomic level, it is difficult to put out the electrode layer through the bonding surface. For this reason, it is necessary to form either of the substrates by D-RIE to form a via, and a dedicated etching apparatus is also required for this process.

また、第2の厚膜封止型を採用した場合は、ドーム状の厚い犠牲層を形成する技術が難しい。また、樹脂封止時に加わる10MPa程度の圧力に耐えるには少なくても10μm以上の厚膜を形成する必要がある。このため、プロセス時間は相当長くなる。また、強度的な信頼性にも問題がある。さらに、小型化も困難である。   Further, when the second thick film sealing type is adopted, a technique for forming a dome-shaped thick sacrificial layer is difficult. Further, in order to withstand the pressure of about 10 MPa applied during resin sealing, it is necessary to form a thick film of at least 10 μm or more. For this reason, the process time becomes considerably long. There is also a problem in strength reliability. Further, it is difficult to reduce the size.

このように従来から知られている中空封止構造を使用した場合は、特殊な装置を使用したり、難度が高かったり、あるいは製造プロセスが長時間化するなどの大きな問題点がある。   As described above, when a conventionally known hollow sealing structure is used, there are major problems such as using a special device, a high degree of difficulty, and a long manufacturing process.

本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、製造プロセスが容易で小型化可能、かつ、高い信頼性を有する中空封止構造を備えたMEMSデバイスおよびその製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and the object of the present invention is to provide a MEMS device having a hollow sealing structure that is easy to manufacture, can be miniaturized, and has high reliability, and the same. It is to provide a manufacturing method.

本発明の第1の態様のMEMSデバイスは、基板と、前記基板上に前記基板と空隙を介して形成され、穴が設けられた可動部と、前記基板上に形成され、前記穴の内側を前記可動部に非接触に貫通する支柱と、前記支柱によって支持され、前記可動部上に前記可動部と空隙を介して形成されたキャップ部を有することを特徴とする。   A MEMS device according to a first aspect of the present invention includes a substrate, a movable part formed on the substrate via the substrate and a gap, and provided with a hole, and formed on the substrate, the inside of the hole The support unit includes a support column penetrating the movable unit in a non-contact manner, and a cap unit supported by the support column and formed on the movable unit via the movable unit and a gap.

第1の態様のMEMSデバイスにおいて、前記キャップ部が第1のキャップ層と第2のキャップ層で形成され、前記第1のキャップ層の前記穴近傍に開口部が設けられ、前記第2のキャップ層が前記開口部をふさいでいることが望ましい。   In the MEMS device of the first aspect, the cap portion is formed of a first cap layer and a second cap layer, an opening is provided in the vicinity of the hole of the first cap layer, and the second cap It is desirable for the layer to block the opening.

第1の態様のMEMSデバイスにおいて、前記第1のキャップ層の少なくとも一部が前記支柱に直接支持されていることが望ましい。   In the MEMS device according to the first aspect, it is desirable that at least a part of the first cap layer is directly supported by the support column.

第1の態様のMEMSデバイスにおいて、前記可動部が慣性センサの重錘であることが望ましい。   In the MEMS device according to the first aspect, it is desirable that the movable part is a weight of an inertial sensor.

第1の態様のMEMSデバイスにおいて、前記可動部が慣性センサの重錘であり、前記穴が設けられた可動部の面積に対して、前記穴の面積の和が30%以下であることが望ましい。   In the MEMS device according to the first aspect, it is preferable that the movable part is a weight of an inertial sensor, and a sum of the areas of the holes is 30% or less with respect to an area of the movable part provided with the holes. .

第1の態様のMEMSデバイスにおいて、前記支柱間の間隔が、100μm以下であることが望ましい。   In the MEMS device according to the first aspect, it is desirable that a distance between the support columns is 100 μm or less.

本発明の第2の態様のMEMSデバイスの製造方法は、基板上に第1の犠牲層を成膜する工程と、前記第1の犠牲層をパターニングして一部を除去する工程と、前記第1の犠牲層上に前記第1の犠牲層と材質が異なる可動部形成層を成膜する工程と、前記可動部形成層をパターニングし、穴が設けられた可動部と、前記穴の内側の前記第1の犠牲層が除去された領域に支柱を形成する工程と、前記可動部および前記支柱上に第2の犠牲層を成膜する工程と、前記第2の犠牲層上に第1のキャップ層を成膜する工程と、
前記第1のキャップ層をパターニングし、前記穴近傍に開口部を設ける工程と、前記第1の犠牲層と前記第2の犠牲層とをエッチングし前記可動部をリリースする工程と、前記第1のキャップ層上に第2のキャップ層を成膜し前記開口部をふさぐ工程とを有することを特徴とする。
The MEMS device manufacturing method according to the second aspect of the present invention includes a step of forming a first sacrificial layer on a substrate, a step of patterning the first sacrificial layer to remove a part thereof, Forming a movable part forming layer made of a material different from that of the first sacrificial layer on the first sacrificial layer; patterning the movable part forming layer; and a movable part provided with a hole; Forming a column in the region from which the first sacrificial layer has been removed; forming a second sacrificial layer on the movable portion and the column; and a first on the second sacrificial layer. Forming a cap layer; and
Patterning the first cap layer and providing an opening in the vicinity of the hole; etching the first sacrificial layer and the second sacrificial layer to release the movable part; and the first Forming a second cap layer on the cap layer and closing the opening.

第2の態様のMEMSデバイスの製造方法において、第1のキャップ層を成膜する工程の前に、前記支柱上の一部の前記第2の犠牲層を除去する工程を有し、前記第1のキャップ層を成膜する工程の際に、前記第1のキャップ層の少なくとも一部が前記基板に支持される状態にすることが望ましい。   The method of manufacturing a MEMS device according to a second aspect includes a step of removing a part of the second sacrificial layer on the support column before the step of forming the first cap layer. In the step of forming the cap layer, it is preferable that at least a part of the first cap layer is supported by the substrate.

本発明によれば、製造プロセスが容易で小型化可能、かつ、高い信頼性を有する中空封止構造を備えたMEMSデバイスおよびその製造方法を提供することが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the MEMS device provided with the hollow sealing structure which has an easy manufacturing process, can be reduced in size, and has high reliability, and its manufacturing method.

