JP2000082824A

JP2000082824A - 半導体力学量センサの製造方法

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Publication number: JP2000082824A
Application number: JP10251396A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Kato; 信之加藤; Takeshi Fukada; 毅深田; Mineichi Sakai; 峰一酒井
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-09-04
Filing date: 1998-09-04
Publication date: 2000-03-21
Anticipated expiration: 2018-09-04
Also published as: JP4214572B2

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体基板に梁構造の可動部と固定部を形成
してなる半導体加速度センサにおいて、製造工程時に発
生する静電気等により可動部が固定電極あるいは半導体
基板と付着するのを防止する。【解決手段】固定電極と電気接続される電極パッド４
４ａ、４４ｃと、可動部と電気接続される電極パッド４
４ｂと、貼り合わせ用薄膜の電位を取出すための電極パ
ッド４４ｄと、半導体基板の表面電位を取り出すための
電極パッド４３を接続配線１００でそれぞれ接続し、セ
ンサ製造後、接続配線１００を切断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、可動部と固定部を
有し、例えば、可動部と固定部の間の容量変化を検出す
ることにより、加速度、ヨーレート、振動等の力学量を
検出する半導体力学量センサの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、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が提案されている（特開平
９−２１１０２２号公報参照）。このものは、基板上に
梁構造の可動部と固定部を形成して構成されており、可
動部と固定部の間の容量変化を検出することにより加速
度を検出する。梁構造の可動部は、第１のアンカー部
と、この第１のアンカー部により梁部を介して支持され
加速度を受けて変位する質量部を有しており、この質量
部には可動電極が設けられている。また、固定部は、基
板上に第２のアンカー部により固定され可動電極と対向
する形状の固定電極を有している。さらに、基板上には
導電性薄膜とそれを覆うように絶縁膜、そして貼り合わ
せ用薄膜とが形成されており、これらは梁構造の可動部
の下側に埋め込まれた形になっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明者等がこの加速
度センサについてさらに検討を進めたところ、犠牲層エ
ッチングにより可動部を形成するとき若しくは形成した
後に、固定電極と、可動部と、半導体基板の間に静電気
等により電位差が生じ、その静電引力により可動部が固
定電極あるいは半導体基板と付着してしまうという問題
があることがわかった。

【０００４】本発明は、上記した付着を防止できる半導
体力学量センサの製造方法を提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明においては、可動部、固定電
極および半導体基板を電気的に接続する接続配線を形成
し、可動部および固定電極を形成するためのエッチング
後に、前記接続配線を切断することを特徴としている。

【０００６】従って、製造工程中に静電気が発生して
も、可動部、固定電極および半導体基板が同電位になる
ため、可動部が固定電極あるいは半導体基板と付着する
のを防止することができる。この場合、前記接続配線
は、請求項２に記載の発明のように、可動部、固定電極
および半導体基板のそれぞれに電気接続される電極パッ
ド間に形成することができる。

【０００７】また、請求項３に記載の発明のように、前
記接続配線を、電極パッドと同一材料で電極パッドと同
時に形成するようにすれば、工程の簡素化を図ることが
できる。また、請求項４に記載の発明のように、前記接
続配線をスクライブライン上に形成すれば、チップ化す
るためのダイシングカット時に前記接続配線が切断され
るため、切断のための余分な工程をなくし、工程を簡素
化することができる。

【０００８】また、請求項５に記載の発明のように、可
動部、固定電極および半導体基板と前記各電極パッド間
をそれぞれ電気的に接続する導電配線を半導体基板中に
形成し、前記接続配線を前記導電配線と同時に形成する
ようにすれば、接続配線を形成する特別な工程を必要と
しないため、工程を簡素化することができる。また、請
求項６に記載の発明のように、半導体基板上に形成され
た犠牲層をエッチングして可動部を半導体基板に対して
可動状態とし、この場合に、前記接続配線と前記犠牲層
の間に犠牲層のエッチングに対して耐性のある保護膜を
形成するようにすれば、前記エッチング時に前記接続配
線がエッチングされて断線するのを防止することができ
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。図１に本発明の一実施形態にかかる
加速度センサの平面図を示す。図２に、図１中のセンサ
エレメントの拡大図を示す。また、図３に図２中のＡ−
Ａ断面図を示し、図４に図１中のＢ−Ｂ断面図を示す。

【００１０】図１乃至図４において、基板１の上面に
は、単結晶シリコン（単結晶半導体材料）基板２を溝に
より分離して形成された梁構造体（可動部）２Ａと固定
部２Ｂが配置されている。梁構造体２Ａは、基板１側か
ら突出する４つのアンカー部３ａ、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。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。

