DE69927118T2 - Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersensors für eine dynamische Grösse - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersensors für eine dynamische Grösse Download PDF

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Mutsuo Nishikawa
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Halbleitersensors für eine physikalische Größe, welcher physikalische Größen wie z.B. Druck, Beschleunigung und Winkelgeschwindigkeit abtastet.
  • Die 7(a)-(b) zeigen die wesentliche Struktur eines herkömmlichen Halbleitersensors für eine physikalische Größe. 7(a) ist eine Draufsicht und 7(b) ist eine Schnittansicht, die entlang der Linie Y-Y in 7(a) geschnitten ist.
  • Wie in den 7(a)-(b) gezeigt, besteht ein SOI-Substrat 100 aus einem Siliziumsubstrat 1, einer Oxidschicht 2 und einer Siliziumschicht 3 (eine Einkristallschicht oder eine Polysiliziumschicht). Ein Halbleitersensor für eine physikalische Größe ist in der Siliziumschicht 3 ausgebildet, die die dritte Schicht auf dem SOI-Substrat 100 ist. Der Halbleitersensor für eine physikalische Größe besteht aus einem Abtastelement 103, einer digitalen Einstellschaltung 104, einer analogen Verstärkerschaltung 105, einem Eingabe/Ausgabe-Anschluß 106 und einem digitalen Einstellanschluß 107. Das Abtastelement 103 wird durch Druck, Beschleunigung und Winkelgeschwindigkeit verzogen, wie durch einen Pfeil in 7(b) angegeben. Der Halbleitersensor für eine physikalische Größe tastet physikalische Größen wie z.B. Druck, Beschleunigung und Winkelgeschwindigkeit durch Verstärken elektrischer Signale, die durch Verformung erzeugt werden, ab.
  • Die 8(a)-(b) zeigen die wesentliche Struktur eines herkömmlichen Abtastelements. 8(a) ist eine Draufsicht und 8(b) ist eine Schnittansicht, die entlang der Linie B-B in 8(a) geschnitten ist.
  • In den 8(a)-(b) wird die Oxidschicht 2 an der Unterseite des Abtastelements 103, das in der Mitte der Siliziumschicht 3 angeordnet ist, entfernt, um zu ermöglichen, daß sich Gewichtsteile 110a, 110b des Abtastelements 103 frei bewegen. Das Abtastelement 103 umfaßt vier Träger 111a, 111b, 111c, 111d mit Halbleiterdehnungsmessern 113a, 113b, 113c, 113d; die Gewichtsteile 110a, 110b mit Löchern 15 zum Ätzen der Oxidschicht als Opferschicht; und vier Träger 111e, 111f, 111g, 111h, die die Gewichtsteile 110a, 110b abstützen und keinen Halbleiterdehnungsmesser aufweisen. Die Gewichtsteile 110a, 110b verformen die acht Träger. Die Halbleiterdehnungsmesser 113a, 113b, 113c, 113d tasten die Verformungen der vier Träger 111a, 111b, 111c, 111d mit den Halbleiterdehnungsmessern ab und wandeln die Verformungen in elektrische Signale um. Wie in den 8(a)-(b) gezeigt, besteht das Abtastelement 103 aus der Siliziumschicht 3 mit den Löchern 15 und das Abtastelement 103 klebt an dem Siliziumsubstrat 1 durch die Oxidschicht 2. Das Abtastelement 103 ist in einer Position abgestützt, in der es am Siliziumsubstrat 1 klebt (die Position ist in 8(a) nicht gezeigt).
  • 9 ist ein Schaltplan, der den Halbleitersensor für eine physikalische Größe zeigt. Eine analoge Verstärkerschaltung 105 verstärkt eine Ausgangsspannung einer Wheatstone-Brücke, die aus den vier Halbleiterdehnungsmessern 113a, 113b, 113c, 113d besteht. Die digitale Einstellschaltung 104 stellt die Empfindlichkeit und die Temperatureigenschaften ein.
  • Nun wird eine Beschreibung der Funktionsweise eines Beschleunigungssensors gegeben, welcher ein Beispiel des Halbleitersensors für eine physikalische Größe ist. Wenn eine durch die vertikale Beschleunigung erzeugte Kraft auf den Halbleitersensor für eine physikalische Größe aufgebracht wird, wirkt eine Druckspannung auf die zwei Halbleiterdehnungsmesser 113b, 113d der vier Halbleiterdehnungsmesser 113a, 113b, 113c, 113d, um ihren Widerstand zu senken. Andererseits wirkt eine Zugspannung auf die zwei Halbleiterdehnungsmesser 113a, 113c, um ihren Widerstand zu erhöhen. Die Änderung des Widerstandes bewirkt, daß die Wheatstone-Brückenschaltung ein Sensorsignal entsprechend der Beschleunigung ausgibt. Vcc gibt ein hohes Potential einer Versorgungsspannung an; GND gibt ein Erdpotential an; und V+ und V- geben ein positives Potential bzw. ein negatives Potential an.
