JP2000133816A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリコン基板とガラス蓋との間に密閉空間を
有する半導体装置において、酸素吸収用金属膜と密閉空
間以外に存在する酸素との結合を防止することにより、
酸素吸収用金属膜に密閉空間内の酸素を十分吸収させ
て、真空度の高い密閉空間を形成する 【解決手段】 半導体装置は、基板１０とガラス蓋６０
との間にほぼ真空な密閉空間Ｓを設けるとともに、同空
間Ｓ内に位置してガラス蓋６０の表面にバリアメタル６
１を介して酸素吸収用金属膜６２を設けている。陽極接
合後であって酸素吸収用金属膜６２を活性化させるため
に加熱処理しても、バリアメタル６１が酸素吸収用金属
膜６２とガラス蓋６０の酸素との結合を防ぐために、同
金属膜６２に密閉空間Ｓ内に残存する酸素を十分に吸収
させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン基板にガ
ラス蓋を陽極接合して、同シリコン基板と同ガラス蓋と
の間にほぼ真空な密閉空間を形成する半導体装置の製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の半導体装置の製造方法に
おいては、例えば特開平１０−１２２８６９号公報に示
されているように、ガラス蓋の内側面又はシリコン基板
の所定箇所表面に酸素吸収用金属膜を蒸着しておき、ガ
ラス蓋をシリコン基板に陽極接合した後に、半導体装置
を加熱して酸素吸収用金属膜の温度を酸素吸収効率の高
い温度範囲にまで上昇させることにより、前記陽極接合
によってシリコン基板とガラス蓋との間に形成された密
閉空間内に発生した酸素が酸素吸収用金属膜に吸収され
るようにして、前記密閉空間を減圧するようにしてい
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の半
導体装置の製造方法においては、酸素吸収用金属膜が密
閉空間内の酸素を吸収するだけでなく、同金属膜の接し
ているガラス蓋又はシリコン基板に含まれる酸素をも吸
収するために、同金属膜による密閉空間内の酸素吸収効
率が下がり、密閉空間内の酸素を十分に除去することが
できないという問題があった。

【０００４】

【発明の概要】本発明は、上記問題に対処するためにな
されたもので、その目的は、酸素吸収用金属膜と密閉空
間以外に存在する酸素との結合を防止することにより、
酸素吸収用金属膜に密閉空間内の酸素を十分吸収させ
て、真空度の高い密閉空間を形成するようにした半導体
装置の製造方法を提供することにある。

【０００５】上記目的を達成するために、本発明の第１
の特徴は、シリコン基板にガラス蓋を陽極接合して同シ
リコン基板と同ガラス蓋との間にほぼ真空な密閉空間を
形成するとともに、密閉空間内に位置してガラス蓋とシ
リコン基板のうち少なくともいずれか一方の所定箇所表
面に酸素吸収用金属膜を設けた半導体装置の製造方法に
おいて、前記所定箇所表面と酸素吸収用金属膜との間に
酸素の通過を禁止するバリアメタルを介装しておき、陽
極接合後に、酸素吸収用金属膜を加熱処理して、密閉空
間内の酸素を酸素吸収用金属膜に吸収させるようにした
ことにある。

【０００６】このような製造方法においては、酸素吸収
用金属膜を加熱処理する際に、バリアメタルが酸素吸収
用金属膜とガラス蓋又はシリコン基板の酸素との結合を
防ぐために、同金属膜は陽極接合の際に発生されて密閉
空間内に残存する酸素のみと結合するので、酸素吸収用
金属膜に同空間内に残存する酸素を十分に吸収させるこ
とができ、真空度の高い密閉空間を形成することができ
る。

【０００７】また、本発明の第２の特徴は、シリコン基
板にガラス蓋を陽極接合して同シリコン基板と同ガラス
蓋との間にほぼ真空な密閉空間を形成するとともに、ガ
ラス蓋の内側面に酸素吸収用金属膜を貼着して同酸素吸
収用金属膜を密閉空間に向けて配置した半導体装置の製
造方法において、陽極接合後に、ガラス蓋の外側から密
閉空間内に向けて同密閉空間内の酸素を酸化反応し易く
するための高周波電磁波を照射して、密閉空間内の酸素
を酸素吸収用金属膜に吸収させるようにしたことにあ
る。

