JP4632029B2 - MEMS resonator and method for manufacturing MEMS resonator - Google Patents
MEMS resonator and method for manufacturing MEMS resonator Download PDFInfo
- Publication number
- JP4632029B2 JP4632029B2 JP2004349445A JP2004349445A JP4632029B2 JP 4632029 B2 JP4632029 B2 JP 4632029B2 JP 2004349445 A JP2004349445 A JP 2004349445A JP 2004349445 A JP2004349445 A JP 2004349445A JP 4632029 B2 JP4632029 B2 JP 4632029B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- lower electrode
- mems resonator
- forming
- manufacturing
- upper electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Micromachines (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Description
本発明は、半導体製造プロセスを用いて形成されるMEMSレゾネ−タと、その製造方法に関する。 The present invention relates to a MEMS resonator formed by using a semiconductor manufacturing process and a manufacturing method thereof.
微細加工技術の進展に伴い、いわゆるマイクロマシン(MEMS:Micro Erectronics Mechanical Systems)素子が注目されている。
従来、基板上に設けられたポリシリコンからなる下部電極と、基板を覆う状態で設けられると共に下部電極を底部とした孔パターンを備えた層間絶縁膜と、孔パターン内を空間部としてこの上部を横切るようにして層間絶縁膜上に設けられた帯状のやはりポリシリコンからなる振動子電極(上部電極)とを備え、振動子電極が、孔パターンの側壁に沿って凹状に設けられているMEMS素子が知られている(例えば、特許文献1参照)。
With the progress of microfabrication technology, so-called micro-machines (MEMS) devices are attracting attention.
Conventionally, a lower electrode made of polysilicon provided on a substrate, an interlayer insulating film provided in a state of covering the substrate and having a hole pattern with the lower electrode as a bottom, and an upper portion of the hole pattern as a space portion. A MEMS element having a vibrator electrode (upper electrode) made of polysilicon, which is provided on the interlayer insulating film so as to cross, and the vibrator electrode is provided in a concave shape along the side wall of the hole pattern Is known (see, for example, Patent Document 1).
このような特許文献1では、振動子電極(上部電極)と下部電極とがポリシリコンで形成され、また、上部電極と下部電極との空隙を形成するために専用の犠牲層をCVD法などの手段により形成している。このような構造、或いは製造方法では、CMOS製造プロセスを活用する製造方法としては、工程数が増加するというような課題がある。また、CVD法による犠牲層の形成は、上部電極と下部電極との狭い電極間空隙を高精度に形成することは困難であるというような課題もある。 In such Patent Document 1, the vibrator electrode (upper electrode) and the lower electrode are formed of polysilicon, and a dedicated sacrificial layer is formed by a CVD method or the like to form a gap between the upper electrode and the lower electrode. It is formed by means. In such a structure or manufacturing method, there is a problem that the number of steps increases as a manufacturing method using the CMOS manufacturing process. Further, the formation of the sacrificial layer by the CVD method has a problem that it is difficult to form a narrow inter-electrode gap between the upper electrode and the lower electrode with high accuracy.
本発明の目的は、上述の課題を解決することを要旨とし、MEMSレゾネ−タ形成のための特殊な製造方法を用いることなく、CMOS製造プロセス工程で高精度な上部電極と下部電極の電極間空隙を形成し、このことにより安定した振動モードと振動周波数を得られるMEMSレゾネ−タ及び製造工程を短縮できる製造方法を提供することである。 An object of the present invention is to solve the above-described problems, and without using a special manufacturing method for forming a MEMS resonator, a high-accuracy electrode between the upper electrode and the lower electrode can be formed in a CMOS manufacturing process. An object of the present invention is to provide a MEMS resonator capable of forming a void and thereby obtaining a stable vibration mode and vibration frequency, and a manufacturing method capable of shortening the manufacturing process.
半導体基板の表面に半導体製造プロセスによって形成される上部電極部と梁部とを有する振動体と、前記振動体と前記半導体基板との間にゲート酸化により形成される犠牲層によって設けられる空隙と、前記上部電極部に対向して前記半導体基板に拡散層を設けることによって形成される下部電極と、が備えられていることを特徴とする。
ここで、振動体としては、例えば、ポリシリコンを採用する。
A vibrating body having an upper electrode portion and a beam portion formed by a semiconductor manufacturing process on the surface of the semiconductor substrate, and a gap provided by a sacrificial layer formed by gate oxidation between the vibrating body and the semiconductor substrate; And a lower electrode formed by providing a diffusion layer on the semiconductor substrate so as to face the upper electrode portion.
Here, for example, polysilicon is employed as the vibrating body.
この発明によれば、振動体をポリシリコンで形成し、下部電極を拡散層によって形成し、上部電極部と下部電極の間の空隙は、ゲート酸化により形成される犠牲層によって設けられているので、前述した上部電極部及び下部電極共にポリシリコンで形成する前述の従来技術に比べ上部電極部と下部電極との間の空隙の極く小さい距離(電極間距離)を高精度に形成することができ、安定したした振動モードと周波数特性を得ることができる。また、拡散層は、一般に用いられるCMOS製造プロセスによる拡散層形成工程で形成することができるため、製造工程を短縮することができる。 According to this invention, the vibrator is formed of polysilicon, the lower electrode is formed of the diffusion layer, and the gap between the upper electrode portion and the lower electrode is provided by the sacrificial layer formed by gate oxidation. Compared with the above-described conventional technique in which both the upper electrode portion and the lower electrode are formed of polysilicon, a very small distance (distance between electrodes) between the upper electrode portion and the lower electrode can be formed with high accuracy. And stable vibration mode and frequency characteristics can be obtained. In addition, since the diffusion layer can be formed by a diffusion layer forming process using a commonly used CMOS manufacturing process, the manufacturing process can be shortened.
