JP2007322300A - 加速度センサの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】製造歩留まりの向上を図った加速度センサの製造方法を提供する。
【解決手段】加速度センサが、第２の構造体の底面に基体を接合して、第１の構造体、前記第２の構造体、および基体を含む接合部材を形成するステップと、凝固点が０℃より高いシリコーンオイル又はこれを主成分とする高分子系凝固剤を、前記接合部材の内部に充填させるステップと、前記充填された高分子系凝固剤を冷却して固化させるステップと、前記第１、第２の構造体が作成された領域に対応して前記接合部材を切断し、前記固化された高分子系凝固剤が充填された接合部材の切片を形成するステップと、前記固化した前記高分子系凝固剤を液化又は昇華させて、前記切片内から除去するステップと、を有する。
【選択図】図１
【解決手段】加速度センサが、第２の構造体の底面に基体を接合して、第１の構造体、前記第２の構造体、および基体を含む接合部材を形成するステップと、凝固点が０℃より高いシリコーンオイル又はこれを主成分とする高分子系凝固剤を、前記接合部材の内部に充填させるステップと、前記充填された高分子系凝固剤を冷却して固化させるステップと、前記第１、第２の構造体が作成された領域に対応して前記接合部材を切断し、前記固化された高分子系凝固剤が充填された接合部材の切片を形成するステップと、前記固化した前記高分子系凝固剤を液化又は昇華させて、前記切片内から除去するステップと、を有する。
【選択図】図１
Description
本発明は、加速度を検出する加速度センサの製造方法に関する。
シリコン層／酸化シリコン層／シリコン層の３層構造をもったＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板をエッチングして、加速度を検出する加速度センサを製造する技術が開示されている（特許文献１参照）。また、
特開２００３−３２９７０２号公報
ここで、加速度センサは、例えば、複数の加速度センサが縦横に配列された半導体ウエハをダイシングして、同時に効率よく製造することができる。
しかしながら、ダイシング時の切屑が、加速度センサ内の重量部の変位を可能とする空間に入ってしまうと洗浄が困難で、加速度の検出が阻害されるおそれがあり、その結果、加速度センサの製造歩留まりが低下する可能性があることが判った。また、ダイシング時に吹き付ける水等の圧力により、梁部（接続部）が損傷してしまい加速度センサの製造歩留まりが低下する可能性があることも判った。
上記に鑑み、本発明は製造歩留まりの向上を図った加速度センサの製造方法を提供することを目的とする。
しかしながら、ダイシング時の切屑が、加速度センサ内の重量部の変位を可能とする空間に入ってしまうと洗浄が困難で、加速度の検出が阻害されるおそれがあり、その結果、加速度センサの製造歩留まりが低下する可能性があることが判った。また、ダイシング時に吹き付ける水等の圧力により、梁部（接続部）が損傷してしまい加速度センサの製造歩留まりが低下する可能性があることも判った。
上記に鑑み、本発明は製造歩留まりの向上を図った加速度センサの製造方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る加速度センサの製造方法は、第１の半導体材料からなる第１の層、酸化物からなる第２の層、および第２の半導体材料からなる第３の層が順に積層されてなる半導体基板の前記第１の層をエッチングして、開口を有する固定部と、この開口内に配置され、かつ前記固定部に対して変位する変位部と、前記固定部と前記変位部とを接続する接続部と、を有する第１の構造体を形成するステップと、前記第３の層をエッチングして、前記変位部に接合される重量部と、前記重量部を囲んで配置され、かつ前記固定部に接合される台座と、を有する第２の構造体を形成するステップと、前記第２の構造体の底面に基体を接合して、前記第１、第２の構造体、および基体を含む接合部材を形成するステップと、凝固点が０℃より高いシリコーンオイル又はこれを主成分とする高分子系凝固剤を、前記接合部材の内部に充填させるステップと、前記充填された高分子系凝固剤を冷却して固化させるステップと、前記第１、第２の構造体が作成された領域に対応して前記接合部材を切断し、前記固化された高分子系凝固剤が充填された接合部材の切片を形成するステップと、前記固化した前記高分子系凝固剤を液化又は昇華させて、前記切片内から除去するステップと、を有することを特徴とする。
本発明によれば、製造歩留まりの向上を図った加速度センサの製造方法を提供できる。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る加速度センサ１００を表す斜視図である。また、図２は加速度センサ１００を分解した状態を表す分解斜視図である。図３は、加速度センサ１００を図１のＡ−Ａに沿って切断した状態を表す一部断面図である。なお、見やすさを考慮し、図１〜図３において第１の構造体１１０上の配線の図示を省略している。
図１は本発明の一実施形態に係る加速度センサ１００を表す斜視図である。また、図２は加速度センサ１００を分解した状態を表す分解斜視図である。図３は、加速度センサ１００を図１のＡ−Ａに沿って切断した状態を表す一部断面図である。なお、見やすさを考慮し、図１〜図３において第１の構造体１１０上の配線の図示を省略している。
加速度センサ１００は、互いに積層して配置される第１の構造体１１０、接合部１２０、第２の構造体１３０、および基体１４０を有する。なお、図２では、見やすさのために、接合部１２０の記載を省略している。
第１の構造体１１０、接合部１２０、第２の構造体１３０、基体１４０は、その外周が例えば、１ｍｍの辺の略正方形状であり、これらの高さはそれぞれ、例えば、３〜１２μｍ、０．５〜３μｍ、６００〜７２５μｍ、６００μｍである。
