JP2010155299A - Mems sensor and manufacturing method of mems sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)センサおよびMEMSセンサの製造方法に関する。 The present invention relates to a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) sensor and a method for manufacturing the MEMS sensor.
従来、加速度センサ、振動ジャイロスコープなどの可撓部を備えるMEMSセンサが知られている(例えば特許文献1、2参照)。このようなMEMSセンサにおいては、特性のばらつきを抑えるために、可撓部の厚さの寸法精度を高める必要がある。
しかし、可撓部となる層の表面をCMP(Chemical Mechanical Polishing)によって後退させて可撓部の厚さを調整するとき、目標厚さにCMPの終点を制御することは容易でない。 However, when adjusting the thickness of the flexible portion by retreating the surface of the layer to be the flexible portion by CMP (Chemical Mechanical Polishing), it is not easy to control the end point of CMP to the target thickness.
本発明はこの問題を解決するために創作されたものであって、MEMSセンサの可撓部の厚さを均一化することを目的の1つとする。 The present invention has been created to solve this problem, and an object thereof is to make the thickness of the flexible portion of the MEMS sensor uniform.
(1)上記目的を達成するためのMEMSセンサは、支持部と、錘部と、前記支持部と前記錘部とを連結し前記錘部の運動にともなって変形する可撓部と、が形成されている積層構造体を備え、前記積層構造体は、前記可撓部を構成し下面が平坦である単結晶シリコン層と、前記単結晶シリコン層上に積層され前記単結晶シリコン層と異質のストッパ層と、を含み、前記ストッパ層の下面と前記単結晶シリコン層の下面とは同一平面に含まれるか、前記ストッパ層の下面は前記単結晶シリコン層の下面から突出している。 (1) A MEMS sensor for achieving the above object includes a support part, a weight part, and a flexible part that connects the support part and the weight part and deforms as the weight part moves. The laminated structure includes a single crystal silicon layer that forms the flexible portion and has a flat bottom surface, and is laminated on the single crystal silicon layer and is different from the single crystal silicon layer. And the lower surface of the stopper layer and the lower surface of the single crystal silicon layer are included in the same plane, or the lower surface of the stopper layer protrudes from the lower surface of the single crystal silicon layer.
本発明によると、可撓部を構成する単結晶シリコン層上に単結晶シリコン層と異質のストッパ層が積層されている。ここで異質とは、少なくともエッチングまたはCMPによって表層を除去するときに他の層に対して除去される速度が遅く、他の層を選択的に除去することが可能な性質をいうものとする。そして単結晶シリコン層と異質のストッパ層の下面と単結晶シリコン層の下面が同一平面に含まれるか、ストッパ層の下面が単結晶シリコン層の下面からわずかに突出している構成であれば、次のようにして単結晶シリコン層の厚さを調整できる。まず単結晶シリコンウエハの上面に予め決められた深さの凹部をエッチングによって形成する。そして、凹部内に単結晶シリコンウエハとは異質のストッパ層を積層する。さらに単結晶シリコンウエハの下面を少なくともストッパ層が露出するまで後退させると、可撓部の厚さを調整することができる。ストッパ層が積層される凹部の深さはエッチングによって正確に調整できる。そして単結晶シリコンウエハを下面から後退させるときにはストッパ層が露出する時点を基準にして終点制御できる。ストッパ層が露出した時点で下面の後退処理を終了させれば、ストッパ層の下面と単結晶シリコン層の下面が同一平面に含まれる厚さに単結晶シリコン層の厚さが調整される。ストッパ層が露出した時点から所定時間経過後に下面の後退処理を終了させれば、ストッパ層の下面が単結晶シリコン層の下面から突出する。すなわち、本発明の構成を備えるMEMSセンサは、可撓部の厚さを正確に調整できるため、可撓部の厚さを均一化できる。ストッパ層が露出した時点からさらに単結晶シリコン層の下面を後退させる場合には、単結晶シリコン層の厚さを公差範囲で調整できる範囲においてストッパ層が露出した時点からさらに単結晶シリコン層の下面を後退させる時間を短く設定すればよい。なお、本明細書において、ある層に関する上下の面は、その層を下地として積層される他の層との界面を上面とし上面の裏に相当する界面を下面として記載される。 According to the present invention, the stopper layer different from the single crystal silicon layer is laminated on the single crystal silicon layer constituting the flexible portion. Here, the term “heterogeneity” refers to the property that when the surface layer is removed at least by etching or CMP, the removal rate is low with respect to other layers, and the other layers can be selectively removed. If the bottom surface of the stopper layer, which is different from the single crystal silicon layer, and the bottom surface of the single crystal silicon layer are included in the same plane, or if the bottom surface of the stopper layer slightly protrudes from the bottom surface of the single crystal silicon layer, Thus, the thickness of the single crystal silicon layer can be adjusted. First, a recess having a predetermined depth is formed on the upper surface of the single crystal silicon wafer by etching. Then, a stopper layer different from the single crystal silicon wafer is stacked in the recess. Further, when the lower surface of the single crystal silicon wafer is retracted until at least the stopper layer is exposed, the thickness of the flexible portion can be adjusted. The depth of the recess in which the stopper layer is laminated can be accurately adjusted by etching. When the single crystal silicon wafer is retracted from the lower surface, the end point can be controlled based on the time when the stopper layer is exposed. If the back surface retreating process is terminated when the stopper layer is exposed, the thickness of the single crystal silicon layer is adjusted so that the lower surface of the stopper layer and the lower surface of the single crystal silicon layer are included in the same plane. If the lower surface receding process is terminated after a lapse of a predetermined time from the time when the stopper layer is exposed, the lower surface of the stopper layer protrudes from the lower surface of the single crystal silicon layer. That is, the MEMS sensor having the configuration of the present invention can accurately adjust the thickness of the flexible portion, so that the thickness of the flexible portion can be made uniform. When the lower surface of the single crystal silicon layer is further retracted from the time when the stopper layer is exposed, the lower surface of the single crystal silicon layer is further increased from the time when the stopper layer is exposed within a range in which the thickness of the single crystal silicon layer can be adjusted within a tolerance range. What is necessary is just to set the time which reverse | retreats short. In this specification, the upper and lower surfaces related to a certain layer are described with the interface corresponding to the other layer laminated with that layer as the base and the interface corresponding to the back of the top as the bottom.
(2)上記目的を達成するためのMEMSセンサにおいて、前記ストッパ層は前記錘部の運動にともなって変形しない領域にあってもよい。
本発明によると、可撓部に要求される弾性率などの機械特性とは無関係にストッパ層の材質を選定できる。
(2) In the MEMS sensor for achieving the above object, the stopper layer may be in a region that is not deformed with the movement of the weight portion.
According to the present invention, the material of the stopper layer can be selected regardless of mechanical properties such as elastic modulus required for the flexible portion.
(3)上記目的を達成するためのMEMSセンサにおいて、前記支持部が接着層を介して接着されるパッケージをさらに備え、前記ストッパ層の下面は、前記支持部の前記パッケージに接着される面において前記単結晶シリコン層の下面から突出していてもよい。
本発明によると、単結晶シリコン層の下面からわずかに突出しているストッパ層の部分が支持部とパッケージとを接着する際にスペーサとして機能する。したがって本発明によると支持部とパッケージとを結合する接着層の厚さが均一なMEMSセンサを実現することができる。
(3) In the MEMS sensor for achieving the above object, the MEMS sensor further includes a package to which the support portion is bonded via an adhesive layer, and a lower surface of the stopper layer is a surface bonded to the package of the support portion. The single crystal silicon layer may protrude from the lower surface.
According to the present invention, the portion of the stopper layer that slightly protrudes from the lower surface of the single crystal silicon layer functions as a spacer when bonding the support portion and the package. Therefore, according to the present invention, it is possible to realize a MEMS sensor in which the thickness of the adhesive layer that joins the support portion and the package is uniform.
(4)上記目的を達成するためのMEMSセンサにおいて、前記ストッパ層は導電性を有する貫通電極を構成していてもよい。
ストッパ層に貫通電極の機能を付与することによって、MEMSセンサの小型化が可能になる。
(5)上記目的を達成するためのMEMSセンサにおいて、前記単結晶シリコン層と前記ストッパ層との間にサイドウォールが形成されていてもよい。
本発明によると、ストッパ層におけるボイドの発生を防止できる。
(4) In the MEMS sensor for achieving the above object, the stopper layer may constitute a conductive through electrode.
By providing the stopper layer with the function of the through electrode, the MEMS sensor can be miniaturized.
(5) In the MEMS sensor for achieving the above object, a sidewall may be formed between the single crystal silicon layer and the stopper layer.
According to the present invention, generation of voids in the stopper layer can be prevented.
(6)上記目的を達成するためのMEMSセンサの製造方法は、支持部と、錘部と、前記支持部と前記錘部とを連結し前記錘部の運動にともなって変形する可撓部とが形成されている積層構造体を備えるMEMSの製造方法であって、前記可撓部となる単結晶シリコンウエハの上面に予め決められた深さの凹部をエッチングによって形成し、前記凹部内に前記単結晶シリコンウエハとは異質のストッパ層を積層し、前記単結晶シリコンウエハの下面を少なくとも前記ストッパ層が露出するまで後退させることによって前記可撓部の厚さを調整する、ことを含む。 (6) A MEMS sensor manufacturing method for achieving the above object includes a support part, a weight part, a flexible part that connects the support part and the weight part and deforms as the weight part moves. A method of manufacturing a MEMS including a laminated structure in which a recess having a predetermined depth is formed by etching on an upper surface of a single crystal silicon wafer serving as the flexible portion, and the recess is formed in the recess. The method includes stacking a stopper layer that is different from a single crystal silicon wafer and adjusting the thickness of the flexible portion by retracting at least the lower surface of the single crystal silicon wafer until the stopper layer is exposed.
本発明によると、可撓部となる単結晶シリコンウエハを下面から後退させるときにはストッパ層が露出する時点を基準にして終点制御できる。このため、本発明によると、可撓部の厚さが均一なMEMSセンサを製造できる。 According to the present invention, when the single crystal silicon wafer serving as the flexible portion is retracted from the lower surface, the end point can be controlled with reference to the time when the stopper layer is exposed. Therefore, according to the present invention, a MEMS sensor with a uniform thickness of the flexible portion can be manufactured.
(7)上記目的を達成するためのMEMSセンサの製造方法において、前記単結晶シリコンウエハの上面の前記錘部の運動にともなって変形しない領域に前記凹部を形成してもよい。
本発明によると、可撓部に要求される弾性率などの機械特性とは無関係にストッパ層の材質を選定できる。
(7) In the MEMS sensor manufacturing method for achieving the above object, the concave portion may be formed in a region of the upper surface of the single crystal silicon wafer that is not deformed with the movement of the weight portion.