  • Die 10 und 11 sind Schnittansichten, die die Schritte A-F der Reihe nach in einem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung des Halbleitersensors für eine physikalische Größe zeigen.
  • In Schritt A wird eine Isolationsschicht der Oxidschicht 2 wie z.B. eine BPSG-Schicht oder eine PSG-Schicht auf dem Siliziumsubstrat 1 ausgebildet und die Siliziumschicht 3, die aus Polysilizium oder dergleichen besteht, wird auf der Oxidschicht 2 ausgebildet, um dadurch ein SOI-Substrat 100 zu konstruieren. Obwohl in den Zeichnungen nicht dargestellt, werden die vorher erwähnten Halbleiterdehnungsmesser, die analoge Verstärkerschaltung 105, die digitale Einstellschaltung 104, der Eingabe/Ausgabe-Anschluß 106, der digitale Einstellanschluß 107 oder dergleichen in der Siliziumschicht 3 ausgebildet.
  • In Schritt B wird eine Resistschicht 4 auf die Siliziumschicht 3 aufgetragen und strukturiert. Dann werden eine Anzahl von Löchern 15 in der Siliziumschicht 3 durch Naßätzen unter Verwendung von gemischter Säure von Fluorwasserstoffsäure (HF) oder durch Trockenätzen unter Verwendung von Mischgas von Salpetersäure (HNO3) und Schwefelhexafluorid (SF6) und Sauerstoff (O2) ausgebildet, wobei somit das Abtastelement 103 ausgebildet wird (durch einen Pfeil angegeben). Das Abtastelement 103 wird in der Siliziumschicht 3 mit den Gewichtsteilen 110 ausgebildet.
  • In Schritt C wird die Oxidschicht 2, die die Opferschicht gegenüber der Unterseite der Siliziumschicht 3 ist, durch eine Ätzflüssigkeit 5 wie z.B. HF entfernt.
  • In Schritt D wird das Abtastelement 103 durch eine Verdrängungsflüssigkeit 6 wie z.B. reines Wasser und Isopropylalkohol (IPA) gereinigt und dann wird die Verdrängungsflüssigkeit 6 verdampft, um das Abtastelement 103 zu trocknen. Beim Trocknungsprozeß erzeugt eine Oberflächenspannung der Verdrängungsflüssigkeit 6 eine Saugkraft 7 in Richtung des Siliziumsubstrats 1.
  • In Schritt E werden die Gewichtsteile 110 des Abtastelements 103, die in der Siliziumschicht 3 ausgebildet sind, die aus Polysilizium mit niedriger Steifigkeit besteht, durch die Saugkraft 7 an das Siliziumsubstrat 1 gesaugt und geklebt. Dies wird Haftphänomen genannt.
  • In Schritt F wird die Resistschicht verascht und entfernt, während die Gewichtsteile 110 am Siliziumsubstrat 1 haften.
  • Wenn die Gewichtsteile 110 am Siliziumsubstrat 1 im Haftphänomen haften, ist der Sensor für eine physikalische Größe nutzlos.
  • Nun wird eine Beschreibung eines Herstellungsverfahrens gegeben, das das Haftphänomen verhindert (japanische Patentveröffentlichung Nr. JP-7505743T und PCT-Veröffentlichung Nr. WO 9321536).
  • Die 12 und 13 sind Schnittansichten, die die Schritte A-F der Reihe nach in einem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung des Halbleitersensors für eine physikalische Größe zeigen. Dieses Verfahren ist in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 7-505743 offenbart.
  • In Schritt A wird eine Opferschicht einer Oxidschicht 2 wie z.B. BPSG und PSG auf einem Siliziumsubstrat 1 ausgebildet und eine Siliziumschicht 3, die aus Polysilizium besteht, wird auf der Oxidschicht 2 ausgebildet.
  • In Schritt B wird eine Resistschicht 4 auf die Siliziumschicht 3 aufgetragen und strukturiert und ein Abtastelement 103 wird in der Siliziumschicht 3 ausgebildet.
  • In Schritt C ätzt eine Ätzflüssigkeit 5 die Oxidschicht 2 in einer solchen Weise, daß die Oxidschicht 2 teilweise als Opferschicht direkt unterhalb der Siliziumschicht 3 verbleibt. Die Siliziumschicht 3 klebt am Siliziumsubstrat 1 durch die restliche Oxidschicht 2.
