ＭＥＭＳデバイス
【課題】 基板と可動構造体を備えるＭＥＭＳデバイスにおいて、長期間にわたってスティッキングを確実に防止することが可能な技術を提供する。
【解決手段】 本発明は、基板と可動構造体を備えるＭＥＭＳデバイスとして具現化される。その可動構造体は、基板の上方に間隙を隔てて配置される可動部と、絶縁膜を介して基板に固定される固定部と、可動部と固定部を連結する支持梁を備えている。そのＭＥＭＳデバイスは、可動構造体の下面側に、可動構造体から連続的に形成された第１凸部を有している。そのＭＥＭＳデバイスは、基板の上面側に、基板から連続的に形成された第２凸部を有している。そのＭＥＭＳデバイスでは、第１凸部と第２凸部がほぼ同じ大きさで、互いに対向して配置されている。
【解決手段】 本発明は、基板と可動構造体を備えるＭＥＭＳデバイスとして具現化される。その可動構造体は、基板の上方に間隙を隔てて配置される可動部と、絶縁膜を介して基板に固定される固定部と、可動部と固定部を連結する支持梁を備えている。そのＭＥＭＳデバイスは、可動構造体の下面側に、可動構造体から連続的に形成された第１凸部を有している。そのＭＥＭＳデバイスは、基板の上面側に、基板から連続的に形成された第２凸部を有している。そのＭＥＭＳデバイスでは、第１凸部と第２凸部がほぼ同じ大きさで、互いに対向して配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
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、犠牲層を含む積層基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、犠牲層を含む積層基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。
【０００３】
上記のＭＥＭＳデバイスの中には、基板の上方に間隙を隔てて保持される可動構造体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、デバイスに加速度が作用したときに、可動構造体の可動部が基板に対して相対変位して、可動部と基板の間の静電容量が変化する。この可動部と基板の間の静電容量の変化を検出することで、デバイスに作用した加速度を検出することができる。
【０００４】
上述のようなＭＥＭＳデバイスでは、可動構造体が基板と面接触して固着してしまう事態（スティッキング）が生じることがある。スティッキングが生じてしまうと、可動構造体が基板に固定されていまい、本来の機能を果たすことができなくなってしまう。そこで、ＭＥＭＳデバイスにおいてスティッキングを防止する技術が、例えば特許文献１−３に開示されている。
【０００５】
特許文献１や特許文献２には、可動構造体および基板の表面を粗面化処理することで、スティッキングを抑制する技術が開示されている。
【０００６】
特許文献３には、可動構造体および基板の表面に微細な凸部を後から成膜することで、スティッキングを抑制する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２６８７０４号公報
【特許文献２】特開平１１−３４０４７７号公報
【特許文献３】特開２００２−１６０３６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１や特許文献２の技術のように、基板の上面側と可動構造体の下面側を粗面化処理する場合、基板と可動構造体が繰り返し接触した場合に、表面に形成された微細な凹凸が磨耗して、スティッキングを防止することができなくなるおそれがある。
【０００９】
特許文献３の技術のように、可動構造体および基板の表面に微細な凸部を後から成膜する場合、基板と可動構造体が繰り返し接触した場合に、後から成膜した凸部が剥離して、スティッキングを防止することができなくなるおそれがある。
【００１０】
従来技術によるスティッキング防止技術はいずれも、可動構造体と基板との面接触を防ぐための凸部に磨耗や剥離が生じて、長期間にわたってスティッキングを防止することが難しい。ＭＥＭＳデバイスを長期間にわたって使用する場合でも、スティッキングを確実に防止することが可能な技術が期待されている。
【００１１】
本発明は上記の課題を解決する。本発明では、基板と可動構造体を備えるＭＥＭＳデバイスにおいて、長期間にわたってスティッキングを確実に防止することが可能な技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本明細書が開示するＭＥＭＳデバイスは、基板と可動構造体を備えるＭＥＭＳデバイスである。その可動構造体は、基板の上方に間隙を隔てて配置される可動部と、絶縁膜を介して基板に固定される固定部と、可動部と固定部を連結する支持梁を備えている。そのＭＥＭＳデバイスは、可動構造体の下面側に、可動構造体から連続的に形成された第１凸部を有している。そのＭＥＭＳデバイスは、基板の上面側に、基板から連続的に形成された第２凸部を有している。そのＭＥＭＳデバイスでは、第１凸部と第２凸部がほぼ同じ大きさで、互いに対向して配置されている。
【００１３】
上記のＭＥＭＳデバイスでは、可動構造体が基板に向けて大きく沈み込んだ場合に、可動構造体の下面側の第１凸部の下面と、基板の上面側の第２凸部の上面が接触して、それ以上可動構造体が基板に向けて沈みこむことを防止する。この際の可動構造体と基板の接触面積は、第１凸部および第２凸部が形成されていない場合の接触面積に比べて、非常に小さい。これにより、可動構造体と基板が接触した場合のファンデルワールス力等に起因する接着力を低下させることができる。可動構造体と基板が面接触して固着してしまう事態（スティッキング）の発生を抑制することができる。
【００１４】
上記のＭＥＭＳデバイスでは、第１凸部が可動構造体から連続的に形成されているので、可動構造体から第１凸部が剥離してしまうことがなく、強度が高い。また、第２凸部が基板から連続的に形成されているので、可動構造体から第２凸部が剥離してしまうことがなく、強度が高い。ＭＥＭＳデバイスを長期間にわたって使用し、第１凸部と第２凸部が衝突を繰り返した場合であっても、第１凸部および第２凸部が磨耗や剥離を生ずるおそれが小さく、長期間にわたってスティッキングを確実に防止することができる。
【００１５】
上記のＭＥＭＳデバイスでは、第１凸部が、可動部の下面側に、可動部から連続的に形成されていることが好ましい。
【００１６】
上記のＭＥＭＳデバイスでは、可動部が基板に対して沈み込んだ場合に、可動部の下方に形成された第１凸部と第２凸部が接触することで、可動部と基板の面接触を抑制することができる。
【００１７】
あるいは、上記のＭＥＭＳデバイスは、第１凸部が、支持梁の下面側に、支持梁から連続的に形成されていることが好ましい。
【００１８】
上記のＭＥＭＳデバイスでは、可動部が基板に対して沈み込んだ場合に、支持梁の下方に形成された第１凸部と第２凸部が接触することで、可動部と基板の面接触を抑制することができる。このＭＥＭＳデバイスでは、可動部の下方にスティッキングを防止するための凸部を設ける必要がないので、可動部の下方の領域の設計の自由度を高めることができる。
