JP5129456B2 - Method of manufacturing structure having beam portion and MEMS device - Google Patents

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Description

本発明は、梁部を備えた構造体の製造方法およびＭＥＭＳ（micro electro mechanical system）デバイスに関するものである。   The present invention relates to a method for manufacturing a structure including a beam portion and a micro electro mechanical system (MEMS) device.

従来から、マイクロマシニング技術を利用して梁部を備えた構造体（例えば、ＭＥＭＳデバイスなど）を製造する製造方法が各所で研究開発されている（例えば、特許文献１，２参照）。   Conventionally, a manufacturing method for manufacturing a structure (for example, a MEMS device) having a beam portion using a micromachining technique has been researched and developed in various places (for example, see Patent Documents 1 and 2).

可動部のあるＭＥＭＳデバイスとしては、例えば、加速度センサやジャイロセンサなどが広く知られているが、上記特許文献１には、可動部のないＭＥＭＳデバイスの一種であるマイクロヒータの製造方法が記載されている。以下、このマイクロヒータの製造方法について図７に基づいて説明する。   For example, an acceleration sensor or a gyro sensor is widely known as a MEMS device having a movable part. However, Patent Document 1 describes a manufacturing method of a microheater which is a kind of a MEMS device having no movable part. ing. Hereinafter, the manufacturing method of this micro heater will be described with reference to FIG.

まず、シリコン基板１００の一表面上にＴｉＯ２膜からなる絶縁膜１０１を形成し、続いて、絶縁膜１０１上に発熱体１０３（図７（ｃ）参照）の基礎となるＰｔ膜からなる金属膜１０２を形成することにより、図７（ａ）に示す構造を得る。なお、上記特許文献１ででは、金属膜１０２の材料と絶縁膜１０１の材料との線膨張率差を小さくするために、絶縁膜１０１の材料としてＴｉＯ２を採用している。 First, an insulating film 101 made of a TiO 2 film is formed on one surface of the silicon substrate 100, and subsequently, a metal made of a Pt film that forms the basis of the heating element 103 (see FIG. 7C) on the insulating film 101. By forming the film 102, the structure shown in FIG. 7A is obtained. In Patent Document 1, TiO 2 is used as the material of the insulating film 101 in order to reduce the difference in linear expansion coefficient between the material of the metal film 102 and the material of the insulating film 101.

次に、フォトリソグラフィ技術を利用して金属膜１０２上に発熱体の形状に応じてパターニングされた第１のレジスト層１０４を形成することにより、図７（ｂ）に示す構造を得る。   Next, the structure shown in FIG. 7B is obtained by forming a first resist layer 104 patterned according to the shape of the heating element on the metal film 102 using photolithography technology.

その後、第１のレジスト層１０４をマスクとして金属膜１０２の不要部分をエッチング除去することで金属膜１０２の一部からなる発熱体１０３を形成することにより、図７（ｃ）に示す構造を得る。   Thereafter, unnecessary portions of the metal film 102 are removed by etching using the first resist layer 104 as a mask to form a heating element 103 made of a part of the metal film 102, thereby obtaining the structure shown in FIG. 7C. .

さらにその後、第１のレジスト層１０４を除去してから、シリコン基板１００の上記一表面側に梁部１１１（図７（ｆ）参照）および梁部１１１を支持する支持部１１０の形状に応じてパターニングされた第２のレジスト層１０５を形成することにより、図７（ｄ）に示す構造を得る。   Further, after removing the first resist layer 104, the beam portion 111 (see FIG. 7 (f)) on the one surface side of the silicon substrate 100 and the shape of the support portion 110 that supports the beam portion 111 are used. By forming the patterned second resist layer 105, the structure shown in FIG. 7D is obtained.

続いて、第２のレジスト層１０５をマスクとして絶縁膜１０１の不要部をエッチング除去して開孔部１０６を形成することにより、図７（ｅ）に示す構造を得る。   Subsequently, by using the second resist layer 105 as a mask, unnecessary portions of the insulating film 101 are removed by etching to form apertures 106, thereby obtaining the structure shown in FIG.

その後、開孔部１０６を通してシリコン基板１００を上記一表面側からアルカリ系溶液（例えば、ＴＭＡＨ溶液、ＫＯＨ溶液など）によって異方性エッチングして空洞部１０７を形成することでシリコン基板１００から分離した梁部１１１を形成し、第２のレジスト層１０５を除去することにより、図７（ｆ）に示す構造のマイクロヒータを得ている。   After that, the silicon substrate 100 is separated from the silicon substrate 100 by forming the cavity 107 by anisotropically etching the silicon substrate 100 from the one surface side through the opening 106 with an alkaline solution (for example, TMAH solution, KOH solution, etc.). By forming the beam portion 111 and removing the second resist layer 105, a microheater having a structure shown in FIG. 7F is obtained.

要するに、上記特許文献１では、エッチング速度の結晶方位依存性を利用した異方性エッチングによって空洞部１０７を形成することで梁部１１１をシリコン基板１００から分離している。   In short, in Patent Document 1, the beam portion 111 is separated from the silicon substrate 100 by forming the cavity portion 107 by anisotropic etching utilizing the crystal orientation dependence of the etching rate.

また、従来からシリコン基板の一表面側に互いに異なる材料からなる薄膜を積層した後、最表面側の薄膜を所望の形状にパターニングした後でシリコン基板側の薄膜を犠牲層として選択的にエッチングして空洞部を形成することで構造体を製造する技術が表面マイクロマシニング技術として知られているが、上記特許文献２には、ＳＯＩ基板の一表面側のシリコン層（活性層）をパターニングした後でＳＯＩ基板のＳｉＯ２膜の一部を犠牲層として選択的にエッチングして空洞部を形成することで上記シリコン層の一部からなる梁部を含む可動部をＳＯＩ基板の支持基板から分離する技術が開示されている。
特開平８−６９８５８号公報 特開２００４−１３６３９６号公報 Conventionally, after thin films made of different materials are laminated on one surface side of a silicon substrate, the thin film on the outermost surface side is patterned into a desired shape, and then the thin film on the silicon substrate side is selectively etched as a sacrificial layer. A technique for manufacturing a structure by forming a cavity is known as a surface micromachining technique. However, in Patent Document 2 described above, a silicon layer (active layer) on one surface side of an SOI substrate is patterned. Then, by selectively etching a part of the SiO 2 film of the SOI substrate as a sacrificial layer to form a cavity, the movable part including the beam part made of a part of the silicon layer is separated from the support substrate of the SOI substrate. Technology is disclosed.
JP-A-8-69858 JP 2004-136396 A

ところで、上記特許文献１に開示された梁部を備えた構造体の製造方法では、シリコン基板１００の上記一表面の面方位により空洞部１０７の形状が制約されるので、構造体やＭＥＭＳデバイスの形状に制約があった。なお、空洞部１０７を形成する分離工程において異方性エッチングの代わりに等方性エッチングを行うことも考えられるが、等方性エッチングでは、空洞部１０７の形状の制御がより難しかった。   By the way, in the method for manufacturing a structure including a beam portion disclosed in Patent Document 1, the shape of the cavity 107 is restricted by the surface orientation of the one surface of the silicon substrate 100. There were restrictions on the shape. Although it is conceivable to perform isotropic etching instead of anisotropic etching in the separation step for forming the cavity 107, it is more difficult to control the shape of the cavity 107 in the isotropic etching.

また、一般的な表面マイクロマシニング技術では、上述の犠牲層の材料としてアルミニウムやポリイミドなどが用いられるが、一般的な表面マイクロマシニング技術を利用して梁部を備えた構造体を製造した場合には、梁部とシリコン基板の上記一表面との間のギャップ長が犠牲層の厚みにより制約されるので、分離した梁部がシリコン基板の上記一表面に張り付くスティッキングが起こりやすく、歩留まりが低下してしまうことがあった。   In general surface micromachining technology, aluminum, polyimide, or the like is used as the material of the above-described sacrificial layer. However, when a structure having a beam portion is manufactured using general surface micromachining technology. Since the gap length between the beam portion and the one surface of the silicon substrate is limited by the thickness of the sacrificial layer, sticking of the separated beam portion to the one surface of the silicon substrate is likely to occur, resulting in a decrease in yield. There was a case.