  • In Schritt D wird ein lichtempfindliches Polymer 15 derart aufgetragen und strukturiert, daß es einen Teil A auffüllt, von dem die Oxidschicht 2 als Opferschicht zwischen der Siliziumschicht 3 und dem Siliziumsubstrat 1 bereits entfernt wurde.
  • In Schritt E ätzt eine Ätzflüssigkeit 13 die restliche Oxidschicht 2, um die Oxidschicht 2 von einem Teil B zu entfernen.
  • In Schritt F wird die Ätzflüssigkeit 13 an dem Teil, an dem die Oxidschicht 2 bereits entfernt wurde, gegen eine Verdrängungsflüssigkeit 6 ausgetauscht, um den Teil B zu trocknen. Zu diesem Zeitpunkt verursacht eine Oberflächenspannung der Verdrängungsflüssigkeit 6, daß eine Saugkraft 27 auf das Siliziumsubstrat 1 wirkt, wie durch einen Pfeil angegeben. Dies führt nicht zum Haftphänomen, bei dem die Gewichtsteile 100 des Abtastelements 103 am Siliziumsubstrat 1 in einer Position 30 innerhalb des Kreises haften, da das lichtempfindliche Polymer 15 eine hohe Steifigkeit aufweist.
  • 13(c) zeigt das getrocknete Abtastelement 103. Die Gewichtsteile 110 haften niemals an dem Siliziumsubstrat 1 in Schritt G.
  • In Schritt H werden das lichtempfindliche Polymer 15 und die Resistschicht 4 im Trocknungsprozeß wie z.B. Veraschen entfernt, wodurch das Abtastelement 103 mit beweglichen Gewichtsteilen 100 hergestellt wird.
  • Es gibt ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines Abtastelements und dieses wird nun beschrieben.
  • Die 14 und 15 sind Schnittansichten, die die Schritte A-F der Reihe nach in einem weiteren herkömmlichen Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersensors für eine physikalische Größe zeigen. Dieses Verfahren ist in der japanischen vorläufigen Patentveröffentlichung Nrn. 7-209105 und 7-245414 offenbart.
  • Die Schritte A-C sind dieselben wie die Schritte A-C in 10.
  • In Schritt D wird eine Ätzflüssigkeit 5 gegen eine Verdrängungsflüssigkeit (nicht dargestellt) ausgetauscht und eine Sublimationssubstanz 30 wie z.B. Palladichlorbenzol und Naphthalin wird aufgelöst. Die Verdrängungsflüssigkeit wird gegen die Sublimationssubstanz 30 derart ausgetauscht, daß die Sublimationssubstanz 30 einen Raum zwischen dem Siliziumsubstrat 1 und der Siliziumschicht 3 auffüllen kann. Dann wird die Sublimationssubstanz 30 fixiert.
  • In Schritt E wird die Sublimationssubstanz 30 sublimiert.
  • In Schritt F wird die Resistschicht 4 im Trocknungsprozeß wie z.B. Veraschen entfernt, wodurch ein Abtastelement 103 hergestellt wird.
  • Wenn das lichtempfindliche Polymer 15 das Abtastelement 103 während des Trocknens hält, ist es schwierig, den Raum zwischen der Siliziumschicht 3 und dem Siliziumsubstrat 1 mit dem lichtempfindlichen Polymer 15 gleichmäßig aufzufüllen, da die Strukturierungsgenauigkeit durch eine Unebenheit auf der Oberfläche des lichtempfindlichen Polymers 15 verschlechtert wird. Wenn das lichtempfindliche Polymer 15, das zwischen die Siliziumschicht 3 und das Siliziumsubstrat 1 gefüllt ist, im Trocknungsprozeß nicht vollständig entfernt wird, bleibt überdies ein Rest 31 zurück. Dieser senkt den Prozentsatz an fehlerfreien Gegenständen und erhöht die Herstellungskosten.
  • Wenn das lichtempfindliche Polymer 15 zwischen der Siliziumschicht 3 und dem Siliziumsubstrat 1 zurückbleibt, wird der bewegliche Bereich der Gewichtsteile 110 des Abtastelements 103 verschmälert und dies verschlechtert die Abtastgenauigkeit und -zuverlässigkeit. Überdies besteht die Notwendigkeit für das zweimalige Ätzen der Oxidschicht 2 der Opferschicht und das Strukturieren des lichtempfindlichen Polymers 15 und dies erhöht die Herstellungskosten.
  • Wenn die Sublimationssubstanz 30 das Abtastelement während des Trocknens hält, kann die Sublimationssubstanz 30 nicht vollständig entfernt werden. Daher kann eine Fremdsubstanz 32, die in die Sublimationssubstanz 30 eingemischt ist, verbleiben. Dies verschlechtert die Abtastgenauigkeit und -zuverlässigkeit.
  • Das US-Patent US-A-5 629 918 offenbart ein Verfahren zum Verhindern von Haften durch Aufbringen einer Magnetkraft während des Trocknens.