中空封止前の第1の実施の形態の加速度センサの平面図。The top view of the acceleration sensor of 1st Embodiment before hollow sealing. 図1のA−A断面図。AA sectional drawing of FIG. 中空封止後の第1の実施の形態の加速度センサの平面図。The top view of the acceleration sensor of 1st Embodiment after hollow sealing. 図3のA−A部分断面図。FIG. 4 is a partial cross-sectional view taken along line AA in FIG. 3. 図3のB−B部分断面図。BB partial sectional view of FIG. 第1の実施の形態の加速度センサの製造方法を示す工程順模式断面図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view in order of steps showing the method for manufacturing the acceleration sensor according to the first embodiment. 第1の実施の形態の加速度センサの製造方法を示す工程順模式断面図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view in order of steps showing the method for manufacturing the acceleration sensor according to the first embodiment. 第1の実施の形態の加速度センサの製造方法を示す工程順模式断面図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view in order of steps showing the method for manufacturing the acceleration sensor according to the first embodiment. 第1の実施の形態の加速度センサの製造方法を示す工程順模式断面図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view in order of steps showing the method for manufacturing the acceleration sensor according to the first embodiment. 第1の実施の形態の加速度センサの製造方法を示す工程順模式断面図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view in order of steps showing the method for manufacturing the acceleration sensor according to the first embodiment. 第1の実施の形態の加速度センサの製造方法を示す工程順模式断面図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view in order of steps showing the method for manufacturing the acceleration sensor according to the first embodiment. シュミュレーション結果を示す図。The figure which shows a simulation result. 中空封止後の第1の実施の形態の第1の変形例の部分断面図。The fragmentary sectional view of the 1st modification of 1st Embodiment after hollow sealing. 中空封止前の第2の実施の形態の角速度センサの平面図。The top view of the angular velocity sensor of 2nd Embodiment before hollow sealing. 図9のA−A断面図。AA sectional drawing of FIG. 中空封止後の第2の実施の形態の角速度センサの平面図。The top view of the angular velocity sensor of 2nd Embodiment after hollow sealing. 図11のA−A部分断面図。The AA fragmentary sectional view of FIG.

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。なお、本明細書中で「支柱」とは、可動部の穴を貫通して設けられ、基板に対してキャップ部を支持する機能を有する部分を総称する概念である。したがって、単一の層で構成される場合、異なるプロセスステップで形成された複数の層で構成される場合など多様な構成を許容する概念である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present specification, the “post” is a concept that collectively refers to a portion that is provided through the hole of the movable portion and has a function of supporting the cap portion with respect to the substrate. Therefore, it is a concept that allows various configurations such as a single layer or a plurality of layers formed in different process steps.

(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態のMEMSデバイスは、基板と、この基板上に基板と空隙を介して形成され、穴が設けられた可動部と、基板上に形成され、可動部の穴の内側を可動部に非接触に貫通する支柱と、この支柱によって支持され、可動部上に可動部と空隙を介して形成されたキャップ部を有するMEMSデバイスである。
(First embodiment)
The MEMS device according to the first embodiment of the present invention includes a substrate, a movable portion formed on the substrate via a gap with the substrate and provided with a hole, a hole formed on the substrate, and a hole in the movable portion. This is a MEMS device having a support column penetrating the inside of the movable unit in a non-contact manner and a cap unit supported by the support column and formed on the movable unit via a movable unit and a gap.

本実施の形態においては、MEMSデバイスが圧電検出型の加速度センサである。   In the present embodiment, the MEMS device is a piezoelectric detection type acceleration sensor.

図1は、中空封止前の本実施の形態の加速度センサの平面図である。図2は図1のA−A断面図である。まず、図1および図2を用いて、キャップにより可動部を中空封止する前の加速度センサ10について説明する。   FIG. 1 is a plan view of the acceleration sensor of the present embodiment before hollow sealing. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. First, the acceleration sensor 10 before the movable part is hollow-sealed with a cap will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

加速度センサ10は、基板1と基板1上に、下部電極3、圧電膜4および上部電極5により構成されたセンサ梁11、可動部である重錘12、支柱13、および側壁14を備えている。センサ梁11、重錘12、支柱13、および側壁14はすべて同一材料で形成されている。センサ梁11の一端は第1の犠牲層2を介して基板1で支持されている。第1の犠牲層2のない部分では、重錘12は基板1と空隙を介して形成されている。   The acceleration sensor 10 includes a substrate 1 and a sensor beam 11 including a lower electrode 3, a piezoelectric film 4, and an upper electrode 5, a weight 12 that is a movable portion, a support column 13, and a side wall 14 on the substrate 1. . The sensor beam 11, the weight 12, the support column 13, and the side wall 14 are all made of the same material. One end of the sensor beam 11 is supported by the substrate 1 via the first sacrificial layer 2. In the portion where the first sacrificial layer 2 is not provided, the weight 12 is formed with a gap from the substrate 1.

センサ梁11の上部電極5は、幅方向(Y方向)に5aおよび5bに分割され、上部電極5aは電極15aに、上部電極5bは電極15bに接続されている。圧電膜4は基板と垂直方向に分極している。重錘12には、犠牲層を抜くための穴16が形成されている。重錘12と支柱13とは接触しないように構成されている。このように、支柱13は、穴16の内側を、可動部である重錘12に非接触に貫通している。   The upper electrode 5 of the sensor beam 11 is divided into 5a and 5b in the width direction (Y direction), the upper electrode 5a is connected to the electrode 15a, and the upper electrode 5b is connected to the electrode 15b. The piezoelectric film 4 is polarized in the direction perpendicular to the substrate. The weight 12 is formed with a hole 16 for removing the sacrificial layer. The weight 12 and the column 13 are configured not to contact each other. Thus, the support column 13 penetrates the inside of the hole 16 in a non-contact manner with the weight 12 which is a movable part.

Y方向の加速度が重錘12に加わると、重錘12はY方向への力を受け、センサ梁11はY方向に屈曲する。このとき、上部電極5aの下部の圧電膜4にはX方向の圧縮力が加わり、Z方向へは正の歪を発生し、上部電極5aと下部電極3の間に正の起電力が発生する。   When acceleration in the Y direction is applied to the weight 12, the weight 12 receives a force in the Y direction, and the sensor beam 11 bends in the Y direction. At this time, a compressive force in the X direction is applied to the piezoelectric film 4 below the upper electrode 5a, generating a positive strain in the Z direction, and generating a positive electromotive force between the upper electrode 5a and the lower electrode 3. .