第１の構造体１１０、接合部１２０、第２の構造体１３０はそれぞれ、シリコン、酸化シリコン、シリコンから構成可能であり、シリコン／酸化シリコン／シリコンの３層構造をなすＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を用いて製造可能である。また、基体１４０は、例えば、ガラス材料で構成できる。
第１の構造体１１０、接合部１２０、第２の構造体１３０、基体１４０は、その外周が例えば、１ｍｍの辺の略正方形状であり、これらの高さはそれぞれ、例えば、３〜１２μｍ、０．５〜３μｍ、６００〜７２５μｍ、６００μｍである。
第１の構造体１１０、接合部１２０、第２の構造体１３０はそれぞれ、シリコン、酸化シリコン、シリコンから構成可能であり、シリコン／酸化シリコン／シリコンの３層構造をなすＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を用いて製造可能である。また、基体１４０は、例えば、ガラス材料で構成できる。
第１の構造体１１０は、外形が略正方形であり、固定部１１１、変位部１１２、接続部１１３ａ〜１１３ｄから構成される。第１の構造体１１０は、半導体材料の膜をエッチングして開口部１１５を形成することで、作成できる。
固定部１１１は、外周、内周（開口）が共に略正方形の枠形状の基板である。固定部１１１は、後述の台座１３１と形状が対応し、かつ接合部１２０によって台座１３１と接合される。
変位部１１２は、外周が略正方形の基板であり、固定部１１１の開口の中央近傍に配置される。
接続部（梁）１１３ａ〜１１３ｄは略長方形の基板であり、固定部１１１と変位部１１２とを４方向（Ｘ正方向、Ｘ負方向、Ｙ正方向、Ｙ負方向）で接続する。
変位部１１２は、外周が略正方形の基板であり、固定部１１１の開口の中央近傍に配置される。
接続部（梁）１１３ａ〜１１３ｄは略長方形の基板であり、固定部１１１と変位部１１２とを４方向（Ｘ正方向、Ｘ負方向、Ｙ正方向、Ｙ負方向）で接続する。
接続部１１３ａ〜１１３ｄは、撓みが可能な梁として機能する。接続部１１３ａ〜１１３ｄが撓むことで、変位部１１２が固定部１１１に対して変位可能である。具体的には、変位部１１２が固定部１１１に対して、Ｚ正方向、Ｚ負方向に直線的に変位する。また、変位部１１２は、固定部１１１に対してＸ軸およびＹ軸を回転軸とする正負の回転が可能である。即ち、ここでいう「変位」には、移動および回転（Ｚ軸方向での移動、Ｘ、Ｙ軸での回転）の双方を含めることができる。
変位部１１２の変位（移動および回転）を検知することで、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸方向の加速度を測定することができる。
接続部１１３ａ〜１１３ｄ上に、１２個のピエゾ抵抗素子Ｒ（Ｒｘ１〜Ｒｘ４、Ｒｙ１〜Ｒｙ４、Ｒｚ１〜Ｒｚ４）が配置されている。このピエゾ抵抗素子Ｒは、抵抗の変化として接続部１１３ａ〜１１３ｄの撓み（あるいは、歪み）、ひいては変位部１１２の変位を検出するためのものである。なお、この詳細は後述する。
接続部１１３ａ〜１１３ｄ上に、１２個のピエゾ抵抗素子Ｒ（Ｒｘ１〜Ｒｘ４、Ｒｙ１〜Ｒｙ４、Ｒｚ１〜Ｒｚ４）が配置されている。このピエゾ抵抗素子Ｒは、抵抗の変化として接続部１１３ａ〜１１３ｄの撓み（あるいは、歪み）、ひいては変位部１１２の変位を検出するためのものである。なお、この詳細は後述する。
第２の構造体１３０は、外形が略正方形であり、台座１３１および重量部１３２（１３２a〜１３２ｅ）、突出部１３４から構成されている。第２の構造体１３０は、半導体材料の基板をエッチングして開口部１３３を形成することで、作成可能である。なお、台座１３１と、重量部１３２とは、互いに高さがほぼ等しく、また開口部１３３によって分離され、相対的に移動可能である。
台座１３１は、外周、内周（開口部１３３）が共に略正方形の枠形状の基板である。台座１３１は固定部１１１と対応した形状を有し、接合部１２０によって固定部１１１に接続される。
重量部１３２は、質量を有し、加速度によって力を受ける重錘、あるいは作用体として機能する。即ち、加速度が印加されると、重量部１３２の重心に力が作用する。
重量部１３２は、略直方体形状の重量部１３２a〜１３２ｅに区分される。中心に配置された重量部１３２aに４方向から重量部１３２ｂ〜１３２ｅが接続され、全体として一体的に変位（移動、回転）が可能となっている。即ち、重量部１３２aは、重量部１３２ｂ〜１３２ｅを接続する接続部として機能する。
重量部１３２は、質量を有し、加速度によって力を受ける重錘、あるいは作用体として機能する。即ち、加速度が印加されると、重量部１３２の重心に力が作用する。
重量部１３２は、略直方体形状の重量部１３２a〜１３２ｅに区分される。中心に配置された重量部１３２aに４方向から重量部１３２ｂ〜１３２ｅが接続され、全体として一体的に変位（移動、回転）が可能となっている。即ち、重量部１３２aは、重量部１３２ｂ〜１３２ｅを接続する接続部として機能する。
重量部１３２ａは、変位部１１２と対応する略正方形の断面形状を有し、接合部１２０によって変位部１１２と接合される。この結果、重量部１３２に加わった加速度に応じて変位部１１２が変位し、その結果、加速度の測定が可能となる。
重量部１３２ｂ〜１３２ｅはそれぞれ、第１の構造体１１０の開口部１１５に対応して配置される。重量部１３２が変位したときに重量部１３２ｂ〜１３２ｅが接続部１１３ａ〜１１３ｄに接触しないようにするためである（重量部１３２ｂ〜１３２ｅが接続部１１３ａ〜１１３ｄに接触すると、加速度の検出が阻害される）。