  • Angesichts des vorangehenden ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Haftphänomen zu verhindern und die Abtastgenauigkeit und -zuverlässigkeit zu verbessern.
  • Die Erfindung erfüllt die obige Aufgabe durch Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Sensors für eine physikalische Größe, das ein SOI-Substrat verwendet, das aus einem Siliziumsubstrat als erster Schicht, einer Isolationsschicht als zweiter Opferschicht, die auf der ersten Schicht ausgebildet wird, und einer Siliziumschicht, die eine Polysiliziumschicht sein kann, als dritter Schicht, die auf der zweiten Schicht ausgebildet wird, besteht, und welches die maschinelle Bearbeitung der dritten Schicht, um ein Abtastelement zum Abtasten von physikalischen Größen auszubilden, umfaßt und die zweite Schicht entfernt, um einen Halbleitersensor für eine physikalische Größe auszubilden, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt: Beschichten der dritten Schicht mit einer Schutzschicht; Ausbilden eines Abtastelements unter Verwendung der Schutzschicht als Maske; Entfernen der zweiten Opferschicht durch Naßätzen; Austauschen einer beim Naßätzen verwendeten Ätzflüssigkeit gegen eine Verdrängungsflüssigkeit; Trocknen des Abtastelements durch Entfernen der Verdrängungsflüssigkeit, die am Abtastelement haftet, in einem Zustand, in dem eine Beschleunigung in einer entgegengesetzten Richtung zu einer Richtung zur ersten Schicht hin auf das Abtastelement aufgebracht wird; und Entfernen der Schutzschicht durch Trockenätzen.
  • Eine auf das Abtastelement aufzubringende Beschleunigung wird vorzugsweise durch eine Zentrifugalkraft erhalten, die durch Umdrehen des SOI-Substrats erzeugt wird.
  • Das Abtastelement wird vorzugsweise so getrocknet, daß eine Saugkraft des Abtastelements an die erste Schicht aufgrund einer Oberflächenspannung der Verdrängungsflüssigkeit, die Zentrifugalkraft (FS) und eine Federkraft FK des Abtastelements die folgende Bedingung erfüllen können: (Fr + FK) > FS.
  • Somit übersteigen die Beschleunigung in einer Richtung entgegengesetzt zur Richtung der Federkraft, die durch Umdrehen des SOI-Substrats erzeugt wird, und die an der Basis der Gewichtsteile des Abtastelements erzeugte Federkraft die durch die Oberflächenspannung der Verdrängungsflüssigkeit erzeugte Saugkraft und dies verhindert das Haftphänomen.
  • Vorzugsweise haftet die Verdrängungsflüssigkeit am Abtastelement, bis die Beschleunigung einen vorbestimmten Wert erreicht, und die Verdrängungsflüssigkeit wird entfernt und das Abtastelement wird getrocknet, nachdem die Beschleunigung den vorbestimmten Wert erreicht.
  • Dies verhindert das Haftphänomen während der Umdrehung mit niedriger Drehzahl.
  • Das Abtastelement wird vorzugsweise durch ein Inertgas getrocknet.
  • Vorzugsweise wird die erste Schicht mit der dritten Schicht elektrisch verbunden und das SOI-Substrat wird umdreht.
  • Dies verhindert das Haftphänomen, da die zwischen dem Wafer und der Umgebungsluft während der Umdrehung erzeugte statische Elektrizität durch Minusionen aufgehoben wird oder in Richtung der ersten Schicht verschoben wird.
  • Die Verdrängungsflüssigkeit ist vorzugsweise reines Wasser oder Isopropylalkohol (IPA).
  • Eine Herstellungsvorrichtung zur Verwendung beim vorstehend erwähnten Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersensors für eine physikalische Größe umfaßt vorzugsweise mindestens eine Drehwelle, einen Trocknungstank und eine Stützplatte zum Befestigen des SOI-Substrats und mindestens eines der Drehwelle und des Trocknungstanks weist Löcher zum Sprühen der Verdrängungsflüssigkeit auf.
