JP2004141978A

JP2004141978A - Method for manufacturing structure having movable part

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Publication number: JP2004141978A
Application number: JP2002306910A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Fukada; 深田　毅; Kazuhiko Sugiura; 杉浦　和彦
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-10-22
Filing date: 2002-10-22
Publication date: 2004-05-20
Anticipated expiration: 2022-10-22
Also published as: JP3966155B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent generation of sticking in a manufacturing step as much as possible in a method for manufacturing a capacity type acceleration sensor in which a groove is formed on a substrate by etching, and a movable part and a fixing part partitioned by this groove are formed. <P>SOLUTION: A step for forming a conductive fixing member 80 for fixing the movable part and the fixing part by being laid on a movable electrode 20 and fixed electrodes 40, 50 while forming patterns of the movable parts 10-30 and the fixing parts 40-60 by forming the groove 70 is carried out. A step for releasing a part becoming the movable part of the patterns of the movable part and the fixing part fixed by the fixing member 80 from the substrate 100 (200) is carried out. Thereafter, a step for thermally cutting the fixing member 80 by energizing to the fixing member 80 is carried out. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板にエッチングにより溝を形成することで、この溝を介して区画された可動部および固定部を形成してなる構造体の製造方法に関し、例えば可動電極と固定電極を有する容量式加速度センサや圧力センサ等の構造体に適用できる。
【０００２】
【従来の技術】
従来一般に、この種の可動部を有する構造体は、ＳＯＩ基板等の基板を用いて、該基板の一面側からに可動部および固定部を画定する溝をエッチングにて形成し、その後、犠牲層エッチングや基板他面側からのエッチング等により、可動部を基板からリリースし（切り離し）、可動部を可動状態とすることで製造される。
【０００３】
このリリース工程としては、プラズマドライエッチング法やウェットエッチング法が使用される。プラズマドライエッチング法では、可動部を切り離すために、基板と可動部とを固定しているＳｉやＳｉＯ_２等の半導体材料をプラズマ中でエッチングガスを導入するプラズマエッチングで除去し、可動部の切り離しを行う。
【０００４】
この方法は、通常ウェハ状態で各素子の構造体における可動部をリリースするため、エッチングレートの面内分布等の関係から、先に切り離された部分の可動部は、可動な状態でエッチングのプロセス条件にさらされる。このとき、プロセス条件下での衝撃や静電気力でスティッキングが発生するという問題がある。
【０００５】
スティッキングとは、可動部とこれに対向する固定部等の部分とが互いに付着してしまう現象であり、可動部の機能を損なうものである。
【０００６】
また、ウェットエッチング法を用いた場合では、エッチング液に浸して可動部のリリースを行うため、リリースされた部分ではエッチング液の表面張力によって、特に乾燥時にスティッキングが発生する。
【０００７】
このようなスティッキング防止方法としては、可動部とその下部に位置する基板との間にレジストを設け、このレジストにより可動部を支持することでスティッキングを防止する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特表平７−５０５７４３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のレジストを用いた方法では、最終的にレジストを除去するためにやはりプラズマドライエッチングやウェットエッチングを行う必要があり、上記したドライおよびウェットのエッチング法と同様に、スティッキングの発生が問題となる。
【００１０】
