JP2017092748A - Mems device and manufacturing method of the same - Google Patents

Mems device and manufacturing method of the same Download PDF

Info

Publication number
JP2017092748A
JP2017092748A JP2015221771A JP2015221771A JP2017092748A JP 2017092748 A JP2017092748 A JP 2017092748A JP 2015221771 A JP2015221771 A JP 2015221771A JP 2015221771 A JP2015221771 A JP 2015221771A JP 2017092748 A JP2017092748 A JP 2017092748A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sacrificial layer
air gap
spacer
etching
manufacturing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2015221771A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6659027B2 (en
Inventor
新一 荒木
Shinichi Araki
新一 荒木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
New Japan Radio Co Ltd
Original Assignee
New Japan Radio Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by New Japan Radio Co Ltd filed Critical New Japan Radio Co Ltd
Priority to JP2015221771A priority Critical patent/JP6659027B2/en
Publication of JP2017092748A publication Critical patent/JP2017092748A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6659027B2 publication Critical patent/JP6659027B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Electrostatic, Electromagnetic, Magneto- Strictive, And Variable-Resistance Transducers (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a MEMS device which does not cause variation in acoustic characteristics and a manufacturing method of the same.SOLUTION: A member serving as an etching stopper is buried when an air gap is formed in part of a sacrificial layer and the sacrifice layer inside the etching stopper is selectively removed to form an air gap and a spacer.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は、ＭＥＭＳ素子に関し、特にマイクロフォン、各種センサ、スイッチ等として用いられる容量型のＭＥＭＳ素子およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a MEMS element, and more particularly to a capacitive MEMS element used as a microphone, various sensors, switches, and the like, and a method for manufacturing the same.

従来、半導体プロセスを用いたＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)素子では、半導体基板上に可動電極、犠牲層及び固定電極を形成した後、犠牲層の一部を除去することで、スペーサーを介して配置された可動電極と固定電極との間にエアーギャップ（中空）構造が形成されている。   Conventionally, in a micro electro mechanical systems (MEMS) device using a semiconductor process, a movable electrode, a sacrificial layer, and a fixed electrode are formed on a semiconductor substrate, and then a part of the sacrificial layer is removed to place it through a spacer. An air gap (hollow) structure is formed between the movable electrode and the fixed electrode.

例えば、容量型ＭＥＭＳ素子であるコンデンサマイクロフォンでは、音圧を通過させる複数の貫通孔を備えた固定電極と、音圧を受けて振動する可動電極とを対向して配置し、音圧を受けて振動する可動電極の変位を電極間の容量変化として検出する構成となっている。   For example, in a capacitor microphone that is a capacitive MEMS element, a fixed electrode having a plurality of through holes that allow sound pressure to pass therethrough and a movable electrode that vibrates by receiving sound pressure are arranged to face each other and receive sound pressure. The displacement of the oscillating movable electrode is detected as a capacitance change between the electrodes.

このような構造のＭＥＭＳ素子は、一般的に次のように形成される。まず、表面の結晶方位が（１００）面のシリコン基板１を用意し、表面および裏面に厚さ０．５μｍの熱酸化膜２を形成する。さらに表面側の熱酸化膜２上にＣＶＤ（Chemical Vaper Deposition）法により厚さ０．５μｍのポリシリコン膜を形成し、通常のフォトリソグラフ法によりパターニングを行い、可動電極３を形成する（図８ａ）。   The MEMS element having such a structure is generally formed as follows. First, a silicon substrate 1 having a (100) plane crystal orientation is prepared, and a thermal oxide film 2 having a thickness of 0.5 μm is formed on the front and back surfaces. Further, a polysilicon film having a thickness of 0.5 μm is formed on the thermal oxide film 2 on the surface side by a CVD (Chemical Vaper Deposition) method, and patterning is performed by a normal photolithographic method to form the movable electrode 3 (FIG. 8a). ).

その後、表面全面に、厚さ２μｍのＵＳＧ（Undoped Silicate Glass）膜からなる犠牲層４を積層する。さらに犠牲層４上に、厚さ１．０μｍのポリシリコンからなる固定電極５を形成した後、表面全面に厚さ０．２μｍのシリコン窒化膜６を堆積形成する。この固定電極５とシリコン窒化膜６とが一体となりバックプレートを構成する（図８ｂ）。   Thereafter, a sacrificial layer 4 made of a 2 μm thick USG (Undoped Silicate Glass) film is laminated on the entire surface. Further, a fixed electrode 5 made of polysilicon having a thickness of 1.0 μm is formed on the sacrificial layer 4, and then a silicon nitride film 6 having a thickness of 0.2 μm is deposited on the entire surface. The fixed electrode 5 and the silicon nitride film 6 are integrated to form a back plate (FIG. 8b).

次に、先に形成した犠牲層４を後工程で除去するため、シリコン窒化膜６および固定電極５の一部をエッチング除去して複数の貫通孔７を形成し、犠牲層４の表面の一部を露出させる（図８ｃ）。   Next, in order to remove the sacrificial layer 4 formed earlier in a later step, a part of the silicon nitride film 6 and the fixed electrode 5 are removed by etching to form a plurality of through holes 7. Part is exposed (FIG. 8c).