According to the present invention, the material of the stopper layer can be selected regardless of mechanical properties such as elastic modulus required for the flexible portion.
(8)上記目的を達成するためのMEMSセンサの製造方法において、前記ストッパ層をエッチングによって除去することによって前記可撓部の側面を露出させてもよい。
本発明では、ストッパ層を完成状態において残存させても良いし、完成前に完全に除去しても良い。
(9)上記目的を達成するためのMEMセンサの製造方法において、前記凹部内にサイドウォールを形成し、前記サイドウォールを形成した後に前記ストッパ層を形成してもよい。。
本発明によると、ストッパ層におけるボイドの発生を防止できる。
(8) In the MEMS sensor manufacturing method for achieving the above object, the side surface of the flexible portion may be exposed by removing the stopper layer by etching.
In the present invention, the stopper layer may be left in a completed state or may be completely removed before completion.
(9) In the MEM sensor manufacturing method for achieving the above object, a sidewall may be formed in the recess, and the stopper layer may be formed after the sidewall is formed. .
According to the present invention, generation of voids in the stopper layer can be prevented.
(10)上記目的を達成するためのMEMSセンサの製造方法は、支持部と、錘部と、前記支持部と前記錘部とを連結し前記錘部の運動にともなって変形する可撓部とが形成されている積層構造体を備えるMEMSセンサの製造方法であって、単結晶シリコンウエハの平坦な上面に前記可撓部となるエピタキシャル結晶層を成長させ、前記エピタキシャル結晶層に通孔を形成し、前記通孔内に露出した前記単結晶シリコンウエハの表面に前記単結晶シリコンウエハと異質のストッパ層を形成し、前記単結晶シリコンウエハの下面を前記ストッパ層が露出するまで後退させることによって前記可撓部の厚さを調整する。 (10) A MEMS sensor manufacturing method for achieving the above object includes a support portion, a weight portion, a flexible portion that connects the support portion and the weight portion and deforms as the weight portion moves. A method for manufacturing a MEMS sensor including a laminated structure in which an epitaxial crystal layer serving as the flexible portion is grown on a flat upper surface of a single crystal silicon wafer, and through holes are formed in the epitaxial crystal layer Forming a stopper layer different from the single crystal silicon wafer on the surface of the single crystal silicon wafer exposed in the through-hole, and retreating the lower surface of the single crystal silicon wafer until the stopper layer is exposed. The thickness of the flexible part is adjusted.
本発明において、単結晶シリコンウエハの下面を後退させるときに可撓部となるエピタキシャル結晶層自体をストッパとして用いると終点の精度を高めることが困難である。そこでエピタキシャル結晶層の下地として用いられる単結晶シリコンウエハと異質のストッパ層を、エピタキシャル結晶層に形成した通孔内において単結晶シリコンウエハの上面に積層する。すると、単結晶シリコンウエハを下面から後退させるときにはストッパ層が露出する時点を基準にして終点制御できる。このため、本発明によると、可撓部の厚さが均一なMEMSセンサを製造できる。 In the present invention, it is difficult to increase the accuracy of the end point if the epitaxial crystal layer itself that becomes the flexible portion is used as a stopper when the lower surface of the single crystal silicon wafer is retracted. Therefore, a stopper layer which is different from the single crystal silicon wafer used as the base of the epitaxial crystal layer is laminated on the upper surface of the single crystal silicon wafer in the through hole formed in the epitaxial crystal layer. Then, when the single crystal silicon wafer is retracted from the lower surface, the end point can be controlled based on the time when the stopper layer is exposed. Therefore, according to the present invention, a MEMS sensor with a uniform thickness of the flexible portion can be manufactured.
尚、請求項に記載された動作の順序は、技術的な阻害要因がない限りにおいて記載順に限定されず、同時に実行されても良いし、記載順の逆順に実行されても良いし、連続した順序で実行されなくても良い。 The order of the operations described in the claims is not limited to the order of description as long as there is no technical obstruction factor, and may be executed at the same time, may be executed in the reverse order of the description order, or may be continuous. It does not have to be executed in order.
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら説明する。尚、各図において対応する構成要素には同一の符号が付され、重複する説明は省略される。
1.第一実施形態
(構成)
本発明のMEMSセンサの第一実施形態である加速度センサを図1および図2に示す。図1A、図1Bは加速度センサのセンサダイ1Aを示す断面図であってそれぞれ図1Cに示すAA線、BB線の断面図である。図1Cはセンサダイ1Aの上面図である。図2は加速度センサ1を示す断面図である。図1A、図1Bおよび図2において、センサダイ1Aを構成する層の界面は破線で示し、センサダイ1Aを構成する機能要素の境界は実線で示している。なお、図1Cにおいては錘層60を透視した状態でセンサダイ1Aを示している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the corresponding component in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
1. First embodiment (Configuration)
The acceleration sensor which is 1st embodiment of the MEMS sensor of this invention is shown in FIG. 1 and FIG. 1A and 1B are sectional views showing a
加速度センサ1は互いに直交する3軸の加速度成分を検出するためのMEMSセンサである。加速度センサ1は、図2に示すパッケージ1Bと、パッケージ1Bに収容されたセンサダイ1Aとを備える。
The
センサダイ1Aは、単結晶シリコン層10と、第一絶縁層20と、ストッパ層30と、第二絶縁層40と、表面導線層50と、接着層61と、錘層60とからなる積層構造体である。単結晶シリコン層10の厚さは19.5μmである。第一絶縁層20および第二絶縁層40はシリコン酸化膜(SiO2)からなる。第一絶縁層20および第二絶縁層40の厚さはそれぞれ0.5μmである。ストッパ層30は単結晶シリコン層10と第一絶縁層20とを貫通している。ストッパ層30はシリコン窒化膜(SixNy)からなる。表面導線層50はアルミニウム(Al)からなる。表面導線層50の厚さは0.3μmである。接着層61は感光性ポリイミドからなる。接着層61の厚さは10μmである。錘層60はガラスからなる。錘層60の厚さは400μmである。
The sensor die 1A is a laminated structure including a single
加速度センサ1のセンサダイ1Aは、枠形の支持部Sと、支持部Sの内側に4カ所の端が結合している十字形の可撓部Fと、可撓部Fの中央部に結合している錘部Mと、可撓部Fに設けられた検出手段としてのピエゾ抵抗素子131とを備える。
The sensor die 1 </ b> A of the
支持部Sは図1Cに示すように矩形枠の形態を有する。支持部Sは単結晶シリコン層10、第一絶縁層20、ストッパ層30および第二絶縁層40を含む。支持部Sは下面がパッケージ1Bに固定されるため、実質的に剛体として振る舞う。支持部Sにおいてストッパ層30が単結晶シリコン層10と第一絶縁層20とを貫通している。
The support portion S has a rectangular frame shape as shown in FIG. 1C. The support portion S includes a single
十字形の可撓部Fは両端固定の2つの梁がそれぞれの中央部において互いに結合された形態を有する。可撓部Fの上面と下面は平坦である。したがって可撓部Fの厚さは一定である。可撓部Fは単結晶シリコン層10と第一絶縁層20とストッパ層30と第二絶縁層40とを含む。可撓部Fの中央部においてストッパ層30が単結晶シリコン層10と第一絶縁層20とを貫通している。可撓部Fにおいてストッパ層30は錘部Mと接着されている領域にある。
The cross-shaped flexible portion F has a form in which two beams fixed at both ends are coupled to each other at the center. The upper surface and the lower surface of the flexible part F are flat. Therefore, the thickness of the flexible part F is constant. The flexible portion F includes a single
可撓部Fは、可撓性を有する膜として振る舞う。可撓部Fの4カ所の端は支持部Sの内側の4辺に結合している。支持部Sは剛体として振る舞うため、加速度センサ1に固定された座標系において可撓部Fの端は固定端となる。錘部Mは可撓部Fにのみ結合し、図2に示すようにパッケージ1Bの底面90aから浮いているため、可撓部Fは加速度センサ1に固定された座標系において錘部Mとともに運動する。すなわち可撓部Fは錘部Mの運動にともなって変形する。ただし、可撓部Fの錘部Mと接着されている領域(積層方向において接着層61と重なっている領域)は錘部Mの運動にともなって変形しない。可撓部Fの錘部Mと接着されている領域にストッパ層30が位置するため、ストッパ層30の弾性率、靱性等の機械的性質は可撓部Fの機械的特性に対して実質的に影響を与えない。