本発明は上記問題に鑑み、基板にエッチングにより溝を形成することで、この溝を介して区画された可動部および固定部を形成してなる構造体の製造方法において、製造工程内におけるスティッキングの発生を極力防止できるようにすることを目的とする。
【００１１】
【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に記載の発明では、基板（１００）にエッチングにより溝（７０）を形成することで、この溝を介して区画された可動部（１０〜３０）および固定部（４０〜６０）を形成してなる構造体の製造方法において、溝を形成して可動部および固定部のパターンを形成しつつ、可動部と固定部とに橋渡しされてこれら両部を固定する導電性の固定部材（８０）を形成する工程と、固定部材にて固定された可動部および固定部のパターンのうち可動部となる部分を基板からリリースさせる工程と、しかる後、固定部材に通電して固定部材を溶断する工程とを行うことを特徴とする。
【００１２】
それによれば、製造工程中において、可動部をリリースしても当該可動部は固定部材によって固定されてほとんど動かない状態となるので、その後の製造工程にて外力（衝撃）や静電気等が発生してもスティッキングを極力抑制することができる。
【００１３】
そして、スティッキングの可能性がある工程が終了した後に固定部材に通電して溶断すなわち焼き切ることで、外力や静電気等をほとんど発生させることなく可動部を可動状態とすることができるため、スティッキングは極力抑制される。こうして構造体を完成させることができる。
【００１４】
以上のように、本発明によれば、構造体の製造工程内におけるスティッキングの発生を極力防止することができる。
【００１５】
ここで、請求項２に記載の発明のように、基板（１００）は半導体基板からなるものであり、固定部材（８０）は金属膜からなるものにできる。
【００１６】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１７】
【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は本発明の構造体としての容量式加速度センサＳ１の概略平面構成を示す図である。
【００１８】
このセンサＳ１は、ＳＯＩ（シリコンオンインシュレータ）基板等の半導体基板等からなる基板１００を有し、この基板１００の一面側に櫛歯形状をなす梁構造体を形成することで、可動部としての重り部１０、可動電極２０およびバネ部３０、固定部としての固定電極４０、５０および周辺部６０が形成されたものである。
【００１９】
可動部と固定部とは、図１に示されている基板１００の一面側をエッチングすることにより形成された溝７０を介して区画され、電気的に分離されている。また、可動部の下側（図１の紙面裏側方向）では、基板１００が除去されることで、可動部は基板１００からリリースされた（切り離された）状態となっている。
【００２０】
このようにリリース状態にある可動部はその両端に矩形枠状のバネ部３０が形成されており、このバネ部３０は、図１中の左右方向に変位可能なバネ機能を有するものである。各バネ部３０はアンカー部３１、３２に連結され、さらに、各アンカー部３１、３２は基板１００に固定支持されている。
【００２１】
これによって、図１中の左右方向の成分を含む加速度を受けたときに、バネ部３０の機能によって可動部は図１中の左右方向へ変位するとともに、加速度の消失に応じて元の状態に復元するようになっている。このような可動部の変位の様子を図２に示しておく。
【００２２】
バネ部３０の間は重り部１０にて連結されており、この重り部１０は可動部の質量を実質的に規定するものである。重り部１０には、可動部の変位方向と直交する方向（図１中の上下方向）にて重り部１０の両側面から互いに反対方向へ一体的に突出する櫛歯状の複数個の可動電極２０が備えられている。
【００２３】
図１では、可動電極２０は、重り部１０の上側及び下側に各々３個ずつ突出して形成されている。そして、各可動電極２０は、バネ部３０および重り部１０と一体に可動部として形成され、可動部の変位方向へ変位可能となっている。
【００２４】
固定電極４０、５０は、周辺部６０から可動部１０〜３０に向かって突出し、各々の可動電極２０の側面と検出間隔を有して対向配置されたものである。つまり、図１に示すように、固定電極４０、５０は櫛歯状の可動電極２０にかみ合うように形成された櫛歯状をなしている。
【００２５】
固定電極４０、５０は、図１中の下側に位置する第１の固定電極４０と、図１中の上側に位置する第２の固定電極５０とより成り、両固定電極４０、５０は互いに電気的に独立している。
【００２６】
また、上述した可動部１０〜３０、第１の固定電極４０および第２の固定電極５０に対して、それぞれ図示しない電極パッドが設けられている。この電極パッドは例えばアンカー部３１、３２や周辺部６０の適所においてアルミニウム等にて形成され、外部回路とワイヤボンディング等により接続される。
【００２７】
また、図１に示すように、本センサＳ１では、検出間隔を介して対向する可動電極２０と固定電極４０、５０とにおいてその表面に、導電性の部材８１が付着している。この部材８１は後述する本センサの製造方法において用いられる固定部材の一部である。
【００２８】
このような構成においては、第１の固定電極４０と可動電極２０との検出間隔に第１の容量ＣＳ１、第２の固定電極５０と可動電極２０との検出間隔に第２の容量ＣＳ２が形成されている。
【００２９】
そして、加速度を受けると、バネ部３０のバネ機能により、可動部１０〜３０全体が一体的に図１中の左右方向へ変位し、可動電極２０の変位に応じて上記第１及び第２の容量ＣＳ１、ＣＳ２が変化する（図２参照）。そして、上記した外部回路により、これら第１及び第２の容量の差分、即ち、差動容量（ＣＳ１−ＣＳ２）の変化を電圧信号に変換することで加速度を検出する。
【００３０】
