JP2016122981A - Monitoring element and manufacturing method of oscillator - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a monitoring element and a manufacturing method of an oscillator capable of reducing degradation of processing accuracy.SOLUTION: A monitoring element 300 includes: a wafer substrate 100; a monitoring sacrificial layer 320 disposed over the wafer substrate 100; and a ceiling layer 330 resistive to etching, which is dispose of the monitoring sacrificial layer 320 and is formed with continuous holes (etching release hole) 330a for removing the monitoring sacrificial layer 320 by means of etching. The ceiling layer 330 contains a polysilicon.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、モニター素子および振動子の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a monitor element and a method for manufacturing a vibrator.

例えば、特許文献１には、１つのウェハー基板にＭＥＭＳ振動子とモニター素子とを配列し、モニター素子によって犠牲層のエッチング振動度合を測定（観察）することのできる構成が開示されている。これにより、犠牲層エッチングが足りなかったり、反対に、過度に行われたりすることが無くなり、より精度よくＭＥＭＳ振動子を製造することができるようになる。   For example, Patent Document 1 discloses a configuration in which a MEMS vibrator and a monitor element are arranged on one wafer substrate, and the etching vibration degree of the sacrificial layer can be measured (observed) by the monitor element. As a result, the sacrificial layer etching is not insufficient, or on the contrary, it is not excessively performed, and the MEMS vibrator can be manufactured with higher accuracy.

しかしながら、引用文献１のモニター素子では、引用文献１の図５（ｉ）に示すように、犠牲層のエッチングが終了した後に、リリースホールを封止する工程で、モニター素子の上面に大きな凹部が形成されてしまう。このような凹部が存在すると、例えば、ウェハー基板上にさらに成膜するために材料を供給する際や、膜状にレジストマスクを形成するためのレジストを供給する際に、凹部がこれら材料の液溜まりとなってしまう。そのため、膜厚が不均一になったり、膜厚が不足したりし、加工精度が低下するという問題がある。   However, in the monitor element of the cited document 1, as shown in FIG. 5 (i) of the cited document 1, after the etching of the sacrificial layer is completed, a large recess is formed on the upper surface of the monitor element in the step of sealing the release hole. Will be formed. When such a recess exists, for example, when supplying a material for further film formation on a wafer substrate or when supplying a resist for forming a resist mask in a film shape, the recess becomes a liquid of these materials. It becomes a pool. Therefore, there is a problem that the film thickness becomes non-uniform or the film thickness becomes insufficient, and the processing accuracy is lowered.

特開２０１４−１８８７１号公報JP 2014-18871 A

本発明の目的は、加工精度の低下を低減することのできるモニター素子および振動子の製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a monitor element and a method of manufacturing a vibrator that can reduce a decrease in processing accuracy.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following application examples.

［適用例１］
本適用例のモニター素子は、基板と、
前記基板上に配置された犠牲層と、
前記犠牲層上に配置され、前記犠牲層をエッチングにより除去するためのエッチングリリース孔を有し、前記エッチングに対する耐性を有する天井層と、
を備えていることを特徴とする。
これにより、天井層を介して前記犠牲層のエッチング界面を観察することで、犠牲層のエッチング度合いを知ることができる。また、天井層を有しているため、モニター素子上に過度な凹部の形成が低減され、その後の加工精度を高く保つことができる。 [Application Example 1]
The monitor element of this application example includes a substrate,
A sacrificial layer disposed on the substrate;
A ceiling layer disposed on the sacrificial layer, having an etching release hole for removing the sacrificial layer by etching, and having a resistance to the etching;
It is characterized by having.
Accordingly, the etching degree of the sacrificial layer can be known by observing the etching interface of the sacrificial layer through the ceiling layer. Moreover, since it has a ceiling layer, formation of an excessive recessed part on a monitor element is reduced, and the subsequent processing precision can be kept high.

［適用例２］
本適用例のモニター素子では、前記天井層は、ポリシリコンを含んでいることが好ましい。
これにより、ポリシリコンは、半導体プロセスに適した材料であるため、天井層の構成および形成が簡単となる。 [Application Example 2]
In the monitoring element of this application example, it is preferable that the ceiling layer includes polysilicon.
Thereby, since polysilicon is a material suitable for a semiconductor process, the structure and formation of the ceiling layer are simplified.

［適用例３］
本適用例のモニター素子では、前記天井層に配置され、前記エッチングリリース孔と平面視で重なる開口を有するレジスト膜を備えていることが好ましい。
これにより、天井層のエッチングダメージを低減することができる。 [Application Example 3]
The monitor element of this application example preferably includes a resist film that is disposed on the ceiling layer and has an opening that overlaps the etching release hole in plan view.
Thereby, the etching damage of a ceiling layer can be reduced.

［適用例４］
本適用例のモニター素子では、前記基板および前記天井層と共に前記犠牲層を囲む壁部を有していることが好ましい。
これにより、モニター素子の機械的強度を高めることができる。 [Application Example 4]
In the monitor element of this application example, it is preferable that a wall portion surrounding the sacrificial layer is provided together with the substrate and the ceiling layer.
Thereby, the mechanical strength of the monitor element can be increased.

［適用例５］
本適用例のモニター素子では、前記天井層の厚さは、１００Å以上、５００００Å以下の範囲内であることが好ましい。
これにより、例えば、光学式の顕微鏡等によって、天井層を介して、その下方の犠牲層を視認することができる。これにより、犠牲層のエッチング度合いを容易に確認することができる。 [Application Example 5]
In the monitor element of this application example, it is preferable that the thickness of the ceiling layer is in a range of 100 mm or more and 50000 mm or less.
Thereby, for example, the sacrificial layer below the ceiling layer can be visually recognized by an optical microscope or the like. Thereby, the etching degree of a sacrificial layer can be confirmed easily.

［適用例６］
本適用例のモニター素子では、前記天井層は、導電性を有し、
前記基板と前記犠牲層との間に配置されている電極層を有していることが好ましい。
これにより、天井層と電極層との間の容量変化から、犠牲層のエッチング度合いを検知することができる。 [Application Example 6]
In the monitor element of this application example, the ceiling layer has conductivity,
It is preferable to have an electrode layer disposed between the substrate and the sacrificial layer.
Thereby, the etching degree of a sacrificial layer is detectable from the capacitance change between a ceiling layer and an electrode layer.

［適用例７］
本適用例のモニター素子では、前記電極層と前記天井層との間の容量を検出する端子を有していることが好ましい。
これにより、容量を簡単に検出することができる。 [Application Example 7]
The monitor element of this application example preferably includes a terminal for detecting a capacitance between the electrode layer and the ceiling layer.
Thereby, the capacity can be easily detected.

［適用例８］
本適用例のモニター素子では、前記基板と前記天井層との間に位置し、前記基板に前記天井層を支持する支持部を有していることが好ましい。
これにより、天井層の撓みを低減することができる。 [Application Example 8]
In the monitor element of this application example, it is preferable that the monitor element is provided between the substrate and the ceiling layer and has a support portion that supports the ceiling layer on the substrate.
Thereby, the bending of a ceiling layer can be reduced.

［適用例９］
本適用例のモニター素子では、前記基板は、凹部を有し、
前記凹部内に前記犠牲層が配置されていることが好ましい。
これにより、モニター素子の低背化を図ることができる。 [Application Example 9]
In the monitor element of this application example, the substrate has a recess,
It is preferable that the sacrificial layer is disposed in the recess.
Thereby, the height of the monitor element can be reduced.

［適用例１０］
本適用例のモニター素子では、前記犠牲層がエッチングされて形成されたエッチング界面の位置を相対視することのできるゲージを有していることが好ましい。
これにより、犠牲層のエッチング度合いを簡単かつ正確に検知することができる。 [Application Example 10]
It is preferable that the monitor element of this application example has a gauge capable of relatively viewing the position of the etching interface formed by etching the sacrificial layer.
As a result, the etching degree of the sacrificial layer can be detected easily and accurately.

［適用例１１］
本適用例の振動子の製造方法は、モニター素子領域および振動子領域が形成された基板を準備する工程と、
前記モニター素子領域および前記振動子領域をエッチングする工程と、を含み、
前記準備する工程では、
前記モニター素子領域は、モニター犠牲層と、前記モニター犠牲層上に配置され、前記モニター犠牲層をエッチングにより除去するためのエッチングリリース孔を有し、前記エッチングに対する耐性を有するモニター天井層と、を備え、
前記振動子領域は、振動子犠牲層と、前記振動子犠牲層に埋設されている振動素子と、前記振動子犠牲層上に配置され、前記振動子犠牲層をエッチングにより除去するためのエッチングリリース孔を有し、前記エッチングに対する耐性を有する振動子天井層と、を備え、
前記エッチングする工程では、
前記モニター犠牲層および前記振動素子犠牲層をエッチングし、前記モニター犠牲層のエッチングの進行度合いを検知することを特徴とする。
これにより、高い精度で振動子犠牲層をエッチングすることができるため、振動子の歩留まりが向上する。また、モニター素子領域に天井層が設けられているため、モニター素子領域上に過度な凹部の形成が低減され、その後の加工精度を高く保つことができる。 [Application Example 11]
The method of manufacturing a vibrator according to this application example includes a step of preparing a substrate on which a monitor element region and a vibrator region are formed,
Etching the monitor element region and the vibrator region,
In the step of preparing,
The monitor element region includes a monitor sacrificial layer, a monitor ceiling layer disposed on the monitor sacrificial layer, having an etching release hole for removing the monitor sacrificial layer by etching, and having a resistance to the etching. Prepared,
The vibrator region is disposed on the vibrator sacrificial layer, the vibrator element embedded in the vibrator sacrificial layer, and the vibrator sacrificial layer, and an etching release for removing the vibrator sacrificial layer by etching. A vibrator ceiling layer having a hole and having resistance to the etching, and
In the etching step,
The monitor sacrificial layer and the vibration element sacrificial layer are etched, and the progress of etching of the monitor sacrificial layer is detected.
As a result, the vibrator sacrificial layer can be etched with high accuracy, so that the yield of the vibrator is improved. Further, since the ceiling layer is provided in the monitor element region, formation of excessive concave portions on the monitor element region is reduced, and the subsequent processing accuracy can be kept high.