可動電極３、固定電極５のそれぞれに接触する配線部８を形成（図８ｄ）した後、シリコン基板１の一部をエッチングし、図８（ｅ）に示すようにバックチャンバー９を形成する。   After forming the wiring part 8 in contact with each of the movable electrode 3 and the fixed electrode 5 (FIG. 8d), a part of the silicon substrate 1 is etched to form the back chamber 9 as shown in FIG. 8 (e).

その後、可動電極３と固定電極５の間を中空構造とするため、貫通孔７を通して犠牲層４の一部をエッチング除去する。ここで使用するエッチング液は、配線部８を構成する配線材料とのエッチング選択比が高く、等方性エッチングを行うことができるフッ酸系の混酸水溶液を用いる。具体的にはフッ酸、フッ化アンモニウム、酢酸の混合液を用いる。   Thereafter, part of the sacrificial layer 4 is removed by etching through the through hole 7 in order to form a hollow structure between the movable electrode 3 and the fixed electrode 5. The etchant used here is a hydrofluoric acid mixed acid aqueous solution that has a high etching selectivity with respect to the wiring material constituting the wiring portion 8 and can perform isotropic etching. Specifically, a mixed solution of hydrofluoric acid, ammonium fluoride, and acetic acid is used.

その結果、図８（ｆ）に示すように、可動電極３と固定電極５との間にエアーギャップ１１が形成され、犠牲層４の一部がスペーサー１０として残る。このときスペーサー１０のエアーギャップ１１側の端部は、エッチングの進行に応じた形状となる。このようにウエットエッチング法によりスペーサーを形成する例は、例えば特許文献１に記載されている。また、ドライエッチング法により犠牲層４の一部をエッチング除去してエアーギャップ１１を形成する場合も、スペーサー１０のエアーギャップ側の端部は、エッチングの進行に応じた形状となる。   As a result, as shown in FIG. 8 (f), an air gap 11 is formed between the movable electrode 3 and the fixed electrode 5, and a part of the sacrificial layer 4 remains as the spacer 10. At this time, the end of the spacer 10 on the air gap 11 side has a shape corresponding to the progress of etching. An example of forming the spacers by the wet etching method is described in, for example, Patent Document 1. Also, when the air gap 11 is formed by removing a part of the sacrificial layer 4 by dry etching, the end of the spacer 10 on the air gap side has a shape corresponding to the progress of etching.

特開２０１２−４０６１９号公報JP 2012-40619 A

従来のＭＥＭＳ素子は、可動電極３と固定電極５との間にエアーギャップを形成する際、貫通孔７からエッチング液やエッチング種を流入させて犠牲層の一部を除去し、この除去された空間が所定の大きさとなったところでエッチングをストップしていた。その際、製造工程のばらつき等を考慮し、エッチング時間を長く設定するのが一般的である。   In the conventional MEMS element, when an air gap is formed between the movable electrode 3 and the fixed electrode 5, an etching solution or an etching seed is introduced from the through hole 7 to remove a part of the sacrificial layer, and this removal is performed. Etching was stopped when the space became a predetermined size. At this time, it is common to set the etching time longer in consideration of variations in the manufacturing process.

一方エッチング時間を一定にした場合でも犠牲層の膜厚のばらつきやエッチング液の温度やエッチング液の置換の程度、エッチング種の拡散速度のばらつき等によるエッチング速度にばらつきが生じ、横方向へのエッチング量が数μｍ単位でばらついてしまう。このエッチング量のばらつきは、１個のＭＥＭＳ素子のエアーギャップ内でも生じ、エッチングされずに残るスペーサーの端部は、凹凸が残る形状となっていた。   On the other hand, even when the etching time is constant, the etching rate varies due to variations in the thickness of the sacrificial layer, the temperature of the etching solution, the degree of replacement of the etching solution, the variation in the diffusion rate of the etching species, etc. The amount varies in units of several μm. The variation in the etching amount occurs even in the air gap of one MEMS element, and the end of the spacer that remains without being etched has a shape in which unevenness remains.

ところで、ＭＥＭＳ素子をコンデンサマイクロフォンとして使用する場合、貫通孔７を通過した音波は、スペーサー１０側に伝搬し、スペーサー１０や固定電極５を含むバックプレートで反射して可動電極３に不要な振動（ノイズ）を発生させてしまう。ここで犠牲層の横方向のエッチング量にばらつきが生じると、コンデンサマイクロフォンのノイズ特性にもばらつきが発生してしまう。本発明はこのような問題を解消し、音響特性のばらつきが生じないＭＥＭＳ素子およびその製造方法を提供することを目的とする。   By the way, when the MEMS element is used as a condenser microphone, the sound wave that has passed through the through hole 7 propagates to the spacer 10 side and is reflected by the back plate including the spacer 10 and the fixed electrode 5 to cause unnecessary vibration in the movable electrode 3 ( Noise). Here, if the etching amount in the lateral direction of the sacrificial layer varies, the noise characteristics of the capacitor microphone also vary. It is an object of the present invention to provide a MEMS device that solves such problems and does not cause variations in acoustic characteristics, and a method for manufacturing the same.