重量部１３２ａ〜１３２ｅによって、重量部１３２を構成しているのは、加速度センサ１００の小型化と高感度化の両立を図るためである。加速度センサ１００を小型化（小容量化）すると、重量部１３２の容量も小さくなり、その質量が小さくなることから、加速度に対する感度も低下する。接続部１１３ａ〜１１３ｄの撓みを阻害しないように重量部１３２ｂ〜１３２ｅを分散配置することで、重量部１３２の質量を確保している。この結果、加速度センサ１００の小型化と高感度化の両立が図られる。
突出部１３４は、重量部１３２と基体１４０との間に間隙（ギャップ）を確保し、重量部１３２の変位を可能にするためのものである。
突出部１３４は、台座１３１と一体的に構成され、外周、内周が共に略正方形の枠形状の基板である。突出部１３４の外周は、台座１３１の外周と一致し、突出部１３４の内周は、台座１３１の内周より大きい。
突出部１３４は、台座１３１と一体的に構成され、外周、内周が共に略正方形の枠形状の基板である。突出部１３４の外周は、台座１３１の外周と一致し、突出部１３４の内周は、台座１３１の内周より大きい。
接合部１２０は、既述のように、第１、第２の構造体１１０、１３０を接続するものである。接合部１２０は、固定部１１１と台座１３１を接続する接合部１２１と、変位部１１２と重量部１３２ａを接続する接合部１２２に区分される。接合部１２０は、これ以外の部分では、第１、第２の構造体１１０、１３０を接続していない。接続部１１３ａ〜１１３ｄの撓み、および重量部１３２ｂ〜１３２ｅの変位を可能とするためである。
なお、接合部１２１、１２２は、シリコン酸化膜をエッチングすることで構成可能である。
なお、接合部１２１、１２２は、シリコン酸化膜をエッチングすることで構成可能である。
基体１４０は、第２の構造体１３０の突出部１３４と接合され、第１、第２の構造体１１０、１３０を支持するためのものであり、その上面に接合防止層１４１が配置される。
基体１４０は、例えば、ガラス材料からなり、略直方体の外形を有する。
基体１４０と突出部１３４は、例えば、陽極接合によって接続される。基体１４０と突出部１３４とを接触させて加熱した状態で、これらの間に電圧を印加することで、接合がなされる。
基体１４０は、例えば、ガラス材料からなり、略直方体の外形を有する。
基体１４０と突出部１３４は、例えば、陽極接合によって接続される。基体１４０と突出部１３４とを接触させて加熱した状態で、これらの間に電圧を印加することで、接合がなされる。
接合防止層１４１は、重量部１３２と基体１４０との接合を防止するためのものである。前述の陽極接合の際に、基体１４０に重量部１３２が接触することで、これらが接合され、加速度センサ１００が動作不良となる可能性がある。
突出部１３４の下面に対応する領域には、接合防止層１４１が配置されない。接合防止層１４１の構成材料として、例えば、Ｃｒを用いることができる。
突出部１３４の下面に対応する領域には、接合防止層１４１が配置されない。接合防止層１４１の構成材料として、例えば、Ｃｒを用いることができる。
（加速度センサ１００の動作）
加速度センサ１００による加速度の検出の原理を説明する。既述のように、接続部１１３ａ〜１１３ｄには、合計１２個のピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４、Ｒｙ１〜Ｒｙ４、Ｒｚ１〜Ｒｚ４が配置されている。
これら各ピエゾ抵抗素子は、シリコンからなる接続部１１３ａ〜１１３ｄの上面付近に形成されたＰ型もしくはＮ型の不純物ドープ領域によって構成できる。
加速度センサ１００による加速度の検出の原理を説明する。既述のように、接続部１１３ａ〜１１３ｄには、合計１２個のピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４、Ｒｙ１〜Ｒｙ４、Ｒｚ１〜Ｒｚ４が配置されている。
これら各ピエゾ抵抗素子は、シリコンからなる接続部１１３ａ〜１１３ｄの上面付近に形成されたＰ型もしくはＮ型の不純物ドープ領域によって構成できる。
３組のピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４、Ｒｙ１〜Ｒｙ４、Ｒｚ１〜Ｒｚ４が、接続部１１３ａ〜１１３ｄ上のＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｘ軸方向に一直線に並ぶように配置される。
なお、ピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４、Ｒｚ１〜Ｒｚ４は、接続部１１３ａ〜１１３ｄによって配置が異なる。これはピエゾ抵抗素子Ｒによる接続部１１３ａ〜１１３ｄの撓みの検出をより高精度化するためである。
なお、ピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４、Ｒｚ１〜Ｒｚ４は、接続部１１３ａ〜１１３ｄによって配置が異なる。これはピエゾ抵抗素子Ｒによる接続部１１３ａ〜１１３ｄの撓みの検出をより高精度化するためである。
３組のピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４、Ｒｙ１〜Ｒｙ４、Ｒｚ１〜Ｒｚ４はそれぞれ、重量部１３２のＸ、Ｙ、Ｚ軸方向成分の変位を検出するＸ、Ｙ、Ｚ軸方向成分変位検出部として機能する。なお、４つのピエゾ抵抗素子Ｒｚ１〜Ｒｚ４は、必ずしもＸ軸方向に配置する必要はなく、Ｙ軸方向に配置してもよい。
ピエゾ抵抗素子Ｒの伸び（＋）、縮み（−）の組み合わせと、その伸び縮みの量それぞれから、加速度の方向および量を検出することができる。ピエゾ抵抗素子Ｒの伸び、縮みは、ピエゾ抵抗素子Ｒの抵抗の変化として検出できる。
例えば、接続部１１３ａ〜１１３ｄの構成材料の結晶面指数が｛１００｝で、ピエゾ抵抗素子Ｒの長手方向での結晶方向が＜１１０＞の場合を考える。ここで、各ピエゾ抵抗素子ＲがシリコンへのＰ型不純物ドープによって構成されているとする。このときには、ピエゾ抵抗素子Ｒの長手方向での抵抗値は、伸び方向の応力が作用したときには増加し、縮み方向の応力が作用した場合には減少する。
