JP5867057B2

JP5867057B2 - MEMS device

Info

Publication number: JP5867057B2
Application number: JP2011276119A
Authority: JP
Inventors: 基弘藤吉; 裕野々村; 大村　義輝; 義輝大村; 船橋　博文; 博文船橋; 明石　照久; 照久明石; 良幸畑
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2016-02-24
Anticipated expiration: 2031-12-16
Also published as: JP2013126694A

Description

本明細書は、ＭＥＭＳデバイスに関する。 This specification relates to MEMS devices.

近年、半導体集積回路作製技術を利用して３次元構造を備えるＭＥＭＳデバイスを製造する技術が開発されており、圧力センサ、加速度センサ、ジャイロスコープ、光偏向装置、ＲＦスイッチ、可変容量キャパシタ等の各種デバイスが実現されている。半導体集積回路作製技術で３次元構造を実現するために、犠牲層を含む積層板を選択的かつ局所的にエッチングする技術が利用される。本明細書でいうＭＥＭＳデバイスとは、成膜技術とエッチング技術に代表される半導体集積回路作製技術を利用し、犠牲層を含む積層板を選択的かつ局所的にエッチングすることによって実現された３次元構造を備える装置をいう。 In recent years, a technology for manufacturing a MEMS device having a three-dimensional structure using a semiconductor integrated circuit manufacturing technology has been developed. Various technologies such as a pressure sensor, an acceleration sensor, a gyroscope, an optical deflection device, an RF switch, and a variable capacitor are provided. The device is realized. In order to realize a three-dimensional structure by a semiconductor integrated circuit manufacturing technique, a technique of selectively and locally etching a laminated plate including a sacrificial layer is used. The MEMS device referred to in this specification is realized by selectively and locally etching a laminated board including a sacrificial layer using a semiconductor integrated circuit manufacturing technique represented by a film forming technique and an etching technique. An apparatus having a dimensional structure.

上記のＭＥＭＳデバイスの中には、基板と、基板に対して相対的に移動可能な可動部を備えるものがある。例えば、加速度センサを実現するＭＥＭＳデバイスでは、中間絶縁層を挟んで積層された上側導電層および下側導電層の一方に固定電極が形成されており、上側導電層および下側導電層の他方に可動電極が形成されている。固定電極と可動電極の間の中間絶縁層は選択的なエッチングにより除去されており、固定電極は基板の一部を構成し、可動電極は可動部の一部を構成する。このようなＭＥＭＳデバイスに加速度が作用すると、可動部が基板に対して相対的に移動し、固定電極と可動電極の間で構成される静電容量が変化する。この静電容量の変化を検出することによって、ＭＥＭＳデバイスに作用する加速度を検出することができる。このようなＭＥＭＳデバイスが、例えば特許文献１に開示されている。 Some of the MEMS devices include a substrate and a movable portion that can move relative to the substrate. For example, in a MEMS device that realizes an acceleration sensor, a fixed electrode is formed on one of an upper conductive layer and a lower conductive layer that are stacked with an intermediate insulating layer interposed therebetween, and the other one of the upper conductive layer and the lower conductive layer is formed. A movable electrode is formed. The intermediate insulating layer between the fixed electrode and the movable electrode is removed by selective etching, the fixed electrode constitutes a part of the substrate, and the movable electrode constitutes a part of the movable part. When acceleration acts on such a MEMS device, the movable part moves relative to the substrate, and the capacitance formed between the fixed electrode and the movable electrode changes. By detecting this change in capacitance, the acceleration acting on the MEMS device can be detected. Such a MEMS device is disclosed in Patent Document 1, for example.

特開２００５−２９２１２５号公報JP 2005-292125 A

一般的なＭＥＭＳデバイスの導電層に用いられている単結晶シリコンの線膨張係数は約２．６×１０^-6℃であり、絶縁層に用いられている酸化シリコンの線膨張係数は約５．５×１０^-7℃であり、導電層の線膨張係数は絶縁層の線膨張係数より大きい。従って、ＭＥＭＳデバイスの製造過程において、高温での熱処理を経て常温まで冷却する際に、絶縁層に比べて導電層の方が強く収縮しようとする。導電層と絶縁層が積層された箇所では、導電層と絶縁層は互いの変形を拘束し合う関係にあるから、導電層には面内方向に収縮しようとする残留歪が生じ、絶縁層には面内方向に膨張しようとする残留歪が生じる。 The linear expansion coefficient of single crystal silicon used for a conductive layer of a general MEMS device is about 2.6 × 10 ⁻⁶ ° C., and the linear expansion coefficient of silicon oxide used for an insulating layer is about 5. 5 × a 10 ^-7 ° C., the linear expansion coefficient of the conductive layer is greater than the linear expansion coefficient of the insulating layer. Therefore, in the manufacturing process of the MEMS device, the conductive layer tends to contract more strongly than the insulating layer when it is cooled to room temperature through heat treatment at a high temperature. At the place where the conductive layer and the insulating layer are laminated, the conductive layer and the insulating layer are in a relationship of restraining each other's deformation. Residual strain that tends to expand in the in-plane direction occurs.

導電層のうち、絶縁層に接する部分では、絶縁層によって面内方向の変形が拘束されているので、残留歪を解消しようとする変形を生じない。しかしながら、導電層のうち、絶縁層に接していない部分では、上記のような残留歪を解消するように、面内方向に収縮する変形を生じる。このような変形が全体に亘って蓄積することで、ＭＥＭＳデバイスの基板に反りを生じてしまう場合がある。特に、上側導電層に比べて下側導電層が厚く形成されている場合には、下側導電層の残留歪を解消するための変形が支配的となり、基板全体が上に凸となるような反りを生じてしまう場合がある。 In the conductive layer, in the portion in contact with the insulating layer, the deformation in the in-plane direction is restrained by the insulating layer, so that the deformation for eliminating the residual strain does not occur. However, a portion of the conductive layer that is not in contact with the insulating layer is deformed to shrink in the in-plane direction so as to eliminate the residual strain as described above. By accumulating such deformation over the whole, the substrate of the MEMS device may be warped. In particular, when the lower conductive layer is formed thicker than the upper conductive layer, the deformation for eliminating the residual strain of the lower conductive layer becomes dominant, and the entire substrate becomes convex upward. It may cause warping.

基板に反りを生じてしまうと、固定電極や可動電極の形状が変化してしまい、固定電極と可動電極の間の間隔が不均一なものとなってしまう。固定電極と可動電極の間の間隔が不均一となると、固定電極と可動電極の間で構成される静電容量に影響を及ぼし、ＭＥＭＳデバイスが実現するセンサの検出精度やゼロ点容量にも影響を及ぼしてしまう。基板に反りが発生することを抑制することが可能な技術が期待されている。 When the substrate is warped, the shapes of the fixed electrode and the movable electrode change, and the interval between the fixed electrode and the movable electrode becomes non-uniform. If the distance between the fixed electrode and the movable electrode becomes non-uniform, it will affect the capacitance that is configured between the fixed electrode and the movable electrode, and also affect the detection accuracy and zero point capacity of the sensor realized by the MEMS device. Will be affected. A technique capable of suppressing the occurrence of warpage in the substrate is expected.

本明細書では、上記の課題を解決する技術を提供する。本明細書では、基板と可動部を備えるＭＥＭＳデバイスにおいて、基板に反りが発生することを抑制することが可能な技術を提供する。 In this specification, the technique which solves said subject is provided. The present specification provides a technique capable of suppressing the occurrence of warpage of a substrate in a MEMS device including a substrate and a movable part.

本明細書では、基板と、基板に対して相対的に移動可能な可動部を備えるＭＥＭＳデバイスを開示する。そのＭＥＭＳデバイスは、下側導電層、中間絶縁層および上側導電層を備えている。下側導電層は上側導電層より厚く形成されている。下側導電層の外側に、反り防止層が形成されている。反り防止層は、中間絶縁層に対応する範囲に形成されている。 The present specification discloses a MEMS device including a substrate and a movable portion that can move relative to the substrate. The MEMS device includes a lower conductive layer, an intermediate insulating layer, and an upper conductive layer. The lower conductive layer is formed thicker than the upper conductive layer. A warp prevention layer is formed outside the lower conductive layer. The warpage preventing layer is formed in a range corresponding to the intermediate insulating layer.