次に、本センサＳ１の製造方法について、図３を参照して述べる。図３は、本センサＳ１の製造方法を工程順に示す概略断面図である。なお、図３は周辺部６０、および対向する可動電極２０と固定電極４０、５０との部分の断面を中心として模式的に示したものでバネ部３０は省略してある。
【００３１】
センサＳ１は、実際にはＳＯＩ基板からなる半導体ウェハ２００に周知の半導体製造技術を用いてチップ単位毎にセンサ構成部を形成した後、該半導体ウェハ２００をダイシングカットすることにより分断された半導体チップとして構成される。つまり、図３では基板１００は、ウェハ状態としてのウェハ２００の形で示してある。
【００３２】
［図３（ａ）、（ｂ）の工程］
ＳＯＩ基板としての半導体ウェハ２００は、シリコン基板２１０上に埋め込み酸化膜２２０を介して形成されたシリコン層２３０を有するものである。まず、溝７０を形成して可動部および固定部のパターンを形成しつつ、可動部と固定部とに橋渡しされてこれら両部を固定する導電性の固定部材８０を形成する。
【００３３】
具体的には、まず、このウェハ２００を熱酸化することにより、シリコン層２３０の表面に熱酸化膜２４０を形成する。次に、最終的に可動電極２０および固定電極４０、５０となる部分に形成された熱酸化膜２４０に、ホト・エッチング等によりコンタクト部としての開口部２４１を形成した後、熱酸化膜２４０の表面に導電性の膜を形成する。
【００３４】
この導電性の膜は、導電性のアルミ、金、銀、銅等の金属膜や導電性材料を含有する導電性の樹脂膜等から形成することができる。本例では、スパッタや蒸着等により金属膜としてのアルミ膜を形成する。
【００３５】
そして、このアルミ膜を、可動電極２０と固定電極４０、５０とに跨って橋渡しされた形状となるように、ホト・エッチングする。それにより、図３（ｂ）に示されるように、アルミ膜が残った部分として導電性の固定部材８０が形成される。なお、このアルミ膜のエッチングによって、上述した可動部１０〜３０、第１の固定電極４０および第２の固定電極５０の電極パッドを同時に形成しても良い。
【００３６】
［図３（ｃ）の工程］
次に、熱酸化膜２４０をフッ酸等を用いたエッチングによって除去する。これにより、固定部材８０は、両端がシリコン層２３０に固定支持され、中間部が熱酸化膜２４０が無くなった分だけシリコン層２３０から浮き上がったブリッジ形状となる。
【００３７】
さらに、上記図１に示される溝７０を形成することにより、梁構造体すなわち可動部１０〜３０および固定部４０〜６０のパターンを形成する。この溝７０は通常のホト・エッチング工程で形成できる。具体的には、ホトレジストにより形成した梁構造体のパターンを用いたドライエッチングによりシリコン層２３０をエッチングする。このエッチングには例えばＳＦ_６等のエッチャントを採用できる。
【００３８】
このとき、固定部材８０の線幅を予め十分狭くしておくことにより、シリコンのドライエッチング時にサイドエッチングが生じ、固定部材８０の直下も他の部分と同様にトレンチエッチングされる。ＳＯＩ基板を用いた場合では、埋め込み酸化膜２２０でエッチングがストップするため制御性に優れている。
【００３９】
こうして、溝７０を形成して可動部１０〜３０および固定部４０〜７０のパターンを形成しつつ、可動部と固定部とに橋渡しされてこれら両部を固定する導電性の固定部材８０が形成される。
【００４０】
［図３（ｄ）の工程］
次に、固定部材（本例ではアルミ膜）８０にて固定された可動部１０〜３０および固定部４０〜６０のパターンのうち可動部１０〜３０となる部分を基板からリリースさせる工程を行う。ここでは、当該可動部１０〜３０となる部分をウェハ２００からリリースさせる。
【００４１】
本例では、可動部１０〜３０および固定電極４０、５０の下の埋め込み酸化膜２２０をウェットもしくはドライのエッチングによって除去してリリースする。ウェットエッチングの場合はフッ酸等を用いた犠牲層エッチングにより、ドライエッチングの場合はＣＦ_４等のエッチャントを用いたエッチングにより、ＳｉＯ_２からなる埋め込み酸化膜２２０の除去が行える。
【００４２】
この工程によって、可動部１０〜３０は基板１００（ウェハ２００）からリリースされるが、可動電極２０と固定電極４０、５０間が固定部材８０によって固定されて可動部１０〜３０はほとんど動かない状態となる。この状態の平面構成を図４に示す。このように、可動部と固定部との検出間隔方向における接触が発生しにくい構造となっている。
【００４３】
［図３（ｅ）の工程］
次に、固定部材８０に通電して固定部材８０を溶断する、すなわち焼き切る工程を行う。具体的には、可動電極２０用の電極パッドおよび固定電極４０、５０用の電極パッドから固定部材８０に過大な電流を流すことで、固定部材８０が熱によって蒸発し焼き切られる。
【００４４】
この通電は、真空中でも大気中でも良いが、真空中の方が溶融した固定部材８０が蒸発しやすいため、好ましい。こうして、通電による溶断といった簡単な方法で固定部材８０による固定を解除することができ、溶断された固定部材８０は上記図１に示す導電性の部材８１となる。そして、この工程の終了により、上記図１に示すセンサＳ１が完成する。
【００４５】
この通電による溶断においては、上述した従来のレジストによる固定を解除するときのようなドライまたはウェットのエッチングが不要であり、外力や静電気等をほとんど発生させることなく可動部を可動状態とすることができる。
【００４６】
なお、この固定部材８０の溶断工程は、それ以後の工程において可動部になんらかの衝撃や静電気等による力ができるだけ発生しない状態まで加工を進めた後に行うようにする。
【００４７】
例えば、この溶断工程のタイミングは、エッチングによる可動部のリリース工程が終了した後、またはウェハ２００のダイシングカット終了後に行うことができ、さらには、チップとなったセンサをパッケージ等に組み付ける組み付け工程の途中でも行うことが可能である。