The flexible part F behaves as a flexible film. The four ends of the flexible portion F are coupled to the four sides inside the support portion S. Since the support portion S behaves as a rigid body, the end of the flexible portion F is a fixed end in the coordinate system fixed to the
可撓部Fの厚さは単結晶シリコン層10の厚さと第一絶縁層20の厚さと第二絶縁層40の厚さの合計である。単結晶シリコン層10と第一絶縁層20とにはストッパ層30によって埋められている通孔が形成されている。ストッパ層30の上面すなわちストッパ層30の第一絶縁層20との界面は、第一絶縁層20の上面すなわち第一絶縁層20の第二絶縁層40との界面と平坦に連続している。またストッパ層30の下面は、単結晶シリコン層10の下面と平坦に連続している。したがって単結晶シリコン層10の厚さと第一絶縁層20の厚さの合計はそれらを貫通しているストッパ層30の厚さに等しい。これはCMP(Chemical Mechanical Polishing)により可撓部Fの厚さを調整する工程においてストッパ層30が露出する時点にCMPの終点を定めた結果である。
The thickness of the flexible portion F is the sum of the thickness of the single
すなわちストッパ層30は、後述するように可撓部Fを構成している単結晶シリコン層10の厚さをCMPによって正確に調整するための終点制御に用いられる。したがってストッパ層30は単結晶シリコン層10とは異質である必要がある。具体的には、単結晶シリコン層10の下面を後退させるときに、単結晶シリコン10のみを処理しているときと単結晶シリコン層10とストッパ層30とを同時に処理しているときとでは異質の反応が起こることが必要である。ここでいう異質の反応とは、例えば処理条件一定のもとで加工面の後退速度が低下したり、ポリシングヘッドの回転トルクが変化したり、徐々に後退していく加工面の反射光が変化したり、加工面と反応している液体やガスの透過光又は反射光のスペクトルが変化したりすることである。また例えば、単結晶シリコンに対する選択比が十分小さい物質をストッパ層30に用いれば、ストッパ層30が露出した時点でCMPによる単結晶シリコン層10の下面の後退速度が落ちるため、CMPの進行中に起こる異質の反応を検出せずに時間によって終点制御するだけであったとしても、ストッパ層30を用いない場合に比べれば単結晶シリコン層10の厚さを正確に調整することができる。要するに、異質の反応を検出するか否かは別としても、単結晶シリコン層10の下面を後退させるときに、単結晶シリコン10のみを処理しているときとは異質の反応が起こる物質をストッパ層30の材質として選択すればよい。適切な選択対象物質は単結晶シリコン層10の下面をCMP、エッチング、研磨、研削のいずれによって後退させるか、あるいは、CMPにおいてどのようなスラリーや処理液を用いるかによって選択しなければならない。
That is, the
単結晶シリコン層10の厚さを調整する目的からすれば、ストッパ層30によって埋める通孔を単結晶シリコン層10のどの部分に形成してもよいし、どのようなパターンにしてもよい。ただし、錘部Mの運動に伴って変形する領域にストッパ層30を配置する場合には、ストッパ層30の機械的性質が可撓部Fの機械的性質に影響する。したがって錘部Mの運動に伴って変形しない領域にストッパ層30を配置することが好ましい。また、錘部Mの運動に伴って変形しない領域にストッパ層30を配置するとしても、熱応力を緩和するためにはストッパ層30のパターンは小さくすることが好ましい。また本実施形態では、可撓部Fと支持部Sの両方にストッパ層30を配置しているが、いずれか一方にのみ配置しても良い。
For the purpose of adjusting the thickness of the single
錘部Mは、図1Cに示すように外周が矩形である板の形態を有する。錘部Mは厚い錘層60からなるため実質的に剛体として振る舞う。錘部Mの上面と可撓部Fの上面との間には空隙Gが形成されている。空隙Gの高さ(錘部Mの上面と可撓部Fの上面との距離)に応じて接着層61に混入するビーズの直径が設定される。
As shown in FIG. 1C, the weight portion M has a plate shape whose outer periphery is rectangular. Since the weight portion M is composed of the
ピエゾ抵抗素子131は錘部Mの運動に伴う可撓部Fの変形を検出するための検出手段である。ピエゾ抵抗素子131は単結晶シリコン層10に形成された高抵抗部131aと低抵抗部131bとで構成されている。高抵抗部131aにはボロン(B)イオンが2×1018/cm3の濃度で拡散している。低抵抗部131bには、ボロンイオンが2×1020/cm3の濃度で拡散している。高抵抗部131aに比べて比抵抗が小さい低抵抗部131bは高抵抗部131aと表面導線層50との接続抵抗を低減する。ピエゾ抵抗素子131は第一絶縁層20と第二絶縁層40とに形成されたコンタクトホールを通じて表面導線層50に接続している。ピエゾ抵抗素子131は直線的に並ぶ4つを1組とする合計3組のホイーストンブリッジを構成するように結線される。互いに直交する3軸の加速度成分のそれぞれに対応する信号を各ホイーストンブリッジから得ることができる。
The
図2に示すパッケージ1Bは、無蓋箱型のベース90とベース90の内部空間を閉塞するカバー94とを備える。ベース90とカバー94とは接着層93を介して接合されている。ベース90には複数の貫通電極91が設けられている。ワイヤ95は一端がセンサダイ1Aの表面導線層50に接合され他端がパッケージ1Bの貫通電極91に接合される。センサダイ1Aの単結晶シリコン層10の下面によって構成されている支持部Sの下面はベース90の内側の底面90aに接着層92によって接着されている。底面90aに形成する凹部の深さや接着層92の厚さによってセンサダイ1Aの可撓部Fとベース90の内側の底面90aとの間の空隙の高さが設定されている。なお、パッケージ1Bの内部にセンサダイ1Aと接続されるLSIダイを収容してもよい。
A
(製造方法)
以下、図3から図17に基づいて加速度センサ1の製造方法を説明する。図3から図17の断面図は図13Bを除いて全て図1Cに示すAA線に対応する断面図である。図13Bは図1Cおよび図13Cに示すBB線に対応する断面図である。
(Production method)
Hereinafter, a method for manufacturing the
はじめに図3に示すように、単結晶シリコン層10となる単結晶シリコンウエハ10の表層にフォトレジストからなる保護膜R1を用いて不純物を導入することにより高抵抗部131aを形成する。不純物として、例えば2×1018/cm3の濃度でボロン(B)イオンを注入する。イオン注入後はアニールによる活性化が行われる。単結晶シリコンウエハ10の厚さは単結晶シリコン層10の最終的な厚さより厚ければ良い。
First, as shown in FIG. 3, the
次に図4に示すように単結晶シリコンウエハ10の表面に第一絶縁層20を形成する。第一絶縁層20として、例えば熱酸化またはCVDにより厚さ0.5μmの二酸化シリコンの膜を形成する。
Next, a first insulating
次に図5Aおよび図5Bに示すように、第一絶縁層20を貫通する孔20hをフォトレジストからなる保護膜R2を用いたエッチングによって形成する。孔20hのパターンはストッパ層30の完成状態のパターンに対応する。第一絶縁層20は例えば反応性イオンエッチングによって異方的にエッチングする。
Next, as shown in FIGS. 5A and 5B, a
次に図6に示すように、孔20hから露出している単結晶シリコン層10の領域に予め決められた完成状態の単結晶シリコン層10の厚さと等しい深さの凹部10hをエッチングによって形成する。その結果、孔20hが深さ方向に伸びる。単結晶シリコン層10は例えば反応性イオンエッチングによって異方的にエッチングする。本実施形態において、凹部10hの深さは19.5μmに設定される。
Next, as shown in FIG. 6, in the region of the single
次に孔20hから露出した単結晶シリコン層10の上面(すなわち凹部10hの底面)と第一絶縁層20の上面に、単結晶シリコン層10と異質の材料を堆積することにより、図7に示すように孔20hおよび凹部10hを完全に埋めるストッパ層30を形成する。ストッパ層30には単結晶シリコン層10に対するCMPの選択比を十分小さくできる材料(すなわち単結晶シリコン層10とともにストッパ層30が実質的に除去されない研磨液やスラリーを選択可能な材料)を用いる。ストッパ層30として、例えばCVD法によって厚さ15μmの窒化シリコンの膜を形成する。ストッパ層30として、窒化アルミニウム(AlxNy)、窒化チタン(TixNy)などの窒化物の膜を形成してもよいし、酸化シリコン(SiOx)、酸化アルミニウム(AlxOy)、酸化タンタル(TaOx)、酸化チタン(TiOx)などの酸化物の膜を形成してもよいし、タングステンシリサイド(WSix)、モリブデンシリサイド(MoSix)、チタンシリサイド(TiSix)等のシリサイド化合物の膜を形成してもよいし、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、金(Au)等の金属の膜を形成してもよい。
Next, a material different from that of the single
次に図8に示すようにエッチバックのための被膜R3をストッパ層30の表面に形成する。被膜R3の材料には、ストッパ層30とのエッチング選択比をほぼ1にできる材料を選択する。例えば、フォトレジスト、SOG(Spin On Glass)、ポリイミド等を塗布しベークすることにより表面が平坦な被膜R3を形成する。
Next, as shown in FIG. 8, a film R <b> 3 for etching back is formed on the surface of the
次に図9に示すように第一絶縁層20の上面とストッパ層30の上面とを平坦に連続させる。具体的には、被膜R3とストッパ層30のエッチング選択比がほぼ1:1の条件において、第一絶縁層20が露出するまでストッパ層30の表層を被膜R3もろともにエッチバックして除去する。その結果、ストッパ層30は孔20h、凹部10hの内部にのみ残存し、ストッパ層30の上面と第一絶縁層20の上面とが平坦に連続する。
Next, as shown in FIG. 9, the upper surface of the first insulating
次に第一絶縁層20とストッパ層30の上面に第二絶縁層40を形成する。第二絶縁層40として、例えばCVDにより二酸化シリコン(SiO2)の膜を形成する。第二絶縁層40としてPSG(Phospho Silicate Grass)、BPSG(Boro- Phospho Silicate Grass)、窒化シリコン(SixNy)などの膜を形成してもよい。なお、ストッパ層30を絶縁膜から構成する場合、第二絶縁層40は不要である。続いて図10に示すようにフォトレジストからなる保護膜R4を用いて第一絶縁層20および第二絶縁層40にコンタクトホールH3を形成し、高抵抗部131aを露出させる。コンタクトホールH3は、例えばCF4+H2又はCHF3ガスを用いた反応性イオンエッチングによって第一絶縁層20および第二絶縁層40を異方的にエッチングすることによって形成する。フッ酸(HF)または緩衝フッ酸(BHF)を用いたウエットエッチングによってコンタクトホールH3を形成してもよい。
Next, the second insulating
次に図11に示すようにコンタクトホールH3から露出している高抵抗部131aに不純物を導入することにより低抵抗部131bを形成する。不純物として、例えば2×1020/cm3の濃度でボロンイオンを注入する。イオン注入後はアニールによる活性化が行われる。
Next, as shown in FIG. 11, the
次に図12に示すように第二絶縁層40の表面に表面導線層50を形成し、フォトレジストからなる保護膜R5を用いて表面導線層50をエッチングすることによって所定パターンの導線およびボンディングパッドを構成する表面導線層50を形成する。表面導線層50として、例えばスパッタリングによって0.3μmの厚さのアルミニウム(Al)の膜を形成する。表面導線層50として銅やアルミシリコン(AlSi)の膜を形成してもよい。表面導線層50のパターンは、例えば塩素(Cl2)ガスを用いた反応性イオンエッチングにより形成する。ウエットエッチングによって表面導線層50のパターンを形成しても良い。