なお、ピエゾ抵抗素子ＲをシリコンへのＮ型不純物ドープによって構成した場合には、抵抗値の増減が逆になる。
例えば、接続部１１３ａ〜１１３ｄの構成材料の結晶面指数が｛１００｝で、ピエゾ抵抗素子Ｒの長手方向での結晶方向が＜１１０＞の場合を考える。ここで、各ピエゾ抵抗素子ＲがシリコンへのＰ型不純物ドープによって構成されているとする。このときには、ピエゾ抵抗素子Ｒの長手方向での抵抗値は、伸び方向の応力が作用したときには増加し、縮み方向の応力が作用した場合には減少する。
なお、ピエゾ抵抗素子ＲをシリコンへのＮ型不純物ドープによって構成した場合には、抵抗値の増減が逆になる。
図４Ａ〜図４Ｃはそれぞれ、ピエゾ抵抗素子Ｒの抵抗からＸ、Ｙ、Ｚの軸方向それぞれでの加速度を検出するための検出回路の構成例を示す回路図である。この検出回路では、Ｘ、Ｙ、Ｚの軸方向の加速度成分をそれぞれ検出するために、４組のピエゾ抵抗素子からなるブリッジ回路を構成し、そのブリッジ電圧を検出している。
これらのブリッジ回路では入力電圧Ｖｉｎ（Ｖｘ_ｉｎ、Ｖｙ_ｉｎ、Ｖｚ_ｉｎ）それぞれに対する出力電圧Ｖｏｕｔ（Ｖｘ_ｏｕｔ、Ｖｙ_ｏｕｔ、Ｖｚ_ｏｕｔ）の関係は以下の式（１）〜（３）で表される。
Ｖｘ_ｏｕｔ／Ｖｘ_ｉｎ＝
［Ｒｘ４／（Ｒｘ１＋Ｒｘ４）−Ｒｘ３／（Ｒｘ２＋Ｒｘ３）］ ……式（１）
Ｖｙ_ｏｕｔ／Ｖｙ_ｉｎ＝
［Ｒｙ４／（Ｒｙ１＋Ｒｙ４）−Ｒｙ３／（Ｒｙ２＋Ｒｙ３）］ ……式（２）
Ｖｚ_ｏｕｔ／Ｖｚ_ｉｎ＝
［Ｒｚ３／（Ｒｚ１＋Ｒｚ３）−Ｒｚ４／（Ｒｚ２＋Ｒｚ４）］ ……式（３）
Ｖｘ_ｏｕｔ／Ｖｘ_ｉｎ＝
［Ｒｘ４／（Ｒｘ１＋Ｒｘ４）−Ｒｘ３／（Ｒｘ２＋Ｒｘ３）］ ……式（１）
Ｖｙ_ｏｕｔ／Ｖｙ_ｉｎ＝
［Ｒｙ４／（Ｒｙ１＋Ｒｙ４）−Ｒｙ３／（Ｒｙ２＋Ｒｙ３）］ ……式（２）
Ｖｚ_ｏｕｔ／Ｖｚ_ｉｎ＝
［Ｒｚ３／（Ｒｚ１＋Ｒｚ３）−Ｒｚ４／（Ｒｚ２＋Ｒｚ４）］ ……式（３）
加速度とピエゾ抵抗Ｒの伸び縮み量が比例し、さらにピエゾ抵抗素子Ｒの伸び縮の量と抵抗値Ｒの変化とが比例する。この結果、入力電圧に対する出力電圧の比（Ｖｘｏｕｔ／Ｖｘｉｎ、Ｖｙｏｕｔ／Ｖｙｉｎ、Ｖｚｏｕｔ／Ｖｚｉｎ）は加速度と比例し、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸それぞれでの加速度を分離して測定することが可能となる。
（加速度センサ１００の作成）
加速度センサ１００の作成工程につき説明する。
図５は、加速度センサ１００の作成手順の一例を表すフロー図である。また、図６Ａ〜図６Ｎは、図３に対応し、図５の作成手順における加速度センサ１００の状態を表す断面図である。
加速度センサ１００の作成工程につき説明する。
図５は、加速度センサ１００の作成手順の一例を表すフロー図である。また、図６Ａ〜図６Ｎは、図３に対応し、図５の作成手順における加速度センサ１００の状態を表す断面図である。
（１）半導体基板Ｗの用意（ステップＳ１１、および図６Ａ）
図６Ａに示すように、第１、第２、第３の層１１、１２、１３の３層を積層してなる半導体基板Ｗを用意する。
図６Ａに示すように、第１、第２、第３の層１１、１２、１３の３層を積層してなる半導体基板Ｗを用意する。
第１、第２、第３の層１１、１２、１３はそれぞれ、第１の構造体１１０、接合部１２０、第２の構造体１３０を構成するための層であり、ここでは、シリコン、酸化シリコン、シリコンからなる層とする。
シリコン／酸化シリコン／シリコンの３層構造をもった半導体基板Ｗは、例えば、シリコン基板上にシリコン酸化膜を積層した基板と、シリコン基板とを接合後、後者のシリコン基板を薄く研磨することで作成できる（いわゆるＳＯＩ基板）。また、半導体基板Ｗは、シリコン基板上に、シリコン酸化膜、シリコン膜を順に積層することでも作成できる。
第２の層１２を第１、第３の層１１、１３とは異なる材料から構成しているのは、第１、第３の層１１、１３とエッチング特性を異ならせ、エッチングのストッパ層として利用するためである。第１の層１１に対する上面からのエッチング、および第３の層１３に対する下面からのエッチングの双方で、第２の層１２がエッチングのストッパ層として機能する。
なお、ここでは第１の層１１と第３の層１３とを同一材料（シリコン）によって構成するものとするが、第１、第２、第３の層１１、１２、１３のすべてを異なる材料によって構成しても良い。
なお、ここでは第１の層１１と第３の層１３とを同一材料（シリコン）によって構成するものとするが、第１、第２、第３の層１１、１２、１３のすべてを異なる材料によって構成しても良い。
（２）第１の構造体１１０の作成（第１の層１０のエッチング、ステップＳ１２、および図６Ｂ）
第１の層１１をエッチングすることにより、開口部１１５を形成し、第１の構造体１１０を形成する。即ち、第１の層１１に対して浸食性を有し、第２の層１２に対して浸食性を有しないエッチング方法を用いて、第１の層１１の所定領域（開口部１１５）に対して、第２の層１２の上面が露出するまで厚み方向にエッチングする。
第１の層１１をエッチングすることにより、開口部１１５を形成し、第１の構造体１１０を形成する。即ち、第１の層１１に対して浸食性を有し、第２の層１２に対して浸食性を有しないエッチング方法を用いて、第１の層１１の所定領域（開口部１１５）に対して、第２の層１２の上面が露出するまで厚み方向にエッチングする。
第１の層１１の上面に、第１の構造体１１０に対応するパターンをもったレジスト層を形成し、このレジスト層で覆われていない露出部分を垂直下方に浸食する。このエッチング工程では、第２の層１２に対する浸食は行われないので、第１の層１１の所定領域（開口部１１５）のみが除去される。
図６Ｂは、第１の層１１に対して、上述のようなエッチングを行い、第１の構造体１１０を形成した状態を示す。