また、上述のようにＳＯＩ基板のＳｉＯ２膜を犠牲層として上記シリコン層の一部により梁部を構成した場合にも、分離した梁部が支持基板に張り付くスティッキングが起こりやすく、歩留まりが低下してしまうことがあった。また、ＳＯＩ基板の上記シリコン層の一部により梁部を形成した場合には、上記シリコン層にトランジスタやＩＣなどを形成することができるという利点があるが、ＳＯＩ基板が高価であり、しかも、梁部の残留応力に起因してＭＥＭＳデバイスの所望の性能が得られないことがあった。 In addition, as described above, even when the beam portion is configured by a part of the silicon layer using the SiO 2 film of the SOI substrate as a sacrificial layer, sticking that the separated beam portion sticks to the support substrate easily occurs, and the yield decreases. There was a case. Further, when the beam portion is formed by a part of the silicon layer of the SOI substrate, there is an advantage that a transistor, an IC, or the like can be formed in the silicon layer, but the SOI substrate is expensive, The desired performance of the MEMS device may not be obtained due to the residual stress of the beam portion.

これに対して、上記特許文献１に開示された梁部を備えた構造体の製造方法では、空洞部１０７の内底面と梁部１１１とのギャップ長を十分に長くすることができるので、スティッキングを防止することができるが、エッチング速度の結晶方位依存性を利用した異方性エッチングにより空洞部１０７を形成することでシリコン基板１００から分離した梁部１１１を形成する分離工程を行う前にエッチング部位以外をあらかじめ保護しておく必要があるとともに、分離工程におけるエッチング時間が長い（梁部１１１の幅寸法によっては６〜７時間のエッチング時間を要することもある）ので、製造コストが高くなってしまう。なお、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型のドライエッチング装置を用いたバルクマイクロマシニング技術によって梁部を備えた構造体を製造する技術も知られているが、ＩＣＰ型のドライエッチング装置は高価であり、設備投資を含めた製造コストが高くなってしまう。   On the other hand, in the method for manufacturing a structure including a beam portion disclosed in Patent Document 1, the gap length between the inner bottom surface of the cavity portion 107 and the beam portion 111 can be sufficiently increased. However, the etching is performed before the separation step of forming the beam portion 111 separated from the silicon substrate 100 by forming the cavity portion 107 by anisotropic etching utilizing the crystal orientation dependence of the etching rate. It is necessary to protect the parts other than the part in advance, and the etching time in the separation process is long (the etching time of 6 to 7 hours may be required depending on the width dimension of the beam portion 111), which increases the manufacturing cost. End up. A technique for manufacturing a structure having a beam portion by a bulk micromachining technique using an inductively coupled plasma (ICP) type dry etching apparatus is also known, but an ICP type dry etching apparatus is expensive, Manufacturing costs including capital investment will increase.

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、梁部を備えた構造体の形状の制約が少なく、製造コストの低コスト化が可能な梁部を備えた構造体の製造方法およびＭＥＭＳデバイスを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-mentioned reasons, and its purpose is that there are few restrictions on the shape of the structure provided with the beam portion, and the structure provided with the beam portion that can reduce the manufacturing cost. A manufacturing method and a MEMS device are provided.

請求項１の発明は、半導体基板の一表面側に形成した薄膜および前記半導体基板を加工して梁部を形成するようにした梁部を備えた構造体の製造方法であって、ｐ形もしくはｎ形の前記半導体基板の前記一表面側に除去部位として形成する多孔質部の形状に応じてパターン設計した陽極を前記半導体基板の他表面側に形成する陽極形成工程と、前記陽極と電解液中で前記半導体基板の前記一表面側に配置される陰極との間に通電して前記半導体基板の前記一表面側に前記陽極よりも大きく厚みの面内分布を有する前記多孔質部を形成する陽極酸化工程と、陽極酸化工程の後で前記半導体基板の前記一表面側に前記薄膜を形成する薄膜形成工程と、薄膜形成工程の後で前記薄膜において前記梁部となる部位の周囲の不要部をエッチング除去して開孔部を形成する開孔部形成工程と、開孔部形成工程にて形成した開孔部を通して前記多孔質部を選択的にエッチング除去して空洞部を形成することで前記半導体基板から分離した梁部を形成する分離工程とを有することを特徴とする。 The invention according to claim 1, a structure manufacturing method of having the in the beam portion so as to form the beam portion by processing the thin film and the semiconductor substrate is formed on one surface side of the semiconductor substrate, p-type or an anode forming step of forming the n-type pre-Symbol semiconductor substrate an anode and pattern design in accordance with the shape of the porous portion to form a removal site on the one surface side to another surface side of the semiconductor substrate, the anode and the electrolyte Forming the porous portion having an in-plane distribution of thickness larger than that of the anode on the one surface side of the semiconductor substrate by energizing between the cathode disposed on the one surface side of the semiconductor substrate in the liquid An anodizing step, a thin film forming step for forming the thin film on the one surface side of the semiconductor substrate after the anodizing step, and an unnecessary area around the portion to be the beam portion in the thin film after the thin film forming step. Etching away the part Separating from the semiconductor substrate by forming a cavity by selectively removing the porous part through an opening formed in the opening part forming step and an opening part forming step for forming a hole part And a separation step of forming a beam portion.

この発明によれば、陽極形成工程にて形成する陽極のパターンにより陽極酸化工程において半導体基板に流れる電流の電流密度の面内分布が決まるので、陽極酸化工程にて形成する多孔質部の厚みの面内分布を制御することが可能であり、当該多孔質部を分離工程で選択的にエッチング除去して空洞部を形成することで前記半導体基板から分離した梁部が形成されるから、梁部を備えた構造体の形状の制約が少なく、しかも、エッチング速度の結晶方位依存性を利用した異方性エッチングにより空洞部を形成する場合に比べてエッチング時間を短縮でき、製造コストの低コスト化が可能になる。   According to the present invention, since the in-plane distribution of the current density of the current flowing through the semiconductor substrate in the anodizing process is determined by the anode pattern formed in the anode forming process, the thickness of the porous part formed in the anodizing process is determined. The in-plane distribution can be controlled, and the beam portion separated from the semiconductor substrate is formed by selectively etching away the porous portion in the separation step to form the cavity portion. In addition, there are few restrictions on the shape of the structure with, and the etching time can be shortened compared to the case where the cavity is formed by anisotropic etching utilizing the crystal orientation dependence of the etching rate, and the manufacturing cost is reduced. Is possible.

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記薄膜形成工程では、前記薄膜として絶縁膜を形成することを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, in the thin film forming step, an insulating film is formed as the thin film.

この発明によれば、前記薄膜の材料としてＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＯＮなどの半導体製造プロセスにおいて一般的な絶縁材料を用いることで前記梁部の信頼性を高めることが可能になる。 According to the present invention, it is possible to increase the reliability of the beam portion by using a general insulating material in a semiconductor manufacturing process such as SiO 2 , SiN, or SiON as the material of the thin film.

請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記薄膜形成工程では、前記薄膜として多層膜を形成することを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, in the thin film forming step, a multilayer film is formed as the thin film.

この発明によれば、前記薄膜の残留応力や膜厚の制御が容易になり、前記梁部の形状の自由度が高くなる。   According to this invention, the residual stress and film thickness of the thin film can be easily controlled, and the degree of freedom of the shape of the beam portion is increased.

請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記半導体基板が単結晶シリコン基板であり、前記薄膜形成工程では、前記薄膜として少なくとも単結晶シリコン膜を形成することを特徴とする。   According to a fourth aspect of the invention, in the first aspect of the invention, the semiconductor substrate is a single crystal silicon substrate, and in the thin film formation step, at least a single crystal silicon film is formed as the thin film.

この発明によれば、前記薄膜に電子回路部などを形成することが可能であり、前記薄膜のうち前記梁部となる部位に電子回路部などを形成することも可能となる。   According to this invention, it is possible to form an electronic circuit portion or the like in the thin film, and it is also possible to form an electronic circuit portion or the like in a portion of the thin film that becomes the beam portion.

請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の製造方法により製造された梁部を備えた構造体を有することを特徴とする。   The invention according to claim 5 is characterized in that it has a structure including a beam portion manufactured by the manufacturing method according to any one of claims 1 to 4.

この発明によれば、ＭＥＭＳデバイスの製造コストの低コスト化を図れる。   According to the present invention, the manufacturing cost of the MEMS device can be reduced.