また、前記空隙が、前記上部電極部と前記下部電極とが対向している第1の空隙と、前記振動体の梁部と前記半導体基板とが対向している第2の空隙と、から構成されていることが好ましい。
ここで、第1の空隙は、振動体の縦方向の振動を支配する要件の一つである上下の電極間距離の管理空隙であり、第2の空隙は、振動体が振動する際に、振動体と半導体基板の表面が接触しないように設定する管理空隙である。
Further, the gap includes a first gap in which the upper electrode portion and the lower electrode face each other, and a second gap in which the beam portion of the vibrating body and the semiconductor substrate face each other. It is preferable that
Here, the first gap is a management gap of the distance between the upper and lower electrodes, which is one of the requirements governing the vertical vibration of the vibrating body, and the second gap is when the vibrating body vibrates. This is a management gap that is set so that the vibrating body and the surface of the semiconductor substrate do not contact each other.
従って、このような構造にすれば、上部電極部と下部電極とが対向している第1の空隙は、平面方向の管理範囲を限定することができるので、高精度に電極間距離を管理することができ、また、第2の空隙は、第1の空隙よりも管理をゆるくしてもよいため、製造上の歩留まりを向上することができる。 Accordingly, with such a structure, the first gap in which the upper electrode portion and the lower electrode face each other can limit the management range in the planar direction, so that the inter-electrode distance can be managed with high accuracy. In addition, since the second gap may be controlled more loosely than the first gap, the manufacturing yield can be improved.
また、前記上部電極部と前記下部電極の表面形状が、略同じ形状で形成されていることが好ましい。
このようにすれば、上部電極部と下部電極との間の電荷の移動が上下電極の範囲以外に分散しにくいため、効率がよい振動体の駆動を行うことができる。
Moreover, it is preferable that the surface shape of the said upper electrode part and the said lower electrode is formed in the substantially same shape.
In this case, since the movement of electric charges between the upper electrode portion and the lower electrode is difficult to disperse outside the range of the upper and lower electrodes, the vibrator can be driven efficiently.
また、本発明の構造では、前記下部電極が、複数に分割されて形成されていることが好ましい。 In the structure of the present invention, the lower electrode is preferably divided into a plurality of parts.
このようにすれば、下部電極の数、分割された下部電極それぞれの間隔や大きさなどを選択的に形成することにより、所望の周波数特性を容易に得ることができる。下部電極は、前述したように拡散層で形成されているので、詳しくは後述する実施の形態において説明するが、CMOS製造プロセスによって電極の数、それぞれの間隔や大きさなどを自在に選択して形成することができる。 In this way, desired frequency characteristics can be easily obtained by selectively forming the number of lower electrodes and the interval and size of each of the divided lower electrodes. Since the lower electrode is formed of the diffusion layer as described above, the details will be described in the embodiments described later. However, the number of electrodes, the interval and size of each electrode can be freely selected by the CMOS manufacturing process. Can be formed.
また、本発明の構造では、前記振動体の長手方向の略中央部に幅方向両側に突出する突起部と、前記突起部を含む前記上部電極部に対向して設けられる前記下部電極と、が備えられていることが好ましい。
なお、突起部としては、例えば、幅方向に櫛歯状に設けることができる。
Further, in the structure of the present invention, a projecting portion projecting on both sides in the width direction at a substantially central portion in the longitudinal direction of the vibrating body, and the lower electrode provided to face the upper electrode portion including the projecting portion, It is preferable that it is provided.
In addition, as a projection part, it can provide in a comb-tooth shape in the width direction, for example.
このように、振動体に突起部を設け、この突起部に対向した下部電極が設けられているため、この突起部の位置、大きさ、形状を適宜設定することにより、異なる振動モードや周波数特性を有するMEMSレゾネ−タを容易に提供することができる。 As described above, since the projecting portion is provided on the vibrating body and the lower electrode facing the projecting portion is provided, different vibration modes and frequency characteristics can be obtained by appropriately setting the position, size, and shape of the projecting portion. A MEMS resonator having the above can be easily provided.
また、前記振動体の梁部が前記半導体基板の表面に対して平行な同一平面で形成されていることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the beam part of the vibrating body is formed in the same plane parallel to the surface of the semiconductor substrate.
このようにすれば、振動体の振動部としての梁部が単純梁形状となるため、振動モードを単純化して設計することができ、このことから安定した周波数特性を得ることができる。また、振動体の形状が単純であるので、製造しやすく、製造上の管理も容易になるため製造効率を高めることができる。 In this way, since the beam portion as the vibration portion of the vibrating body has a simple beam shape, the vibration mode can be simplified and designed, and thus stable frequency characteristics can be obtained. Further, since the shape of the vibrating body is simple, it is easy to manufacture and management in manufacturing becomes easy, so that manufacturing efficiency can be increased.
さらに、前記下部電極の表面が、前記振動体の梁部が形成される平面範囲内における前記半導体基板の表面と同一平面内に形成されていることが望ましい。 Furthermore, it is desirable that the surface of the lower electrode is formed in the same plane as the surface of the semiconductor substrate in a plane range where the beam portion of the vibrator is formed.