本発明の第１実施形態に係るモニター素子が配置されたウェハー基板を示す平面図である。It is a top view which shows the wafer board | substrate with which the monitoring element which concerns on 1st Embodiment of this invention is arrange | positioned. 犠牲層が残っている状態のＭＥＭＳ振動子およびモニター素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the MEMS vibrator | oscillator and monitor element in the state in which a sacrificial layer remains. 犠牲層を除去した状態のＭＥＭＳ振動子およびモニター素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the MEMS vibrator | oscillator and monitor element of the state which removed the sacrificial layer. ＭＥＭＳ振動子の振動素子およびその周囲を示す平面図である。It is a top view which shows the vibration element of a MEMS vibrator | oscillator, and its periphery. ＭＥＭＳ振動素子およびモニター素子の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of a MEMS vibration element and a monitor element. ＭＥＭＳ振動素子およびモニター素子の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of a MEMS vibration element and a monitor element. ＭＥＭＳ振動素子およびモニター素子の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of a MEMS vibration element and a monitor element. ＭＥＭＳ振動素子およびモニター素子の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of a MEMS vibration element and a monitor element. ＭＥＭＳ振動素子およびモニター素子の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of a MEMS vibration element and a monitor element. ＭＥＭＳ振動素子およびモニター素子の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of a MEMS vibration element and a monitor element. ＭＥＭＳ振動素子およびモニター素子の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of a MEMS vibration element and a monitor element. ＭＥＭＳ振動素子およびモニター素子の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of a MEMS vibration element and a monitor element. ＭＥＭＳ振動素子およびモニター素子の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of a MEMS vibration element and a monitor element. ＭＥＭＳ振動素子およびモニター素子の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of a MEMS vibration element and a monitor element. ＭＥＭＳ振動素子およびモニター素子の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of a MEMS vibration element and a monitor element. ＭＥＭＳ振動素子およびモニター素子の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of a MEMS vibration element and a monitor element. 本発明の第２実施形態に係るモニター素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the monitor element which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 図１７に示すモニター素子の平面図である。FIG. 18 is a plan view of the monitor element shown in FIG. 17. 本発明の第３実施形態に係るモニター素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the monitor element which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 図１９に示すモニター素子の犠牲層をエッチングした状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state which etched the sacrificial layer of the monitor element shown in FIG. 本発明の第４実施形態に係るモニター素子を示す平面図である。It is a top view which shows the monitor element which concerns on 4th Embodiment of this invention. ＭＥＭＳ構造体を備えるモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of a mobile type (or notebook type) personal computer provided with a MEMS structure. ＭＥＭＳ構造体を備える携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of a mobile telephone (PHS is also included) provided with a MEMS structure. ＭＥＭＳ構造体を備えるデジタルスチールカメラの構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of a digital still camera provided with a MEMS structure. ＭＥＭＳ構造体を備える移動体を示す斜視図である。It is a perspective view which shows a mobile body provided with a MEMS structure.

以下、本発明のモニター素子を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るモニター素子が配置されたウェハー基板を示す平面図である。図２は、犠牲層が残っている状態のＭＥＭＳ振動子およびモニター素子を示す断面図である。図３は、犠牲層を除去した状態のＭＥＭＳ振動子およびモニター素子を示す断面図である。図４は、ＭＥＭＳ振動子の振動素子およびその周囲を示す平面図である。図５ないし図１６は、それぞれ、ＭＥＭＳ振動素子およびモニター素子の製造方法を説明する断面図である。なお、図２は、図４中のＡ−Ａ線断面図であり、図４では、天井層および犠牲層の図示を省略している。また、以下では、説明の便宜上、図２中の上側を「上」、下側を「下」と言う。 Hereinafter, the monitor element of the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings.
<First Embodiment>
FIG. 1 is a plan view showing a wafer substrate on which monitor elements according to the first embodiment of the present invention are arranged. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the MEMS vibrator and the monitor element in a state where the sacrificial layer remains. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the MEMS vibrator and the monitor element with the sacrificial layer removed. FIG. 4 is a plan view showing the vibrating element of the MEMS vibrator and its surroundings. 5 to 16 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the MEMS vibration element and the monitor element, respectively. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 4. In FIG. 4, the ceiling layer and the sacrificial layer are not shown. In the following, for convenience of explanation, the upper side in FIG. 2 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”.

図１に示すように、ウェハー基板（基板）１００には、ＭＥＭＳ振動子２００が縦横に配列されており、モニター素子３００がＭＥＭＳ振動子２００の間に分散配置されている。なお、モニター素子３００の配置や数（配設密度）としては、特に限定されず、ＭＥＭＳ振動子２００を製造するプロセス中のウェハー基板１００における面内バラツキを考慮して適宜設定すればよい。   As shown in FIG. 1, MEMS vibrators 200 are arranged vertically and horizontally on a wafer substrate (substrate) 100, and monitor elements 300 are distributed between the MEMS vibrators 200. The arrangement and number (arrangement density) of the monitor elements 300 are not particularly limited, and may be set as appropriate in consideration of in-plane variations in the wafer substrate 100 during the process of manufacturing the MEMS vibrator 200.

以下、図２ないし図４に基づいて、ＭＥＭＳ振動子２００およびモニター素子３００について詳細に説明する。なお、図２では、犠牲層を除去する前のＭＥＭＳ振動子２００およびモニター素子３００を図示し、図３では、犠牲層を除去した後のＭＥＭＳ振動子２００およびモニター素子３００を図示している。   Hereinafter, the MEMS vibrator 200 and the monitor element 300 will be described in detail with reference to FIGS. 2 shows the MEMS vibrator 200 and the monitor element 300 before removing the sacrificial layer, and FIG. 3 shows the MEMS vibrator 200 and the monitor element 300 after removing the sacrificial layer.

≪ＭＥＭＳ振動子２００≫
ＭＥＭＳ振動子２００は、図２および図３に示すように、ウェハー基板１００と、振動素子２１０と、天井層（振動子天井層）２２０と、空洞部（収容空間）２３０を埋める犠牲層（振動子犠牲層）２５０と、半導体回路２４０と、保護層２７０と、レジスト層２８０と、を有している。 ≪MEMS vibrator 200≫
2 and 3, the MEMS vibrator 200 includes a sacrificial layer (vibration) that fills the wafer substrate 100, the vibration element 210, the ceiling layer (vibrator ceiling layer) 220, and the cavity (accommodating space) 230. Child sacrificial layer) 250, semiconductor circuit 240, protective layer 270, and resist layer 280.

ウェハー基板１００は、ＭＥＭＳ振動子２００の形成領域（振動子領域）Ｓ１の縁部を除くようにして上面に開放する凹部１１１を有する半導体基板１１０と、凹部１１１の内面上に積層された第１絶縁膜１２０と、第１絶縁膜１２０上に積層された第２絶縁膜１３０と、を有している。半導体基板１１０は、例えば、シリコン基板で構成され、第１絶縁膜１２０は、例えば、シリコン酸化膜で構成され、第２絶縁膜１３０は、例えば、シリコン窒化膜で構成されている。ただし、半導体基板１１０としては、シリコン基板に限定されず、例えば、ＳＯＩ基板を用いてもよい。また、第１絶縁膜１２０および第２絶縁膜１３０としては、製造時に半導体基板１１０を保護し、また、各部の短絡等を防ぐことができれば特に限定されない。   The wafer substrate 100 includes a semiconductor substrate 110 having a recess 111 that opens to the upper surface so as to exclude an edge of a formation region (vibrator region) S1 of the MEMS vibrator 200, and a first laminated on the inner surface of the recess 111. An insulating film 120 and a second insulating film 130 stacked on the first insulating film 120 are included. The semiconductor substrate 110 is made of, for example, a silicon substrate, the first insulating film 120 is made of, for example, a silicon oxide film, and the second insulating film 130 is made of, for example, a silicon nitride film. However, the semiconductor substrate 110 is not limited to a silicon substrate, and for example, an SOI substrate may be used. Further, the first insulating film 120 and the second insulating film 130 are not particularly limited as long as the semiconductor substrate 110 can be protected at the time of manufacturing and a short circuit of each part can be prevented.

また、半導体基板１１０の凹部１１１よりも外側の部分には、半導体回路２４０が作り込まれている。半導体回路２４０は、例えば、振動素子２１０を励振させるための発振回路を有しており、その他にも、位相同期回路（ＰＬＬ回路）や、発振回路からの出力周波数を整数倍にする逓倍回路や、信号を所定の出力形式に変換して出力する出力回路、等を有していてもよい。このような半導体回路２４０には、必要に応じて、ＭＯＳトランジスタ、キャパシタ、インダクタ、抵抗、ダイオード、配線等の回路要素が含まれている。なお、図２および図３では、説明の便宜上、半導体回路２４０としてＭＯＳトランジスタ２４１のみを図示している。   In addition, a semiconductor circuit 240 is formed in a portion outside the recess 111 of the semiconductor substrate 110. The semiconductor circuit 240 includes, for example, an oscillation circuit for exciting the vibration element 210. In addition, a phase synchronization circuit (PLL circuit), a multiplication circuit that multiplies the output frequency from the oscillation circuit, An output circuit that converts the signal into a predetermined output format and outputs the signal may be included. Such a semiconductor circuit 240 includes circuit elements such as a MOS transistor, a capacitor, an inductor, a resistor, a diode, and a wiring as necessary. 2 and 3, only the MOS transistor 241 is illustrated as the semiconductor circuit 240 for convenience of explanation.

また、凹部１１１内には、壁部２６１と、柱状をなす複数（４本）の柱部２６２と、が設けられている。図４に示すように、壁部２６１は、枠状をなし、平面視で振動素子２１０の周囲を囲むように、凹部１１１の底面に立設されている。そして、壁部２６１の内側にあり、犠牲層２５０（図４では図示せず）で埋められている領域が、犠牲層２５０を除去することによって空洞部２３０となる。このような壁部２６１は、例えば、ポリシリコンで構成されている。また、壁部２６１の外周側（すなわち壁部２６１と凹部１１１の内側面との間）には壁部２６１を補強する補強部２６３が設けられている。これにより、ＭＥＭＳ振動子２００の機械的強度を高めることができる。このような補強部２６３は、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）で構成されている。 Further, a wall portion 261 and a plurality of (four) column portions 262 having a columnar shape are provided in the recess 111. As shown in FIG. 4, the wall portion 261 has a frame shape and is erected on the bottom surface of the recess 111 so as to surround the vibration element 210 in a plan view. A region inside the wall portion 261 and filled with the sacrificial layer 250 (not shown in FIG. 4) becomes the hollow portion 230 by removing the sacrificial layer 250. Such a wall portion 261 is made of, for example, polysilicon. In addition, a reinforcing portion 263 that reinforces the wall portion 261 is provided on the outer peripheral side of the wall portion 261 (that is, between the wall portion 261 and the inner surface of the recess 111). Thereby, the mechanical strength of the MEMS vibrator 200 can be increased. Such a reinforcing portion 263 is made of, for example, silicon dioxide (SiO ₂ ).

４つの柱部２６２は、壁部２６１の内側（すなわち空洞部２３０内）に設けられており、平面視で、振動素子２１０の周囲に沿って互いに離間して設けられている。これら４つの柱部２６２によって天井層２２０が支えられており、天井層２２０の下方への撓み変形が低減されている。また、柱部２６２の１つは、振動素子２１０が有する振動部電極２１１を外部へ引き出すための配線（電気経路）の一部として用いられ、他の１つは、振動素子２１０が有する基板電極２１８を外部へ引き出すための配線（電気経路）の一部として用いられている。このような柱部２６２は、例えば、リン、ボロン等の不純物をドープ（拡散または注入）したポリシリコンで構成されている。   The four column parts 262 are provided inside the wall part 261 (that is, inside the cavity part 230), and are provided apart from each other along the periphery of the vibration element 210 in a plan view. The ceiling layer 220 is supported by these four column parts 262, and the downward deformation of the ceiling layer 220 is reduced. One of the column portions 262 is used as a part of wiring (electrical path) for drawing out the vibration portion electrode 211 of the vibration element 210 to the outside, and the other is a substrate electrode of the vibration element 210. It is used as a part of wiring (electrical path) for drawing out 218 to the outside. Such a column portion 262 is made of, for example, polysilicon doped (diffused or implanted) with an impurity such as phosphorus or boron.