上記のＭＥＭＳデバイスでは、上側導電層よりも厚く形成された下側導電層の外側に、反り防止層が形成されている。この反り防止層が形成されていることで、下側導電層の残留歪を解消するための変形が抑制されて、基板に反りを生じてしまうことを防ぐことができる。反り防止層は、中間絶縁層に対応する範囲に形成されており、中間絶縁層がエッチング等により除去されている範囲については反り防止層が形成されていないことが好ましい。従って、中間絶縁層が除去されている範囲の下側導電層についても、線膨張係数の相違に起因する反りを生じてしまうことがない。上記のＭＥＭＳデバイスによれば、基板に反りが発生することを抑制することができる。特に、可動部に可動電極が形成されており、基板に固定電極が形成されている場合、上記のＭＥＭＳデバイスによれば、固定電極と可動電極の間の間隔を均一に保つことができる。 In the above MEMS device, the warp preventing layer is formed outside the lower conductive layer formed thicker than the upper conductive layer. By forming this warpage preventing layer, deformation for eliminating the residual strain of the lower conductive layer is suppressed, and warpage of the substrate can be prevented. The warpage preventing layer is formed in a range corresponding to the intermediate insulating layer, and the warp preventing layer is preferably not formed in a range where the intermediate insulating layer is removed by etching or the like. Therefore, the lower conductive layer in the range where the intermediate insulating layer is removed does not warp due to the difference in linear expansion coefficient. According to said MEMS device, it can suppress that a board | substrate warp | generates. In particular, when the movable electrode is formed on the movable part and the fixed electrode is formed on the substrate, according to the MEMS device, the distance between the fixed electrode and the movable electrode can be kept uniform.

上記のＭＥＭＳデバイスにおいて下側導電層が上側導電層よりも十分に厚い場合、上側導電層で生じる残留応力よりも下側導電層で生じる残留応力が大きくなる。このような場合には、膜厚方向に生じる残留応力の違いの程度が大きいため、反り防止層の厚みを中間絶縁層の厚みと同程度とすることで、反りを防止する効果を大きく得るのがよい。 In the above MEMS device, when the lower conductive layer is sufficiently thicker than the upper conductive layer, the residual stress generated in the lower conductive layer is larger than the residual stress generated in the upper conductive layer. In such a case, since the degree of difference in residual stress generated in the film thickness direction is large, the effect of preventing warpage can be greatly obtained by setting the thickness of the warpage prevention layer to the same level as the thickness of the intermediate insulating layer. Is good.

しかしながら、下側導電層の厚みが上側導電層の厚みよりも十分に厚いと言えない場合、反り防止層の厚みを中間絶縁層の厚みと同程度としてしまうと、反りを防止する効果が大き過ぎて、上側導電層と下側導電層が下に凸となるような逆方向の反りを生じてしまう。 However, if the thickness of the lower conductive layer cannot be said to be sufficiently thicker than the thickness of the upper conductive layer, if the thickness of the warpage prevention layer is made to be about the same as the thickness of the intermediate insulating layer, the effect of preventing warpage is too great. As a result, the warp in the opposite direction is generated such that the upper conductive layer and the lower conductive layer protrude downward.

このような場合、上記のＭＥＭＳデバイスは、反り防止層が中間絶縁層より薄く形成されていることが好ましい。反り防止層の厚みを中間絶縁層より薄く形成することで、反り防止層による反り防止効果を中間絶縁層よりも小さくすることができ、上側導電層、中間絶縁層、下側導電層、反り防止層の応力バランスを取ることができる。 In such a case, in the above MEMS device, it is preferable that the warp preventing layer is formed thinner than the intermediate insulating layer. By forming the thickness of the warp prevention layer thinner than that of the intermediate insulation layer, the warp prevention effect of the warp prevention layer can be made smaller than that of the intermediate insulation layer, and the upper conductive layer, intermediate insulation layer, lower conductive layer, warpage prevention It is possible to balance the stress of the layers.

あるいは、別の手段として、上記のＭＥＭＳデバイスは、反り防止層が中間絶縁層とほぼ同じ厚さで形成されており、反り防止層の面積が中間絶縁層の面積より小さいことが好ましい。 Alternatively, as another means, in the above MEMS device, it is preferable that the warpage preventing layer is formed with substantially the same thickness as the intermediate insulating layer, and the area of the warping preventing layer is smaller than the area of the intermediate insulating layer.

一般的に、製造段階において、中間絶縁層や反り防止層の厚さを精確に管理することは難しい。中間絶縁層と反り防止層を同じ厚さで形成する場合、反り防止層の面積を小さくすることでも残留応力のバランスを取ることができ、製造が容易となる。 In general, it is difficult to accurately control the thickness of the intermediate insulating layer and the warp preventing layer in the manufacturing stage. In the case where the intermediate insulating layer and the warp prevention layer are formed with the same thickness, the residual stress can be balanced by reducing the area of the warp prevention layer, which facilitates manufacture.

本明細書が開示する技術によれば、可動部と基板を備えるＭＥＭＳデバイスにおいて、基板に反りが発生することを抑制することができる。 According to the technology disclosed in this specification, in a MEMS device including a movable part and a substrate, it is possible to suppress the occurrence of warpage of the substrate.

実施例１のセンサ１０の平面図である。1 is a plan view of a sensor 10 of Example 1. FIG. 実施例１のセンサ１０について図１のＡ−Ａ断面で見た縦断面図である。It is the longitudinal cross-sectional view which looked at the sensor 10 of Example 1 in the AA cross section of FIG. 実施例１に係るセンサ１０の製造プロセスを示す図である。6 is a diagram illustrating a manufacturing process of the sensor 10 according to the first embodiment. FIG. 実施例１に係るセンサ１０の製造プロセスを示す図である。6 is a diagram illustrating a manufacturing process of the sensor 10 according to the first embodiment. FIG. 実施例１に係るセンサ１０の製造プロセスを示す図である。6 is a diagram illustrating a manufacturing process of the sensor 10 according to the first embodiment. FIG. 実施例１に係るセンサ１０の製造プロセスを示す図である。6 is a diagram illustrating a manufacturing process of the sensor 10 according to the first embodiment. FIG. 実施例１に係るセンサ１０の製造プロセスを示す図である。6 is a diagram illustrating a manufacturing process of the sensor 10 according to the first embodiment. FIG. 実施例１に係るセンサ１０の製造プロセスを示す図である。6 is a diagram illustrating a manufacturing process of the sensor 10 according to the first embodiment. FIG. 実施例１に係るセンサ１０の製造プロセスを示す図である。6 is a diagram illustrating a manufacturing process of the sensor 10 according to the first embodiment. FIG. 実施例２に係るセンサ１１０の縦断面図である。6 is a longitudinal sectional view of a sensor 110 according to Embodiment 2. FIG. 実施例３に係るセンサ２１０の平面図である。6 is a plan view of a sensor 210 according to Embodiment 3. FIG. 実施例３に係るセンサ２１０について図１１のＢ−Ｂ断面で見た縦断面図である。FIG. 12 is a longitudinal sectional view of the sensor 210 according to the third embodiment viewed from a cross section BB in FIG. 11. 実施例３に係るセンサ２１０について図１１のＣ−Ｃ断面で見た縦断面図である。FIG. 12 is a longitudinal sectional view of the sensor 210 according to the third embodiment viewed from the CC cross section of FIG. 11. 実施例４に係るセンサ３１０の平面図である。6 is a plan view of a sensor 310 according to Embodiment 4. FIG. 実施例４に係るセンサ３１０について図１４のＤ−Ｄ断面で見た縦断面図である。It is the longitudinal cross-sectional view which looked at the sensor 310 which concerns on Example 4 in the DD cross section of FIG. 実施例１に係るセンサ１０の変形例について図１のＡ−Ａ断面で見た縦断面図である。It is the longitudinal cross-sectional view seen in the AA cross section of FIG. 1 about the modification of the sensor 10 which concerns on Example 1. FIG. 実施例１に係るセンサ１０の別の変形例について図１のＡ−Ａ断面で見た縦断面図である。It is the longitudinal cross-sectional view seen in the AA cross section of FIG. 1 about another modification of the sensor 10 which concerns on Example 1. FIG.

（実施例１）
以下では図１、図２を参照しながら、実施例１に係るセンサ１０の構造について説明する。図２に示すように、センサ１０は、下側導電層２と、中間絶縁層４と、上側導電層６の積層構造を有する基板８に形成されている。本実施例の基板８は、下側導電層２が不純物を添加した単結晶シリコンからなり、中間絶縁層４が酸化シリコンからなり、上側導電層６が不純物を添加した単結晶シリコンからなる、いわゆるＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板である。本実施例の基板８では、上側導電層６は下側導電層２よりも薄く形成されている。 Example 1
Hereinafter, the structure of the sensor 10 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. As shown in FIG. 2, the sensor 10 is formed on a substrate 8 having a laminated structure of a lower conductive layer 2, an intermediate insulating layer 4, and an upper conductive layer 6. In the substrate 8 of this embodiment, the lower conductive layer 2 is made of single crystal silicon to which impurities are added, the intermediate insulating layer 4 is made of silicon oxide, and the upper conductive layer 6 is made of single crystal silicon to which impurities are added. It is an SOI (Silicon on Insulator) substrate. In the substrate 8 of this embodiment, the upper conductive layer 6 is formed thinner than the lower conductive layer 2.