このようにすれば、振動体の振動部としての梁部と対向する半導体基板表面が同一平面に形成されているため、安定した振動モードを得ることができる。 According to this configuration, since the surface of the semiconductor substrate facing the beam portion as the vibrating portion of the vibrating body is formed on the same plane, a stable vibration mode can be obtained.
本発明のMEMSレゾネ−タの製造方法は、半導体製造プロセスによって半導体基板に上部電極部と梁部とを有する振動体を形成するMEMSレゾネ−タの製造方法であって、前記半導体基板の表面に選択酸化により素子分離して絶縁層を形成する工程と、分離している前記絶縁層を連続し、前記上部電極部と前記半導体基板に形成される下部電極との間の空隙形成層と、を含む犠牲層を形成するゲート酸化工程と、前記下部電極としての拡散層を形成する拡散層形成工程と、前記犠牲層の上面に前記振動体を形成する工程と、前記犠牲層を除去する工程と、を含むことを特徴とする。
ここで、半導体製造プロセスとしては、CMOS製造プロセスを採用することが最も好ましい。
A method for manufacturing a MEMS resonator according to the present invention is a method for manufacturing a MEMS resonator in which a vibrating body having an upper electrode portion and a beam portion is formed on a semiconductor substrate by a semiconductor manufacturing process. A step of forming an insulating layer by element isolation by selective oxidation, and a gap forming layer between the upper electrode portion and the lower electrode formed on the semiconductor substrate, the insulating layer being separated being continuous. A gate oxidation step for forming a sacrificial layer, a diffusion layer formation step for forming a diffusion layer as the lower electrode, a step for forming the vibrator on the upper surface of the sacrificial layer, and a step for removing the sacrificial layer , Including.
Here, as a semiconductor manufacturing process, it is most preferable to employ a CMOS manufacturing process.
本発明の製造方法によれば、上部電極部を有する振動体、拡散層より成る下部電極、上部電極部と下部電極との間の空隙を形成するための犠牲層とが、半導体製造プロセスによって形成できるため、工程数を少なくすることができ、製造効率を高めることができる。また、上部電極部と下部電極との間の空隙を形成するための犠牲層がゲート酸化工程によって形成されるので、非常に狭い空隙(電極間距離)を精度よく形成することができる。 According to the manufacturing method of the present invention, a vibrating body having an upper electrode portion, a lower electrode made of a diffusion layer, and a sacrificial layer for forming a gap between the upper electrode portion and the lower electrode are formed by a semiconductor manufacturing process. Therefore, the number of steps can be reduced, and the production efficiency can be increased. In addition, since a sacrificial layer for forming a gap between the upper electrode portion and the lower electrode is formed by the gate oxidation process, a very narrow gap (interelectrode distance) can be formed with high accuracy.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の実施形態1に係るMEMSレゾネ−タを示す平面図及び断面図、図2,3はMEMSレゾネ−タの製造方法を示す断面図、図4は実施形態2に係るMEMSレゾネ−タの製造方法を示す断面図、図5は実施形態3に係るMEMSレゾネ−タを示す平面図、図6は実施形態4に係るMEMSレゾネ−タを示す断面図、図7は実施形態5に係る断面図である。
(実施形態1)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a plan view and a cross-sectional view showing a MEMS resonator according to a first embodiment of the present invention, FIGS. 2 and 3 are cross-sectional views showing a method for manufacturing the MEMS resonator, and FIG. 4 is a MEMS according to the second embodiment. FIG. 5 is a plan view showing a MEMS resonator according to the third embodiment, FIG. 6 is a sectional view showing the MEMS resonator according to the fourth embodiment, and FIG. 7 is an embodiment. 5 is a cross-sectional view according to FIG.
(Embodiment 1)
図1(a)には、実施形態1に係るMEMSレゾネ−タの平面図、図1(b)には、図1(a)のA―A断面図、図1(c)には、図1(a)のB―B断面図が示されている。図1(a)〜図1(c)において、本実施形態のMEMSレゾネ−タ10は、Si層からなる半導体基板20表面に、後述する拡散層形成工程によって形成される拡散層からなる下部電極50と、下部電極50の上面に第1の空隙35を有してポリシリコンからなる振動体30とから構成されている。
なお、半導体基板20は、図示しないが、トランジスタ等の複数の回路素子を内臓しており、これらの回路素子は、MEMS素子を駆動制御する駆動制御回路である。このような駆動制御回路を含む半導体基板20と一体で振動体(ビーム)30が形成されている。
