JP4122572B2 - 半導体力学量センサの製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、梁構造の可動部を有し、例えば、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】
本出願人は、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を先に提案した(特願平8−19192号)。
図22に、その加速度センサの平面図を示す。また、図23乃至図26に、図22におけるA−A断面図、B−B断面図、C−C断面図、D−D断面図をそれぞれ示す。
【0003】
図22、図23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)よりなる梁構造体2が配置されている。梁構造体2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。
【0004】
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が架設されており、この質量部6には、上下に貫通する透孔6aが設けられている。さらに、質量部6における一方の側面(図22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。また、質量部6における他方の側面(図22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。可動電極7a〜7d、8a〜8dは、等間隔で平行に延びる櫛歯状の形状になっている。
【0005】
基板1の上面には第1の固定電極9a、9b、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、10b、10c、10dにより支持されており、基板1の上面に所定間隔を隔てた位置に配置されて梁構造体2の各可動電極7a〜7dの一方の側面と対向している。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、基板1の上面に所定間隔を隔てた位置に配置されて梁構造体2の各可動電極7a〜7dの他方の側面に対向している。
【0006】
同様に、基板1の上面には第1の固定電極13a、13b、13c、13dおよび第2の固定電極15a、15b、15c、15dが固定されている。第1の固定電極13a〜13dは、基板1側から突出するアンカー部14a、14b、14c、14dにより支持されており、基板1の上面に所定間隔を隔てた位置に配置されて梁構造体2の各可動電極8a〜8dの一方の側面と対向している。また、第2の固定電極15a〜15dは、基板1側から突出するアンカー部16a、16b、16c、16dにより支持されており、基板1の上面に所定間隔を隔てた位置に配置されて梁構造体2の各可動電極8a〜8dの一方の側面と対向している。
【0007】
基板1は、図23に示すように、シリコン基板17の上に、ポリシリコン薄膜18、下層側絶縁体薄膜19と導電性薄膜20と上層側絶縁体薄膜21とを積層した構造となっている。下層側絶縁体薄膜19は、シリコン酸化膜よりなり、上層側絶縁体薄膜21は、シリコン窒化膜よりなる。また、導電性薄膜20はリン等の不純物をドーピングしたポリシリコン薄膜よりなる。
【0008】
また、図22、図23に示すように、導電性薄膜20により、4つの配線パターン22、23、24、25、および下部電極26が形成されている。配線パターン22〜25は、それぞれ、固定電極9a〜9d、11a〜11d、13a〜13dおよび15a〜15dの配線であり、帯状をなし、かつ、L字状に延設されている。
【0009】
さらに、基板1の上面には、電極取出部27a、27b、27c、27dが形成されている。これら電極取出部27〜27dは、基板1から突出するアンカー部28a、28b、28c、28dにより支持されている。そして、電極取出部27aは、図24、図25に示すように、アンカー部28aを介して配線パターン22と電気的に接続されている。同様に、電極取出部27b、27c、27dは、それぞれアンカー部28b、28c、28dを介して配線パターン23、24、25と電気的に接続されている。なお、図22乃至図25には図示してないが、アンカー部3aの上方、電極取出部27a、27b、27c、27dの上面には、電極部としてのアルミ薄膜よりなる金属電極(ボンディングパッド)がそれぞれ設けられている。
【0010】