【００４８】
以上述べてきたように、本実施形態の製造方法によれば、製造工程中において、可動部１０〜３０をリリースしても当該可動部は固定部材８０によって固定されてほとんど動かない状態となるので、その後の製造工程にて外力（衝撃）や静電気等が発生してもスティッキングを極力抑制することができる。
【００４９】
そして、スティッキングの可能性がある工程が終了した後に固定部材８０に通電して溶断すなわち焼き切ることで、外力や静電気等をほとんど発生させることなく可動部１０〜３０を可動状態とすることができるため、スティッキングは極力抑制される。
【００５０】
以上のように、本実施形態によれば、半導体加速度センサＳ１の製造工程内におけるスティッキングの発生を極力防止することができる。
【００５１】
なお、可動部と固定部とに橋渡しされてこれら両部を固定する導電性の固定部材としては、可動電極２０と固定電極４０、５０とに橋渡しされたもの以外にも、例えば、バネ部３０とこれに対向する周辺部７０との間に橋渡しされたものであっても良い。
【００５２】
また、上記製造方法では、固定部材８０を形成する前に熱酸化膜２４０を形成するが、熱酸化膜２４０を形成せずに直接シリコン層２３０の直上に固定部材８０を形成しても良い。
【００５３】
ただし、上述したように熱酸化膜２４０を形成した場合、これの除去によって固定部材８０は、中間部がシリコン層２３０から浮き上がったブリッジ形状となる。この方が固定部材８０全体がシリコン層２３０に接している場合に比べ、後のシリコン層２３０のエッチングにおける固定部材８０直下のサイドエッチングが進みやすく、好ましい。
【００５４】
また、上記図３の例では、固定部材８０にて固定された可動部１０〜３０および固定部４０〜６０のパターンのうち可動部１０〜３０となる部分を基板からリリースさせる工程は、基板１００（ウェハ２００）の一面側からの埋め込み酸化膜２２０のエッチングにより行ったが、他の例としては基板１００の他面側からの加工でも可能である。
【００５５】
その例を図５に示す。この場合、ウェハ２００（基板１００）の他面からウェットもしくはドライのエッチングによってシリコン基板２１０および埋め込み酸化膜２２０の所定部分を除去する。ウェットエッチングの場合は、ＫＯＨ等のアルカリエッチング液、フッ酸等を用いて、また、ドライエッチングの場合は、ＳＦ_６、ＣＦ_４等のエッチャントを用いてそれぞれシリコン基板２１０、埋め込み酸化膜２２０をエッチング除去する。
【００５６】
この図５の例でも、リリース後の固定部材８０による効果は、上記の例と同様であることは勿論である。
【００５７】
また、可動部と固定部のパターンは上記した櫛歯状の形状に限定されないことは勿論である。また、バネ部も上記した矩形枠形状以外にも、例えば折り返し形状等であっても良い。
【００５８】
また、基板としてはＳＯＩ基板以外にも、通常のシリコン基板等の半導体基板を用いても同様に製造できることは明らかである。また、本発明は、容量式加速度センサ以外にも圧力センサ、角速度センサ等の構造体に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる構造体としての容量式加速度センサの概略平面図である。
【図２】図１に示すセンサにおいて加速度印加時に可動部が変位した様子を示す図である。
【図３】図１に示すセンサの製造方法を示す工程図である。
【図４】可動部と固定部とが固定部材によって固定された状態を示す概略平面図である。
【図５】可動部のリリース工程の他の例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１０…重り部、２０…可動電極、３０…バネ部、４０…第１の固定電極、
５０…第２の固定電極、６０…周辺部、７０…溝、８０…固定部材、
１００…基板。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a structure in which a groove is formed in a substrate by etching to form a movable portion and a fixed portion partitioned through the groove, for example, a capacitive method having a movable electrode and a fixed electrode. The present invention can be applied to structures such as an acceleration sensor and a pressure sensor.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in general, a structure having a movable portion of this type is formed by etching a groove defining a movable portion and a fixed portion from one side of a substrate using a substrate such as an SOI substrate, and then forming a sacrifice layer. It is manufactured by releasing (separating) the movable portion from the substrate by etching or etching from the other surface side of the substrate, and bringing the movable portion into a movable state.