天井層２２０は、図２および図３に示すように、ウェハー基板１００の上面側に設けられ、凹部１１１の開口を塞いでいる。これにより、ウェハー基板１００と天井層２２０の間に空洞部２３０（犠牲層２５０を除去することによって空洞部２３０となる領域）が形成される。   As shown in FIGS. 2 and 3, the ceiling layer 220 is provided on the upper surface side of the wafer substrate 100 and closes the opening of the recess 111. As a result, a cavity 230 (an area that becomes the cavity 230 by removing the sacrificial layer 250) is formed between the wafer substrate 100 and the ceiling layer 220.

このような天井層２２０は、絶縁層２２１と、絶縁層２２１上に積層された導電層２２２と、を有している。また、天井層２２０は、空洞部２３０の内外を連通する複数の連通孔（エッチングリリース孔）２２０ａを有している。この連通孔２２０ａは、製造時に空洞部２３０内の犠牲層２５０をエッチングにより除去するためのリリースホールとして機能する。また、導電層２２２は、絶縁層２２１を貫通して設けられ、柱部２６２と電気的に接続されているコンタクト部２２２ａを有している。このようなコンタクト部２２２ａは、柱部２６２と同様に、振動素子２１０を半導体回路２４０に接続するための配線の一部として用いられる。絶縁層２２１は、例えば、窒化ケイ素（ＳｉＮ）で構成されており、導電層２２２は、例えば、リン、ボロン等の不純物をドープ（拡散または注入）したポリシリコンで構成されている。   Such a ceiling layer 220 includes an insulating layer 221 and a conductive layer 222 stacked on the insulating layer 221. Further, the ceiling layer 220 has a plurality of communication holes (etching release holes) 220 a that communicate between the inside and the outside of the cavity 230. The communication hole 220a functions as a release hole for removing the sacrificial layer 250 in the cavity 230 by etching during manufacturing. In addition, the conductive layer 222 includes a contact portion 222 a that is provided through the insulating layer 221 and is electrically connected to the column portion 262. Such a contact portion 222 a is used as part of a wiring for connecting the vibration element 210 to the semiconductor circuit 240, similarly to the column portion 262. The insulating layer 221 is made of, for example, silicon nitride (SiN), and the conductive layer 222 is made of, for example, polysilicon doped (diffused or implanted) with an impurity such as phosphorus or boron.

保護層２７０は、ウェハー基板１００の回路形成領域（凹部１１１の周囲にあり、ＭＯＳトランジスタ２４１等の回路要素が形成されている領域）を覆うように配置されている。これにより、回路要素を保護することができる。また、保護層２７０は、連通孔２２０ａを塞がないように配置されている。保護層２７０は、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）で構成されている。 The protective layer 270 is disposed so as to cover a circuit formation region of the wafer substrate 100 (a region around the concave portion 111 where a circuit element such as the MOS transistor 241 is formed). Thereby, a circuit element can be protected. Further, the protective layer 270 is disposed so as not to block the communication hole 220a. The protective layer 270 is made of, for example, a silicon oxide film (SiO ₂ film).

さらに、本実施形態では、この保護層２７０を覆うようにレジスト層２８０が配置されている。このレジスト層２８０によって、犠牲層２５０をエッチング除去する際の保護層２７０のダメージを低減（防止）することができる。   Further, in the present embodiment, a resist layer 280 is disposed so as to cover the protective layer 270. The resist layer 280 can reduce (prevent) damage to the protective layer 270 when the sacrificial layer 250 is removed by etching.

振動素子２１０は、静電容量型（静電駆動型）の振動素子である。このような振動素子２１０は、図４に示すように、凹部１１１の底部に設けられた振動部電極２１１および基板電極２１８と、を有している。   The vibration element 210 is a capacitance type (electrostatic drive type) vibration element. As shown in FIG. 4, such a vibration element 210 has a vibration part electrode 211 and a substrate electrode 218 provided at the bottom of the recess 111.

振動部電極２１１は、凹部１１１の底面上に設けられた固定部２１２と、固定部２１２と空隙を隔てて対向配置された振動体２１３と、振動体２１３と固定部２１２とを連結し、振動体２１３を固定部２１２に支持する支持部２１４と、を有している。また、振動体２１３は、支持部２１４に支持されている基部２１３ａと、基部２１３ａに接続されている４つの振動部２１３ｂ、２１３ｃ、２１３ｄ、２１３ｅと、を有し、略略十字状をなしている。なお、振動部の数は、本実施形態の４つに限定されず、１〜３つであってもよいし、５つ以上であってもよい。   The vibrating portion electrode 211 connects the fixed portion 212 provided on the bottom surface of the concave portion 111, the vibrating body 213 disposed opposite to the fixed portion 212 with a gap therebetween, and the vibrating body 213 and the fixed portion 212. And a support portion 214 that supports the body 213 on the fixing portion 212. The vibrating body 213 includes a base portion 213a supported by the support portion 214 and four vibration portions 213b, 213c, 213d, and 213e connected to the base portion 213a, and has a substantially cross shape. . In addition, the number of vibration parts is not limited to four of this embodiment, 1-3 may be sufficient and five or more may be sufficient.

一方、基板電極２１８は、振動部２１３ｂに対向配置されている電極２１８ａと、振動部２１３ｄに対向配置されている電極２１８ｂと、を有している。なお、これら振動部電極２１１および基板電極２１８は、それぞれ、例えば、リン、ボロン等の不純物をドープ（拡散または注入）したポリシリコンで構成されている。   On the other hand, the substrate electrode 218 includes an electrode 218a disposed to face the vibrating portion 213b and an electrode 218b disposed to face the vibrating portion 213d. The vibrating portion electrode 211 and the substrate electrode 218 are each made of polysilicon doped (diffused or implanted) with impurities such as phosphorus and boron.

また、振動部電極２１１および基板電極２１８は、後述する配線層４２０、４４０を介して、半導体回路２４０と電気的に接続され、犠牲層２５０を除去した状態（図３に示すリリース状態）において、半導体回路２４０から振動部電極２１１と基板電極２１８との間に所定周波数の交番電圧を印加すると、振動体２１３と基板電極２１８との間に発生する静電力によって、振動部２１３ｂ、２１３ｄと振動部２１３ｃ、２１３ｅとが逆相で振動する。そして、この振動に基づく信号（周波数信号）が基板電極２１８から出力され、出力された信号を半導体回路２４０で処理することで、所定周波数の信号を出力することができる。   In addition, the vibration part electrode 211 and the substrate electrode 218 are electrically connected to the semiconductor circuit 240 via wiring layers 420 and 440 described later, and the sacrificial layer 250 is removed (release state shown in FIG. 3). When an alternating voltage having a predetermined frequency is applied between the vibration part electrode 211 and the substrate electrode 218 from the semiconductor circuit 240, the vibration parts 213b and 213d and the vibration part are generated by the electrostatic force generated between the vibration member 213 and the substrate electrode 218. 213c and 213e vibrate in reverse phase. A signal (frequency signal) based on this vibration is output from the substrate electrode 218, and the output signal is processed by the semiconductor circuit 240, whereby a signal having a predetermined frequency can be output.

犠牲層２５０は、図２に示すように、空洞部２３０を埋める様に配置されており、この犠牲層２５０を除去することによって、空洞部２３０が形成されると共に、振動素子２１０がリリースされる。このような犠牲層２５０は、第１犠牲層２５１と、第２犠牲層２５２と、の積層体で構成されている。第１、第２犠牲層２５１、２５２は、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）で構成されている。これにより、例えば、バッファードフッ酸等のエッチング液を用いる場合に、第１、第２犠牲層２５１、２５２と振動素子２１０とのエッチング選択比を十分に大きく確保することができ、犠牲層２５０を除去する際の振動素子２１０のダメージを低減することができる。なお、犠牲層２５０の構成としては、特に限定されず、単層であってもよいし、３層以上の積層体であってもよく、製造プロセスに適するように適宜決定すればよい。 As shown in FIG. 2, the sacrificial layer 250 is disposed so as to fill the cavity 230. By removing the sacrificial layer 250, the cavity 230 is formed and the vibration element 210 is released. . Such a sacrificial layer 250 is composed of a stack of a first sacrificial layer 251 and a second sacrificial layer 252. The first and second sacrificial layers 251 and 252 are made of, for example, a silicon oxide film (SiO ₂ film). Thereby, for example, when an etching solution such as buffered hydrofluoric acid is used, a sufficiently large etching selection ratio between the first and second sacrificial layers 251 and 252 and the vibration element 210 can be ensured. It is possible to reduce damage to the vibration element 210 when removing. Note that the configuration of the sacrificial layer 250 is not particularly limited, and may be a single layer or a laminate of three or more layers, and may be appropriately determined so as to be suitable for the manufacturing process.

≪モニター素子３００≫
モニター素子３００は、図２および図３に示すように、ウェハー基板（基板）１００と、空洞部３１０を埋める犠牲層（モニター犠牲層）３２０と、天井層（モニター天井層）３３０と、保護層３４０と、レジスト層３６０と、を有している。 ≪Monitor element 300≫
2 and 3, the monitor element 300 includes a wafer substrate (substrate) 100, a sacrificial layer (monitor sacrificial layer) 320 that fills the cavity 310, a ceiling layer (monitor ceiling layer) 330, and a protective layer. 340 and a resist layer 360.

ウェハー基板１００は、ＭＥＭＳ振動子２００と共有であり、モニター素子３００の形成領域（モニター素子領域）Ｓ２の縁部を除くようにして上面に開放する凹部１１２を有する半導体基板１１０と、凹部１１２の内面上に積層された第１絶縁膜１４０と、第１絶縁膜１４０上に積層された第２絶縁膜１５０と、を有している。第１、第２絶縁膜１４０、１５０の材料としては、製造時（犠牲層３２０のエッチング除去時）に半導体基板１１０を保護することができれば特に限定されないが、ＭＥＭＳ振動子２００の第１、第２絶縁膜１２０、１３０と同じ材料であることが好ましい。これにより、製造プロセスがより簡単なものとなる。   The wafer substrate 100 is shared with the MEMS vibrator 200, and includes a semiconductor substrate 110 having a recess 112 that opens to the upper surface so as to exclude an edge of a monitor element 300 formation region (monitor element region) S 2, and the recess 112. It has the 1st insulating film 140 laminated | stacked on the inner surface, and the 2nd insulating film 150 laminated | stacked on the 1st insulating film 140. The material of the first and second insulating films 140 and 150 is not particularly limited as long as the semiconductor substrate 110 can be protected during manufacturing (when the sacrificial layer 320 is removed by etching). However, the first and second insulating films 140 and 150 are not limited. 2 The same material as the insulating films 120 and 130 is preferable. This makes the manufacturing process simpler.