【００１９】
上記のＭＥＭＳデバイスは、次のような方法で好適に製造することができる。その方法は、下側シリコン層と上側シリコン層の間にシリコン絶縁膜が形成されたＳＯＩ基板を準備する工程と、可動構造体の形状に合わせて上側シリコン層をエッチングする工程と、可動構造体の下方のシリコン絶縁膜を部分的にエッチングする工程と、上側シリコン層と下側シリコン層の表面にシリコン絶縁膜を形成する工程と、可動構造体の下方のシリコン絶縁膜をエッチングする工程を備えている。
【００２０】
上記の製造方法では、可動構造体の下方のシリコン絶縁膜を部分的にエッチングした後に、可動構造体の下方にはシリコン絶縁膜が部分的に残存する。その後のシリコン絶縁膜を形成する工程では、この残存しているシリコン絶縁膜がマスクとしての役割を果たし、下側シリコン層と上側シリコン層の露出している部分についてのみ、新たにシリコン絶縁膜が形成される。この際に、新たにシリコン絶縁膜が形成された部分では、シリコン絶縁膜とシリコン層との界面が内側に入り込むものの、元からシリコン絶縁膜が残存している部分では、シリコン絶縁膜とシリコン層との界面の位置はほとんど変化しない。その後、可動構造体の下方のシリコン絶縁膜をエッチングすることで、上側シリコン層と下側シリコン層に第１凸部と第２凸部がそれぞれ形成される。第１凸部は、可動構造体から連続的に形成されており、第２凸部は、基板から連続的に形成されている。上記の製造方法によれば、可動構造体の下面側と基板の上面側に、互いに対向する位置関係で、ほぼ同じ大きさの第１凸部と第２凸部を簡易な方法で形成することができる。
【００２１】
上記の製造方法によれば、可動構造体の下方のシリコン絶縁膜を部分的にエッチングする際に、エッチングの時間を調整することによって、最終的に形成される第１凸部と第２凸部の平面視したときの大きさを調整することができる。第１凸部と第２凸部が小さくなりすぎてしまうことを防止し、第１凸部と第２凸部の強度を確保することができる。長期間にわたって確実にスティッキングを防止することができるＭＥＭＳデバイスを製造することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、基板と可動構造体を備えるＭＥＭＳデバイスにおいて、長期間にわたってスティッキングを確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施例１のＭＥＭＳデバイス１０の平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】実施例１のＭＥＭＳデバイス１０の製造方法を説明する図である。
【図４】実施例１のＭＥＭＳデバイス１０の製造方法を説明する図である。
【図５】実施例１のＭＥＭＳデバイス１０の製造方法を説明する図である。
【図６】実施例１のＭＥＭＳデバイス１０の製造方法を説明する図である。
【図７】シリコン層が酸化する際の酸化シリコンとシリコン層の界面の位置を模式的に示す図である。
【図８】実施例２のＭＥＭＳデバイス２０の平面図である。
【図９】図８のＩＸ−ＩＸ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
好ましい実施例の特徴を最初に列記する。
（特徴１）ＭＥＭＳデバイスは、下側シリコン層と上側シリコン層の間にシリコン酸化膜が形成されたＳＯＩ基板から製造する。
（特徴２）ＭＥＭＳデバイスは加速度センサとして用いられる。
【実施例１】
【００２５】
以下では図面を参照しながら、実施例１に係るＭＥＭＳデバイス１０について説明する。図１は、ＭＥＭＳデバイス１０の平面図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。ＭＥＭＳデバイス１０は、下側シリコン層と上側シリコン層の間にシリコン酸化膜が形成されたＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板から、半導体製造プロセスを利用して製造される。
【００２６】
図１および図２に示すように、ＭＥＭＳデバイス１０は、下側シリコン層に形成された基板１００と、上側シリコン層に形成されており、基板１００の上方に間隙を隔てて保持された可動構造体１０２を備えている。図１に示すように、可動構造体１０２は、平面視したときの外形が矩形形状に形成された可動部１０４と、可動部１０４の端部から伸びる支持梁１０６と、支持梁１０６を保持する保持部１０８を備えている。支持梁１０６は、細長に形成された梁であり、可動部１０４と保持部１０８を連結している。保持部１０８は支持梁１０６よりも幅広に形成されている。図２に示すように、保持部１０８は絶縁層１１０を介して基板１００に対して固定されている。本実施例のＭＥＭＳデバイス１０では、支持梁１０６は低い剛性となるように形成されているので、可動部１０４は基板１００に対してＹ軸（図１の上下方向に伸びる軸）、Ｚ軸（図１の紙面垂直方向に伸びる軸）の二軸方向に変位可能である。
【００２７】
ＭＥＭＳデバイス１０は加速度センサとして用いることができる。ＭＥＭＳデバイス１０にＺ方向の加速度が作用すると、可動部１０４が基板１００に対してＺ方向に変位する。すると、可動部１０４と基板１００の間の静電容量が変化する。この静電容量の変化を電気信号として検出することで、その検出した静電容量の変化量からＺ方向の加速度を算出することができる。
【００２８】
また、可動部１０４にアクチュエータを設けることで、ＭＥＭＳデバイス１０を角速度センサとして用いることもできる。例えば、アクチュエータによって可動部１０４をＹ方向に振動させる構成とした場合、可動部１０４がＹ方向に振動している状態でＭＥＭＳデバイス１０にＸ軸（図１の左右方向に伸びる軸）周りの角速度が作用すると、可動部１０４にＺ方向のコリオリ力が作用して、可動部１０４が基板１００に対してＺ方向に変位する。このＺ方向の変位に伴って可動部１０４と基板１００の間の静電容量が変化し、この静電容量の変化を電気信号として検出することで、その検出した静電容量の変化量からＸ軸周りの角速度を算出することができる。
【００２９】
図１に示すように、可動部１０４には複数の貫通孔１１２が形成されている。貫通孔１１２は、ＳＯＩ基板からＭＥＭＳデバイス１０を作製する際に、犠牲層であるシリコン酸化膜をエッチングするためのエッチングホールである。貫通孔１１２は可動部１０４の全体に亘って等間隔にＸ方向およびＹ方向に並んで配置されており、可動部１０４は格子状の形状となっている。本実施例のＭＥＭＳデバイス１０では、可動部１０４の外形は５００μｍ角の矩形形状に形成されており、個々の貫通孔１１２は５μｍ角の矩形形状に形成されており、隣接する貫通孔１１２間のＸ方向およびＹ方向の間隔はいずれも５μｍである。
【００３０】