上記目的を達成するため、本願請求項１に係る発明は、バックチャンバーを備えた基板上に、スペーサーを挟んで固定電極を含むバックプレートと可動電極とを配置することでエアーギャップが形成されているＭＥＭＳ素子において、前記スペーサーは、前記エアーギャップ側に一部を露出する第１の部材からなる第１のスペーサー部と、該第１のスペーサー部の前記エアーギャップに露出する側と反対側に配置された前記第１の部材と異なる第２の部材からなる第２のスペーサー部とを含んでいることを特徴とする。   In order to achieve the above object, in the invention according to claim 1 of the present application, an air gap is formed on a substrate having a back chamber by arranging a back plate including a fixed electrode and a movable electrode with a spacer interposed therebetween. In the MEMS element, the spacer is formed on the opposite side of the first spacer portion that is exposed to the air gap of the first spacer portion and the first spacer portion that is partially exposed to the air gap side. And a second spacer portion made of a second member different from the arranged first member.

本願請求項２に係る発明は、請求項１記載のＭＥＭＳ素子において、前記エアーギャップは、前記第２の部材からなる犠牲層が除去された領域であることを特徴とする。   The invention according to claim 2 of the present application is the MEMS device according to claim 1, wherein the air gap is a region where the sacrificial layer made of the second member is removed.

本願請求項３に係る発明は、請求項２記載のＭＥＭＳ素子において、前記第１の部材と前記第２の部材は、前記犠牲層を除去する際、前記第２の部材を選択除去できる材料の組み合わせであることを特徴とする。   The invention according to claim 3 of the present application is the MEMS element according to claim 2, wherein the first member and the second member are made of a material capable of selectively removing the second member when removing the sacrificial layer. It is a combination.

本願請求項４に係る発明は、バックチャンバーを備えた基板上に、スペーサーを挟んで固定電極を含むバックプレートと可動電極とを配置することでエアーギャップが形成されているＭＥＭＳ素子の製造方法において、前記基板上に可動電極を形成する工程と、該可動電極上に第２の部材からなる犠牲層を形成する工程と、該犠牲層上に固定電極を形成する工程と、前記エアーギャップ形成領域を区画し、底部に前記可動電極の一部を露出する凹部を形成する工程と、前記凹部内に、前記第２の部材と異なる第１の部材を充填する工程と、前記固定電極に貫通孔を形成し、前記犠牲層の一部を露出させる工程と、前記基板の一部を除去し、バックチャンバーを形成する工程と、前記貫通孔から一部を露出し前記凹部により区画された前記犠牲層をエッチング除去し、前記凹部内に充填した前記第１の部材の側面部を露出させてエアーギャップを形成すると共に、前記エアーギャップ側に一部を露出する第１の部材からなる第１のスペーサー部と、該第１のスペーサー部の前記エアーギャップに露出する側と反対側に配置された前記第２の部材からなる第２のスペーサー部とを含むスペーサーを形成する工程と、を含むことを特徴とする。   The invention according to claim 4 of the present application relates to a method of manufacturing a MEMS device in which an air gap is formed by disposing a back plate including a fixed electrode and a movable electrode on a substrate having a back chamber with a spacer interposed therebetween. A step of forming a movable electrode on the substrate, a step of forming a sacrificial layer made of a second member on the movable electrode, a step of forming a fixed electrode on the sacrificial layer, and the air gap forming region Forming a recess exposing a part of the movable electrode at the bottom, filling the recess with a first member different from the second member, and through holes in the fixed electrode Forming a substrate, exposing a portion of the sacrificial layer, removing a portion of the substrate to form a back chamber, and exposing the sacrificial portion partially exposed from the through hole and defined by the recess. Is removed by etching to expose the side surface of the first member filled in the recess to form an air gap, and a first spacer made of the first member partially exposed to the air gap side Forming a spacer including a first spacer portion and a second spacer portion made of the second member disposed on a side opposite to the side exposed to the air gap of the first spacer portion. Features.

本願請求項５に係る発明は、請求項４記載のＭＥＭＳ素子の製造方法において、
前記第１の部材と前記第２の部材は、前記犠牲層をエッチング除去する際、該犠牲層を選択エッチング可能な材料の組む合わせから選択することを特徴とする。 The invention according to claim 5 of the present application is the method for manufacturing a MEMS element according to claim 4,
The first member and the second member may be selected from a combination of materials that can be selectively etched when the sacrificial layer is etched away.

本願請求項６に係る発明は、請求項４記載のＭＥＭＳ素子の製造方法において、前記犠牲層をエッチング除去する際、該犠牲層を選択除去することができるエッチング条件を選択することを特徴とする。   The invention according to claim 6 of the present application is characterized in that, in the method of manufacturing a MEMS element according to claim 4, when the sacrificial layer is removed by etching, an etching condition capable of selectively removing the sacrificial layer is selected. .