1A is a plan view of the MEMS resonator according to the first embodiment, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1A, and FIG. BB sectional view of 1 (a) is shown. 1A to 1C, a
Although not shown, the
半導体基板20には、アンカー接続部26,27が半導体基板20の表面から突出して形成されている(図1(c)、参照)。また、アンカー接続部26,27を結んだ直線状中央には下部電極50が形成されている。このアンカー接続部26,27に振動体30のアンカー部33,34がそれぞれ接続されている。
振動体30は、半導体基板20の上面に半導体製造プロセスによって形成される短冊状の形状に形成され、両端部にアンカー部33,34が半導体基板20側に突出して形成されている。また、アンカー部33,34を結ぶ直線状中央部には下部電極50側に突出した上部電極部31が形成されている。振動体30は、アンカー部33,34を支点とする両端支持梁であり、アンカー部33と上部電極部31との間、上部電極部31とアンカー部34との間は振動梁部32A,32Bである。
なお、本発明においては、上部電極部31は振動体30と同じ材料で一体に形成されているが、下部電極50との間で吸引、反発を繰り返して振動する構造であるため、特に上部電極部として説明する。
The vibrating
In the present invention, the
振動体30と半導体基板20との間には、犠牲層25(図2(e)、参照)によって形成された第1の空隙35と第2の空隙36とが形成されている。第1の空隙35は、上部電極部31と下部電極50との間で振動体30を駆動させるために必要な電荷の移動と、所望の振幅を得るために、概ね0.01μm〜0.2μmの範囲で所望の値に形成されている。
A
続いて、実施形態1におけるMEMSレゾネ−タ10の製造方法について図面を参照して説明する。
図2は、実施形態1に係るMEMSレゾネ−タ10の製造方法を図1(a)で示すA−A断面で視認した断面図、図3はB−B断面を視認した断面図である。まず、図2(a)において、Si層からなる半導体基板20の表面にSiO2からなる絶縁層21を形成し、その上面に、Si3N4からなる絶縁層22を後述する下部電極及びアンカー接続部の位置と形状で形成する。
Then, the manufacturing method of the
FIG. 2 is a cross-sectional view of the method for manufacturing the
図2(b)は、選択酸化により素子分離して犠牲層となる絶縁層23を形成する工程を示す。図2(b)において、絶縁層22を挟んで半導体基板20の厚み方向内側及び外側に選択酸化層としてのSiO2からなる絶縁層23を形成する。この絶縁層23は、素子分離層としての選択酸化層、いわゆるLOCOS(Local oxidation of silcon)である。また、絶縁層23は、犠牲層25(図2(e)、参照)の1部である。
このとき、絶縁層22の下部の半導体基板20には凸部20Aが形成されるが、この凸部20Aは、下部電極領域である。
FIG. 2B shows a process of forming an insulating
At this time, a
次に、図2(c)で示すように、絶縁層22をエッチングにより除去する。続いて、凸部20Aを含んで絶縁層23の表面にわたってSiO2からなる絶縁層24を形成する(図2(d)に示す)。凸部20A上面に形成される絶縁層24Aは、上部電極部31と下部電極50との間の第1の空隙35(図2(h)、参照)を形成する空隙形成層24Aである。
Next, as shown in FIG. 2C, the insulating
続いて、CMOS製造プロセスにおけるゲート酸化工程を行い犠牲層25を形成する(図2(e)、参照)。ゲート酸化工程では、予め形成された絶縁層23とその上面に形成された絶縁層24とが共にSiO2で構成されているため、空隙形成層24Aと連続した犠牲層25を形成する。続いて、拡散層形成工程によって下部電極50を形成する。
Subsequently, a
図2(f)には、拡散層形成工程が示されている。図2(f)において、まず、犠牲層25の上面にマスクレジスト40を形成する。そして熱拡散または不純物をイオン注入して熱拡散することによって拡散層よりなる下部電極50を形成する。なお、半導体基板(Si層)20がp型のSi層のとき、下部電極(拡散層)50はn+層が形成される。マスクレジスト40は、空隙形成層24Aの周縁とアンカー部26,27(図3、参照)を除く範囲に形成されており、マスクレジスト40の開口部範囲の犠牲層25のうち薄区形成された空隙形成層24Aの下部の半導体基板20に自己整合(セルフアライン)によって拡散層が形成される。厚い犠牲層(図2(c)で示す絶縁層23の範囲)には、拡散層は形成されない。この拡散層が下部電極50である。従って、下部電極50は、犠牲層25の空隙形成層24Aの形状と略同じ形状に形成される。
下部電極50を形成した後、振動体30を形成する。
FIG. 2F shows a diffusion layer forming step. In FIG. 2F, first, a mask resist 40 is formed on the upper surface of the
After forming the
図2(g)に振動体30の形成工程を示す。図2(g)において、犠牲層25の上面に所定の形状の振動体30がCVD法(Chemical Vaper Deposition)等によってポリシリコンで形成される。振動体30の下部電極と対向する凸部は上部電極部31であり、下部電極50の平面形状と略同じで、相互に平行な面を有している。なお、振動体30の上部電極部31は、犠牲層25の空隙形成層24Aの表面に倣って形成されている。
従って、上部電極部31と下部電極50の対向する表面の形状は、空隙形成層24Aの形状によって規制されるため略同じ形状となる。
続いて、犠牲層25を除去する。
FIG. 2G shows a process for forming the vibrating
Accordingly, the shape of the opposing surfaces of the
Subsequently, the
図2(h)に犠牲層25を除去する工程を示す。図2(h)において、犠牲層25をウエットエッチング等により除去する。こうして振動体30は、アンカー部33,34(図1(c)、参照)で支持された両端支持梁の如く形成される。この際、上部電極部31と下部電極50との間に形成される空隙35の距離(電極間距離)は、0.01μm〜0.2μmの範囲で所望に値に形成されている。この空隙(電極間距離)は、振動体30の振動周波数及び振幅から求められる。
FIG. 2H shows a process of removing the
続いて、本実施形態に係るMEMSレゾネ−タのアンカー部の製造方法について図面を参照して説明する。なお、アンカー部も前述した製造工程(図2、参照)で形成する。
図3は、アンカー部の製造工程を示す断面図である。図3(a)には、前述した図2(a)〜図2(e)で示す工程を経て下部電極50が形成された状態が示されている。ここで、アンカー部26,27には、マスクレジストによってマスクされ拡散層は形成されず絶縁層24Bが残る。この絶縁層24Bがあるとポリシリコンよりなる振動体30を接続形成ができないため、アンカー接続部26,27上面に形成されている絶縁層24をエッチングにより除去する(図示せず)。続いて振動体30を形成する。
Then, the manufacturing method of the anchor part of the MEMS resonator which concerns on this embodiment is demonstrated with reference to drawings. The anchor portion is also formed by the manufacturing process described above (see FIG. 2).