図２に示すように、可動部１０４はその下面側に、可動部１０４から連続的に形成された複数の第１凸部１１４を有している。本実施例では、基板１００と可動部１０４の間隔は２μｍであり、第１凸部１１４の高さは０．６μｍ程度であり、第１凸部１１４の平面視したときの大きさは１μｍ〜２μｍである。図１に示すように、第１凸部１１４は、格子状に形成された可動部１０４の格子点に相当する位置に配置されている。
【００３１】
図２に示すように、基板１００はその上面側に、基板１００から連続的に形成された複数の第２凸部１１６を有している。本実施例では、第２凸部１１６の高さは０．６μｍ程度であり、第２凸部１１６の平面視したときの大きさは１μｍ〜２μｍである。それぞれの第２凸部１１６は、対応する第１凸部１１４と互いに対向する位置に配置されている。
【００３２】
本実施例のＭＥＭＳデバイス１０では、可動部１０４が基板１００に向けて大きく沈み込んだ場合に、可動部１０４の下面側の第１凸部１１４の下面と、基板１００の上面側の第２凸部１１６の上面が接触して、それ以上可動部１０４が基板１００に向けて沈みこむことを防止する。この際の可動部１０４と基板１００の接触面積は、第１凸部１１４および第２凸部１１６が形成されていない場合の可動部１０４と基板１００の接触面積に比べて、非常に小さい。これにより、可動部１０４と基板１００が接触した場合のファンデルワールス力等に起因する接着力を低下させることができる。本実施例のＭＥＭＳデバイス１０によれば、可動部１０４が基板１００に固着してしまう事態（スティッキング）の発生を抑制することができる。
【００３３】
本実施例のＭＥＭＳデバイス１０では、第１凸部１１４が可動部１０４から連続的に形成されているので、可動部１０４から第１凸部１１４が剥離してしまうことがなく、強度が高い。また、第２凸部１１６が基板１００から連続的に形成されているので、可動部１０４から第２凸部１１６が剥離してしまうことがなく、強度が高い。ＭＥＭＳデバイス１０を長期間にわたって使用し、第１凸部１１４と第２凸部１１６が衝突を繰り返した場合であっても、第１凸部１１４および第２凸部１１６が磨耗や剥離を生ずるおそれが小さく、長期間にわたってスティッキングを確実に防止することが可能なＭＥＭＳデバイス１０を実現することができる。
【００３４】
以下では図３から図６を参照しながら、本実施例のＭＥＭＳデバイス１０の製造方法を説明する。図３から図６は、図１のＩＩ−ＩＩ断面、すなわち、図２の断面に対応している。
【００３５】
まず図３に示すように、下側シリコン層３０２と上側シリコン層３０６の間にシリコン酸化膜３０４が形成されたＳＯＩ基板３００を準備し、上側シリコン層３０６の上面にフォトリソグラフィによってレジストパターン３０８を形成する。このレジストパターン３０８は、図１の可動構造体１０２の可動部１０４、支持梁１０６および保持部１０８を平面視した形状に対応している。
【００３６】
次いで図４に示すように、ＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）法によって、上側シリコン層３０６をエッチングする。これによって、上側シリコン層３０６はレジストパターン３０８に対応する形状にトリミングされて、図１の可動部１０４、支持梁１０６および保持部１０８に相当する部位が形成される。
【００３７】
次いで図５に示すように、上側シリコン層３０６の上面のレジストパターン３０８を除去した後に、バッファードフッ酸を用いた等方性エッチングによって、シリコン酸化膜３０４をエッチングする。以下ではこの工程を１回目の犠牲層エッチングともいう。この際、上側シリコン層３０６の可動部１０４に対応する部分には、エッチングホールである複数の貫通孔１１２が形成されている（図１参照）ので、それぞれのエッチングホールを介してエッチング液が回りこみ、可動部１０４の下方に存在するシリコン酸化膜３０４も速やかにエッチングされる。ここでのエッチング時間は短めに設定されており、エッチング液が最も回り込みにくい部位、すなわち格子状に形成された可動部１０４の格子点に相当する部位には、除去されないシリコン酸化膜３０４が残存する。
【００３８】
次いで図６に示すように、熱酸化処理によって、下側シリコン層３０２と上側シリコン層３０６の表面にシリコン酸化膜３１０を形成する。この熱酸化処理により、下側シリコン層３０２と上側シリコン層３０６でシリコンが露出している表面に、新たにシリコン酸化膜３１０が形成される。図７に示すように、熱酸化によって上側シリコン層３０６の表面にシリコン酸化膜３１０を形成する場合、シリコン酸化膜３１０と上側シリコン層３０６の界面は、元の上側シリコン層３０６の表面よりも４５％程度内側に入り込む。しかしながら、図６に示すように、この熱酸化処理を行う前からすでにシリコン酸化膜３０４で覆われている部位（すなわち、上側シリコン層３０６の下側表面において、残存するシリコン酸化膜３０４で覆われている部位）については、上側シリコン層３０６とシリコン酸化膜３０４の界面が内側にほとんど移動しない。上側シリコン層３０６の下側表面では、シリコン酸化膜３０４との界面に比べて、シリコン酸化膜３１０との界面の方が、より内側に入り込むことになる。同様に、下側シリコン層３０２の上側表面でも、シリコン酸化膜３０４との界面に比べて、シリコン酸化膜３１０との界面の方が、より内側に入り込むことになる。
【００３９】
そして、バッファードフッ酸を用いた等方性エッチングによって、可動部１０４の下方に残存しているシリコン酸化膜３０４および新たに形成されたシリコン酸化膜３１０を除去する。以下ではこの工程を２回目の犠牲層エッチングともいう。これによって、図２に示すようなＭＥＭＳデバイス１０を製造することができる。上記の製造方法によれば、可動部１０４の下面側と基板１００の上面側に、互いに対向する位置関係で、ほぼ同じ大きさの第１凸部１１４と第２凸部１１６を形成することができる。
【００４０】
第１凸部１１４は、可動部１０４の下面側を部分的な熱酸化とエッチングによって削り出すことで形成されており、可動部１０４から連続的に形成されている。第２凸部１１６は、基板１００の上面側を部分的な熱酸化とエッチングによって削り出すことで形成されており、基板１００から連続的に形成されている。上記の製造方法によれば、可動部１０４の下面側および基板１００の上面側に、互いに対向する位置関係で、可動部１０４から連続的に形成された第１凸部１１４と、基板１００から連続的に形成された第２凸部１１６を、簡易な方法で形成することができる。
【００４１】
上記の製造方法によれば、１回目の犠牲層エッチングにおけるエッチング時間を調整することで、第１凸部１１４および第２凸部１１６の平面視したときの大きさを所望の大きさに調整することができる。従って、第１凸部１１４や第２凸部１１６の平面視したときの大きさが、小さくなりすぎないように調整する（例えば、１μｍ〜２μｍ程度の大きさを確保する）ことで、第１凸部１１４および第２凸部１１６の強度を確保することができる。
【００４２】