本願請求項７に係る発明は、請求項４記載のＭＥＭＳ素子の製造方法において、前記凹部により区画された前記犠牲層をエッチング除去する際、前記凹部内に充填された前記第１の部材が、エッチングストッパーとして機能することを特徴とする。   The invention according to claim 7 of the present application is the MEMS element manufacturing method according to claim 4, wherein when the sacrificial layer partitioned by the recess is removed by etching, the first member filled in the recess is It functions as an etching stopper.

本発明のＭＥＭＳ素子の製造方法によれば、エアーギャップを形成するために犠牲層をエッチング除去する際、凹部内に充填された第１の部材がエッチングストッパーとして機能し、スペーサーの形成位置のばらつきや端部の凹凸がなく、所望の形状のＭＥＭＳ素子を安定的に形成することができる。その結果、ＭＥＭＳ素子の音響特性のばらつきを極めて小さくできるという利点がある。   According to the method for manufacturing a MEMS element of the present invention, when the sacrificial layer is removed by etching in order to form an air gap, the first member filled in the recess functions as an etching stopper, and the spacer formation position varies. In addition, the MEMS element having a desired shape can be stably formed without any unevenness at the end portion. As a result, there is an advantage that variation in acoustic characteristics of the MEMS element can be extremely reduced.

本発明のＭＥＭＳ素子の製造工程の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing process of the MEMS element of this invention. 本発明のＭＥＭＳ素子の製造工程の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing process of the MEMS element of this invention. 本発明のＭＥＭＳ素子の製造工程の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing process of the MEMS element of this invention. 本発明のＭＥＭＳ素子の製造工程の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing process of the MEMS element of this invention. 本発明のＭＥＭＳ素子の製造工程の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing process of the MEMS element of this invention. 本発明のＭＥＭＳ素子の製造工程の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing process of the MEMS element of this invention. 本発明のＭＥＭＳ素子の製造工程の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing process of the MEMS element of this invention. 従来のＭＥＭＳ素子の製造工程の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing process of the conventional MEMS element.

本発明に係るＭＥＭＳ素子およびその製造方法は、予め犠牲層の一部に、エアーギャップを形成する際エッチングストッパーとなる部材を埋め込み、このエッチングストッパーの内側の犠牲層を選択的に除去して、エアーギャップとスペーサーを形成する。その結果、犠牲層を除去する際のエッチング時間やエッチングレートがばらついたとしても、所望の形状のエアーギャップとスペーサーが形成される構成としている。具体的には、エアーギャップの形状は第１の部材で囲まれた（区画された）内側の形状となり、エッチングストッパーとなった第１の部材がエアーギャップ側に表面の一部を露出する構造となる。また犠牲層のエッチングによりエッチングストッパーがわずかにエッチングされる場合であっても、そのエッチングレートが小さい材料を選択すれば、エアーギャップの形状のばらつきを小さく抑えることが可能となる。以下本発明の実施例について詳細に説明する。   In the MEMS element and the manufacturing method thereof according to the present invention, a member serving as an etching stopper when forming an air gap is embedded in a part of the sacrificial layer in advance, and the sacrificial layer inside the etching stopper is selectively removed, Air gap and spacer are formed. As a result, even if the etching time and etching rate when removing the sacrificial layer vary, the air gap and the spacer having a desired shape are formed. Specifically, the shape of the air gap is the inner shape surrounded (partitioned) by the first member, and the first member serving as the etching stopper exposes a part of the surface to the air gap side. It becomes. Even if the etching stopper is slightly etched by etching the sacrificial layer, the variation in the shape of the air gap can be suppressed by selecting a material having a low etching rate. Examples of the present invention will be described in detail below.

本発明の実施例のＭＥＭＳ素子について、その製造工程に従い説明する。結晶方位（１００）面の厚さ４２０μｍのシリコン基板１上に、厚さ０．５μｍ程度の熱酸化膜２を形成し、熱酸化膜２上に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により厚さ０．２〜２．０μｍ程度の導電性ポリシリコンからなる可動電極３を積層形成する。さらに可動電極３上に、厚さ２．０〜５．０μｍ程度のＵＳＧ(Undoped Silicate Glass)膜からなる犠牲層４を積層形成する。ここでＵＳＧは第２の部材に相当し、犠牲層４は一部を除去することによりスペーサーを構成する膜となる。犠牲層４上に、厚さ０．１μｍのポリシリコン膜を形成し、所定のパターニングを行い、固定電極５を形成する（図１）。   The MEMS element of the embodiment of the present invention will be described according to the manufacturing process. A thermal oxide film 2 having a thickness of about 0.5 μm is formed on a silicon substrate 1 having a crystal orientation (100) plane of 420 μm, and a thickness of 0 is formed on the thermal oxide film 2 by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. A movable electrode 3 made of conductive polysilicon having a thickness of about 2 to 2.0 μm is laminated. Further, a sacrificial layer 4 made of a USG (Undoped Silicate Glass) film having a thickness of about 2.0 to 5.0 μm is laminated on the movable electrode 3. Here, USG corresponds to the second member, and the sacrificial layer 4 becomes a film constituting the spacer by removing a part thereof. A polysilicon film having a thickness of 0.1 μm is formed on the sacrificial layer 4, and predetermined patterning is performed to form the fixed electrode 5 (FIG. 1).