図１および図２に示すように、センサ１０は、下側支持基板１２と、可動板１４と、支持梁１６と、上側支持基板１８を備えている。下側支持基板１２は下側導電層２に形成されている。可動板１４と、支持梁１６と、上側支持基板１８は上側導電層６に形成されている。上側支持基板１８は、矩形の枠形状に形成されている。上側支持基板１８は、中間絶縁層４に形成された絶縁支持部２０を介して、下側支持基板１２に対して固定されている。絶縁支持部２０は、上側支持基板１８と同様に、矩形の枠形状に形成されている。支持梁１６は可動板１４と上側支持基板１８の間を連結している。 As shown in FIGS. 1 and 2, the sensor 10 includes a lower support substrate 12, a movable plate 14, a support beam 16, and an upper support substrate 18. The lower support substrate 12 is formed on the lower conductive layer 2. The movable plate 14, the support beam 16, and the upper support substrate 18 are formed on the upper conductive layer 6. The upper support substrate 18 is formed in a rectangular frame shape. The upper support substrate 18 is fixed to the lower support substrate 12 via an insulating support portion 20 formed in the intermediate insulating layer 4. The insulating support portion 20 is formed in a rectangular frame shape like the upper support substrate 18. The support beam 16 connects the movable plate 14 and the upper support substrate 18.

可動板１４は、矩形の平板形状に形成されている。可動板１４は、下側支持基板１２から間隙を隔てて、下側支持基板１２に対して略平行となるように、支持梁１６によって支持されている。支持梁１６は、Ｚ方向についての曲げ剛性およびせん断剛性が低くなるように、細長い形状に形成されている。従って、可動板１４にＺ方向の慣性力が作用すると、支持梁１６がＺ方向に撓んで、可動板１４は下側支持基板１２に対してＺ方向に相対変位する。このときの支持梁１６の撓み量は、可動板１４に作用する慣性力の大きさに応じたものとなる。言い換えると、下側支持基板１２に対する可動板１４の相対変位量は、可動板１４に作用する加速度の大きさに応じたものとなる。従って、下側支持基板１２に対する可動板１４の変位量を検出することで、センサ１０に作用している加速度を検出することができる。なお、可動板１４には、センサ１０の製造プロセスにおいて、可動板１４と下側支持基板１２の間に介在する中間絶縁層４をエッチングするための、複数のエッチングホール２８が形成されている。 The movable plate 14 is formed in a rectangular flat plate shape. The movable plate 14 is supported by a support beam 16 so as to be substantially parallel to the lower support substrate 12 with a gap from the lower support substrate 12. The support beam 16 is formed in an elongated shape so that bending rigidity and shear rigidity in the Z direction are low. Accordingly, when an inertial force in the Z direction acts on the movable plate 14, the support beam 16 bends in the Z direction, and the movable plate 14 is relatively displaced in the Z direction with respect to the lower support substrate 12. The amount of bending of the support beam 16 at this time depends on the magnitude of the inertial force acting on the movable plate 14. In other words, the relative displacement amount of the movable plate 14 with respect to the lower support substrate 12 corresponds to the magnitude of acceleration acting on the movable plate 14. Therefore, the acceleration acting on the sensor 10 can be detected by detecting the displacement amount of the movable plate 14 relative to the lower support substrate 12. The movable plate 14 is formed with a plurality of etching holes 28 for etching the intermediate insulating layer 4 interposed between the movable plate 14 and the lower support substrate 12 in the manufacturing process of the sensor 10.

センサ１０は、Ｚ方向検出部２２を備えている。Ｚ方向検出部２２は、固定電極としての役割を果たす下側支持基板１２と、可動電極としての役割を果たす可動板１４から構成されている。下側支持基板１２と可動板１４の間には、両者の対向面積と距離に応じた静電容量が構成される。下側支持基板１２に対して可動板１４がＺ方向に変位すると、下側支持基板１２と可動板１４の間の静電容量の大きさが変化する。この静電容量の変化を検出することで、可動板１４の下側支持基板１２に対するＺ方向の変位量を検出することができる。 The sensor 10 includes a Z direction detection unit 22. The Z-direction detection unit 22 includes a lower support substrate 12 that functions as a fixed electrode and a movable plate 14 that functions as a movable electrode. Between the lower support substrate 12 and the movable plate 14, a capacitance according to the facing area and distance between the both is formed. When the movable plate 14 is displaced in the Z direction with respect to the lower support substrate 12, the magnitude of the capacitance between the lower support substrate 12 and the movable plate 14 changes. By detecting this change in capacitance, the amount of displacement in the Z direction relative to the lower support substrate 12 of the movable plate 14 can be detected.

本実施例のセンサ１０では、可動板１４と、支持梁１６と、上側支持基板１８が、継ぎ目無く一体的に形成されている。従って、可動板１４と、支持梁１６と、上側支持基板１８は、互いに同電位に保たれている。 In the sensor 10 of the present embodiment, the movable plate 14, the support beam 16, and the upper support substrate 18 are integrally formed without a seam. Therefore, the movable plate 14, the support beam 16, and the upper support substrate 18 are kept at the same potential.

センサ１０は、上側支持基板１８と導通する（すなわち可動板１４と導通する）第１表面電極２４ａと、下側支持基板１２と導通する第２表面電極２４ｂを備えている。図２に示す静電容量検出回路２６によって、これらの表面電極からの出力を検出し、図示しない演算回路で演算処理を行うことで、センサ１０に作用するＺ方向の加速度を検出することができる。 The sensor 10 includes a first surface electrode 24 a that is electrically connected to the upper support substrate 18 (that is, electrically connected to the movable plate 14), and a second surface electrode 24 b that is electrically connected to the lower support substrate 12. The capacitance detection circuit 26 shown in FIG. 2 detects the output from these surface electrodes, and the calculation process is performed by a calculation circuit (not shown), whereby the acceleration in the Z direction acting on the sensor 10 can be detected. .

図２に示すように、センサ１０には、下側絶縁層（反り防止層ともいう）３０と、保護層３２が形成されている。下側絶縁層３０は、下側導電層２の外側（図２の下側）に積層されており、保護層３２は下側絶縁層３０の外側（図２の下側）に積層されている。下側絶縁層３０は、下側導電層２に比べて線膨張係数が小さい材料が用いられる。また、下側絶縁層３０は、単層膜であってもよいし、複合膜であってもよい。本実施例では、下側絶縁層３０は酸化シリコンからなり、保護層３２はポリシリコンからなる。本実施例では、下側絶縁層３０は、中間絶縁層４と略同じ厚さとなるように形成されている。また、保護層３２は、下側絶縁層３０の厚みの半分以下の厚みとなるように形成されている。下側絶縁層３０は、センサ１０に存在する中間絶縁層４に対応する範囲に形成されている。本実施例では、センサ１０を平面視したときに、中間絶縁層４が形成されている範囲と、下側絶縁層３０が形成されている範囲は重複している。後述するように、本実施例のセンサ１０では、下側絶縁層３０が形成されていることによって、下側支持基板１２の可動板１４に対向する箇所での反りの発生が抑制されている。これによって、下側支持基板１２と可動板１４の間の距離が均一に保たれており、下側支持基板１２と可動板１４により構成される静電容量のばらつきを抑制することができる。なお、本実施例では、保護層３２は下側絶縁層３０より薄く形成されているので、保護層３２を形成することで下側支持基板１２に反りを発生してしまうことはない。 As shown in FIG. 2, the sensor 10 includes a lower insulating layer (also referred to as a warp prevention layer) 30 and a protective layer 32. The lower insulating layer 30 is laminated outside the lower conductive layer 2 (lower side in FIG. 2), and the protective layer 32 is laminated outside the lower insulating layer 30 (lower side in FIG. 2). . The lower insulating layer 30 is made of a material having a smaller linear expansion coefficient than that of the lower conductive layer 2. Further, the lower insulating layer 30 may be a single layer film or a composite film. In this embodiment, the lower insulating layer 30 is made of silicon oxide, and the protective layer 32 is made of polysilicon. In this embodiment, the lower insulating layer 30 is formed to have substantially the same thickness as the intermediate insulating layer 4. The protective layer 32 is formed to have a thickness that is half or less of the thickness of the lower insulating layer 30. The lower insulating layer 30 is formed in a range corresponding to the intermediate insulating layer 4 present in the sensor 10. In this embodiment, when the sensor 10 is viewed in plan, the range in which the intermediate insulating layer 4 is formed overlaps the range in which the lower insulating layer 30 is formed. As will be described later, in the sensor 10 according to the present embodiment, the lower insulating layer 30 is formed, so that the occurrence of warpage at a location facing the movable plate 14 of the lower support substrate 12 is suppressed. As a result, the distance between the lower support substrate 12 and the movable plate 14 is kept uniform, and variations in the capacitance formed by the lower support substrate 12 and the movable plate 14 can be suppressed. In this embodiment, since the protective layer 32 is formed thinner than the lower insulating layer 30, the lower support substrate 12 is not warped by forming the protective layer 32.