図６Ｂは、第１の層１１に対して、上述のようなエッチングを行い、第１の構造体１１０を形成した状態を示す。
（３）第２の構造体１３０の作成（第３の層１３のエッチング、ステップＳ１３、および図６Ｃ、図６Ｄ）
第２の構造体１３０は２段階に区分して作成される。
１）突出部１３４の形成（図６Ｃ）
第３の層１３の下面に、突出部１３４に対応するパターンをもったレジスト層を形成し、このレジスト層で覆われていない露出部分を垂直上方へと浸食させる。この結果、第３の層１３の下面に窪み（凹部）２１が形成される。この窪み２１の外周が突出部１３４である。
第２の構造体１３０は２段階に区分して作成される。
１）突出部１３４の形成（図６Ｃ）
第３の層１３の下面に、突出部１３４に対応するパターンをもったレジスト層を形成し、このレジスト層で覆われていない露出部分を垂直上方へと浸食させる。この結果、第３の層１３の下面に窪み（凹部）２１が形成される。この窪み２１の外周が突出部１３４である。
２）台座１３１および重量部１３２の形成（図６Ｄ）
第３の層１３の窪み２１をさらにエッチングすることにより、開口部１３３を形成し、第２の構造体１３０を形成する。即ち、第３の層１３に対して浸食性を有し、第２の層１２に対して浸食性を有しないエッチング方法により、第３の層１３の所定領域（開口部１３３）に対して、第２の層１２の下面が露出するまで厚み方向へのエッチングを行う。
第３の層１３の窪み２１をさらにエッチングすることにより、開口部１３３を形成し、第２の構造体１３０を形成する。即ち、第３の層１３に対して浸食性を有し、第２の層１２に対して浸食性を有しないエッチング方法により、第３の層１３の所定領域（開口部１３３）に対して、第２の層１２の下面が露出するまで厚み方向へのエッチングを行う。
第３の層１３の下面に、第２の構造体１３０に対応するパターンをもったレジスト層を形成する。窪み２１内のレジスト層で覆われていない露出部分を垂直上方へと浸食させる。このエッチング工程では、第２の層１２に対する浸食は行われないので、第３の層１３の所定領域（開口部１３３）のみが除去される。
図６Ｄは、第３の層１３に対して、上述のようなエッチングを行い、第２の構造体１３０を形成した状態を示す。
なお、上述した第１の層１１に対するエッチング工程（ステップＳ１２）と、第３の層１３に対するエッチング工程（ステップＳ１３）の順序は入れ替えることができる。いずれのエッチング工程を先に行ってもかまわないし、同時に行っても差し支えない。
（４）接合部１２０の作成（第２の層１２のエッチング、ステップＳ１４、および図６Ｅ）
第２の層１２をエッチングすることにより、接合部１２０を形成する。即ち、第２の層１２に対しては浸食性を有し、第１の層１１および第３の層１３に対しては浸食性を有しないエッチング方法により、第２の層１２に対して、その露出部分から厚み方向および層方向にエッチングする。
第２の層１２をエッチングすることにより、接合部１２０を形成する。即ち、第２の層１２に対しては浸食性を有し、第１の層１１および第３の層１３に対しては浸食性を有しないエッチング方法により、第２の層１２に対して、その露出部分から厚み方向および層方向にエッチングする。
以上の製造プロセスにおいて、第１の構造体１１０を形成する工程（ステップＳ１２）と、第２の構造体１３０を形成する工程（ステップＳ１３）では、次の２つの条件を満たすエッチング法を行う必要がある。
第１の条件は、各層の厚み方向への方向性を持つことである。第２の条件は、シリコン層に対しては浸食性を有するが、酸化シリコン層に対しては浸食性を有しないことである。第１の条件は、所定寸法をもった開口部や溝を形成するために必要な条件であり、第２の条件は、酸化シリコンからなる第２の層１２を、エッチングストッパ層として利用するために必要な条件である。
第１の条件は、各層の厚み方向への方向性を持つことである。第２の条件は、シリコン層に対しては浸食性を有するが、酸化シリコン層に対しては浸食性を有しないことである。第１の条件は、所定寸法をもった開口部や溝を形成するために必要な条件であり、第２の条件は、酸化シリコンからなる第２の層１２を、エッチングストッパ層として利用するために必要な条件である。
第１の条件を満たすエッチング方法として、誘導結合型プラズマエッチング法（ＩＣＰエッチング法：Inductively-Coupled Plasma Etching Method ）を挙げることができる。このエッチング法は、垂直方向に深い溝を掘る際に効果的な方法であり、一般に、ＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching ）と呼ばれているエッチング方法の一種である。
この方法では、材料層を厚み方向に浸食しながら掘り進むエッチング段階と、掘った穴の側面にポリマーの壁を形成するデポジション段階と、を交互に繰り返す。掘り進んだ穴の側面は、順次ポリマーの壁が形成されて保護されるため、ほぼ厚み方向にのみ浸食を進ませることが可能になる。
この方法では、材料層を厚み方向に浸食しながら掘り進むエッチング段階と、掘った穴の側面にポリマーの壁を形成するデポジション段階と、を交互に繰り返す。掘り進んだ穴の側面は、順次ポリマーの壁が形成されて保護されるため、ほぼ厚み方向にのみ浸食を進ませることが可能になる。
一方、第２の条件を満たすエッチングを行うには、酸化シリコンとシリコンとでエッチング選択性を有するエッチング材料を用いればよい。例えば、エッチング段階では、ＳＦ６ガス、およびＯ２ガスの混合ガスを、デポジション段階では、Ｃ４Ｆ８ガスを用いることが考えられる。
第２の層１２に対するエッチング工程（ステップＳ１３）では、次の２つの条件を満たすエッチング法を行う必要がある。第１の条件は、厚み方向とともに層方向への方向性をもつことであり、第２の条件は、酸化シリコン層に対しては浸食性を有するが、シリコン層に対しては浸食性を有しないことである。