また、凹部１１２内には壁部３５１が設けられている。壁部３５１は、枠状をなし、凹部１１２の外周部に沿って底面に立設されている。そして、壁部３５１の内側が、犠牲層３２０が除去されることによって空洞部３１０となる領域である。このような壁部３５１を設けることで、モニター素子３００の機械的強度を高めることができる。なお、このような壁部３５１は、例えば、ポリシリコンで構成されている。また、壁部３５１の外周側（すなわち壁部３５１と凹部１１２の内側面との間）には壁部３５１を補強する補強部３５３が設けられている。これにより、モニター素子３００の機械的強度をさらに高めることができる。このような補強部３５３は、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）で構成されている。 A wall portion 351 is provided in the recess 112. The wall portion 351 has a frame shape and is erected on the bottom surface along the outer peripheral portion of the recess 112. The inside of the wall portion 351 is a region that becomes the hollow portion 310 by removing the sacrificial layer 320. By providing such a wall portion 351, the mechanical strength of the monitor element 300 can be increased. Note that such a wall portion 351 is made of, for example, polysilicon. In addition, a reinforcing portion 353 that reinforces the wall portion 351 is provided on the outer peripheral side of the wall portion 351 (that is, between the wall portion 351 and the inner surface of the recess 112). Thereby, the mechanical strength of the monitor element 300 can be further increased. Such a reinforcing portion 353 is made of, for example, silicon dioxide (SiO ₂ ).

また、壁部３５１によって囲まれ、犠牲層３２０の除去によって空洞部３１０となる領域は、空洞部２３０に対して十分に広く確保されている。具体的には、ＭＥＭＳ振動子２００の犠牲層２５０を除去するために設定されるリリースエッチング時間（例えば最大許容エッチング時間）と同じ時間で犠牲層３２０をエッチングした場合であっても、犠牲層３２０のエッチング界面Ｉが壁部３５１まで進行しないようになっている。   Further, a region surrounded by the wall portion 351 and becoming the cavity portion 310 by removing the sacrificial layer 320 is secured sufficiently wide with respect to the cavity portion 230. Specifically, even when the sacrificial layer 320 is etched for the same time as the release etching time (for example, the maximum allowable etching time) set for removing the sacrificial layer 250 of the MEMS vibrator 200, the sacrificial layer 320 is used. The etching interface I is prevented from proceeding to the wall portion 351.

天井層３３０は、ウェハー基板１００の上面側に設けられ、凹部１１２の開口を塞いでいる。これにより、ウェハー基板１００と天井層３３０の間に空洞部３１０（犠牲層３２０を除去することで空洞部３１０となる領域）が形成される。   The ceiling layer 330 is provided on the upper surface side of the wafer substrate 100 and closes the opening of the recess 112. As a result, a cavity 310 (a region that becomes the cavity 310 by removing the sacrificial layer 320) is formed between the wafer substrate 100 and the ceiling layer 330.

このような天井層３３０は、絶縁層３３１と、絶縁層３３１上に積層された導電層３３２と、を有している。ただし、絶縁層３３１は、省略してもよい。また、天井層３３０は、空洞部３１０の内外を連通する連通孔（リリースエッチング孔）３３０ａを有している。この連通孔３３０ａは、製造時に空洞部３１０内の犠牲層３２０をエッチングにより除去するためのリリースホールとして機能する。本実施形態では、連通孔３３０ａは１つであり、かつ、空洞部３１０のほぼ中心に位置している。ただし、連通孔３３０ａの数や配置は、これに限定されない。   Such a ceiling layer 330 includes an insulating layer 331 and a conductive layer 332 stacked on the insulating layer 331. However, the insulating layer 331 may be omitted. Further, the ceiling layer 330 has a communication hole (release etching hole) 330 a that communicates the inside and the outside of the cavity 310. The communication hole 330a functions as a release hole for removing the sacrificial layer 320 in the cavity 310 by etching during manufacturing. In the present embodiment, the number of communication holes 330 a is one, and is positioned substantially at the center of the cavity 310. However, the number and arrangement of the communication holes 330a are not limited to this.

絶縁層３３１は、例えば、窒化ケイ素（ＳｉＮ）で構成され、導電層３３２は、例えば、リン、ボロン等の不純物をドープ（拡散または注入）したポリシリコンやアモルファスシリコン等で構成されている。これにより、簡単な構成で、犠牲層３２０のエッチングに用いるエッチング液に対する耐性を有する天井層３３０が得られる。また、絶縁層３３１および導電層３３２を、ＭＥＭＳ振動子２００の絶縁層２２１および導電層２２２と同じ工程で形成することができ、製造プロセスがより簡単となる。また、導電層３３２をポリシリコンで構成することにより、導電層３３２を薄くすることで、例えば、光学式の顕微鏡を用いることで、天井層３３０を介して、その下方の犠牲層３２０の状態を観察（視認）することができるようになる。   The insulating layer 331 is made of, for example, silicon nitride (SiN), and the conductive layer 332 is made of, for example, polysilicon or amorphous silicon doped (diffused or implanted) with an impurity such as phosphorus or boron. As a result, the ceiling layer 330 having resistance to the etching solution used for etching the sacrificial layer 320 can be obtained with a simple configuration. Further, the insulating layer 331 and the conductive layer 332 can be formed in the same process as the insulating layer 221 and the conductive layer 222 of the MEMS vibrator 200, and the manufacturing process becomes easier. In addition, by forming the conductive layer 332 from polysilicon, the conductive layer 332 is thinned, for example, by using an optical microscope, the state of the sacrificial layer 320 below the ceiling layer 330 can be changed. It becomes possible to observe (visually recognize).

ここで、天井層３３０は、上述したように、光学式の顕微鏡等を用いることで、天井層３３０を介してその下方の犠牲層３２０の状態を観察することができる程度に十分に薄く形成されている。これにより、犠牲層３２０のエッチング界面Ｉを簡単かつ正確に観察することができる。なお、天井層３３０の厚さとしては、特に限定されないが、例えば、天井層３３０が上記材料で構成されている場合等には、１００Å以上、５００００Å以下の範囲内であることが好ましい。また、より具体的には、絶縁層３３１を１００Å以上、３０００Å以下の範囲内とし、導電層３３２を１００Å以上、６０００Å以下の範囲内とすることが好ましい。天井層３３０をこのような厚みとすることで、天井層３３０の機械的強度を保ちつつ、天井層３３０を十分に薄くすることができ、より確実に、光学式の顕微鏡等を用いて天井層３３０を介してその下方の犠牲層３２０の状態（エッチング界面Ｉの位置）を観察することができる。   Here, as described above, the ceiling layer 330 is formed thin enough to allow the state of the sacrificial layer 320 below the ceiling layer 330 to be observed by using an optical microscope or the like. ing. Thereby, the etching interface I of the sacrificial layer 320 can be observed easily and accurately. The thickness of the ceiling layer 330 is not particularly limited. For example, when the ceiling layer 330 is made of the above-described material, it is preferably within a range of 100 mm or more and 50000 mm or less. More specifically, it is preferable that the insulating layer 331 be in the range of 100 to 3000 cm and the conductive layer 332 be in the range of 100 to 6000 mm. By setting the ceiling layer 330 to such a thickness, the ceiling layer 330 can be made sufficiently thin while maintaining the mechanical strength of the ceiling layer 330, and more reliably using an optical microscope or the like. The state of the sacrificial layer 320 below (position of the etching interface I) can be observed through 330.

保護層３４０は、凹部１１２の周囲を覆うように配置されている。これにより、ウェハー基板１００を保護することができる。また、保護層３４０は、天井層３３０の連通孔３３０ａを塞がないように配置されている。このような保護層３４０は、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）で構成されている。 The protective layer 340 is disposed so as to cover the periphery of the recess 112. Thereby, the wafer substrate 100 can be protected. Further, the protective layer 340 is disposed so as not to block the communication hole 330 a of the ceiling layer 330. Such a protective layer 340 is composed of, for example, a silicon oxide film (SiO ₂ film).

さらに、本実施形態では、保護層３４０および天井層３３０を覆うようにレジスト層３６０が配置されている。これにより、レジスト層３６０によって、犠牲層３２０をエッチングする際の保護層３４０および天井層３３０のダメージを低減することができる。また、レジスト層３６０は、連通孔３３０ａと平面視で重なる開口３６１を有している。これにより、開口３６１を介して連通孔３３０ａからエッチング液を犠牲層３２０に供給することができる。なお、レジスト層３６０は、実質的に透明で、光透過性を有しており、天井層３３０を介した犠牲層３２０（エッチング界面Ｉ）の観察を阻害しないようになっていることが好ましい。   Furthermore, in the present embodiment, the resist layer 360 is disposed so as to cover the protective layer 340 and the ceiling layer 330. Thereby, the resist layer 360 can reduce damage to the protective layer 340 and the ceiling layer 330 when the sacrificial layer 320 is etched. The resist layer 360 has an opening 361 that overlaps with the communication hole 330a in plan view. As a result, the etching solution can be supplied to the sacrificial layer 320 from the communication hole 330 a through the opening 361. Note that the resist layer 360 is preferably substantially transparent and light-transmitting so that observation of the sacrificial layer 320 (etching interface I) through the ceiling layer 330 is not hindered.

犠牲層３２０は、図２に示すように、空洞部３１０を埋める様に配置されている。連通孔３３０ａを介して犠牲層３２０にエッチング液を供給し、犠牲層３２０の一部をエッチングにより除去することで、図３に示すように、除去された部分に空洞部３１０が形成される。そして、天井層３３０を介して、犠牲層３２０の一部を除去することで形成されたエッチング界面Ｉ（すなわち、空洞部３１０と犠牲層３２０の界面）の位置を確認することで、同時に行われるＭＥＭＳ振動子２００の犠牲層２５０のエッチングの進行度合いを確認（推測）することができる。そのため、モニター素子３００を観察すれば、ＭＥＭＳ振動子２００のエッチングの進行度合いが適切か不適切かを簡単かつ正確に判断することができ、より確実に、所定の振動特性を有するＭＥＭＳ振動子２００を得ることができる。   As shown in FIG. 2, the sacrificial layer 320 is disposed so as to fill the cavity 310. By supplying an etching solution to the sacrificial layer 320 through the communication hole 330a and removing a part of the sacrificial layer 320 by etching, a cavity 310 is formed in the removed portion as shown in FIG. Then, the position of the etching interface I formed by removing a part of the sacrificial layer 320 through the ceiling layer 330 (that is, the interface between the cavity 310 and the sacrificial layer 320) is confirmed and performed simultaneously. The progress of the etching of the sacrificial layer 250 of the MEMS vibrator 200 can be confirmed (estimated). Therefore, by observing the monitor element 300, it is possible to easily and accurately determine whether the etching progress of the MEMS vibrator 200 is appropriate or inappropriate, and more reliably, the MEMS vibrator 200 having predetermined vibration characteristics. Can be obtained.

このような犠牲層３２０は、第１犠牲層３２１と、第２犠牲層３２２と、の積層体で構成されている。また、第１、第２犠牲層３２１、３２２は、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）で構成されている。言い換えると、第１、第２犠牲層３２１、３２２は、ＭＥＭＳ振動子２００の犠牲層２５０と同じ材料で構成されている。これにより、犠牲層３２０と犠牲層２５０のエッチングレートを等しくすることができ、より正確に、犠牲層３２０のエッチングの進行度合いから犠牲層２５０のエッチングの進行度合いを確認することができる。 Such a sacrificial layer 320 is composed of a stack of a first sacrificial layer 321 and a second sacrificial layer 322. The first and second sacrificial layers 321 and 322 are made of, for example, a silicon oxide film (SiO ₂ film). In other words, the first and second sacrificial layers 321 and 322 are made of the same material as the sacrificial layer 250 of the MEMS vibrator 200. Thereby, the etching rates of the sacrificial layer 320 and the sacrificial layer 250 can be made equal, and the progress of etching of the sacrificial layer 250 can be confirmed more accurately from the progress of etching of the sacrificial layer 320.