Next, as shown in FIG. 12, a surface
次に図13A、図13B、図13Cに示すように、フォトレジストからなる保護膜R6を用いて単結晶シリコン層10、第一絶縁層20および第二絶縁層40をエッチングすることにより可撓部Fのパターンを形成する。可撓部Fのパターンは、例えばCHF3ガスを用いた反応性イオンエッチングにより第一絶縁層20と第二絶縁層40をエッチングし、続いてCF4ガスおよびO2ガスを用いた反応性イオンエッチングにより単結晶シリコン層10をエッチングすることにより形成する。このとき、単結晶シリコン層10をエッチングする深さは単結晶シリコン層10の完成状態の厚さ以上に深ければよい。フッ酸や緩衝フッ酸を用いたウエットエッチングによって可撓部Fのパターンを形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 13A, FIG. 13B, and FIG. 13C, by etching the single
次に図14に示すように錘層60を加工する。すなわちまず図14Aに示すように錘層60となるウエハ60の上面に接着層61のパターンを形成する。具体的には厚さ400μmのガラスウエハの上面に厚さ10μmの感光性ポリイミドを塗布し、露光・現像によって所定形状にパターニングする。次に図14Aおよび図14Bに示すようにウエハ60に溝60hを形成することによって錘部Mの側面を形成する。すなわち錘部Mの側面となるように溝60hの側面の位置が設定される。具体的には例えばダイサーによって深さ200μmの溝60hを形成するハーフダイシングを実施する。
Next, the
次に図15に示すように、単結晶シリコン層10を含み可撓部F、ピエゾ抵抗素子131等の機能要素が形成されている積層構造体の上面(表面導線層50が形成されている面)とウエハ60の溝60hが形成された面とを接着層61によって結合する。例えば250℃で加熱しながら6インチウエハあたり2トンの荷重を印加することによって接着層61を介して2つのワークを結合する。
Next, as shown in FIG. 15, the upper surface (surface on which the surface
次に上述の工程によって形成された積層構造体Wの錘層60の下面を図16に示すように犠牲基板99に接着する。接着層98として、例えばワックス、フォトレジスト、両面粘着シート等を用いる。
Next, the lower surface of the
次に単結晶シリコン層10の下面を図17に示すようにストッパ層30が露出するまで研削、研磨およびCMPによって順次後退させることによって単結晶シリコン層10の厚さを調整する。このとき、単結晶シリコン層10とは異なる材質のストッパ層30をCMPの終点制御に用いることができる。具体的には単結晶シリコン層10から異質のストッパ層30の下面が露出したことを検出したときにCMPを停止することによって単結晶シリコン層10の厚さを調整することができるため、ストッパ層30が単結晶シリコン層10に埋め込まれている深さを基準にして正確に単結晶シリコン層10の厚さを調整することができる。本実施形態では、単結晶シリコン層10の厚さは、図6に示す工程において形成された凹部10hの深さである19.5μmに調整される。本工程において厚さが調整された単結晶シリコン層10と、第一絶縁層20と、第二絶縁層40を合計した厚さが可撓部Fの厚さになる。
Next, as shown in FIG. 17, the thickness of the single
次に、図18に示すようにウエハ60に形成されている溝60hに沿ってウエハ60を切断する。具体的にはダイサーの回転刃によってウエハ60を溝60hに沿って切断するフルダイシングを実施する。その結果、錘部Mがリリースされる。その後、ワークから接着層98を除去し、単結晶シリコン層10側のダイシング、パッケージング等の後工程を実施すると図1および図2に示す加速度センサ1が完成する。なお、単結晶シリコン層10の厚さを調整した後に、犠牲基板99を取り除き、ダイシング用のフィルムに積層構造体Wを再度仮接着しても良い。
Next, as shown in FIG. 18, the
以上説明した加速度センサ1の製造方法によると、可撓部Fとなる単結晶シリコン層10の厚さをCMPによって調整する際に単結晶シリコン層10と材質が異なるストッパ層30を終点制御に用いることができるため、可撓部Fの厚さを正確に調整することができる。このため、可撓部Fの厚さを均一化することができる。したがって特性のばらつきが小さい加速度センサ1を製造することができる。
According to the method for manufacturing the
2.第二実施形態
(構成)
本発明のMEMSセンサの第二実施形態である加速度センサ2を図19に示す。図19において、センサダイ2Aを構成する層の界面は破線で示し、センサダイ2Aを構成する機能要素の境界は実線で示している。図19に示すようにストッパ層32と単結晶シリコン層10との間にサイドウォール31を形成してもよい。サイドウォール31は第一絶縁層20の上面に向かって薄くなる形態を有している。サイドウォール31を追加することによってストッパ層32におけるボイドの発生を防止できる。サイドウォール31の内側を埋めているストッパ層32の下面は単結晶シリコン層10の下面と平坦に連続している。これはストッパ層32の下面を基準にして単結晶シリコン層10の厚みを調整した結果である。ストッパ層32の下面は錘層60に結合している。ストッパ層32の上面は第一絶縁層20の上面と平坦に連続している。センサダイ2Aの錘部Mを構成する錘層60は銅等の金属からなる。錘層60の厚さは100μmである。
2. Second embodiment (Configuration)
The acceleration sensor 2 which is 2nd embodiment of the MEMS sensor of this invention is shown in FIG. In FIG. 19, the interface of the layers constituting the
支持部Sは錘層60、単結晶シリコン層10および第一絶縁層20からなる。センサダイ2Aは錘層60の下面によって構成されている支持部Sの下面においてパッケージ1Bに接合されている。このため本実施形態においては錘部Mがパッケージ1Bの底面90aに対向している。
The support portion S includes the
(製造方法)
第一実施形態において説明した図6に対応する工程までを実施した後に、孔20hから露出した単結晶シリコン層10の上面(すなわち単結晶シリコン層10に形成された凹部10h)と第一絶縁層20の上面に、サイドウォール31となる材料を堆積することにより、図20に示すサイドウォール層31を形成する。例えばCVD法によって多結晶シリコン膜をサイドウォール層31として形成する。サイドウォール層31の材料としては、単結晶シリコン、シリコンゲルマニウム(SiGe)等の半導体、窒化シリコン、窒化アルミニウム、窒化チタンなどの窒化物、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化シリコンなどの酸化物、タングステンシリサイド(WSix)、モリブデンシリサイド(MoSix)、チタンシリサイド(TiSix)などのシリサイド化合物、タングステン(W)、パラジウム(Pd)、銅、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、銀(Au)などの金属を用いても良い。サイドウォール層31の厚さは孔20h、凹部10hを埋めない例えば0.5μmの厚さとする。サイドウォール層31の上面は孔20hの縁の近傍がなだらかな曲面となる。
(Production method)
After performing the process corresponding to FIG. 6 described in the first embodiment, the upper surface of the single
次に図21に示すようにサイドウォール層31の上面全体を、第一絶縁層20と単結晶シリコン層10とが露出し、さらに単結晶シリコン層10の凹部10hの底が所定深さエッチングされるまで異方的にエッチングするとともに、孔20h、凹部10hの内側にのみサイドウォール層31を残す。孔20h、凹部10hの内側に残ったサイドウォール層31がサイドウォール31となる。サイドウォール層31は例えばCF4ガスを用いた反応性イオンエッチングにより異方的にエッチングされる。本工程において単結晶シリコン層10をエッチングする深さは0.3μmとする。
Next, as shown in FIG. 21, the first insulating
次に図22に示すようにサイドウォール31と第一絶縁層20を覆うストッパ層32を形成し、孔20h、凹部10hを完全に埋める。このときサイドウォール31の上端が角のないなだらかな曲面であるためストッパ層32のボイドが生じにくい。したがって製造歩留まりが向上する。ストッパ層32として、例えばCVD法または減圧CVD法によって厚さ10μmの窒化シリコン膜を形成する。
Next, as shown in FIG. 22, a
次に第一実施形態において説明した図8、図9に対応する工程を実施し、ストッパ層32の表層を図23に示すように第一絶縁層20が露出するまで除去する。その結果、孔20h、凹部10hの内側にのみストッパ層32が残存するとともに、ストッパ層32の上面と第一絶縁層20の上面とが平坦に連続する。
Next, steps corresponding to FIGS. 8 and 9 described in the first embodiment are performed, and the surface layer of the
次に第一実施形態と同様にして低抵抗部131b、表面導線層50および可撓部Fを形成した後に、図24に示すように犠牲基板99に以上の工程によって形成された積層構造体Wを仮接着する。
Next, after forming the
次に図25に示すように単結晶シリコン層10の下面をストッパ層32が露出するまで研削、研磨およびCMPによって順次後退させることによって単結晶シリコン層10の厚さを調整する。このとき、単結晶シリコン層10とは異なる材質のストッパ層32をCMPの終点制御に用いることができるため、ストッパ層32が単結晶シリコン層10に埋め込まれている深さを基準にして正確に単結晶シリコン層10の厚さを調整することができる。本実施形態では第二絶縁層40を省略しているため、本工程において調整された単結晶シリコン層10の厚さと第一絶縁層20の厚さとを合計した厚さが可撓部Fの厚さになる。
Next, as shown in FIG. 25, the thickness of the single
次に図26に示すように錘部Mを形成するための型となる保護膜R7、R8を形成する。錘部Mと可撓部Fとの間に空隙Gを形成するために、型となる保護膜はR7、R8の二層構造とする。具体的には例えばネガ型のフォトレジストを単結晶シリコン層10の上面に塗布し、露光・現像することによって空隙Gと同じ厚さ(例えば30μm)の保護膜R7を形成する。次にネガ型のフォトレジストを保護膜R7および単結晶シリコン層10の上面に塗布し、露光・現像することによって錘部Mより厚い(例えば100μm以上)保護膜R8を形成する。
Next, as shown in FIG. 26, protective films R7 and R8, which serve as a mold for forming the weight M, are formed. In order to form a gap G between the weight part M and the flexible part F, the protective film serving as a mold has a two-layer structure of R7 and R8. Specifically, for example, a negative photoresist is applied to the upper surface of the single
次に図27に示すように保護膜R7、R8を型として用いて錘層60をめっきによって形成することによって錘部Mを形成する。例えば銅(Cu)の無電解めっきによって100μmの厚さの錘層60を形成する。スパッタリングによって厚さ300nmの銅膜をシード層として形成した後に電解めっきによって銅膜を成長させて錘層60を形成しても良い。また錘層60をめっきによって形成した後に研削、研磨またはCMPのいずれかによって錘層60の厚さを調整しても良い。
その後、ダイシング、パッケージング等の後工程を実施すると図19に示す加速度センサ2が完成する。
Next, as shown in FIG. 27, the weight portion M is formed by forming the
Then, when post-processes such as dicing and packaging are performed, the acceleration sensor 2 shown in FIG. 19 is completed.