次に、所定の大きさの凹部１２を形成する（図２）。この凹部１２は、この凹部１２で区画された内側がエアーギャップとなるためエアーギャップ側の側面が所望の形状となるように形成すれば良い。また、凹部１２の幅は後述するように第１の部材で内部を充填できる幅に設定すればよく、例えば２μｍ程度とすると、凹部１２内部に隙間なく充填することができる。なお、凹部１２内部に第１の部材を充填する場合、必ずしも完全に充填されることは必須ではなく、ＭＥＭＳ素子として所望の強度を保つことができる程度に充填されるようにすればよい。   Next, a recess 12 having a predetermined size is formed (FIG. 2). The concave portion 12 may be formed so that the inner side defined by the concave portion 12 serves as an air gap so that the side surface on the air gap side has a desired shape. The width of the recess 12 may be set to a width that can be filled with the first member as will be described later. For example, when the width is about 2 μm, the recess 12 can be filled without a gap. In addition, when filling the 1st member in the inside of the recessed part 12, it is not essential to fill completely, What is necessary is just to make it fill so that desired intensity | strength can be maintained as a MEMS element.

凹部１２の底部には、可動電極３が露出するのが好ましい。凹部１２の底部に犠牲層４が残ると、犠牲層４をエッチングする際に、凹部１２の底部直下のエッチングが進行し、凹部１２の外側（エアーギャップと反対側）の犠牲層４のエッチングが進行してしまうからである。   The movable electrode 3 is preferably exposed at the bottom of the recess 12. If the sacrificial layer 4 remains at the bottom of the recess 12, when the sacrificial layer 4 is etched, etching immediately below the bottom of the recess 12 proceeds, and etching of the sacrificial layer 4 outside the recess 12 (opposite to the air gap) is performed. Because it will progress.

なお、固定電極５に接続する引出電極がこの凹部１２で区画される領域の外側まで引き出す場合には、凹部１２を形成しない領域を残し、この凹部１２を形成しない領域上に引出用電極を形成すれば良い。つまり、凹部１２によりエアーギャップ形成予定領域を完全に取り囲む構造とする必要はない。なお図２では、可動電極３に接続する引出電極を形成するため、幅の広い別の凹部も形成している。   In the case where the extraction electrode connected to the fixed electrode 5 is drawn to the outside of the region defined by the recess 12, the region where the recess 12 is not formed is left, and the extraction electrode is formed on the region where the recess 12 is not formed. Just do it. That is, it is not necessary to have a structure in which the air gap formation scheduled region is completely surrounded by the recess 12. In FIG. 2, another wide recess is formed in order to form an extraction electrode connected to the movable electrode 3.

次に凹部１２内にエッチングストッパーとなる、換言すればＵＳＧ膜と選択エッチング可能な部材（第１の部材に相当する）を埋め込む。第１の部材は、少なくとも可動電極３と可動電極５を短絡させない材料であれば、絶縁材、絶縁材と導電材の多層構造などを選択することができる。例えば、シリコン窒化膜、酸素添加ポリシリコン、窒素添加ポリシリコン、シリコンカーバイド、アルミニウム、金などが使用可能である。特に、シリコン窒化膜６は、固定電極５上に積層することで固定電極とシリコン窒化膜からなるバックプレートの一部を構成し好ましい。図３に示すように、凹部１２は幅を狭く形成しているため、凹部１２内にシリコン窒化膜６が充填される。具体的には凹部１２の幅が２μｍ程度の場合、１．２μｍ程度のシリコン窒化膜６を積層することで、凹部１２内を完全に充填することができる。可動電極３に接続する配線部を形成するために形成した別の凹部は、幅を広く形成しているため表面に均一にシリコン窒化膜６が積層される。   Next, an etching stopper, in other words, a USG film and a member that can be selectively etched (corresponding to the first member) are embedded in the recess 12. As long as the first member is a material that does not short-circuit at least the movable electrode 3 and the movable electrode 5, an insulating material, a multilayer structure of an insulating material and a conductive material, or the like can be selected. For example, a silicon nitride film, oxygen-added polysilicon, nitrogen-added polysilicon, silicon carbide, aluminum, gold, or the like can be used. In particular, the silicon nitride film 6 is preferably laminated on the fixed electrode 5 to constitute a part of the back plate composed of the fixed electrode and the silicon nitride film. As shown in FIG. 3, since the recess 12 is formed with a narrow width, the recess 12 is filled with the silicon nitride film 6. Specifically, when the width of the recess 12 is about 2 μm, the inside of the recess 12 can be completely filled by laminating the silicon nitride film 6 of about 1.2 μm. Another recess formed to form a wiring portion connected to the movable electrode 3 has a wide width, so that the silicon nitride film 6 is uniformly laminated on the surface.

