JP3966155B2 - 可動部を有する構造体の製造方法 - Google Patents
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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ＳｉＯ2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所定の変位方向に可動な可動部（１０〜３０）および固定部（４０〜６０）が形成され、可動部は、所定の変位方向に可動な櫛歯状の可動電極（２０）を有し、固定部は、各々の可動電極と対向配置されて櫛歯状の可動電極にかみ合うように形成された櫛歯状の固定電極（４０、５０）を有し、さらに可動電極用の電極パッドおよび固定電極用の電極パッドを備えてなる構造体の製造方法において、可動電極と該可動電極の変位方向に所定の検出間隔を有して該可動電極に対向する固定電極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）を形成しつつ溝を形成して可動部および固定部のパターンを形成する工程と、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、可動電極用の電極パッドおよび固定電極用の電極パッドから固定部材に電流を流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】
なお、請求項１に記載の発明において、請求項２に記載の発明のように、可動部および固定部のパターンを形成しつつ固定部材を形成する工程は、基板の表面に熱酸化膜（２４０）を形成し、熱酸化膜のうち最終的に可動電極および固定電極となる部分に開口部（２４１）を形成した後、熱酸化膜の表面に金属膜を形成し、この金属膜を可動電極と固定電極とに跨って橋渡しされた形状となるようにエッチングすることにより固定部材を形成し、この後、熱酸化膜を除去して固定部材を該固定部材の中間部が基板から浮き上がったブリッジ形状にし、さらに溝を形成することにより可動部および固定部のパターンを形成するようにできる。
【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ＳＦ6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ＣＦ4等のエッチャントを用いたエッチングにより、ＳｉＯ2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が良い。
【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、ＳＦ6、ＣＦ4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。
【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ＳｉＯ2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所定の変位方向に可動な可動部（１０〜３０）および固定部（４０〜６０）が形成され、可動部は、所定の変位方向に可動な櫛歯状の可動電極（２０）を有し、固定部は、各々の可動電極と対向配置されて櫛歯状の可動電極にかみ合うように形成された櫛歯状の固定電極（４０、５０）を有し、さらに可動電極用の電極パッドおよび固定電極用の電極パッドを備えてなる構造体の製造方法において、可動電極と該可動電極の変位方向に所定の検出間隔を有して該可動電極に対向する固定電極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）を形成しつつ溝を形成して可動部および固定部のパターンを形成する工程と、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、可動電極用の電極パッドおよび固定電極用の電極パッドから固定部材に電流を流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】
なお、請求項１に記載の発明において、請求項２に記載の発明のように、可動部および固定部のパターンを形成しつつ固定部材を形成する工程は、基板の表面に熱酸化膜（２４０）を形成し、熱酸化膜のうち最終的に可動電極および固定電極となる部分に開口部（２４１）を形成した後、熱酸化膜の表面に金属膜を形成し、この金属膜を可動電極と固定電極とに跨って橋渡しされた形状となるようにエッチングすることにより固定部材を形成し、この後、熱酸化膜を除去して固定部材を該固定部材の中間部が基板から浮き上がったブリッジ形状にし、さらに溝を形成することにより可動部および固定部のパターンを形成するようにできる。
【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ＳＦ6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ＣＦ4等のエッチャントを用いたエッチングにより、ＳｉＯ2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が良い。
【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、ＳＦ6、ＣＦ4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。
Claims (2)
- 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所定の変位方向に可動な可動部（１０〜３０）および固定部（４０〜６０）が形成され、前記可動部は、前記所定の変位方向に可動な櫛歯状の可動電極（２０）を有し、前記固定部は、各々の前記可動電極と対向配置されて前記櫛歯状の可動電極にかみ合うように形成された櫛歯状の固定電極（４０、５０）を有し、さらに前記可動電極用の電極パッドおよび前記固定電極用の電極パッドを備えてなる構造体の製造方法において、
前記可動電極と該可動電極の前記変位方向に所定の検出間隔を有して該可動電極に対向する前記固定電極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）を形成しつつ前記溝を形成して前記可動部および前記固定部のパターンを形成する工程と、
前記可動部となる部分を前記基板からリリースさせる工程と、
しかる後、前記可動電極用の電極パッドおよび前記固定電極用の電極パッドから前記固定部材に電流を流して前記固定部材を溶断する工程とを行うことを特徴とする可動部を有する構造体の製造方法。 - 前記可動部および前記固定部のパターンを形成しつつ前記固定部材を形成する工程では、前記基板の表面に熱酸化膜（２４０）を形成し、前記熱酸化膜のうち最終的に前記可動電極および固定電極となる部分に開口部（２４１）を形成した後、前記熱酸化膜の表面に金属膜を形成し、この金属膜を前記可動電極と前記固定電極とに跨って橋渡しされた形状となるようにエッチングすることにより前記固定部材を形成し、この後、前記熱酸化膜を除去して前記固定部材を該固定部材の中間部が前記基板から浮き上がったブリッジ形状にし、さらに前記溝を形成することにより前記可動部および前記固定部のパターンを形成することを特徴とする請求項１に記載の可動部を有する構造体の製造方法。
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