  • Die Art dieser Erfindung sowie andere Aufgaben und Vorteile derselben werden im folgenden mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen erläutert, in denen gleiche Bezugszeichen in den ganzen Figuren dieselben oder ähnliche Teile bezeichnen und in denen gilt:
  • 1(a)-(c) sind Schnittansichten, die die wesentlichen Teile der Schritte in einem Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersensors für eine physikalische Größe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigen;
  • 2(a)-(c) sind Schnittansichten, die die wesentlichen Teile der Schritte in einem Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersensors für eine physikalische Größe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigen;
  • 3(a)-(b) sind Ansichten, die die wesentliche Struktur einer Vorrichtung zur Herstellung eines Halbleitersensors für eine physikalische Größe zeigen, wobei 3(a) eine Draufsicht auf die Vorrichtung ist, wobei die obere Abdeckung abgenommen ist, und 3(b) eine Schnittansicht der Vorrichtung ist;
  • 4(a)-(c) sind Ansichten, die den Zustand zeigen, in dem ein SOI-Substrat montiert ist und ein Trocknungstank gedreht wird, wobei 4(a) eine Schnittansicht eines Abtastelements ist, 4(b) eine Draufsicht auf eine Trocknungsvorrichtung von oben ist und 4(c) eine Schnittansicht der Trocknungsvorrichtung ist;
  • 5(a)-(b) sind Ansichten, die die wesentliche Struktur einer Trocknungsvorrichtung zeigen, wobei 5(a) eine Draufsicht auf die Trocknungsvorrichtung von oben ist und 5(b) eine Schnittansicht der Trocknungsvorrichtung ist;
  • 6(a)-(b) sind Ansichten, die die wesentliche Struktur einer Trocknungsvorrichtung zeigen, wobei 6(a) eine Draufsicht auf die Trocknungsvorrichtung von oben ist und 6(b) eine Schnittansicht der Trocknungsvorrichtung ist;
  • 7(a)-(b) sind Ansichten, die die wesentliche Struktur eines herkömmlichen Halbleitersensors für eine physikalische Größe zeigen, wobei 7(a) eine Draufsicht ist und 7(b) eine Schnittansicht ist, die entlang der Linie Y-Y in 7(a) geschnitten ist;
  • 8(a)-(b) sind Ansichten, die die wesentliche Struktur eines herkömmlichen Abtastelements zeigen, wobei 8(a) eine Draufsicht ist und 8(b) eine Schnittansicht ist, die entlang der Linie B-B in 8(a) geschnitten ist;
  • 9 ist ein Schaltplan, der einen Halbleitersensor für eine physikalische Größe zeigt;
  • 10(a)-(c) sind Schnittansichten, die die wesentlichen Teile der Schritte in einem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersensors für eine physikalische Größe zeigen;
  • 11(a)-(c) sind Schnittansichten, die die wesentlichen Teile der Schritte in einem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersensors für eine physikalische Größe zeigen;
  • 12(a)-(d) sind Schnittansichten, die die wesentlichen Teile der Schritte in einem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersensors für eine physikalische Größe zeigen;
  • 13(a)-(d) sind Schnittansichten, die die wesentlichen Teile der Schritte in einem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersensors für eine physikalische Größe zeigen;
  • 14(a)-(c) sind Schnittansichten, die die wesentlichen Teile der Schritte bei einem herkömmlichen Halbleitersensor für eine physikalische Größe zeigen; und
  • 15(a)-(c) sind Schnittansichten, die die wesentlichen Teile der Schritte bei einem herkömmlichen Halbleitersensor für eine physikalische Größe zeigen.
  • Diese Erfindung wird anhand eines Beispiels mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen genauer beschrieben.
  • Die 1 und 2 sind Schnittansichten eines wesentlichen Teils, die die Schritte A-F der Reihe nach bei einem Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersensors für eine physikalische Größe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigen. Die Schnitte in den 1 und 2 werden durch Schneiden des Halbleitersensors für eine physikalische Größe entlang der Linie B-B in 8(a) erhalten.
  • In Schritt A wird eine Oxidschicht 2 wie z.B. BPSG oder PSG auf einem Siliziumsubstrat 1 ausgebildet und eine Siliziumschicht 3, die aus Polysilizium oder dergleichen besteht, wird auf der Oxidschicht 2 ausgebildet, um ein SOI-Substrat 100 zu konstruieren. Obwohl nicht dargestellt, umfaßt die Siliziumschicht 3 ein Abtastelement 103, das aus den Dehnungsmessern in 7 besteht; eine analoge Verstärkerschaltung 105; eine digitale Einstellschaltung 104; einen Eingabe/Ausgabe-Anschluß 106; und einen, digitalen Einstellanschluß 107. Die nachstehend beschriebenen Schnittansichten zeigen das Abtastelement 103.
  • In Schritt B wird eine Resistschicht 4 auf die Siliziumschicht 3 aufgetragen und strukturiert. Eine Anzahl von Löchern werden in der Siliziumschicht 3 durch Naßätzen unter Verwendung von gemischter Säure aus Fluorwasserstoffsäure (HF) oder durch Trockenätzen unter Verwendung von Mischgas von Salpetersäure (HNO3) und Schwefelhexafluorid (SF6) und Sauerstoff (O2) ausgebildet, wobei somit das Abtastelement 103 in der Siliziumschicht 3 ausgebildet wird. Das Flächenmuster des Abtastelements 103 ist das gleiche wie in 8(a)
  • In Schritt C wird die Oxidschicht 2, die eine Opferschicht gegenüber der Unterseite der Siliziumschicht 3 ist, durch eine Ätzflüssigkeit 5 wie z.B. HF derart entfernt, daß beide Enden der Oxidschicht 2 teilweise verbleiben können. Die Ätzflüssigkeit 5 fließt in die Oxidschicht 2 durch die Löcher 15, um die Oxidschicht 2 zu ätzen.