その後、通常のフォトリソグラフ法により音圧を可動電極３に伝えるための貫通孔７を形成し、貫通孔７内に犠牲層４を露出させる。また、可動電極３あるいは固定電極５にそれぞれ接続する配線部の形成予定領域のシリコン窒化膜６の一部もエッチング除去する（図４）。この貫通孔７は、例えばＭＥＭＳマイクロフォンとして使用した場合、音を可動電極膜３に伝えるための音孔の機能を果たすことになり、所望の特性となるように、径の大きさ、数、配置を設定する必要がある。   Thereafter, a through hole 7 for transmitting sound pressure to the movable electrode 3 is formed by a normal photolithography method, and the sacrificial layer 4 is exposed in the through hole 7. Further, a part of the silicon nitride film 6 in the region where the wiring portion to be connected to the movable electrode 3 or the fixed electrode 5 is to be formed is also removed by etching (FIG. 4). For example, when this through-hole 7 is used as a MEMS microphone, the through-hole 7 functions as a sound hole for transmitting sound to the movable electrode film 3, and the size, number, and arrangement of the diameter so as to obtain desired characteristics. Need to be set.

可動電極３および固定電極５にそれぞれ接続する配線部８を形成した後、シリコン基板１の裏面側から熱酸化膜２が露出するまでシリコン基板１を除去し、バックチャンバー９を形成する(図５)。   After the wiring portion 8 connected to each of the movable electrode 3 and the fixed electrode 5 is formed, the silicon substrate 1 is removed from the back side of the silicon substrate 1 until the thermal oxide film 2 is exposed, and a back chamber 9 is formed (FIG. 5). ).

その後、可動電極３と固定電極５の間を中空構造とするため、犠牲層４をエッチング除去する。このエッチング工程は、配線部８を構成する配線材料とシリコン窒化膜６はエッチングせず、犠牲層４を構成するＵＳＧ膜のエッチング選択性の高いエッチング方法が採用される。一例として、フッ酸、フッ化アンモニウムと酢酸の混合液を用いる。その結果図６に示すように、シリコン窒化膜で充填された凹部１２の位置でエッチングがストップし、エッチングされずに残るスペーサーは、凹部１２内に充填されたシリコン窒化膜からなる第１のスペーサー部１３とその外側に残る犠牲層からなる第２のスペーサー部１４とで構成されることになる。   Thereafter, the sacrificial layer 4 is removed by etching in order to form a hollow structure between the movable electrode 3 and the fixed electrode 5. In this etching process, the wiring material constituting the wiring portion 8 and the silicon nitride film 6 are not etched, and an etching method with high etching selectivity for the USG film constituting the sacrificial layer 4 is employed. As an example, a mixed solution of hydrofluoric acid, ammonium fluoride, and acetic acid is used. As a result, as shown in FIG. 6, the etching stops at the position of the recess 12 filled with the silicon nitride film, and the spacer that remains without being etched is the first spacer made of the silicon nitride film filled in the recess 12. The portion 13 and the second spacer portion 14 made of a sacrificial layer remaining outside the portion 13 are formed.

このように本発明の製造方法によれば、エアーギャップ１１を形成する工程において、凹部内に充填されたシリコン窒化膜（第１のスペーサー部１３に相当）が露出すると、さらに外側へのエッチングの進行を阻害する障壁となり、エアーギャップが横方向に拡大するエッチングの進行が遅くなり、エアーギャップの大きさが必要以上に大きくならないようにすることができる。なお、凹部１２によりエアーギャップ形成予定領域を完全に取り囲まない場合には、その間隙に露出する犠牲層のエッチングが進行することになるが、音響特性に影響を及ぼすほど大きくエッチング除去されることはないので、問題とはならない。   As described above, according to the manufacturing method of the present invention, when the silicon nitride film (corresponding to the first spacer portion 13) filled in the recess is exposed in the step of forming the air gap 11, further outward etching is performed. It becomes a barrier that hinders the progress, the progress of the etching in which the air gap expands in the lateral direction becomes slow, and the size of the air gap can be prevented from becoming larger than necessary. In addition, when the air gap formation scheduled region is not completely surrounded by the concave portion 12, the etching of the sacrificial layer exposed in the gap proceeds, but the etching is largely removed so as to affect the acoustic characteristics. There is no problem.