請求項６の発明は、請求項５の発明において、前記梁部にセンサ要素および当該センサ要素と協働する電子回路部が形成されてなることを特徴とする。   The invention of claim 6 is characterized in that, in the invention of claim 5, a sensor element and an electronic circuit part cooperating with the sensor element are formed on the beam part.

この発明によれば、センサ要素と電子回路部との間の距離を短くすることができ、センサ性能の向上を図れる。   According to the present invention, the distance between the sensor element and the electronic circuit unit can be shortened, and the sensor performance can be improved.

請求項１の発明では、梁部を備えた構造体の形状の制約が少なく、製造コストの低コスト化が可能になるという効果がある。   In the invention of claim 1, there are few restrictions on the shape of the structure provided with the beam portion, and the manufacturing cost can be reduced.

請求項５の発明では、ＭＥＭＳデバイスの製造コストの低コスト化を図れるという効果がある。   In the invention of claim 5, there is an effect that the manufacturing cost of the MEMS device can be reduced.

（実施形態１）
以下、半導体基板の一表面側に形成した薄膜および前記半導体基板を加工して梁部を形成するようにした梁部を備えた構造体の製造方法について図１（ａ）〜（ｅ）を参照しながら説明する。 (Embodiment 1)
Hereinafter, referring to FIGS. 1A to 1E, a thin film formed on one surface side of a semiconductor substrate and a manufacturing method of a structure including a beam portion formed by processing the semiconductor substrate to form a beam portion will be described. While explaining.

まず、単結晶のシリコン基板からなる半導体基板１の一表面側（図１（ａ）の上面側）に除去部位として形成する多孔質シリコン部からなる多孔質部３（図１（ｂ）参照）の形状に応じてパターン設計した陽極２を半導体基板１の他表面側（図１（ａ）の下面側）に形成する陽極形成工程を行うことによって、図１（ａ）に示す構造を得る。ここにおいて、陽極形成工程では、半導体基板１の上記一表面側に陽極２の基礎となるアルミニウム膜からなる導電性層を例えばスパッタ法や蒸着法によって成膜した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して導電性層をパターニングすることによって導電性層の一部からなる陽極２を形成する。   First, a porous portion 3 made of a porous silicon portion formed as a removal site on one surface side (upper surface side of FIG. 1A) of a semiconductor substrate 1 made of a single crystal silicon substrate (see FIG. 1B). A structure shown in FIG. 1A is obtained by performing an anode forming process in which the anode 2 having a pattern designed according to the shape of the semiconductor substrate 1 is formed on the other surface side of the semiconductor substrate 1 (the lower surface side of FIG. 1A). Here, in the anode forming step, a conductive layer made of an aluminum film serving as the basis of the anode 2 is formed on the one surface side of the semiconductor substrate 1 by, for example, sputtering or vapor deposition, and then photolithography technology and etching technology are used. The anode 2 made of a part of the conductive layer is formed by patterning the conductive layer.

陽極形成工程の後、上述の陽極２と陽極酸化用の電解液中で半導体基板１の上記一表面側に配置した陰極との間に通電して半導体基板１の上記一表面側に上述の多孔質部３を形成する陽極酸化工程を行うことによって、図１（ｂ）に示す構造を得る。なお、本実施形態では、半導体基板１として、導電形がｐ形のものを用いているので、陽極酸化工程において半導体基板１の上記一表面側に光を照射する必要はないが、半導体基板１として導電形がｎ形のものを用いる場合には光を照射する必要がある。また、上述の電解液としては、５５ｗｔ％のフッ化水素水溶液とエタノールとを１：１で混合した混合溶液を用いているが、フッ化水素水溶液の濃度やフッ化水素水溶液とエタノールとの混合比は特に限定するものではない。   After the anode forming step, current is passed between the anode 2 and the cathode disposed on the one surface side of the semiconductor substrate 1 in the electrolytic solution for anodic oxidation, and the above-mentioned porosity is formed on the one surface side of the semiconductor substrate 1. The structure shown in FIG. 1B is obtained by performing the anodic oxidation process for forming the mass portion 3. In the present embodiment, since the semiconductor substrate 1 having a p-type conductivity is used, it is not necessary to irradiate light on the one surface side of the semiconductor substrate 1 in the anodizing process. When using an n-type conductivity type, it is necessary to irradiate light. Moreover, as the above-mentioned electrolytic solution, a mixed solution in which a 55 wt% hydrogen fluoride aqueous solution and ethanol are mixed at a ratio of 1: 1 is used. However, the concentration of the hydrogen fluoride aqueous solution or the mixture of the hydrogen fluoride aqueous solution and ethanol is used. The ratio is not particularly limited.

ところで、本実施形態では、上述のように半導体基板１としてシリコン基板を用いているので、半導体基板１の一部を陽極酸化工程において多孔質化する際には、ホールをｈ＋、電子をｅ−とすると、以下の反応が起こっていると考えられる。
Ｓｉ＋２ＨＦ＋（２−ｎ）ｈ＋→ＳｉＦ２＋２Ｈ＋＋ｎｅ−
ＳｉＦ２＋２ＨＦ→ＳｉＦ４＋Ｈ２
ＳｉＦ４＋２ＨＦ→ＳｉＨ２Ｆ６
すなわち、シリコン基板からなる半導体基板１の陽極酸化では、Ｆイオンの供給量とホールｈ＋の供給量との兼ね合いで多孔質化あるいは電解研磨が起こることが知られており、Ｆイオンの供給量の方がホールの供給量よりも多い場合には多孔質化が起こり、ホールｈ＋の供給量がＦイオンの供給量よりも多い場合には電解研磨が起こる。したがって、本実施形態のように半導体基板１として導電形がｐ形のものを用いている場合には、陽極酸化による多孔質化の速度はホールｈ＋の供給量で決まるから、半導体基板１中を流れる電流の電流密度で多孔質化の速度が決まり、多孔質部３の厚みが決まることになる。ここで、例えば、陽極２の平面形状が円形状である場合には、陽極２の厚み方向に沿った中心線から離れるほど電流密度が徐々に小さくなるような電流密度の面内分布を有することとなり、半導体基板１の上記一表面側に形成される多孔質部３は、陽極２の上記中心線から離れるほど徐々に薄くなっている。なお、多孔質部３の形状は、陽極２の形状だけでなく、半導体基板１の抵抗率や厚み、電解液の電気抵抗値や、半導体基板１と陰極との間の距離、陰極の平面形状などによっても制御することができる。 By the way, in this embodiment, since the silicon substrate is used as the semiconductor substrate 1 as described above, when a part of the semiconductor substrate 1 is made porous in the anodic oxidation process, the holes are h + and the electrons are e If this is the case, the following reaction is considered to have occurred.
Si + 2HF + (2-n) h + → SiF 2 + 2H + + ne −
SiF 2 + 2HF → SiF 4 + H 2
SiF 4 + 2HF → SiH 2 F 6
That is, in the anodic oxidation of the semiconductor substrate 1 made of a silicon substrate, it is known that porosity or electropolishing occurs due to the balance between the supply amount of F ions and the supply amount of holes h + , and the supply amount of F ions. When the number of holes is larger than the supply amount of holes, porosification occurs, and when the supply amount of holes h + is larger than the supply amount of F ions, electrolytic polishing occurs. Accordingly, when a semiconductor substrate 1 having a p-type conductivity is used as in the present embodiment, the rate of pore formation by anodic oxidation is determined by the supply amount of holes h +. The speed of the porous formation is determined by the current density of the current flowing through and the thickness of the porous portion 3 is determined. Here, for example, when the planar shape of the anode 2 is circular, the current density has an in-plane distribution in which the current density gradually decreases as the distance from the center line along the thickness direction of the anode 2 decreases. Thus, the porous portion 3 formed on the one surface side of the semiconductor substrate 1 is gradually thinned away from the center line of the anode 2. The shape of the porous portion 3 is not only the shape of the anode 2, but also the resistivity and thickness of the semiconductor substrate 1, the electric resistance value of the electrolytic solution, the distance between the semiconductor substrate 1 and the cathode, and the planar shape of the cathode. It can also be controlled by, for example.