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the anchor portion. FIG. 3A shows a state in which the
図3(b)には、振動体形成工程が示されている。この振動体30は、前述した図2(g)と同一工程で形成される。ここで、振動体30のアンカー部33と34は、絶縁層24Bが除去されているため、半導体基板20のアンカー接続部26,27とそれぞれ密着接続され、半導体基板20と振動体30とが一体で形成される。
FIG. 3B shows a vibrating body forming step. The vibrating
続いて、犠牲層25をウエットエッチングにより除去する。
図3(c)には、犠牲層25を除去した状態が示されている。このようにして形成された振動体30は、アンカー部33,34がアンカー接続部26,27に接続された両端支持梁であり、電極部31と振動体30の振動部としての梁32A,32Bとが形成されている。
Subsequently, the
FIG. 3C shows a state where the
従って、前述した実施形態1では、振動体30をポリシリコンで形成し、下部電極50を拡散層によって形成し、上部電極部31と下部電極50の空隙は、ゲート酸化により形成される犠牲層25の一部である空隙形成層24Aによって形成されているので、前述した上部電極部31及び下部電極50共にポリシリコンで形成する従来技術に比べ上部電極部31と下部電極50との間の空隙の距離(電極間距離)を、この距離の±5%以下の高精度に形成することができ、安定した振動モードと周波数特性を得ることができる。また、下部電極50は、一般に用いられるCMOS製造プロセスによる熱拡散またはイオン注入などの拡散層形成工程で形成することができるため、ポリシリコンで形成する従来例に比べ製造工程を短縮することができる。
Therefore, in the first embodiment described above, the vibrating
また、上部電極部31と下部電極50とが対向している第1の空隙35は、管理範囲を限定することができるので、高精度に電極間距離を管理することが容易にでき、また、第2の空隙36は、振動体30の可動部が半導体基板20の表面に接触しなければよいので、第1の空隙よりも管理をゆるくしてもよいため、製造上の歩留まりを向上することができる。
Moreover, since the 1st space |
さらに、上部電極部31と下部電極50が、犠牲層25の空隙形成層24Aの形状に倣って形成されるため、それぞれ対向する面の形状が略同じ形状に形成されているので、上部電極部31と下部電極50との間の電荷の移動が上下の電極の範囲以外に分散しにくいため、効率がよい振動体の駆動を行うことができる。
(実施形態2)
Further, since the
(Embodiment 2)
続いて、本発明に係る実施形態2について図面を参照して説明する。実施形態2は、前述した実施形態1に対して下部電極の構成が異なることに特徴を有している。他の構成は、実施形態1と同じであるため、共通部についての説明を省略し、同じ符号を付与している。
図4には、実施形態2に係るMEMSレゾネ−タと、その製造方法の断面図が示されている。なお、アンカー部の構成と犠牲層25の形成までの工程は実施形態1(図3、図2(a)〜(e)に示す)と同じため説明を省略する。
Next, Embodiment 2 according to the present invention will be described with reference to the drawings. The second embodiment is characterized in that the configuration of the lower electrode is different from the first embodiment described above. Since the other configuration is the same as that of the first embodiment, description of the common part is omitted and the same reference numerals are given.
FIG. 4 shows a cross-sectional view of the MEMS resonator according to the second embodiment and the manufacturing method thereof. Note that the configuration of the anchor portion and the steps up to the formation of the
図4(a)には、犠牲層25の上面にマスクレジスト40を形成する工程が示されている。図4(a)において、犠牲層25を形成した後、マスクレジスト40を、空隙形成層24Aを含めて犠牲層25の表面に形成する。マスクレジスト40には、開口部41〜43が開設されている。続いて、拡散層形成工程に移行する。
FIG. 4A shows a process of forming a mask resist 40 on the upper surface of the
図4(b)には、拡散層形成工程を示す。拡散層形成工程では、実施形態1と同様に、熱拡散またはイオン注入によって拡散層よりなる下部電極を形成する。マスクレジスト40には、開口部41〜43が開設されているので、この開口部41〜43の部分だけに図4(b)に示すような拡散層、つまり下部電極51〜53が形成される。続いて、振動体30を形成する。
FIG. 4B shows a diffusion layer forming process. In the diffusion layer forming step, as in the first embodiment, a lower electrode made of a diffusion layer is formed by thermal diffusion or ion implantation. Since the
図4(c)には、振動体形成工程が示されている。振動体30は、実施形態1(図2(g)、参照)と同様に犠牲層25の上面に所定の形状でCVD法によってポリシリコンで形成する。振動体30の下部電極と対向する凸部表面は上部電極部31であり、下部電極を含め周縁の平面20Aとは相互に平行な面を有している。なお、振動体30の上部電極部31は、犠牲層25の空隙形成層24Aの表面に倣って形成されている。
続いて、犠牲層25をウエットエッチングによって除去する。
FIG. 4C shows the vibrating body forming step. The vibrating
Subsequently, the
図4(d)には、犠牲層25を除去してMEMSレゾネ−タが形成された状態がしめされている。なお、図4では、下部電極は3本に分割されて形成されているが、下部電極の数は限定されるものではなく、1本または2本、または3本以上でも良い。また、下部電極51,52,53は、平行な直線で形成してもよく、同心円状に形成しても良い。
FIG. 4D shows a state where the
従って、前述した実施形態2によれば、下部電極の数、分割された下部電極それぞれの間隔や大きさなどを選択的に形成することより、所望の周波数特性を容易に得ることができる。下部電極は、前述したように拡散層で形成されているので、CMOS製造プロセスによって電極の数、それぞれの間隔や大きさなどを自在に選択して形成することができる。
(実施形態3)
Therefore, according to the above-described second embodiment, desired frequency characteristics can be easily obtained by selectively forming the number of lower electrodes and the interval and size of each divided lower electrode. Since the lower electrode is formed of the diffusion layer as described above, it can be formed by freely selecting the number of electrodes, their spacing, size, etc. by the CMOS manufacturing process.