本実施例では、センサ１０を平面視したときに、可動板１４および支持梁１６を取り囲む範囲に下側絶縁層３０が形成されているということもできる。可動板１４および支持梁１６を下側支持基板１２に対して可動とするために、可動板１４および支持梁１６の直下には中間絶縁層４が形成されていない。これに対して、可動板１４および支持梁１６を取り囲む上側支持基板１８の直下には、中間絶縁層４が形成されている。上記のような範囲で下側絶縁層３０を形成することで、残留応力のバランスを適切に取ることができ、反りの発生が抑制される。 In the present embodiment, it can also be said that the lower insulating layer 30 is formed in a range surrounding the movable plate 14 and the support beam 16 when the sensor 10 is viewed in plan. In order to make the movable plate 14 and the support beam 16 movable relative to the lower support substrate 12, the intermediate insulating layer 4 is not formed immediately below the movable plate 14 and the support beam 16. On the other hand, the intermediate insulating layer 4 is formed immediately below the upper support substrate 18 surrounding the movable plate 14 and the support beam 16. By forming the lower insulating layer 30 in the above range, the residual stress can be appropriately balanced, and the occurrence of warpage is suppressed.

以下では図３−図９を参照しながら、本実施例のセンサ１０の製造プロセスについて説明する。図３−図９は、図１のＡ−Ａ線断面、すなわち、図２の断面に相当する。 Hereinafter, the manufacturing process of the sensor 10 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 3 to 9 correspond to a cross section taken along line AA of FIG. 1, that is, a cross section of FIG.

まず、図３に示すように、不純物を添加した単結晶シリコンからなる下側導電層２と、酸化シリコンからなる中間絶縁層４と、不純物を添加した単結晶シリコンからなる上側導電層６の積層構造を有する基板８に、酸化シリコンからなる下側絶縁層３０が積層されたＳＯＩウェハ５０を用意する。下側絶縁層３０は、下側導電層２の表面に積層されている。通常、中間絶縁層４の酸化シリコンは、熱酸化により成膜されている。下側絶縁層３０の酸化シリコンは、化学気相成長（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）法により成膜してもよいが、中間絶縁層４の酸化シリコンと物性が等しくなるように、熱酸化により成膜してもよい。なお、下側導電層２は、製造されるセンサ１０の下側支持基板１２に相当する。 First, as shown in FIG. 3, a stack of a lower conductive layer 2 made of single crystal silicon doped with impurities, an intermediate insulating layer 4 made of silicon oxide, and an upper conductive layer 6 made of single crystal silicon doped with impurities. An SOI wafer 50 is prepared in which a lower insulating layer 30 made of silicon oxide is laminated on a substrate 8 having a structure. The lower insulating layer 30 is laminated on the surface of the lower conductive layer 2. Usually, the silicon oxide of the intermediate insulating layer 4 is formed by thermal oxidation. The silicon oxide of the lower insulating layer 30 may be formed by a chemical vapor deposition (CVD) method, but is formed by thermal oxidation so that the physical properties are equal to those of the silicon oxide of the intermediate insulating layer 4. A film may be formed. The lower conductive layer 2 corresponds to the lower support substrate 12 of the sensor 10 to be manufactured.

次いで、図４に示すように、ＣＶＤ法によって、下側絶縁層３０の表面に、ポリシリコンからなる保護層３２を成膜する。 Next, as shown in FIG. 4, a protective layer 32 made of polysilicon is formed on the surface of the lower insulating layer 30 by the CVD method.

次いで、図５に示すように、上側導電層６の表面にフォトレジスト５２を形成する。 Next, as shown in FIG. 5, a photoresist 52 is formed on the surface of the upper conductive layer 6.

次いで、図６に示すように、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）法により、上側導電層６のエッチングを行う。これにより、上側導電層６においてフォトレジスト５２で保護されていない範囲がエッチングされる。上側導電層６に、可動板１４、支持梁１６、上側支持基板１８がそれぞれ形成される。 Next, as shown in FIG. 6, the upper conductive layer 6 is etched by reactive ion etching (RIE) method. As a result, the area of the upper conductive layer 6 that is not protected by the photoresist 52 is etched. A movable plate 14, a support beam 16, and an upper support substrate 18 are formed on the upper conductive layer 6, respectively.

次いで、図７に示すように、上側導電層６の表面のフォトレジスト５２を除去した後、保護層３２の表面にフォトレジスト５４を形成する。 Next, as shown in FIG. 7, after removing the photoresist 52 on the surface of the upper conductive layer 6, a photoresist 54 is formed on the surface of the protective layer 32.

次いで、図８に示すように、ＲＩＥ法により、保護層３２のエッチングを行う。 Next, as shown in FIG. 8, the protective layer 32 is etched by the RIE method.

次いで、図９に示すように、フッ酸を用いたエッチングによって、犠牲層である中間絶縁層４の酸化シリコンを選択的に除去する。これによって、中間絶縁層４から、絶縁支持部２０を除いた範囲が除去される。また、下側絶縁層３０から、保護層３２で覆われていない範囲が除去される。 Next, as shown in FIG. 9, silicon oxide in the intermediate insulating layer 4 which is a sacrificial layer is selectively removed by etching using hydrofluoric acid. Thereby, the range excluding the insulating support portion 20 is removed from the intermediate insulating layer 4. Further, the range not covered with the protective layer 32 is removed from the lower insulating layer 30.

この中間絶縁層４の選択的なエッチングにより、可動板１４が下側支持基板１２からリリースされる。従来技術では、この時点で残留歪が開放されて、下側支持基板１２に反りが生じてしまい、下側支持基板１２と可動板１４の間の間隔が不均一となってしまうことがあった。しかしながら、本実施例のセンサ１０では、中間絶縁層４に対応する範囲に下側絶縁層３０が形成されているので、下側支持基板１２に反りを生じてしまうことがない。そのため、下側支持基板１２と可動板１４の間の間隔を均一に保ち、下側支持基板１２と可動板１４により構成される静電容量のばらつきを抑制することができる。 By this selective etching of the intermediate insulating layer 4, the movable plate 14 is released from the lower support substrate 12. In the prior art, the residual strain is released at this point, and the lower support substrate 12 is warped, resulting in non-uniform spacing between the lower support substrate 12 and the movable plate 14. . However, since the lower insulating layer 30 is formed in the range corresponding to the intermediate insulating layer 4 in the sensor 10 of the present embodiment, the lower support substrate 12 is not warped. Therefore, it is possible to keep the distance between the lower support substrate 12 and the movable plate 14 uniform, and to suppress the variation in capacitance formed by the lower support substrate 12 and the movable plate 14.

その後、保護層３２の表面のフォトレジスト５４を除去し、ＣＶＤ法等によって、第１表面電極２４ａ、第２表面電極２４ｂを形成することによって、図１および図２に示すセンサ１０を製造することができる。 Thereafter, the photoresist 54 on the surface of the protective layer 32 is removed, and the sensor 10 shown in FIGS. 1 and 2 is manufactured by forming the first surface electrode 24a and the second surface electrode 24b by a CVD method or the like. Can do.