【０００８】このような製造方法においては、前記高周
波電磁波の照射により陽極接合の際に発生されて密閉空
間内に残存する酸素が酸化し易い物質に変化し、同変化
した物質は酸素吸収用金属膜と酸化反応し易くなり、一
方、ガラス蓋及び酸素吸収用金属膜を加熱しないために
ガラス蓋内の酸素が酸素吸収用金属膜と結合し難いの
で、酸素吸収用金属膜に同空間内に残存する酸素を十分
に吸収させることができ、真空度の高い密閉空間を形成
することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】ａ．第１実施形態 以下、本発明の第１実施形態を図面を用いて説明する
と、図１は同実施形態に係る半導体装置の概略平面図で
あり、図２は同装置の２−２線に沿った断面図である。

【００１０】この半導体装置は、シリコンで方形状に形
成された基板１０と、同基板１０上ほぼ中央にその上面
から小さな所定距離だけ隔てて平行に配置された振動子
２０とを備えている。振動子２０は、ｎ形シリコンで略
方形状に形成されており、所定の間隔にて配置された複
数の方形状の貫通孔２１を有している。振動子２０は、
梁１１−１〜１１−４を介してアンカ１２−１〜１２−
４にＸ，Ｙ軸方向に振動可能に支持されている。梁１１
−１〜１１−４は、略Ｌ字状に振動子２０と同材料で形
成されるとともに、振動子２０と同様に前記小さな所定
距離だけ基板１０上面から浮いている。アンカ１２−１
〜１２−４は、方形状に振動子２０と同材料で形成され
るとともに、基板１０の上面に絶縁層であるシリコン酸
化膜を介して固着されている。

【００１１】アンカ１２−３には、基板１０の上面にシ
リコン酸化膜を介して固着されたパッド部１３が接続さ
れており、同パッド部１３の上面には、振動子２０の変
位に伴う静電容量の変化を表す静電容量信号を取り出す
ために、導電金属（例えばアルミニウム）で方形状に形
成された電極パッド１４が設けられている。なお、アン
カ１２−３とパッド部１３とを接続する部分とパッド部
１３もｎ形シリコンで形成されている。

【００１２】基板１０の上面であって振動子２０のＸ軸
方向（紙面左右方向）両外側には、振動子２０をＸ軸方
向に振動させるための一対の駆動電極部３０−１，３０
−２が設けられている。

【００１３】駆動電極部３０−１，３０−２は、ｎ形シ
リコンで一体的に形成された櫛歯状電極３１−１，３１
−２及びパッド部３２−１，３２−２からそれぞれな
り、基板１０の上面にシリコン酸化膜を介して固着され
ている。櫛歯状電極３１−１，３１−２は複数の電極指
３３−１，３３−２をそれぞれ有しており、同電極指３
３−１，３３−２はＸ軸方向内側に向かって互いに平行
かつ等間隔にそれぞれ延設されている。パッド部３２−
１，３２−２は、櫛歯状電極３１−１，３１−２のＸ軸
方向外側にそれぞれ連結されている。これらのパッド部
３２−１，３２−２の上面には、振動子２０をＸ軸方向
に振動させるための駆動用信号を振動子２０に印加する
ために、導電金属（例えばアルミニウム）で方形状に形
成された電極パッド３４−１，３４−２がそれぞれ設け
られている。

【００１４】振動子２０のＸ軸方向両側部であって駆動
電極部３０−１，３０−２に対向する位置には、電極指
３３−１，３３−２と共に振動発生部をそれぞれ構成す
る複数の電極指２２−１，２２−２が、振動子２０と同
材料で形成されて、各電極指３３−１，３３−２をそれ
ぞれ挟むとともに同電極指３３−１，３３−２に平行と
なるように前記両側部からＸ軸方向外側にそれぞれ延設
されている。なお、電極指２２−１，２２−２は、振動
子２０と同様に基板１０の上面から浮いているととも
に、各隣り合う電極指３３−１，３３−２との間隔が等
しくなるように設定されている。

