JPH10242534A - 中空梁を有するマイクロデバイス及びその製造方法 - Google Patents

中空梁を有するマイクロデバイス及びその製造方法

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JPH10242534A
JPH10242534A JP9046363A JP4636397A JPH10242534A JP H10242534 A JPH10242534 A JP H10242534A JP 9046363 A JP9046363 A JP 9046363A JP 4636397 A JP4636397 A JP 4636397A JP H10242534 A JPH10242534 A JP H10242534A
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micro device
forming
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正俊 稲葉
Akinobu Satou
倬暢 佐藤
Takanao Suzuki
孝直 鈴木
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 梁の反り及び撓みが極めて少なく、また、感
度が優れた中空梁を有するマイクロデバイス及びその製
造方法を提供する。 【解決手段】 その表面に凹部12が形成されたシリコ
ン基板11上に、凹部12の周縁部上の部分21と凹部
12上に掛け渡された線状の梁部分22とを有する3層
積層体が設けられている。この3層積層体は、SiO2
膜13、Si34膜14及びSiO2膜15からなる。
そして、梁部分22の中心部上には、単結晶シリコン層
16からなる素子形成部が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、温度センサ、赤外
線センサ、振動センサ、加速度センサ及びマイクロジャ
イロ等のマイクロデバイス及びその製造方法に関し、特
に、シリコン基板からの熱影響を極力抑制することがで
きる中空梁を有するマイクロデバイス及びその製造方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】温度センサ等のマイクロデバイスはシリ
コン基板の上に形成されているが、このシリコン基板か
らの熱影響を最小限にするために、デバイスを梁により
支持したシリコン基板上に形成する技術が公知である。
【0003】図6は従来の中空梁を有するマイクロデバ
イスを示す断面図である。シリコン基板1の表面に凹部
2が形成されており、このシリコン基板1の上に、Si
2膜3及びSi34膜4が形成されている。そして、
このSiO2膜3及びSi34膜4は、凹部2上で細い
梁状(線状)にエッチング形成されており、この梁部の
中央に多結晶シリコン層5が設けられている。この多結
晶シリコン層5上に温度センサ等の機能素子が形成され
ている。この従来のマイクロデバイスにおいては、セン
サが形成された多結晶シリコン層5はSiO2膜3及び
Si34膜4の積層体からなる梁上に支持され、基板と
してのこれらの積層体に対する接触面積が極めて小さい
ので、センサはその支持基板からの熱の影響を受けにく
いという利点がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の中空梁を有するマイクロデバイスは、SiO2膜3
とSi34膜4との積層体で構成されているので、その
内部応力及び熱膨張の差により反り及び撓みが生じやす
いという欠点がある。また、温度センサ等の機能素子が
形成される基板は、多結晶シリコン層5であるので、単
結晶基板上に機能素子を形成した場合と比較して、その
感度が低い。
【0005】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、梁の反り及び撓みが極めて少なく、また、
感度が優れた中空梁を有するマイクロデバイス及びその
製造方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明に係る中空梁を有
するマイクロデバイスは、その表面に凹部が形成された
シリコン基板と、前記凹部周縁部上の部分と凹部上に掛
け渡された線状の梁部分とを有しシリコン酸化膜、シリ
コン窒化膜及びシリコン酸化膜の3層からなる3層体
と、前記梁部分の中心部上に設けられたシリコン層から
なる素子形成部とを有することを特徴とする。
【0007】この中空梁を有するマイクロデバイスにお
いて、前記シリコン層は単結晶シリコン層であることが
好ましい。