また、本実施形態のように、ウェハー基板１００に凹部１１２を形成し、この凹部１１２に犠牲層３２０を配置することで、モニター素子３００の低背化を図ることができると共に、モニター素子３００の構成を簡易化することができる。   Further, as in this embodiment, by forming the recess 112 in the wafer substrate 100 and disposing the sacrificial layer 320 in the recess 112, the height of the monitor element 300 can be reduced, and the monitor element 300 The configuration can be simplified.

≪製造方法≫
次に、ＭＥＭＳ振動子２００およびモニター素子３００の製造方法を説明しながら、モニター素子３００の構成や機能について説明する。なお、説明の便宜上、以下では、半導体回路２４０が有する回路要素の製造工程については、その説明を省略する。各回路要素は、下記に説明する工程と同じ工程や、下記に示す工程の合間の工程で、作り込むことができる。 ≪Manufacturing method≫
Next, the configuration and functions of the monitor element 300 will be described while explaining the manufacturing method of the MEMS vibrator 200 and the monitor element 300. For convenience of explanation, the description of the manufacturing process of the circuit elements included in the semiconductor circuit 240 will be omitted below. Each circuit element can be built in the same process as described below, or in the process between the processes described below.

まず、シリコン基板を用意し、フォトリソグラフィー技法およびエッチング技法を用いて、ＭＥＭＳ振動子２００の形成領域Ｓ１に凹部１１１を形成すると共に、モニター素子３００の形成領域Ｓ２に凹部１１２を形成する。これにより、半導体基板１１０が得られる。次に、凹部１１１、１１２に、第１絶縁膜１２０、１４０と、第２絶縁膜１３０、１５０を成膜する。第１絶縁膜１２０、１４０および第２絶縁膜１３０、１５０は、例えば、半導体基板１１０の表面にシリコン酸化膜を熱酸化法で成膜した後、このシリコン酸化膜上にシリコン窒化膜をスパッタリング法、ＣＶＤ法等を用いて形成し、これら２層の膜をパターニングすることで得られる。以上によって、図５に示すように、ウェハー基板１００が得られる。   First, a silicon substrate is prepared, and the concave portion 111 is formed in the formation region S1 of the MEMS vibrator 200 and the concave portion 112 is formed in the formation region S2 of the monitor element 300 by using a photolithography technique and an etching technique. Thereby, the semiconductor substrate 110 is obtained. Next, first insulating films 120 and 140 and second insulating films 130 and 150 are formed in the recesses 111 and 112, respectively. The first insulating films 120 and 140 and the second insulating films 130 and 150 are formed by, for example, forming a silicon oxide film on the surface of the semiconductor substrate 110 by a thermal oxidation method and then sputtering a silicon nitride film on the silicon oxide film. It can be obtained by patterning these two layers using a CVD method or the like. As described above, a wafer substrate 100 is obtained as shown in FIG.

次に、図６に示すように、第２絶縁膜１３０上に基板電極２１８（図示せず）、固定部２１２、配線（図示せず）、柱部２６２の一部および壁部２６１の一部を形成すると共に、第２絶縁膜１５０上に壁部３５１の一部を形成する。具体的には、まず、第２絶縁膜１３０、１５０の上面にポリシリコンの膜をスパッタリング法、ＣＶＤ法等を用いて形成しつつ、同時に、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）等の不純物を注入することで、導電性のポリシリコン膜を形成し、このポリシリコン膜をパターニングすればよい。ただし、これら各部の形成方法は、上述の方法に限定されず、例えば、各部のパターニングを終えてから、これら各部にリン、ボロン等の不純物をドープして導電性を付与してもよい。   Next, as shown in FIG. 6, the substrate electrode 218 (not shown), the fixing part 212, the wiring (not shown), a part of the column part 262, and a part of the wall part 261 are formed on the second insulating film 130. And a part of the wall portion 351 is formed on the second insulating film 150. Specifically, first, a polysilicon film is formed on the upper surfaces of the second insulating films 130 and 150 using a sputtering method, a CVD method, or the like, and at the same time, impurities such as phosphorus (P) and boron (B) are added. By implantation, a conductive polysilicon film is formed, and this polysilicon film may be patterned. However, the method of forming each part is not limited to the above-described method. For example, after each part is patterned, these parts may be doped with impurities such as phosphorus and boron to impart conductivity.

次に、図７に示すように、ＣＶＤ法により、シリコン酸化膜からなる第１犠牲層２５１、３２１を形成し、第１犠牲層２５１には支持部２１４、柱部２６２および壁部２６１に対応する開口を形成し、第１犠牲層３２１には壁部３５１に対応する開口を形成する。ただし、第１犠牲層２５１、３２１は、ＣＶＤ法ではなく、熱酸化法、スパッタリング法等により形成してもよい。また、前記開口は、フォトリソグラフィー技法およびエッチング技法を用いたパターニングにより形成する。   Next, as shown in FIG. 7, first sacrificial layers 251 and 321 made of a silicon oxide film are formed by a CVD method, and the first sacrificial layer 251 corresponds to the support portion 214, the column portion 262, and the wall portion 261. An opening corresponding to the wall portion 351 is formed in the first sacrificial layer 321. However, the first sacrificial layers 251 and 321 may be formed by a thermal oxidation method, a sputtering method, or the like instead of the CVD method. The opening is formed by patterning using a photolithography technique and an etching technique.

次に、第１犠牲層２５１、３２１上にポリシリコンの膜をスパッタリング法、ＣＶＤ法等を用いて形成しつつ、同時に、リン、ボロン等の不純物を注入することで、導電性のポリシリコン膜を形成し、このポリシリコン膜をパターニングすることで、図８に示すように、凹部１１１内に、支持部２１４、振動体２１３、柱部２６２および壁部２６１を形成する共に、凹部１１２内に壁部３５１を形成する。次に、ＣＶＤ法により、図９に示すように、シリコン酸化膜からなる第２犠牲層２５２、３２２を形成し、さらに、第２犠牲層２５２、３２２に所定の開口を形成する。これにより、犠牲層２５０、３２０が得られる。   Next, a polysilicon film is formed on the first sacrificial layers 251 and 321 by using a sputtering method, a CVD method, or the like, and at the same time, an impurity such as phosphorus or boron is implanted, thereby forming a conductive polysilicon film. As shown in FIG. 8, the support 214, the vibrator 213, the column 262, and the wall 261 are formed in the recess 112, and the polysilicon film is patterned. A wall portion 351 is formed. Next, as shown in FIG. 9, second sacrificial layers 252 and 322 made of a silicon oxide film are formed by CVD, and further, predetermined openings are formed in the second sacrificial layers 252 and 322. Thereby, the sacrificial layers 250 and 320 are obtained.

次に、図１０に示すように、第２犠牲層２５２、３２２上に、シリコン窒化膜を成膜し、このシリコン窒化膜をパターニングすることで絶縁層２２１、３３１を形成する。次に、絶縁層２２１、３３１上にポリシリコンをスパッタリング法、ＣＶＤ法等を用いて形成しつつ、同時に、リン、ボロン等の不純物を注入することで、導電性のポリシリコン膜を形成し、このポリシリコン膜をパターニングすることで、導電層２２２、３３２を形成する。次に、必要に応じて、導電層３３２の厚さを、光学式の顕微鏡等を用いることで、天井層３３０を介して犠牲層３２０を観察可能な厚さ（例えば、１００Å以上、５００００Å以下）まで薄くする。これにより、連通孔２２０ａ、３３０ａを有する天井層２２０、３３０が得られる。   Next, as shown in FIG. 10, a silicon nitride film is formed on the second sacrificial layers 252 and 322, and the insulating layers 221 and 331 are formed by patterning the silicon nitride film. Next, while forming polysilicon on the insulating layers 221 and 331 by using a sputtering method, a CVD method, or the like, a conductive polysilicon film is formed by implanting impurities such as phosphorus and boron at the same time. Conductive layers 222 and 332 are formed by patterning this polysilicon film. Next, if necessary, the thickness of the conductive layer 332 is such that the sacrificial layer 320 can be observed through the ceiling layer 330 by using an optical microscope or the like (for example, 100 mm or more and 50000 mm or less). Until thin. Thereby, ceiling layers 220 and 330 having communication holes 220a and 330a are obtained.

次に、図１１に示すように、シリコン酸化膜を成膜し、このシリコン酸化膜をパターニングすることで保護層２７０、３４０を形成する。次に、保護層２７０、３４０を覆うようにレジスト膜を成膜し、このレジスト層をパターニングすることでレジスト層２８０、３６０を形成する。以上により、犠牲層２５０、３２０が除去されていない状態のＭＥＭＳ振動子２００およびモニター素子３００が得られる。   Next, as shown in FIG. 11, a silicon oxide film is formed, and the protective layers 270 and 340 are formed by patterning the silicon oxide film. Next, a resist film is formed so as to cover the protective layers 270 and 340, and the resist layers 280 and 360 are formed by patterning the resist layer. As described above, the MEMS vibrator 200 and the monitor element 300 in a state where the sacrificial layers 250 and 320 are not removed are obtained.

次に、図１２に示すように、犠牲層２５０、３２０のリリースエッチングを行なう。具体的には、ＭＥＭＳ振動子２００およびモニター素子３００が形成されたウェハー基板１００を例えばバッファードフッ酸等のエッチング液に晒す。これにより、ＭＥＭＳ振動子２００では、連通孔２２０ａを介して犠牲層２５０がリリースエッチングされ、ＭＥＭＳ振動子２００’が形成される。一方、モニター素子３００では、連通孔３３０ａを介して犠牲層３２０がエッチングされ、空洞部３１０が形成されると共に、エッチング界面Ｉが現れる。   Next, as shown in FIG. 12, release etching of the sacrificial layers 250 and 320 is performed. Specifically, the wafer substrate 100 on which the MEMS vibrator 200 and the monitor element 300 are formed is exposed to an etching solution such as buffered hydrofluoric acid. Thereby, in the MEMS vibrator 200, the sacrificial layer 250 is release-etched through the communication hole 220a to form the MEMS vibrator 200 '. On the other hand, in the monitor element 300, the sacrificial layer 320 is etched through the communication hole 330a to form the cavity 310 and the etching interface I appears.