図７に本発明のＭＥＭＳ素子の平面図を模式的に示す。図７は、固定電極５側からみた平面図で貫通孔の図示は省略している。第１のスペーサー部１３は、図２で説明した凹部１２の形状によって決まるため、所望の円形形状で、かつ半導体装置を製造する場合と同様の高精度で形成でき、音響特性のばらつきを抑えることが可能となることがわかる。なお上記実施例では、第１のスペーサー部１３の幅は２μｍで、全てシリコン窒化膜により形成する場合について説明した（図２）が、幅の広い凹部１２を形成し、凹部１２にエッチングストッパーとして機能する部材を充填した後、図３で説明したシリコン窒化膜６を全面に形成しても何ら問題はない。   FIG. 7 schematically shows a plan view of the MEMS element of the present invention. FIG. 7 is a plan view seen from the fixed electrode 5 side, and illustration of the through holes is omitted. Since the first spacer portion 13 is determined by the shape of the recess 12 described with reference to FIG. 2, the first spacer portion 13 can be formed in a desired circular shape and with the same high precision as in the case of manufacturing a semiconductor device, and suppress variation in acoustic characteristics. It turns out that is possible. In the above embodiment, the first spacer portion 13 has a width of 2 μm and is formed of a silicon nitride film (FIG. 2). However, a wide concave portion 12 is formed, and the concave portion 12 is used as an etching stopper. There is no problem even if the silicon nitride film 6 described with reference to FIG.

以上本発明の実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく様々変更可能である。例えば、凹部１２の形状は、断面の側壁が垂直の場合に限らず、傾斜する形状であってもよい。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments and can be variously modified. For example, the shape of the recess 12 is not limited to the case where the side wall of the cross section is vertical, but may be an inclined shape.

１：シリコン基板、２：熱酸化膜、３：可動電極、４：犠牲層、５：固定電極、６：シリコン窒化膜、７：貫通孔、８：配線部、９：バックチャンバー、１０：スペーサー、１１：エアーギャップ、１２：凹部、１３：第１のスペーサー部、１４：第２のスペーサー部 1: silicon substrate, 2: thermal oxide film, 3: movable electrode, 4: sacrificial layer, 5: fixed electrode, 6: silicon nitride film, 7: through-hole, 8: wiring part, 9: back chamber, 10: spacer , 11: air gap, 12: recess, 13: first spacer portion, 14: second spacer portion

Claims (7)

バックチャンバーを備えた基板上に、スペーサーを挟んで固定電極を含むバックプレートと可動電極とを配置することでエアーギャップが形成されているＭＥＭＳ素子において、
前記スペーサーは、前記エアーギャップ側に一部を露出する第１の部材からなる第１のスペーサー部と、該第１のスペーサー部の前記エアーギャップに露出する側と反対側に配置された前記第１の部材と異なる第２の部材からなる第２のスペーサー部とを含んでいることを特徴とするＭＥＭＳ素子。 In a MEMS element in which an air gap is formed on a substrate having a back chamber by arranging a back plate including a fixed electrode and a movable electrode with a spacer interposed therebetween,
The spacer includes a first spacer portion made of a first member partially exposed on the air gap side, and the first spacer portion arranged on the side opposite to the side exposed to the air gap of the first spacer portion. A MEMS device comprising: a first spacer member and a second spacer portion made of a second member different from the first member. 請求項１記載のＭＥＭＳ素子において、前記エアーギャップは、前記第２の部材からなる犠牲層が除去された領域であることを特徴とするＭＥＭＳ素子。   The MEMS element according to claim 1, wherein the air gap is a region where a sacrificial layer made of the second member is removed. 請求項２記載のＭＥＭＳ素子において、前記第１の部材と前記第２の部材は、前記犠牲層を除去する際、前記第２の部材を選択除去できる材料の組み合わせであることを特徴とするＭＥＭＳ素子。   3. The MEMS element according to claim 2, wherein the first member and the second member are a combination of materials capable of selectively removing the second member when removing the sacrificial layer. element. バックチャンバーを備えた基板上に、スペーサーを挟んで固定電極を含むバックプレートと可動電極とを配置することでエアーギャップが形成されているＭＥＭＳ素子の製造方法において、
前記基板上に可動電極を形成する工程と、
該可動電極上に第２の部材からなる犠牲層を形成する工程と、
該犠牲層上に固定電極を形成する工程と、
前記エアーギャップ形成領域を区画し、底部に前記可動電極の一部を露出する凹部を形成する工程と、
前記凹部内に、前記第２の部材と異なる第１の部材を充填する工程と、
前記固定電極に貫通孔を形成し、前記犠牲層の一部を露出させる工程と、
前記基板の一部を除去し、バックチャンバーを形成する工程と、
前記貫通孔から一部を露出し前記凹部により区画された前記犠牲層をエッチング除去し、前記凹部内に充填した前記第１の部材の側面部を露出させてエアーギャップを形成すると共に、前記エアーギャップ側に一部を露出する第１の部材からなる第１のスペーサー部と、該第１のスペーサー部の前記エアーギャップに露出する側と反対側に配置された前記第２の部材からなる第２のスペーサー部とを含むスペーサーを形成する工程と、を含むことを特徴とするＭＥＭＳ素子の製造方法。 In the method of manufacturing a MEMS element in which an air gap is formed by arranging a back plate including a fixed electrode and a movable electrode on a substrate provided with a back chamber, with a spacer interposed therebetween.
Forming a movable electrode on the substrate;
Forming a sacrificial layer made of a second member on the movable electrode;
Forming a fixed electrode on the sacrificial layer;
Partitioning the air gap formation region and forming a recess exposing a part of the movable electrode at the bottom;
Filling the recess with a first member different from the second member;
Forming a through hole in the fixed electrode and exposing a part of the sacrificial layer;
Removing a portion of the substrate to form a back chamber;
The sacrificial layer partially exposed from the through hole and etched away by etching is removed by etching, the side surface of the first member filled in the recess is exposed to form an air gap, and the air A first spacer portion made of a first member partially exposed on the gap side and a second member made of the second member disposed on the opposite side of the first spacer portion to the air gap exposed side. And a step of forming a spacer including two spacer portions. 請求項４記載のＭＥＭＳ素子の製造方法において、
前記第１の部材と前記第２の部材は、前記犠牲層をエッチング除去する際、該犠牲層を選択エッチング可能な材料の組む合わせから選択することを特徴とするＭＥＭＳ素子の製造方法。 In the manufacturing method of the MEMS element of Claim 4,
The method of manufacturing a MEMS device, wherein the first member and the second member are selected from a combination of materials that can be selectively etched when the sacrificial layer is etched away. 請求項４記載のＭＥＭＳ素子の製造方法において、
前記犠牲層をエッチング除去する際、該犠牲層を選択除去することができるエッチング条件を選択することを特徴とするＭＥＭＳ素子の製造方法。 In the manufacturing method of the MEMS element of Claim 4,
A method for manufacturing a MEMS device, wherein etching conditions capable of selectively removing the sacrificial layer are selected when the sacrificial layer is removed by etching. 請求項４記載のＭＥＭＳ素子の製造方法において、
前記凹部により区画された前記犠牲層をエッチング除去する際、前記凹部内に充填された前記第１の部材が、エッチングストッパーとして機能することを特徴とするＭＥＭＳ素子の製造方法。 In the manufacturing method of the MEMS element of Claim 4,
The method of manufacturing a MEMS element, wherein when the sacrificial layer partitioned by the recess is removed by etching, the first member filled in the recess functions as an etching stopper.
JP2015221771A 2015-11-12 2015-11-12 MEMS device and manufacturing method thereof Active JP6659027B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015221771A JP6659027B2 (en) 2015-11-12 2015-11-12 MEMS device and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015221771A JP6659027B2 (en) 2015-11-12 2015-11-12 MEMS device and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017092748A true JP2017092748A (en) 2017-05-25
JP6659027B2 JP6659027B2 (en) 2020-03-04