一方、上部電極5bの下部の圧電膜4にはX方向の引張り力が加わり、Z方向へは負の歪を発生し、上部電極5aと下部電極3の間に負の起電力が発生する。従って、上部電極5aおよび5bの間、ないしは電極15aおよび15bの間の電位差を測定することで、重錘12に加わった加速度の大きさを求めることができる。   On the other hand, a tensile force in the X direction is applied to the piezoelectric film 4 below the upper electrode 5b, negative strain is generated in the Z direction, and negative electromotive force is generated between the upper electrode 5a and the lower electrode 3. Therefore, the magnitude of the acceleration applied to the weight 12 can be obtained by measuring the potential difference between the upper electrodes 5a and 5b or between the electrodes 15a and 15b.

図3は中空封止後の本実施の形態の加速度センサの平面図である。図4は、図3のA−A部分断面図である。また、図5は、図3のB−B部分断面図である。以下、図3ないし図5を用いて、キャップにより中空封止した後の加速度センサ10について、詳細に説明する。   FIG. 3 is a plan view of the acceleration sensor of the present embodiment after hollow sealing. 4 is a partial cross-sectional view taken along line AA of FIG. FIG. 5 is a partial cross-sectional view taken along line BB in FIG. Hereinafter, the acceleration sensor 10 after being hollow-sealed with a cap will be described in detail with reference to FIGS. 3 to 5.

加速度センサ10の可動部である重錘12は、第1のキャップ層7および第2のキャップ層8からなるキャプ部により中空封止されている。重錘12(センサ梁11は図示しないが同様)は空隙9により、基板1および第1および第2のキャップ層7、8と隔てられている。キャップ層7および8は、周囲の側壁14と接触して支持されているとともに、重錘12を貫通して形成された支柱13と接触して支持されている。   A weight 12 that is a movable part of the acceleration sensor 10 is hollow-sealed by a cap part including a first cap layer 7 and a second cap layer 8. The weight 12 (the sensor beam 11 is not shown) is separated from the substrate 1 and the first and second cap layers 7 and 8 by a gap 9. The cap layers 7 and 8 are supported in contact with the surrounding side wall 14 and are supported in contact with the support column 13 formed through the weight 12.

なお、図4に示すA−A部分断面図(X断面)では、第1のキャップ層7の穴16近傍には、加速度センサ10の製造途中に犠牲層をエッチングするための抜き穴として、開口部17が設けられている。そして、開口部17は、加速度センサ製造後には、図のように第2のキャップ層8でふさがれている。   In the AA partial sectional view (X section) shown in FIG. 4, an opening is formed in the vicinity of the hole 16 of the first cap layer 7 as a hole for etching the sacrificial layer during the manufacture of the acceleration sensor 10. A portion 17 is provided. The opening 17 is closed by the second cap layer 8 as shown in the figure after the acceleration sensor is manufactured.

一方、図5のB−B部分断面図(Y断面)では、第1のキャップ層7と支柱13が直接接触しており、製造中、第1のキャップ層7が形成された時点でも、第1のキャップ層が支柱13に直接支持されていることで反りによる変形等を防止することができる。   On the other hand, in the BB partial cross-sectional view (Y cross section) of FIG. 5, the first cap layer 7 and the support column 13 are in direct contact, and even when the first cap layer 7 is formed during manufacturing, Since the cap layer of 1 is directly supported by the support column 13, deformation due to warpage can be prevented.

このように第1および第2のキャップ層7、8は、重錘12中に形成された多数の支柱13によって支持されている。このため、重錘12全体を側壁14でのみ支持された場合に比べて、薄いキャップ部の厚さで、はるかに強固に中空封止することが可能になる。キャップ部が一定の圧力を受けている場合に、キャップ部の撓み量は支柱間隔のほぼ4乗に比例するので、重錘12中に支柱13を設けることによるメリットは絶大である。このように、中空封止構造の強度が強いため、本実施の形態の加速度センサは信頼性の上でも優れている。また、キャップ部を薄くできるため、小型化も容易である。   As described above, the first and second cap layers 7 and 8 are supported by a large number of columns 13 formed in the weight 12. For this reason, compared with the case where the whole weight 12 is supported only by the side wall 14, it becomes possible to carry out hollow sealing much more strongly with the thin cap part thickness. When the cap portion receives a certain pressure, the amount of bending of the cap portion is proportional to the fourth power of the interval between the columns. Therefore, the merit of providing the columns 13 in the weight 12 is tremendous. As described above, since the strength of the hollow sealing structure is strong, the acceleration sensor of the present embodiment is also excellent in reliability. Further, since the cap portion can be made thin, it is easy to reduce the size.

一般に、加速度センサ10の可動部である重錘12には、その特性上ある程度の面積が必要とされる。そして、可動部をリリースするための犠牲層エッチングを容易に行うためには、本実施の形態のように犠牲層エッチングのための抜き穴を設けることが望ましい。本実施の形態では、もともと犠牲層の抜き穴として可動部に形成されている穴をそのまま利用するため、従来の製造プロセスやデバイス設計と整合性もよく、かつ、加速度センサ10の特性を損なうこともない。   In general, the weight 12 that is a movable part of the acceleration sensor 10 requires a certain area due to its characteristics. In order to easily perform the sacrifice layer etching for releasing the movable portion, it is desirable to provide a hole for the sacrifice layer etching as in the present embodiment. In the present embodiment, since the hole formed in the movable part is used as it is as the punched hole of the sacrificial layer, the compatibility with the conventional manufacturing process and device design is good, and the characteristics of the acceleration sensor 10 are impaired. Nor.

ここで、仮に穴16のない重錘を想定した場合に、重錘12の重心位置が、穴のない重錘に対して変化しないよう穴16が設けられていることが望ましい。このように、穴16を設けることで、穴の有無で重錘のバランスが変化しないため、デバイス設計が容易になるからである。   Here, if a weight without the hole 16 is assumed, it is desirable that the hole 16 is provided so that the position of the center of gravity of the weight 12 does not change with respect to the weight without the hole. This is because the provision of the holes 16 facilitates device design because the balance of the weights does not change depending on the presence or absence of the holes.