なお、上記では貫通孔１１２をＸ方向およびＹ方向に等間隔に配置することで、第１凸部１１４、第２凸部１１６を格子点状に形成する場合について説明したが、貫通孔１１２の間隔を不均等にすることで、第１凸部１１４および第２凸部１１６の形状および配置を変更することができる。例えば、貫通孔１１２の一部の間隔を１５μｍとし、他の部分の間隔を５μｍとすれば、１回目の犠牲層エッチングにおいて、１５μｍの間隔とした箇所のシリコン酸化膜３０４のみを残存させ、５μｍの間隔とした箇所のシリコン酸化膜３０４を除去することができる。これによって、貫通孔１１２の間隔を１５μｍとした箇所にのみ、第１凸部１１４および第２凸部１１６を形成することができる。
【実施例２】
【００４３】
以下では図面を参照しながら、実施例２に係るＭＥＭＳデバイス２０について説明する。図８はＭＥＭＳデバイス２０の平面図であり、図９は図８のＩＸ−ＩＸ線断面図である。
【００４４】
図８および図９に示すように、ＭＥＭＳデバイス２０は、下側シリコン層に形成された基板８００と、上側シリコン層に形成されており、基板８００の上方に間隙を隔てて保持された可動構造体８０２を備えている。図８に示すように、可動構造体８０２は、平面視したときの外形が矩形形状に形成された可動部８０４と、可動部８０４の端部から伸びる支持梁８０６と、支持梁８０６を保持する保持部８０８を備えている。支持梁８０６は、細長に形成された梁であり、可動部８０４と保持部８０８を連結している。保持部８０８は支持梁８０６よりも幅広に形成されている。図９に示すように、保持部８０８は絶縁層８１０を介して基板８００に対して固定されている。支持梁８０６は低い剛性となるように形成されているので、可動部８０４は基板８００に対してＹ軸、Ｚ軸の二軸方向に移動可能である。実施例１のＭＥＭＳデバイス１０と同様に、本実施例のＭＥＭＳデバイス２０は、加速度センサや角速度センサとして用いることができる。
【００４５】
図８に示すように、可動部８０４には犠牲層をエッチングする際のエッチングホールである複数の貫通孔８１２が形成されている。貫通孔８１２は可動部８０４の全体に亘って等間隔にＸ方向およびＹ方向に並んで配置されており、可動部８０４は格子状の形状となっている。実施例１のＭＥＭＳデバイス１０に比べて、本実施例のＭＥＭＳデバイス２０では、より多数の貫通孔８１２が、より密に配置されており、隣接する貫通孔８１２の間の間隔が、より狭くなっている。
【００４６】
図９に示すように、支持梁８０６はその下面側に、支持梁８０６から連続的に形成された第１凸部８１４を有している。また、基板８００はその上面側に、基板８００から連続的に形成された複数の第２凸部８１６を有している。第２凸部８１６は、対応する第１凸部８１４と互いに対向する位置に配置されている。実施例１のＭＥＭＳデバイス１０と異なり、本実施例のＭＥＭＳデバイス２０では、可動部８０４の下面側には凸部が形成されておらず、基板８００の上面側の可動部８０４と対向する部位には凸部が形成されていない。
【００４７】
本実施例のＭＥＭＳデバイス２０では、可動部８０４が基板８００に向けて大きく沈み込んだ場合に、支持梁８０６の下面側の第１凸部８１４の下面と、基板８００の上面側の第２凸部８１６の上面が接触して、それ以上可動部８０４が基板８００に向けて沈みこむことを防止する。この際の支持梁８０６と基板８００の接触面積は、第１凸部８１４および第２凸部８１６が形成されていない場合の可動部８０４と基板８００の接触面積に比べて、非常に小さい。本実施例のＭＥＭＳデバイス２０によれば、可動部８０４が基板８００に固着してしまう事態（スティッキング）の発生を抑制することができる。
【００４８】
本実施例のＭＥＭＳデバイス２０は、実施例１のＭＥＭＳデバイス１０とほぼ同様の方法によって製造される。本実施例のＭＥＭＳデバイス２０では、可動部８０４に多数の貫通孔８１２が密に配置されているので、１回目の犠牲層エッチングの際に、可動部８０４の下方に存在するシリコン酸化膜は完全に除去されて、支持梁８０６の下方に存在するシリコン酸化膜が部分的に残存する。その後、熱酸化処理と、２回目の犠牲層エッチングを行うことによって、図８および図９に示すＭＥＭＳデバイス２０を製造することができる。
【００４９】
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。
【００５０】
例えば、上記の実施例では、第１犠牲層エッチングと第２犠牲層エッチングにおいて、バッファードフッ酸を用いた等方性エッチングを行う場合について説明したが、バッファードフッ酸を用いたエッチングに代えて、気相のフッ酸を用いたベーパーエッチングを行う構成としてもよい。
【００５１】
上記の実施例では、下側シリコン層と上側シリコン層の間にシリコン酸化膜が形成されたＳＯＩ基板から半導体製造プロセスによってＭＥＭＳデバイスを製造する場合について説明した。これとは異なり、まず上側シリコン層と下側シリコン層を別個に製造しておいて、それぞれの表面に第１凸部と第２凸部を形成しておいて、その後に両者をシリコン酸化膜を挟んで接着させて、ＭＥＭＳデバイスを製造してもよい。
【００５２】
上記の実施例では、加速度や角速度などの物理量を検出するセンサとして用いられるＭＥＭＳデバイスを例として説明したが、本発明が適用可能な範囲はこれに限られない。例えば、可動部の上面にミラーを設けて、揺動軸の周りに可動部が揺動可能となるように支持梁で支持する構成のＭＥＭＳデバイスは、光偏向装置に用いることができる。このようなＭＥＭＳデバイスについても、本発明によれば、可動部が基板に固着してしまうスティッキングを抑制することができる。本発明は、基板の上方に間隙を隔てて保持される可動構造体を備えるＭＥＭＳデバイスであれば、どのようなものであっても、適用することができる。
【００５３】
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。
【符号の説明】
【００５４】
１０，２０ ＭＥＭＳデバイス
１００ 基板
１０２ 可動構造体
１０４ 可動部
１０６ 支持梁
１０８ 保持部
１１０ 絶縁層
１１２ 貫通孔
１１４ 第１凸部
１１６ 第２凸部
３００ ＳＯＩ基板
３０２ 下側シリコン層
３０４ シリコン酸化膜
３０６ 上側シリコン層
３０８ レジストパターン
３１０ シリコン酸化膜
８００ 基板
８０２ 可動構造体
８０４ 可動部
８０６ 支持梁
８０８ 保持部
８１０ 絶縁層
８１２ 貫通孔
８１４ 第１凸部
８１６ 第２凸部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
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、犠牲層を含む積層基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、犠牲層を含む積層基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。
【０００３】
上記のＭＥＭＳデバイスの中には、基板の上方に間隙を隔てて保持される可動構造体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、デバイスに加速度が作用したときに、可動構造体の可動部が基板に対して相対変位して、可動部と基板の間の静電容量が変化する。この可動部と基板の間の静電容量の変化を検出することで、デバイスに作用した加速度を検出することができる。