Family

ID=58768423

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015221771A Active JP6659027B2 (en) 2015-11-12 2015-11-12 MEMS device and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6659027B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108100990A (en) * 2017-12-21 2018-06-01 中国电子科技集团公司第五十四研究所 A kind of preparation method of sandwich type photoetching glue victim layer
JP2019042872A (en) * 2017-09-02 2019-03-22 新日本無線株式会社 Mems element and method of manufacturing the same

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019042872A (en) * 2017-09-02 2019-03-22 新日本無線株式会社 Mems element and method of manufacturing the same
CN108100990A (en) * 2017-12-21 2018-06-01 中国电子科技集团公司第五十四研究所 A kind of preparation method of sandwich type photoetching glue victim layer
CN108100990B (en) * 2017-12-21 2019-07-12 中国电子科技集团公司第五十四研究所 A kind of preparation method of sandwich type photoetching glue victim layer

Also Published As

Publication number Publication date
JP6659027B2 (en) 2020-03-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20160086552A (en) Acoustic resonator and manufacturing method thereof
JP6405276B2 (en) MEMS device and manufacturing method thereof
JP2010103701A (en) Mems sensor
JP6356512B2 (en) MEMS element
JP6151541B2 (en) MEMS device and manufacturing method thereof
JP6659027B2 (en) MEMS device and manufacturing method thereof
JP6540160B2 (en) MEMS element
JP2006108491A (en) Static capacitance sensor and manufacturing method thereof
JP2012040619A (en) Capacity type mems sensor and method of manufacturing the same
JP2017121028A (en) MEMS element
JP6345926B2 (en) MEMS device and manufacturing method thereof
JP6631778B2 (en) MEMS element
JP2015188946A (en) MEMS element
JP2016007681A (en) Mems element and method for manufacturing the same
JP6863545B2 (en) MEMS device and its manufacturing method
JP6382032B2 (en) MEMS element
JP6645652B2 (en) Method for manufacturing MEMS device
JP6214219B2 (en) MEMS element
JP6582274B2 (en) MEMS element
JP6699854B2 (en) MEMS element
JP2015188947A (en) MEMS element
JP6679044B2 (en) MEMS element
JP6784005B2 (en) MEMS device and its manufacturing method
JP6209041B2 (en) MEMS device and manufacturing method thereof
JP7120543B2 (en) Manufacturing method of MEMS element

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180919

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190724

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190827

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190925

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200107

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200129

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6659027

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250