【００１１】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が架設されている。質量部
６には上下に貫通する透孔６ａが設けられている。この
透孔６ａを設けることにより、後述する犠牲層エッチン
グの際にエッチング液の進入を行い易くすることができ
る。さらに、質量部６における一方の側面（図２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。この可動電極７ａ〜７ｄは、棒状
をなし、等間隔をおいて平行に延びている。また、質量
部６における他方の側面（図２においては右側面）から
は４つの可動電極８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄが突出してい
る。この可動電極８ａ〜８ｄは、棒状をなし、等間隔に
平行に延びている。ここで、梁部４、５、質量部６、可
動電極７ａ〜７ｄ、８ａ〜８ｄは、犠牲層酸化膜３７の
一部もしくは全部をエッチング除去することにより、可
動するようになっている。

【００１２】また、可動電極７ａ〜７ｄが形成された側
において、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
２Ａの各可動電極（棒状部）７ａ〜７ｄの一方の側面に
対向して配置されている。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、１２ｄにより支持されており、梁構造
体２Ａの各可動電極（棒状部）７ａ〜７ｄの他方の側面
に対向して配置されている。

【００１３】同様に、可動電極８ａ〜８ｄが形成された
側において、基板１の上面には、第１の固定電極１３
ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄおよび第２の固定電極１５
ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄが固定されている。第１の
固定電極１３ａ〜１３ｄは、アンカー部１４ａ、１４
ｂ、１４ｃ、１４ｄにより支持され、かつ梁構造体２Ａ
の各可動電極（棒状部）８ａ〜８ｄの一方の側面に対向
して配置されている。また、第２の固定電極１５ａ〜１
５ｄは、基板１側から突出するアンカー部１６ａ、１６
ｂ、１６ｃ、１６ｄにより支持されており、梁構造体２
Ａの各可動電極（棒状部）８ａ〜８ｄの他方の側面に対
向して配置されている。

【００１４】基板１は、図３に示すようにシリコン基板
３０の上に、絶縁膜３１と、貼り合わせ用薄膜（ポリシ
リコン薄膜）３２と、絶縁膜（シリコン酸化膜）３３
と、絶縁膜３４と、導電性薄膜（例えばリン等の不純物
をドーピングしたポリシリコン薄膜）３５と、絶縁膜３
６とを積層した構成となっており、導電性薄膜３５が絶
縁膜３４、３６で覆われた構造となっている。ここで、
絶縁膜３４、３６は、後述する犠牲層エッチングを行う
際のエッチング液で浸食されにくい薄膜で構成されてい
る。例えば、エッチング液としてＨＦ（フッ素水素酸）
を用いる場合には、シリコン酸化膜に比べ浸食量が小さ
いシリコン窒化膜を、絶縁膜３４、３６として用いる。

【００１５】導電性薄膜３５は、図３に示すように、ア
ンカー部３ａ、１０ａ、１０ｂ、１２ａを構成してい
る。また、アンカー部３ｂ〜３ｄ、１０ｃ、１０ｄ、１
２ｂ〜１２ｄ、１４ａ〜１４ｄ、１６ａ〜１６ｄ、２８
ａ〜２８ｄについても導電性薄膜３５で構成されてい
る。また、この導電性薄膜３５は、第１の固定電極９ａ
〜９ｄと電極取出部２７ａの間、第１の固定電極１３ａ
〜１３ｄと電極取出部２７ｂの間、第２の固定電極１１
ａ〜１１ｄと電極取出部２７ｃの間、および第２の固定
電極１５ａ〜１５ｄと電極取出部２７ｄの間を、それぞ
れ電気的に接続する配線を形成するとともに、下部電極
（静電気力相殺用固定電極）２６を形成している。この
下部電極２６は、基板１の上面部における梁構造体２Ａ
と対向する領域に形成されている。

【００１６】電極取出部２７ａ、２７ｂ、２７ｃは、図
４に示すように、基板１から突出するアンカー部２８
ａ、２８ｂ、２８ｃにより基板１の上面にそれぞれ支持
されており、電極取出部２７ａ、２７ｂ、２７ｃの上に
はアルミ電極からなる電極パッド（ボンディングパッ
ド）４４ａ、４４ｂ、４４ｃがそれぞれ形成されてい
る。このことにより、電極パッド４４ａは、電極取出部
２７ａ、アンカー部２８ａを介し、配線２２、２４によ
って固定電極９ａ〜９ｄ、固定電極１３ａ〜１３ｄと電
気接続され、電極パッド４４ｂは、電極取出部２７ｂ、
アンカー部２８ｂを介し、配線２１によって梁構造体２
Ａと電気接続され、電極パッド４４ｃは、電極取出部２
７ｃ、アンカー部２８ｃを介し、配線２３、２５によっ
て固定電極１１ａ〜１１ｄ、固定電極１５ａ〜１５ｄと
電気接続される。