  • In Schritt D wird das Abtastelement 103 durch eine Verdrängungsflüssigkeit 6 wie z.B. reines Wasser und Isopropylalkohol (IPA) gereinigt und das Abtastelement 103 wird dann getrocknet, während sich das SOI-Substrat 100 umdreht. Die Anzahl von Umdrehungen wird so festgelegt, daß eine Saugkraft 7 (FS), die auf das Siliziumsubstrat 1 durch eine Oberflächenspannung der Verdrängungsflüssigkeit 6 wirkt, eine Sensorfederkraft FK und eine Zentrifugalkraft 8 (Fr), die durch die Beschleunigung bei der Umdrehung erzeugt wird, die folgende Bedingung erfüllen können: (FK + Fr) > FS. Bei der Umdrehung mit niedriger Drehzahl, die die Bedingung (FK + Fr) > FS nicht erfüllt, wird die Verdrängungsflüssigkeit 6 wie z.B. das reine Wasser und der IPA gesprüht, um das mit der Resistschicht beschichtete Abtastelement feucht zu halten. Wenn die Bedingung (FK + Fr) > FS erfüllt ist, wird das Sprühen gestoppt, um das Abtastelement 103 zu trocknen.
  • Um das Haftphänomen nach dem Stoppen des Sprühens zu verhindern, ist es bevorzugt, das Abtastelement 103 durch Sprühen eines Inertgases wie z.B. Stickstoff mit negativen Ionen zu trocknen, so daß das sich umdrehende SOI-Substrat 100 die statische Elektrizität, die durch Reibung des Luftstroms erzeugt wird, beseitigen kann.
  • 3(b) zeigt das Abtastelement 103 in Schritt D getrocknet.
  • In Schritt F wird die Resistschicht 4 in einem Trocknungsprozeß verascht und entfernt, um dadurch das Abtastelement 103 fertigzustellen. Der Schnitt des Abtastelements 103 ist derselbe wie in 8(b).
  • Wie vorstehend angegeben, verhindert das Erfüllen der Bedingung (FK + Fr) > FS das Haftphänomen, bei dem die Gewichtsteile 100 des Abtastelements 103, die in der Polysiliziumschicht mit geringer Steifigkeit ausgebildet sind, an das Siliziumsubstrat 1 gesaugt und geklebt werden. Da im Gegensatz zum Stand der Technik kein lichtempfindliches Polymer oder Sublimat verwendet wird, verbleibt eine Fremdsubstanz oder dergleichen niemals zwischen den Gewichtsteilen 100 des Abtastelements 103 und dem Siliziumsubstrat 1. Dies verbessert die Abtastgenauigkeit und -zuverlässigkeit. Überdies können die Herstellungskosten im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren unter Verwendung des lichtempfindlichen Polymers oder der Sublimationssubstanz verringert werden, da kein zusätzlicher Strukturierungsprozeß oder Ätzprozeß vorhanden ist.
  • Die 3(a) und 3(b) zeigen die wesentliche Struktur einer Vorrichtung zur Herstellung eines Halbleitersensors für eine physikalische Größe, die zum Verstehen der vorliegenden Erfindung nützlich ist. 3(a) ist eine Draufsicht, die die Vorrichtung zeigt, wobei die obere Abdeckung abgenommen ist, und 3(b) ist eine Schnittansicht der Vorrichtung. Diese Vorrichtung ist eine Trocknungsvorrichtung zum Trocknen des Halbleitersensors für eine physikalische Größe.
  • Diese Trocknungsvorrichtung weist eine Drehwelle 51, einen Trocknungstank 52 und eine Stützplatte 53 zum Befestigen des SOI-Substrats (nicht dargestellt) auf und die Stützplatte 53 ist an der Drehwelle 51 befestigt. Sprühlöcher 56 sind im Trocknungstank 52 ausgebildet und die Verdrängungsflüssigkeit wird durch die Sprühlöcher 56 gesprüht. Die Drehwelle 51 verbindet mit einem Motor 59 und die Sprühlöcher 56 verbinden mit einem Zuführungs/Ablaß-Einlaß 56 über einen Zuführungs/Ablaß-Kanal 58. Das Inertgas wird von einem Einlaß 57 über einen Zuführungskanal (nicht dargestellt) zugeführt, um den Trocknungstank 52 zu füllen.