(Embodiment 3)
続いて、本発明に係る実施形態3について図面を参照して説明する。実施形態3は、前述した実施形態2に対して振動体30の形状及びそれに対応する下部電極の構成が異なることを特徴としている。アンカー部を含め実施形態1,2と同じ形状の部位には同じ符合を付与している。
図5は、実施形態3に係るMEMSレゾネ−タ10を示す部分平面図であり、振動体30と下部電極54〜56との関係を示している。図5において、振動体30の長手方向中央部には、幅方向両側に突出した3対の櫛歯状の突起部30A〜30Cが設けられている。これら突起部30A〜30Cが前述した実施形態1,2において説明した上部電極部31に対応している。また、半導体基板20の前記突起部30A〜30Cの形状に対応した下部電極54〜56が拡散層形成工程によって形成されている。
Subsequently, Embodiment 3 according to the present invention will be described with reference to the drawings. The third embodiment is characterized in that the shape of the vibrating
FIG. 5 is a partial plan view showing the
この実施形態3に係るMEMSレゾネ−タ10は、前述した実施形態2と同じ製造方法で形成することができるので、特別な工程を付加する必要はない。
Since the
なお、櫛歯状の突起部は、図5では3対設けられているが、3対に限らず何本でも適宜選択して設けることができる。例えば、2本でも、4本でもそれ以上でもよく、また、突起部の大きさも任意に設定することができる。
さらに、図5では、突起部30A〜30Cは、振動体30の幅方向に対称形に設けられているが、必ずしも対称形にしなくてもよく、例えば、左右の突起部を千鳥配置にしてもよく、大きさを変えてもよい。
突起部をこのように設けても、下部電極は、上部電極部に対応した形状にしておくことが好ましい。
Although three pairs of comb-like protrusions are provided in FIG. 5, the number is not limited to three and any number can be selected and provided as appropriate. For example, two, four, or more may be used, and the size of the protrusion can be arbitrarily set.
Furthermore, in FIG. 5, the
Even if the protrusions are provided in this way, it is preferable that the lower electrode has a shape corresponding to the upper electrode part.
従って、前述した実施形態3によれば、振動体30に突起部30A〜30Cを設け、この突起部に対向した下部電極54〜56が設けられているため、この突起部の配置、大きさ、形状を適宜設定することにより、異なる振動モードや周波数特性を有するMEMSレゾネ−タを容易に提供することができる。
(実施形態4)
Therefore, according to the above-described third embodiment, the projecting
(Embodiment 4)
続いて、本発明に係る実施形態4について図面を参照して説明する。実施形態4は、振動体30の梁部37が前記半導体基板の表面に対して平行な同一平面で形成されていることに特徴を有している。
図6は、実施形態4に係るMEMSレゾネ−タ10を示す断面図である。図6において、MEMSレゾネ−タ10は、前述した実施形態1(図2、参照)と同じ工程で形成されるが、犠牲層25を振動体30の梁部37の範囲にわたって形成し、振動体30を形成した後、犠牲層25を除去することで、梁部37が、半導体基板20の表面と平行で、且つ同一平面に形成されている。上部電極部としての振動体30と下部電極50との空隙35の距離(電極間距離)を所定の距離にするために、犠牲層25の上面を所定厚みにCMP(Chemical and Mechanical Polishing)等の手段で研磨してもよい。
Next, Embodiment 4 according to the present invention will be described with reference to the drawings. The fourth embodiment is characterized in that the
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the
実施形態4によるMEMSレゾネ−タ10は、振動体30の振動部としての梁部37が単純両端支持梁形状となるため、振動モードの設計がし易くなると共に、振動モードを単純化して設計することができ、安定した周波数特性を得ることができる。また、振動体30の形状が単純であるので、製造しやすく、これらのことから製造上の管理も容易になるため製造効率を高めることができる。
(実施形態5)
In the
(Embodiment 5)
次に、本発明の実施形態5について図面を参照して説明する。実施形態5は、振動体30と対向する半導体基板20の表面を同一平面に形成することに特徴を有し、実施形態2の製造方法にて製造される構造であるので、製造方法及び構造上の共通部分については説明を省略し、同じ符号を付与する。
図7は、実施形態5に係るMEMSレゾネ−タ10を示す断面図である。図7において、半導体基板20の表面の選択酸化によって形成される絶縁層23の間の凸部20Aには拡散層形成工程によって拡散層としての下部電極50が形成されている。絶縁層23は、実施形態1(図2(c)、参照)に比べ、振動体30の梁部37の長さに相当する位置に形成される。下部電極50は、マスクレジストにより形成位置が決められ(図4(a)、参照)、開口部のみに拡散層(下部電極50)が形成される。下部電極50は、周縁の凸部20Aの表面と同一平面内に形成されている。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The fifth embodiment is characterized in that the surface of the
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the
振動体30は、前述の実施形態1と同様な製造工程で製造されるが(図2,3、参照)
、振動部としての梁部37は同一平面で形成され、空隙35を有して、半導体基板20の表面(凸部20A及び下部電極50の表面を含む)に平行である。
The vibrating
The
このような実施形態5の構造によれば、振動体30の振動部としての梁部37と、梁部37と対向する半導体基板20の表面が、それぞれ同一平面、且つ、平行に形成されているため、電極間距離が一定となり、より安定した振動モードを得ることができる。
また、同じスペースであれば、実施形態4と共に、梁部37の長さを長く設定することができるので、周波数帯域を広くすることができる。
According to such a structure of the fifth embodiment, the
Moreover, if it is the same space, since the length of the
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前述の実施形態1〜実施形態5では、それぞれの特性を生かす構造及び製造方法を示しているが、それぞれを組み合わせることが可能である。
例えば、実施形態3の突起部30A〜30Cを設ける構造は実施形態4及び実施形態5に応用することができる。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
For example, in the above-described first to fifth embodiments, structures and manufacturing methods that make use of the respective characteristics are shown, but it is possible to combine them.