なお、第1および第2のキャップ層7、8からなるキャップ部は、すべての支柱13によって支持されていることが、強度の観点からは望ましい。もっとも、必ずしもすべての支柱13によって支持されることは必須ではない。各膜に用いる材料、製造プロセス、各MEMSデバイスの要求等から適宜最適な支持箇所を決定すればよい。   In addition, it is desirable from the viewpoint of strength that the cap portion including the first and second cap layers 7 and 8 is supported by all the support columns 13. However, it is not always necessary to be supported by all the columns 13. What is necessary is just to determine an optimal support location suitably from the material used for each film | membrane, a manufacturing process, the request | requirement of each MEMS device, etc.

次に本実施の形態のMEMSデバイスの製造方法について説明する。本実施の形態のMEMSデバイスの製造方法は、基板上に第1の犠牲層を成膜する工程と、第1の犠牲層をパターニングして一部を除去する工程と、第1の犠牲層上に第1の犠牲層と材質が異なる可動部形成層を成膜する工程と、可動部形成層をパターニングし、穴が設けられた可動部と、穴の内側の第1の犠牲層が除去された領域に支柱を形成する工程と、可動部および支柱上に第2の犠牲層を成膜する工程と、第2の犠牲層上に第1のキャップ層を成膜する工程と、第1のキャップ層をパターニングし、可動部の穴近傍の第1のキャップ層に開口部を設ける工程と、第1の犠牲層と第2の犠牲層とをエッチングし可動部をリリースする工程と、第1のキャップ層上に第2のキャップ層を成膜し開口部をふさぐ工程とを有する。   Next, a method for manufacturing the MEMS device of the present embodiment will be described. The MEMS device manufacturing method of the present embodiment includes a step of forming a first sacrificial layer on a substrate, a step of patterning the first sacrificial layer to remove a part thereof, and a step of forming on the first sacrificial layer. Forming a movable part forming layer made of a material different from that of the first sacrificial layer, patterning the movable part forming layer, and removing the movable part provided with the hole and the first sacrificial layer inside the hole. A step of forming a column in the region, a step of forming a second sacrificial layer on the movable portion and the column, a step of forming a first cap layer on the second sacrificial layer, Patterning the cap layer and providing an opening in the first cap layer in the vicinity of the hole of the movable portion; etching the first sacrificial layer and the second sacrificial layer to release the movable portion; Forming a second cap layer on the cap layer and closing the opening.

図6A〜図6Fは、本実施の形態の加速度センサの製造方法を示す工程順模式断面図である。図3における加速度センサ10のA−A部分断面に相当する断面を示している。   6A to 6F are schematic cross-sectional views in order of steps showing the method of manufacturing the acceleration sensor according to the present embodiment. The cross section equivalent to the AA partial cross section of the acceleration sensor 10 in FIG. 3 is shown.

まず、図6Aに示すように、例えば、Siやガラスなどを使用した基板1を用意し、基板1上に非晶質Siなどからなる第1の犠牲層2を成膜する。その後、リソグラフィおよび反応性イオンエッチング(RIE)によりパターニングを行い、後に支柱を形成する領域の第1の犠牲層2をあらかじめ除去し、基板1表面を露出させておく。   First, as shown in FIG. 6A, a substrate 1 using, for example, Si or glass is prepared, and a first sacrificial layer 2 made of amorphous Si or the like is formed on the substrate 1. Thereafter, patterning is performed by lithography and reactive ion etching (RIE), and the first sacrificial layer 2 in a region where a post is to be formed later is removed in advance to expose the surface of the substrate 1.

次に、図6Bに示すように、可動部形成層として、第1の犠牲層2と材質が異なる、例えば、厚さ3μmのAlNと、このAlNを挟む2層の厚さ0.1μmのAlを、常温でスパッタリング法により成膜する。この可動部形成層をパターニングし、上下電極3、5を備える圧電膜4からなり、穴16が設けられた重錘12、支柱13および側壁14を形成する。このとき、重錘12は第1の犠牲層2上に形成される。一方、支柱13、側壁14は第1の犠牲層2を除去した基板1表面上に直接形成される。この場合、上下電極3、5はAlで、圧電膜4はAlNを材料として形成されることになる。   Next, as shown in FIG. 6B, the movable part forming layer is made of a material different from that of the first sacrificial layer 2, for example, 3 μm thick AlN and two layers of 0.1 μm thick Al sandwiching the AlN. Is formed by sputtering at room temperature. The movable part forming layer is patterned to form the weight 12, the support column 13 and the side wall 14 which are made of the piezoelectric film 4 including the upper and lower electrodes 3 and 5 and provided with the holes 16. At this time, the weight 12 is formed on the first sacrificial layer 2. On the other hand, the column 13 and the side wall 14 are directly formed on the surface of the substrate 1 from which the first sacrificial layer 2 is removed. In this case, the upper and lower electrodes 3 and 5 are made of Al, and the piezoelectric film 4 is made of AlN.

次に、図6Cに示すように、重錘12および支柱13の上に、例えば、第1の犠牲層2と同じ材質である非晶質Siからなる第2の犠牲層6を成膜する。ここで、第2の犠牲層6の材質は、必ずしも、第1の犠牲層2と同一の材質であることが必須ではない。後の、第1および第2の犠牲層2、6を同時に選択エッチングする際に、同時に除去することが可能な材質であれば構わない。しかしながら、エッチングの際のエッチングレートが等しい、または、近いものが望ましい。この観点から同一の材質であることがより望ましい。   Next, as shown in FIG. 6C, the second sacrificial layer 6 made of amorphous Si, which is the same material as the first sacrificial layer 2, for example, is formed on the weight 12 and the column 13. Here, the material of the second sacrificial layer 6 is not necessarily the same material as that of the first sacrificial layer 2. Any material that can be removed simultaneously when the first and second sacrificial layers 2 and 6 are selectively etched at the same time may be used. However, it is desirable that the etching rate during etching is equal or close. From this viewpoint, the same material is more desirable.

その後、リソグラフィおよび反応性イオンエッチングによりパターニングを行う。なお図中には示さないが、重錘12に設けられた穴近傍、すなわち、支柱13上の一部分の第2の犠牲層6を、除去しておく。これは、後に第1のキャップ層を、支柱13を介して基板1で支持する状態にするためである。   Thereafter, patterning is performed by lithography and reactive ion etching. Although not shown in the drawing, the second sacrificial layer 6 in the vicinity of the hole provided in the weight 12, that is, a part of the second sacrificial layer 6 on the support column 13 is removed. This is because the first cap layer is later supported by the substrate 1 via the support column 13.