上記した構成において、梁構造体2の可動電極7a〜7dと第1の固定電極9a〜9dとの間には第1のコンデンサが、また、梁構造体2の可動電極7a〜7dと第2の固定電極11a〜11dとの間には第2のコンデンサが形成されている。同様に、梁構造体2の可動電極8a〜8dと第1の固定電極13a〜13dとの間に第1のコンデンサが、また、梁構造体2の可動電極8a〜8dと第2の固定電極15a〜15dとの間に第2のコンデンサが形成されている。
【0011】
ここで、可動電極7a〜7d(8a〜8d)は、両側の固定電極9a〜9d(13a〜13d)と11a〜11d(15a〜15d)の中心に位置し、可動電極と固定電極間の静電容量C1、C2は等しい。また、可動電極7a〜7d(8a〜8d)と固定電極9a〜9d(13a〜13d)間には電圧V1が、可動電極7a〜7d(8a〜8d)と固定電極11a〜11d(15a〜15d)間には電圧V2が印加されている。
【0012】
加速度が生じていないときには、V1=V2であり、可動電極7a〜7d(8a〜8d)は、固定電極9a〜9d(13a〜13d)と11a〜11d(15a〜15d)から等しい静電気力で引かれている。
そして、加速度が基板表面に平行な方向に作用し、可動電極7a〜7d(8a〜8d)が変位すると、可動電極と固定電極との間の距離が変わり静電容量C1、C2が等しくなくなる。このとき、静電気力が等しくなるように、例えば可動電極7a〜7d(8a〜8d)が固定電極9a〜9d(13a〜13d)側に変位したとすると、電圧V1が下がり、電圧V2が上がる。これにより静電気力で固定電極11a〜11d(15a〜15d)側に可動電極7a〜7d(8a〜8d)は引かれる。可動電極7a〜7d(8a〜8d)が中心位置に戻り静電容量C1、C2が等しくなれば、加速度と静電気力が等しく釣り合っており、このときの電圧V1、V2から加速度の大きさを求めることができる。
【0013】
このように、第1のコンデンサと第2のコンデンサにおいて、力学量の作用による変位に対して、可動電極が変位しないように第1と第2のコンデンサを形成している固定電極の電圧を制御し、その電圧の変化で加速度を検出する。
次に、上記した加速度センサの製造方法について、図22中のE−E断面を用いた工程図に従って説明する。
【0014】
まず、図27に示すように、単結晶シリコン基板60を用意し、このシリコン基板60に溝61をパターン形成する。そして、シリコン基板60に対し静電容量検出を行うための電極とするためにリン拡散等により不純物を導入する。その後、図28に示すように、シリコン基板60の上に犠牲層用薄膜としてのシリコン酸化膜62を成膜し、さらに、シリコン酸化膜62の表面を平坦化する。
【0015】
次に、図29に示すように、シリコン酸化膜62の一部をエッチングして凹部63を形成した後、犠牲層エッチング時のエッチングストッパとなるシリコン窒化膜64を成膜する。そして、シリコン窒化膜64とシリコン酸化膜62との積層体に対し、アンカー部を形成する領域に、開口部65a、65b、65cを形成する。
【0016】
引き続き、図30に示すように、開口部65a〜65cおよびシリコン窒化膜64の上にポリシリコン薄膜66を成膜し、その後、リン拡散等により不純物を導入して導電性薄膜とし、さらに、フォトリソグラフィを経て配線パターン66aと下部電極66bとアンカー部66cを形成する。
そして、図31に示すように、ポリシリコン薄膜66およびシリコン窒化膜64の上にシリコン酸化膜67を成膜する。さらに、図32に示すように、シリコン酸化膜67の上に貼り合わせ用薄膜としてのポリシリコン薄膜68を成膜し、貼り合わせのためにポリシリコン薄膜68の表面を機械的研磨等により平坦化する。
【0017】
次に、図33に示すように、シリコン基板60とは別の単結晶シリコン基板69を用意し、ポリシリコン薄膜68の表面と第2の半導体基板としてのシリコン基板69とを貼り合わせる。
さらに、図34に示すように、シリコン基板60、69を表裏逆にして、シリコン基板60側を機械的研磨等により研磨等を行い薄膜化する。つまり、シリコン基板60を所望の厚さまで研磨する。この際、図27に示したように、トレンチエッチングにより形成した溝深さまで研磨を行うと、シリコン酸化膜62の層が出現するため、研磨における硬度が変化し、研磨の終点を容易に検出することができる。
【0018】
この後、図35に示すように、層間絶縁膜70を成膜し、フォトリソグラフィを経てドライエッチング等によりコンタクトホールを形成する。そして、層間絶縁膜70の上の所定領域にシリコン窒化膜71を形成し、さらに電極部としてのアルミ電極72を成膜・フォトリソグラフィを経て形成する。
最後に、図36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に梁構造体および固定電極を形成する。
【0019】
このようにして、貼り合わせ基板を用いた加速度センサを形成することができる。