3.第三実施形態
(構成)
本発明のMEMSセンサの第三実施形態である加速度センサ3を図28に示す。図28において、センサダイ3Aを構成する層の界面は破線で示し、センサダイ3Aを構成する機能要素の境界は実線で示している。本実施形態においては、ストッパ層32の下面が単結晶シリコン層10の下面から突出している。
3. Third Embodiment (Configuration)
The acceleration sensor 3 which is 3rd embodiment of the MEMS sensor of this invention is shown in FIG. In FIG. 28, the interfaces of the layers constituting the
図28Cに示すように、ストッパ層32の下面が可撓部Fにおいて単結晶シリコン層10の下面から突出しているため、可撓部Fとパッケージ1Bのベース90の内側の底面90aとが接触して固着するスティッキングを防止できる。またストッパ層32の下面が支持部Sの下面において突出しているため、支持部Sとパッケージ1Bのベース90とを結合している接着層92の厚さを均一にできる。すなわちストッパ層32がスペーサとして機能するため、錘部Mの下面とパッケージ1Bのベース90の内側の底面90aとの距離は、ストッパ層32の底面が支持部Sの底面において突出している高さによって正確に設定することができる。例えば接着層92の厚さを接着剤に混合するビーズで設定する場合には、ビーズの分布密度が安定しないため、接着層92の厚さが不均一になるが、本実施形態ではスペーサとしてビーズを用いる必要がなく、接着層92の厚さを均一にできる。支持部Sにおいてストッパ層32の下面を単結晶シリコン層10の下面から突出させる数は3以上に設定することが好ましい。
As shown in FIG. 28C, since the lower surface of the
めっきによって形成される金属からなる錘層60と表面導線層50との間には第三絶縁層70が形成されている。第三絶縁層70はシリコン酸化膜からなる。第三絶縁層70の厚さは800nmである。第三絶縁層70としてBSG、PSG、BPSG、シリコン窒化膜などを用いても良い。
A third insulating
(製造方法)
第二実施形態において説明した図23までの工程を実施した後に、図29に示すように第三絶縁層70を表面導線層50および第一絶縁層20の上面に形成し、保護膜R9を用いて第三絶縁層70をエッチングすることにより、表面導線層50のボンディングパッドの領域を露出させる。
(Production method)
After performing the steps up to FIG. 23 described in the second embodiment, as shown in FIG. 29, a third insulating
次に図30に示すように錘部Mを形成するための保護膜R7、R8を第三絶縁層70、表面導線層50および第一絶縁層20の上面に形成する。
Next, as shown in FIG. 30, protective films R <b> 7 and R <b> 8 for forming the weight portion M are formed on the upper surfaces of the third insulating
次に図31に示すように第二実施形態と同様に保護膜R7、R8を用いて錘層60をめっきによって形成する。
Next, as shown in FIG. 31, the
次に図32に示すように保護膜R7、R8とともに上述の工程によって形成された積層構造体Wを犠牲基板99に仮接着する。このとき錘層60の下面と犠牲基板99とを接着層98を介して仮接着する。
Next, as shown in FIG. 32, the laminated structure W formed by the above-described steps together with the protective films R7 and R8 is temporarily bonded to the
次に図33に示すように単結晶シリコン層10の下面を研削、研磨、CMPを順に実施することによって後退させる。このとき、CMPの終点をストッパ層32の下面が露出してから所定時間経過後に設定する。すると図28Cに示すようにストッパ層32の下面を単結晶シリコン層10の下面から所定の高さhだけ突出させることができる。ストッパ層32の下面を単結晶シリコン層10の下面から突出させる高さは、たとえば5μmとする。このときサイドウォール31をCMPの終点制御に用いても良い。この場合、サイドウォール31をストッパ層として機能させるため、サイドウォール31となるサイドウォール層31の材質には単結晶シリコン層10のCMPに対してストッパとなる材質を採用する。
Next, as shown in FIG. 33, the lower surface of the single
その後、ダイシング、パッケージング等の後工程を実施すると図28に示す加速度センサ3が完成する。 Thereafter, post-processes such as dicing and packaging are performed to complete the acceleration sensor 3 shown in FIG.
4.第四実施形態
本発明のMEMSセンサの第四実施形態である加速度センサのセンサダイ4Aを図34に示す。図34において、センサダイ4Aを構成する層の界面は破線で示し、センサダイ4Aを構成する機能要素の境界は実線で示している。図34に示すようにストッパ層33を可撓部Fの表層として連続して形成してもよい。ストッパ層33は窒化シリコンからなる。ストッパ層33を窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン等の他の絶縁物質で構成しても良い。可撓部Fにおいてストッパ層33は有底筒形に形成され、第一絶縁層20および単結晶シリコン層10を貫通している。単結晶シリコン層10の下面とストッパ層33の下面とは平坦に連続している。ストッパ層33の上面にはコア層34が積層されている。単結晶シリコン層10の凹部10hと第一絶縁層20の孔20hとはコア層34によって完全に埋められている。可撓部Fの上面においてコア層34の上面とストッパ層33の上面とは平坦に連続している。可撓部Fの上層を構成しているストッパ層33にはピエゾ抵抗素子131のコンタクトホールが形成されている。表面導線層50はストッパ層33の表面に形成されている。
4). Fourth Embodiment FIG. 34 shows a sensor die 4A of an acceleration sensor that is a fourth embodiment of the MEMS sensor of the present invention. In FIG. 34, the interface of the layers constituting the sensor die 4A is indicated by a broken line, and the boundary of the functional elements constituting the sensor die 4A is indicated by a solid line. As shown in FIG. 34, the
(製造方法)
第一実施形態において説明した図6に対応する工程までを実施した後に、孔20hから露出した単結晶シリコン層10と第一絶縁層20の表面に、単結晶シリコン層10のCMPのストッパとなる絶縁物質を堆積することにより、図35に示すようにストッパ層33を形成する。例えばCVD法によって厚さ0.2μmの窒化シリコン膜をストッパ層33として形成する。ストッパ層33として窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタンなどの膜を形成してもよい。ストッパ層33を絶縁膜によって構成するため、第一絶縁層20を省略してもよい。
(Production method)
After performing the process corresponding to FIG. 6 described in the first embodiment, the single
次にストッパ層33の上面にコア層34を形成することによって図36に示すように孔20hおよび凹部10hを完全に埋める。例えばコア層34として、CVD法によって厚さ10μmの酸化シリコン膜を形成する。コア層34にはストッパとしての機能が必要ないため、コア層34の材質は剛性、強度、応力、密度、スループットなどを勘案して幅広く選択することができる。例えばコア層34として多結晶シリコン、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、タングステンシリサイド、モリブデンシリサイド、銅などの膜を形成してもよい。
Next, by forming the
次にコア層34の表層を図37に示すようにストッパ層33が露出するまで例えばCMPによって除去する。その結果、孔20h、凹部10hの内側にのみコア層34が残存し、コア層34の上面とストッパ層33の上面とが平坦に連続する。このときストッパ層33はコア層34に対するCMPのストッパとして機能する。
Next, the surface layer of the
次に第一実施形態と同様にして低抵抗部131b、表面導線層50および可撓部Fを形成する。
Next, the
次に、図39に示すように単結晶シリコン層10の下面をストッパ層33が露出するまで研削、研磨およびCMPによって順次後退させる。このときストッパ層33の下面がCMPのストッパとして機能する。ストッパ層33が単結晶シリコン層10と異なる材質からなるため、ストッパ層33が単結晶シリコン層10に埋め込まれている深さを基準にして正確に単結晶シリコン層10の厚さを調整することができる。
Next, as shown in FIG. 39, the lower surface of the single
さらにその後、ダイシングなどの後工程を実施すると図34に示すセンサダイ4Aが完成する。 Thereafter, when a post-process such as dicing is performed, the sensor die 4A shown in FIG. 34 is completed.
5.第五実施形態
本発明のMEMSセンサの第五実施形態である加速度センサ5を図40に示す。図40A、図40Bおよび図40Cにおいて、センサダイ5Aを構成する層の界面は破線で示し、センサダイ5Aを構成する機能要素の境界は実線で示している。図40A、図40Bはそれぞれ図1Cに示すAA線、BB線に対応する。
5). Fifth Embodiment FIG. 40 shows an
(製造方法)
本実施形態では、可撓部Fの厚さを調整するときに単結晶シリコン層10に対するCMPのストッパとして機能する層を、製造工程において消失させ完成状態において存在させない製造方法について説明する。図41から図45の断面図は、図41A、図42A、図43Aを除いて図40Bに示す断面に対応している。図41A、図42A、図43Aは図40Aに示す断面に対応している。
(Production method)
In the present embodiment, a manufacturing method will be described in which a layer that functions as a CMP stopper for the single
まず第一実施形態において説明した図6に対応する工程までを実施した後、第四実施形態と同様に、孔20hから露出した単結晶シリコン層10と第一絶縁層20の表面に、図41に示すようにストッパ層33およびコア層34を積層する。ただし、単結晶シリコン層10に形成する凹部10hと第一絶縁層20に形成する孔20hは、可撓部Fと支持部Sとの間の空隙のパターンに対応させる。すなわち凹部10hおよび孔20hを形成した時点において可撓部Fに対応するパターンが形成される。コア層34の材質には、酸化シリコン、フォトレジストなど単結晶シリコン層10のCMPに対してストッパとなる物質を幅広く用いることができる。なお、本実施形態において単結晶シリコン層10のCMPに対してストッパとなるのはコア層34であり、ストッパ層33ではないが、説明を簡略化するために他の実施形態で用いた名称と符号とをそのまま用いている。
First, after performing the steps corresponding to FIG. 6 described in the first embodiment, the surface of the single
次に、第一実施形態と同様に低抵抗部131bおよび表面導線層50を形成し、図42に示すように表面導線層50が形成されている面を犠牲基板99に仮接着する。
Next, as in the first embodiment, the
次に、図43に示すように単結晶シリコン層10の下面をコア層34が露出するまで研削、研磨およびCMPによって順次後退させる。このときコア層34がCMPのストッパとして機能する。コア層34が単結晶シリコン層10と異なる材質(酸化シリコン)からなるため、コア層34が単結晶シリコン層10に埋め込まれている深さを基準にして正確に単結晶シリコン層10の厚さを調整することができる。
Next, as shown in FIG. 43, the lower surface of the single
次に図44に示すように、錘層60を溝60hに沿って切断し、錘部Mをリリースする。
Next, as shown in FIG. 44, the
次に図45に示すように、コア層34をエッチングにより除去する。その結果、可撓部Fのストッパ層33によって構成されている側面が露出する。例えば酸化シリコンからなるコア層34をCHF3またはCF4+H2をエッチングガスとして用いた反応性イオンエッチングによって除去する。また例えばフォトレジストからなるコア層34をO2プラズマを用いたドライエッチングにより除去する。
Next, as shown in FIG. 45, the
その後、ダイシング、パッケージングなどの後工程を実施すると図40に示す加速度センサ5が完成する。なお、単結晶シリコン層10の凹部10hと第一絶縁層20の孔20hとを形成するときに単結晶シリコン層10および第一絶縁層20をダイ毎に分割するための溝を同時に形成しておいてもよい。この場合、ダイサーを用いること無しに、コア層34をエッチングすることによって単結晶シリコン層10および第一絶縁層20をダイ毎に分割することができる。
Thereafter, when post-processes such as dicing and packaging are performed, the
6.第六実施形態
(構成)
本発明のMEMSセンサの第六実施形態である加速度センサ6を図46および図47に示す。図46および図47において、センサダイ6Aを構成する層の界面は破線で示し、センサダイ6Aを構成する機能要素の境界は実線で示している。
6). Sixth embodiment (Configuration)
46 and 47 show an