第１の条件は、不要な部分に酸化シリコン層が残存して重量部１３２の変位の自由度を妨げることがないようにするために必要な条件である。第２の条件は、既に所定形状への加工が完了しているシリコンからなる第１の構造体１１０や第２の構造体１３０に浸食が及ばないようにするために必要な条件である。
第１の条件は、不要な部分に酸化シリコン層が残存して重量部１３２の変位の自由度を妨げることがないようにするために必要な条件である。第２の条件は、既に所定形状への加工が完了しているシリコンからなる第１の構造体１１０や第２の構造体１３０に浸食が及ばないようにするために必要な条件である。
第１、第２の条件を満たすエッチング方法として、バッファド弗酸（例えば、ＨＦ＝５．５ｗｔ％、ＮＨ４Ｆ＝２０ｗｔ％の混合水溶液）をエッチング液として用いるウェットエッチングを挙げることができる。
（５）基体１４０の接合（ステップＳ１５、および図６Ｆ、図６Ｇ）
１）基体１４０への接合防止層１４１の形成（図６Ｆ）
基体１４０に接合防止層１４１を形成する。例えば、スパッタリングによって、基体１４０の上面にＣｒの層を形成する。さらに、レジストをマスクとするエッチングにより、突出部１３４の下面に対応するように、この層の外周を除去する。突出部１３４と基体１４０との接合を確保しつつ、重量部１３２と基体１４０との接合を防止するためである。
１）基体１４０への接合防止層１４１の形成（図６Ｆ）
基体１４０に接合防止層１４１を形成する。例えば、スパッタリングによって、基体１４０の上面にＣｒの層を形成する。さらに、レジストをマスクとするエッチングにより、突出部１３４の下面に対応するように、この層の外周を除去する。突出部１３４と基体１４０との接合を確保しつつ、重量部１３２と基体１４０との接合を防止するためである。
２）半導体基板Ｗと基体１４０の接合（図６Ｇ）
半導体基板Ｗと基体１４０とを接合する。基体１４０と突出部１３４それぞれの構成材料がガラスおよびＳｉの場合、陽極接合（静電接合ともいう）が可能となる。
基体１４０と突出部１３４とを接触させて加熱した状態で、これらの間に電圧を印加する。加熱によって基体１４０のガラスが軟化する。また、ガラス中に含まれる可動イオン（例えば、Ｎａイオン）の移動によって、基体１４０のガラスにナトリウム欠乏層が生成される。具体的には、可動イオンがガラス中を接合面と反対方向に移動してガラス表面に析出し、ガラス中の接合面近傍にナトリウム欠乏層が生成される。この結果、基体１４０と突出部１３４間に電気的二重層が発生し、その静電引力によりこれらが接合される。
このとき、接合防止層１４１が、基体１４０と重量部１３２間でのイオンの移動を制限する。この結果、基体１４０と重量部１３２間での接合が防止される。
半導体基板Ｗと基体１４０とを接合する。基体１４０と突出部１３４それぞれの構成材料がガラスおよびＳｉの場合、陽極接合（静電接合ともいう）が可能となる。
基体１４０と突出部１３４とを接触させて加熱した状態で、これらの間に電圧を印加する。加熱によって基体１４０のガラスが軟化する。また、ガラス中に含まれる可動イオン（例えば、Ｎａイオン）の移動によって、基体１４０のガラスにナトリウム欠乏層が生成される。具体的には、可動イオンがガラス中を接合面と反対方向に移動してガラス表面に析出し、ガラス中の接合面近傍にナトリウム欠乏層が生成される。この結果、基体１４０と突出部１３４間に電気的二重層が発生し、その静電引力によりこれらが接合される。
このとき、接合防止層１４１が、基体１４０と重量部１３２間でのイオンの移動を制限する。この結果、基体１４０と重量部１３２間での接合が防止される。
（６）半導体基板Ｗ、基体１４０のダイシング（ステップＳ１６および図６Ｈ〜図６Ｍ）
１）基体１４０の底面にダイシングパッド２２を接続する（図６Ｈ）。ダイシングパッド２２は、粘着性を有するフィルムであり、半導体基板Ｗおよび基体１４０をダイシングして加速度センサ１００を切り出すときに、加速度センサ１００を固定するためのものである。なお、ダイシングパッド２２の表面には、紫外線を照射することで、粘着性が低減される粘着材が塗布されている。
図６Ｈは、加速度センサ１００が複数形成された半導体基板Ｗおよび基体１４０にダイシングパッド２１を接続した状態を表す模式図である。
１）基体１４０の底面にダイシングパッド２２を接続する（図６Ｈ）。ダイシングパッド２２は、粘着性を有するフィルムであり、半導体基板Ｗおよび基体１４０をダイシングして加速度センサ１００を切り出すときに、加速度センサ１００を固定するためのものである。なお、ダイシングパッド２２の表面には、紫外線を照射することで、粘着性が低減される粘着材が塗布されている。
図６Ｈは、加速度センサ１００が複数形成された半導体基板Ｗおよび基体１４０にダイシングパッド２１を接続した状態を表す模式図である。
２）高分子系凝固剤２３の滴下
例えば２３℃で、液状の高分子系凝固剤２３を半導体基板Ｗおよび基体１４０に滴下し、少なくとも、半導体基板Ｗおよび基体１４０の内部、具体的には、重量部１３２と台座１３１との間、重量部１３２と基体１４０との間、及び接続部１１３ａ〜１１３ｄと基体１４０との間に介在させる（図６Ｉ）。
前記高分子系凝固剤は、半導体基板Ｗおよび基体１４０の内部のみならず、表面上にも充填されることが好ましい。ダイシング時の切屑が、加速度センサ１００内（半導体基板Ｗおよび基体１４０の内部）に入ることをより確実に防止でき、また、ダイシング時に吹き付ける水等の圧力により、接続部１１３ａ〜１１３ｄ(梁部）が損傷することもより確実に防止できるからである。
例えば２３℃で、液状の高分子系凝固剤２３を半導体基板Ｗおよび基体１４０に滴下し、少なくとも、半導体基板Ｗおよび基体１４０の内部、具体的には、重量部１３２と台座１３１との間、重量部１３２と基体１４０との間、及び接続部１１３ａ〜１１３ｄと基体１４０との間に介在させる（図６Ｉ）。