次に、図6Dに示すように、第1のキャップ層7を成膜する。第1のキャップ層7として、例えば、厚さ1μmのAlNを使用し、スパッタリング法により形成する。その後、第1のキャップ層7をリソグラフィおよび反応性イオンエッチングによりパターニングして、重錘12に設けられた穴16近傍に開口部17を設ける。   Next, as shown in FIG. 6D, a first cap layer 7 is formed. As the first cap layer 7, for example, AlN having a thickness of 1 μm is used and formed by a sputtering method. Thereafter, the first cap layer 7 is patterned by lithography and reactive ion etching to provide an opening 17 in the vicinity of the hole 16 provided in the weight 12.

次に、図6Eに示すように、第1および第2の犠牲層2、6のみを選択的に溶解除去できるエッチャントを使用して、抜き穴となる穴16および開口部17から第1および第2の犠牲層2、6を同時に選択エッチングすることで除去する。これによって、重錘12の周囲に空隙9を形成し、可動部である重錘12をリリースする。エッチャントとして、例えば、XeFなどを使用することができる。 Next, as shown in FIG. 6E, an etchant that can selectively dissolve and remove only the first and second sacrificial layers 2 and 6 is used to remove the first and first holes 16 and the openings 17 from the holes 16 and the openings 17. The two sacrificial layers 2 and 6 are simultaneously removed by selective etching. As a result, a gap 9 is formed around the weight 12, and the weight 12, which is a movable part, is released. For example, XeF 2 can be used as the etchant.

次に、図6Fに示すように、第1のキャップ層7の上に、例えばスパッタ法などを使用して、例えばAlなどからなる第2のキャップ層8を成膜し、開口部17をふさぐことにより重錘12を中空封止する。第2のキャップ層8の厚さは、開口部17の幅あるいは、支柱13と第1のキャップ層7との隙間より充分大きければ、開口部17をふさぐことができる。スパッタ法により最終的な気密封止を行うので、スパッタ法に使用される雰囲気、すなわち10−5Torr程度の高真空で気密封止することが可能である。   Next, as shown in FIG. 6F, a second cap layer 8 made of, for example, Al is formed on the first cap layer 7 by using, for example, a sputtering method to close the opening 17. Thus, the weight 12 is sealed hollow. If the thickness of the second cap layer 8 is sufficiently larger than the width of the opening 17 or the gap between the support column 13 and the first cap layer 7, the opening 17 can be blocked. Since the final hermetic sealing is performed by the sputtering method, the hermetic sealing can be performed in an atmosphere used for the sputtering method, that is, in a high vacuum of about 10 −5 Torr.

本実施の形態の製造方法によれば、重錘12やセンサ梁11等の可動部の周囲に空隙を形成して真空に中空封止した加速度センサ10を、通常用いる程度の膜厚で、通常の薄膜プロセスのみを使用して容易に実現することが可能となる。したがって、中空封止を行うために、特殊な製造装置を準備する必要もない。   According to the manufacturing method of the present embodiment, the acceleration sensor 10 in which a gap is formed around the movable portion such as the weight 12 and the sensor beam 11 and is vacuum-sealed in a vacuum is usually used with a film thickness that is normally used. It can be easily realized using only the thin film process. Therefore, it is not necessary to prepare a special manufacturing apparatus in order to perform hollow sealing.

なお、重錘12に形成する穴16の面積は、重錘12の面積に対して大きすぎると重錘としての効果が減少するため、重錘12を含む可動部の面積に占める穴16の総面積は多くても30%以下、好ましくは20%以下であることが望ましい。   If the area of the hole 16 formed in the weight 12 is too large with respect to the area of the weight 12, the effect as the weight is reduced. Therefore, the total of the holes 16 occupying the area of the movable part including the weight 12 is reduced. The area is at most 30% or less, preferably 20% or less.

次に、実際の支柱の効果をさらに明らかにするために、図1、2の構造において、有限要素法(FEM)によるシミュレーションを行った。図7はシュミュレーション結果を示す図である。   Next, in order to further clarify the effect of actual struts, a finite element method (FEM) simulation was performed on the structure of FIGS. FIG. 7 is a diagram showing a simulation result.

5μm□の寸法の支柱13を30μmのピッチで形成し、第1のキャップ層7として厚さ1μmのAlNを、第2のキャップ層8として厚さ3μmのAlを使用した。加速度センサ10全体を樹脂封止することを想定し、10MPaの圧力を均等に加えてキャップ層の変形を計算したところ、最大でも0.07μmに留まることが分った。   Struts 13 having dimensions of 5 μm □ were formed at a pitch of 30 μm, AlN having a thickness of 1 μm was used as the first cap layer 7, and Al having a thickness of 3 μm was used as the second cap layer 8. Assuming that the entire acceleration sensor 10 is resin-sealed, the deformation of the cap layer was calculated by uniformly applying a pressure of 10 MPa, and it was found that the maximum was 0.07 μm at the maximum.

前述したように、最大変形量は支柱の間隔のほぼ4乗に比例する。このため、最大変形量は、支柱が60μmピッチの場合は約1.1μm、支柱が120μmピッチの場合は約18μmにも達する。このことからも、支柱無しでは100μm以上の大きさの重錘を中空封止することは困難であることが分る。   As described above, the maximum deformation amount is proportional to the fourth power of the interval between the columns. For this reason, the maximum deformation amount reaches about 1.1 μm when the pillars are 60 μm pitch, and reaches about 18 μm when the pillars are 120 μm pitch. From this, it can be seen that it is difficult to hollow-seal a weight having a size of 100 μm or more without a support.

このように、重錘12中に形成する支柱13の間隔は、長くても100μm以下、好ましくは50μm以下であることが望ましい。   Thus, it is desirable that the interval between the support pillars 13 formed in the weight 12 is 100 μm or less, preferably 50 μm or less at the longest.

(第1の実施の形態の第1の変形例)
本発明の第1の実施の形態の第1の変形例は、第1の実施の形態と同様に圧電検出型の加速度センサである。第1の実施の形態との相違点は、第1のキャップ層7と第2のキャップ層8の間に、封入層18を設ける点にある。
(First modification of the first embodiment)
A first modification of the first embodiment of the present invention is a piezoelectric detection type acceleration sensor as in the first embodiment. The difference from the first embodiment is that an encapsulation layer 18 is provided between the first cap layer 7 and the second cap layer 8.