【0020】
【発明が解決しようとする課題】
上述した加速度センサの製造方法においては、最初にシリコン基板60に溝61を形成し、最終工程において溝61内に埋め込まれたシリコン酸化膜62をエッチング除去することによって、シリコン基板60に梁構造体と固定電極を形成している。
【0021】
しかしながら、溝61内にシリコン酸化膜62を埋め込むためには、溝61の溝幅をシリコン酸化膜62の2倍より小さくしなければならない。このため、加速度センサの構造パラメータである、梁構造体の梁幅、可動電極と固定電極間のギャップなどが、溝61の溝幅によって制約を受けてしまうことになる。
また、このような問題は、後述するヨーレートセンサにおいても同様に発生する。
【0022】
本発明は上記問題に鑑みたもので、貼り合わせ基板を用いて梁構造体を有する力学量センサを製造する場合に、梁構造体と固定電極の形成に必要な溝の幅に対しその設定の自由度を大きくできるようにすることを目的とする。
【0023】
【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、第1の半導体基板にアライメント用の溝を形成し、この後、前記第1の半導体基板の上に犠牲層用薄膜を形成し、前記アライメント用の溝を埋め込む工程と、前記犠牲層薄膜に開口部を形成して、少なくともその開口部に前記第1、第2のアンカー部を構成する膜を形成する工程と、前記第1の半導体基板の前記犠牲層薄膜が形成された側の全面に、貼り合わせ用薄膜を形成して、その表面を平坦化する工程と、前記平坦化された貼り合わせ用薄膜と第2の半導体基板とを貼り合わせる工程と、この貼り合わせ後、前記第1の半導体基板を研磨して前記アライメント用の溝内に形成された前記犠牲層薄膜を露出させ、この後、前記アライメント用の溝内に形成された前記犠牲層薄膜をアライメントマークとして前記第1の半導体基板に前記梁構造体および前記固定電極を画定するための溝をトレンチエッチングにより形成する工程と、前記梁構造体および前記固定電極を画定するための溝を介して前記犠牲層用薄膜をエッチング除去し、前記第1の半導体基板に前記梁構造体および前記固定電極を形成する工程とを有することを特徴としている。
【0024】
このような製造方法を用いることにより、梁構造体と固定電極の形成に必要な溝内を犠牲層用薄膜で埋めることがないため、溝の幅を設定する場合の自由度を大きくすることができる。
【0026】
また、請求項2に記載の発明においては、第1の半導体基板にアライメント用の溝を形成し、その溝を、前記犠牲層用薄膜よりも前記第1の半導体基板に研磨速度が近い部材により埋め込み、この後、前記第1の半導体基板の上に犠牲層用薄膜を形成する工程と、前記犠牲層薄膜に開口部を形成して、少なくともその開口部に前記第1、第2のアンカー部を構成する膜を形成する工程と、前記第1の半導体基板の前記犠牲層薄膜が形成された側の全面に、貼り合わせ用薄膜を形成して、その表面を平坦化する工程と、前記平坦化された貼り合わせ用薄膜と第2の半導体基板とを貼り合わせる工程と、この貼り合わせ後、前記第1の半導体基板を研磨して前記アライメント用の溝内に形成された前記部材を露出させ、この後、前記アライメント用の溝内に形成された前記部材をアライメントマークとして前記第1の半導体基板に前記梁構造体および前記固定電極を画定するための溝をトレンチエッチングにより形成する工程と、前記梁構造体および前記固定電極を画定するための溝を介して前記犠牲層用薄膜をエッチング除去し、前記第1の半導体基板に前記梁構造体および前記固定電極を形成する工程とを有することを特徴とする。この場合、請求項1に記載の発明のように犠牲層薄膜でアライメントマークを形成した場合に比べて第1のシリコン基板の表面を研磨する際の研磨だれを少なくすることができる。犠牲層用薄膜よりも第1の半導体基板に研磨速度が近い部材としては、請求項3に記載の発明のように、ポリシリコンを用いることができる。
【0027】
また、請求項4に記載の発明においては、アライメント用の溝をトレンチエッチングにより形成し、この後、アライメント用の溝の表面の歪みを除去する工程を設けたことを特徴としている。このような歪みを除去する工程を設けることによって、アライメント用の溝を埋め込む際の応力による影響を低減することができる。
【0028】
この歪みを除去する工程としては、請求項5に記載の発明のように、熱酸化を行い、この熱酸化によって形成された熱酸化膜を除去する工程とする他、請求項6に記載の発明のように、高温アニールを行う工程とすることができる。
【0029】