上述の陽極酸化工程の後、半導体基板１の上記一表面側に絶縁膜からなる薄膜４を形成する薄膜形成工程を行うことによって、図１（ｃ）に示す構造を得る。ここで、薄膜４を構成する絶縁膜としては、例えば、低応力のＳｉＮ膜や、応力調整したＳｉＯＮ膜や、ＳｉＯ２膜とＳｉＮ膜との積層膜などを形成すればよい。ここにおいて、低応力のＳｉＮ膜を成膜するには、例えば、成膜方法としてＬＰＣＶＤ法を採用してＳｉリッチとなる条件で堆積させればよく、当該条件で堆積させることにより、一般的に引っ張り応力の強いＳｉＮ膜の応力を低減することができる。また、応力調整したＳｉＯＮ膜を成膜するには、例えば、成膜方法としてＰＥＣＶＤ法を採用してＳｉＨ４ガスとＮ２ＯガスとＮ２ガス（あるいはＮＨ３ガス）とのガス流量比を適宜設定してＳｉＯＮ膜のＯとＮとの組成比を調整することで応力を調整することができる。すなわち、ＳｉＯ膜は残留応力が圧縮応力になるのに対して、ＳｉＯＮ膜とすることで圧縮応力の低減を図ったり、残留応力を圧縮応力ではなく引張応力にすることが可能となる。また、ＳｉＯ２膜とＳｉＮ膜との積層膜により薄膜４を構成する場合には、例えば、ＬＰＣＶＤ法によるＳｉＮ膜の堆積工程、ＰＥＣＶＤ法によるＳｉＯ２膜の堆積工程、ＰＥＣＶＤ法によるＳｉＮ膜の堆積工程を順次行えばよく、引張応力の発生するＳｉＮ膜と圧縮応力の発生するＳｉＯ２膜とを積層することで応力を調整することができる。 After the above-described anodic oxidation step, a structure shown in FIG. 1C is obtained by performing a thin film forming step of forming the thin film 4 made of an insulating film on the one surface side of the semiconductor substrate 1. Here, as the insulating film constituting the thin film 4, for example, a low-stress SiN film, a stress-adjusted SiON film, a laminated film of a SiO 2 film and a SiN film, or the like may be formed. Here, in order to form a low-stress SiN film, for example, the LPCVD method may be adopted as a film-forming method, and the SiN film may be deposited under Si-rich conditions. The stress of the SiN film having a strong tensile stress can be reduced. In addition, in order to form a stress-adjusted SiON film, for example, a PECVD method is adopted as a film formation method, and a gas flow rate ratio of SiH 4 gas, N 2 O gas, and N 2 gas (or NH 3 gas) is set. The stress can be adjusted by appropriately setting and adjusting the composition ratio of O and N in the SiON film. In other words, the residual stress of the SiO film becomes compressive stress, but by using the SiON film, the compressive stress can be reduced, or the residual stress can be changed to tensile stress instead of compressive stress. In the case where the thin film 4 is composed of a laminated film of SiO 2 film and SiN film, for example, a SiN film deposition process by LPCVD method, a SiO 2 film deposition process by PECVD method, a SiN film deposition by PECVD method, and the like. The steps may be performed sequentially, and the stress can be adjusted by laminating a SiN film in which tensile stress is generated and a SiO 2 film in which compressive stress is generated.

上述の薄膜形成工程の後、薄膜４において梁部７（図１（ｅ）参照）となる部位の周囲の不要部をエッチング除去して開孔部（貫通孔）５を形成する開孔部形成工程を行うことによって、図１（ｄ）に示す構造を得る。なお、この開孔部形成工程を行うことにより、薄膜４は、梁部７に対応する部位と梁部７を支持する支持部８（図１（ｅ）参照）に対応する部位とが残る。   After the above-described thin film forming step, an opening portion is formed in which an unnecessary portion around a portion that becomes the beam portion 7 (see FIG. 1E) in the thin film 4 is removed by etching to form an opening portion (through hole) 5. By performing the process, the structure shown in FIG. In addition, by performing this opening part formation process, the thin film 4 remains in the site | part corresponding to the beam part 7, and the site | part corresponding to the support part 8 (refer FIG.1 (e)) which supports the beam part 7. FIG.

開孔部形成工程にて形成した開孔部５を通して多孔質部３を選択的にエッチング除去して空洞部６を形成することで半導体基板１から分離した梁部７を形成する分離工程を行うことによって、図１（ｅ）に示す構造の梁部７を備えた構造体を得ることができるので、その後、ダイシング工程を行えばよい。ここにおいて、多孔質部３を選択的にエッチング除去するエッチング液としては、ＫＯＨ溶液やＴＭＡＨ溶液などのアルカリ系溶液を用いればよく、バルクのシリコン基板とは異なり、室温でも多孔質部３をエッチングすることができるので、エッチング選択比を高めることができる。ここで、多孔質シリコン部からなる多孔質部３のエッチング速度は、バルクのシリコン基板に比べて速く、多孔度にもよるが、室温でのエッチング速度として８０℃〜１００℃でのシリコン基板のエッチング速度の２０〜３０倍程度の値を得ることが可能であり、空洞部６の形成に要するエッチング時間を大幅に短縮することができる。また、分離工程においてエッチング液としてアルカリ系溶液を用いることで、アルミニウム膜からなる陽極２を分離工程においてエッチング除去することができるので、陽極２を除去するための工程を別途に設ける必要がないという利点もある。なお、上述の開孔部形成工程において形成する開孔部５の数は１つでもよいが、複数形成したほうが、分離工程において多孔質部３を選択的にエッチング除去する際のエッチング液の液抜けが容易になる。   The separation step of forming the beam portion 7 separated from the semiconductor substrate 1 is performed by selectively removing the porous portion 3 by etching through the opening portion 5 formed in the opening portion forming step to form the cavity portion 6. Thus, a structure including the beam portion 7 having the structure shown in FIG. 1E can be obtained, and a dicing process may be performed thereafter. Here, as an etchant for selectively removing the porous portion 3 by etching, an alkaline solution such as a KOH solution or a TMAH solution may be used. Unlike a bulk silicon substrate, the porous portion 3 is etched even at room temperature. Therefore, the etching selectivity can be increased. Here, the etching rate of the porous part 3 composed of the porous silicon part is higher than that of the bulk silicon substrate and depends on the porosity, but the etching rate at room temperature is 80 ° C. to 100 ° C. A value of about 20 to 30 times the etching rate can be obtained, and the etching time required for forming the cavity 6 can be greatly shortened. Further, by using an alkaline solution as an etchant in the separation step, the anode 2 made of an aluminum film can be removed by etching in the separation step, so there is no need to provide a separate step for removing the anode 2. There are also advantages. Note that the number of the opening portions 5 formed in the above-described opening portion forming step may be one. However, the formation of a plurality of openings is a solution of an etching solution when the porous portion 3 is selectively removed by etching in the separation step. It becomes easy to pull out.

以上説明した本実施形態の梁部７を備えた構造体の製造方法によれば、陽極形成工程にて形成する陽極２のパターンにより陽極酸化工程において半導体基板１に流れる電流の電流密度の面内分布が決まるので、陽極酸化工程にて形成する多孔質部３の厚みの面内分布を制御することが可能であり、当該多孔質部３を分離工程で選択的にエッチング除去して空洞部６を形成することで半導体基板１から分離した梁部７が形成されるから、梁部７を備えた構造体の形状の制約が少なく、しかも、上記特許文献１のようにエッチング速度の結晶方位依存性を利用した異方性エッチングにより空洞部１０７（図７参照）を形成する場合に比べてエッチング時間を短縮でき、製造コストの低コスト化が可能になる。また、上述のように薄膜４の材料としてＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＯＮなどの半導体製造プロセスにおいて一般的な絶縁材料を用いることで梁部７の信頼性を高めることが可能になる。 According to the manufacturing method of the structure including the beam portion 7 of the present embodiment described above, the current density of the current flowing in the semiconductor substrate 1 in the anodic oxidation process is determined by the pattern of the anode 2 formed in the anode forming process. Since the distribution is determined, it is possible to control the in-plane distribution of the thickness of the porous portion 3 formed in the anodic oxidation process, and the porous portion 3 is selectively removed by etching in the separation step. Since the beam portion 7 separated from the semiconductor substrate 1 is formed by forming the structure, there are few restrictions on the shape of the structure including the beam portion 7, and the etching rate depends on the crystal orientation as in Patent Document 1 above. Compared with the case where the cavity 107 (see FIG. 7) is formed by anisotropic etching utilizing the property, the etching time can be shortened, and the manufacturing cost can be reduced. Further, as described above, the reliability of the beam portion 7 can be improved by using a general insulating material in the semiconductor manufacturing process such as SiO 2 , SiN, or SiON as the material of the thin film 4.