（実施例１の変形例）
上記では、下側絶縁層３０を、中間絶縁層４と略同じ厚さで形成する場合について説明した。しかしながら、下側絶縁層３０の厚さは、下側導電層２、中間絶縁層４および上側導電層６との間での残留応力のバランスが取れるように設定すべきである。従って、例えば下側導電層２の厚さと上側導電層６の厚さにそれほど大きな差がない場合などには、下側絶縁層３０の影響は少ないほうが好ましい。このような場合には、図１６に示すように、下側絶縁層３０を中間絶縁層４よりも薄く形成してもよい。下側絶縁層３０の厚みは、中間絶縁層４の厚みの９０％以下とすることが好ましい。あるいは、図１７に示すように、下側絶縁層３０を中間絶縁層４と略同じ厚さに形成しておいて、下側絶縁層３０と保護層３２を選択的にエッチングして、下側絶縁層３０が形成される範囲の面積を中間絶縁層４が形成される範囲の面積よりも小さくしてもよい。下側絶縁層３０の面積は、中間絶縁層４の面積の９０％以下とすることが好ましい。このような構成とした場合でも、図１６に示すような下側絶縁層３０を中間絶縁層４よりも薄く形成する構成と同様に、下側絶縁層３０、下側導電層２、中間絶縁層４および上側導電層６の間での残留応力のバランスを取ることができる。 (Modification of Example 1)
The case where the lower insulating layer 30 is formed with substantially the same thickness as the intermediate insulating layer 4 has been described above. However, the thickness of the lower insulating layer 30 should be set so as to balance the residual stress among the lower conductive layer 2, the intermediate insulating layer 4, and the upper conductive layer 6. Therefore, for example, when the thickness of the lower conductive layer 2 and the thickness of the upper conductive layer 6 are not so large, it is preferable that the influence of the lower insulating layer 30 is small. In such a case, the lower insulating layer 30 may be formed thinner than the intermediate insulating layer 4 as shown in FIG. The thickness of the lower insulating layer 30 is preferably 90% or less of the thickness of the intermediate insulating layer 4. Alternatively, as shown in FIG. 17, the lower insulating layer 30 is formed to have substantially the same thickness as the intermediate insulating layer 4, and the lower insulating layer 30 and the protective layer 32 are selectively etched to form the lower side The area in which the insulating layer 30 is formed may be smaller than the area in which the intermediate insulating layer 4 is formed. The area of the lower insulating layer 30 is preferably 90% or less of the area of the intermediate insulating layer 4. Even in such a configuration, the lower insulating layer 30, the lower conductive layer 2, and the intermediate insulating layer are formed similarly to the configuration in which the lower insulating layer 30 as shown in FIG. 16 is formed thinner than the intermediate insulating layer 4. The residual stress between the upper conductive layer 4 and the upper conductive layer 6 can be balanced.

なお、第１表面電極２４ａの材料として使用される金属の線膨張係数が単結晶シリコンの線膨張係数より大きい場合、第１表面電極２４ａが形成された箇所については、第１表面電極２４ａによって下側支持基板１２での反りの発生がある程度抑制されている。従って、図１６において、第１表面電極２４ａに対応する箇所の下側絶縁層３０の厚みを部分的に薄く形成する、あるいは図１７において、第１表面電極２４ａに対応する箇所の下側絶縁層３０の面積を小さくすることもできる。 When the linear expansion coefficient of the metal used as the material of the first surface electrode 24a is larger than that of single crystal silicon, the portion where the first surface electrode 24a is formed is lowered by the first surface electrode 24a. The occurrence of warpage in the side support substrate 12 is suppressed to some extent. Accordingly, the thickness of the lower insulating layer 30 corresponding to the first surface electrode 24a is partially reduced in FIG. 16, or the lower insulating layer corresponding to the first surface electrode 24a in FIG. The area of 30 can also be reduced.

一般的には、ＳＯＩウェハの製造段階において、下側絶縁層３０は中間絶縁層４と略同じ厚さで形成されている。その後に下側絶縁層３０を薄くするためには、エッチング等による下側絶縁層３０の加工が考えられるが、このような手法では、下側絶縁層３０の厚さを精度よく管理することが難しい。しかしながら、図１７に示すように、下側絶縁層３０を選択的にエッチングする手法であれば、エッチングする範囲の管理は容易となる。この手法によれば、下側絶縁層３０の面積を精度よく調整することが容易であり、下側絶縁層３０、下側導電層２、中間絶縁層４および上側導電層６の間での残留応力のバランスを精度よく取ることができる。 In general, the lower insulating layer 30 is formed with substantially the same thickness as the intermediate insulating layer 4 in the manufacturing stage of the SOI wafer. In order to reduce the thickness of the lower insulating layer 30 thereafter, processing of the lower insulating layer 30 by etching or the like can be considered. However, with such a technique, the thickness of the lower insulating layer 30 can be accurately controlled. difficult. However, as shown in FIG. 17, if the method of selectively etching the lower insulating layer 30 is managed, the etching range can be easily managed. According to this method, it is easy to accurately adjust the area of the lower insulating layer 30, and the residual between the lower insulating layer 30, the lower conductive layer 2, the intermediate insulating layer 4, and the upper conductive layer 6. Stress balance can be accurately taken.

（実施例２）
図１０に示すように、本実施例のセンサ１１０は、不純物を添加した単結晶シリコンからなる下側導電層１０２と、酸化シリコンからなる中間絶縁層１０４と、不純物を添加した単結晶シリコンからなる上側導電層１０６の積層構造を有する基板１０８に形成されている。基板１０８では、上側導電層１０６は下側導電層１０２よりも薄く形成されている。 (Example 2)
As shown in FIG. 10, the sensor 110 of this embodiment is made of a lower conductive layer 102 made of single crystal silicon to which impurities are added, an intermediate insulating layer 104 made of silicon oxide, and single crystal silicon to which impurities are added. It is formed on a substrate 108 having a laminated structure of the upper conductive layer 106. In the substrate 108, the upper conductive layer 106 is formed thinner than the lower conductive layer 102.

本実施例のセンサ１１０は、支持基板１１２と、可撓板１１４を備えている。支持基板１１２は下側導電層１０２に形成されている。可撓板１１４は上側導電層１０６に形成されている。可撓板１１４は、支持基板１１２と略同じ大きさの平板形状に形成されている。可撓板１１４は、中間絶縁層１０４に形成された絶縁支持部１１６を介して、支持基板１１２に対して固定されている。絶縁支持部１１６は、矩形の枠形状に形成されている。可撓板１１４にＺ方向の力や圧力が作用すると、可撓板１１４がＺ方向に撓んで、可撓板１１４と支持基板１１２の間の距離が変化する。このときの可撓板１１４の撓み量は、可撓板１１４に作用する力や圧力の大きさに応じたものとなる。従って、支持基板１１２に対する可撓板１１４の変位量を検出することで、センサ１１０に作用している力や圧力を検出することができる。なお、支持基板１１２には、センサ１１０の製造プロセスにおいて、支持基板１１２と可撓板１１４の間に介在する中間絶縁層１０４を選択的にエッチングするための、複数のエッチングホール１１８が形成されている。 The sensor 110 of this embodiment includes a support substrate 112 and a flexible plate 114. The support substrate 112 is formed on the lower conductive layer 102. The flexible plate 114 is formed on the upper conductive layer 106. The flexible plate 114 is formed in a flat plate shape having substantially the same size as the support substrate 112. The flexible plate 114 is fixed to the support substrate 112 via an insulating support portion 116 formed on the intermediate insulating layer 104. The insulating support part 116 is formed in a rectangular frame shape. When a force or pressure in the Z direction acts on the flexible plate 114, the flexible plate 114 bends in the Z direction, and the distance between the flexible plate 114 and the support substrate 112 changes. The amount of bending of the flexible plate 114 at this time depends on the magnitude of the force and pressure acting on the flexible plate 114. Therefore, by detecting the amount of displacement of the flexible plate 114 relative to the support substrate 112, the force and pressure acting on the sensor 110 can be detected. The support substrate 112 has a plurality of etching holes 118 for selectively etching the intermediate insulating layer 104 interposed between the support substrate 112 and the flexible plate 114 in the manufacturing process of the sensor 110. Yes.

センサ１１０は、Ｚ方向検出部１２０を備えている。Ｚ方向検出部１２０は、固定電極としての役割を果たす支持基板１１２と、可動電極としての役割を果たす可撓板１１４から構成されている。支持基板１１２と可撓板１１４の間には、両者の対向面積と距離に応じた静電容量が構成される。支持基板１１２に対して可撓板１１４がＺ方向に変位すると、支持基板１１２と可撓板１１４の間の静電容量の大きさが変化する。この静電容量の変化を検出することで、可撓板１１４の支持基板１１２に対するＺ方向の変位量を検出することができる。 The sensor 110 includes a Z direction detection unit 120. The Z-direction detection unit 120 includes a support substrate 112 that functions as a fixed electrode and a flexible plate 114 that functions as a movable electrode. Between the support substrate 112 and the flexible plate 114, an electrostatic capacity corresponding to the facing area and distance between the both is formed. When the flexible plate 114 is displaced in the Z direction with respect to the support substrate 112, the magnitude of the capacitance between the support substrate 112 and the flexible plate 114 changes. By detecting this change in capacitance, the amount of displacement of the flexible plate 114 relative to the support substrate 112 in the Z direction can be detected.