【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。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態を示す加速度センサの製造方法を、図1乃至図10に示す工程図に従って説明する。
【0030】
なお、加速度センサの構成は、図22乃至図26に示したのと同じであり、図1乃至図10の工程図は、図22中のE−E断面を示している。
まず、図1に示すように、単結晶シリコン基板(第1の半導体基板)40を用意し、このシリコン基板40に対し静電容量検出を行うための電極とするためにリン拡散等により不純物を導入する。この後、シリコン基板40にアライメント用の溝40aをトレンチエッチングにて形成する。そして、シリコン基板40の上に犠牲層用薄膜としてのシリコン酸化膜41を成膜し、溝40aを埋め込む。
【0031】
次に、図2に示すように、シリコン酸化膜41の一部をエッチングして凹部42を形成した後、犠牲層エッチング時のエッチングストッパとなるシリコン窒化膜(第1の絶縁体薄膜)43を成膜する。そして、シリコン窒化膜43とシリコン酸化膜41との積層体に対し、アンカー部を形成する領域に、開口部44a、44b、44cを形成する。
【0032】
引き続き、図3に示すように、開口部44a〜44cおよびシリコン窒化膜43の上に、アンカー部を構成する膜としてポリシリコン薄膜45を成膜し、その後、リン拡散等により不純物を導入して導電性薄膜とし、さらに、フォトリソグラフィを経て配線パターン45aと下部電極45bとアンカー部45cを形成する。
【0033】
そして、図4に示すように、ポリシリコン薄膜45およびシリコン窒化膜43の上にシリコン酸化膜(第2の絶縁体薄膜)46を成膜する。さらに、図5に示すように、シリコン酸化膜46の上に貼り合わせ用薄膜としてのポリシリコン薄膜47を成膜し、貼り合わせのためにポリシリコン薄膜47の表面を機械的研磨等により平坦化する。
【0034】
次に、図6に示すように、シリコン基板40とは別の単結晶シリコン基板(第2の半導体基板)48を用意し、ポリシリコン薄膜47の表面と第2の半導体基板としてのシリコン基板48とを貼り合わせる。
さらに、図7に示すように、シリコン基板40、48を表裏逆にして、シリコン基板40側を機械的研磨等により研磨等を行い薄膜化する。つまり、シリコン基板40を所望の厚さまで研磨する。この際、図1に示したように、トレンチエッチングにより形成した溝40aの深さまで、すなわち溝40aが露出するまで研磨を行うと、シリコン酸化膜41の層が出現するため、研磨における硬度が変化し、研磨の終点を容易に検出することができる。また、アライメント用の溝40a内に形成されたシリコン酸化膜41をアライメントマークとして、以下に示す工程の成膜およびトレンチエッチングが行われる。
【0035】
そして、図8に示すように、層間絶縁膜51を成膜し、フォトリソグラフィを経てドライエッチング等によりコンタクトホールを形成する。さらに、層間絶縁膜51の上の所定領域にシリコン窒化膜52を形成し、電極部としてのアルミ電極53を成膜・フォトリソグラフィを経て形成する。
この後、図9に示すように、マスク材54を用い、梁構造体のパターンのホトリソグラフィ経て、梁構造体を形成する。つまり、シリコン基板40に梁構造体および固定電極を画定するための溝55をトレンチエッチングにより形成する。このとき、エッチングは、フォトレジストのようなソフトマスク、あるいは酸化膜のようなハードマスクを用いて行う。
【0036】
最後に、図10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41をエッチング除去して、シリコン基板40を可動構造とし、シリコン基板40に梁構造体および固定電極を形成する。この際、エッチング後の乾燥工程で可動部が基板に固着するのを防止するため、バラジクロルベンゼン等の昇華剤を用いる。
【0037】
なお、この犠牲層エッチングにおいて、アンカー部45cはポリシリコンよりなるため、アンカー部45cにおいてエッチングが停止する。すなわち、犠牲層用薄膜としてシリコン酸化膜を用い、アンカー部としてポリシリコン薄膜を用いた本実施形態においては、シリコン酸化膜はHFにて溶けるがポリシリコン薄膜は溶けないので、HF系エッチング液の濃度や温度を正確に管理したりエッチングの終了を正確なる時間管理にて行う必要はなく、製造が容易になる。
【0038】
このようにして、貼り合わせ基板を用いた加速度センサを形成することができる。
上記した実施形態においては、電極部としてアルミ電極53を形成した後、シリコン基板40に梁構造体および固定電極を画定するための溝55を形成し、この溝55を介して犠牲層用薄膜としてのシリコン酸化膜41をエッチング除去するようにしているから、溝55の幅を設定する場合の自由度を大きくすることができ、加速度センサを構造設計する場合の制約を少なくすることができる。