【００１７】また、貼り合わせ用薄膜３２に設けられた
開口部４６の上には、アンカー部２８ｄによって基板１
の上面に支持された電極取出部２７ｄが設けられてお
り、その上には電極パッド４４ｄが形成されている。こ
の電極パッド４４ｄは、電極取出部２７ｄ、アンカー部
２８ｃを介し開口部４６から貼り合わせ用薄膜３２に電
気接続されており、貼り合わせ用薄膜３２の電位を取る
ことができるようになっている。

【００１８】さらに、基板２における固定部２Ｂの表面
には、電極パッド４３が設けられており、基板２のうち
梁構造体２Ａ、固定電極９ａ〜９ｄ、１１ａ〜１１ｄ、
１３ａ〜１３ｄ、１５ａ〜１５ｄ、電極取出部２８ａ〜
２８ｄを除く部分の電位を取ることができるようになっ
ている。なお、上記した電極パッド４４ａ〜４４ｄ、４
３が形成された部分にて、図４に示すように、電極部４
５ａ〜４５ｅが構成される。

【００１９】上記した構成の加速度センサにおいては、
梁構造体２Ａの可動電極７ａ〜７ｄと第１の固定電極９
ａ〜９ｄの間に第１のコンデンサが、また梁構造体２Ａ
の可動電極７ａ〜７ｄと第２の固定電極１１ａ〜１１ｄ
の間に第２のコンデンサがそれぞれ形成される。同様
に、梁構造体２Ａの可動電極８ａ〜８ｄと第１の固定電
極１３ａ〜１３ｄの間に第１のコンデンサが、また梁構
造体２Ａの可動電極８ａ〜８ｄと第２の固定電極１５ａ
〜１５ｄの間に第２のコンデンサがそれぞれ形成され
る。そして、第１、第２のコンデンサの容量に基づき、
図示しない制御回路によって、梁構造体２Ａに作用する
加速度が検出される。具体的には、可動電極と固定電極
により２つの差動型静電容量を形成し、図示しない制御
回路により、２つの容量が等しくなるようにサーボ制御
が行われて加速度が検出される。

【００２０】次に、上記した加速度センサの製造方法に
ついて、図２中のＡ−Ａ断面を用いた工程図に従って説
明する。まず、図５（ａ）に示すように、第１の半導体
基板としての単結晶シリコン基板６０を用意する。そし
て、トレンチエッチングによりシリコン基板６０に溝６
１を形成する。この溝６１は、梁構造体２Ａと固定部２
Ｂを画定するためのものである。

【００２１】次に、図５（ｂ）に示すように、犠牲層用
薄膜としてのシリコン酸化膜６２をＣＶＤ法などにより
成膜し、さらにシリコン酸化膜６２の表面を平坦化す
る。次に、図５（ｃ）に示すように、シリコン酸化膜６
２に対しフォトリソグラフィを経て一部エッチングして
凹部６３を形成する。その後、表面の凹凸を増大させる
ためと犠牲層エッチング時のエッチングストッパとする
ためにシリコン窒化膜６４を成膜する。

【００２２】そして図５（ｄ）に示すように、シリコン
酸化膜６２とシリコン窒化膜６４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などによりアンカ
ー部形成領域に開口部６５ａ、６５ｂ、６５ｃ、６５ｄ
を形成する。この開口部６５ａ〜６５ｄは、梁構造体と
下部電極とを接続するため、および固定電極および電極
取出部と配線パターンとを接続するためのものである。

【００２３】引き続き、図５（ｅ）に示すように、開口
部６５ａ〜６５ｄを含むシリコン窒化膜６４の上にポリ
シリコン薄膜を成膜し、その後、リン拡散などにより不
純物を導入し、さらに、フォトリソグラフィを経てアン
カー部、配線、下部電極のパターン６６ａ、６６ｂ、６
６ｃ、６６ｄ、６６ｅ、６６ｆを形成する。そして、図
６（ａ）に示すように、ポリシリコン薄膜６６ａ〜６６
ｆおよびシリコン窒化膜６４の上にシリコン窒化膜６７
を成膜し、さらにその上にシリコン酸化膜６８を成膜す
る。