前記高分子系凝固剤は、半導体基板Ｗおよび基体１４０の内部のみならず、表面上にも充填されることが好ましい。ダイシング時の切屑が、加速度センサ１００内（半導体基板Ｗおよび基体１４０の内部）に入ることをより確実に防止でき、また、ダイシング時に吹き付ける水等の圧力により、接続部１１３ａ〜１１３ｄ(梁部）が損傷することもより確実に防止できるからである。
本発明に用いる高分子系凝固剤２３としては、例えば、シリコーンオイル又はこれを主成分とするものを適用できる。シリコーンオイルとしては、例えば、オクタメチルシクロテトラシロキサン等の低分子シリコーンオイルないし４量体の環状シリコーンオイル、環状ポリジメチルシロキサン、環状ジメチルシリコーンオイル等が挙げられる。本実施の形態では、高分子系凝固剤２３として、オクタメチルシクロテトラシロキサン（東レ・ダウコーニング株式会社製、融点１７．５℃、沸点１７５℃）を使用した。この本実施の形態で使用した高分子系凝固剤２３は、０℃に近い水で冷却した場合でも凍結に要する時間が極めて短い。
後述する冷却による固化が容易なため、高分子系凝固剤２３の凝固点は、水（０℃）よりも高いことが好ましい。また、高分子系凝固剤２３の滴下が容易であるため、凝固点が常温付近であることがさらに好ましい。
後述する冷却による固化が容易なため、高分子系凝固剤２３の凝固点は、水（０℃）よりも高いことが好ましい。また、高分子系凝固剤２３の滴下が容易であるため、凝固点が常温付近であることがさらに好ましい。
３）ダイシングパッド２２が貼り付けられ、高分子系凝固剤２３が滴下された半導体基板Ｗおよび基体１４０をダイシング装置（図示せず）のステージ２７にセット（載置）し、冷却して高分子系凝固剤２３を凍結固化する。（図６Ｊ）。
冷却手段は、特に限定されるものではなく、例えば、ステージ２７内部に流体通路（図示せず）を形成し、この流体通路に例えば０℃に近い水等の冷却媒体を流通させて、高分子系凝固剤２３を凝固点以下まで冷却することができる。
冷却手段は、特に限定されるものではなく、例えば、ステージ２７内部に流体通路（図示せず）を形成し、この流体通路に例えば０℃に近い水等の冷却媒体を流通させて、高分子系凝固剤２３を凝固点以下まで冷却することができる。
４）半導体基板Ｗおよび基体１４０にダイシングソー等で切れ込みを入れ、切片を形成する（図６Ｋ）。このとき、例えば０℃に近い水等の冷却液を用い、切断箇所の加熱を制限する。
ダイシング後、ダイシング装置から半導体基板Ｗおよび基体１４０を取り出し、例えば０℃に近い水等で、ダイシング時の切屑を洗い流し、半導体基板Ｗおよび基体１４０を洗浄する。
ダイシング後、ダイシング装置から半導体基板Ｗおよび基体１４０を取り出し、例えば０℃に近い水等で、ダイシング時の切屑を洗い流し、半導体基板Ｗおよび基体１４０を洗浄する。
５）高分子系凝固剤２３の液化又は昇華
高分子系凝固剤２３を液化又は昇華させて除去する（図６Ｌ）。
この高分子系凝固剤２３の液化又は昇華は、例えば、ａ．半導体基板Ｗおよび基体１４０を加熱プレートに載せて、例えば１００℃に加熱して液化させる、ｂ．例えば２３℃で、Ｎ２ガス等を吹き付けて昇華させる、ｃ．例えば２３℃で、真空引きして昇華させる等により可能である。これらの方法によって、容易かつ短時間に高分子系凝固剤２３を加速度センサ１００内から除去することができる。
高分子系凝固剤２３を液化又は昇華させて除去する（図６Ｌ）。
この高分子系凝固剤２３の液化又は昇華は、例えば、ａ．半導体基板Ｗおよび基体１４０を加熱プレートに載せて、例えば１００℃に加熱して液化させる、ｂ．例えば２３℃で、Ｎ２ガス等を吹き付けて昇華させる、ｃ．例えば２３℃で、真空引きして昇華させる等により可能である。これらの方法によって、容易かつ短時間に高分子系凝固剤２３を加速度センサ１００内から除去することができる。
６）加速度センサ１００の取り出し
突き出しピン２４で基体１４０の下面を押して、加速度センサ１００（切片）を基板Ｗから持ち上げ、真空チャック２５の吸引口２６で吸引する（図６Ｍ、図６Ｎ）。このとき、ダイシングパッド２２の粘着剤に紫外線（ＵＶ）を照射して、その粘着性を低減し、加速度センサ１００がダイシングパッド２２から容易に離間されるようにする。なお、真空チャック２５で吸引せずに、ロボット等によって加速度センサ１００（切片）を拾い上げてもよい。
突き出しピン２４で基体１４０の下面を押して、加速度センサ１００（切片）を基板Ｗから持ち上げ、真空チャック２５の吸引口２６で吸引する（図６Ｍ、図６Ｎ）。このとき、ダイシングパッド２２の粘着剤に紫外線（ＵＶ）を照射して、その粘着性を低減し、加速度センサ１００がダイシングパッド２２から容易に離間されるようにする。なお、真空チャック２５で吸引せずに、ロボット等によって加速度センサ１００（切片）を拾い上げてもよい。
以上のように、本実施形態の加速度センサ１００の製造方法によれば、ダイシング時に、少なくとも、加速度センサ１００内、具体的には、重量部１３２と台座１３１との間、重量部１３２と基体１４０との間、及び接続部１１３ａ〜１１３ｄと基体１４０との間に凍結固化させた高分子系凝固剤２３を充填している。そのため、ダイシング時の切屑が、加速度センサ１００内の重量部１３２の変位を可能とする空間に入ることを有効に防止できる。ダイシング時の切屑により加速度の検出が阻害されることを防止できるので、加速度センサ１００の製造歩留まりを向上させることが可能である。また、加速度センサ１００内のみならず加速度センサ１００の表面（上面）を覆うように高分子系凝固剤２３を充填すれば、ダイシング時の切屑が、加速度センサ１００内に入ることをより確実に防止でき、加速度センサ１００の製造歩留まりをより向上させることができる。