センサ１１０は、可撓板１１４と導通する第１表面電極１２２ａと、支持基板１１２と導通する第２表面電極１２２ｂを備えている。図示しない静電容量検出回路によって、これらの表面電極からの出力を検出し、図示しない演算回路で演算処理を行うことで、センサ１１０に作用するＺ方向の力や圧力を検出することができる。 The sensor 110 includes a first surface electrode 122 a electrically connected to the flexible plate 114 and a second surface electrode 122 b electrically connected to the support substrate 112. By detecting the output from these surface electrodes with a capacitance detection circuit (not shown) and performing calculation processing with a calculation circuit (not shown), it is possible to detect a Z-direction force or pressure acting on the sensor 110.

センサ１１０には、酸化シリコンからなる下側絶縁層１３０と、ポリシリコンからなる保護層１３２が形成されている。本実施例では、下側絶縁層１３０は、中間絶縁層１０４と略同じ厚さとなるように形成されている。下側絶縁層１３０は、センサ１１０に存在する中間絶縁層１０４に対応する範囲に形成されている。本実施例では、センサ１１０を平面視したときに、中間絶縁層１０４が形成されている範囲と、下側絶縁層１３０が形成されている範囲が完全に重複している。本実施例のセンサ１１０では、下側絶縁層１３０が形成されていることによって、支持基板１１２の可撓板１１４に対向する箇所での反りの発生が抑制されている。これによって、支持基板１１２と可撓板１１４の間の距離が均一に保たれており、支持基板１１２と可撓板１１４により構成される静電容量のばらつきを抑制することができる。 In the sensor 110, a lower insulating layer 130 made of silicon oxide and a protective layer 132 made of polysilicon are formed. In this embodiment, the lower insulating layer 130 is formed to have substantially the same thickness as the intermediate insulating layer 104. The lower insulating layer 130 is formed in a range corresponding to the intermediate insulating layer 104 existing in the sensor 110. In the present embodiment, when the sensor 110 is viewed in plan, the range where the intermediate insulating layer 104 is formed and the range where the lower insulating layer 130 is formed completely overlap. In the sensor 110 of the present embodiment, the lower insulating layer 130 is formed, so that the occurrence of warpage at the portion of the support substrate 112 facing the flexible plate 114 is suppressed. As a result, the distance between the support substrate 112 and the flexible plate 114 is kept uniform, and variations in capacitance formed by the support substrate 112 and the flexible plate 114 can be suppressed.

（実施例３）
図１１から図１３に示すように、本実施例のセンサ２１０は、不純物を添加した単結晶シリコンからなる下側導電層２０２と、酸化シリコンからなる中間絶縁層２０４と、不純物を添加した単結晶シリコンからなる上側導電層２０６の積層構造を有する基板２０８に形成されている。基板２０８では、上側導電層２０６は下側導電層２０２よりも薄く形成されている。 (Example 3)
As shown in FIGS. 11 to 13, the sensor 210 of this embodiment includes a lower conductive layer 202 made of single crystal silicon doped with impurities, an intermediate insulating layer 204 made of silicon oxide, and a single crystal doped with impurities. It is formed on a substrate 208 having a laminated structure of an upper conductive layer 206 made of silicon. In the substrate 208, the upper conductive layer 206 is formed thinner than the lower conductive layer 202.

本実施例のセンサ２１０は、下側支持基板２１２と、上側支持基板２１４と、可動板２１６と、支持梁２１８と、固定板２２０を備えている。下側支持基板２１２と可動板２１６は下側導電層２０２に形成されている。上側支持基板２１４と、支持梁２１８と、固定板２２０は上側導電層２０６に形成されている。上側支持基板２１４は、矩形の枠形状に形成されている。上側支持基板２１４は、中間絶縁層２０４に形成された絶縁支持部２２２を介して、下側支持基板２１２に対して固定されている。絶縁支持部２２２は、上側支持基板２１４と同様に、矩形の枠形状に形成されている。支持梁２１８は、一端が上側支持基板２１４に固定されており、他端が中間絶縁層２０４に形成された絶縁支持部２２４を介して可動板２１６に固定されている。固定板２２０は、両端が上側支持基板２１４に固定されている。なお、固定板２２０には、センサ２１０の製造プロセスにおいて、固定板２２０と可動板２１６の間に介在する中間絶縁層２０４をエッチングするための、複数のエッチングホール２２６が形成されている。 The sensor 210 of this embodiment includes a lower support substrate 212, an upper support substrate 214, a movable plate 216, support beams 218, and a fixed plate 220. The lower support substrate 212 and the movable plate 216 are formed on the lower conductive layer 202. The upper support substrate 214, the support beam 218, and the fixing plate 220 are formed on the upper conductive layer 206. The upper support substrate 214 is formed in a rectangular frame shape. The upper support substrate 214 is fixed to the lower support substrate 212 via an insulating support portion 222 formed in the intermediate insulating layer 204. The insulating support part 222 is formed in a rectangular frame shape like the upper support substrate 214. One end of the support beam 218 is fixed to the upper support substrate 214, and the other end is fixed to the movable plate 216 via an insulating support part 224 formed on the intermediate insulating layer 204. Both ends of the fixed plate 220 are fixed to the upper support substrate 214. The fixed plate 220 is formed with a plurality of etching holes 226 for etching the intermediate insulating layer 204 interposed between the fixed plate 220 and the movable plate 216 in the manufacturing process of the sensor 210.

可動板２１６は、矩形の平板形状に形成されている。可動板２１６は、固定板２２０から間隙を隔てて、固定板２２０に対して略平行となるように、支持梁２１８によって支持されている。支持梁２１８は、Ｚ方向についての曲げ剛性およびせん断剛性が低くなるように、細長い形状に形成されている。従って、可動板２１６にＺ方向の慣性力が作用すると、支持梁２１８がＺ方向に撓んで、可動板２１６は固定板２２０に対してＺ方向に相対変位する。このときの支持梁２１８の撓み量は、可動板２１６に作用する慣性力の大きさに応じたものとなる。言い換えると、固定板２２０に対する可動板２１６の相対変位量は、可動板２１６に作用する加速度の大きさに応じたものとなる。従って、固定板２２０に対する可動板２１６の変位量を検出することで、センサ２１０に作用している加速度を検出することができる。 The movable plate 216 is formed in a rectangular flat plate shape. The movable plate 216 is supported by the support beam 218 so as to be substantially parallel to the fixed plate 220 with a gap from the fixed plate 220. The support beam 218 is formed in an elongated shape so that bending rigidity and shear rigidity in the Z direction are low. Therefore, when an inertia force in the Z direction acts on the movable plate 216, the support beam 218 is bent in the Z direction, and the movable plate 216 is relatively displaced in the Z direction with respect to the fixed plate 220. The amount of bending of the support beam 218 at this time depends on the magnitude of the inertial force acting on the movable plate 216. In other words, the relative displacement amount of the movable plate 216 with respect to the fixed plate 220 corresponds to the magnitude of acceleration acting on the movable plate 216. Therefore, the acceleration acting on the sensor 210 can be detected by detecting the amount of displacement of the movable plate 216 relative to the fixed plate 220.

センサ２１０は、Ｚ方向検出部２２８を備えている。Ｚ方向検出部２２８は、固定電極としての役割を果たす固定板２２０と、可動電極としての役割を果たす可動板２１６から構成されている。固定板２２０と可動板２１６の間には、両者の対向面積と距離に応じた静電容量が構成される。固定板２２０に対して可動板２１６がＺ方向に変位すると、固定板２２０と可動板２１６の間の静電容量の大きさが変化する。この静電容量の変化を検出することで、可動板２１６の固定板２２０に対するＺ方向の変位量を検出することができる。 The sensor 210 includes a Z direction detection unit 228. The Z-direction detection unit 228 includes a fixed plate 220 that functions as a fixed electrode, and a movable plate 216 that functions as a movable electrode. Between the fixed plate 220 and the movable plate 216, a capacitance according to the facing area and distance between the two is formed. When the movable plate 216 is displaced in the Z direction with respect to the fixed plate 220, the capacitance between the fixed plate 220 and the movable plate 216 changes. By detecting this change in capacitance, the amount of displacement of the movable plate 216 with respect to the fixed plate 220 in the Z direction can be detected.

本実施例のセンサ２１０では、上側支持基板２１４と、支持梁２１８と、固定板２２０が、継ぎ目無く一体的に形成されている。従って、上側支持基板２１４と、支持梁２１８と、固定板２２０は、互いに同電位に保たれている。 In the sensor 210 of the present embodiment, the upper support substrate 214, the support beam 218, and the fixing plate 220 are integrally formed without a seam. Therefore, the upper support substrate 214, the support beam 218, and the fixing plate 220 are kept at the same potential.