(第2実施形態)
上記第1実施形態では、本発明を、加速度センサの製造方法に適用するものについて説明したが、ヨーレートセンサの製造方法にも同様に適用することができる。
【0039】
図11にヨーレートセンサの模式的な平面構成を示す。ヨーレートセンサは、基板80の上面に梁構造体(可動構造体)81、82を備え、両梁構造体81、82を逆相にて励振させ、差動検出を行ってヨーレートを検出するようにしている。
梁構造体81は、基板80側から突出する4つのアンカー部83a、83b、83c、83dにより架設されており、基板80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。
【0040】
アンカー部83aとアンカー部83cの間には、梁部84が架設されており、アンカー部83bとアンカー部83dとの間には、梁部85が架設されている。
また、梁部84と梁部85との間には、質量部(マス部)86が架設されている。この質量部86には、上下に貫通する透孔86aが設けられており、一方の側面からは櫛歯状の励振用可動電極87が突出し、他方の側面からは櫛歯状の励振用可動電極88が突出した構造となっている。これら可動電極87、88は、棒状をなし、等間隔をおいて平行に延びている。
【0041】
梁構造体82も、梁構造体81と同様の構成となっている。
また、基板80の上面には櫛歯状の励振用固定電極90、91、92が配置されており、各固定電極90、91、92は、基板80側から突出するアンカー部により支持されており、梁構造体81、82の各可動電極87、88と対向するように櫛歯状の形状となっている。
【0042】
さらに、基板80の上面部において、梁構造体81、82における質量部86と対向する領域に、下部電極(ヨーレート検出用固定電極)93、94がそれぞれ形成されている。
上記した構成において、梁構造体81の可動電極87と固定電極90との間、および梁構造体81の可動電極88と固定電極91との間に、逆相の駆動電圧を印加すると、電極間の静電気力により、梁構造体81が基板80の表面に平行な方向に振動する。同様に、梁構造体82の可動電極87と固定電極91との間、および梁構造体82の可動電極88と固定電極92との間に、逆相の駆動電圧を印加すると、電極間の静電気力により、梁構造体82が基板80の表面に平行な方向に振動する。
【0043】
このとき、図に示す方向にヨーΩが発生すると、梁構造体81、82の質量部86に対し基板80の表面に垂直な方向にコリオリ力が生じる。ここで、コリオリ力fcは梁構造体81、82の質量部86の質量m、振動の速度V、ヨーΩに依存し、数式1で表される。
【0044】
【数1】
fc=2mVΩ
そして、梁構造体81、82の励振中において、コリオリ力fcにより梁構造体81、82の質量部86が変位すると、この変位が、梁構造体81、82と下部電極93、94との間に形成されるコンデンサの容量(静電容量)変化として検出される。
【0045】
ここで、梁構造体81、82の振動の位相を180度ずらすことにより、梁構造体81、82の質量部86の変位方向を逆にし、差動検出を行って精度よくヨーレートを検出することができる。
次に、上記したヨーレートセンサの製造方法について、図11中のF−F断面を用いて説明する。
【0046】
まず、図12に示すように、単結晶のN型のシリコン基板(第1の半導体基板)100を用意し、このシリコン基板100にアライメント用の溝100aをトレンチエッチングにより形成する。この後、シリコン基板100の上に、犠牲層用薄膜としてのシリコン酸化膜101をCVD法等により成膜する。
次に、図13に示すように、シリコン酸化膜101の一部をエッチングして凹部102を形成する。この凹部102は、後述する犠牲層エッチング工程において、梁構造体が表面張力等で基板に付着する場合に、その付着面積を減らす突起を設けるために形成する。さらに、シリコン酸化膜101の上に、犠牲層エッチング時のエッチングストッパとなるシリコン窒化膜(第1の絶縁体薄膜)103を成膜する。そして、シリコン窒化膜103とシリコン酸化膜101と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等によりアンカ部形成領域に開口部104を形成する。なお、このとき形成される開口部は、梁構造体81、82および固定電極90、91、92の全てのアンカ部に対して形成される。
【0047】