【0008】本発明に係る中空梁を有するマイクロデバ
イスの製造方法は、第1シリコン基板上に第1シリコン
酸化膜を形成する工程と、第2シリコン基板上に第2シ
リコン酸化膜とその上にシリコン窒化膜とを形成する工
程と、前記第1シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを重
ねて第1及び第2シリコン基板を相互に接合する工程
と、前記第2シリコン基板を研削して所定の厚さにする
工程と、前記第2シリコン基板をエッチングして素子形
成部を形成する工程と、前記第1シリコン酸化膜、シリ
コン窒化膜及び第2シリコン酸化膜をエッチングして線
状の梁部分を形成する工程と、前記梁部分の下方の前記
第1シリコン基板の表層部をエッチングして前記梁部分
の下方に凹部を形成する工程と、を有することを特徴と
する。
【0009】この中空梁を有するマイクロデバイスの製
造方法において、前記第2シリコン基板は単結晶シリコ
ン基板であることが好ましい。
【0010】本発明においては、梁部分はシリコン酸化
膜、シリコン窒化膜及びシリコン酸化膜の3層積層体か
ら構成されており、同種の2層に異種の1層が挟まれて
いるので、温度変化が生じてもそれにより梁部分に反り
及び撓みが生じることはない。また、本発明方法におい
ては、第1シリコン基板と第2シリコン基板とを貼り合
わせ、その後、前記第2シリコン基板を研削して所定厚
さにすることにより、素子形成用のシリコン層を形成す
るので、この素子の基板となるシリコン層は単結晶シリ
コン基板とすることができる。このため、この単結晶シ
リコン層上に感温素子等の機能素子を形成すれば、感度
が高いマイクロデバイスを得ることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について、
添付の図面を参照して具体的に説明する。図1は、本発
明の実施例に係るマイクロデバイスを示す断面図(a)
及び平面図(b)である。シリコン基板11の表面(貼
り合わせ面)には、凹部12が形成されており、このシ
リコン基板11の上に、SiO2膜13、Si34膜1
4及びSiO2膜15からなる3層積層体が形成されて
いる。この積層体はシリコン基板11の凹部12の周縁
部上の部分21と、凹部12上の梁部分22とからな
り、梁部分22は、周縁部上部分21の4隅部からその
中心部に向けて延びる線状のものである。そして、梁部
分22はこの線状の部分が集まる中心部に矩形の部分を
有する。この積層体の中心部の矩形部分上に、矩形の単
結晶シリコン層16が設けられている。この単結晶シリ
コン層16には、酸素センサ等の機能素子が形成されて
いる。
【0012】このように構成されたマイクロデバイスに
おいては、単結晶シリコン層16に機能素子が形成され
ているので、温度センサ等の感度が優れている。また、
図5(a)に示すように、SiO2膜はSi層に比して
熱膨張係数が大きく、このため、温度が上昇すると積層
体はSiO2膜が外側になるように撓み、図5(b)に
示すように、Si34膜はSi層に比して熱膨張係数が
低く、このため、温度が上昇すると積層体はSi34
が内側になるように撓む。このように、酸化膜と窒化膜
とは逆向きの応力を有する。従って、本実施例のよう
に、SiO2膜13と、Si34膜14と、SiO2膜1
5とを積層した3層構造の梁においては、熱膨張係数が
小さいSi34膜を中心とし熱膨張係数が大きなSiO
2膜がその両側に配置されているので、2つの界面にお
いて逆の向きの応力を受け、SiO2膜13,15とS
34膜14との熱膨張が相殺し合うので、反り及び撓
みが発生することはない。
【0013】次に、図2乃至図4及び図1に基づいて本
実施例のマイクロデバイスの製造方法について説明す
る。先ず、図2に示すように、第1シリコン基板11上
に、SiO2膜13を例えば5000Åの厚さに形成す
る。一方、ボンドシリコン基板17の表面にSiO2
15を例えば5000Åの厚さに形成し、更にこのSi
2膜15の上にSi34膜14を例えば1500Åの
厚さに形成する。
【0014】そして、図3に示すように、Si34膜1
4とSiO2膜13とを重ね、挟圧力を印加しつつ例え
ば1100℃に加熱することにより、両者を直接接合す
る。
【0015】更に、図4に示すように、ボンド基板17
における接合面の反対側の面を研磨し、その厚さを例え
ば5μmにする。このようにして、薄膜の単結晶シリコ
ン層18を得る。
【0016】次いで、単結晶シリコン層18に酸素セン
サ等の所定の機能素子を半導体薄膜形成技術により形成
する。その後、図1(b)に示すように、単結晶シリコ
ン層18をエッチングによりパターニングすることによ