センサ２１０は、上側支持基板２１４と導通する（すなわち固定板２２０と導通する）第１表面電極２３４ａと、可動板２１６と導通する第２表面電極２３４ｂを備えている。図示しない静電容量検出回路によって、これらの表面電極からの出力を検出し、図示しない演算回路で演算処理を行うことで、センサ２１０に作用するＺ方向の加速度を検出することができる。 The sensor 210 includes a first surface electrode 234a that is electrically connected to the upper support substrate 214 (that is, electrically connected to the fixed plate 220), and a second surface electrode 234b that is electrically connected to the movable plate 216. By detecting the output from these surface electrodes with a capacitance detection circuit (not shown) and performing calculation processing with a calculation circuit (not shown), acceleration in the Z direction acting on the sensor 210 can be detected.

センサ２１０には、酸化シリコンからなる下側絶縁層２３０と、ポリシリコンからなる保護層２３２が形成されている。本実施例では、下側絶縁層２３０は、中間絶縁層２０４と略同じ厚さとなるように形成されている。下側絶縁層２３０は、センサ２１０に存在する中間絶縁層２０４に対応する範囲に形成されている。本実施例では、センサ２１０を平面視したときに、中間絶縁層２０４が形成されている範囲と、下側絶縁層２３０が形成されている範囲が完全に重複している。 In the sensor 210, a lower insulating layer 230 made of silicon oxide and a protective layer 232 made of polysilicon are formed. In this embodiment, the lower insulating layer 230 is formed to have substantially the same thickness as the intermediate insulating layer 204. The lower insulating layer 230 is formed in a range corresponding to the intermediate insulating layer 204 existing in the sensor 210. In the present embodiment, when the sensor 210 is viewed in plan, the range where the intermediate insulating layer 204 is formed and the range where the lower insulating layer 230 is formed completely overlap.

可動板２１６は絶縁支持部２２４によって確実に支持梁２１８に接続される必要がある。このため、中間酸化膜２０４をエッチングし絶縁支持部２２４を形成する際に、側面からのアンダーカットがあることを考慮して、絶縁支持部２２４の面積は十分大きなものに形成される。この結果、絶縁支持部２２４によって可動板１６に反りを発生してしまうことが問題となる。しかしながら、本実施例のセンサ２１０では、下側絶縁層２３０が形成されていることによって、固定板２２０における反りの発生と、可動板２１６における反りの発生がそれぞれ抑制されている。これによって、固定板２２０と可動板２１６の間の距離が均一に保たれており、固定板２２０と可動板２１６により構成される静電容量のばらつきを抑制することができる。 The movable plate 216 needs to be securely connected to the support beam 218 by the insulating support portion 224. For this reason, when the intermediate support film 224 is etched to form the insulating support portion 224, the insulating support portion 224 is formed with a sufficiently large area in consideration of an undercut from the side surface. As a result, there is a problem that the movable plate 16 is warped by the insulating support portion 224. However, in the sensor 210 of the present embodiment, the lower insulating layer 230 is formed, so that the occurrence of warpage in the fixed plate 220 and the occurrence of warpage in the movable plate 216 are suppressed. As a result, the distance between the fixed plate 220 and the movable plate 216 is kept uniform, and variations in the capacitance formed by the fixed plate 220 and the movable plate 216 can be suppressed.

（実施例４）
図１４および図１５に示すように、本実施例のセンサ３１０は、不純物を添加した単結晶シリコンからなる下側導電層３０２と、酸化シリコンからなる中間絶縁層３０４と、不純物を添加した単結晶シリコンからなる上側導電層３０６の積層構造を有する基板３０８に形成されている。基板３０８では、上側導電層３０６は下側導電層３０２よりも薄く形成されている。 Example 4
As shown in FIGS. 14 and 15, the sensor 310 of this example includes a lower conductive layer 302 made of single crystal silicon doped with impurities, an intermediate insulating layer 304 made of silicon oxide, and a single crystal doped with impurities. It is formed on a substrate 308 having a laminated structure of an upper conductive layer 306 made of silicon. In the substrate 308, the upper conductive layer 306 is formed thinner than the lower conductive layer 302.

本実施例のセンサ３１０は、上側支持基板３１２と、下側支持基板３１４と、可動板３１６と、支持梁３１８と、固定板３２０と、支持板３２２を備えている。下側支持基板３１４と、固定板３２０は、下側導電層３０２に形成されている。上側支持基板３１２と、可動板３１６と、支持梁３１８と、支持板３２２は、上側導電層３０６に形成されている。上側支持基板３１２は、矩形の枠形状に形成されている。上側支持基板３１２は、中間絶縁層３０４に形成された絶縁支持部３２４を介して、下側支持基板３１４に対して固定されている。絶縁支持部３２４は、上側支持基板３１２と同様に、矩形の枠形状に形成されている。支持板３２２は、上側支持基板３１２から内側に向けて伸びている。固定板３２０は、中間絶縁層３０４に形成された絶縁固定部３２６を介して、支持板３２２に対して固定されている。支持梁３１８は可動板３１６と上側支持基板３１２の間を連結している。 The sensor 310 of this embodiment includes an upper support substrate 312, a lower support substrate 314, a movable plate 316, a support beam 318, a fixed plate 320, and a support plate 322. The lower support substrate 314 and the fixing plate 320 are formed on the lower conductive layer 302. The upper support substrate 312, the movable plate 316, the support beam 318, and the support plate 322 are formed in the upper conductive layer 306. The upper support substrate 312 is formed in a rectangular frame shape. The upper support substrate 312 is fixed to the lower support substrate 314 via an insulating support portion 324 formed in the intermediate insulating layer 304. The insulating support portion 324 is formed in a rectangular frame shape like the upper support substrate 312. The support plate 322 extends inward from the upper support substrate 312. The fixing plate 320 is fixed to the support plate 322 via an insulating fixing portion 326 formed in the intermediate insulating layer 304. The support beam 318 connects the movable plate 316 and the upper support substrate 312.

可動板３１６は、矩形の平板形状に形成されている。可動板３１６は、固定板３２０から間隙を隔てて、固定板３２０に対して略平行となるように、支持梁３１８によって支持されている。支持梁３１８は、Ｚ方向についての曲げ剛性およびせん断剛性が低くなるように、細長い形状に形成されている。従って、可動板３１６にＺ方向の慣性力が作用すると、支持梁３１８がＺ方向に撓んで、可動板３１６は固定板３２０に対してＺ方向に相対変位する。このときの支持梁３１８の撓み量は、可動板３１６に作用する慣性力の大きさに応じたものとなる。言い換えると、固定板３２０に対する可動板３１６の相対変位量は、可動板３１６に作用する加速度の大きさに応じたものとなる。従って、固定板３２０に対する可動板３１６の変位量を検出することで、センサ３１０に作用している加速度を検出することができる。なお、可動板３１６には、センサ３１０の製造プロセスにおいて、可動板３１６と固定板３２０の間に介在する中間絶縁層３０４をエッチングするための、複数のエッチングホール３２８が形成されている。 The movable plate 316 is formed in a rectangular flat plate shape. The movable plate 316 is supported by the support beam 318 so as to be substantially parallel to the fixed plate 320 with a gap from the fixed plate 320. The support beam 318 is formed in an elongated shape so that bending rigidity and shear rigidity in the Z direction are low. Therefore, when an inertia force in the Z direction acts on the movable plate 316, the support beam 318 is bent in the Z direction, and the movable plate 316 is relatively displaced with respect to the fixed plate 320 in the Z direction. The amount of bending of the support beam 318 at this time depends on the magnitude of the inertial force acting on the movable plate 316. In other words, the relative displacement amount of the movable plate 316 with respect to the fixed plate 320 is in accordance with the magnitude of acceleration acting on the movable plate 316. Therefore, by detecting the amount of displacement of the movable plate 316 with respect to the fixed plate 320, the acceleration acting on the sensor 310 can be detected. The movable plate 316 is formed with a plurality of etching holes 328 for etching the intermediate insulating layer 304 interposed between the movable plate 316 and the fixed plate 320 in the manufacturing process of the sensor 310.

センサ３１０は、Ｚ方向検出部３３４を備えている。Ｚ方向検出部３３４は、固定電極としての役割を果たす固定板３２０と、可動電極としての役割を果たす可動板３１６から構成されている。固定板３２０と可動板３１６の間には、両者の対向面積と距離に応じた静電容量が構成される。固定板３２０に対して可動板３１６がＺ方向に変位すると、固定板３２０と可動板３１６の間の静電容量の大きさが変化する。この静電容量の変化を検出することで、可動板３１６の固定板３２０に対するＺ方向の変位量を検出することができる。 The sensor 310 includes a Z direction detection unit 334. The Z-direction detection unit 334 includes a fixed plate 320 that serves as a fixed electrode, and a movable plate 316 that serves as a movable electrode. Between the fixed plate 320 and the movable plate 316, a capacitance according to the facing area and distance between the two is formed. When the movable plate 316 is displaced in the Z direction with respect to the fixed plate 320, the capacitance between the fixed plate 320 and the movable plate 316 changes. By detecting this change in capacitance, the amount of displacement of the movable plate 316 in the Z direction with respect to the fixed plate 320 can be detected.