【００１５】基板１０の上面であって振動子２０のＹ軸
方向（紙面上下方向）両外側には、振動子２０のＹ軸方
向の振動を検出するための一対の検出電極部４０−１，
４０−２が設けられている。

【００１６】検出電極部４０−１，４０−２は、ｎ形シ
リコンで一体的に形成された櫛歯状電極４１−１，４１
−２及びパッド部４２−１，４２−２からそれぞれな
り、基板１０の上面にシリコン酸化膜を介して固着され
ている。櫛歯状電極４１−１，４１−２は複数の電極指
４３−１，４３−２をそれぞれ有しており、同電極指４
３−１，４３−２はＸ軸方向に互いに平行かつ等間隔に
それぞれ延設されている。パッド部４２−１，４２−２
は、櫛歯状電極４１−１，４１−２のＹ軸方向外側にそ
れぞれ連結されている。これらのパッド部４２−１，４
２−２の上面には、振動子２０のＹ軸方向の振動を検出
するための検出用信号を振動子２０に印加するために、
導電金属（例えばアルミニウム）で方形状に形成された
電極パッド４４−１，４４−２がそれぞれ設けられてい
る。

【００１７】振動子２０のＹ軸方向両側部であって検出
電極部４０−１，４０−２に対向する位置からは、電極
指４３−１，４３−２と共に振動検出部をそれぞれ構成
する複数の電極指２２−３，２２−４が、振動子２０と
同材料で形成されるとともに、各電極指４３−１，４３
−２に平行に対向するようにＸ軸方向にそれぞれ延設さ
れている。なお、電極指２２−３，２２−４は、振動子
２０と同様に基板１０上面から浮いているとともに、各
隣り合う電極指４３−１，４３−２の幅方向中心位置か
ら内側方向にそれぞれずれるように設定されている。

【００１８】そして、基板１０上面には、所定幅を有す
る枠体５０が同基板１０の外周に沿って設けられてい
る。枠体５０は、シリコン酸化膜を介して基板１０に固
着されるとともに、駆動電極部３０−１，３０−２と検
出電極部４０−１，４０−２の外側部分（パッド部３２
−１，３２−２，４２−１，４２−２等）、アンカ１２
−１〜１２−４、パッド部１３及びアンカ１２−３とパ
ッド部１３とを接続する部分を含んでおり、これら以外
の部分はｐ形シリコンで形成されている。なお、基板１
０及び枠体５０は、本発明のシリコン基板を構成するも
のである。

【００１９】枠体５０上面内周縁部には、梁１１−１〜
１１−４、アンカ１２−１〜１２−４、振動子２０、櫛
歯状電極３１−１，３１−２，４１−１，４１−２及び
電極指２２−１〜２２−４，３３−１，３３−２，４３
−１，４３−２を覆うようにガラス材で断面略コ字状に
形成された方形状のガラス蓋６０が陽極接合により固定
され、基板１０とガラス蓋６０との間に密閉空間Ｓが形
成されている。

【００２０】ガラス蓋６０の内側面の所定箇所（中央
部）には、バリアメタル６１を介して酸素吸収用金属膜
６２が貼着されている。バリアメタル６１は、クロム、
パラジウムなどの金属材料、チタン、モリブデン、アル
ミニウム、バナジウム、タンタル、ジルコニウム、タン
グステンなどのシリサイド化合物又は窒化珪素で構成さ
れており、酸化し難い性質を有する。酸素吸収用金属膜
６２は、チタン、モリブデン、アルミニウム、バナジウ
ム、タンタル、ジルコニウム、タングステンなどの金属
材料で構成されており、酸化し易い性質を有する。