この状態において、ＭＥＭＳ振動子２００の犠牲層２５０のエッチングの進行度合い（空洞部２３０の形成度合）は、空洞部２３０が天井層２２０で覆われているため、容易に視認することができない。一方、モニター素子３００では、光学式の顕微鏡等を用いることで天井層３３０を介して犠牲層３２０がエッチングされた様子（エッチング界面Ｉ）を観察することができる。そのため、犠牲層３２０のエッチングの進行度合い（エッチング界面Ｉの位置、形成された空洞部３１０の径）から、犠牲層２５０のエッチングの進行度合いを簡単かつ精度よく確認することができる。その結果、所定のＭＥＭＳ振動子２００’を形成するためのエッチング寸法精度の管理をより簡単に精度よく行なうことができ、所定の振動特性を有するＭＥＭＳ振動子２００’を形成することができる。なお、犠牲層３２０の観察は、例えば、レジスト層３６０が透明である場合には、レジスト層３６０を除去せずに行ってもよく、レジスト層３６０が透明でない場合等には、レジスト層３６０を除去してから行えればよい。また、犠牲層３２０のエッチングの進行度合いと犠牲層２５０のリリースエッチングの進行度合いとが１対１ではない場合、すなわちそれぞれのエッチングスピードが異なる場合には、予めそのスピード比率を評価しておくことで、相対的に正確なＭＥＭＳ振動子２００に対するリリースエッチングの進行度合いを求めることができる。   In this state, the progress of the etching of the sacrificial layer 250 of the MEMS vibrator 200 (the degree of formation of the cavity 230) cannot be easily visually recognized because the cavity 230 is covered with the ceiling layer 220. On the other hand, in the monitor element 300, it is possible to observe the state (etching interface I) in which the sacrificial layer 320 is etched through the ceiling layer 330 by using an optical microscope or the like. Therefore, the progress of etching of the sacrificial layer 250 can be easily and accurately confirmed from the progress of etching of the sacrificial layer 320 (the position of the etching interface I, the diameter of the formed cavity 310). As a result, the etching dimensional accuracy for forming the predetermined MEMS vibrator 200 ′ can be managed more easily and accurately, and the MEMS vibrator 200 ′ having the predetermined vibration characteristics can be formed. Note that the sacrificial layer 320 may be observed without removing the resist layer 360, for example, when the resist layer 360 is transparent, and when the resist layer 360 is not transparent, the resist layer 360 may be observed. It can be done after removing. Further, when the progress of the etching of the sacrificial layer 320 and the progress of the release etching of the sacrificial layer 250 are not 1: 1, that is, when the respective etching speeds are different, the speed ratio is evaluated in advance. Thus, the relatively accurate progress degree of the release etching with respect to the MEMS vibrator 200 can be obtained.

なお、仮に、犠牲層２５０のリリースエッチングが不足していると判断される場合には、再度、リリースエッチングを行えばよい。   If it is determined that release etching of the sacrificial layer 250 is insufficient, release etching may be performed again.

ここから、さらに下記の工程を行うことで、ＭＥＭＳ振動子２００’を利用したＭＥＭＳ構造体２００”を得ることができる。   From here, the MEMS structure 200 ″ using the MEMS vibrator 200 ′ can be obtained by performing the following steps.

まず、レジスト層２８０、３６０を除去した後、図１３に示すように、天井層２２０上にアルミニウムからなる封止層２９０を形成して連通孔２２０ａを封止し、天井層３３０上にアルミニウムからなる封止層３７０を形成して連通孔３３０ａを封止する。また、封止層２９０は、コンタクト部２２２ａと重なる部分が、他の部分と分離して形成されている。これにより、短絡等の不具合を防止することができる。封止層２９０、３７０は、例えば、スパッタリング法、ＣＶＤ法等を用いてアルミニウム膜を成膜し、このアルミニウム膜をパターニングすることで形成することができる。   First, after removing the resist layers 280 and 360, as shown in FIG. 13, a sealing layer 290 made of aluminum is formed on the ceiling layer 220 to seal the communication hole 220a, and the ceiling layer 330 is made of aluminum. A sealing layer 370 is formed to seal the communication hole 330a. In addition, the sealing layer 290 is formed such that a portion overlapping the contact portion 222a is separated from other portions. Thereby, problems, such as a short circuit, can be prevented. The sealing layers 290 and 370 can be formed, for example, by forming an aluminum film using a sputtering method, a CVD method, or the like, and patterning the aluminum film.

ここで、モニター素子３００では、犠牲層３２０をエッチングした後も天井層３３０が残るため、空洞部３１０が上面に露出せず、モニター素子３００に従来のような過度な深さの凹部（液溜まりとなり得る部分）が形成されることがない。そのため、例えば、前述したアルミニウム膜をパターニングする際のレジストマスクの原料となるレジストをウェハー基板１００上に塗布した際、レジストをウェハー基板１００上に決められた膜厚でほぼ均一に塗布することができる。そのため、均質で定められた膜厚のレジストマスクを得ることができ、アルミニウム膜のパターニング（すなわち、封止層２９０、３７０の形成）を精度よく行うことができる。   Here, in the monitor element 300, since the ceiling layer 330 remains even after the sacrificial layer 320 is etched, the cavity 310 is not exposed on the upper surface, and the monitor element 300 has a recess (liquid reservoir) having an excessive depth as in the conventional case. A possible portion) is not formed. Therefore, for example, when a resist, which is a raw material for a resist mask when patterning the aluminum film, is applied on the wafer substrate 100, the resist may be applied almost uniformly on the wafer substrate 100 with a determined film thickness. it can. Therefore, a resist mask having a uniform and predetermined thickness can be obtained, and patterning of the aluminum film (that is, formation of the sealing layers 290 and 370) can be performed with high accuracy.

なお、封止層２９０によって封止された状態では、空洞部２３０は、減圧状態（好ましくは真空状態）であることが好ましい。これにより、振動素子２１０の振動特性が向上する。   Note that in a state of being sealed by the sealing layer 290, the cavity 230 is preferably in a reduced pressure state (preferably in a vacuum state). Thereby, the vibration characteristics of the vibration element 210 are improved.

次に、図１４に示すように、ＭＥＭＳ振動子２００’およびモニター素子３００上にシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜４１０を成膜し、層間絶縁膜４１０をＣＭＰ（化学機械研磨）等によって平坦化する。次に、図１５に示すように、層間絶縁膜４１０上に、配線層４２０、層間絶縁膜４３０、配線層４４０および表面保護層４５０を順に形成する。配線層４２０、４４０は、半導体回路２４０の配線として機能し、振動素子２１０および各回路要素同士を電気的に接続する機能を果たしている。また、配線層４４０の一部は、外部端子４４１となっており、この外部端子４４１を介して外部との接続が可能となっている。例えば、層間絶縁膜４３０は、シリコン酸化膜で形成され、配線層４２０、４４０は、アルミニウム膜で形成される。また、表面保護層４５０は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ポリイミド膜、エポキシ樹脂膜など、素子を水分、ゴミ、傷などから保護するための耐性を有するもので形成される。   Next, as shown in FIG. 14, an interlayer insulating film 410 made of a silicon oxide film is formed on the MEMS vibrator 200 ′ and the monitor element 300, and the interlayer insulating film 410 is planarized by CMP (chemical mechanical polishing) or the like. To do. Next, as illustrated in FIG. 15, a wiring layer 420, an interlayer insulating film 430, a wiring layer 440, and a surface protective layer 450 are sequentially formed on the interlayer insulating film 410. The wiring layers 420 and 440 function as wiring of the semiconductor circuit 240 and have a function of electrically connecting the vibration element 210 and each circuit element. In addition, a part of the wiring layer 440 serves as an external terminal 441 and can be connected to the outside through the external terminal 441. For example, the interlayer insulating film 430 is formed of a silicon oxide film, and the wiring layers 420 and 440 are formed of an aluminum film. The surface protective layer 450 is formed of a material having resistance for protecting the element from moisture, dust, scratches, and the like, such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, a polyimide film, and an epoxy resin film.

最後に、ＭＥＭＳ振動子２００’を個片化することで、図１６に示すように、所定の振動特性を有するＭＥＭＳ構造体２００”が得られる。   Finally, by separating the MEMS vibrator 200 'into pieces, a MEMS structure 200 "having predetermined vibration characteristics is obtained as shown in FIG.

＜第２実施形態＞
図１７は、本発明の第２実施形態に係るモニター素子を示す断面図である。図１８は、図１７に示すモニター素子の平面図である。ただし、図１８では、天井層および犠牲層の図示を省略している。 Second Embodiment
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a monitor element according to the second embodiment of the present invention. FIG. 18 is a plan view of the monitor element shown in FIG. However, in FIG. 18, illustration of the ceiling layer and the sacrificial layer is omitted.

以下、本発明の第２実施形態に係るモニター素子について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。   Hereinafter, the monitor element according to the second embodiment of the present invention will be described, but the description will focus on the differences from the above-described embodiment, and the description of the same matters will be omitted.

第２実施形態のモニター素子は、柱部を有すること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。   The monitor element of the second embodiment is the same as that of the first embodiment described above except that it has a column part. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure similar to embodiment mentioned above.

図１７および図１８に示すように、本実施形態のモニター素子３００は、さらに、凹部１１２内に配置されている複数（４本）の支持部３５２を有している。４つの支持部３５２は、壁部３５１の内側に設けられている。これら４つの支持部３５２によって天井層３３０が支えられており、犠牲層３２０の一部が除去された状態での天井層３３０の下方への撓み変形や破損を低減することができる。なお、支持部３５２の数や配置は、本実施形態に限定されない。また、本実施形態では、支持部３５２が柱状をなしているが、支持部３５２の形状は、これに限定されず、例えば、枠状であってもよい。   As shown in FIGS. 17 and 18, the monitor element 300 of this embodiment further has a plurality (four) of support portions 352 arranged in the recess 112. The four support portions 352 are provided inside the wall portion 351. The ceiling layer 330 is supported by the four support portions 352, and it is possible to reduce downward deformation and breakage of the ceiling layer 330 in a state where a part of the sacrificial layer 320 is removed. Note that the number and arrangement of the support portions 352 are not limited to the present embodiment. Moreover, in this embodiment, although the support part 352 has comprised columnar shape, the shape of the support part 352 is not limited to this, For example, a frame shape may be sufficient.

このような支持部３５２は、例えば、リン、ボロン等の不純物をドープ（拡散または注入）したポリシリコンで構成されている。これにより、ＭＥＭＳ振動子２００の柱部２６２と同じ工程で支持部３５２を製造することができる。また、導電性を発揮することができるため、後述する第３実施形態のように、支持部３５２を配線として利用することができる。   Such a support portion 352 is made of polysilicon doped (diffused or implanted) with impurities such as phosphorus and boron. Thereby, the support part 352 can be manufactured in the same process as the column part 262 of the MEMS vibrator 200. Moreover, since conductivity can be exhibited, the support portion 352 can be used as a wiring as in a third embodiment described later.

以上のような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。   According to the second embodiment as described above, the same effect as that of the first embodiment described above can be exhibited.

＜第３実施形態＞
図１９は、本発明の第３実施形態に係るモニター素子を示す断面図である。図２０は、図１９に示すモニター素子の犠牲層をエッチングした状態を示す断面図である。 <Third Embodiment>
FIG. 19 is a cross-sectional view showing a monitor element according to the third embodiment of the present invention. FIG. 20 is a cross-sectional view showing a state where the sacrificial layer of the monitor element shown in FIG. 19 is etched.

以下、本発明の第３実施形態に係るモニター素子について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。   Hereinafter, the monitor element according to the third embodiment of the present invention will be described. The description will focus on the differences from the above-described embodiment, and the description of the same matters will be omitted.

第３実施形態のモニター素子は、凹部の底部に電極層を有すること以外は、前述した第２実施形態と同様である。なお、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。   The monitor element of the third embodiment is the same as that of the second embodiment described above except that the electrode layer is provided at the bottom of the recess. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure similar to embodiment mentioned above.