[0003]
As this release step, a plasma dry etching method or a wet etching method is used. In the plasma dry etching method, in order to separate the movable portion, a semiconductor material such as Si or SiO ₂ fixing the substrate and the movable portion is removed by plasma etching in which an etching gas is introduced in plasma, and the movable portion is separated. I do.
[0004]
In this method, since the movable portion of each element structure is normally released in a wafer state, the movable portion of the previously separated portion is moved in the movable state due to the in-plane distribution of the etching rate. Be exposed to conditions. At this time, there is a problem that sticking occurs due to impact or electrostatic force under process conditions.
[0005]
Sticking is a phenomenon in which a movable part and a part such as a fixed part facing the movable part adhere to each other, and impair the function of the movable part.
[0006]
In addition, when the wet etching method is used, since the movable portion is released by immersion in an etching solution, sticking occurs in the released portion due to the surface tension of the etching solution, particularly during drying.
[0007]
As such a sticking prevention method, there is a method in which a resist is provided between a movable portion and a substrate located below the movable portion, and the movable portion is supported by the resist to prevent sticking (for example, see Patent Document 1). ).
[0008]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. Hei 7-505743
[Problems to be solved by the invention]
However, in the method using the above-described resist, it is necessary to perform plasma dry etching or wet etching in order to finally remove the resist as well, and as with the above-described dry and wet etching methods, the occurrence of sticking is a problem. It becomes.
[0010]
In view of the above problems, the present invention provides a method of manufacturing a structure including a movable portion and a fixed portion defined by forming a groove in a substrate by etching in a substrate. It is intended to prevent generation as much as possible.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, by forming a groove (70) by etching in the substrate (100), the movable portion (10-30) partitioned through the groove and the fixed portion are fixed. In the method of manufacturing a structure having the portions (40 to 60), a groove is formed to form a pattern of the movable portion and the fixed portion, and the two portions are fixed by being bridged between the movable portion and the fixed portion. Forming a conductive fixed member (80) to be fixed, and releasing the movable portion fixed by the fixed member and the portion of the pattern of the fixed portion to be the movable portion from the substrate. And fusing the fixing member by energization.
[0012]
According to this, even if the movable portion is released during the manufacturing process, the movable portion is fixed by the fixing member and hardly moves, so that an external force (shock), static electricity, or the like is generated in the subsequent manufacturing process. However, sticking can be suppressed as much as possible.
[0013]
Then, by energizing and fusing or burning out the fixing member after completion of the process of the possibility of sticking, the movable portion can be in a movable state with almost no external force or static electricity. Be suppressed. Thus, the structure can be completed.
[0014]
As described above, according to the present invention, occurrence of sticking in the structure manufacturing process can be prevented as much as possible.
[0015]
Here, as in the second aspect of the present invention, the substrate (100) can be made of a semiconductor substrate, and the fixing member (80) can be made of a metal film.
[0016]
It should be noted that reference numerals in parentheses of the above-described units are examples showing the correspondence with specific units described in the embodiments described later.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention shown in the drawings will be described. FIG. 1 is a diagram showing a schematic plan configuration of a capacitive acceleration sensor S1 as a structure of the present invention.
[0018]
The sensor S1 has a substrate 100 made of a semiconductor substrate or the like such as an SOI (silicon-on-insulator) substrate. By forming a comb-shaped beam structure on one surface side of the substrate 100, the sensor S1 serves as a movable portion. The weight part 10, the movable electrode 20, the spring part 30, the fixed electrodes 40 and 50 as a fixed part, and the peripheral part 60 are formed.