For example, the structure in which the
また、実施形態2における下部電極を分割する構造は、実施形態5に応用することができ、それぞれの特徴を合わせた効果を得ることができる。 Moreover, the structure which divides | segments the lower electrode in Embodiment 2 can be applied to Embodiment 5, and the effect which match | combined each characteristic can be acquired.
また、前述の実施形態1〜実施形態5では、振動体30が両端支持梁構造を例示したが、振動体の形状は、両端支持梁構造に限らず、例えば、片持梁構造でも、中心部(上部電極)から放射状に梁が延在する構造の振動体を有するMEMSレゾネ−タにも応用することができる。
In the above-described first to fifth embodiments, the vibrating
従って、本発明によれば、MEMSレゾネ−タ形成のための特殊な製造方法を用いることなく、CMOS製造プロセス工程で高精度な上部電極部と下部電極の電極間距離を形成し、このことにより安定した振動モードと振動周波数を得られるMEMSレゾネ−タ及び工程を短縮できる製造方法を提供することができるという効果がある。
なお、本発明のMEMSレゾネ−タは、駆動回路等を内臓する半導体チップに一体に形成されるMEMS発信器、MEMS共振器等に採用することができる。
Therefore, according to the present invention, a high-accuracy distance between the upper electrode portion and the lower electrode is formed in the CMOS manufacturing process without using a special manufacturing method for forming the MEMS resonator. There is an effect that it is possible to provide a MEMS resonator capable of obtaining a stable vibration mode and vibration frequency and a manufacturing method capable of shortening the process.
The MEMS resonator of the present invention can be employed in a MEMS oscillator, a MEMS resonator, or the like that is integrally formed on a semiconductor chip that incorporates a drive circuit or the like.
10…MEMSレゾネ−タ、20…半導体基板、25…犠牲層、30…振動体、31…上部電極部、35…第1の空隙、36…第2の空隙、50…下部電極。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記第1絶縁層を形成する工程の後に、少なくとも前記下部電極形成領域上に、前記第1絶縁層より膜厚の薄い第2絶縁層を形成する工程と、
前記第2絶縁層を形成する工程の後に、前記下部電極形成領域に、拡散層よりなる下部電極を形成する工程と、
前記第2絶縁層上に、上部電極を形成する工程と、
前記第1絶縁層および前記第2絶縁層を除去する工程と、
を含むことを特徴とするMEMSレゾネータの製造方法。 Forming a first insulating layer on the surface of a semiconductor substrate having a lower electrode formation region by selective oxidation while avoiding the lower electrode formation region;
After the step of forming the first insulating layer, forming a second insulating layer having a thickness smaller than that of the first insulating layer on at least the lower electrode formation region;
After the step of forming the second insulating layer, forming a lower electrode made of a diffusion layer in the lower electrode formation region;
Forming an upper electrode on the second insulating layer;
Removing the first insulating layer and the second insulating layer;
A method for producing a MEMS resonator, comprising:
ゲート酸化工程により、前記第1絶縁層と前記第2絶縁層とを連続させて、犠牲層を形成する工程を、さらに含むことを特徴とするMEMSレゾネータの製造方法。 In the manufacturing method of the MEMS resonator of Claim 1,
A method of manufacturing a MEMS resonator, further comprising a step of forming a sacrificial layer by continuously forming the first insulating layer and the second insulating layer by a gate oxidation step.
前記上部電極と前記下部電極との対向する表面の形状は、略同じ形状であることを特徴とするMEMSレゾネータの製造方法。 In the manufacturing method of the MEMS resonator of Claim 1 or Claim 2,
The method of manufacturing a MEMS resonator, wherein the shapes of the opposing surfaces of the upper electrode and the lower electrode are substantially the same.
前記上部電極を形成する際に、前記第1絶縁層上に、前記上部電極と一体的に梁部を形成することを特徴とするMEMSレゾネータの製造方法。 In the manufacturing method of the MEMS resonator as described in any one of Claims 1 thru | or 3,
A method of manufacturing a MEMS resonator, comprising forming a beam portion integrally with the upper electrode on the first insulating layer when forming the upper electrode.