【０００４】
上述のようなＭＥＭＳデバイスでは、可動構造体が基板と面接触して固着してしまう事態（スティッキング）が生じることがある。スティッキングが生じてしまうと、可動構造体が基板に固定されていまい、本来の機能を果たすことができなくなってしまう。そこで、ＭＥＭＳデバイスにおいてスティッキングを防止する技術が、例えば特許文献１−３に開示されている。
【０００５】
特許文献１や特許文献２には、可動構造体および基板の表面を粗面化処理することで、スティッキングを抑制する技術が開示されている。
【０００６】
特許文献３には、可動構造体および基板の表面に微細な凸部を後から成膜することで、スティッキングを抑制する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２６８７０４号公報
【特許文献２】特開平１１−３４０４７７号公報
【特許文献３】特開２００２−１６０３６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１や特許文献２の技術のように、基板の上面側と可動構造体の下面側を粗面化処理する場合、基板と可動構造体が繰り返し接触した場合に、表面に形成された微細な凹凸が磨耗して、スティッキングを防止することができなくなるおそれがある。
【０００９】
特許文献３の技術のように、可動構造体および基板の表面に微細な凸部を後から成膜する場合、基板と可動構造体が繰り返し接触した場合に、後から成膜した凸部が剥離して、スティッキングを防止することができなくなるおそれがある。
【００１０】
従来技術によるスティッキング防止技術はいずれも、可動構造体と基板との面接触を防ぐための凸部に磨耗や剥離が生じて、長期間にわたってスティッキングを防止することが難しい。ＭＥＭＳデバイスを長期間にわたって使用する場合でも、スティッキングを確実に防止することが可能な技術が期待されている。
【００１１】
本発明は上記の課題を解決する。本発明では、基板と可動構造体を備えるＭＥＭＳデバイスにおいて、長期間にわたってスティッキングを確実に防止することが可能な技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本明細書が開示するＭＥＭＳデバイスは、基板と可動構造体を備えるＭＥＭＳデバイスである。その可動構造体は、基板の上方に間隙を隔てて配置される可動部と、絶縁膜を介して基板に固定される固定部と、可動部と固定部を連結する支持梁を備えている。そのＭＥＭＳデバイスは、可動構造体の下面側に、可動構造体から連続的に形成された第１凸部を有している。そのＭＥＭＳデバイスは、基板の上面側に、基板から連続的に形成された第２凸部を有している。そのＭＥＭＳデバイスでは、第１凸部と第２凸部がほぼ同じ大きさで、互いに対向して配置されている。
【００１３】
上記のＭＥＭＳデバイスでは、可動構造体が基板に向けて大きく沈み込んだ場合に、可動構造体の下面側の第１凸部の下面と、基板の上面側の第２凸部の上面が接触して、それ以上可動構造体が基板に向けて沈みこむことを防止する。この際の可動構造体と基板の接触面積は、第１凸部および第２凸部が形成されていない場合の接触面積に比べて、非常に小さい。これにより、可動構造体と基板が接触した場合のファンデルワールス力等に起因する接着力を低下させることができる。可動構造体と基板が面接触して固着してしまう事態（スティッキング）の発生を抑制することができる。
【００１４】
上記のＭＥＭＳデバイスでは、第１凸部が可動構造体から連続的に形成されているので、可動構造体から第１凸部が剥離してしまうことがなく、強度が高い。また、第２凸部が基板から連続的に形成されているので、可動構造体から第２凸部が剥離してしまうことがなく、強度が高い。ＭＥＭＳデバイスを長期間にわたって使用し、第１凸部と第２凸部が衝突を繰り返した場合であっても、第１凸部および第２凸部が磨耗や剥離を生ずるおそれが小さく、長期間にわたってスティッキングを確実に防止することができる。
【００１５】
上記のＭＥＭＳデバイスでは、第１凸部が、可動部の下面側に、可動部から連続的に形成されていることが好ましい。
【００１６】
上記のＭＥＭＳデバイスでは、可動部が基板に対して沈み込んだ場合に、可動部の下方に形成された第１凸部と第２凸部が接触することで、可動部と基板の面接触を抑制することができる。
【００１７】
あるいは、上記のＭＥＭＳデバイスは、第１凸部が、支持梁の下面側に、支持梁から連続的に形成されていることが好ましい。
【００１８】
上記のＭＥＭＳデバイスでは、可動部が基板に対して沈み込んだ場合に、支持梁の下方に形成された第１凸部と第２凸部が接触することで、可動部と基板の面接触を抑制することができる。このＭＥＭＳデバイスでは、可動部の下方にスティッキングを防止するための凸部を設ける必要がないので、可動部の下方の領域の設計の自由度を高めることができる。
【００１９】
上記のＭＥＭＳデバイスは、次のような方法で好適に製造することができる。その方法は、下側シリコン層と上側シリコン層の間にシリコン絶縁膜が形成されたＳＯＩ基板を準備する工程と、可動構造体の形状に合わせて上側シリコン層をエッチングする工程と、可動構造体の下方のシリコン絶縁膜を部分的にエッチングする工程と、上側シリコン層と下側シリコン層の表面にシリコン絶縁膜を形成する工程と、可動構造体の下方のシリコン絶縁膜をエッチングする工程を備えている。
【００２０】
上記の製造方法では、可動構造体の下方のシリコン絶縁膜を部分的にエッチングした後に、可動構造体の下方にはシリコン絶縁膜が部分的に残存する。その後のシリコン絶縁膜を形成する工程では、この残存しているシリコン絶縁膜がマスクとしての役割を果たし、下側シリコン層と上側シリコン層の露出している部分についてのみ、新たにシリコン絶縁膜が形成される。この際に、新たにシリコン絶縁膜が形成された部分では、シリコン絶縁膜とシリコン層との界面が内側に入り込むものの、元からシリコン絶縁膜が残存している部分では、シリコン絶縁膜とシリコン層との界面の位置はほとんど変化しない。その後、可動構造体の下方のシリコン絶縁膜をエッチングすることで、上側シリコン層と下側シリコン層に第１凸部と第２凸部がそれぞれ形成される。第１凸部は、可動構造体から連続的に形成されており、第２凸部は、基板から連続的に形成されている。上記の製造方法によれば、可動構造体の下面側と基板の上面側に、互いに対向する位置関係で、ほぼ同じ大きさの第１凸部と第２凸部を簡易な方法で形成することができる。
【００２１】