引き続き、図14に示すように、開口部104およびシリコン窒化膜103の上に、アンカー部を構成する膜としてポリシリコン薄膜を0.5〜2μm程度の膜厚で成膜し、その成膜中または成膜後に不純物を導入して導電性薄膜とする。さらに、そのポリシリコン薄膜をフォトリソグラフィを経てパターニングして、開口部104およびシリコン窒化膜103の上の所定領域に不純物ドープトポリシリコン薄膜105を形成する。この後、ポリシリコン薄膜105上に窒化膜106を形成する。
【0048】
なお、ポリシリコン薄膜のフォトリソグラフィ工程において、ポリシリコン薄膜が薄い(0.5〜2μm)ので、ポリシリコン薄膜の下でのシリコン窒化膜103の開口部104の形状を透視することができ、フォトマスク合わせを正確に行うことができる。
そして、図15に示すように、窒化膜106の上に、シリコン酸化膜(第2の絶縁体薄膜)107を成膜する。
【0049】
さらに、図16に示すように、シリコン酸化膜107の上に、貼り合わせ用薄膜としてのポリシリコン薄膜108を成膜し、貼り合わせのためにポリシリコン薄膜108の表面を機械的研磨等により平坦化する。
次に、図17に示すように、シリコン基板100とは別の単結晶シリコン基板(第2の半導体基板)109を用意し、ポリシリコン薄膜108とシリコン基板109とを貼り合わせる。
【0050】
さらに、図18に示すように、シリコン基板100、109を表裏逆にして、シリコン基板100側を機械的研磨等を行い薄膜化する。その際、シリコン基板100に形成した溝100aの深さまで、すなわち溝100aが露出するまで研磨を行うと、シリコン酸化膜101の層が出現し、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。また、アライメント用の溝100a内に形成されたシリコン酸化膜101をアライメントマークとして、以下に示す工程の成膜およびトレンチエッチングが行われる。
【0051】
そして、図19に示すように、層間絶縁膜110を成膜し、フォトリソグラフィを経てドライエッチング等によりコンタクトホールを形成する。そして、層間絶縁膜110の上の所定領域にシリコン窒化膜111を形成し、さらにアルミ電極112を成膜・フォトリソグラフィを経て形成する。
この後、図20に示すように、マスク材113を用い、梁構造体のパターンのホトリソグラフィ経て、梁構造体を形成する。つまり、シリコン基板100に梁構造体および固定電極を画定するための溝114をトレッチエッチングにより形成する。このとき、エッチングは、フォトレジストのようなソフトマスク、あるいは酸化膜のようなハードマスクを用いて行う。
【0052】
最後に、図21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101をエッチング除去して、シリコン基板100を可動構造とし、シリコン基板100に梁構造体および固定電極を形成する。この際、エッチング後の乾燥工程で可動部が基板に固着するのを防止するため、バラジクロルベンゼン等の昇華剤を用いる。
【0053】
このようにして、貼り合わせ基板を用いたヨーレートセンサを形成することができる。なお、図21に示すシリコン基板109〜シリコン窒化膜103までの部分にて図11に示す基板80を構成している。
この実施形態においても、電極部としてアルミ電極112を形成した後に、シリコン基板100に梁構造体および固定電極を画定するための溝114を形成し、この溝114を介して犠牲層用薄膜としてのシリコン酸化膜101をエッチング除去するようにしているから、溝114の幅を設定する場合の自由度を大きくすることができ、ヨーレートセンサを構造設計する場合の制約を少なくすることができる。
(第3実施形態)
上記した第1実施形態では、図1に示す工程においてシリコン基板40にアライメント用の溝40aをトレンチエッチングにて形成した後、溝40aをシリコン酸化膜41で埋め込むものを示した。
【0054】
しかしながら、本発明者らが上記した第1実施形態についてさらに検討を進めたところ、以下のような不具合があることがわかった。すなわち、シリコン基板40に溝40aをトレンチエッチングにて形成すると、溝40aの表面(側壁または底部)にはエッチングによる加工歪みが発生し、溝40aをシリコン酸化膜41で埋め込む際にウェハに応力が加わり、最悪の場合シリコン基板40にクラック等の破壊が生じる可能性がある。また、図7に示す工程において、シリコン基板40側を機械的研磨する場合、溝40aが露出するまで研磨を行うと、シリコン酸化膜より単結晶シリコンの方が研磨スピードが速いため、シリコン基板40により構造体を形成する部分がへこむ、つまり研磨だれを生じてでしまい、構造体部分の膜厚が不均一になって設計通りにセンサを形成することができないという問題がある。
【0055】