図8は、可動部の中空封止後の本変形例の加速度センサの、第1の実施の形態における図3のA−Aに相当する部分の、部分断面図である。   FIG. 8 is a partial cross-sectional view of a portion corresponding to AA of FIG. 3 in the first embodiment of the acceleration sensor of the present modified example after hollow sealing of the movable portion.

加速度センサ20では、第1のキャップ層7の上に、封入層18を設ける。封入層18により第1のキャップ層7の抜き穴である開口部17がふさがれる。封入層18は、例えばスピンオン法で形成する感光性エポキシ樹脂等を使用することができる。常圧で形成することで、空隙9は常圧に保たれる。   In the acceleration sensor 20, the encapsulating layer 18 is provided on the first cap layer 7. The encapsulating layer 18 closes the opening 17 that is a hole in the first cap layer 7. For the encapsulating layer 18, for example, a photosensitive epoxy resin formed by a spin-on method can be used. By forming at normal pressure, the gap 9 is maintained at normal pressure.

封入層18の上にさらに第2のキャップ層8を形成することで、気密封止することができる。第2のキャップ層8の形成法は、既に開口部17がふさがれているため、スパッタ法に限定されることはない。したがって、CVD法などで形成される多種類の無機膜や金属膜を第2のキャップ層8として使用することが可能になる。   By forming the second cap layer 8 on the encapsulating layer 18, airtight sealing can be achieved. The formation method of the second cap layer 8 is not limited to the sputtering method because the opening 17 is already blocked. Therefore, it is possible to use various kinds of inorganic films and metal films formed by the CVD method or the like as the second cap layer 8.

なお、第1のキャップ層7のみで、キャップ部に要求される強度の特性等が満足される場合は、必ずしも第2のキャップ層8を形成する必要はない。   In addition, when the characteristic of the intensity | strength requested | required of a cap part is satisfied only with the 1st cap layer 7, the 2nd cap layer 8 does not necessarily need to be formed.

本変形例においては、常圧で可動部を中空封止することができるので、可動部である重錘12に衝撃力が加わった時に、内部の空気がダンピング効果を持つ。このため、重錘12が基板1やキャップ部に接触したときの衝撃力を緩和する効果がある。   In this modification, the movable part can be hollow-sealed at normal pressure, so that when the impact force is applied to the weight 12 that is the movable part, the internal air has a damping effect. For this reason, there exists an effect which relieve | moderates the impact force when the weight 12 contacts the board | substrate 1 and a cap part.

(第1の実施の形態の第2の変形例)
本発明の第1の実施の形態の第2の変形例は、支柱がキャップ部と同一材料で一体に形成される加速度センサである。図2において、可動部形成層で形成される支柱13が省略される形である。例えば、図4、5において、キャップ部の一部である第2のキャップ層8が直接基板1上にありキャップ部を支持する。すなわち、キャップ部自体が支柱として機能する。
(Second modification of the first embodiment)
The 2nd modification of the 1st Embodiment of this invention is an acceleration sensor by which a support | pillar is integrally formed with the same material as a cap part. In FIG. 2, the column 13 formed of the movable part forming layer is omitted. For example, in FIGS. 4 and 5, the second cap layer 8 which is a part of the cap portion is directly on the substrate 1 and supports the cap portion. That is, the cap part itself functions as a support.

本変形例によれば、可動部形成層で支柱を形成しないことから、可動部形成層のパターンが簡略になるという効果がある。   According to this modification, since the support is not formed by the movable part forming layer, there is an effect that the pattern of the movable part forming layer is simplified.

(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施の形態のMEMSデバイスは、第1の実施の形態が加速度センサであるのに対し、静電型の角速度センサである。
(Second Embodiment)
The MEMS device according to the second embodiment of the present invention is an electrostatic angular velocity sensor, whereas the first embodiment is an acceleration sensor.

図9は、中空封止前の本実施の形態の角速度センサの平面図である。図10は、図9のA−A断面図である。まず、図9および図10を用いて、キャップにより可動部を中空封止する前の角速度センサ30について説明する。   FIG. 9 is a plan view of the angular velocity sensor of the present embodiment before hollow sealing. FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. First, the angular velocity sensor 30 before the movable part is hollow-sealed with the cap will be described with reference to FIGS. 9 and 10.

角速度センサ30は、基板31と、基板31上に、可動部であるバネ41と重錘42、支柱43、および側壁44を備えている。バネ41の一端は電極49により基板31に接続されている。重錘42には、犠牲層を抜くための穴52が形成され、重錘42と支柱43とは互いに接触しないように構成されている。このように、支柱43は、穴52の内側を可動部である重錘43に非接触に貫通している。   The angular velocity sensor 30 includes a substrate 31, and a spring 41, a weight 42, a column 43, and a side wall 44 that are movable parts on the substrate 31. One end of the spring 41 is connected to the substrate 31 by an electrode 49. The weight 42 is formed with a hole 52 for removing the sacrificial layer, and the weight 42 and the column 43 are configured not to contact each other. Thus, the support | pillar 43 has penetrated the weight 43 which is a movable part inside the hole 52 non-contactingly.

重錘42には、櫛型可動電極45a、45b、46aおよび46bが形成されている。一方、櫛型可動電極45aないし46bに対向して、基板31に固定された、櫛型固定電極47a、47b、48aおよび48bが形成され、それぞれ電極50a、50b、51aおよび51bに接続されている。   Comb-shaped movable electrodes 45a, 45b, 46a and 46b are formed on the weight 42. On the other hand, comb-shaped fixed electrodes 47a, 47b, 48a, and 48b fixed to the substrate 31 are formed to face the comb-shaped movable electrodes 45a to 46b, and are connected to the electrodes 50a, 50b, 51a, and 51b, respectively. .