図１９および図２０に示すように、本実施形態のモニター素子３００は、さらに、凹部１１２の底部に設けられている電極層３８０を有している。この電極層３８０は、犠牲層３２０を介して天井層３３０の導電層３３２と対向配置されている。また、電極層３８０は、支持部３５２と電気的に接続されている。一方、導電層３３２は、電極層３８０と犠牲層３２０を介して対向配置されている対向電極部３３２ａと、支持部３５２を介して電極層３８０と電気的に接続されているコンタクト部３３２ｂと、を有し、対向電極部３３２ａとコンタクト部３３２ｂは、互いに離間して電気的に絶縁されている。また、保護層３４０上には、対向電極部３３２ａと電気的に接続されている端子３９１とコンタクト部３３２ｂに電気的に接続されている端子３９２とが配置されており、これら端子３９１、３９２を用いて、対向電極部３３２ａと電極層３８０との間の静電容量Ｃを簡単に検知することができるようになっている。静電容量Ｃは、犠牲層３２０の除去量に応じて変化するため、静電容量Ｃを求めれば、犠牲層３２０のエッチングの進行度合いが分かり、さらには、犠牲層２５０のエッチングの進行度合いを確認することができる。   As shown in FIGS. 19 and 20, the monitor element 300 of this embodiment further includes an electrode layer 380 provided at the bottom of the recess 112. The electrode layer 380 is disposed to face the conductive layer 332 of the ceiling layer 330 with the sacrificial layer 320 in between. The electrode layer 380 is electrically connected to the support portion 352. On the other hand, the conductive layer 332 includes a counter electrode portion 332a disposed to face the electrode layer 380 via the sacrificial layer 320, a contact portion 332b electrically connected to the electrode layer 380 via the support portion 352, The counter electrode portion 332a and the contact portion 332b are spaced apart from each other and electrically insulated. On the protective layer 340, a terminal 391 that is electrically connected to the counter electrode portion 332a and a terminal 392 that is electrically connected to the contact portion 332b are disposed, and the terminals 391 and 392 are connected to each other. The electrostatic capacity C between the counter electrode portion 332a and the electrode layer 380 can be easily detected. Since the capacitance C changes according to the amount of removal of the sacrificial layer 320, if the capacitance C is obtained, the progress of etching of the sacrificial layer 320 can be known, and further, the progress of etching of the sacrificial layer 250 can be determined. Can be confirmed.

なお、本実施形態では、前述した実施形態のように、天井層３３０を介して犠牲層３２０を観察可能となっていなくてもよい。   In the present embodiment, the sacrificial layer 320 may not be observable through the ceiling layer 330 as in the above-described embodiment.

以上のような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。   According to the third embodiment as described above, the same effects as those of the first embodiment described above can be exhibited.

＜第４実施形態＞
図２１は、本発明の第４実施形態に係るモニター素子を示す平面図である。ただし、図２１では、天井層の図示を省略している。 <Fourth embodiment>
FIG. 21 is a plan view showing a monitor element according to the fourth embodiment of the present invention. However, in FIG. 21, illustration of the ceiling layer is omitted.

以下、本発明の第４実施形態に係るモニター素子について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。   Hereinafter, the monitor element according to the fourth embodiment of the present invention will be described. The description will focus on the differences from the above-described embodiment, and the description of the same matters will be omitted.

第４実施形態のモニター素子は、エッチング界面の位置を相対視することのできるゲージが設けられていること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。   The monitor element of the fourth embodiment is the same as that of the first embodiment described above except that a gauge capable of relatively viewing the position of the etching interface is provided. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure similar to embodiment mentioned above.

図２１に示すように、本実施形態のモニター素子３００は、さらに、エッチング界面Ｉの位置を相対視することのできるゲージ３５４が設けられている。ゲージ３５４は、エッチング界面Ｉの位置を天井層３３０を介して相対視できる目盛りから成り、等間隔のピッチＬを有する目盛りパターンとして形成されている。なお、図２１では、円形に広がるエッチング界面Ｉの最大幅（直径Ｗｘ、Ｗｙ）が約５Ｌに達している様子を示している。このようなゲージ３５４は、壁部３５１によって形成されており、凹部１１２の外周部に枠状に形成されている。これにより、ゲージ３５４の形成が容易となると共に、ゲージ３５４がエッチング耐性を有するものとなる。   As shown in FIG. 21, the monitor element 300 of the present embodiment is further provided with a gauge 354 capable of relatively viewing the position of the etching interface I. The gauge 354 is a scale pattern having a pitch L that can be viewed relative to the position of the etching interface I via the ceiling layer 330 and has a pitch L of equal intervals. FIG. 21 shows a state in which the maximum width (diameters Wx, Wy) of the etching interface I extending in a circle reaches about 5L. Such a gauge 354 is formed by a wall portion 351 and is formed in a frame shape on the outer peripheral portion of the recess 112. Accordingly, the gauge 354 can be easily formed and the gauge 354 has etching resistance.

このようなゲージ３５４を有することで、エッチング界面Ｉとゲージ３５４とを相対視することで、犠牲層３２０のエッチング進行度合いを簡単かつ正確に確認することができる。   By having such a gauge 354, the etching progress of the sacrificial layer 320 can be easily and accurately confirmed by viewing the etching interface I and the gauge 354 relative to each other.

なお、ゲージ３５４の目盛りパターンは、本実施形態のようなパターンに限定されるものではなく、エッチング界面Ｉの位置が定量的に視認できるパターンであればよい。また、ゲージ３５４は、定量的に視認できなくても、例えば、許容上限、下限との比較ができるパターン、いわゆるコンパレータであってもよい。また、ゲージ３５４は、枠状に形成されていなくてもよい。   The scale pattern of the gauge 354 is not limited to the pattern as in the present embodiment, and may be any pattern that allows the position of the etching interface I to be visually recognized quantitatively. Further, the gauge 354 may be, for example, a pattern that can be compared with an allowable upper limit and a lower limit, that is, a so-called comparator, even if it cannot be visually recognized quantitatively. Further, the gauge 354 may not be formed in a frame shape.

以上のような第４実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。   According to the fourth embodiment as described above, the same effects as those of the first embodiment described above can be exhibited.

以上、本発明のモニター素子および振動子の製造方法に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。   As described above, the description has been given based on the manufacturing method of the monitor element and the vibrator of the present invention, but the present invention is not limited to this, and the configuration of each part is replaced with an arbitrary configuration having the same function. be able to. In addition, any other component may be added to the present invention. Moreover, you may combine each embodiment suitably.

以下に、本発明の振動子の製造方法によって製造された振動子を用いた発振器、電子機器および移動体について説明する。   Hereinafter, an oscillator, an electronic device, and a moving body using the vibrator manufactured by the vibrator manufacturing method of the present invention will be described.

［電子機器］
図２２は、ＭＥＭＳ構造体を備えるモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。 [Electronics]
FIG. 22 is a perspective view illustrating a configuration of a mobile (or notebook) personal computer including a MEMS structure.

この図において、パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部１１０８を備えた表示ユニット１１０６とにより構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター１１００には、発振器として機能するＭＥＭＳ構造体２００”が内蔵されている。そのため、パーソナルコンピューター１１００は、より高性能で、高い信頼性を発揮することができる。   In this figure, a personal computer 1100 includes a main body portion 1104 provided with a keyboard 1102 and a display unit 1106 provided with a display portion 1108. The display unit 1106 is rotated with respect to the main body portion 1104 via a hinge structure portion. It is supported movably. Such a personal computer 1100 has a built-in MEMS structure 200 ″ that functions as an oscillator. Therefore, the personal computer 1100 has higher performance and higher reliability.

図２３は、ＭＥＭＳ構造体を備える携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。   FIG. 23 is a perspective view illustrating a configuration of a mobile phone (including PHS) including the MEMS structure.

この図において、携帯電話機１２００は、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４及び送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には、表示部１２０８が配置されている。このような携帯電話機１２００には、発振器として機能するＭＥＭＳ構造体２００”が内蔵されている。そのため、携帯電話機１２００は、より高性能で、高い信頼性を発揮することができる。   In this figure, a cellular phone 1200 includes a plurality of operation buttons 1202, a earpiece 1204, and a mouthpiece 1206, and a display portion 1208 is disposed between the operation buttons 1202 and the earpiece 1204. Such a cellular phone 1200 has a built-in MEMS structure 200 ″ that functions as an oscillator. Therefore, the cellular phone 1200 can exhibit higher performance and higher reliability.

図２４は、ＭＥＭＳ構造体を備えるデジタルスチールカメラの構成を示す斜視図である。   FIG. 24 is a perspective view illustrating a configuration of a digital still camera including the MEMS structure.

この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。デジタルスチールカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の撮像素子により光電変換して撮像信号（画像信号）を生成する。デジタルスチールカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部１３１０が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行なう構成になっており、表示部１３１０は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤ等を含む受光ユニット１３０４が設けられている。   In this figure, connection with an external device is also shown in a simplified manner. The digital still camera 1300 generates an imaging signal (image signal) by photoelectrically converting an optical image of a subject using an imaging element such as a CCD (Charge Coupled Device). A display unit 1310 is provided on the back of a case (body) 1302 in the digital still camera 1300, and is configured to display based on an imaging signal from the CCD. The display unit 1310 displays a subject as an electronic image. Functions as a viewfinder. A light receiving unit 1304 including an optical lens (imaging optical system), a CCD, and the like is provided on the front side (the back side in the drawing) of the case 1302.

撮影者が表示部１３１０に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。また、このデジタルスチールカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子１３１２にはテレビモニター１３３０が、データ通信用の入出力端子１３１４にはパーソナルコンピューター１３４０が、それぞれ必要に応じて接続される。更に、所定の操作により、メモリー１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニター１３３０や、パーソナルコンピューター１３４０に出力される構成になっている。このようなデジタルスチールカメラ１３００には、発振器として機能するＭＥＭＳ構造体２００”が内蔵されている。そのため、デジタルスチールカメラ１３００は、より高性能で、高い信頼性を発揮することができる。   When the photographer confirms the subject image displayed on the display unit 1310 and presses the shutter button 1306, the CCD image pickup signal at that time is transferred and stored in the memory 1308. In the digital still camera 1300, a video signal output terminal 1312 and an input / output terminal 1314 for data communication are provided on the side surface of the case 1302. As shown in the figure, a television monitor 1330 is connected to the video signal output terminal 1312 and a personal computer 1340 is connected to the input / output terminal 1314 for data communication as necessary. Further, the imaging signal stored in the memory 1308 is output to the television monitor 1330 or the personal computer 1340 by a predetermined operation. Such a digital still camera 1300 has a built-in MEMS structure 200 ″ that functions as an oscillator. Therefore, the digital still camera 1300 can exhibit higher performance and higher reliability.