そこで、この実施形態においては上記した問題を解決する製造方法を示す。まず、図37に示すように、シリコン基板40にアライメント用の溝40aをトレンチエッチングにて形成する。次に、溝40aの表面に発生した加工歪みを除去する処理を行う。加工歪みを除去する第1の方法は、ウェハを熱酸化し加工歪みが発生している溝40aの表面に熱酸化膜を形成し、その熱酸化膜をHF等で完全に除去し、シリコン表面に発生している加工歪みや欠陥を熱酸化膜に変化させて取り去るものである。また、第2の方法は、ウェハを高温でアニールしシリコン結晶が再配列する際に、加工歪みや欠陥を除去するものである。この場合、ウェハ表面に形成されるシリコン酸化膜や窒化膜等を除去する。
【0056】
次に、図38に示すように、溝40aをポリシリコン31にて埋め込む。そして、図39に示すように、溝40aを埋め込んだポリシリコン以外のポリシリコンをエッチングにより除去する。この後、図40に示すように、シリコン基板40の上に犠牲層用薄膜としてのシリコン酸化膜41を成膜する。以後、第1実施形態における図2以降の工程を実施して加速度センサを製造する。
【0057】
この実施形態によれば、溝40aの表面にトレンチエッチングによって発生した加工歪みを除去する工程を設けているので、応力によるウェハの割れを防止することができる。また、溝40aをポリシリコン31にて埋め込んでいるので、第1実施形態のようにシリコン酸化膜41で埋め込んだ場合に比べて研磨だれを少なくすることができる。すなわち、ポリシリコンと単結晶シリコンでは、シリコン酸化膜と単結晶シリコンの場合に比べてエッチングレートの差が小さいため、研磨だれを少なくすることができる。
【0058】
なお、上記した実施形態においては、図39の工程において、溝40aを埋め込んだポリシリコン以外のポリシリコンをエッチングにより除去するものを示したが、その工程をなくし、図41に示すように、ポリシリコン31の上にシリコン酸化膜41を成膜するようにしてもよい。
また、溝40aを埋め込むものとしては、シリコン酸化膜よりも単結晶シリコンに研磨速度が近い部材、好ましくは単結晶シリコンと研磨速度が変わらない部材であれば、ポリシリコン以外のものを用いてもよい。
【0059】
さらに、上記した実施形態の製造方法は、第2実施形態のものにも同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態を示す加速度センサの製造方法を示す工程図である。
【図2】図1に続く工程を示す工程図である。
【図3】図2に続く工程を示す工程図である。
【図4】図3に続く工程を示す工程図である。
【図5】図4に続く工程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】図7に続く工程を示す工程図である。
【図9】図8に続く工程を示す工程図である。
【図10】図9に続く工程を示す工程図である。
【図11】本発明の第2実施形態おける、ヨーレートセンサの平面構成図である。
【図12】図11に示すヨーレートセンサの製造方法を示す工程図である。
【図13】図12に続く工程を示す工程図である。
【図14】図13に続く工程を示す工程図である。
【図15】図14に続く工程を示す工程図である。
【図16】図15に続く工程を示す工程図である。
【図17】図16に続く工程を示す工程図である。
【図18】図17に続く工程を示す工程図である。
【図19】図18に続く工程を示す工程図である。
【図20】図19に続く工程を示す工程図である。
【図21】図20に続く工程を示す工程図である。
【図22】本出願人が先に提案した加速度センサの平面構成図である。
【図23】図22中のA−A断面図である。
【図24】図22中のB−B断面図である。
【図25】図22中のC−C断面図である。
【図26】図22中のD−D断面図である。
【図27】図22に示す加速度センサの製造方法を示す工程図である。
【図28】図27に続く工程を示す工程図である。
【図29】図28に続く工程を示す工程図である。
【図30】図29に続く工程を示す工程図である。
【図31】図30に続く工程を示す工程図である。
【図32】図31に続く工程を示す工程図である。
【図33】図32に続く工程を示す工程図である。
【図34】図33に続く工程を示す工程図である。
【図35】図34に続く工程を示す工程図である。
【図36】図35に続く工程を示す工程図である。
【図37】本発明の第3実施形態おける加速度センサの製造方法を示す工程図である。
【図38】図37に続く工程を示す工程図である。
【図39】図38に続く工程を示す工程図である。
【図40】図39に続く工程を示す工程図である。
【図41】本発明の第3実施形態おける他の製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