[0019]
The movable part and the fixed part are partitioned and electrically separated through a groove 70 formed by etching one surface side of the substrate 100 shown in FIG. Further, on the lower side of the movable part (in the direction opposite to the paper surface of FIG. 1), the movable part is released (cut off) from the substrate 100 by removing the substrate 100.
[0020]
The movable portion in the release state has a rectangular frame-shaped spring portion 30 formed at both ends thereof, and this spring portion 30 has a spring function capable of being displaced in the left-right direction in FIG. Each spring portion 30 is connected to anchor portions 31 and 32, and each anchor portion 31 and 32 is fixedly supported on the substrate 100.
[0021]
Thereby, when receiving the acceleration including the component in the horizontal direction in FIG. 1, the movable portion is displaced in the horizontal direction in FIG. 1 by the function of the spring portion 30 and returns to the original state according to the disappearance of the acceleration. It is designed to be restored. FIG. 2 shows the state of the displacement of the movable part.
[0022]
The spring portions 30 are connected by a weight portion 10, and the weight portion 10 substantially defines the mass of the movable portion. The weight portion 10 has a plurality of comb-shaped movable electrodes integrally projecting from opposite sides of the weight portion 10 in opposite directions to each other in a direction (vertical direction in FIG. 1) orthogonal to the displacement direction of the movable portion. 20 are provided.
[0023]
In FIG. 1, three movable electrodes 20 are formed on the upper and lower sides of the weight portion 10 so as to project three each. Each movable electrode 20 is formed integrally with the spring portion 30 and the weight portion 10 as a movable portion, and can be displaced in the displacement direction of the movable portion.
[0024]
The fixed electrodes 40 and 50 protrude from the peripheral part 60 toward the movable parts 10 to 30, and are arranged to face the side surfaces of each movable electrode 20 with a detection interval. That is, as shown in FIG. 1, the fixed electrodes 40 and 50 have a comb-like shape formed to engage with the comb-like movable electrode 20.
[0025]
The fixed electrodes 40 and 50 include a first fixed electrode 40 located on the lower side in FIG. 1 and a second fixed electrode 50 located on the upper side in FIG. Electrically independent.
[0026]
Further, an electrode pad (not shown) is provided for each of the movable portions 10 to 30, the first fixed electrode 40, and the second fixed electrode 50 described above. This electrode pad is formed of, for example, aluminum at an appropriate position in the anchor portions 31 and 32 and the peripheral portion 60, and is connected to an external circuit by wire bonding or the like.
[0027]
Further, as shown in FIG. 1, in the present sensor S1, a conductive member 81 is attached to the surfaces of the movable electrode 20 and the fixed electrodes 40 and 50 facing each other with a detection interval therebetween. The member 81 is a part of a fixing member used in a manufacturing method of the present sensor described later.
[0028]
In such a configuration, the first capacitance CS1 is formed at the detection interval between the first fixed electrode 40 and the movable electrode 20, and the second capacitance CS2 is formed at the detection interval between the second fixed electrode 50 and the movable electrode 20. Have been.
[0029]
Then, when receiving acceleration, the entire movable portions 10 to 30 are integrally displaced in the left-right direction in FIG. 1 by the spring function of the spring portion 30, and the first and second movable portions 10 to 30 are displaced in accordance with the displacement of the movable electrode 20. The capacitances CS1 and CS2 change (see FIG. 2). Then, the acceleration is detected by converting the difference between the first and second capacitances, that is, the change in the differential capacitance (CS1-CS2) into a voltage signal by the external circuit described above.
[0030]
Next, a method for manufacturing the present sensor S1 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a method for manufacturing the present sensor S1 in the order of steps. Note that FIG. 3 schematically illustrates a cross section of a peripheral portion 60 and a portion of the movable electrode 20 and the fixed electrodes 40 and 50 facing each other, and the spring portion 30 is omitted.
[0031]
The sensor S1 is formed by forming a sensor component for each chip unit on a semiconductor wafer 200 actually formed of an SOI substrate using a well-known semiconductor manufacturing technique, and then dicing and cutting the semiconductor wafer 200 to separate the semiconductor chips. It is constituted as. That is, in FIG. 3, the substrate 100 is shown in the form of a wafer 200 in a wafer state.
[0032]
[Steps in FIGS. 3A and 3B]
A semiconductor wafer 200 as an SOI substrate has a silicon layer 230 formed on a silicon substrate 210 via a buried oxide film 220. First, a conductive fixing member 80 that bridges the movable portion and the fixed portion and fixes these portions while forming the groove 70 to form the pattern of the movable portion and the fixed portion is formed.