角速度センサ30においては、1対の櫛型可動電極45aと櫛型固定電極47aの間、および櫛型可動電極45bと櫛型固定電極47bの間に交番電界が印加され、重錘42はY軸方向に共振を生じさせる。このとき、Z軸周りに角速度が加わると、X軸方向にコリオリ力が生じ、X軸方向に角速度に応じて共振が生じる。この共振の振幅を、1対の櫛型可動電極46aと櫛型固定電極48aの間、および櫛型可動電極46bと櫛型固定電極48bの間に生じる静電容量の変化として検出する。   In the angular velocity sensor 30, an alternating electric field is applied between the pair of comb-shaped movable electrodes 45a and the comb-shaped fixed electrode 47a, and between the comb-shaped movable electrode 45b and the comb-shaped fixed electrode 47b. Resonate in the direction. At this time, when an angular velocity is applied around the Z axis, a Coriolis force is generated in the X axis direction, and resonance occurs in the X axis direction according to the angular velocity. The amplitude of this resonance is detected as a change in electrostatic capacitance generated between the pair of comb movable electrodes 46a and the comb fixed electrodes 48a and between the comb movable electrodes 46b and the comb fixed electrodes 48b.

図11は、中空封止後の本実施の形態の角速度センサの平面図である。図12は、図11のA−A部分断面図である。以下、図11および図12を用いて、キャップにより中空封止した後の角速度センサ30について、詳細に説明する。   FIG. 11 is a plan view of the angular velocity sensor of the present embodiment after hollow sealing. 12 is a partial cross-sectional view taken along line AA of FIG. Hereinafter, the angular velocity sensor 30 after being hollow-sealed with a cap will be described in detail with reference to FIGS. 11 and 12.

角速度センサ30の可動部である重錘42は、第1のキャップ層34および第2のキャップ層35により中空封止されている。重錘42は空隙37により、基板31および第1および第2のキャップ層34、35と隔てられている。キャップ部を構成するキャップ層34および35は、周囲の側壁44と接触して支持されているとともに、重錘42を貫通して形成された支柱43と接触して支持されている。   A weight 42 that is a movable part of the angular velocity sensor 30 is hollow-sealed by a first cap layer 34 and a second cap layer 35. The weight 42 is separated from the substrate 31 and the first and second cap layers 34 and 35 by a gap 37. The cap layers 34 and 35 constituting the cap portion are supported by being in contact with the surrounding side wall 44 and are supported by being in contact with a support 43 formed through the weight 42.

このようにキャップ層34および35からなるキャップ部は、重錘42中に形成された多数の支柱43によって支持されている。このため、重錘42全体を側壁44でのみ支持した場合に比べて、薄いキャップ部で、はるかに強固に中空封止することが可能になる。キャップ部が一定の圧力を受けている場合に、キャップ部の撓み量は支柱間隔のほぼ4乗に比例するので、重錘42中に支柱43を設けることによるメリットは絶大である。本実施の形態においても、第1の実施の形態と同様の作用・効果を得ることできる。   As described above, the cap portion formed of the cap layers 34 and 35 is supported by a large number of pillars 43 formed in the weight 42. For this reason, as compared with the case where the entire weight 42 is supported only by the side wall 44, it becomes possible to perform the hollow sealing with the thin cap portion much more strongly. When the cap portion receives a constant pressure, the amount of bending of the cap portion is proportional to the fourth power of the column interval, so that the merit of providing the column 43 in the weight 42 is tremendous. Also in this embodiment, the same operations and effects as those in the first embodiment can be obtained.

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。上記、実施の形態はあくまで、例として挙げられているだけであり、本発明を限定するものではない。また、実施の形態の説明においては、MEMSデバイス、その製造方法等で、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされるMEMSデバイス、その製造方法等に関わる要素を適宜選択して用いることができる。   The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. The above embodiment is merely given as an example and does not limit the present invention. In the description of the embodiment, the description of the MEMS device, its manufacturing method, etc., which is not directly necessary for the description of the present invention is omitted, but the required MEMS device, its manufacturing method, etc. The elements involved can be appropriately selected and used.

例えば、実施の形態においては、MEMSデバイスとして、加速度センサと角速度センサを例に説明した。しかし、例えば、同様に大面積の可動部が要求される可変キャパシタ等のMEMSデバイスに本発明を適用することは有効である。   For example, in the embodiment, the acceleration sensor and the angular velocity sensor have been described as examples of the MEMS device. However, for example, it is effective to apply the present invention to a MEMS device such as a variable capacitor that similarly requires a movable area having a large area.

その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全てのMEMSデバイス、その製造方法が、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲およびその均等物の範囲によって定義されるものである。   In addition, the scope of the present invention includes all MEMS devices that include the elements of the present invention and whose design can be appropriately changed by those skilled in the art and methods for manufacturing the same. The scope of the present invention is defined by the appended claims and equivalents thereof.

1 基板
2 第1の犠牲層
3 下部電極
4 圧電膜
5 上部電極
6 第2の犠牲層
7 第1のキャップ層
8 第2のキャップ層
9 空隙
10 加速度センサ
11 センサ梁
12 重錘
13 支柱
14 側壁
15a、b 電極
16 穴
17 開口部
18 封入層
20 加速度センサ
30 角速度センサ
31 基板
34 第1のキャップ層
35 第2のキャップ層
37 空隙
41 バネ
42 重錘
43 支柱
44 側壁
45a、b 櫛型可動電極
46a、b 櫛型可動電極
47a、b 櫛型固定電極
48a、b 櫛型固定電極
49 電極
52 穴
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 1st sacrificial layer 3 Lower electrode 4 Piezoelectric film 5 Upper electrode 6 2nd sacrificial layer 7 1st cap layer 8 2nd cap layer 9 Space | gap 10 Acceleration sensor 11 Sensor beam 12 Weight 13 Support | pillar 14 Side wall 15a, b Electrode 16 Hole 17 Opening 18 Encapsulation layer 20 Acceleration sensor 30 Angular velocity sensor 31 Substrate 34 First cap layer 35 Second cap layer 37 Air gap 41 Spring 42 Weight 43 Post 44 Side wall 45a, b Comb movable electrode 46a, b Comb movable electrode 47a, b Comb fixed electrode 48a, b Comb fixed electrode 49 Electrode 52 Hole

Claims (8)