（実施形態２）
本実施形態では、実施形態１にて説明した梁部７を備えた構造体の製造方法により製造される構造体を有し、図２に示すように梁部７上に素子部１０の少なくとも一部を有するＭＥＭＳデバイスの一例として、図３に示す構成のマイクロヒータを例示する。 (Embodiment 2)
In the present embodiment, there is a structure manufactured by the method for manufacturing a structure including the beam portion 7 described in the first embodiment, and at least one of the element portions 10 is formed on the beam portion 7 as shown in FIG. As an example of the MEMS device having a portion, a micro heater having the configuration shown in FIG. 3 is illustrated.

本実施形態のＭＥＭＳデバイスは、梁部７を備えた構造体を断熱構造に利用しており、薄膜４をＳｉＯ２膜とＳｉＮ膜との積層膜により構成してあり、薄膜４の一部からなる梁部７の上に所定形状にパターニングされたＰｔ薄膜からなる発熱体１１が形成され、薄膜４において梁部７を支持している支持部８の表面側に、発熱体１１に電気的に接続されたパッド１２，１２が形成されている。したがって、一対のパッド１２，１２を介して発熱体１１へ電流を流すことにより発熱体１１を発熱させることができる。 The MEMS device of the present embodiment uses a structure including the beam portion 7 for a heat insulating structure, and the thin film 4 is configured by a laminated film of a SiO 2 film and a SiN film. A heating element 11 made of a Pt thin film patterned in a predetermined shape is formed on the beam portion 7 and is electrically connected to the heating element 11 on the surface side of the support portion 8 supporting the beam portion 7 in the thin film 4. Connected pads 12 and 12 are formed. Therefore, the heating element 11 can be caused to generate heat by flowing a current to the heating element 11 through the pair of pads 12 and 12.

本実施形態のＭＥＭＳデバイスは、支持部８の平面形状が矩形枠状に形成されるとともに、梁部７の平面形状が短冊状の形状に形成されており、梁部７の両端部が支持部８の２つの角部に連続一体に形成されており、梁部７の幅方向の両側それぞれに三角形状の開孔部５が形成されている。ここで、本実施形態のＭＥＭＳデバイスでは、薄膜４を構成する下層のＳｉＯ２膜および上層のＳｉＮ膜それぞれの膜厚を１μｍ、０．１μｍに設定し、空洞部６の深さ寸法を１００μｍに設定してあるが、これらの数値は特に限定するものでない。ただし、空洞部６の深さ寸法は、発熱体１１で発生した熱が半導体基板１に吸熱されるのを防止するうえでは大きいほうが望ましい。 In the MEMS device of the present embodiment, the planar shape of the support portion 8 is formed in a rectangular frame shape, the planar shape of the beam portion 7 is formed in a strip shape, and both end portions of the beam portion 7 are support portions. 8 are formed integrally with two corners, and triangular openings 5 are formed on both sides of the beam portion 7 in the width direction. Here, in the MEMS device of this embodiment, the film thicknesses of the lower SiO 2 film and the upper SiN film constituting the thin film 4 are set to 1 μm and 0.1 μm, and the depth of the cavity 6 is set to 100 μm. Although set, these numerical values are not particularly limited. However, it is desirable that the depth dimension of the cavity 6 is large in order to prevent the heat generated by the heating element 11 from being absorbed by the semiconductor substrate 1.

しかして、本実施形態のＭＥＭＳデバイスでは、実施形態１にて説明した梁部７を備えた構造体の製造方法により製造される構造体を有しているので、当該ＭＥＭＳデバイスの低コスト化を図れるとともに高性能化を図れる。なお、本実施形態では、薄膜４をＳｉＯ２膜とＳｉＮ膜との積層膜により構成しているが、薄膜４の材料は上記積層膜に限らず、例えば、ＵＬＳＩなでで層間絶縁膜の材料として用いられている多孔質シリカのような低誘電率（low-k）絶縁材料を採用してもよく、low-k絶縁材料を採用することにより、断熱性を向上させることができる。   Therefore, since the MEMS device according to the present embodiment includes the structure manufactured by the method for manufacturing the structure including the beam portion 7 described in the first embodiment, the cost of the MEMS device can be reduced. In addition to achieving high performance. In the present embodiment, the thin film 4 is composed of a laminated film of a SiO2 film and a SiN film. However, the material of the thin film 4 is not limited to the laminated film, and for example, as a material of an interlayer insulating film by ULSI A low dielectric constant (low-k) insulating material such as the used porous silica may be employed, and the heat insulation can be improved by employing the low-k insulating material.

なお、本実施形態では、梁部７を備えた構造体を断熱構造に利用したＭＥＭＳデバイスの一例としてマイクロヒータを例示したが、この種の断熱構造を利用したＭＥＭＳデバイスとしては、マイクロヒータに限らず、例えば、赤外線センサや、超音波やインパルス状の圧力波を発生する圧力波発生装置なども考えられる。   In the present embodiment, the micro heater is illustrated as an example of the MEMS device using the structure including the beam portion 7 for the heat insulating structure. However, the MEMS device using this type of heat insulating structure is not limited to the micro heater. For example, an infrared sensor, a pressure wave generator that generates an ultrasonic wave or an impulse pressure wave, and the like are also conceivable.

（実施形態３）
本実施形態では、実施形態１にて説明した梁部７を備えた構造体の製造方法により製造される構造体を有し、上述の図２に示すように梁部７上に素子部１０の少なくとも一部を有するＭＥＭＳデバイスの一例として、図４に示す構成の共振型の超音波センサを例示する。 (Embodiment 3)
In this embodiment, it has a structure manufactured by the manufacturing method of the structure provided with the beam part 7 demonstrated in Embodiment 1, and as shown in the above-mentioned FIG. As an example of the MEMS device having at least a part, a resonance type ultrasonic sensor having the configuration shown in FIG. 4 is illustrated.

本実施形態のＭＥＭＳデバイスでは、梁部７を備えた構造体を共振構造に利用しており、梁部７が支持部８に片持ちされ、素子部１０として圧電素子が形成されている。圧電素子からなる素子部１０は、梁部７と支持部８とに跨って平面形状が長方形状の下部電極１３が形成され、下部電極１３上に当該下部電極１３よりも平面サイズの小さな長方形状の圧電薄膜１４が形成され、圧電薄膜１４上に当該圧電薄膜１４よりも平面サイズの小さな長方形状の上部電極１５が形成されており、下部電極１３において圧電薄膜１４が積層されていない部位上にパッド１６ａが形成され、上部電極１５上にパッド１６ｂが形成されている。ここで、各パッド１６ａ，１６ｂは、半導体基板１の厚み方向において支持部８に重なる位置に形成されている。   In the MEMS device of the present embodiment, a structure including the beam portion 7 is used for the resonance structure, the beam portion 7 is cantilevered by the support portion 8, and a piezoelectric element is formed as the element portion 10. In the element portion 10 made of a piezoelectric element, a lower electrode 13 having a rectangular planar shape is formed across the beam portion 7 and the support portion 8. A rectangular shape having a smaller planar size than the lower electrode 13 is formed on the lower electrode 13. The piezoelectric thin film 14 is formed, a rectangular upper electrode 15 having a smaller planar size than the piezoelectric thin film 14 is formed on the piezoelectric thin film 14, and the piezoelectric thin film 14 is not laminated on the lower electrode 13. A pad 16 a is formed, and a pad 16 b is formed on the upper electrode 15. Here, each of the pads 16 a and 16 b is formed at a position overlapping the support portion 8 in the thickness direction of the semiconductor substrate 1.

なお、本実施形態のＭＥＭＳデバイスでは、実施形態２と同様に薄膜４をＳｉＯ２膜とＳｉＮ膜との積層膜により構成してあり、薄膜４を構成する下層のＳｉＯ２膜および上層のＳｉＮ膜それぞれの膜厚を１μｍ、０．１μｍに設定し、空洞部６の深さ寸法を１００μｍに設定してあるが、これらの数値は特に限定するものでない。 In the MEMS device of the present embodiment, Yes in the same manner as a thin film 4 and Embodiment 2 is constituted by a laminated film of a SiO 2 film and the SiN film, the lower layer of SiO 2 film and the upper layer of the SiN film constituting the thin film 4 The respective film thicknesses are set to 1 μm and 0.1 μm, and the depth dimension of the cavity 6 is set to 100 μm, but these numerical values are not particularly limited.