本実施形態では、ピエゾ抵抗素子131と表面導線層50との間に第一絶縁層20、第二絶縁層35およびストッパ層36の3層が形成されている。第二絶縁層35は厚さ0.2μmのシリコン酸化膜からなる。第二絶縁層35の材質としては、窒化シリコン、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン等を用いても良い。ストッパ層36は厚さ0.5μmの窒化チタン膜からなる。ストッパ層36の材質としては単結晶シリコン層10のCMPに対するストッパとものであればよく、窒化タンタル、酸窒化チタン(TiOxNy)等を用いても良い。
In the present embodiment, three layers of the first insulating
(製造方法)
第一実施形態において説明した図6に対応する工程までを実施した後、図48に示すように、第一絶縁層20の孔20hから露出した単結晶シリコン層10と第一絶縁層20の上面に、第二絶縁層35、ストッパ層36およびコア層37を積層する。例えばCVD法によって、酸化シリコン膜を第二絶縁層35として形成し、窒化チタン膜をストッパ層36として形成する。続いてストッパ層36の上面にコア層37を形成することによって孔20hおよび凹部10hを完全に埋める。例えばコア層37として電界めっき法によって厚さ10μmの銅膜を形成する。コア層37の材質は応力制御、ボイド防止、スループット向上、密度等の観点で適宜選択すればよい。例えばコア層37の材質として金(Au)、銀(Ag)、錫(Sn)、ニッケル、パラジウム、白金(Pt)などの金属やAuSn、NiFe、PtPd等の合金を用いても良い。
(Production method)
After performing the steps corresponding to FIG. 6 described in the first embodiment, as shown in FIG. 48, the single
次にコア層37の表層を図49に示すようにストッパ層36が露出するまで例えばCMPによって除去する。このときストッパ層36がCMPのストッパとして機能する。その結果、コア層37の上面とストッパ層36の上面とが平坦に連続する。
Next, as shown in FIG. 49, the surface layer of the
次に第一実施形態と同様にして低抵抗部131b、表面導線層50および可撓部Fを形成し、錘層60を接合する。
Next, as in the first embodiment, the
次に図50、図51に示すように単結晶シリコン層10の下面をストッパ層36が露出するまで研削、研磨およびCMPによって順次後退させる。このとき、ストッパ層36をCMPの終点制御に用いることができる。すなわち、ストッパ層36が単結晶シリコン層10と異なる材質からなるため、ストッパ層36が単結晶シリコン層10に埋め込まれている深さを基準にして正確に単結晶シリコン層10の厚さを調整することができる。
Next, as shown in FIGS. 50 and 51, the lower surface of the single
その後、第一実施形態と同様にダイシングなどの工程を実施すると図46に示すセンサダイ5Aが完成する。
Thereafter, when a process such as dicing is performed as in the first embodiment, a
7.第七実施形態
(構成)
本発明のMEMSセンサの第七実施形態である加速度センサ7を図52に示す。図52Aおよび図52Bにおいて、センサダイ7Aを構成する層の界面は破線で示し、センサダイ7Aを構成する機能要素の境界は実線で示している。
7). Seventh embodiment (Configuration)
FIG. 52 shows an acceleration sensor 7 which is a seventh embodiment of the MEMS sensor of the present invention. In FIGS. 52A and 52B, the interface of the layers constituting the
パッケージ1Bとセンサダイ7Aとの間にはセンサダイ7Aと接続されるLSIやインターポーザとして機能する電子部品7Cを設けてもよい。この場合、電子部品7Cとセンサダイ7Aとは導電性接着層96を介して接続される。導電性接着層96は異方性導電フィルム等によって構成される。
An electronic component 7C functioning as an LSI or interposer connected to the
貫通電極Pは支持部Sの複数箇所において支持部Sを貫通し、表面導線層50によって構成されるボンディングパッドと導電性接着層96とにそれぞれ接続されている。複数の貫通電極Pのそれぞれはストッパ層36およびコア層37によって構成されている。すなわち可撓部Fの厚さを調整するとき単結晶シリコン層10に対するCMPのストッパとして機能するストッパ層36を貫通電極Pとしても機能させることにより、加速度センサ7の小型化が可能になる。ストッパ層36およびコア層37は導電性材料によって構成される。例えばストッパ層36は厚さ0.5μmの窒化チタン膜からなる。コア層37は厚さ10μmの銅膜からなる。ストッパ層36と第二絶縁層35との間にはサイドウォール31が形成されている。
The through electrode P penetrates the support portion S at a plurality of locations of the support portion S, and is connected to the bonding pad constituted by the surface
(製造方法)
第一実施形態において説明した図6に対応する工程までを実施した後に、第一絶縁層20および第一絶縁層20の孔20hから露出した単結晶シリコン層10の上面に図53に示すように第二絶縁層35を形成する。例えばCVD法によって厚さ0.2μmのシリコン酸化膜を第二絶縁層35として形成する。第二絶縁層35の材料として窒化シリコン、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン等を用いても良い。
(Production method)
As shown in FIG. 53, the first insulating
次に図54に示すように第二絶縁層35の上面に第二実施形態と同様にサイドウォール層31を形成する。
Next, as shown in FIG. 54, a
次に図55に示すように第二実施形態と同様にサイドウォール層31を異方的にエッチングすることによってサイドウォール31を形成する。
Next, as shown in FIG. 55, the
次に図56に示すようにサイドウォール31を覆うストッパ層36を第二絶縁層35の上面に形成する。例えばCVD法によって厚さ0.5μmの窒化チタン膜をストッパ層36として形成する。続いてストッパ層36の上面にコア層37をめっきによって成長させることによって凹部10h、孔20hを完全に埋める。例えばコア層37として電界めっき法によって厚さ10μmの銅膜を形成する。このとき、凹部10h、孔20hの側面上にサイドウォール31が形成されているため、ストッパ層36およびコア層37のステップカバレッジが改善する。
Next, as shown in FIG. 56, a
次にコア層37の表層を図57に示すようにストッパ層36が露出するまで例えばCMPによって除去する。このときストッパ層36がCMPのストッパとして機能する。
Next, as shown in FIG. 57, the surface layer of the
次に第一実施形態と同様にして低抵抗部131b、表面導線層50および可撓部Fを形成し、錘層60を接合する。
Next, as in the first embodiment, the
次に図58、図59に示すように単結晶シリコン層10の下面をストッパ層36が露出するまで研削、研磨およびCMPによって順次後退させる。その結果、単結晶シリコン層10の厚さが調整されるとともに、ストッパ層36およびコア層37からなる貫通電極Pが単結晶シリコン層10の下面から露出する。このとき、ストッパ層36がCMPの終点制御に用いられる。すなわち、ストッパ層36が単結晶シリコン層10と異なる材質からなるため、ストッパ層36が単結晶シリコン層10に埋め込まれている深さを基準にして正確に単結晶シリコン層10の厚さを調整することができる。
Next, as shown in FIGS. 58 and 59, the lower surface of the single
その後、第一実施形態と同様にダイシング、パッケージング等の後工程などを実施すると図52に示す加速度センサ7が完成する。パッケージングの工程では、パッケージ1Bのベース90に電子部品7Cが接着層92を介して接着され、電子部品7Cとセンサダイ7Aとが導電性接着層96を介して接着される。電子部品7Cとセンサダイ7Aとが導電性接着層96を介して接着されることによって電子部品7Cに設けられている図示しない導線とセンサダイ7Aの貫通電極とが接続される。
Thereafter, when post-processes such as dicing and packaging are performed as in the first embodiment, the acceleration sensor 7 shown in FIG. 52 is completed. In the packaging step, the electronic component 7C is bonded to the
8.第八実施形態
本発明は角速度センサ等、加速度センサ以外のMEMSセンサにも適用することができる。図60は本発明の第八実施形態としてのMEMSセンサである振動ジャイロスコープ8を示している。図60Bはセンサダイ8Aの上面図である。図60Aは図60Bに示すAA線に対応する断面図である。図60Aおよび図60Cにおいて、センサダイ8Aを構成する層の界面は破線で示し、センサダイ8Aを構成する機能要素の境界は実線で示している。
8). Eighth Embodiment The present invention can also be applied to MEMS sensors other than acceleration sensors, such as angular velocity sensors. FIG. 60 shows a vibrating
(構成)
本実施形態の振動ジャイロスコープ8は、パッケージ1Bに収容されたセンサダイ8Aを備え、互いに直交する3軸の角速度成分を検出する。
(Constitution)
The vibrating
センサダイ7Aは単結晶シリコン層10と、第一絶縁層20と、ストッパ層33と、コア層34と、電極層81、83と圧電層82と、接着層61と、錘層60とからなる積層構造体である。電極層81、83は白金(Pt)からなる。電極層81、83の厚さは0.1μmである。圧電層82はPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)からなる。圧電層82の厚さは3μmである。
The sensor die 7 </ b> A is a laminate composed of a single
センサダイ7Aは、支持部Sと、支持部Sの内側に張り渡された円形のメンブレンである可撓部Fと、錘部Mと、可撓部Fに設けられた検出手段としての検出用圧電素子80aと、可撓部Fに設けられた駆動手段としての駆動用圧電素子80bとを備える。可撓部Fの外周は支持部Sの内周に結合している。可撓部Fの厚さは単結晶シリコン層10の厚さと第一絶縁層20の厚さとを合計した20μmである。可撓部Fの中央部にはストッパ層33とコア層34とが埋め込まれている。可撓部Fの下面において単結晶シリコン層10の下面とストッパ層33の下面とは平坦に連続している。可撓部Fの上面においてコア層34の上面と第一絶縁層20の上面とは平坦に連続している。
The sensor die 7A includes a support portion S, a flexible portion F that is a circular membrane stretched inside the support portion S, a weight portion M, and a detection piezoelectric element as a detecting means provided in the flexible portion
検出用圧電素子80aおよび駆動用圧電素子80bは電極層81、83と圧電層82とから構成される。4つの駆動用圧電素子80bに位相の異なる交流の励振電圧を印加することによって錘部Mが周回運動する。センサダイ8Aが回転すると、錘部Mに作用するコリオリ力に応じた交流の電圧信号が4つの検出用圧電素子80aから出力される。この電圧信号から励振成分を除去することによってセンサダイ8Aの角速度成分が得られる。
The detecting
(製造方法)
はじめに図61に示すように、単結晶シリコン層10となる単結晶シリコンウエハ10の上面に第一絶縁層20を形成する。第一絶縁層20として、例えば熱酸化またはCVDにより厚さ1μmの二酸化シリコンの膜を形成する。続いて第一実施形態において説明した図5および図6に対応する工程を実施することにより、第一絶縁層20に孔20hを形成し、単結晶シリコンウエハ10に凹部10hを形成する。
(Production method)
First, as shown in FIG. 61, the first insulating
次に図62に示すように第四実施形態において説明した図35および図36に対応する工程を実施することにより、単結晶シリコン層10と第一絶縁層20との上面にストッパ層33およびコア層34を積層する。続いてコア層34およびストッパ層33を第一絶縁層20が露出するまでエッチバックする。
Next, as shown in FIG. 62, the
次に図63に示すように電極層81、圧電層82および電極層83を第一絶縁層20およびコア層34の上面にこの順で積層する。電極層81として例えばスパッタ法により厚さ0.1μmの白金の膜を形成する。圧電層82として例えばスパッタ法により厚さ3μmのPZTの膜を形成する。電極層83として例えばスパッタ法により厚さ0.1μmの白金の膜を形成する。
Next, as shown in FIG. 63, the
次に図64に示すようにフォトレジストからなる保護膜R9を用いたエッチングにより電極層83と圧電層82を所定形状にパターニングする。例えばアルゴン(Ar)イオンを用いたミリング法によって電極層83および圧電層82を異方的にエッチングする。
Next, as shown in FIG. 64, the
次に図65に示すようにフォトレジストからなる保護膜R10を用いたエッチングにより電極層81を所定形状にパターニングする。例えばアルゴン(Ar)イオンを用いたミリング法によって電極層81を異方的にエッチングする。その結果、駆動用圧電素子80bおよび検出用圧電素子80aが形成される。
Next, as shown in FIG. 65, the