なお、ＭＥＭＳ構造体２００”を備える電子機器は、図２２のパーソナルコンピューター（モバイル型パーソナルコンピューター）、図２３の携帯電話機、図２４のデジタルスチールカメラの他にも、例えば、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンター）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレーター等に適用することができる。   In addition to the personal computer (mobile personal computer) shown in FIG. 22, the mobile phone shown in FIG. 23, and the digital still camera shown in FIG. Inkjet printers), laptop personal computers, televisions, video cameras, video tape recorders, car navigation devices, pagers, electronic notebooks (including those with communication functions), electronic dictionaries, calculators, electronic game devices, word processors, workstations, televisions Telephone, crime prevention TV monitor, electronic binoculars, POS terminal, medical equipment (for example, electronic thermometer, blood pressure monitor, blood glucose meter, electrocardiogram measuring device, ultrasonic diagnostic device, electronic endoscope), fish detector, various measuring devices, instruments Type (e.g., vehicle, Sky machine, gauges of a ship), can be applied to a flight simulator or the like.

［移動体］
図２５は、ＭＥＭＳ構造体を備える移動体を示す斜視図である。 [Moving object]
FIG. 25 is a perspective view illustrating a moving body including the MEMS structure.

自動車（移動体）１５００には、ＭＥＭＳ構造体２００”が搭載されている。ＭＥＭＳ構造体２００”は、例えば、キーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム（ＴＰＭＳ：Tire Pressure Monitoring System）、エンジンコントロール、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター、車体姿勢制御システム、等の電子制御ユニット（ＥＣＵ：electronic control unit）に広く適用できる。このように、自動車１５００は、ＭＥＭＳ構造体２００”を有しているため、より高性能で、高い信頼性を発揮することができる。   The automobile (mobile body) 1500 is equipped with a MEMS structure 200 ″. The MEMS structure 200 ″ includes, for example, a keyless entry, an immobilizer, a car navigation system, a car air conditioner, an anti-lock brake system (ABS), an air Widely applied to electronic control units (ECUs) such as backs, tire pressure monitoring systems (TPMS), engine controls, battery monitors for hybrid and electric vehicles, car body attitude control systems, etc. it can. Thus, since the automobile 1500 has the MEMS structure 200 ″, it can exhibit higher performance and higher reliability.

１００……ウェハー基板
１１０……半導体基板
１１１……凹部
１１２……凹部
１２０……第１絶縁膜
１３０……第２絶縁膜
１４０……第１絶縁膜
１５０……第２絶縁膜
２００……ＭＥＭＳ振動子
２００’……ＭＥＭＳ振動子
２００”……ＭＥＭＳ構造体
２１０……振動素子
２１１……振動部電極
２１２……固定部
２１３……振動体
２１３ａ……基部
２１３ｂ、２１３ｃ、２１３ｄ、２１３ｅ……振動部
２１４……支持部
２１８……基板電極
２１８ａ、２１８ｂ……電極
２２０……天井層
２２０ａ……連通孔
２２１……絶縁層
２２２……導電層
２２２ａ……コンタクト部
２３０……空洞部
２４０……半導体回路
２４１……ＭＯＳトランジスタ
２５０……犠牲層
２５１……第１犠牲層
２５２……第２犠牲層
２６１……壁部
２６２……柱部
２６３……補強部
２７０……保護層
２８０……レジスト層
２９０……封止層
３００……モニター素子
３１０……空洞部
３２０……犠牲層
３２１……第１犠牲層
３２２……第２犠牲層
３３０……天井層
３３０ａ……連通孔
３３１……絶縁層
３３２……導電層
３３２ａ……対向電極部
３３２ｂ……コンタクト部
３４０……保護層
３５１……壁部
３５２……支持部
３５３……補強部
３５４……ゲージ
３６０……レジスト層
３６１……開口
３７０……封止層
３８０……電極層
３９１、３９２……端子
４１０……層間絶縁膜
４２０……配線層
４３０……層間絶縁膜
４４０……配線層
４４１……外部端子
４５０……表面保護層
１１００……パーソナルコンピューター
１１０２……キーボード
１１０４……本体部
１１０６……表示ユニット
１１０８……表示部
１２００……携帯電話機
１２０２……操作ボタン
１２０４……受話口
１２０６……送話口
１２０８……表示部
１３００……デジタルスチールカメラ
１３０２……ケース
１３０４……受光ユニット
１３０６……シャッターボタン
１３０８……メモリー
１３１０……表示部
１３１２……ビデオ信号出力端子
１３１４……入出力端子
１３３０……テレビモニター
１３４０……パーソナルコンピューター
１５００……自動車
Ｃ……静電容量
Ｉ……エッチング界面
Ｌ……ピッチ
Ｓ１、Ｓ２……形成領域 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Wafer substrate 110 ... Semiconductor substrate 111 ... Concave 112 ... Concave 120 ... 1st insulating film 130 ... 2nd insulating film 140 ... 1st insulating film 150 ... 2nd insulating film 200 ... MEMS Vibrator 200 ′ …… MEMS vibrator 200 ”…… MEMS structure 210 …… Vibrating element 211 …… Vibrating part electrode 212 …… Fixing part 213 …… Vibrating body 213a …… Base part 213b, 213c, 213d, 213e …… Vibrating portion 214 …… Supporting portion 218 …… Substrate electrode 218a, 218b …… Electrode 220 …… Ceiling layer 220a …… Communication hole 221 …… Insulating layer 222 …… Conductive layer 222a …… Contact portion 230 …… Cavity portion 240… ... Semiconductor circuit 241 ... MOS transistor 250 ... Sacrificial layer 251 ... First sacrificial layer 252 ... Second sacrificial layer 261 ... Wall 2 2 …… Column portion 263 …… Reinforcement portion 270 …… Protective layer 280 …… Resist layer 290 …… Sealing layer 300 …… Monitor element 310 …… Cavity portion 320 …… Sacrificial layer 321 …… First sacrificial layer 322… ... Second sacrificial layer 330 ... Ceiling layer 330a ... Communication hole 331 ... Insulating layer 332 ... Conductive layer 332a ... Counter electrode part 332b ... Contact part 340 ... Protective layer 351 ... Wall part 352 ... Support 353 …… Reinforcement portion 354 …… Gauge 360 …… Resist layer 361 …… Opening 370 …… Sealing layer 380 …… Electrode layer 391, 392 …… Terminal 410 …… Interlayer insulating film 420 …… Wiring layer 430 …… Interlayer insulating film 440 …… Wiring layer 441 …… External terminal 450 …… Surface protective layer 1100 …… Personal computer 1102 …… Keyboard 1104 …… Main body 110 6 …… Display unit 1108 …… Display unit 1200 …… Cellular phone 1202 …… Operation buttons 1204 …… Earpiece 1206 …… Speaker 1208 …… Display unit 1300 …… Digital still camera 1302 …… Case 1304 …… Light reception Unit 1306 …… Shutter button 1308 …… Memory 1310 …… Display 1312 …… Video signal output terminal 1314 …… Input / output terminal 1330 …… TV monitor 1340 …… Personal computer 1500 …… Automobile C …… Capacitance I… ... Etching interface L ... Pitch S1, S2 ... Formation region

Claims (11)

基板と、
前記基板上に配置された犠牲層と、
前記犠牲層上に配置され、前記犠牲層をエッチングにより除去するためのエッチングリリース孔を有し、前記エッチングに対する耐性を有する天井層と、
を備えていることを特徴とするモニター素子。 A substrate,
A sacrificial layer disposed on the substrate;
A ceiling layer disposed on the sacrificial layer, having an etching release hole for removing the sacrificial layer by etching, and having a resistance to the etching;
A monitor element comprising: 前記天井層は、ポリシリコンを含んでいる請求項１に記載のモニター素子。   The monitor element according to claim 1, wherein the ceiling layer includes polysilicon. 前記天井層に配置され、前記エッチングリリース孔と平面視で重なる開口を有するレジスト膜を備えている請求項１または２に記載のモニター素子。   The monitor element according to claim 1, further comprising a resist film disposed on the ceiling layer and having an opening overlapping the etching release hole in plan view. 前記基板および前記天井層と共に前記犠牲層を囲む壁部を有している請求項１ないし３のいずれか１項に記載のモニター素子。   The monitor element according to claim 1, further comprising a wall portion surrounding the sacrificial layer together with the substrate and the ceiling layer. 前記天井層の厚さは、１００Å以上、５００００Å以下の範囲内である請求項１ないし４のいずれか１項に記載のモニター素子。   The monitor element according to any one of claims 1 to 4, wherein a thickness of the ceiling layer is in a range of 100 mm or more and 50000 mm or less. 前記天井層は、導電性を有し、
前記基板と前記犠牲層との間に配置されている電極層を有している請求項１ないし５のいずれか１項に記載のモニター素子。 The ceiling layer has conductivity,
The monitor element according to claim 1, further comprising an electrode layer disposed between the substrate and the sacrificial layer. 前記電極層と前記天井層との間の容量を検出する端子を有している請求項６に記載のモニター素子。   The monitor element according to claim 6, further comprising a terminal that detects a capacitance between the electrode layer and the ceiling layer. 前記基板と前記天井層との間に位置し、前記基板に前記天井層を支持する支持部を有している請求項１ないし７のいずれか１項に記載のモニター素子。   The monitor element according to claim 1, wherein the monitor element is located between the substrate and the ceiling layer, and has a support portion that supports the ceiling layer on the substrate. 前記基板は、凹部を有し、
前記凹部内に前記犠牲層が配置されている請求項１ないし８のいずれか１項に記載のモニター素子。 The substrate has a recess;
The monitor element according to claim 1, wherein the sacrificial layer is disposed in the recess. 前記犠牲層がエッチングされて形成されたエッチング界面の位置を相対視することのできるゲージを有している請求項１ないし９のいずれか１項に記載のモニター素子。   The monitor element according to claim 1, further comprising a gauge capable of relatively viewing a position of an etching interface formed by etching the sacrificial layer. モニター素子領域および振動子領域が形成された基板を準備する工程と、
前記モニター素子領域および前記振動子領域をエッチングする工程と、を含み、
前記準備する工程では、
前記モニター素子領域は、モニター犠牲層と、前記モニター犠牲層上に配置され、前記モニター犠牲層をエッチングにより除去するためのエッチングリリース孔を有し、前記エッチングに対する耐性を有するモニター天井層と、を備え、
前記振動子領域は、振動子犠牲層と、前記振動子犠牲層に埋設されている振動素子と、前記振動子犠牲層上に配置され、前記振動子犠牲層をエッチングにより除去するためのエッチングリリース孔を有し、前記エッチングに対する耐性を有する振動子天井層と、を備え、
前記エッチングする工程では、
前記モニター犠牲層および前記振動素子犠牲層をエッチングし、前記モニター犠牲層のエッチングの進行度合いを検知することを特徴とする振動子の製造方法。 Preparing a substrate on which the monitor element region and the vibrator region are formed;
Etching the monitor element region and the vibrator region,
In the step of preparing,
The monitor element region includes a monitor sacrificial layer, a monitor ceiling layer disposed on the monitor sacrificial layer, having an etching release hole for removing the monitor sacrificial layer by etching, and having a resistance to the etching. Prepared,
The vibrator region is disposed on the vibrator sacrificial layer, the vibrator element embedded in the vibrator sacrificial layer, and the vibrator sacrificial layer, and an etching release for removing the vibrator sacrificial layer by etching. A vibrator ceiling layer having a hole and having resistance to the etching, and
In the etching step,
Etching the monitor sacrificial layer and the vibrating element sacrificial layer, and detecting the progress of the etching of the monitor sacrificial layer.

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