り、中心部に微細な素子16を残存させる。次いで、S
iO2膜15,Si34膜14及びSiO2膜13からな
る積層体をエッチングして、ブリッジとなる梁部分22
をパターン形成する。更に、梁部分の下方のシリコン基
板11を所定形状にエッチングすることにより、シリコ
ン基板11の表面に矩形の凹部12を形成する。
【0017】本実施例においては、このシリコン基板1
1のエッチング時に、ボンドシリコン基板側にSi34
膜14が形成されているので、引張り応力が印加された
シリコン基板11と、圧縮応力が印加されたシリコン基
板18との接合界面にエッチング液が入り込むことがな
い。このため、図1に示すシリコン基板11の凹部12
を形成する際に、SiO2膜13と、Si34膜14と
の界面にエッチング液が入り込み、ウエハが剥離するよ
うなことはない。
【0018】また、本実施例においては、ボンド基板を
貼り合わせ、このボンド基板を研磨することにより、機
能素子を形成する薄膜のシリコン層を得ているので、機
能素子を形成する薄膜シリコン層を単結晶シリコン層と
することができる。このため、本実施例により、感度が
優れたセンサ素子を容易に得ることができる。
【0019】なお、本発明は上記実施例に限定されず、
例えば、凹部の代わりに、シリコン基板を貫通する凹部
とすることもできる。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
機能素子を形成するシリコン層を支持する梁部分に、シ
リコン酸化膜と、シリコン窒化膜と、シリコン酸化膜と
の3層積層体を使用しているので、梁部分に反り及び撓
みが生じることを防止できる。また、シリコン窒化膜と
シリコン酸化膜とを直接接合しているので、界面の密着
性がよい膜を形成することができ、このため、シリコン
基板のエッチング時の薬品のしみ込みを防止することが
できる。更に、素子形成用のシリコン層として単結晶シ
リコン層を使用した場合は、高感度の素子を得ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す図であり、(a)は断面
図、(b)は平面図である。
【図2】本発明の実施例方法を示す1工程の図である。
【図3】図2の次の工程を示す図である。
【図4】図3の次の工程を示す図である。
【図5】反りを説明する図である。
【図6】従来のマイクロデバイスを示す断面図である。
【符号の説明】 1,11:シリコン基板 2,12:凹部 3,13,15:SiO2膜 4,14:Si34膜 17:ボンドシリコン基板 16,18:単結晶シリコン層
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 31/0248 H01L 31/08 K

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 その表面に凹部が形成されたシリコン基
    板と、前記凹部周縁部上の部分と凹部上に掛け渡された
    線状の梁部分とを有しシリコン酸化膜、シリコン窒化膜
    及びシリコン酸化膜の3層からなる3層体と、前記梁部
    分の中心部上に設けられたシリコン層からなる素子形成
    部とを有することを特徴とする中空梁を有するマイクロ
    デバイス。
  2. 【請求項2】 前記シリコン層は単結晶シリコン層であ
    ることを特徴とする請求項1に記載の中空梁を有するマ
    イクロデバイス。
  3. 【請求項3】 第1シリコン基板上に第1シリコン酸化
    膜を形成する工程と、第2シリコン基板上に第2シリコ
    ン酸化膜とその上にシリコン窒化膜とを形成する工程
    と、前記第1シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを重ね
    て第1及び第2シリコン基板を相互に接合する工程と、
    前記第2シリコン基板を研削して所定の厚さにする工程
    と、前記第2シリコン基板をエッチングして素子形成部
    を形成する工程と、前記第1シリコン酸化膜、シリコン
    窒化膜及び第2シリコン酸化膜をエッチングして線状の
    梁部分を形成する工程と、前記梁部分の下方の前記第1
    シリコン基板の表層部をエッチングして前記梁部分の下
    方に凹部を形成する工程と、を有することを特徴とする
    中空梁を有するマイクロデバイスの製造方法。
  4. 【請求項4】 前記第2シリコン基板は単結晶シリコン
    基板であることを特徴とする請求項3に記載の中空梁を
    有するマイクロデバイス。
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