次に図66に示すように、第四実施形態において説明した図38および図39に対応する工程を実施することによって単結晶シリコン層10の厚さを調整する。
Next, as shown in FIG. 66, the thickness of the single
その後、第一実施形態と同様にして錘部Mを形成し、ダイシング、パッケージング等の工程を実施すると図60に示す振動ジャイロスコープ8が完成する。
Thereafter, the weight portion M is formed in the same manner as in the first embodiment, and the steps such as dicing and packaging are performed, thereby completing the vibrating
9.第九実施形態
本発明の第九実施形態としての加速度センサ9を図67に示す。図67において、センサダイ9Aを構成する層の界面は破線で示し、センサダイ9Aを構成する機能要素の境界は実線で示している。
9. Ninth Embodiment FIG. 67 shows an
(構成)
センサダイ9Aは錘層60と、エピタキシャル結晶層11とストッパ層30と表面導線層50とからなる積層構造体であって、パッケージ1Bに収容される。エピタキシャル結晶層11はp型の単結晶シリコンからなる。エピタキシャル結晶層11の厚さは10μmである。ストッパ層30は、第一実施形態と同様に単結晶シリコンウエハ10に対するCMPのストッパとして機能するととともに表面導線層50とピエゾ抵抗素子131との層間絶縁膜として機能する絶縁材料からなり、具体的には第一実施形態と同様に窒化シリコンからなる。
(Constitution)
The sensor die 9A is a stacked structure including the
可撓部Fは円形のメンブレンである。可撓部Fの外周は支持部Sの内周に結合している。支持部Sは錘層60とストッパ層30とを含む。可撓部Fの中央部は錘部Mに結合している。可撓部Fはエピタキシャル結晶層11とストッパ層30とを含む。可撓部Fの上面はストッパ層30の上面からなる。可撓部Fの下面はエピタキシャル結晶層11の下面とストッパ層30の下面からなる。エピタキシャル結晶層11の下面とストッパ層30の下面とは平坦に連続している。エピタキシャル結晶層11の上面に積層されているストッパ層30は可撓部Fの中央部においてエピタキシャル結晶層11を貫通し、錘部Mと結合している。
The flexible part F is a circular membrane. The outer periphery of the flexible portion F is coupled to the inner periphery of the support portion S. The support part S includes a
(製造方法)
はじめに図68に示すように単結晶シリコンウエハ10の上面にエピタキシャル結晶層11を形成する。例えばエピタキシャル結晶層11として、厚さ10μmのp型のシリコン膜をn型の単結晶シリコンウエハ10の上面にエピタキシャル結晶成長させる。
(Production method)
First, as shown in FIG. 68,
次に図69に示すようにフォトレジストからなる保護膜R11を用いた結晶異方性エッチングによりエピタキシャル結晶層11をパターニングし、エピタキシャル結晶層11に通孔としてのテーパ孔11hを形成する。具体的には、単結晶シリコンウエハ10の下面をワックスを接着層として図示しない支持板に仮接着し、エッチング液に浸漬した状態でエピタキシャル結晶層11を電気化学エッチングによりパターニングする。すると、n型の単結晶シリコンウエハ10に対して選択的にp型のエピタキシャル結晶層11をエッチングすることができる。なお、エピタキシャル結晶層11をn型とし、単結晶シリコンウエハをp型にしてもよい。
Next, as shown in FIG. 69, the
次に図70に示すようにフォトレジストからなる保護膜R12を用いて不純物を導入することによってエピタキシャル結晶層11に高抵抗部131aを形成する。
Next, as shown in FIG. 70, a
次に図71に示すようにエピタキシャル結晶層11の上面とテーパ孔11hから露出した単結晶シリコンウエハ10の上面とにストッパ層30を積層する。このとき、単結晶シリコンウエハ10を露出させているエピタキシャル結晶層11の通孔がテーパ孔11hであるため、ストッパ層30のステップカバレージが良好になる。具体的にはストッパ層30として、例えばCVD法によって厚さ15μmの窒化シリコンの膜を形成する。ストッパ層30として、窒化アルミニウム(AlxNy)、窒化チタン(TixNy)などの窒化物の膜を形成してもよいし、酸化シリコン(SiOx)、酸化アルミニウム(AlxOy)、酸化タンタル(TaOx)、酸化チタン(TiOx)などの酸化物の膜を形成してもよいし、タングステンシリサイド(WSix)、モリブデンシリサイド(MoSix)、チタンシリサイド(TiSix)等のシリサイド化合物の膜を形成してもよいし、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、金(Au)等の金属の膜を形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 71, a
次に図72に示すように、フォトレジストからなる保護膜R4を用いたエッチングによりストッパ層30にコンタクトホールを形成し、第一実施形態でおいて説明した図10および図11に対応する工程を実施することによって低抵抗部131bを形成する。
Next, as shown in FIG. 72, a contact hole is formed in the
次に第一実施形態と同様に表面導線層50を形成した後、図73および図74に示すように単結晶シリコンウエハ10を除去する。具体的には、単結晶シリコンウエハ10の下面をストッパ層30が露出するまで、すなわち単結晶シリコンウエハ10が消失するまで、研削、研磨およびCMPによって順次後退させる。このとき、単結晶シリコンウエハ10とは異なる材質のストッパ層30をCMPの終点制御に用いることができる。なお、ストッパ層30が露出して単結晶シリコンウエハ10が消失した時点から一定時間経過後にCMPの終点を設定しても良い。
Next, after forming the surface
その後、第二実施形態において説明した図26および図27に対応する工程を実施することによって錘層60を形成し、ダイシング、パッケージング等の工程を実施すると図67に示す加速度センサ9が完成する。
Thereafter, the
10.第十実施形態
(構成)
本発明のMEMSセンサの第十実施形態である振動ジャイロスコープ100を図75に示す。図75A、図75Bおよび図75Dにおいて、センサダイ100Aを構成する層の界面は破線で示し、センサダイ100Aを構成する機能要素の境界は実線で示している。
10. Tenth Embodiment (Configuration)
FIG. 75 shows a vibrating
振動ジャイロスコープ100は1軸の角速度成分を検出するための角速度センサである。振動ジャイロスコープ100は図75Cに示すように支持部Sと、支持部Sに一端が結合している2つの可撓部Fと、それぞれの可撓部Fに設けられている検出手段としての検出用圧電素子80cと、それぞれの可撓部Fに設けられている駆動手段としての駆動用圧電素子80dとを備える。なお、可撓部Fと支持部Sとの境界は図75Cにおいて破線によって示されている。
The
可撓部Fは支持部Sに一端が結合されている片持ち固定の梁を構成している。可撓部Fと支持部Sは単結晶シリコン層10と第一絶縁層20とを含む。可撓部Fの厚さは20μmである。可撓部Fの厚さは後述するように完成状態では消失しているストッパ層33の下面を基準にして調整されている。
The flexible portion F constitutes a cantilever beam whose one end is coupled to the support portion S. The flexible portion F and the support portion S include a single
検出用圧電素子80cと駆動用圧電素子80dとは電極層81、83と圧電層82とからなる。電極層81の一端部は検出用圧電素子80cと駆動用圧電素子80dとに共通のボンディングパッド81aを構成している。電極層83の一端部は検出用圧電素子80cおよび駆動用圧電素子80dのそれぞれに固有なボンディングパッド83aを構成している。2つの駆動用圧電素子80dに交流の励振電圧を印加することによって2つの可撓部Fの自由端が図75Cにおける紙面垂直方向に振動する。センサダイ100Aが可撓部Fの長さ方向(図75Cにおける上下方向)に平行な軸周りに回転すると、可撓部Fに作用するコリオリ力に応じて可撓部Fがねじれる。4つの検出用圧電素子80cから出力される電圧信号から励振成分を除去することによってセンサダイ100Aの可撓部Fの長さ方向に平行な軸周りの角速度成分が得られる。
The detecting
センサダイ100Aとパッケージ1Bとの間には図75Dに示すように電子部品10Cが備えられる。センサダイ100Aと電子部品10Cとはスペーサとしてのビーズ97aを含む接着層97を介して接続されている。電子部品10Cはパッケージ1Bの底面90aに接着層92を介して接着されている。
As shown in FIG. 75D, an electronic component 10C is provided between the sensor die 100A and the
(製造方法)
はじめに第一実施形態において説明した図4、図5および図6に対応する工程を実施する。その結果、図76に示すように単結晶シリコン層10の上面に第一絶縁層20が積層され、第一絶縁層20に孔20hが形成され、単結晶シリコン層10に凹部10hが形成される。孔20hと凹部10hを形成するとき、これらは完成状態の支持部Sおよび可撓部Fを囲むように形成される。すなわち孔20hと凹部10hとを形成することによって支持部Sおよび可撓部Fのパターンが形成される。
(Production method)
First, steps corresponding to FIGS. 4, 5 and 6 described in the first embodiment are performed. As a result, as shown in FIG. 76, the first insulating
次に第四実施形態において説明した図35から図37に対応する工程を実施する。ただし、コア層34をエッチバックするときには、ストッパ層33が露出し、さらに第一絶縁層20が露出するまでコア層34をエッチングする。その結果、図77に示すようにコア層34の上面と第一絶縁層20の上面とが平坦に連続する。
Next, steps corresponding to FIGS. 35 to 37 described in the fourth embodiment are performed. However, when the
次に第七実施形態において説明した図63から図66に対応する工程を実施し、図78に示すようにストッパ層33の下面を基準にして単結晶シリコン層10の厚さを調整する。単結晶シリコン層10の下面を後退させて可撓部Fの厚さを調整するときには、ストッパ層33が単結晶シリコン層10に対するCMPのストッパとして機能する。このため、ストッパ層33の下面を基準にして可撓部Fの厚さを正確に調整することができる。単結晶シリコン層10に対するCMPは、ストッパ層33が露出した時点で終了させても良いし、ストッパ層33が露出してから所定時間経過後に終了させても良いし、コア層34が露出した時点で終了させても良いし、コア層34が露出してから所定時間経過後に終了させても良い。すなわち、コア層34を単結晶シリコン層10に対するCMPのストッパとして機能させてもよい。
Next, the steps corresponding to FIGS. 63 to 66 described in the seventh embodiment are performed, and the thickness of the single
次に図79に示すようにストッパ層33をエッチングにより除去する。具体的には80℃に加熱した燐酸を用いて窒化シリコンからなるストッパ層33をエッチングして消失させる。その結果、コア層34は接着層98にのみ結合した状態となる。したがって接着層98を剥離すると、ダイ毎に分断されたセンサダイ100Aが得られる。
Next, as shown in FIG. 79, the
11.他の実施形態
尚、本発明の技術的範囲は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、互いに異なる実施形態において例示されている様々な構成要件を組み合わせて実施できることはもちろんである。また上記実施形態で示した材質や寸法や成膜方法やパターン転写方法はあくまで例示であるし、当業者であれば自明である工程の追加や削除や工程順序の入れ替えについては説明が省略されている。また例えば、上述した製造工程において、膜の組成、成膜方法、膜の輪郭形成方法、工程順序などは、膜材料の組み合わせや、膜厚や、要求される輪郭形状精度などに応じて適宜選択されるものであって、特に限定されない。
11. Other Embodiments The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, it is a matter of course that various constituent elements illustrated in different embodiments can be combined. In addition, the materials, dimensions, film forming methods, and pattern transfer methods shown in the above embodiment are merely examples, and descriptions of addition and deletion of processes and replacement of the process order that are obvious to those skilled in the art are omitted. Yes. Also, for example, in the above-described manufacturing process, the film composition, film forming method, film contour forming method, process sequence, etc. are appropriately selected according to the combination of film materials, film thickness, required contour shape accuracy, etc. There is no particular limitation.