【００２１】次に、上記のように構成した半導体装置の
製造方法について図２を用いて説明する。

【００２２】(１)第１工程 基板材料として単結晶シリコンからなる下層ａの上面上
に約２μｍの厚さのシリコン酸化膜からなる中間層ｂを
介して約１０μｍの厚さの単結晶シリコンからなる上層
ｃを設けたＳＯＩ(Silicon−On-Insulator)基板を用意
する。なお、上層ｃはｐ形シリコンで形成されている。
そして、上層ｃの上面であって振動子２０（貫通穴２１
を除く）、電極指２２−１〜２２−４、駆動電極部３０
−１，３０−２、検出電極部４０−１，４０−２、梁１
１−１〜１１−４、アンカ１２−１〜１２−４に相当す
る部分（ドット若しくは模様を付した部分）以外をマス
クして、マスクしていない部分にリン等の不純物をドー
ピングして同部分をｎ形シリコン化する。

【００２３】(２)第２工程 上層ｃの上面であって振動子２０（貫通穴２１を除
く）、電極指２２−１〜２２−４、駆動電極部３０−
１，３０−２、検出電極部４０−１，４０−２、梁１１
−１〜１１−４、アンカ１２−１〜１２−４及び枠体５
０に相当する部分をレジスト膜にてマスクする。そし
て、上層ｃをＲＩＥ（反応性イオンエッチング）等でエ
ッチングして、中間層ｂ上に駆動電極部３０−１，３０
−２、検出電極部４０−１，４０−２、アンカ１２−１
〜１２−４及び枠体５０を形成するとともに、振動子２
０、電極指２２−１〜２２−４及び梁１１−１〜１１−
４に相当する部分を残す。

【００２４】(３)第３工程 振動子２０、電極指２２−１〜２２−４及び梁１１−１
〜１１−４（上層ｃ）と基板１０（下層ａ）とに挟まれ
る中間層ｂを、フッ酸水溶液でエッチングすることによ
り除去して、振動子２０、電極指２２−１〜２２−４及
び梁１１−１〜１１−４を基板１０上から浮かせて形成
する。これは、中間層ｂをフッ酸水溶液でエッチングす
ると、上下両層ａ，ｃで挟まれていない部分のみなら
ず、上下両層ａ，ｃで挟まれている部分であっても外表
面に近い部分も除去されるからである。

【００２５】(４)第４工程 ガラス蓋６０の内側面に、蒸着法又はスパッタリング法
によりバリアメタル６１層を形成した後に、同バリアメ
タル６１層の下面に、蒸着法により酸素吸収用金属膜６
２を形成する。

【００２６】(５)第５工程 ガラス蓋６０を枠体５０上面に真空中にて陽極接合して
固定し、基板１０とガラス蓋６０との間に密閉空間Ｓを
形成する。なお、この陽極接合の際には、酸素が発生
し、同発生した酸素は密閉空間Ｓ内に残存する。

【００２７】(６)第６工程 陽極接合するための接合温度より高くかつガラス蓋６０
が軟化する軟化点温度より低い温度にて、半導体装置を
加熱すると、酸素吸収用金属膜６２が活性化され同金属
膜６２が密閉空間Ｓ内に残存する酸素と結合する。この
場合、バリアメタル６１が酸素吸収用金属膜６２とガラ
ス蓋６０の酸素との結合を抑制するので、酸素吸収用金
属膜６２が密閉空間Ｓ内の酸素のみを吸収することにな
り、密閉空間Ｓ内の酸素は十分に除去される。

【００２８】(７)第７工程 各パッド部１３，３２−１，３２−２，４２−１，４２
−２の上面に、導電ペーストを塗布して電極パッド１
４，３４−１，３４−２，４４−１，４４−２をそれぞ
れ形成する。

【００２９】上記のような製造方法においては、酸素吸
収用金属膜６２を加熱処理する際に、バリアメタル６１
が酸素吸収用金属膜６２とガラス蓋６０の酸素との結合
を防ぐために、同金属膜６２は陽極接合の際に発生され
て密閉空間Ｓ内に残存する酸素のみと結合するので、酸
素吸収用金属膜６２に密閉空間Ｓ内に残存する酸素を十
分に吸収させることができ、真空度の高い密閉空間を形
成することができる。