  • Die 4(a)-(c) zeigen den Zustand, in dem das SOI-Substrat in der Trocknungsvorrichtung montiert ist und der Trocknungstank gedreht wird. 4(a) ist eine Schnittansicht des Abtastelements; 4(b) ist eine Draufsicht auf die Trocknungsvorrichtung von oben; und 4(c) ist eine Schnittansicht der Trocknungsvorrichtung. Die Trocknungsvorrichtung wird in dem in 2 gezeigten Schritt D verwendet. Das Abtastelement 103 ist in der Siliziumschicht 3 des SOI-Substrats 100 ausgebildet. Eine Beschreibung des Verfahrens zum Trocknen des SOI-Substrats 100 wird nun mit Bezug auf die 4(a)-(c) gegeben.
    • 1) Nach dem Ätzen der Oxidschicht 2 als Opferschicht werden die SOI-Substrate 100, die mit der Verdrängungsflüssigkeit wie z.B. dem reinen Wasser und dem IPA ersetzt sind, axialsymmetrisch um die Drehwelle 51 derart angeordnet, daß die Siliziumschicht 3 an der Außenseite angeordnet wird.
    • 2) Bei der Umdrehung mit niedriger Drehzahl (die durch einen dicken Pfeil in 4(b) angegeben ist und die Umdrehung, nicht Drehung, des SOI-Substrats 100 mit dem Abtastelement 103 bedeutet) ohne die gewünschte Zentrifugalkraft 8 wird die Verdrängungsflüssigkeit, wie durch einen Pfeil 11 angegeben, durch die Sprühlöcher 56 gesprüht, um zu verhindern, daß das Abtastelement 103 trocknet.
    • 3) Bei der Umdrehung mit hoher Drehzahl mit der gewünschten Zentrifugalkraft 8 wird das Sprühen der Verdrängungsflüssigkeit gestoppt und das Inertgas wie z.B. Stickstoff mit Minusionen wird gesprüht, um das SOI-Substrat 100, in dem das Abtastelement 103 ausgebildet ist, zu trocknen. Wie in 4(a) gezeigt, hebt die Zentrifugalkraft 8 die Saugkraft 7 auf, die durch die Oberflächenspannung der Verdrängungsflüssigkeit 6 erzeugt wird, um dadurch das Haftphänomen zu verhindern, bei dem die Gewichtsteile 100 am Siliziumsubstrat 1 haften. Das Sprühen des Inertgases verhindert auch das durch die statische Elektrizität verursachte Haftphänomen. Das Haftphänomen kann auch durch elektrisches Verbinden des Siliziumsubstrats 1 mit der Siliziumschicht 3 und Verschieben der statischen Elektrizität von der Siliziumschicht 3 zum Siliziumsubstrat 1 verhindert werden.
  • Die Verwendung der Trocknungsvorrichtung stellt den Halbleitersensor für eine physikalische Größe leicht mit niedrigen Kosten unter sauberen Umständen her und verbessert die Abtastgenauigkeit und -zuverlässigkeit.
  • Die 5(a) und 5(b) zeigen die wesentliche Struktur einer Trocknungsvorrichtung, die zum Verstehen der vorliegenden Erfindung nützlich ist. 5(a) ist eine Draufsicht auf die Trocknungsvorrichtung von oben und 5(b) ist eine Schnittansicht der Trocknungsvorrichtung. Die Trocknungsvorrichtung ist äquivalent zu derjenigen in den 4(b) und 4(c).
  • Die 5(a)-(b) sind von den 4(b)-(c) insofern verschieden, als die SOI-Substrate 100 axialsymmetrisch in vier Positionen angeordnet sind. Im Vergleich zu 4 ist das Drehgleichgewicht ausgezeichnet und die SOI-Substrate 100 mit dem Abtastelement 103 werden gleichmäßig getrocknet.
  • Die 6(a) und 6(b) zeigen die wesentliche Struktur der Trocknungsvorrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 6(a) ist eine Draufsicht auf die Trocknungsvorrichtung von oben und 6(b) ist eine Schnittansicht der Trocknungsvorrichtung. Die Trocknungsvorrichtung ist zu derjenigen in den 5(a) und 5(b) äquivalent.
  • Die 6(a)-(b) sind von den 5(a)-(b) insofern verschieden, als die Verdrängungsflüssigkeit von einer oberen Abdeckung 55 und von der Unterseite einer Trocknungsschicht 52 zusätzlich zur Drehwelle 51 und den Seitenwänden des Trocknungstanks 52 gesprüht wird. Das Haftphänomen kann durch Sprühen der Verdrängungsflüssigkeit von der Drehwelle, den Seitenwänden, der oberen Abdeckung und der Unterseite wirksamer verhindert werden.