1:加速度センサ、1A:センサダイ、1B:パッケージ、2:加速度センサ、2A:センサダイ、3:加速度センサ、3A:センサダイ、4A:センサダイ、5:加速度センサ、5A:センサダイ、6:加速度センサ、7:加速度センサ、7A:センサダイ、7C:電子部品、8:振動ジャイロスコープ、8A:センサダイ、9:加速度センサ、9A:センサダイ、10:単結晶シリコン層、100A:センサダイ、10C:電子部品、10h:凹部、11:エピタキシャル結晶層、11h:テーパ孔、20:第一絶縁層、20h:孔、30:ストッパ層、31:サイドウォール、32:ストッパ層、33:ストッパ層、34:コア層、35:第二絶縁層、36:ストッパ層、37:コア層、40:第二絶縁層、50:表面導線層、60:錘層、60h:溝、61:接着層、70:第三絶縁層、80a:検出用圧電素子、80b:駆動用圧電素子、80c:検出用圧電素子、81:電極層、81a:ボンディングパッド、82:圧電層、83:電極層、83a:ボンディングパッド、90:ベース、90a:底面、91:貫通電極、92:接着層、93:接着層、94:カバー、95:ワイヤ、96:導電性接着層、97a:ビーズ、98:接着層、99:犠牲基板、100:振動ジャイロスコープ、131:ピエゾ抵抗素子、131a:高抵抗部、131b:低抵抗部、G:空隙、H3:コンタクトホール、M:錘部、P:貫通電極、R1:保護膜、R2:保護膜、R3:被膜、R4:保護膜、R5:保護膜、R6:保護膜、R7:保護膜、R8:保護膜、R9:保護膜、R10:保護膜、R11:保護膜、S:支持部、W:積層構造体 1: acceleration sensor, 1A: sensor die, 1B: package, 2: acceleration sensor, 2A: sensor die, 3: acceleration sensor, 3A: sensor die, 4A: sensor die, 5: acceleration sensor, 5A: sensor die, 6: acceleration sensor, 7 : Acceleration sensor, 7A: sensor die, 7C: electronic component, 8: vibration gyroscope, 8A: sensor die, 9: acceleration sensor, 9A: sensor die, 10: single crystal silicon layer, 100A: sensor die, 10C: electronic component, 10h: Recess, 11: Epitaxial crystal layer, 11h: Tapered hole, 20: First insulating layer, 20h: Hole, 30: Stopper layer, 31: Side wall, 32: Stopper layer, 33: Stopper layer, 34: Core layer, 35 : Second insulating layer, 36: stopper layer, 37: core layer, 40: second insulating layer, 50: surface conductor layer, 60: Layer, 60h: groove, 61: adhesive layer, 70: third insulating layer, 80a: piezoelectric element for detection, 80b: piezoelectric element for driving, 80c: piezoelectric element for detection, 81: electrode layer, 81a: bonding pad, 82 : Piezoelectric layer, 83: Electrode layer, 83a: Bonding pad, 90: Base, 90a: Bottom surface, 91: Through electrode, 92: Adhesive layer, 93: Adhesive layer, 94: Cover, 95: Wire, 96: Conductive adhesion Layer 97a: beads 98: adhesive layer 99: sacrificial substrate 100: vibrating gyroscope 131: piezoresistive element 131a: high resistance part 131b low resistance part G: gap H3: contact hole M : Weight part, P: penetrating electrode, R1: protective film, R2: protective film, R3: coating, R4: protective film, R5: protective film, R6: protective film, R7: protective film, R8: protective film, R9: Protective film, R1 : Protective film, R11: protective film, S: supporting unit, W: laminated structure
Claims (10)
錘部と、
前記支持部と前記錘部とを連結し前記錘部の運動にともなって変形する可撓部と、
が形成されている積層構造体を備え、
前記積層構造体は、前記可撓部を構成し下面が平坦である単結晶シリコン層と、前記単結晶シリコン層上に積層され前記単結晶シリコン層と異質のストッパ層と、を含み、
前記ストッパ層の下面と前記単結晶シリコン層の下面とは同一平面に含まれるか、前記ストッパ層の下面は前記単結晶シリコン層の下面から突出している、
MEMSセンサ。 A support part;
A weight part;
A flexible part that connects the support part and the weight part and deforms as the weight part moves;
Comprising a laminated structure formed with
The laminated structure includes a single crystal silicon layer that constitutes the flexible portion and has a flat bottom surface, and a stopper layer that is laminated on the single crystal silicon layer and is different from the single crystal silicon layer,
The lower surface of the stopper layer and the lower surface of the single crystal silicon layer are included in the same plane, or the lower surface of the stopper layer protrudes from the lower surface of the single crystal silicon layer,
MEMS sensor.
請求項1に記載のMEMSセンサ。 The stopper layer is in a region that does not deform with the movement of the weight part,
The MEMS sensor according to claim 1.
前記ストッパ層の下面は、前記支持部の前記パッケージに接着される面において前記単結晶シリコン層の下面から突出している、
請求項1または2に記載のMEMSセンサ。 Further comprising a package to which the support portion is bonded via an adhesive layer;
The lower surface of the stopper layer protrudes from the lower surface of the single crystal silicon layer on the surface of the support portion that is bonded to the package.
The MEMS sensor according to claim 1 or 2.
請求項1から3のいずれか一項に記載のMEMSセンサ。 The stopper layer constitutes a conductive through electrode,
The MEMS sensor according to any one of claims 1 to 3.
請求項1から4のいずれか一項に記載のMEMSセンサ。 A sidewall is formed between the single crystal silicon layer and the stopper layer.
The MEMS sensor as described in any one of Claim 1 to 4.
前記可撓部となる単結晶シリコンウエハの上面に予め決められた深さの凹部をエッチングによって形成し、
前記凹部内に前記単結晶シリコンウエハとは異質のストッパ層を積層し、
前記単結晶シリコンウエハの下面を少なくとも前記ストッパ層が露出するまで後退させることによって前記可撓部の厚さを調整する、
ことを含むMEMSセンサの製造方法。 A method for manufacturing a MEMS comprising a laminated structure in which a supporting part, a weight part, and a flexible part that connects the supporting part and the weight part and deforms as the weight part moves are formed. ,
A concave portion having a predetermined depth is formed by etching on the upper surface of the single crystal silicon wafer to be the flexible portion,
In the recess, a stopper layer different from the single crystal silicon wafer is laminated,
Adjusting the thickness of the flexible portion by retracting the lower surface of the single crystal silicon wafer until at least the stopper layer is exposed;
A method for manufacturing a MEMS sensor.
請求項6に記載のMEMSセンサの製造方法。 Forming the concave portion in a region not deformed with the movement of the weight portion on the upper surface of the single crystal silicon wafer;
A method for manufacturing the MEMS sensor according to claim 6.
請求項6または7に記載のMEMSセンサの製造方法。 A side surface of the flexible portion is exposed by removing the stopper layer by etching;
The manufacturing method of the MEMS sensor of Claim 6 or 7.
前記サイドウォールを形成した後に前記ストッパ層を形成する、
請求項6から8のいずれか一項に記載のMEMSセンサの製造方法。 Forming a sidewall in the recess,
Forming the stopper layer after forming the sidewall;
The manufacturing method of the MEMS sensor as described in any one of Claims 6-8.
単結晶シリコンウエハの平坦な上面に前記可撓部となるエピタキシャル結晶層を成長させ、
前記エピタキシャル結晶層に通孔を形成し、
前記通孔内に露出した前記単結晶シリコンウエハの表面に前記単結晶シリコンウエハと異質のストッパ層を形成し、
前記単結晶シリコンウエハの下面を前記ストッパ層が露出するまで後退させることによって前記可撓部の厚さを調整する、
MEMSセンサの製造方法。 A method of manufacturing a MEMS sensor comprising a laminated structure in which a support part, a weight part, and a flexible part that connects the support part and the weight part and deforms as the weight part moves are formed. And
Growing an epitaxial crystal layer serving as the flexible portion on a flat upper surface of a single crystal silicon wafer;
Forming a through hole in the epitaxial crystal layer;
A stopper layer that is different from the single crystal silicon wafer is formed on the surface of the single crystal silicon wafer exposed in the through hole,
Adjusting the thickness of the flexible portion by retracting the lower surface of the single crystal silicon wafer until the stopper layer is exposed;
Manufacturing method of a MEMS sensor.
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