【００３０】次に、上記のように構成した半導体装置の
使用にあたっては、各電極パッド１４，３４−１，３４
−２，４４−１，４４−２を図示しない電気回路装置に
接続する。電気回路装置は、振動子２０をその固有振動
数ｆ₀でＸ軸方向に一定振幅で振動させるために、互い
に逆相の駆動用信号を電極パッド３４−１，３４−２に
それぞれ供給する。また、振動子２０のＹ軸方向の振動
を検出するために、互いに逆相の検出用信号を電極パッ
ド４４−１，４４−２に供給する。これによれば、振動
子２０は、電気回路装置からの駆動用信号によって前記
振動発生部（電極指３３−１，２２−１及び電極指３３
−２，２２−２）に発生する静電引力により、一定振幅
かつ固有振動数ｆ₀でＸ軸方向に振動する。

【００３１】この状態で、振動子２０にＸ，Ｙ両軸に直
交するＺ軸回りの角速度が働くと、振動子２０はコリオ
リ力により前記角速度に比例した振幅でＹ軸方向にも振
動する。この振動子２０のＹ軸方向の振動に伴い、振動
子２０に接続された電極指２２−３，２２−４もＹ軸方
向に振動する。これにより、電極指２２−３，４３−１
における静電容量と、電極指２２−４，４３−２におけ
る静電容量は互いに逆方向に変化する。この静電容量の
変化を表す信号が、静電容量信号として電極パッド１４
を介して電気回路装置に入力される。電気回路装置は、
この静電容量信号を用いて前記Ｚ軸回りの角速度を導出
する。このとき、密閉空間Ｓの真空度が上がっているた
め、振動子２０はよく振れるので、角速度を感度よく検
出できる。

【００３２】なお、上記第１実施形態においては、ガラ
ス蓋６０の内側面にバリアメタル６１を介して酸素吸収
用金属膜６２を設けたが、基板１０の所定箇所上面にバ
リアメタル６１を介して酸素吸収用金属膜６２を設ける
ようにしてもよい。この場合、上記第１実施形態の第４
工程の処理に代えて、基板１０の上面に、蒸着法又はス
パッタリング法によりバリアメタル６１層を形成した後
に、同バリアメタル６１層の上面に、蒸着法により酸素
吸収用金属膜６２を形成する処理を行う。この場合、上
記第１実施形態の第６工程の処理の際、ガラス蓋６０の
酸素でなく基板１０の酸素と酸素吸収用金属膜６２との
結合をバリアメタル６１が抑制するので、酸素吸収用金
属膜６２が密閉空間Ｓ内の酸素のみを吸収することにな
り、密閉空間Ｓ内の酸素は十分に除去される。なお、変
形例に係る半導体装置の他の構成及び同装置の他の製造
工程については、上記第１実施形態と同様なので説明を
省略する。

【００３３】これによっても、酸素吸収用金属膜６２を
加熱処理する際に、バリアメタル６１が酸素吸収用金属
膜６２と基板１０の酸素との結合を防ぐために、同金属
膜６２は陽極接合の際に発生されて密閉空間Ｓ内に残存
する酸素のみと結合するので、酸素吸収用金属膜６２に
密閉空間Ｓ内に残存する酸素を十分に吸収させることが
でき、真空度の高い密閉空間を形成することができる。

【００３４】ｂ．第２実施形態 次に、本発明の第２実施形態を図３を用いて説明する
と、本実施形態においては、ガラス蓋６０の内側面に酸
素吸収用金属膜６２のみが設けられている。さらに、上
記第１実施形態の第４工程の処理に代えて、ガラス蓋６
０の内側面に蒸着法により酸素吸収用金属膜６２を形成
する処理を行い、第６工程に代えて、ガラス蓋６０の外
側から密閉空間Ｓに向けて紫外線を照射する処理を行
う。なお、第２実施形態に係る半導体装置の他の構成及
び同装置の他の製造工程については、上記第１実施形態
と同様なので説明を省略する。

【００３５】上記のような製造方法においては、紫外線
の照射により陽極接合の際に発生されて密閉空間Ｓ内に
残存する酸素がオゾン又は酸素ラジカルに変化し、同変
化したオゾン又は酸素ラジカルは酸素吸収用金属膜６２
と酸化反応し易くなり、一方、ガラス蓋６０及び酸素吸
収用金属膜６２を加熱しないためにガラス蓋６０内の酸
素が酸素吸収用金属膜６２と結合し難いので、酸素吸収
用金属膜６２に密閉空間Ｓ内に残存する酸素を十分に吸
収させることができ、真空度の高い密閉空間を形成する
ことができる。