しかして、本実施形態のＭＥＭＳデバイスでは、実施形態１にて説明した梁部７を備えた構造体の製造方法により製造される構造体を有しているので、当該ＭＥＭＳデバイスの低コスト化を図れるとともに高性能化を図れる。   Therefore, since the MEMS device according to the present embodiment includes the structure manufactured by the method for manufacturing the structure including the beam portion 7 described in the first embodiment, the cost of the MEMS device can be reduced. In addition to achieving high performance.

なお、本実施形態では、梁部７を備えた構造体を共振構造に利用したＭＥＭＳデバイスの一例として超音波センサを例示したが、この種の共振構造を利用したＭＥＭＳデバイスとしては、超音波センサに限らず、例えば、ジャイロセンサなども考えられる。   In the present embodiment, an ultrasonic sensor is exemplified as an example of a MEMS device using a structure including the beam portion 7 as a resonance structure. However, as a MEMS device using this type of resonance structure, an ultrasonic sensor is used. For example, a gyro sensor is also conceivable.

（実施形態４）
本実施形態では、実施形態１にて説明した梁部７を備えた構造体の製造方法に準じて製造されるＭＥＭＳデバイスとして、図５（ｇ）に示すように梁部７上に例えば赤外線を検出するセンサ要素からなる素子部１０が形成されるとともに、梁部７に素子部１０と協働する電子回路部３０が形成されたＭＥＭＳデバイスを例示する。 (Embodiment 4)
In this embodiment, as a MEMS device manufactured according to the manufacturing method of the structure including the beam portion 7 described in the first embodiment, for example, infrared rays are applied on the beam portion 7 as shown in FIG. The MEMS device in which the element unit 10 including the sensor element to be detected is formed and the electronic circuit unit 30 that cooperates with the element unit 10 is formed in the beam unit 7 is illustrated.

本実施形態では、梁部７の基礎となる薄膜４が、単結晶シリコン膜４ａと絶縁膜４ｂとの積層膜により構成されており、絶縁膜４ｂのうち梁部７に対応する部位の上に素子部１０が形成されるとともに、単結晶シリコン膜４ａのうち梁部７に対応する部位の表面側に電子回路部３０が形成されており、素子部１０と電子回路部３０とが絶縁膜４ｂのうち梁部７に対応する部位の厚み方向に貫設された複数の貫通孔配線（図示せず）を介して電気的に接続されている。電子回路部３０は、抵抗、ダイオード、トランジスタなどを含んだ集積回路により構成されており、センサ要素である素子部１０の出力信号を増幅する信号処理を行う機能を有するように回路設計してある。   In the present embodiment, the thin film 4 serving as the foundation of the beam portion 7 is configured by a laminated film of a single crystal silicon film 4a and an insulating film 4b, and on the portion corresponding to the beam portion 7 in the insulating film 4b. The element portion 10 is formed, and the electronic circuit portion 30 is formed on the surface side of the portion corresponding to the beam portion 7 in the single crystal silicon film 4a. The element portion 10 and the electronic circuit portion 30 are connected to the insulating film 4b. Are electrically connected through a plurality of through-hole wirings (not shown) penetrating in the thickness direction of the portion corresponding to the beam portion 7. The electronic circuit unit 30 is composed of an integrated circuit including a resistor, a diode, a transistor, and the like, and is designed to have a function of performing signal processing for amplifying the output signal of the element unit 10 that is a sensor element. .

しかして、本実施形態のＭＥＭＳデバイスでは、実施形態１にて説明した梁部７を備えた構造体の製造方法により製造される構造体を有しているので、当該ＭＥＭＳデバイスの低コスト化を図れるとともに高性能化を図れる。また、本実施形態のＭＥＭＳデバイスでは、素子部１０を構成するセンサ要素と電子回路部３０との間の距離を短くすることができ、絶縁膜４ｂの厚み寸法により素子部１０と電子回路部３０との間の配線長を規定することができるから、素子部１０からの微弱な出力信号にノイズが重畳されるのを抑制することができ、センサ性能の向上を図れる。   Therefore, since the MEMS device according to the present embodiment includes the structure manufactured by the method for manufacturing the structure including the beam portion 7 described in the first embodiment, the cost of the MEMS device can be reduced. In addition to achieving high performance. Further, in the MEMS device of the present embodiment, the distance between the sensor element constituting the element unit 10 and the electronic circuit unit 30 can be shortened, and the element unit 10 and the electronic circuit unit 30 are determined depending on the thickness dimension of the insulating film 4b. Therefore, it is possible to prevent noise from being superimposed on a weak output signal from the element unit 10 and improve the sensor performance.

以下、本実施形態のＭＥＭＳデバイスの製造方法について図５（ａ）〜（ｇ）を参照しながら説明するが、実施形態１にて説明した梁部７を備えた構造体の製造方法と同様の工程については説明を適宜省略する。   Hereinafter, the manufacturing method of the MEMS device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 5A to 5G. However, the manufacturing method is the same as the manufacturing method of the structure including the beam portion 7 described in the first embodiment. Explanation of the steps is omitted as appropriate.

まず、単結晶のシリコン基板からなる半導体基板１の一表面側（図５（ａ）の上面側）に除去部位として形成する多孔質シリコン部からなる多孔質部３（図５（ｂ）参照）の形状に応じてパターン設計した陽極２を半導体基板１の他表面側（図５（ａ）の下面側）に形成する陽極形成工程を行うことによって、図５（ａ）に示す構造を得る。   First, a porous portion 3 composed of a porous silicon portion formed as a removal site on one surface side (upper surface side in FIG. 5A) of a semiconductor substrate 1 composed of a single crystal silicon substrate (see FIG. 5B). A structure shown in FIG. 5A is obtained by performing an anode forming step in which the anode 2 having a pattern designed according to the shape of the semiconductor substrate 1 is formed on the other surface side of the semiconductor substrate 1 (the lower surface side of FIG. 5A).

陽極形成工程の後、上述の陽極２と陽極酸化用の電解液中で半導体基板１の上記一表面側に配置した陰極との間に通電して半導体基板１の上記一表面側に上述の多孔質部３を形成する陽極酸化工程を行うことによって、図５（ｂ）に示す構造を得る。   After the anode forming step, current is passed between the anode 2 and the cathode disposed on the one surface side of the semiconductor substrate 1 in the electrolytic solution for anodic oxidation, and the above-mentioned porosity is formed on the one surface side of the semiconductor substrate 1. The structure shown in FIG. 5B is obtained by performing the anodic oxidation process for forming the mass portion 3.

上述の陽極酸化工程の後、半導体基板１の上記一表面側に例えばＰＥＣＶＤ法、ＬＰＣＶＤ法や、スパッタ法などのＰＶＤ法、などにより単結晶シリコン膜４ａを形成する結晶成長工程を行うことによって、図５（ｃ）に示す構造を得る。   After the above-described anodic oxidation step, by performing a crystal growth step of forming the single crystal silicon film 4a on the one surface side of the semiconductor substrate 1 by a PVD method such as a PECVD method, an LPCVD method, or a sputtering method, The structure shown in FIG. 5C is obtained.

次に、単結晶シリコン膜４ａに周知のＩＣ製造技術などを利用して上述の電子回路部３０を形成する回路形成工程を行うことによって、図５（ｄ）に示す構造を得る。   Next, the structure shown in FIG. 5D is obtained by performing a circuit forming process for forming the above-described electronic circuit section 30 on the single crystal silicon film 4a using a known IC manufacturing technique or the like.