上記の製造方法によれば、可動構造体の下方のシリコン絶縁膜を部分的にエッチングする際に、エッチングの時間を調整することによって、最終的に形成される第１凸部と第２凸部の平面視したときの大きさを調整することができる。第１凸部と第２凸部が小さくなりすぎてしまうことを防止し、第１凸部と第２凸部の強度を確保することができる。長期間にわたって確実にスティッキングを防止することができるＭＥＭＳデバイスを製造することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、基板と可動構造体を備えるＭＥＭＳデバイスにおいて、長期間にわたってスティッキングを確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施例１のＭＥＭＳデバイス１０の平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】実施例１のＭＥＭＳデバイス１０の製造方法を説明する図である。
【図４】実施例１のＭＥＭＳデバイス１０の製造方法を説明する図である。
【図５】実施例１のＭＥＭＳデバイス１０の製造方法を説明する図である。
【図６】実施例１のＭＥＭＳデバイス１０の製造方法を説明する図である。
【図７】シリコン層が酸化する際の酸化シリコンとシリコン層の界面の位置を模式的に示す図である。
【図８】実施例２のＭＥＭＳデバイス２０の平面図である。
【図９】図８のＩＸ−ＩＸ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
好ましい実施例の特徴を最初に列記する。
（特徴１）ＭＥＭＳデバイスは、下側シリコン層と上側シリコン層の間にシリコン酸化膜が形成されたＳＯＩ基板から製造する。
（特徴２）ＭＥＭＳデバイスは加速度センサとして用いられる。
【実施例１】
【００２５】
以下では図面を参照しながら、実施例１に係るＭＥＭＳデバイス１０について説明する。図１は、ＭＥＭＳデバイス１０の平面図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。ＭＥＭＳデバイス１０は、下側シリコン層と上側シリコン層の間にシリコン酸化膜が形成されたＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板から、半導体製造プロセスを利用して製造される。
【００２６】
図１および図２に示すように、ＭＥＭＳデバイス１０は、下側シリコン層に形成された基板１００と、上側シリコン層に形成されており、基板１００の上方に間隙を隔てて保持された可動構造体１０２を備えている。図１に示すように、可動構造体１０２は、平面視したときの外形が矩形形状に形成された可動部１０４と、可動部１０４の端部から伸びる支持梁１０６と、支持梁１０６を保持する保持部１０８を備えている。支持梁１０６は、細長に形成された梁であり、可動部１０４と保持部１０８を連結している。保持部１０８は支持梁１０６よりも幅広に形成されている。図２に示すように、保持部１０８は絶縁層１１０を介して基板１００に対して固定されている。本実施例のＭＥＭＳデバイス１０では、支持梁１０６は低い剛性となるように形成されているので、可動部１０４は基板１００に対してＹ軸（図１の上下方向に伸びる軸）、Ｚ軸（図１の紙面垂直方向に伸びる軸）の二軸方向に変位可能である。
【００２７】
ＭＥＭＳデバイス１０は加速度センサとして用いることができる。ＭＥＭＳデバイス１０にＺ方向の加速度が作用すると、可動部１０４が基板１００に対してＺ方向に変位する。すると、可動部１０４と基板１００の間の静電容量が変化する。この静電容量の変化を電気信号として検出することで、その検出した静電容量の変化量からＺ方向の加速度を算出することができる。
【００２８】
また、可動部１０４にアクチュエータを設けることで、ＭＥＭＳデバイス１０を角速度センサとして用いることもできる。例えば、アクチュエータによって可動部１０４をＹ方向に振動させる構成とした場合、可動部１０４がＹ方向に振動している状態でＭＥＭＳデバイス１０にＸ軸（図１の左右方向に伸びる軸）周りの角速度が作用すると、可動部１０４にＺ方向のコリオリ力が作用して、可動部１０４が基板１００に対してＺ方向に変位する。このＺ方向の変位に伴って可動部１０４と基板１００の間の静電容量が変化し、この静電容量の変化を電気信号として検出することで、その検出した静電容量の変化量からＸ軸周りの角速度を算出することができる。
【００２９】
図１に示すように、可動部１０４には複数の貫通孔１１２が形成されている。貫通孔１１２は、ＳＯＩ基板からＭＥＭＳデバイス１０を作製する際に、犠牲層であるシリコン酸化膜をエッチングするためのエッチングホールである。貫通孔１１２は可動部１０４の全体に亘って等間隔にＸ方向およびＹ方向に並んで配置されており、可動部１０４は格子状の形状となっている。本実施例のＭＥＭＳデバイス１０では、可動部１０４の外形は５００μｍ角の矩形形状に形成されており、個々の貫通孔１１２は５μｍ角の矩形形状に形成されており、隣接する貫通孔１１２間のＸ方向およびＹ方向の間隔はいずれも５μｍである。
【００３０】
図２に示すように、可動部１０４はその下面側に、可動部１０４から連続的に形成された複数の第１凸部１１４を有している。本実施例では、基板１００と可動部１０４の間隔は２μｍであり、第１凸部１１４の高さは０．６μｍ程度であり、第１凸部１１４の平面視したときの大きさは１μｍ〜２μｍである。図１に示すように、第１凸部１１４は、格子状に形成された可動部１０４の格子点に相当する位置に配置されている。
【００３１】
図２に示すように、基板１００はその上面側に、基板１００から連続的に形成された複数の第２凸部１１６を有している。本実施例では、第２凸部１１６の高さは０．６μｍ程度であり、第２凸部１１６の平面視したときの大きさは１μｍ〜２μｍである。それぞれの第２凸部１１６は、対応する第１凸部１１４と互いに対向する位置に配置されている。
【００３２】
本実施例のＭＥＭＳデバイス１０では、可動部１０４が基板１００に向けて大きく沈み込んだ場合に、可動部１０４の下面側の第１凸部１１４の下面と、基板１００の上面側の第２凸部１１６の上面が接触して、それ以上可動部１０４が基板１００に向けて沈みこむことを防止する。この際の可動部１０４と基板１００の接触面積は、第１凸部１１４および第２凸部１１６が形成されていない場合の可動部１０４と基板１００の接触面積に比べて、非常に小さい。これにより、可動部１０４と基板１００が接触した場合のファンデルワールス力等に起因する接着力を低下させることができる。本実施例のＭＥＭＳデバイス１０によれば、可動部１０４が基板１００に固着してしまう事態（スティッキング）の発生を抑制することができる。
【００３３】
本実施例のＭＥＭＳデバイス１０では、第１凸部１１４が可動部１０４から連続的に形成されているので、可動部１０４から第１凸部１１４が剥離してしまうことがなく、強度が高い。また、第２凸部１１６が基板１００から連続的に形成されているので、可動部１０４から第２凸部１１６が剥離してしまうことがなく、強度が高い。ＭＥＭＳデバイス１０を長期間にわたって使用し、第１凸部１１４と第２凸部１１６が衝突を繰り返した場合であっても、第１凸部１１４および第２凸部１１６が磨耗や剥離を生ずるおそれが小さく、長期間にわたってスティッキングを確実に防止することが可能なＭＥＭＳデバイス１０を実現することができる。
【００３４】
以下では図３から図６を参照しながら、本実施例のＭＥＭＳデバイス１０の製造方法を説明する。図３から図６は、図１のＩＩ−ＩＩ断面、すなわち、図２の断面に対応している。