【００３６】なお、このように構成した半導体装置にお
いても、その使用にあたっては、前記第１実施形態と同
様に、電気回路装置が振動子２０をＸ軸方向に振動させ
る。この状態で、同振動子２０にＺ軸回りに角速度が働
くと、同振動子２０はＹ軸方向にも振動するので、電気
回路装置が静電容量信号を用いて角速度を導出する。こ
のとき、密閉空間Ｓの真空度が上がっているため、振動
子２０はよく振れるので、角速度を感度よく検出でき
る。

【００３７】なお、上記第２実施形態においては、ガラ
ス蓋６０の外側から密閉空間Ｓに向けて紫外線を照射し
て、同密閉空間Ｓ内の酸素を酸化反応し易いオゾン又は
酸素ラジカルに変化させていたが、紫外線の代わりに高
周波な電磁波例えばマイクロ波、Ｘ線を照射するように
してもよい。これによっても、密閉空間Ｓ内の酸素を酸
化反応し易いオゾン又は酸素ラジカルに変化させること
ができ、上述した第２実施形態と同様な効果を期待でき
る。

【００３８】また、上記第１，第２実施形態及び変形例
においては、本発明を角速度を検出するための半導体装
置に適用していたが、本発明は加速度を検出するための
半導体装置にも適用できる。この場合、基板に働く加速
度によって振動子が基板に対して変位する変位量を検出
するようにすればよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態に係る半導体装置の平
面図である。

【図２】 図１の半導体装置の２−２線に沿った断面図
である。

【図３】 本発明の第２実施形態に係る半導体装置の断
面図である。

【符号の説明】

１０…基板、１１−１〜１１−４…梁、１２−１〜１２
−４…アンカ、１３，３２−１，３２−２，４２−１，
４２−２…パッド部、１４，３４−１，３４−２，４４
−１，４４−２…電極パッド、２０…振動子、２１…貫
通孔、２２−１〜２２−４，３３−１，３３−２，４３
−１，４３−２…電極指、３０−１，３０−２…駆動電
極部、３１−１，３１−２，４１−１，４１−２…櫛歯
状電極、４０−１，４０−２…検出電極部、５０…枠
体、６０…ガラス蓋、６１…バリアメタル、６２…酸素
吸収用金属膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F105 BB15 CC04 CD03 4M112 AA01 BA07 CA24 CA26 DA13 DA18 DA20 EA02 EA13 FA11 GA01

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコン基板にガラス蓋を陽極接合して
   同シリコン基板と同ガラス蓋との間にほぼ真空な密閉空
   間を形成するとともに、前記密閉空間内に位置して前記
   ガラス蓋と前記シリコン基板のうち少なくともいずれか
   一方の所定箇所表面に酸素吸収用金属膜を設けた半導体
   装置の製造方法において、前記所定箇所表面と前記酸素
   吸収用金属膜との間に酸素の通過を禁止するバリアメタ
   ルを介装しておき、前記陽極接合後に、前記酸素吸収用
   金属膜を加熱処理して、前記密閉空間内の酸素を前記酸
   素吸収用金属膜に吸収させるようにしたことを特徴とす
   る半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 シリコン基板にガラス蓋を陽極接合して
   同シリコン基板と同ガラス蓋との間にほぼ真空な密閉空
   間を形成するとともに、前記ガラス蓋の内側面に酸素吸
   収用金属膜を貼着して同酸素吸収用金属膜を前記密閉空
   間に向けて配置した半導体装置の製造方法において、前
   記陽極接合後に、前記ガラス蓋の外側から前記密閉空間
   内に向けて同密閉空間内の酸素を酸化反応し易くするた
   めの高周波電磁波を照射して、同密閉空間内の酸素を前
   記酸素吸収用金属膜に吸収させるようにしたことを特徴
   とする半導体装置の製造方法。