【００２４】そして、図６（ｂ）に示すように、シリコ
ン酸化膜６８上に貼り合わせ用薄膜としてのポリシリコ
ン薄膜６９を成膜する。次に、図６（ｃ）に示すよう
に、貼り合わせのためにポリシリコン薄膜６９の表面を
機械的研磨などにより平坦化し、ポリシリコン薄膜６９
上に貼り合わせを容易にするためにシリコン酸化膜７０
を成膜する。

【００２５】次に、図６（ｄ）に示すように、第２の半
導体基板としての単結晶シリコン基板（支持基板）７１
を用意し、シリコン酸化膜７０の表面とシリコン基板７
１とを貼り合わせる。そして、図７（ａ）に示すように
シリコン基板６０、７１を表裏逆にし、図７（ｂ）に示
すように、シリコン基板６０側を機械的研磨などを行い
薄膜化する。この際、溝６１内のシリコン酸化膜６２の
層が出現するまで研磨を行う。このようにシリコン酸化
膜６２の層が出現するまで研磨を行うと、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。

【００２６】なお、ここまでの工程において、電極部４
５ａ〜４５ｅにも図４に示すような構造のもの（但し、
犠牲層エッチングのためのシリコン酸化膜６２が残って
いる）が形成されている。この後、アルミ電極４３、４
４ａ〜４４ｄを成膜・フォトリソグラフィを経て形成す
る。

【００２７】そして、図７（ｃ）に示すように、ＨＦ系
のエッチング液によりシリコン酸化膜６２をエッチング
除去し、可動電極を有する梁構造体２Ａを可動とする。
つまり、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６２を除去してシリコン基板
６０を可動構造体とする。この際、エッチング後の乾燥
の過程で可動部が基板１に付着するのを防止するため、
パラジクロロベンゼン等の昇華剤を用いる。なお、この
犠牲層エッチングによって、電極部４５ａ〜４５ｅが、
図４に示すように形成される。

【００２８】その後、ダイシングカットしてチップ化
し、パッケージに実装して、半導体加速度センサが完成
する。なお、この実施形態においては、上記した犠牲層
エッチングを行う前に、図１に示すように、電極パッド
４３、４４ａ〜４４ｄを接続配線（例えば、Ａｕ線ワイ
ヤ）１００で結線する。このことにより、犠牲層エッチ
ング中若しくは犠牲層エッチング後において、帯電した
装置等により静電気等が発生したとしても、固定電極９
ａ〜９ｄ、１１ａ〜１１ｄ、１３ａ〜１３ｄ、１５ａ〜
１５ｄ、梁構造体２Ａ、下部配線２６、固定部２Ｂのそ
れぞれの間に電位差が生じないようにすることができ、
静電気力により梁構造体２Ａが固定電極９ａ〜９ｄ、１
１ａ〜１１ｄ、１３ａ〜１３ｄ、１５ａ〜１５ｄあるい
は固定部２Ｂと付着したり、あるいは梁構造体２Ａが基
板１に付着するのをなくすことができる。なお、接続配
線１００は、実装終了後、切断するか、電極間に電流を
流して焼き切る。

【００２９】上記した実施形態においては、電極パッド
４３、４４ａ〜４４ｄを接続配線１００で結線するもの
を示したが、図８に示すように、電極パッド４３、４４
ａ〜４４ｄと同じアルミ薄膜で接続配線１０１を形成す
れば、電極パッド４３、４４ａ〜４４ｄを形成する工程
で同時に接続配線１０１を形成することができるため、
工程を簡素化することができる。

【００３０】また、図９に示すように、アルミ薄膜の接
続配線１０１をスクライブライン１０２上に形成してお
けば、チップを切り出すタイミングと接続配線１０１を
切断する工程とを同時に行うことができ、工程を簡素化
することができる。この場合、その接続配線１０１は、
図１０に示すように、スクライブライン１０２を跨ぐよ
うに形成されていてもよい。

【００３１】また、図１１に示すように、導電性薄膜３
５と同じ材料（例えば、リン等の不純物をドーピングし
たポリシリコン薄膜）による配線１０３によって、電極
パッド４３、４４ａ〜４４ｄを接続するようにしてもよ
い。この場合、犠牲層エッチング時に配線１０３がエッ
チング液に晒されることがないため、接続配線が損傷し
て切断するという問題は発生しない。

【００３２】さらに、図１２、図１３（図１２中のＣ−
Ｃ矢視断面方向の斜視図）に示すように、単結晶シリコ
ン２１３の上に絶縁膜２１４を介して単結晶シリコン基
板２１２が接合されたＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎＯｎ
Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を利用した半導体加速度セン
サのように、可動電極２０９、固定電極２０７、２０８
の下の領域２１１が中空状態になって、下部配線がない
構造のものにおいては、可動電極２０９や固定電極２０
７、２０８と同じ材料（単結晶シリコン）によって、溝
２１０の形成と同時に、スクライブライン２０２上に接
続配線２０６を形成することで、可動電極２０９、固定
電極２０７、２０８および基板２１２を、製造工程中、
同電位とすることができる。