本実施例のセンサ３１０では、上側支持基板３１２と、可動板３１６と、支持梁３１８と、支持板３２２が、継ぎ目無く一体的に形成されている。従って、上側支持基板３１２と、可動板３１６と、支持梁３１８と、支持板３２２は、互いに同電位に保たれている。 In the sensor 310 of this embodiment, the upper support substrate 312, the movable plate 316, the support beam 318, and the support plate 322 are integrally formed without a seam. Accordingly, the upper support substrate 312, the movable plate 316, the support beam 318, and the support plate 322 are kept at the same potential.

センサ３１０は、上側支持基板３１２と導通する（すなわち可動板３１６と導通する）第１表面電極３３６ａと、固定板３２０と導通する第２表面電極３３６ｂを備えている。図示しない静電容量検出回路によって、これらの表面電極からの出力を検出し、図示しない演算回路で演算処理を行うことで、センサ３１０に作用するＺ方向の加速度を検出することができる。 The sensor 310 includes a first surface electrode 336 a that is electrically connected to the upper support substrate 312 (that is, electrically connected to the movable plate 316), and a second surface electrode 336 b that is electrically connected to the fixed plate 320. By detecting outputs from these surface electrodes by a capacitance detection circuit (not shown) and performing calculation processing by a calculation circuit (not shown), the acceleration in the Z direction acting on the sensor 310 can be detected.

センサ３１０には、下側絶縁層３３０と、保護層３３２が形成されている。本実施例では、下側絶縁層３３０は、中間絶縁層３０４と略同じ厚さとなるように形成されている。下側絶縁層３３０は、センサ３１０に存在する中間絶縁層３０４に対応する範囲に形成されている。本実施例では、センサ３１０を平面視したときに、中間絶縁層３０４が形成されている範囲と、下側絶縁層３３０が形成されている範囲が完全に重複している。本実施例のセンサ３１０では、下側絶縁層３３０が形成されていることによって、固定板３２０における反りの発生と、可動板３１６における反りの発生がそれぞれ抑制されている。これによって、固定板３２０と可動板３１６の間の距離が均一に保たれており、固定板３２０と可動板３１６により構成される静電容量のばらつきを抑制することができる。 In the sensor 310, a lower insulating layer 330 and a protective layer 332 are formed. In this embodiment, the lower insulating layer 330 is formed to have substantially the same thickness as the intermediate insulating layer 304. The lower insulating layer 330 is formed in a range corresponding to the intermediate insulating layer 304 existing in the sensor 310. In the present embodiment, when the sensor 310 is viewed in plan, the range in which the intermediate insulating layer 304 is formed and the range in which the lower insulating layer 330 are formed completely overlap. In the sensor 310 of the present embodiment, the occurrence of warpage in the fixed plate 320 and the occurrence of warpage in the movable plate 316 are suppressed by forming the lower insulating layer 330, respectively. As a result, the distance between the fixed plate 320 and the movable plate 316 is kept uniform, and variations in the capacitance formed by the fixed plate 320 and the movable plate 316 can be suppressed.

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。 As mentioned above, although the Example of this invention was described in detail, these are only illustrations and do not limit a claim. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.

２下側導電層；４中間絶縁層；６上側導電層；８基板；１０センサ；１２下側支持基板；１４可動板；１６支持梁；１８上側支持基板；２０絶縁支持部；２２Ｚ方向検出部；２４ａ第１表面電極；２４ｂ第２表面電極；２６静電容量検出回路；２８エッチングホール；３０下側絶縁層；３２保護層；５０ＳＯＩウェハ；５２フォトレジスト；５４フォトレジスト；１０２下側導電層；１０４中間絶縁層；１０６上側導電層；１０８基板；１１０センサ；１１２支持基板；１１４可撓板；１１６絶縁支持部；１１８エッチングホール；１２０Ｚ方向検出部；１２２ａ第１表面電極；１２２ｂ第２表面電極；１３０下側絶縁層；１３２保護層；２０２下側導電層；２０４中間絶縁層；２０６上側導電層；２０８基板；２１０センサ；２１２下側支持基板；２１４上側支持基板；２１６可動板；２１８支持梁；２２０固定板；２２２絶縁支持部；２２４絶縁支持部；２２６エッチングホール；２２８Ｚ方向検出部；２３０下側絶縁層；２３２保護層；２３４ａ第１表面電極；２３４ｂ第２表面電極；３０２下側導電層；３０４中間絶縁層；３０６上側導電層；３０８基板；３１０センサ；３１２上側支持基板；３１４下側支持基板；３１６可動板；３１８支持梁；３２０固定板；３２２支持板；３２４絶縁支持部；３２６絶縁固定部；３２８エッチングホール；３３０下側絶縁層；３３２保護層；３３４Ｚ方向検出部；３３６ａ第１表面電極；３３６ｂ第２表面電極 2 Lower conductive layer; 4 Intermediate insulating layer; 6 Upper conductive layer; 8 Substrate; 10 Sensor; 12 Lower support substrate; 14 Movable plate; 16 Support beam; 18 Upper support substrate; 20 Insulating support portion; Part: 24a first surface electrode; 24b second surface electrode; 26 capacitance detection circuit; 28 etching hole; 30 lower insulating layer; 32 protective layer; 50 SOI wafer; 52 photoresist; 54 photoresist; 104 intermediate insulating layer; 106 upper conductive layer; 108 substrate; 110 sensor; 112 supporting substrate; 114 flexible plate; 116 insulating support; 118 etching hole; 120 Z-direction detecting portion; 122a first surface electrode; Second surface electrode; 130 lower insulating layer; 132 protective layer; 202 lower conductive layer; 204 intermediate insulating layer; 206 208 substrate; 210 sensor; 212 lower support substrate; 214 upper support substrate; 216 movable plate; 218 support beam; 220 fixed plate; 222 insulation support portion; 224 insulation support portion; 226 etching hole; 230 Lower insulating layer; 232 Protective layer; 234a First surface electrode; 234b Second surface electrode; 302 Lower conductive layer; 304 Intermediate insulating layer; 306 Upper conductive layer; 308 Substrate; 310 Sensor; Substrate; 314 Lower support substrate; 316 Movable plate; 318 Support beam; 320 Fixed plate; 322 Support plate; 324 Insulation support portion; 326 Insulation fixing portion; 328 Etching hole; 330 Lower insulating layer; 332 Protection layer; Direction detection unit; 336a first surface electrode; 336b second surface electrode

Claims

基板と、基板に対して相対的に移動可能な可動部を備えるＭＥＭＳデバイスであって、
下側導電層、中間絶縁層および上側導電層を備えており、
下側導電層が上側導電層より厚く形成されており、
下側導電層の外側に、反り防止層が形成されており、
反り防止層は、中間絶縁層に対応する範囲に形成されており、
反り防止層が中間絶縁層とほぼ同じ厚さで形成されており、
反り防止層の面積が中間絶縁層の面積より小さいことを特徴とするＭＥＭＳデバイス。 A MEMS device comprising a substrate and a movable part movable relative to the substrate,
A lower conductive layer, an intermediate insulating layer and an upper conductive layer;
The lower conductive layer is formed thicker than the upper conductive layer,
A warp prevention layer is formed outside the lower conductive layer,
The warp prevention layer is formed in a range corresponding to the intermediate insulating layer ,
The warp prevention layer is formed with almost the same thickness as the intermediate insulating layer,
A MEMS device, wherein an area of a warp preventing layer is smaller than an area of an intermediate insulating layer .

反り防止層が複数の部位に分割されている請求項１のＭＥＭＳデバイス。The MEMS device according to claim 1, wherein the warpage preventing layer is divided into a plurality of portions.

反り防止層が可動部の直下に対応する部位以外の範囲に形成されている請求項１または２のＭＥＭＳデバイス。The MEMS device according to claim 1 or 2, wherein the warpage preventing layer is formed in a range other than a portion corresponding to a position directly below the movable portion.

上方から平面視したときに、反り防止層が可動部を取り囲む範囲に形成されている請求項１から３の何れか一項のＭＥＭＳデバイス。The MEMS device according to any one of claims 1 to 3, wherein the warp preventing layer is formed in a range surrounding the movable part when viewed from above.