その後、単結晶シリコン膜４ａ上に絶縁膜４ｂを形成する絶縁膜形成工程を行い、続いて、薄膜形成技術、フォトリソグラフィ技術、エッチング技術などを利用して絶縁膜４ｂ上に素子部１０を形成する素子部形成工程を行うことによって、図５（ｅ）に示す構造を得る。ここで、絶縁膜形成工程における絶縁膜４ｂの形成方法としては、実施形態１にて説明した薄膜４の形成方法と同様の方法を採用すればよい。なお、本実施形態では、上述のように単結晶シリコン膜４ａと絶縁膜４ｂとで梁部７および支持部８の基礎となる薄膜４を構成しており、上述の結晶成長工程と絶縁膜形成工程とで薄膜４を形成する薄膜形成工程を構成している。   Thereafter, an insulating film forming step for forming the insulating film 4b on the single crystal silicon film 4a is performed, and then the element portion 10 is formed on the insulating film 4b by using a thin film forming technique, a photolithography technique, an etching technique, and the like. The structure shown in FIG. 5E is obtained by performing the element part forming step. Here, as a method for forming the insulating film 4b in the insulating film forming step, a method similar to the method for forming the thin film 4 described in the first embodiment may be employed. In the present embodiment, as described above, the single crystal silicon film 4a and the insulating film 4b constitute the thin film 4 serving as the foundation of the beam portion 7 and the support portion 8, and the above-described crystal growth step and insulating film formation are performed. The process forms a thin film forming process for forming the thin film 4.

上述の薄膜形成工程の後、薄膜４において梁部７（図５（ｇ）参照）となる部位の周囲の不要部をエッチング除去して開孔部（貫通孔）５を形成する開孔部形成工程を行うことによって、図５（ｆ）に示す構造を得る。なお、この開孔部形成工程を行うことにより、薄膜４は、梁部７に対応する部位と梁部７を支持する支持部８（図５（ｇ）参照）に対応する部位とが残る。   After the above-described thin film forming step, an opening portion is formed in which an unnecessary portion around the portion that becomes the beam portion 7 (see FIG. 5G) in the thin film 4 is removed by etching to form an opening portion (through hole) 5. By performing the steps, the structure shown in FIG. In addition, by performing this opening part formation process, as for the thin film 4, the site | part corresponding to the beam part 7 and the site | part corresponding to the support part 8 (refer FIG.5 (g)) which support the beam part 7 remain.

開孔部形成工程にて形成した開孔部５を通して多孔質部３を選択的にエッチング除去して空洞部６を形成することで半導体基板１から分離した梁部７を形成する分離工程を行うことによって、図５（ｇ）に示す構造のＭＥＭＳデバイスを得ることができるので、その後、ダイシング工程を行えばよい。なお、本実施形態でも、分離工程においてエッチング液としてアルカリ系溶液を用いることで、アルミニウム膜からなる陽極２を分離工程においてエッチング除去することができるので、陽極２を除去するための工程を別途に設ける必要がないという利点もある。   The separation step of forming the beam portion 7 separated from the semiconductor substrate 1 is performed by selectively removing the porous portion 3 by etching through the opening portion 5 formed in the opening portion forming step to form the cavity portion 6. Thus, the MEMS device having the structure shown in FIG. 5G can be obtained, and then a dicing process may be performed. In this embodiment, the anode 2 made of the aluminum film can be removed by etching in the separation step by using an alkaline solution as an etchant in the separation step. Therefore, a step for removing the anode 2 is separately performed. There is also an advantage that it is not necessary to provide it.

（実施形態５）
本実施形態では、実施形態１にて説明した梁部７を備えた構造体の製造方法に準じて製造されるＭＥＭＳデバイスとして、図６に示す構成の静電容量型の加速度センサを例示する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。 (Embodiment 5)
In the present embodiment, a capacitive acceleration sensor having the configuration shown in FIG. 6 is illustrated as a MEMS device manufactured according to the method for manufacturing a structure including the beam portion 7 described in the first embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to Embodiment 1, and description is abbreviate | omitted suitably.

本実施形態の加速度センサは、薄膜４が単結晶シリコン膜により構成されており、梁部７の長手方向（図６の上下方向）の両端部には、それぞれ矩形枠状のばね部２３が形成されて両ばね部２３よりも内側の中間部が上記長手方向に変位可能となっている。ここにおいて、梁部７の幅方向の両側面にはそれぞれ複数本（図示例では、５本）の可動櫛歯電極２２が梁部７の長手方向に列設されている。一方、支持部８の内側面であって梁部７との対向面には、梁部７の長手方向において可動櫛歯電極２２にそれぞれ対向する複数本（図示例では、５本）の固定櫛歯電極２１が列設されている。各可動櫛歯電極２２と各固定櫛歯電極２１とは互いに離間しており、梁部７が梁部７の長手方向に変位する際の可動櫛歯電極２２と固定櫛歯電極２１との距離変化に伴う静電容量の変化を検出できるようにしてある。   In the acceleration sensor of the present embodiment, the thin film 4 is made of a single crystal silicon film, and the rectangular frame-shaped spring portions 23 are formed at both ends of the beam portion 7 in the longitudinal direction (vertical direction in FIG. 6). Thus, the intermediate part inside the both spring parts 23 can be displaced in the longitudinal direction. Here, a plurality of (five in the illustrated example) movable comb electrodes 22 are arranged in the longitudinal direction of the beam portion 7 on both side surfaces in the width direction of the beam portion 7. On the other hand, a plurality of (five in the illustrated example) fixed combs respectively facing the movable comb electrode 22 in the longitudinal direction of the beam portion 7 on the inner surface of the support portion 8 and facing the beam portion 7. The tooth electrode 21 is arranged in a line. Each movable comb electrode 22 and each fixed comb electrode 21 are separated from each other, and the distance between the movable comb electrode 22 and the fixed comb electrode 21 when the beam portion 7 is displaced in the longitudinal direction of the beam portion 7. A change in electrostatic capacitance accompanying the change can be detected.

上述の支持部８、梁部７、各ばね部２３、各固定櫛歯電極２１、各可動櫛歯電極２２それぞれは単結晶シリコン膜からなる薄膜４の一部により構成されており、梁部７、各ばね部２３、各固定櫛歯電極２１、各可動櫛歯電極２２は、半導体基板１に空洞部６を形成することにより、半導体基板１から分離されている。ここで、梁部７の一側面側に設けられた可動櫛歯電極２２と他側面側に設けられた可動櫛歯電極２２とは固定櫛歯電極２１間に形成された櫛溝の中心線から互いに異なる向きにずれて配置されており、梁部７の長手方向に加速度が作用したときに梁部７の幅方向の両側で可動櫛歯電極２２と固定櫛歯電極２１との間の静電容量値の変化が異なることとなるから、加速度の向きを検出することが可能となる。また、可動櫛歯電極２２と固定櫛歯電極２１とは、薄膜４の適宜部位にイオン注入技術などによって絶縁分離部を設けることで短絡しないようにしてある。
本実施形態の加速度センサでは、梁部７の厚みは、薄膜４を構成する単結晶シリコン膜の成長膜厚により制御可能であり、当該単結晶シリコン膜の膜質はＳＯＩ基板のシリコン層（活性層）と同等の膜質を得ることができるので、ＳＯＩ基板を用いて形成した加速度センサと同等の特性を得ることができる。 Each of the support portion 8, the beam portion 7, each spring portion 23, each fixed comb electrode 21, and each movable comb electrode 22 is configured by a part of the thin film 4 made of a single crystal silicon film. The spring portions 23, the fixed comb electrodes 21, and the movable comb electrodes 22 are separated from the semiconductor substrate 1 by forming the cavity 6 in the semiconductor substrate 1. Here, the movable comb electrode 22 provided on one side of the beam portion 7 and the movable comb electrode 22 provided on the other side are from the center line of the comb groove formed between the fixed comb electrodes 21. They are arranged in different directions, and electrostatic force between the movable comb electrode 22 and the fixed comb electrode 21 on both sides in the width direction of the beam portion 7 when acceleration acts in the longitudinal direction of the beam portion 7. Since the change in capacitance value is different, the direction of acceleration can be detected. Further, the movable comb electrode 22 and the fixed comb electrode 21 are not short-circuited by providing an insulating separation portion at an appropriate portion of the thin film 4 by an ion implantation technique or the like.
In the acceleration sensor of this embodiment, the thickness of the beam portion 7 can be controlled by the growth thickness of the single crystal silicon film constituting the thin film 4, and the film quality of the single crystal silicon film is the silicon layer (active layer) of the SOI substrate. Therefore, the same characteristics as those of an acceleration sensor formed using an SOI substrate can be obtained.