【００３３】なお、本発明は、上記した半導体加速度セ
ンサに限らず、半導体ヨーレートセンサなどの他の半導
体力学量センサにも適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかる半導体加速度セン
サの平面構成を示す図である。

【図２】図１中のセンサエレメントの拡大図である。

【図３】図２中のＡ−Ａ断面図である。

【図４】図１中のＢ−Ｂ断面図である。

【図５】図１乃至図４に示す半導体加速度センサの製造
方法を示す工程図である。

【図６】図５に続く工程を示す工程図である。

【図７】図６に続く工程を示す工程図である。

【図８】本発明の他の実施形態にかかる半導体加速度セ
ンサの平面構成を示す図である。

【図９】本発明のさらに他の実施形態にかかる半導体加
速度センサの平面構成を示す図である。

【図１０】本発明のさらに他の実施形態にかかる半導体
加速度センサの平面構成を示す図である。

【図１１】本発明のさらに他の実施形態にかかる半導体
加速度センサの平面構成を示す図である。

【図１２】本発明のさらに他の実施形態にかかる半導体
加速度センサの平面構成を示す図である。

【図１３】図１２に示す半導体加速度センサの斜視図で
ある。

【符号の説明】

１…基板、２Ａ…梁構造体、２Ｂ…固定部、３ａ〜３ｄ
…第１のアンカー部、４、５…梁部、６…質量部、７ａ
〜７ｄ、８ａ〜８ｄ…可動電極、９ａ〜９ｄ、１１ａ〜
１１ｄ、１３ａ〜１３ｄ、１５ａ〜１５ｄ…固定電極、
１０ａ〜１０ｄ、１２ａ〜１２ｄ、１４ａ〜１４ｄ、１
６ａ〜１６ｄ…第２のアンカー部、２１〜２５…配線、
２７ａ〜２７ｄ…電極取出部、４４ａ〜４４ｄ…電極パ
ッド、１００、１０１、１０３…接続配線、１０２…ス
クライブライン、６０…第１の半導体基板、６１…溝、
６２…犠牲層薄膜としてのシリコン酸化膜、６４、６７
…シリコン窒化膜、６５ａ〜６５ｄ…開口部、６６ａ〜
６６ｆ…導電性薄膜としてポリシリコン薄膜、６９…貼
り合わせ用薄膜としてのポリシリコン薄膜、７１…第２
の半導体基板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者酒井峰一愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内Ｆターム(参考） 4M112 AA02 BA07 CA26 CA31 CA33 CA34 DA02 DA05 DA06 DA12 DA16 DA18 EA03 EA04 EA06 EA07 EA11 GA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板を所定パターンでエッチング
して、可動電極を有する可動部と、前記可動電極に対向
する固定電極とを形成する半導体力学量センサの製造方
法において、前記可動部、前記固定電極および前記半導体基板を電気
的に接続する接続配線を形成し、前記エッチング後に、
前記接続配線を切断することを特徴とする半導体力学量
センサの製造方法。
【請求項２】前記半導体基板の表面に前記可動部、前
記固定電極および前記半導体基板のそれぞれに電気接続
される電極パッドを形成し、各電極パッド間を前記接続
配線にて接続することを特徴とする請求項１に記載の半
導体力学量センサの製造方法。
【請求項３】前記接続配線を、前記電極パッドと同一
材料で前記電極パッドと同時に形成することを特徴とす
る請求項２に記載の半導体力学量センサの製造方法。
【請求項４】前記半導体力学量センサが複数形成され
たウェハのスクライブライン上に前記接続配線を形成す
ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記
載の半導体力学量センサの製造方法。
【請求項５】前記可動部、前記固定電極および前記半
導体基板と前記各電極パッド間をそれぞれ電気的に接続
する導電配線を前記半導体基板中に形成し、前記接続配
線を前記導電配線と同時に形成することを特徴とする請
求項２に記載の半導体力学量センサの製造方法。
【請求項６】前記半導体基板上に形成された犠牲層を
エッチングして前記可動部を前記半導体基板に対して可
動状態とするものであって、前記接続配線と前記犠牲層
の間に前記犠牲層のエッチングに対して耐性のある保護
膜を形成することを特徴とする請求項５に記載の半導体
力学量センサの製造方法。