【００３５】
まず図３に示すように、下側シリコン層３０２と上側シリコン層３０６の間にシリコン酸化膜３０４が形成されたＳＯＩ基板３００を準備し、上側シリコン層３０６の上面にフォトリソグラフィによってレジストパターン３０８を形成する。このレジストパターン３０８は、図１の可動構造体１０２の可動部１０４、支持梁１０６および保持部１０８を平面視した形状に対応している。
【００３６】
次いで図４に示すように、ＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）法によって、上側シリコン層３０６をエッチングする。これによって、上側シリコン層３０６はレジストパターン３０８に対応する形状にトリミングされて、図１の可動部１０４、支持梁１０６および保持部１０８に相当する部位が形成される。
【００３７】
次いで図５に示すように、上側シリコン層３０６の上面のレジストパターン３０８を除去した後に、バッファードフッ酸を用いた等方性エッチングによって、シリコン酸化膜３０４をエッチングする。以下ではこの工程を１回目の犠牲層エッチングともいう。この際、上側シリコン層３０６の可動部１０４に対応する部分には、エッチングホールである複数の貫通孔１１２が形成されている（図１参照）ので、それぞれのエッチングホールを介してエッチング液が回りこみ、可動部１０４の下方に存在するシリコン酸化膜３０４も速やかにエッチングされる。ここでのエッチング時間は短めに設定されており、エッチング液が最も回り込みにくい部位、すなわち格子状に形成された可動部１０４の格子点に相当する部位には、除去されないシリコン酸化膜３０４が残存する。
【００３８】
次いで図６に示すように、熱酸化処理によって、下側シリコン層３０２と上側シリコン層３０６の表面にシリコン酸化膜３１０を形成する。この熱酸化処理により、下側シリコン層３０２と上側シリコン層３０６でシリコンが露出している表面に、新たにシリコン酸化膜３１０が形成される。図７に示すように、熱酸化によって上側シリコン層３０６の表面にシリコン酸化膜３１０を形成する場合、シリコン酸化膜３１０と上側シリコン層３０６の界面は、元の上側シリコン層３０６の表面よりも４５％程度内側に入り込む。しかしながら、図６に示すように、この熱酸化処理を行う前からすでにシリコン酸化膜３０４で覆われている部位（すなわち、上側シリコン層３０６の下側表面において、残存するシリコン酸化膜３０４で覆われている部位）については、上側シリコン層３０６とシリコン酸化膜３０４の界面が内側にほとんど移動しない。上側シリコン層３０６の下側表面では、シリコン酸化膜３０４との界面に比べて、シリコン酸化膜３１０との界面の方が、より内側に入り込むことになる。同様に、下側シリコン層３０２の上側表面でも、シリコン酸化膜３０４との界面に比べて、シリコン酸化膜３１０との界面の方が、より内側に入り込むことになる。
【００３９】
そして、バッファードフッ酸を用いた等方性エッチングによって、可動部１０４の下方に残存しているシリコン酸化膜３０４および新たに形成されたシリコン酸化膜３１０を除去する。以下ではこの工程を２回目の犠牲層エッチングともいう。これによって、図２に示すようなＭＥＭＳデバイス１０を製造することができる。上記の製造方法によれば、可動部１０４の下面側と基板１００の上面側に、互いに対向する位置関係で、ほぼ同じ大きさの第１凸部１１４と第２凸部１１６を形成することができる。
【００４０】
第１凸部１１４は、可動部１０４の下面側を部分的な熱酸化とエッチングによって削り出すことで形成されており、可動部１０４から連続的に形成されている。第２凸部１１６は、基板１００の上面側を部分的な熱酸化とエッチングによって削り出すことで形成されており、基板１００から連続的に形成されている。上記の製造方法によれば、可動部１０４の下面側および基板１００の上面側に、互いに対向する位置関係で、可動部１０４から連続的に形成された第１凸部１１４と、基板１００から連続的に形成された第２凸部１１６を、簡易な方法で形成することができる。
【００４１】
上記の製造方法によれば、１回目の犠牲層エッチングにおけるエッチング時間を調整することで、第１凸部１１４および第２凸部１１６の平面視したときの大きさを所望の大きさに調整することができる。従って、第１凸部１１４や第２凸部１１６の平面視したときの大きさが、小さくなりすぎないように調整する（例えば、１μｍ〜２μｍ程度の大きさを確保する）ことで、第１凸部１１４および第２凸部１１６の強度を確保することができる。
【００４２】
なお、上記では貫通孔１１２をＸ方向およびＹ方向に等間隔に配置することで、第１凸部１１４、第２凸部１１６を格子点状に形成する場合について説明したが、貫通孔１１２の間隔を不均等にすることで、第１凸部１１４および第２凸部１１６の形状および配置を変更することができる。例えば、貫通孔１１２の一部の間隔を１５μｍとし、他の部分の間隔を５μｍとすれば、１回目の犠牲層エッチングにおいて、１５μｍの間隔とした箇所のシリコン酸化膜３０４のみを残存させ、５μｍの間隔とした箇所のシリコン酸化膜３０４を除去することができる。これによって、貫通孔１１２の間隔を１５μｍとした箇所にのみ、第１凸部１１４および第２凸部１１６を形成することができる。
【実施例２】
【００４３】
以下では図面を参照しながら、実施例２に係るＭＥＭＳデバイス２０について説明する。図８はＭＥＭＳデバイス２０の平面図であり、図９は図８のＩＸ−ＩＸ線断面図である。
【００４４】
図８および図９に示すように、ＭＥＭＳデバイス２０は、下側シリコン層に形成された基板８００と、上側シリコン層に形成されており、基板８００の上方に間隙を隔てて保持された可動構造体８０２を備えている。図８に示すように、可動構造体８０２は、平面視したときの外形が矩形形状に形成された可動部８０４と、可動部８０４の端部から伸びる支持梁８０６と、支持梁８０６を保持する保持部８０８を備えている。支持梁８０６は、細長に形成された梁であり、可動部８０４と保持部８０８を連結している。保持部８０８は支持梁８０６よりも幅広に形成されている。図９に示すように、保持部８０８は絶縁層８１０を介して基板８００に対して固定されている。支持梁８０６は低い剛性となるように形成されているので、可動部８０４は基板８００に対してＹ軸、Ｚ軸の二軸方向に移動可能である。実施例１のＭＥＭＳデバイス１０と同様に、本実施例のＭＥＭＳデバイス２０は、加速度センサや角速度センサとして用いることができる。
【００４５】
図８に示すように、可動部８０４には犠牲層をエッチングする際のエッチングホールである複数の貫通孔８１２が形成されている。貫通孔８１２は可動部８０４の全体に亘って等間隔にＸ方向およびＹ方向に並んで配置されており、可動部８０４は格子状の形状となっている。実施例１のＭＥＭＳデバイス１０に比べて、本実施例のＭＥＭＳデバイス２０では、より多数の貫通孔８１２が、より密に配置されており、隣接する貫通孔８１２の間の間隔が、より狭くなっている。
【００４６】