[0033]
Specifically, first, thermal oxidation is performed on the surface of silicon layer 230 by thermally oxidizing wafer 200. Next, an opening 241 as a contact portion is formed by photo-etching or the like in the thermal oxide film 240 that is finally formed on the portions to become the movable electrode 20 and the fixed electrodes 40 and 50. A conductive film is formed on the surface.
[0034]
The conductive film can be formed from a conductive metal film such as aluminum, gold, silver, or copper, or a conductive resin film containing a conductive material. In this example, an aluminum film as a metal film is formed by sputtering, vapor deposition, or the like.
[0035]
Then, this aluminum film is photo-etched so as to be bridged across the movable electrode 20 and the fixed electrodes 40 and 50. Thereby, as shown in FIG. 3B, a conductive fixing member 80 is formed as a portion where the aluminum film remains. The electrode pads of the movable portions 10 to 30, the first fixed electrode 40, and the second fixed electrode 50 described above may be simultaneously formed by etching the aluminum film.
[0036]
[Step of FIG. 3 (c)]
Next, the thermal oxide film 240 is removed by etching using hydrofluoric acid or the like. As a result, both ends of the fixing member 80 are fixedly supported by the silicon layer 230, and the intermediate portion has a bridge shape that is lifted from the silicon layer 230 by an amount corresponding to the absence of the thermal oxide film 240.
[0037]
Further, by forming the groove 70 shown in FIG. 1, a pattern of the beam structure, that is, the movable portions 10 to 30 and the fixed portions 40 to 60 is formed. The groove 70 can be formed by a usual photo etching process. Specifically, the silicon layer 230 is etched by dry etching using a pattern of a beam structure formed of photoresist. For this etching, for example, an etchant such as SF ₆ can be employed.
[0038]
At this time, if the line width of the fixing member 80 is sufficiently narrowed in advance, side etching occurs at the time of dry etching of silicon, and the trench immediately below the fixing member 80 is also etched like other parts. When an SOI substrate is used, the etching is stopped at the buried oxide film 220, so that the controllability is excellent.
[0039]
Thus, a conductive fixing member 80 is formed which bridges the movable portion and the fixed portion and fixes these portions while forming the groove 70 to form the patterns of the movable portions 10 to 30 and the fixed portions 40 to 70. Is done.
[0040]
[Step of FIG. 3D]
Next, a step of releasing portions of the patterns of the movable parts 10 to 30 and the fixed parts 40 to 60 fixed by the fixing member (the aluminum film in this example) 80 to become the movable parts 10 to 30 from the substrate is performed. Here, the portions to be the movable portions 10 to 30 are released from the wafer 200.
[0041]
In this example, the buried oxide film 220 below the movable parts 10 to 30 and the fixed electrodes 40 and 50 is removed by wet or dry etching and released. In the case of wet etching, the buried oxide film 220 made of SiO ₂ can be removed by sacrifice layer etching using hydrofluoric acid or the like, and in the case of dry etching, etching using an etchant such as CF ₄ .
[0042]
In this step, the movable parts 10 to 30 are released from the substrate 100 (wafer 200), but the movable electrode 20 and the fixed electrodes 40 and 50 are fixed by the fixing member 80, and the movable parts 10 to 30 hardly move. It becomes. FIG. 4 shows a plan configuration in this state. Thus, the structure is such that contact between the movable part and the fixed part in the direction of the detection interval is unlikely to occur.
[0043]
[Step of FIG. 3E]
Next, the fixing member 80 is energized to blow off the fixing member 80, that is, a process of burning off the fixing member 80 is performed. Specifically, when an excessive current flows from the electrode pad for the movable electrode 20 and the electrode pads for the fixed electrodes 40 and 50 to the fixing member 80, the fixing member 80 is evaporated and burned off by heat.
[0044]
This energization may be performed in a vacuum or in the air, but is preferably performed in a vacuum because the molten fixing member 80 is more likely to evaporate. Thus, the fixing by the fixing member 80 can be released by a simple method such as fusing by energization, and the fusing fixed member 80 becomes the conductive member 81 shown in FIG. Then, upon completion of this step, the sensor S1 shown in FIG. 1 is completed.
[0045]
In this fusing by energization, dry or wet etching as in the case of releasing the fixing by the conventional resist described above is unnecessary, and it is possible to make the movable part movable state with almost no external force or static electricity generated. it can.
[0046]
The fusing step of the fixing member 80 is performed after the processing is advanced to such a state that some impact or static electricity or the like is not generated as much as possible on the movable part in the subsequent steps.