CMPにより、前記犠牲層の上面を平坦にする工程を、さらに含むことを特徴とするMEMSレゾネータの製造方法。 In the manufacturing method of the MEMS resonator as described in any one of Claim 2 thru | or 4,
A method of manufacturing a MEMS resonator, further comprising a step of flattening an upper surface of the sacrificial layer by CMP.
前記半導体基板と第1の空隙を介して形成された上部電極と、
前記半導体基板と第2の空隙を介して形成され、前記上部電極と一体に形成された梁部と、
前記上部電極に対向して前記半導体基板に形成された、拡散層よりなる下部電極と、
を含み、
前記下部電極と前記上部電極との間の前記第1空隙の距離は、前記半導体基板と前記梁部との間の前記第2空隙の距離よりも小さく、
前記上部電極と前記下部電極との対向する表面の形状は、略同じ形状であることを特徴とするMEMSレゾネータ。 A semiconductor substrate;
An upper electrode formed through the semiconductor substrate and a first gap;
A beam portion formed through the semiconductor substrate and a second gap and formed integrally with the upper electrode;
A lower electrode made of a diffusion layer, formed on the semiconductor substrate so as to face the upper electrode;
Including
The distance of the first gap between the lower electrode and the upper electrode is smaller than the distance of the second gap between the semiconductor substrate and the beam portion,
The MEMS resonator is characterized in that the shapes of the opposing surfaces of the upper electrode and the lower electrode are substantially the same.
前記上部電極の表面および前記梁部の表面は、前記半導体基板の表面に対して平行な同一平面であることを特徴とするMEMSレゾネータ。 The MEMS resonator according to claim 6, wherein
The surface of the upper electrode and the surface of the beam are the same plane parallel to the surface of the semiconductor substrate.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004349445A JP4632029B2 (en) | 2004-12-02 | 2004-12-02 | MEMS resonator and method for manufacturing MEMS resonator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004349445A JP4632029B2 (en) | 2004-12-02 | 2004-12-02 | MEMS resonator and method for manufacturing MEMS resonator |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006159300A JP2006159300A (en) | 2006-06-22 |
JP4632029B2 true JP4632029B2 (en) | 2011-02-16 |
Family
ID=36661862
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004349445A Expired - Fee Related JP4632029B2 (en) | 2004-12-02 | 2004-12-02 | MEMS resonator and method for manufacturing MEMS resonator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4632029B2 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07209105A (en) * | 1994-01-18 | 1995-08-11 | Nippondenso Co Ltd | Semiconductor dynamic quantity-sensor and its production |
JPH08125199A (en) * | 1994-10-28 | 1996-05-17 | Nippondenso Co Ltd | Semiconductor dynamic quantity sensor and fabrication thereof |
JP2001082964A (en) * | 1999-07-12 | 2001-03-30 | Murata Mfg Co Ltd | Resonant element |
-
2004
- 2004-12-02 JP JP2004349445A patent/JP4632029B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07209105A (en) * | 1994-01-18 | 1995-08-11 | Nippondenso Co Ltd | Semiconductor dynamic quantity-sensor and its production |
JPH08125199A (en) * | 1994-10-28 | 1996-05-17 | Nippondenso Co Ltd | Semiconductor dynamic quantity sensor and fabrication thereof |
JP2001082964A (en) * | 1999-07-12 | 2001-03-30 | Murata Mfg Co Ltd | Resonant element |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2006159300A (en) | 2006-06-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7005314B2 (en) | Sacrificial layer technique to make gaps in MEMS applications | |
JP5198322B2 (en) | MEMS element and method for manufacturing MEMS element | |
JP2008221398A (en) | Micro electro mechanical system and manufacturing method of micro electro mechanical system | |
JP2007097116A (en) | Sensor | |
WO2008052762A2 (en) | Semiconductor arrangement and method for fabricating a semiconductor arrangement | |
JP2009529820A (en) | MEMS resonator having at least one resonator mode shape | |
US20220369041A1 (en) | Mems device with enhanced membrane structure and method of forming the same | |
US8847708B2 (en) | MEMS vibrator and oscillator | |
US8587390B2 (en) | MEMS vibrator, oscillator, and method for manufacturing MEMS vibrator | |
JP4632029B2 (en) | MEMS resonator and method for manufacturing MEMS resonator | |
JP5225840B2 (en) | Vibrator, resonator using the same, and electromechanical filter using the same | |
WO2004050545A1 (en) | Micromachine and method of producing the same | |
JP5601463B2 (en) | MEMS vibrator, oscillator, and method for manufacturing MEMS vibrator | |
JP4370339B2 (en) | Manufacturing method of MEMS vibrator and MEMS vibrator | |
JP2006263905A (en) | Micro electromechanical system having beam to be deformed by bending | |
JP2013034156A (en) | Mems vibrator, oscillator and manufacturing method of mems vibrator | |
JP5167652B2 (en) | MEMS element | |
US20140290019A1 (en) | Method for fabricating vibrator | |
JP5573738B2 (en) | Manufacturing method of MEMS switch | |
JP5203848B2 (en) | Fine structure | |
JP5942582B2 (en) | Method for manufacturing vibrator | |
US8760234B2 (en) | MEMS vibrator and oscillator | |
JP2007216358A (en) | Mems device and its manufacturing method | |
JP2006095607A (en) | Manufacturing method of mems element and mems element | |
JP2005153062A (en) | Method for manufacturing semiconductor structure |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20070404 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070613 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100309 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100415 |
|
RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20100415 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100630 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100809 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20101020 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20101102 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131126 Year of fee payment: 3 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |