JP2000040831A - 半導体力学量センサの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】犠牲層エッチングに伴う電極の作成不良を解消
することができる半導体力学量センサの製造方法を提供
する。 【解決手段】単結晶シリコン基板４０と単結晶シリコン
基板４７を犠牲層４１を挟んだ状態で貼り合わせるとと
もに、単結晶シリコン基板４０における不要領域５２
ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄを除去し、単結晶シリコン
基板４０の上に配置した可動および固定電極の電位をと
るための電極４９に対し、その表面を保護薄膜５０で覆
った状態で、エッチングにより所定領域の犠牲層４１を
除去して、単結晶シリコン基板４０による梁構造体およ
び固定電極を形成する。犠牲層エッチングの際に、電極
４９の表面が保護薄膜５０で覆われているので、電極
（パッド）４９がエッチング液に腐食されて電極が消失
したり膜厚が薄くなったりすることが回避される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、梁構造の可動部
を有する半導体力学量センサに係り、例えば、加速度、
ヨーレート、振動等の力学量を検出するための半導体力
学量センサの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】本出願人は、梁構造の可動部を有する半
導体力学量センサとして、貼り合わせ基板を用いたサー
ボ制御式の差動容量型加速度センサを提案している（特
開平９−２１１０２２号公報）。このセンサは、基板の
上面において所定間隔を隔てた位置に加速度により変位
する梁構造体が配置されるとともに、基板の上面に梁構
造体の可動電極に対向する固定電極が配置され、加速度
の印加に伴う梁構造体の変位を対向する可動および固定
電極により容量変化として取り出すものである。製造工
程としては、二枚の単結晶シリコン基板を犠牲層を挟ん
だ状態で貼り合わせ、一方の単結晶シリコン基板におけ
る不要領域を除去し、エッチング液により所定領域の犠
牲層を除去して、薄膜の単結晶シリコン基板による梁構
造体および固定電極を形成する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した半
導体加速度センサに対し、本発明者らが更に検討を進め
た結果、以下に示すような改良する余地があることが判
明した。

【０００４】即ち、上述した半導体加速度センサでは、
最終工程の犠牲層エッチング後において、固定電極と可
動電極の電位をとるためのアルミパッドが犠牲層エッチ
ング時のエッチング液に腐食されてアルミ電極が消失し
たりアルミ膜厚が薄くなることがある。これにより、ワ
イヤーボンディングできなくなり安定な加速度検出を行
うことができなくなる可能性がある。

【０００５】そこで、この発明の目的は、犠牲層エッチ
ングに伴う電極の作成不良を解消することができる半導
体力学量センサの製造方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の半導体
力学量センサの製造方法によれば、半導体基板の上に犠
牲層を介して梁構造体および固定電極の形成材料が配置
される。そして、梁構造体および固定電極の形成材料の
上に配置した可動および固定電極の電位をとるための電
極に対し、その表面を保護膜で覆った状態で、エッチン
グにより所定領域の犠牲層が除去されて、梁構造体およ
び固定電極が形成される。

【０００７】この犠牲層エッチングの際に、可動電極お
よび固定電極の電位をとるための電極の表面が保護膜で
覆われているので、電極（パッド）がエッチング液に腐
食されて電極が消失したり膜厚が薄くなったりすること
が回避され、ワイヤーボンディングを確実に行うことが
できる。

【０００８】請求項２に記載の半導体力学量センサの製
造方法によれば、第１の半導体基板と第２の半導体基板
が犠牲層を挟んだ状態で貼り合わされるとともに、第１
の半導体基板における不要領域が除去される。そして、
第１の半導体基板の上に配置した可動および固定電極の
電位をとるための電極に対し、その表面を保護膜で覆っ
た状態で、エッチングにより所定領域の犠牲層が除去さ
れて、第１の半導体基板による梁構造体および固定電極
が形成される。

【０００９】この犠牲層エッチングの際に、可動電極お
よび固定電極の電位をとるための電極の表面が保護膜で
覆われているので、電極（パッド）がエッチング液に腐
食されて電極が消失したり膜厚が薄くなったりすること
が回避され、ワイヤーボンディングを確実に行うことが
できる。

【００１０】ここで、請求項３に記載のように、電極保
護膜を耐ＨＦの薄膜とすると、実用上好ましいものとな
る。つまり、例えば、アルミよりなる電極の上に耐ＨＦ
性金属を成膜することにより、エッチング液としてＨＦ
を用いた場合において、犠牲層エッチング時でもアルミ
電極が腐食されず、そのため、ワイヤーボンディング強
度も強くなる。

【００１１】また、請求項４に記載のように、電極保護
膜は導電性を有する膜であり、当該電極保護膜の上にワ
イヤーボンディングが行われるようにすると、実用上好
ましいものとなる。

【００１２】つまり、例えば、アルミよりなる電極の保
護膜として、導電性の金属を使用することにより、保護
膜上にワイヤーボンディングすることができる。また、
請求項５に記載のように、犠牲層をエッチング除去した
後に、電極保護薄膜を除去すると、実用上好ましいもの
となる。

【００１３】つまり、電極保護膜として、ワイヤーボン
ディング密着力の悪い薄膜を用いた場合には、犠牲層エ
ッチング後にドライエッチング等で電極保護膜を除去す
ることにより、腐食されていない電極（例えばアルミ電
極）が出るためボンディング性も良好になり、正確な力
学量（例えば加速度）の検出を行うことができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下、この
発明を具体化した実施の形態を図面に従って説明する。

【００１５】図１に、加速度センサの平面図を示す。図
２には図１のＡ−Ａでの断面を、図３には図１のＢ−Ｂ
での断面を、図４には図１のＣ−Ｃでの断面を、図５に
は図１のＤ−Ｄでの断面を、それぞれ示す。

【００１６】図１，２において、基板１の上面には、単
結晶シリコンよりなる梁構造体２が配置されている。梁
構造体２は、基板１側から突出する４つのアンカー部３
ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄにより架設されており、基板１の
上面において所定間隔を隔てた位置に配置されている。

【００１７】アンカー部３ａ〜３ｄは、ポリシリコン薄
膜よりなる。アンカー部３ａとアンカー部３ｂとの間に
は、梁部４が架設されており、アンカー部３ｃとアンカ
ー部３ｄとの間には、梁部５が架設されている。

【００１８】また、梁部４と梁部５との間には、長方形
状をなす質量部（マス部）６が架設されており、この質
量部６には、上下に貫通する透孔６ａが設けられてい
る。さらに、質量部６における一方の側面（図１におい
ては左側面）からは４つの可動電極７ａ，７ｂ，７ｃ，
７ｄが突出している。また、質量部６における他方の側
面（図１においては右側面）からは４つの可動電極８
ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄが突出している。可動電極７ａ〜
７ｄ，８ａ〜８ｄは等間隔で平行に延びる櫛歯状の形状
になっている。

【００１９】基板１の上面には第１の固定電極９ａ，９
ｂ，９ｃ，９ｄおよび第２の固定電極１１ａ，１１ｂ，
１１ｃ，１１ｄが固定されている。第１の固定電極９ａ
〜９ｄは、基板１側から突出するアンカー部１０ａ，１
０ｂ，１０ｃ，１０ｄにより支持されており、梁構造体
２の各可動電極７ａ〜７ｄの一方の側面と対向してい
る。また、第２の固定電極１１ａ〜１１ｄは、基板１側
から突出するアンカー部１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２
ｄにより支持されており、梁構造体２の各可動電極７ａ
〜７ｄの他方の側面に対向している。

【００２０】同様に、基板１の上面には第１の固定電極
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄおよび第２の固定電極
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄが固定されている。第
１の固定電極１３ａ〜１３ｄは、基板１側から突出する
アンカー部１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄにより支持
されており、梁構造体２の各可動電極８ａ〜８ｄの一方
の側面と対向している。また、第２の固定電極１５ａ〜
１５ｄは、基板１側から突出するアンカー部１６ａ，１
６ｂ，１６ｃ，１６ｄにより支持されており、梁構造体
２の各可動電極８ａ〜８ｄの他方の側面と対向してい
る。

【００２１】基板１は、図２に示すように、単結晶シリ
コン基板１７の上に、ポリシリコン薄膜１８、下層側絶
縁体薄膜１９ａ，１９ｂと導電性薄膜２０と上層側絶縁
体薄膜２１とを積層した構造となっている。下層側絶縁
体薄膜１９ａ，１９ｂは、シリコン酸化膜およびシリコ
ン窒化膜よりなり、上層側絶縁体薄膜２１は、シリコン
窒化膜よりなる。また、導電性薄膜２０はリン等の不純
物をドーピングしたポリシリコン薄膜よりなる。

【００２２】この導電性薄膜２０により、図１，３，４
に示すように、４つの配線パターン２２，２３，２４，
２５および下部電極２６（図５参照）が形成されてい
る。配線パターン２２〜２５は、それぞれ、固定電極９
ａ〜９ｄ，１１ａ〜１１ｄ，１３ａ〜１３ｄおよび１５
ａ〜１５ｄの配線であり、帯状をなし、かつ、Ｌ字状に
延設されている。

【００２３】さらに、基板１の上面には、単結晶シリコ
ン基板よりなる電極取出部２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２
７ｄが配置されている。これら電極取出部２７ａ〜２７
ｄは、基板１から突出するアンカー部２８ａ，２８ｂ，
２８ｃ，２８ｄにより支持されている。そして、電極取
出部２７ａは、図１，３に示すように、アンカー部２８
ａを介して配線パターン２２と電気的に接続され、ま
た、図１，４に示すように、電極取出部２７ｂはアンカ
ー部２８ｂを介して配線パターン２３と電気的に接続さ
れている。同様に、電極取出部２７ｃ，２７ｄは、それ
ぞれアンカー部２８ｃ，２８ｄを介して配線パターン２
４，２５と電気的に接続されている。

【００２４】また、電極取出部２７ａ，２７ｂ，２７
ｃ，２７ｄの上面およびアンカー部３ａの上方には、可
動および固定電極の電位をとるための金属電極（ボンデ
ィングパッド）２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄおよび
２９ｅがそれぞれ設けられている。金属電極２９ａ〜２
９ｅはアルミ薄膜、もしくはＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ等のＡｌ
合金薄膜よりなる。この電極２９ａ〜２９ｅの上に電極
保護薄膜３０がそれぞれ形成され、電極保護薄膜３０に
より犠牲層エッチングでの電極２９ａ〜２９ｅの腐食が
防止されている。

【００２５】上記した構成において、梁構造体２の可動
電極７ａ〜７ｄと第１の固定電極９ａ〜９ｄとの間には
第１のコンデンサが、また、梁構造体２の可動電極７ａ
〜７ｄの第２の固定電極１１ａ〜１１ｄとの間には第２
のコンデンサが形成されている。同様に、梁構造体２の
可動電極８ａ〜８ｄと第１の固定電極１３ａ〜１３ｄと
の間に第１のコンデンサが、また、梁構造体２の可動電
極８ａ〜８ｄと第２の固定電極１５ａ〜１５ｄとの間に
第２のコンデンサが形成されている。

【００２６】ここで、可動電極７ａ〜７ｄ（８ａ〜８
ｄ）は、両側の固定電極９ａ〜９ｄ（１３ａ〜１３ｄ）
と１１ａ〜１１ｄ（１５ａ〜１５ｄ）の中心に位置し、
可動電極と固定電極間の静電容量Ｃ１，Ｃ２は等しい。
また、可動電極７ａ〜７ｄ（８ａ〜８ｄ）と固定電極９
ａ〜９ｄ（１３ａ〜１３ｄ）間には電圧Ｖ１が、可動電
極７ａ〜７ｄ（８ａ〜８ｄ）と固定電極１１ａ〜１１ｄ
（１５ａ〜１５ｄ）間には電圧Ｖ２が印加されている。

【００２７】加速度が生じていないときには、Ｖ１＝Ｖ
２であり、可動電極７ａ〜７ｄ（８ａ〜８ｄ）は、固定
電極９ａ〜９ｄ（１３ａ〜１３ｄ）と１１ａ〜１１ｄ
（１５ａ〜１５ｄ）から等しい静電気力で引かれてい
る。

【００２８】そして、加速度が基板表面に平行な方向に
作用し、可動電極７ａ〜７ｄ（８ａ〜８ｄ）が変位する
と、可動電極と固定電極との間の距離が変わり静電容量
Ｃ１、Ｃ２が等しくなくなる。このとき、静電気力が等
しくなるように、例えば可動電極７ａ〜７ｄ（８ａ〜８
ｄ）が固定電極９ａ〜９ｄ（１３ａ〜１３ｄ）側に変位
したとすると、電圧Ｖ１が下がり、電圧Ｖ２が上がる。
これにより静電気力で固定電極１１ａ〜１１ｄ（１５ａ
〜１５ｄ）側に可動電極７ａ〜７ｄ（８ａ〜８ｄ）は引
かれる。可動電極７ａ〜７ｄ（８ａ〜８ｄ）が中心位置
に戻り静電容量Ｃ１，Ｃ２が等しくなれば、加速度と静
電気力が等しく釣り合っており、このときの電圧Ｖ１，
Ｖ２から加速度の大きさを求めることができる。

【００２９】このように、第１のコンデンサと第２のコ
ンデンサにおいて、力学量の作用による変位に対して、
可動電極が変位しないように第１と第２のコンデンサを
形成している固定電極の電圧を制御し、その電圧の変化
で加速度を検出する。

【００３０】次に、半導体加速度センサの製造方法を、
図６〜図１４を用いて説明する。図６〜図１４は図１の
Ｅ−Ｅ断面に対応するものである。まず、図６に示すよ
うに、単結晶シリコン基板（第１の半導体基板）４０を
用意し、アライメント用の溝４０ａをトレンチエッチン
グにより形成する。この後、単結晶シリコン基板４０の
上に犠牲層用薄膜としてのシリコン酸化膜４１をＣＶＤ
法により成膜する。

【００３１】さらに、図７に示すように、シリコン酸化
膜４１の一部をエッチングして凹部４１ａを形成する。
この凹部４１ａは、後述する犠牲層エッチング工程にお
いて梁構造体が表面張力等で基板に付着する場合に、そ
の付着面積を減らす突起を設けるためのものである。そ
して、シリコン酸化膜４１の上に、犠牲層エッチング時
のエッチングストッパとなるシリコン窒化膜４２を成膜
し、シリコン窒化膜４２とシリコン酸化膜４１の積層体
に対し、フォトリソグラフィを経てドライエッチング等
によりアンカー部形成領域に開口部４２ａ〜４２ｆを形
成する。この開口部４２ａ〜４２ｆは、梁構造体と基板
を接続するためのものである。

【００３２】引き続き、図８に示すように、開口部４２
ａ〜４２ｆを含むシリコン窒化膜４２の上に、ポリシリ
コン薄膜４３を０．５〜２μｍ程度の膜厚で成膜し、そ
の成膜中に不純物導入して導電性薄膜とする。さらに、
そのポリシリコン薄膜４３をフォトリソグラフィを経て
パターニングし、開口部４２ａ〜４２ｆを含むシリコン
窒化膜４２上の所定領域に不純物ドープポリシリコン薄
膜４３ａ〜４３ｄを形成する。なお、ポリシリコン薄膜
４３のフォトリソグラフィ工程において、ポリシリコン
薄膜４３が薄いのでポリシリコン薄膜４３の下でのシリ
コン窒化膜４２の開口部４２ａ〜４２ｆの形状を透視す
ることができ、フォトマスク合わせを正確に行うことが
できる。

【００３３】この後、ポリシリコン薄膜４３上にシリコ
ン窒化膜４４を形成する。そして、図９に示すように、
シリコン窒化膜４４の上にシリコン酸化膜（第２の絶縁
体薄膜）４５を成膜する。

【００３４】さらに、シリコン酸化膜４５の上に、貼り
合わせ用薄膜としてのポリシリコン薄膜４６を成膜し、
図１０に示すように、貼り合わせのためにポリシリコン
薄膜４６の表面を機械的研磨により平坦化する。

【００３５】引き続き、図１１に示すように、単結晶シ
リコン基板４０とは別の単結晶シリコン基板（第２の半
導体基板）４７を用意し、ポリシリコン薄膜４６とシリ
コン基板４７を貼り合わせる。

【００３６】さらに、図１２に示すように、シリコン基
板４０、４７を表裏逆にして、シリコン基板４０側を機
械的研磨等を行い、シリコン基板４０を薄膜化する。こ
のとき、シリコン酸化膜４１の層が出現し、研磨におけ
る硬度が変化するため、研磨の終点を容易に検出するこ
とができる。また、シリコン基板４０を電極とするため
に、シリコン基板４０にリン拡散等により不純物を導入
して低抵抗層５１を形成する。そして、電極形成時の層
間絶縁膜としてのシリコン酸化膜４８を成膜し、所定の
開口部を形成する。さらに、その後、アルミ薄膜（４
９）および保護薄膜（５０）を順に成膜し、不要な領域
をフォトリソグラフィにより除去してアルミ電極４９と
電極保護薄膜５０の積層体を形成する。

【００３７】この後、図１３に示すように、シリコン基
板４０に対し、梁構造体および固定電極を画定するため
の溝５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄを形成する。つま
り、梁構造体のパターンのフォトリソグラフィを経て、
梁構造体（梁部、質量部、可動電極）、固定電極等の区
画を行う。エッチングに用いるマスクとしては、フォト
レジストのようなソフトマスクでも、酸化膜のようなハ
ードマスクでもよい。このとき、層間絶縁膜に使用した
シリコン酸化膜４８をマスク材にすることもできる。

【００３８】次に、図１４に示すように、ＨＦ系のエッ
チング液を用いた犠牲層エッチングによりシリコン酸化
膜４１をエッチング除去し、梁構造体および固定電極を
形成し、かつ、梁構造体を可動にする。この犠牲層エッ
チングにおいて、可動電極および固定電極の電位をとる
ための電極４９の表面が保護薄膜５０で覆われているの
で、電極（パッド）４９がエッチング液に腐食されて電
極が消失したり膜厚が薄くなったりすることが回避さ
れ、後工程でのワイヤーボンディングを確実に行うこと
ができる。

【００３９】つまり、この電極保護薄膜５０は耐ＨＦ性
の薄膜であり、金属であればＴｉＮ、Ａｕ、Ｐｔ薄膜
が、また、非金属であればシリコン窒化膜等が使用され
る。電極保護薄膜５０にＡｕやＰｔを用いる場合は導電
性であるため電極保護薄膜５０上にボンディングできる
が、導電性ではないシリコン窒化膜等を用いる場合に
は、犠牲層エッチング後にドライエッチング等で電極保
護薄膜５０を除去する必要がある。また、電極保護薄膜
５０が導電性であっても、アルミとの密着性が弱い場合
や、ボンディング強度が弱い場合は犠牲層エッチング後
にドライエッチング等により電極保護薄膜５０を除去す
る。また、電極保護薄膜５０としてＴｉＮを用いた場合
には、ＴｉＮはアルミ電極のフォト工程で反射防止膜と
して用いられていることから、新たな工程を追加するこ
となく、電極保護薄膜５０を形成することができる。

【００４０】なお、犠牲層エッチングする際に、エッチ
ング後の乾燥工程で梁構造体が基板に固着するのを防ぐ
ため、低表面張力剤や、固体から気体に昇華するパラジ
クロロベンゼン等の昇華剤を用いる。

【００４１】この犠牲層エッチング工程でマスク材であ
ったシリコン酸化膜４８等は一緒に除去する。このよう
にして図１に示す半導体加速度センサが構成される。ま
た、電極保護薄膜５０はアルミ電極４９との密着性やワ
イヤボンディング強度等が目標値を満足すれば、電極保
護薄膜５０上からワイヤボンディングしてもよいが、図
１５に示すように、ドライエッチングにより電極保護薄
膜５０を除去してもよい。このとき、アルミ電極４９が
腐食しないエッチング条件を用いる。また、梁構造体が
可動になっているため梁構造体の下方の基板への固着を
考慮してウェット洗浄等は行わないようにする。

【００４２】なお、電極保護薄膜５０は図１６，図１７
に示すように、アルミ電極４９の側面まで保護する形に
してもよい。つまり、図１６に示すように、基板４０上
に直接アルミ薄膜（４９）を形成するとともに所定の形
状にし、その上に保護薄膜５０を幅広に付ける。あるい
は、図１７に示すように、図１３の状態からもう一回保
護薄膜５０’を形成し、電極４９の側面まで覆うように
する。

【００４３】このように本実施形態は、下記の特徴を有
する。 （イ）図１１に示すように、単結晶シリコン基板４０と
単結晶シリコン基板４７を犠牲層４１を挟んだ状態で貼
り合わせるとともに、図１３に示すように、単結晶シリ
コン基板４０における不要領域５２ａ，５２ｂ，５２
ｃ，５２ｄを除去し、図１４に示すように、単結晶シリ
コン基板４０の上に配置した可動および固定電極の電位
をとるための電極４９に対し、その表面を保護薄膜５０
で覆った状態で、エッチングにより所定領域の犠牲層４
１を除去して、単結晶シリコン基板４０による梁構造体
および固定電極を形成した。

【００４４】つまり、図１２に示すように、単結晶シリ
コン基板４７の上に犠牲層４１を介して梁構造体および
固定電極の形成材料である単結晶シリコン基板４０を配
置し、図１４に示すように、単結晶シリコン基板４０の
上に配置した可動および固定電極の電位をとるための電
極４９に対し、その表面を保護薄膜５０で覆った状態
で、エッチングにより所定領域の犠牲層４１を除去し
て、梁構造体および固定電極を形成した。

【００４５】よって、犠牲層エッチングの際に、可動電
極および固定電極の電位をとるための電極４９の表面が
保護薄膜５０で覆われているので、電極（パッド）４９
がエッチング液に腐食されて電極が消失したり膜厚が薄
くなったりすることが回避され、ワイヤーボンディング
を確実に行うことができる。このようにして、犠牲層エ
ッチングに伴う電極の作成不良を解消することができる
こととなる。 （ロ）電極保護薄膜５０として耐ＨＦの薄膜を用いる
と、即ち、アルミよりなる電極４９の上に耐ＨＦ性金属
を成膜すると、エッチング液としてＨＦを用いた場合に
おいて、犠牲層エッチング時でもアルミ電極４９が腐食
されず、そのため、ワイヤーボンディング強度も強くな
る。 （ハ）電極保護薄膜５０として導電性を有する膜を用
い、この電極保護薄膜５０の上にワイヤーボンディング
を行うようにすると、実用上好ましいものとなる。詳し
くは、アルミよりなる電極４９の保護薄膜として、導電
性の金属を使用することにより、保護薄膜５０上にワイ
ヤーボンディングすることができる。 （ニ）図１５に示すように、犠牲層４１をエッチング除
去した後に、電極保護薄膜５０を除去すると、実用上好
ましいものとなる。詳しくは、電極保護薄膜５０とし
て、ワイヤーボンディング密着力の悪い薄膜を用いた場
合には、犠牲層エッチング後にドライエッチング等で電
極保護薄膜を除去することにより、腐食されていないア
ルミ電極４９が出るためボンディング性も良好になり、
正確な加速度の検出を行うことができる。 （第２の実施の形態）次に、第２の実施の形態を、第１
の実施の形態との相違点を中心に説明する。

【００４６】図１８には、本実施形態における加速度セ
ンサの平面図を示す。また、図１９には、図１８のＦ−
Ｆ断面図を示す。この加速度センサは、基本的には単結
晶シリコン基板６０と梁構造体６１と固定電極６２から
構成されている。梁構造体６１は、アンカー部６３と、
重り可動電極６４と、梁としてのバネ部６５を備えてい
る。本センサはメカニカルスイッチ式の加速度センサで
あって、基板６０の表面に平行な方向（図１８のＸ−Ｙ
面）に加速度が加わったときに重り可動電極６４が移動
して固定電極６２と接触するのを検知するものである。

【００４７】アンカー部６３は円形形状をなし、基板６
０上に形成されている。重り可動電極６４は円筒形状を
なし、基板６０と所定の間隔をおいて平行に設けられて
いる。また、重り可動電極６４は外周面に接点電極６４
ａを有している。

【００４８】バネ部６５は、一端がアンカー部６３に固
定され、他端が重り可動電極６４に固定されており、重
り可動電極６４をアンカー部６３に対して支持してい
る。このバネ部６５は複数本（図では４本）設けられて
おり、それぞれを平面的に見て円弧の一部となる形状に
し、また断面において横の長さに対する縦の長さの比を
大きくした形状にすることによって基板６０の表面に対
し平行方向に弾性変形する。

【００４９】固定電極６２は内側が円柱をくり抜いた形
状で重り可動電極６４の外周側に所定の間隔を隔てて基
板６０上に形成されており、重り可動電極６４の円周面
には接点電極６４ａに対向する接点電極６２ａを有して
いる。

【００５０】この接点電極６２ａと６４ａが接触するこ
とにより、加速度を検知しており、それぞれの電位をと
るためにアルミ電極６６ａ，６６ｂ，６６ｃが設けられ
ている。これらのアルミ電極６６ａ〜６６ｃ上には犠牲
層エッチング時の保護膜として電極保護薄膜６７ａ，６
７ｂ，６７ｃが設けられている。

【００５１】この加速度センサでは重り可動電極６４が
自重により基板６０の厚さ方向に垂れた場合にも重り可
動電極６４と基板６０が接触しないよう犠牲層６８が厚
く形成されており、重り可動電極６４とバネ部６５の下
の犠牲層６８をエッチングするために長時間のエッチン
グが必要となることから、アルミ電極６６ａ〜６６ｃが
長時間のエッチングで腐食されやすくなるため電極保護
薄膜６７ａ〜６７ｃは必要不可欠になる。

【００５２】この電極保護薄膜６７ａ〜６７ｃは耐ＨＦ
性の薄膜である必要があり、金属であればＴｉＮ、Ａ
ｕ、Ｐｔ薄膜が、非金属であればシリコン窒化膜等が使
用される。電極保護薄膜６７ａ〜６７ｃにＡｕやＰｔを
用いる場合は導電性であるため電極保護薄膜６７ａ〜６
７ｃ上にボンディングできるが、導電性ではないシリコ
ン窒化膜等を用いる場合には、犠牲層エッチング後にド
ライエッチング等で電極保護薄膜６７ａ〜６７ｃを除去
する必要がある。また、電極保護薄膜６７ａ〜６７ｃが
導電性であっても、アルミとの密着性が弱い場合や、ボ
ンディング強度が弱い場合は犠牲層エッチング後に電極
保護薄膜６７ａ〜６７ｃを除去する。また、電極保護薄
膜６７ａ〜６７ｃとしてＴｉＮを用いる場合には、Ｔｉ
Ｎはアルミ電極のフォト工程で反射防止膜として用いら
れていることから、新たな工程を追加することなく、電
極保護薄膜６７ａ〜６７ｃを形成することができる。

【００５３】次に、この加速度センサの製造方法を説明
する。まず、図２０に示すように、単結晶シリコン基板
６０と単結晶シリコン基板７０とを犠牲層用薄膜として
のシリコン酸化膜７１を介在させた状態で貼り合わせ
る。そして、この貼り合わせ基板におけるシリコン基板
７０を所望の厚さ（約１０μｍ〜３０μｍ）に研削研磨
する。その後、図２１に示すように、シリコン基板７０
の表面に導電性を持たせるために不純物を導入して低抵
抗層７１を形成する。そして、アルミ薄膜（６６）と電
極保護薄膜（６７）を順に成膜し、フォトリソグラフィ
によってパターニングしてアルミ電極６６と電極保護薄
膜６７を形成する。

【００５４】この後、図２２に示すように、シリコン基
板７０に対し、重り可動電極と固定電極とバネ部を区画
するための溝７２を形成する。つまり、構造体のパター
ンのフォトリソグラフィを経て、アンカー部と重り可動
電極とバネ部と固定電極の区画を行う。このエッチング
に用いるマスクとしてフォトレジストのようなソフトマ
スクでもよいし、シリコン酸化膜のようなハードマスク
を用いてもよい。

【００５５】引き続き、図２３に示すように、重り可動
電極６４側の接点電極６４ａ、固定電極６２側の接点電
極６２ａを形成すべく、接触抵抗の小さい金をメッキに
より成膜しパターニングする。この場合、接点電極６４
ａ，６２ａの形成はＨＦ系のエッチング液に耐性のある
薄膜を使用する。なお、もしＨＦ系のエッチング液に耐
性の無い金属を用いるときにはＨＦエッチングの後に形
成を行う。

【００５６】また、電極保護薄膜６７を図２１で形成せ
ず、可動電極側の接点電極６４ａ、固定電極側の接点電
極６２ａと同時に、同材料で形成してもよい。その後、
図１９に示すように、ＨＦ系のエッチング液を用いた犠
牲層エッチングにより所定領域のシリコン酸化膜６８を
エッチング除去し、梁構造体（重り可動電極、バネ部）
と固定電極とを形成し、かつ、重り可動電極６４および
バネ部６５を可動にする。

【００５７】なお、この犠牲層エッチングの際、エッチ
ング後の乾燥工程で重り可動電極６４、バネ部６５が基
板６０に固着するのを防ぐため、低表面張力剤や、固体
から気体に昇華するパラジクロロベンゼン等の昇華剤を
用いる。

【００５８】また、電極保護薄膜６７はアルミ電極との
密着性やワイヤボンディング強度等が目標値を満足すれ
ば、電極保護薄膜６７上からワイヤボンディングしても
よいが、図２４に示すように、ドライエッチングにより
電極保護薄膜６７を除去してもよい。このとき、アルミ
電極６６ａ〜６６ｃが腐食しないエッチング条件を用い
る。また、梁構造体が可動になっているためウェット洗
浄等はしない。

【００５９】これまでの説明においては加速度センサに
ついて述べてきたが、加速度の他にもヨーレートや振動
等の力学量を検出するためのセンサに適用してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施形態における半導体加速度センサ
の平面図。