また、ダイシング時に、接続部１１３ａ〜１１３ｄと基体１４０との間に凍結固化させた高分子系凝固剤２３を充填し、接続部１１３ａ〜１１３ｄを補強している。そのため、ダイシング時に切断箇所の加熱を制限するために吹き付ける水等の圧力により、接続部１１３ａ〜１１３ｄ(梁部）が損傷することを有効に防止でき、加速度センサ１００の製造歩留まりを向上させることが可能である。また、加速度センサ１００内のみならず接続部１１３ａ〜１１３ｄの表面を覆うように高分子系凝固剤２３を充填すれば、より強固に接続部１１３ａ〜１１３ｄを補強できるため、吹き付ける水等の圧力による接続部１１３ａ〜１１３ｄ(梁部）の損傷をより確実に防止でき、加速度センサ１００の製造歩留まりをより向上させることができる。
また、高分子系凝固剤２３の凝固点が、０℃よりも高い場合には、冷却温度が０℃より高くても、加速度センサ１００内等に充填された高分子系凝固剤２３を凍結固化させることが可能である。そのため、例えばダイシング装置のステージ２７等の内部に流体通路を形成し、この流体通路に水を流通させて、高分子系凝固剤２３を固化させることができるため、装置コスト等を極めて安価にすることが可能である。
また、本実施の形態で使用した高分子凝固剤２３は、凍結に要する時間が極めて短い。また、高分子系凝固剤２３の凝固点よりも高い温度にして、高分子系凝固剤２３を固相から液相等の状態にすることにより、容易かつ短時間に高分子系凝固剤２３を加速度センサ１００内から除去することができる。そのため、能率的な加速度センサ１００の製造が可能である。
また、本実施の形態で使用した高分子凝固剤２３は、凍結に要する時間が極めて短い。また、高分子系凝固剤２３の凝固点よりも高い温度にして、高分子系凝固剤２３を固相から液相等の状態にすることにより、容易かつ短時間に高分子系凝固剤２３を加速度センサ１００内から除去することができる。そのため、能率的な加速度センサ１００の製造が可能である。
（その他の実施形態）
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張、変更可能であり、拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張、変更可能であり、拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
１００ 加速度センサ
１１０ 第１の構造体
１１１ 固定部
１１２ 変位部
１１３ａ〜１１３ｄ 接続部
１１５ 開口部
１２０ 接合部
１２１ 接合部
１２２ 接合部
１３０ 第２の構造体
１３１ 台座
１３２（１３２a-１３３ｅ） 重量部
１３３ 開口部
１３４ 突出部
１４０ 基体
１４１ 接合防止層
Ｒｘ１-Ｒｘ４，Ｒｙ１-Ｒｙ４，Ｒｚ１-Ｒｚ４ ピエゾ抵抗素子
２２ ダイシングパッド
２３ 高分子系凝固剤
２４ 突き出しピン
２５ 真空チャック
２６ 吸引口
２７ ステージ
１１０ 第１の構造体
１１１ 固定部
１１２ 変位部
１１３ａ〜１１３ｄ 接続部
１１５ 開口部
１２０ 接合部
１２１ 接合部
１２２ 接合部
１３０ 第２の構造体
１３１ 台座
１３２（１３２a-１３３ｅ） 重量部
１３３ 開口部
１３４ 突出部
１４０ 基体
１４１ 接合防止層
Ｒｘ１-Ｒｘ４，Ｒｙ１-Ｒｙ４，Ｒｚ１-Ｒｚ４ ピエゾ抵抗素子
２２ ダイシングパッド
２３ 高分子系凝固剤
２４ 突き出しピン
２５ 真空チャック
２６ 吸引口
２７ ステージ
Claims (5)
- 第１の半導体材料からなる第１の層、酸化物からなる第２の層、および第２の半導体材料からなる第３の層が順に積層されてなる半導体基板の前記第１の層をエッチングして、開口を有する固定部と、この開口内に配置され、かつ前記固定部に対して変位する変位部と、前記固定部と前記変位部とを接続する接続部と、を有する第１の構造体を形成するステップと、
前記第３の層をエッチングして、前記変位部に接合される重量部と、前記重量部を囲んで配置され、かつ前記固定部に接合される台座と、を有する第２の構造体を形成するステップと、
前記第２の構造体の底面に基体を接合して、前記第１、第２の構造体、および基体を含む接合部材を形成するステップと、
凝固点が０℃より高いシリコーンオイル又はこれを主成分とする高分子系凝固剤を、前記接合部材の内部に充填させるステップと、
前記充填された高分子系凝固剤を冷却して固化させるステップと、
前記第１、第２の構造体が作成された領域に対応して前記接合部材を切断し、前記固化された高分子系凝固剤が充填された接合部材の切片を形成するステップと、
前記固化した前記高分子系凝固剤を液化又は昇華させて、前記切片内から除去するステップと、
を有することを特徴とする加速度センサの製造方法。 - 前記基体の底面に粘着性の膜を貼り付けるステップと、
前記領域に対応するように前記膜の底面を押圧して、前記切片を押し出すステップと、
前記押し出された切片を吸引する又は拾い上げるステップと、
をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の加速度センサの製造方法。 - 前記高分子系凝固剤を充填させるステップにおいて、前記接合部材の内部及び表面上に前記高分子系凝固剤が充填されることを特徴とする請求項１又は２に記載の加速度センサの製造方法。
- 前記接合部材の内部が、少なくとも、前記重量部と前記台座との間、前記重量部と前記基体との間、及び前記接続部と前記基体との間であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の加速度センサの製造方法。
- 前記第１、第２の半導体材料がいずれもシリコンであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の加速度センサの製造方法。
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