図９に示すように、支持梁８０６はその下面側に、支持梁８０６から連続的に形成された第１凸部８１４を有している。また、基板８００はその上面側に、基板８００から連続的に形成された複数の第２凸部８１６を有している。第２凸部８１６は、対応する第１凸部８１４と互いに対向する位置に配置されている。実施例１のＭＥＭＳデバイス１０と異なり、本実施例のＭＥＭＳデバイス２０では、可動部８０４の下面側には凸部が形成されておらず、基板８００の上面側の可動部８０４と対向する部位には凸部が形成されていない。
【００４７】
本実施例のＭＥＭＳデバイス２０では、可動部８０４が基板８００に向けて大きく沈み込んだ場合に、支持梁８０６の下面側の第１凸部８１４の下面と、基板８００の上面側の第２凸部８１６の上面が接触して、それ以上可動部８０４が基板８００に向けて沈みこむことを防止する。この際の支持梁８０６と基板８００の接触面積は、第１凸部８１４および第２凸部８１６が形成されていない場合の可動部８０４と基板８００の接触面積に比べて、非常に小さい。本実施例のＭＥＭＳデバイス２０によれば、可動部８０４が基板８００に固着してしまう事態（スティッキング）の発生を抑制することができる。
【００４８】
本実施例のＭＥＭＳデバイス２０は、実施例１のＭＥＭＳデバイス１０とほぼ同様の方法によって製造される。本実施例のＭＥＭＳデバイス２０では、可動部８０４に多数の貫通孔８１２が密に配置されているので、１回目の犠牲層エッチングの際に、可動部８０４の下方に存在するシリコン酸化膜は完全に除去されて、支持梁８０６の下方に存在するシリコン酸化膜が部分的に残存する。その後、熱酸化処理と、２回目の犠牲層エッチングを行うことによって、図８および図９に示すＭＥＭＳデバイス２０を製造することができる。
【００４９】
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。
【００５０】
例えば、上記の実施例では、第１犠牲層エッチングと第２犠牲層エッチングにおいて、バッファードフッ酸を用いた等方性エッチングを行う場合について説明したが、バッファードフッ酸を用いたエッチングに代えて、気相のフッ酸を用いたベーパーエッチングを行う構成としてもよい。
【００５１】
上記の実施例では、下側シリコン層と上側シリコン層の間にシリコン酸化膜が形成されたＳＯＩ基板から半導体製造プロセスによってＭＥＭＳデバイスを製造する場合について説明した。これとは異なり、まず上側シリコン層と下側シリコン層を別個に製造しておいて、それぞれの表面に第１凸部と第２凸部を形成しておいて、その後に両者をシリコン酸化膜を挟んで接着させて、ＭＥＭＳデバイスを製造してもよい。
【００５２】
上記の実施例では、加速度や角速度などの物理量を検出するセンサとして用いられるＭＥＭＳデバイスを例として説明したが、本発明が適用可能な範囲はこれに限られない。例えば、可動部の上面にミラーを設けて、揺動軸の周りに可動部が揺動可能となるように支持梁で支持する構成のＭＥＭＳデバイスは、光偏向装置に用いることができる。このようなＭＥＭＳデバイスについても、本発明によれば、可動部が基板に固着してしまうスティッキングを抑制することができる。本発明は、基板の上方に間隙を隔てて保持される可動構造体を備えるＭＥＭＳデバイスであれば、どのようなものであっても、適用することができる。
【００５３】
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。
【符号の説明】
【００５４】
１０，２０ ＭＥＭＳデバイス
１００ 基板
１０２ 可動構造体
１０４ 可動部
１０６ 支持梁
１０８ 保持部
１１０ 絶縁層
１１２ 貫通孔
１１４ 第１凸部
１１６ 第２凸部
３００ ＳＯＩ基板
３０２ 下側シリコン層
３０４ シリコン酸化膜
３０６ 上側シリコン層
３０８ レジストパターン
３１０ シリコン酸化膜
８００ 基板
８０２ 可動構造体
８０４ 可動部
８０６ 支持梁
８０８ 保持部
８１０ 絶縁層
８１２ 貫通孔
８１４ 第１凸部
８１６ 第２凸部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と可動構造体を備えるＭＥＭＳデバイスであって、
可動構造体が、基板の上方に間隙を隔てて配置される可動部と、絶縁膜を介して基板に固定される固定部と、可動部と固定部を連結する支持梁を備えており、
可動構造体の下面側に、可動構造体から連続的に形成された第１凸部を有し、
基板の上面側に、基板から連続的に形成された第２凸部を有し、
第１凸部と第２凸部がほぼ同じ大きさで、互いに対向して配置されているＭＥＭＳデバイス。
【請求項２】
第１凸部が、可動部の下面側に、可動部から連続的に形成されている請求項１のＭＥＭＳデバイス。
【請求項３】
第１凸部が、支持梁の下面側に、支持梁から連続的に形成されている請求項１のＭＥＭＳデバイス。
【請求項４】
請求項１のＭＥＭＳデバイスを製造する方法であって、
下側シリコン層と上側シリコン層の間にシリコン絶縁膜が形成されたＳＯＩ基板を準備する工程と、
可動構造体の形状に合わせて上側シリコン層をエッチングする工程と、
可動構造体の下方のシリコン絶縁膜を部分的にエッチングする工程と、
上側シリコン層と下側シリコン層の表面にシリコン絶縁膜を形成する工程と、
可動構造体の下方のシリコン絶縁膜をエッチングする工程を備える方法。
【請求項１】
基板と可動構造体を備えるＭＥＭＳデバイスであって、
可動構造体が、基板の上方に間隙を隔てて配置される可動部と、絶縁膜を介して基板に固定される固定部と、可動部と固定部を連結する支持梁を備えており、
可動構造体の下面側に、可動構造体から連続的に形成された第１凸部を有し、
基板の上面側に、基板から連続的に形成された第２凸部を有し、
第１凸部と第２凸部がほぼ同じ大きさで、互いに対向して配置されているＭＥＭＳデバイス。
【請求項２】
第１凸部が、可動部の下面側に、可動部から連続的に形成されている請求項１のＭＥＭＳデバイス。
【請求項３】
第１凸部が、支持梁の下面側に、支持梁から連続的に形成されている請求項１のＭＥＭＳデバイス。
【請求項４】
請求項１のＭＥＭＳデバイスを製造する方法であって、
下側シリコン層と上側シリコン層の間にシリコン絶縁膜が形成されたＳＯＩ基板を準備する工程と、
可動構造体の形状に合わせて上側シリコン層をエッチングする工程と、
可動構造体の下方のシリコン絶縁膜を部分的にエッチングする工程と、
上側シリコン層と下側シリコン層の表面にシリコン絶縁膜を形成する工程と、
可動構造体の下方のシリコン絶縁膜をエッチングする工程を備える方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１３５８１９（Ｐ２０１２−１３５８１９Ａ）
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８７７６４（Ｐ２０１０−２８７７６４）
【出願日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
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