【図２】 図１のＡ−Ａ断面図。

【図３】 図１のＢ−Ｂ断面図。

【図４】 図１のＣ−Ｃ断面図。

【図５】 図１のＤ−Ｄ断面図。

【図６】 半導体加速度センサの製造工程を説明するた
めの断面図。

【図７】 半導体加速度センサの製造工程を説明するた
めの断面図。

【図８】 半導体加速度センサの製造工程を説明するた
めの断面図。

【図９】 半導体加速度センサの製造工程を説明するた
めの断面図。

【図１０】 半導体加速度センサの製造工程を説明する
ための断面図。

【図１１】 半導体加速度センサの製造工程を説明する
ための断面図。

【図１２】 半導体加速度センサの製造工程を説明する
ための断面図。

【図１３】 半導体加速度センサの製造工程を説明する
ための断面図。

【図１４】 半導体加速度センサの製造工程を説明する
ための断面図。

【図１５】 応用例を説明するためのセンサの断面図。

【図１６】 応用例での半導体加速度センサの断面図。

【図１７】 応用例での半導体加速度センサの断面図。

【図１８】 第２の実施形態における半導体加速度セン
サの平面図。

【図１９】 図１８のＦ−Ｆ断面図。

【図２０】 半導体加速度センサの製造工程を説明する
ための断面図。

【図２１】 半導体加速度センサの製造工程を説明する
ための断面図。

【図２２】 半導体加速度センサの製造工程を説明する
ための断面図。

【図２３】 半導体加速度センサの製造工程を説明する
ための断面図。

【図２４】 応用例での半導体加速度センサの断面図。

【符号の説明】

１…基板、２…梁構造体、７ａ〜７ｄ…可動電極、８ａ
〜８ｄ…可動電極、９ａ〜９ｄ…第１の固定電極、１１
ａ〜１１ｄ…第２の固定電極、１３ａ〜１３ｄ…第１の
固定電極、１５ａ〜１５ｄ…第２の固定電極、４０…単
結晶シリコン基板、４１…シリコン酸化膜、４７…単結
晶シリコン基板、４９…アルミ電極、５０…電極保護薄
膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M112 AA02 BA07 CA22 CA26 CA31 CA33 CA34 CA36 DA02 DA05 DA12 DA15 DA18 EA03 EA04 EA06 EA07 EA18

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板の上面において所定間隔を隔てた位
   置に支持され、可動電極を有し、力学量により変位する
   梁構造体と、 前記基板の上面に固定され、前記梁構造体の可動電極に
   対向して配置された固定電極とを備えた半導体力学量セ
   ンサの製造方法であって、 半導体基板の上に犠牲層を介して梁構造体および固定電
   極の形成材料を配置する工程と、 梁構造体および固定電極の形成材料の上に配置した可動
   および固定電極の電位をとるための電極に対し、その表
   面を保護膜で覆った状態で、エッチングにより所定領域
   の犠牲層を除去して、梁構造体および固定電極を形成す
   る工程と、を備えたことを特徴とする半導体力学量セン
   サの製造方法。
2. 【請求項２】 基板の上面において所定間隔を隔てた位
   置に支持され、可動電極を有し、力学量により変位する
   梁構造体と、 前記基板の上面に固定され、前記梁構造体の可動電極に
   対向して配置された固定電極とを備えた半導体力学量セ
   ンサの製造方法であって、 第１の半導体基板と第２の半導体基板を犠牲層を挟んだ
   状態で貼り合わせるとともに、第１の半導体基板におけ
   る不要領域を除去する工程と、 第１の半導体基板の上に配置した可動および固定電極の
   電位をとるための電極に対し、その表面を保護膜で覆っ
   た状態で、エッチングにより所定領域の犠牲層を除去し
   て、第１の半導体基板による梁構造体および固定電極を
   形成する工程と、を備えたことを特徴とする半導体力学
   量センサの製造方法。
3. 【請求項３】 前記電極保護膜は耐ＨＦの薄膜である請
   求項１または２に記載の半導体力学量センサの製造方
   法。
4. 【請求項４】 前記電極保護膜は導電性を有する膜であ
   り、当該電極保護膜の上にワイヤーボンディングが行わ
   れる請求項１または２に記載の半導体力学量センサの製
   造方法。
5. 【請求項５】 前記犠牲層をエッチング除去した後に、
   前記電極保護薄膜を除去する工程を備えた請求項１また
   は２に記載の半導体力学量センサの製造方法。