1、80…基板、2、81、82…梁構造体、3a〜3d…第1のアンカー部、7a〜7d、8a〜8d…可動電極、10a〜10d、12a〜12d、14a〜14d、16a〜16d…第2のアンカー部、40、100…第1の半導体基板としての単結晶シリコン基板、40a、100a…アライメント用の溝、41、101…犠牲層用薄膜としてのシリコン酸化膜、43、103…第1の絶縁体薄膜としてのシリコン窒化膜、44a、44b、44c、104…開口部、45、105…アンカー部を構成する膜としてのポリシリコン薄膜、46、107…第2の絶縁体薄膜としてのシリコン酸化膜、47、108…貼り合わせ用薄膜としてのポリシリコン薄膜、48、109…第2の半導体基板としての単結晶シリコン基板、53、112…電極部としてのアルミ電極、55、114…梁構造体および固定電極を画定するための溝。
Claims (6)
- 基板と、
前記基板の上に第1のアンカー部によって支持された、可動電極を有する梁構造体と、
前記梁構造体の前記可動電極に対向して配置され、前記基板の上に第2のアンカー部によって固定された固定電極とを備えた半導体力学量センサの製造方法であって、
第1の半導体基板にアライメント用の溝を形成し、この後、前記第1の半導体基板の上に犠牲層用薄膜を形成し、前記アライメント用の溝を埋め込む工程と、
前記犠牲層薄膜に開口部を形成して、少なくともその開口部に前記第1、第2のアンカー部を構成する膜を形成する工程と、
前記第1の半導体基板の前記犠牲層薄膜が形成された側の全面に、貼り合わせ用薄膜を形成して、その表面を平坦化する工程と、
前記平坦化された貼り合わせ用薄膜と第2の半導体基板とを貼り合わせる工程と、
この貼り合わせ後、前記第1の半導体基板を研磨して前記アライメント用の溝内に形成された前記犠牲層薄膜を露出させ、この後、前記アライメント用の溝内に形成された前記犠牲層薄膜をアライメントマークとして前記第1の半導体基板に前記梁構造体および前記固定電極を画定するための溝をトレンチエッチングにより形成する工程と、
前記梁構造体および前記固定電極を画定するための溝を介して前記犠牲層用薄膜をエッチング除去し、前記第1の半導体基板に前記梁構造体および前記固定電極を形成する工程とを有することを特徴とする半導体力学量センサの製造方法。 - 基板と、
前記基板の上に第1のアンカー部によって支持された、可動電極を有する梁構造体と、
前記梁構造体の前記可動電極に対向して配置され、前記基板の上に第2のアンカー部によって固定された固定電極とを備えた半導体力学量センサの製造方法であって、
第1の半導体基板にアライメント用の溝を形成し、その溝を、前記犠牲層用薄膜よりも前記第1の半導体基板に研磨速度が近い部材により埋め込み、この後、前記第1の半導体基板の上に犠牲層用薄膜を形成する工程と、
前記犠牲層薄膜に開口部を形成して、少なくともその開口部に前記第1、第2のアンカー部を構成する膜を形成する工程と、
前記第1の半導体基板の前記犠牲層薄膜が形成された側の全面に、貼り合わせ用薄膜を形成して、その表面を平坦化する工程と、
前記平坦化された貼り合わせ用薄膜と第2の半導体基板とを貼り合わせる工程と、
この貼り合わせ後、前記第1の半導体基板を研磨して前記アライメント用の溝内に形成された前記部材を露出させ、この後、前記アライメント用の溝内に形成された前記部材をアライメントマークとして前記第1の半導体基板に前記梁構造体および前記固定電極を画定するための溝をトレンチエッチングにより形成する工程と、
前記梁構造体および前記固定電極を画定するための溝を介して前記犠牲層用薄膜をエッチング除去し、前記第1の半導体基板に前記梁構造体および前記固定電極を形成する工程とを有することを特徴とする半導体力学量センサの製造方法。 - 前記犠牲層用薄膜よりも前記第1の半導体基板に研磨速度が近い部材として、ポリシリコンを用い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。
- 前記アライメント用の溝をトレンチエッチングにより形成し、この後、前記アライメント用の溝の表面の歪みを除去する工程を設けた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。
- 前記歪みを除去する工程は、熱酸化を行い、この熱酸化によって形成された熱酸化膜を除去する工程であることを特徴とする請求項4に記載の半導体力学量センサの製造方法。
- 前記歪みを除去する工程は、高温アニールを行う工程であることを特徴とする請求項4に記載の半導体力学量センサの製造方法。
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