一方、ＳＯＩ基板を用いた静電容量型の加速度センサでは、梁部が変位する際にＳＯＩ基板の支持基板に当たらないようにするために、梁部の下のＳｉＯ２膜の他に支持基板の一部を裏面側からエッチング除去する必要がある。しかしながら、本実施形態の加速度センサでは、空洞部６を形成することにより梁部７が半導体基板１に当たるのを防止することができる。また、パッケージングする際においても、カバー部材を支持部８と接合するだけでよいので、製造が容易になるとともにパッケージを含めた全体のコストを低減することができる。また、実施形態１でも説明した分離工程においてエッチング液としてＴＭＡＨ溶液やＫＯＨ溶液などのアルカリ系溶液を用い室温で多孔質部を選択的にエッチング除去するようにすれば、分離工程でのエッチング時に、梁部７、各ばね部２３、各固定櫛歯電極２１、各可動櫛歯電極２２などそれぞれに対応する部位が侵食されるのを防止することができ、センサ特性の劣化を防止することができる。 On the other hand, in the capacitance type acceleration sensor using the SOI substrate, in order to prevent the beam portion from hitting the support substrate of the SOI substrate when the beam portion is displaced, the support substrate in addition to the SiO 2 film below the beam portion. It is necessary to etch away a part of the surface from the back side. However, in the acceleration sensor of the present embodiment, it is possible to prevent the beam portion 7 from hitting the semiconductor substrate 1 by forming the cavity portion 6. Moreover, since the cover member only needs to be joined to the support portion 8 when packaging, the manufacturing becomes easy and the entire cost including the package can be reduced. In addition, if the porous portion is selectively etched away at room temperature using an alkaline solution such as a TMAH solution or a KOH solution as an etchant in the separation step described in the first embodiment, at the time of etching in the separation step, It is possible to prevent the portions corresponding to the beam portion 7, each spring portion 23, each fixed comb electrode 21, each movable comb electrode 22, etc. from being eroded, and to prevent deterioration of sensor characteristics. .

しかして、本実施形態のＭＥＭＳデバイスでは、実施形態１にて説明した梁部７を備えた構造体の製造方法により製造される構造体を有しているので、当該ＭＥＭＳデバイスの低コスト化を図れるとともに高性能化を図れる。   Therefore, since the MEMS device according to the present embodiment includes the structure manufactured by the method for manufacturing the structure including the beam portion 7 described in the first embodiment, the cost of the MEMS device can be reduced. In addition to achieving high performance.

なお、本実施形態では、梁部７を備えた構造体を変位機構に利用したＭＥＭＳデバイスの一例として加速度センサを例示したが、この種の変位機構を利用したＭＥＭＳデバイスとしては、加速度センサに限らず、例えば、圧力センサやジャイロセンサなども考えられる。   In this embodiment, an acceleration sensor is illustrated as an example of a MEMS device that uses a structure including the beam portion 7 as a displacement mechanism. However, a MEMS device that uses this type of displacement mechanism is not limited to an acceleration sensor. For example, a pressure sensor, a gyro sensor, etc. are also considered.

ところで、上記各実施形態では、半導体基板１としてシリコン基板を採用しているが、半導体基板１はシリコン基板に限らず、例えば、Ｇｅ基板，ＳｉＣ基板などの陽極酸化処理による多孔質化が可能な他の半導体基板でもよい。   By the way, in each said embodiment, although the silicon substrate is employ | adopted as the semiconductor substrate 1, the semiconductor substrate 1 is not restricted to a silicon substrate, For example, it can be made porous by anodic oxidation processes, such as a Ge substrate and a SiC substrate. Other semiconductor substrates may be used.

実施形態１における梁部を備えた構造体の製造方法の説明図である。6 is an explanatory diagram of a method for manufacturing a structure including a beam portion in Embodiment 1. FIG. 実施形態２におけるＭＥＭＳデバイスの基本構成を示す概略断面図である。6 is a schematic cross-sectional view showing a basic configuration of a MEMS device in Embodiment 2. FIG. 同上におけるＭＥＭＳデバイスの一例を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows an example of the MEMS device same as the above. 実施形態３におけるＭＥＭＳデバイスの一例を示す概略平面図である。10 is a schematic plan view illustrating an example of a MEMS device according to Embodiment 3. FIG. 実施形態４におけるＭＥＭＳデバイスの製造方法の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing method of the MEMS device in Embodiment 4. 実施形態５におけるＭＥＭＳデバイスの一例を示す概略平面図である。FIG. 10 is a schematic plan view illustrating an example of a MEMS device according to a fifth embodiment. 従来例を示すマイクロヒータの製造方法の説明図である。断面図である。It is explanatory drawing of the manufacturing method of the microheater which shows a prior art example. It is sectional drawing.

符号の説明Explanation of symbols

１ 半導体基板
２ 陽極
３ 多孔質部
４ 薄膜
５ 開孔部
６ 空洞部
７ 梁部
８ 支持部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 2 Anode 3 Porous part 4 Thin film 5 Opening part 6 Cavity part 7 Beam part 8 Support part

Claims (6)

半導体基板の一表面側に形成した薄膜および前記半導体基板を加工して梁部を形成するようにした梁部を備えた構造体の製造方法であって、ｐ形もしくはｎ形の前記半導体基板の前記一表面側に除去部位として形成する多孔質部の形状に応じてパターン設計した陽極を前記半導体基板の他表面側に形成する陽極形成工程と、前記陽極と電解液中で前記半導体基板の前記一表面側に配置される陰極との間に通電して前記半導体基板の前記一表面側に前記陽極よりも大きく厚みの面内分布を有する前記多孔質部を形成する陽極酸化工程と、陽極酸化工程の後で前記半導体基板の前記一表面側に前記薄膜を形成する薄膜形成工程と、薄膜形成工程の後で前記薄膜において前記梁部となる部位の周囲の不要部をエッチング除去して開孔部を形成する開孔部形成工程と、開孔部形成工程にて形成した開孔部を通して前記多孔質部を選択的にエッチング除去して空洞部を形成することで前記半導体基板から分離した梁部を形成する分離工程とを有することを特徴とする梁部を備えた構造体の製造方法。 A structure manufacturing method of having the in the beam portion so as to form the beam portion by processing the thin film and the semiconductor substrate is formed on one surface side of the semiconductor substrate, p-type or n-type before Symbol semiconductor substrate Forming an anode on the other surface side of the semiconductor substrate with a pattern designed according to the shape of the porous portion formed as a removal site on the one surface side of the semiconductor substrate; An anodic oxidation step of energizing between the cathode disposed on the one surface side and forming the porous portion having an in-plane distribution of thickness larger than the anode on the one surface side of the semiconductor substrate; A thin film forming step for forming the thin film on the one surface side of the semiconductor substrate after the oxidation step, and an unnecessary portion around the portion that becomes the beam portion in the thin film after the thin film forming step is removed by etching. Open to form a hole Part forming step and separation step of forming a beam part separated from the semiconductor substrate by selectively etching away the porous part through the hole part formed in the hole part forming process to form a cavity part A method of manufacturing a structure having a beam portion, characterized by comprising: 前記薄膜形成工程では、前記薄膜として絶縁膜を形成することを特徴とする請求項１記載の梁部を備えた構造体の製造方法。   2. The method for manufacturing a structure having a beam portion according to claim 1, wherein an insulating film is formed as the thin film in the thin film forming step. 前記薄膜形成工程では、前記薄膜として多層膜を形成することを特徴とする請求項１記載の梁部を備えた構造体の製造方法。   The method for manufacturing a structure having a beam portion according to claim 1, wherein a multilayer film is formed as the thin film in the thin film forming step. 前記半導体基板が単結晶シリコン基板であり、前記薄膜形成工程では、前記薄膜として少なくとも単結晶シリコン膜を形成することを特徴とする請求項１記載の梁部を備えた構造体の製造方法。   2. The method of manufacturing a structure having a beam portion according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is a single crystal silicon substrate, and in the thin film formation step, at least a single crystal silicon film is formed as the thin film. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の製造方法により製造された梁部を備えた構造体を有することを特徴とするＭＥＭＳデバイス。   A MEMS device comprising a structure including a beam portion manufactured by the manufacturing method according to claim 1. 前記梁部にセンサ要素および当該センサ要素と協働する電子回路部が形成されてなることを特徴とする請求項５記載のＭＥＭＳデバイス。   6. The MEMS device according to claim 5, wherein a sensor element and an electronic circuit part that cooperates with the sensor element are formed on the beam part.
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