基板と、
前記基板上に前記基板と空隙を介して形成され、穴が設けられた可動部と、
前記基板上に形成され、前記穴の内側を前記可動部に非接触に貫通する支柱と、
前記支柱によって支持され、前記可動部上に前記可動部と空隙を介して形成されたキャップ部を有することを特徴とするMEMSデバイス。
A substrate,
A movable part formed on the substrate via the substrate and a gap and provided with a hole;
A column formed on the substrate and penetrating the movable part in a non-contact manner inside the hole;
A MEMS device comprising a cap portion supported by the support column and formed on the movable portion via the movable portion and a gap.
前記キャップ部が第1のキャップ層と第2のキャップ層で形成され、
前記第1のキャップ層の前記穴近傍に開口部が設けられ、
前記第2のキャップ層が前記開口部をふさいでいることを特徴とする請求項1記載のMEMSデバイス。
The cap portion is formed of a first cap layer and a second cap layer;
An opening is provided near the hole of the first cap layer;
The MEMS device according to claim 1, wherein the second cap layer covers the opening.
前記第1のキャップ層の少なくとも一部が前記支柱に直接支持されていることを請求項1または請求項2記載のMEMSデバイス。   The MEMS device according to claim 1, wherein at least a part of the first cap layer is directly supported by the support column. 前記可動部が慣性センサの重錘であることを特徴とする請求項1ないし請求項3いずれか一項に記載のMEMSデバイス。   The MEMS device according to claim 1, wherein the movable portion is a weight of an inertial sensor. 前記穴が設けられた可動部の面積に対して、前記穴の面積の和が30%以下であることを特徴とする、請求項4に記載のMEMSデバイス。   The MEMS device according to claim 4, wherein a sum of the areas of the holes is 30% or less with respect to an area of the movable part provided with the holes. 前記支柱間の間隔が、100μm以下であることを特徴とする、請求項1ないし請求項5いずれか一項に記載のMEMSデバイス。   6. The MEMS device according to claim 1, wherein an interval between the support pillars is 100 μm or less. 7. 基板上に第1の犠牲層を成膜する工程と、
前記第1の犠牲層をパターニングして一部を除去する工程と、
前記第1の犠牲層上に前記第1の犠牲層と材質が異なる可動部形成層を成膜する工程と、
前記可動部形成層をパターニングし、穴が設けられた可動部と、前記穴の内側の前記第1の犠牲層が除去された領域に支柱を形成する工程と、
前記可動部および前記支柱上に第2の犠牲層を成膜する工程と、
前記第2の犠牲層上に第1のキャップ層を成膜する工程と、
前記第1のキャップ層をパターニングし、前記穴近傍に開口部を設ける工程と、
前記第1の犠牲層と前記第2の犠牲層とをエッチングし前記可動部をリリースする工程と、
前記第1のキャップ層上に第2のキャップ層を成膜し前記開口部をふさぐ工程とを有することを特徴とするMEMSデバイスの製造方法。
Forming a first sacrificial layer on the substrate;
Patterning the first sacrificial layer to remove a portion thereof;
Forming a movable part forming layer made of a material different from that of the first sacrificial layer on the first sacrificial layer;
Patterning the movable part forming layer, forming a movable part provided with a hole, and a column in the region where the first sacrificial layer inside the hole is removed;
Forming a second sacrificial layer on the movable part and the support;
Depositing a first cap layer on the second sacrificial layer;
Patterning the first cap layer and providing an opening in the vicinity of the hole;
Etching the first sacrificial layer and the second sacrificial layer to release the movable part;
A method of manufacturing a MEMS device, comprising: forming a second cap layer on the first cap layer and closing the opening.
第1のキャップ層を成膜する工程の前に、前記支柱上の一部の前記第2の犠牲層を除去する工程を有し、
前記第1のキャップ層を成膜する工程の際に、前記第1のキャップ層の少なくとも一部が前記基板に支持される状態にすることを特徴とする請求項7記載のMEMSデバイスの製造方法。
A step of removing a part of the second sacrificial layer on the support column before the step of forming the first cap layer;
8. The method of manufacturing a MEMS device according to claim 7, wherein at the time of forming the first cap layer, at least a part of the first cap layer is supported by the substrate. .
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8952467B2 (en) 2012-10-19 2015-02-10 Seiko Epson Corporation Electronic device and its manufacturing method
JP2015081774A (en) * 2013-10-21 2015-04-27 セイコーエプソン株式会社 Vibrator, manufacturing method of the same, electronic device, electronic apparatus and movable body
JP2015122736A (en) * 2013-11-19 2015-07-02 キヤノン株式会社 Capacitive transducer and manufacturing method thereof
US9158107B2 (en) 2011-10-21 2015-10-13 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Semiconductor device
US9434605B2 (en) 2014-03-25 2016-09-06 Seiko Epson Corporation MEMS device
JP2019070573A (en) * 2017-10-10 2019-05-09 パナソニックIpマネジメント株式会社 Angular velocity sensor element, and angular velocity sensor using the same
US10662055B2 (en) 2017-04-27 2020-05-26 Seiko Epson Corporation MEMS element, sealing structure, electronic device, electronic apparatus, and vehicle
US11784632B2 (en) 2018-08-27 2023-10-10 Seiko Epson Corporation Vibrator device, manufacturing method of vibrator device, electronic device, and vehicle

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08264810A (en) * 1995-03-17 1996-10-11 Siemens Ag Micromechanism semiconductor device and its preparation
JP2004257841A (en) * 2003-02-26 2004-09-16 Mitsubishi Electric Corp Acceleration sensor

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08264810A (en) * 1995-03-17 1996-10-11 Siemens Ag Micromechanism semiconductor device and its preparation
JP2004257841A (en) * 2003-02-26 2004-09-16 Mitsubishi Electric Corp Acceleration sensor

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9158107B2 (en) 2011-10-21 2015-10-13 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Semiconductor device
US8952467B2 (en) 2012-10-19 2015-02-10 Seiko Epson Corporation Electronic device and its manufacturing method
JP2015081774A (en) * 2013-10-21 2015-04-27 セイコーエプソン株式会社 Vibrator, manufacturing method of the same, electronic device, electronic apparatus and movable body
JP2015122736A (en) * 2013-11-19 2015-07-02 キヤノン株式会社 Capacitive transducer and manufacturing method thereof
US9434605B2 (en) 2014-03-25 2016-09-06 Seiko Epson Corporation MEMS device
US10662055B2 (en) 2017-04-27 2020-05-26 Seiko Epson Corporation MEMS element, sealing structure, electronic device, electronic apparatus, and vehicle
JP2019070573A (en) * 2017-10-10 2019-05-09 パナソニックIpマネジメント株式会社 Angular velocity sensor element, and angular velocity sensor using the same
US11784632B2 (en) 2018-08-27 2023-10-10 Seiko Epson Corporation Vibrator device, manufacturing method of vibrator device, electronic device, and vehicle

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