  • Wie vorstehend dargelegt, verhindert das Verfahren das Haftphänomen durch Erzeugen der Zentrifugalkraft durch Umdrehen der SOI-Substrate mit den Abtastelementen, wenn die Abtastelemente getrocknet werden.
  • Während der Umdrehung mit niedriger Drehzahl hält die Verdrängungsflüssigkeit das Abtastelement feucht und während der Umdrehung mit hoher Drehzahl wird das Inertgas mit den Minusionen gesprüht, wodurch das Haftphänomen verhindert wird.
  • Ferner ist die Siliziumschicht mit dem Siliziumsubstrat elektrisch verbunden, um die statische Elektrizität von der Siliziumschicht zum Siliziumsubstrat zu verschieben, wodurch das Haftphänomen verhindert wird.
  • Im Gegensatz zum Stand der Technik trocknet das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung das Abtastelement ohne Verwendung des lichtempfindlichen Polymers oder der Sublimationssubstanz. Dies verhindert, daß die Fremdsubstanz zwischen dem Abtastelement und dem Siliziumsubstrat verbleibt, und vereinfacht die Strukturierung und das Ätzen. Daher kann der Halbleitersensor für eine physikalische Größe mit der hohen Genauigkeit und Zuverlässigkeit mit niedrigen Kosten hergestellt werden.
  • Es sollte jedoch selbstverständlich sein, daß keine Absicht besteht, die Erfindung auf die offenbarten speziellen Formen zu begrenzen. Der Schutzbereich der Erfindung wird in den beigefügten Ansprüchen ausgedrückt.

Claims (7)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersensors für eine physikalische Größe unter Verwendung eines SOI-Substrats, das aus einem Siliziumsubstrat als erster Schicht, einer Isolationsschicht als zweiter Opferschicht, die auf der ersten Schicht ausgebildet wird, und einer Siliziumschicht, die eine Polysiliziumschicht sein kann, als dritter Schicht, die auf der zweiten Schicht ausgebildet wird, besteht, wobei die dritte Schicht maschinell bearbeitet wird, um ein Abtastelement zum Abtasten von physikalischen Größen auszubilden, und die zweite Schicht entfernt wird, um einen Halbleitersensor für eine physikalische Größe auszubilden, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt: Beschichten der dritten Schicht mit einer Schutzschicht; Ausbilden eines Abtastelements unter Verwendung der Schutzschicht als Maske; Entfernen der zweiten Opferschicht durch Naßätzen; Austauschen einer beim Naßätzen verwendeten Ätzflüssigkeit gegen eine Verdrängungsflüssigkeit; Trocknen des Abtastelements durch Entfernen der Verdrängungsflüssigkeit, die an dem Abtastelement haftet, in einem Zustand, in dem eine Beschleunigung in einer entgegengesetzten Richtung zu einer Richtung zur ersten Schicht hin auf das Abtastelement aufgebracht wird; und Entfernen der Schutzschicht durch Trockenätzen.
  2. Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersensors für eine physikalische Größe nach Anspruch 1, welches ferner den Schritt des Erhaltens der auf das Abtastelement aufzubringenden Beschleunigung durch eine Zentrifugalkraft, die durch Umdrehen des SOI-Substrats erzeugt wird, umfaßt.
  3. Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersensors für eine physikalische Größe nach Anspruch 2, welches ferner den Schritt des Trocknens des Abtastelements so umfaßt, daß eine Saugkraft FS des Abtastelements an die erste Schicht aufgrund einer Oberflächenspannung der Verdrängungsflüssigkeit, die Zentrifugalkraft (Fr) und eine Federkraft FK des Abtastelements die folgende Bedingung erfüllen können: (Fr + FK) > FS.
  4. Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersensors für eine physikalische Größe nach Anspruch 3, welches ferner die Schritte des Klebens der Verdrängungsflüssigkeit an das Abtastelement, bis die Beschleunigung einen vorbestimmten Wert erreicht, und des Entfernens der Verdrängungsflüssigkeit und des Trocknens des Abtastelements, nachdem die Beschleunigung den vorbestimmten Wert erreicht, umfaßt.
  5. Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersensors für eine physikalische Größe nach Anspruch 1, 3 oder 4, welches ferner den Schritt des Trocknens des Abtastelements mit einem Inertgas umfaßt.
  6. Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersensors für eine physikalische Größe nach Anspruch 2, welches ferner den Schritt des elektrischen Verbindens der ersten Schicht mit der dritten Schicht und des Umdrehens des SOI-Substrats umfaßt.
  7. Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersensors für eine physikalische Größe nach Anspruch 1, 3 oder 4, wobei die Verdrängungsflüssigkeit reines Wasser oder Isopropylalkohol (IPA) ist.
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