[0047]
For example, the timing of the fusing step can be performed after the release step of the movable portion by etching or after the dicing cut of the wafer 200 is completed, and further, in the assembling step of assembling the chip sensor into a package or the like. It can be done on the way.
[0048]
As described above, according to the manufacturing method of the present embodiment, even if the movable portions 10 to 30 are released during the manufacturing process, the movable portions are fixed by the fixing member 80 and hardly move. Even if external force (shock) or static electricity is generated in the subsequent manufacturing process, sticking can be suppressed as much as possible.
[0049]
Then, since the fixing member 80 is energized and melted, that is, burned off after the completion of the process of the possibility of sticking, the movable portions 10 to 30 can be in a movable state with almost no external force or static electricity. Sticking is suppressed as much as possible.
[0050]
As described above, according to the present embodiment, the occurrence of sticking in the manufacturing process of the semiconductor acceleration sensor S1 can be prevented as much as possible.
[0051]
As the conductive fixing member that bridges the movable portion and the fixed portion to fix these two portions, in addition to the one that is bridged between the movable electrode 20 and the fixed electrodes 40 and 50, for example, a spring portion 30 It may be bridged between the peripheral portion 70 and the peripheral portion 70 facing the peripheral portion.
[0052]
In the above manufacturing method, the thermal oxide film 240 is formed before the fixing member 80 is formed. However, the fixing member 80 may be formed directly on the silicon layer 230 without forming the thermal oxide film 240.
[0053]
However, when the thermal oxide film 240 is formed as described above, the removal of the thermal oxide film 240 causes the fixing member 80 to have a bridge shape in which the intermediate portion is raised from the silicon layer 230. This is preferable because the side etching immediately below the fixing member 80 in the subsequent etching of the silicon layer 230 proceeds easily compared to the case where the entire fixing member 80 is in contact with the silicon layer 230.
[0054]
In the example of FIG. 3 described above, the step of releasing portions of the pattern of the movable parts 10 to 30 and the fixed parts 40 to 60 fixed by the fixing member 80 to be the movable parts 10 to 30 from the substrate is performed by the substrate 100. The etching is performed by etching the buried oxide film 220 from one surface side of the (wafer 200), but as another example, processing from the other surface side of the substrate 100 is also possible.
[0055]
An example is shown in FIG. In this case, predetermined portions of the silicon substrate 210 and the buried oxide film 220 are removed from the other surface of the wafer 200 (substrate 100) by wet or dry etching. In the case of wet etching, the silicon substrate 210 and the buried oxide film 220 are respectively etched by using an alkaline etching solution such as KOH, hydrofluoric acid or the like, and in the case of dry etching, using an etchant such as SF ₆ or CF _4. Remove.
[0056]
Also in the example of FIG. 5, the effect of the fixing member 80 after release is of course the same as that of the above-described example.
[0057]
Further, it is needless to say that the patterns of the movable part and the fixed part are not limited to the above-described comb-like shape. Further, the spring portion may have, for example, a folded shape other than the rectangular frame shape described above.
[0058]
In addition, it is apparent that the same manufacturing can be performed using a semiconductor substrate such as a normal silicon substrate other than the SOI substrate. Further, the present invention can be applied to structures such as a pressure sensor and an angular velocity sensor other than the capacitive acceleration sensor.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic plan view of a capacitive acceleration sensor as a structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a state in which a movable portion is displaced when acceleration is applied in the sensor shown in FIG.
FIG. 3 is a process chart showing a method for manufacturing the sensor shown in FIG. 1;
FIG. 4 is a schematic plan view showing a state where the movable part and the fixed part are fixed by a fixing member.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing another example of the step of releasing the movable section.
[Explanation of symbols]
10 weight part, 20 movable electrode, 30 spring part, 40 first fixed electrode,
50: second fixed electrode, 60: peripheral portion, 70: groove, 80: fixing member,
100 ... substrate.

Claims

A method for manufacturing a structure in which a groove (70) is formed in a substrate (100) by etching to form a movable portion (10-30) and a fixed portion (40-60) partitioned through the groove. At
A step of forming a conductive fixing member (80) that bridges the movable portion and the fixed portion to fix the two portions while forming the groove to form a pattern of the movable portion and the fixed portion. When,
Releasing the portion to be the movable portion of the pattern of the movable portion and the fixed portion fixed by the fixed member from the substrate,
And thereafter, applying a current to the fixed member to blow the fixed member.

The method according to claim 1, wherein the substrate (100) is made of a semiconductor substrate, and the fixing member (80) is made of a metal film.