JP4134384B2 - Manufacturing method of semiconductor dynamic quantity sensor - Google Patents

Manufacturing method of semiconductor dynamic quantity sensor Download PDF

Info

Publication number
JP4134384B2
JP4134384B2 JP19207598A JP19207598A JP4134384B2 JP 4134384 B2 JP4134384 B2 JP 4134384B2 JP 19207598 A JP19207598 A JP 19207598A JP 19207598 A JP19207598 A JP 19207598A JP 4134384 B2 JP4134384 B2 JP 4134384B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
film
beam structure
thin film
forming
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP19207598A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2000022171A (en
Inventor
真紀子 杉浦
信之 加藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP19207598A priority Critical patent/JP4134384B2/en
Publication of JP2000022171A publication Critical patent/JP2000022171A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4134384B2 publication Critical patent/JP4134384B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Pressure Sensors (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加速度、ヨーレート等の力学量を検出する半導体力学量センサ製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の半導体力学量センサとして、特開平9−211022号公報に示されるものがある。このものは、可動電極を有する梁構造体が第1のアンカー部によって基板上に支持され、また固定電極が第2のアンカー部によって基板上に固定されて、梁構造体が加速度等の力学量によって変位したとき、可動電極と固定電極間の静電容量の変化に基づいて、力学量を検出するようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記した力学量センサに対し、本発明者らがさらに検討を進めた結果、以下に示すような問題があることが判明した。すなわち、上記した力学量センサでは、例えば、梁構造体および固定電極を形成する際の犠牲層エッチング後に、梁構造体が内部応力によって基板の上下方向に変形すると、可動電極と固定電極が完全に対向しなくなるため、可動電極、固定電極間の静電容量が減少し、検出精度が低下する。また、梁構造体が変形して基板に接触するような場合には、固着したり、擦ったりすることにより、力学量の検出ができなくなる。
【0004】
本発明は上記した問題を解決することを目的とする。
【0005】
【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、基板と、前記基板の上に力学量によって変位するように第1のアンカー部によって支持され、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、前記梁構造体が内部応力によって変形するのを抑制する変形抑制膜が、前記梁構造体における前記基板側の表面に形成されている半導体力学量センサを製造する方法であって、第1の半導体基板の上に前記変形抑制膜を形成する工程と、前記変形抑制膜の上に犠牲層用薄膜を形成する工程と、前記犠牲層用薄膜および前記変形抑制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用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の半導体基板および前記変形抑制膜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。この製造方法によれば、梁構造体が内部応力によって変形するのを抑制する変形抑制膜を、梁構造体における基板側の表面に形成した半導体力学量センサを製造することができる。この半導体力学量センサでは、梁構造体の変形を変形抑制膜によって抑制しているため、梁構造体の変形による検出精度の低下等を防止することができる。
【0006】
この場合、梁構造体が基板と反対方向に変形する場合には、変形抑制膜として引っ張り応力を有する膜を用い、梁構造体が基板の方向に変形する場合には、変形抑制膜として圧縮応力を有する膜を用いることができる
【0008】
なお、上記した変形抑制膜としては、シリコン窒化膜を用いることができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
図1に、本発明の一実施形態にかかる加速度センサの平面図を示す。また、図2に、図1中のA−A断面図を示す。
図1、図2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(第1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。
【0010】
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。
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1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1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。
【0011】
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(第2のアンカー部)10a、10b、10c、10dにより固定されており、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。
【0012】
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。
【0013】
基板1は、図2に示すように、シリコン基板41の上に、ポリシリコン薄膜42、シリコン酸化膜(第1の絶縁性薄膜)43、窒化膜(第2の絶縁性薄膜)44、ポリシリコン薄膜45、シリコン窒化膜(第3の絶縁性薄膜)46を積層した構造となっている。ポリシリコン薄膜45は、リン等の不純物をドーピングした導電性薄膜となっている。
【0014】
また、上記したポリシリコン薄膜45による導電性薄膜によって、図1に示すように、4つの配線パターン22、23、24、25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。また、基板1の上面部における梁構造体2と対向する領域には、上記導電性薄膜によって、下部電極が形成されている。
【0015】
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、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、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)34、35a、35b、35c、35dがそれぞれ設けられている。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
上記した加速度センサは、基本的には、特開平9−211022号公報に示すものと同様の構成のものであるが、本実施形態においては、図2に示すように、梁構造体2の下面(裏面)、すなわち基板1側の表面に、梁構造体2が内部応力によって変形するのを抑制する変形抑制膜としての反り制御膜47を形成している。
【0020】
この反り制御膜47は、梁構造体2が基板1に対して上方向に反るような場合には、引っ張り応力を有する膜を用い、逆に基板1に向かって反るような場合には、圧縮応力を有する膜を用いる。ここで、この反り制御膜47としては、後述する製造工程における犠牲層エッチング時に消失しないような膜とする必要があり、例えばシリコン窒化膜を用いることができる。このシリコン窒化膜は、LP−CVD法で成膜すると引っ張り応力を有し、プラズマCVD法で成膜すると圧縮応力を有するため、梁構造体2の反りの方向により、成膜方法、成膜条件を決める。
【0021】
次に、上記した加速度センサの製造方法について、図1中のA−A断面を用いた工程図に従って説明する。
まず、図3に示す工程において、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に反り制御膜47、具体的には耐HF性のシリコン窒化膜をCVD法により成膜する。この後、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。
【0022】
次に、図4に示す工程において、反り制御膜47の上に犠牲層用薄膜としてのシリコン酸化膜51をCVD法により成膜し、溝40aを埋め込む。
次に、図5に示す工程において、シリコン酸化膜51の一部をエッチングして凹部51aを形成する。この凹部51aは、後述する犠牲層エッチング工程において梁構造体2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。この後、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46を成膜する。そして、シリコン窒化膜46、シリコン酸化膜51、反り制御膜47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ー部形成領域に開口部52を形成する。この開口部52は、梁構造体2と基板1とを接続するためのものである。
【0023】
次に、図6に示す工程において、開口部52を含むシリコン窒化膜46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0.5〜2μm程度の膜厚で成膜し、その成膜中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45をフォトリソグラフィを経てパターニングし、開口部52を含むシリコン窒化膜46上の所定領域にポリシリコン薄膜45を形成する。この後、ポリシリコン薄膜45の上に窒化膜44を形成する。
【0024】
次に、図7に示す工程において、窒化膜44の上にシリコン酸化膜43を成膜し、さらにシリコン酸化膜43の上に、貼り合わせ用薄膜としてのポリシリコン薄膜42を成膜し、この後、図8に示すように、貼り合わせのためにポリシリコン薄膜42の表面を機械的研磨等により平坦化する。
次に、図9に示す工程において、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)41を用意し、ポリシリコン薄膜42の表面とシリコン基板41とを貼り合わせる。そして、シリコン基板40、41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、シリコン基板40に形成したアライメント用の溝40aの深さまで研磨を行うと、シリコン酸化膜51の層が出現(露出)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。なお、アライメント用の溝40a内に形成されたシリコン酸化膜51は、以下に示す成膜およびトレンチエッチング工程においてアライメントマークとして用いられる。
【0025】
次に、図10に示す工程において、シリコン基板40を電極とするために、シリコン基板40にリン拡散等により不純物を導入する。そして、層間絶縁膜としてシリコン酸化膜54を成膜した後、電極のコンタクト部分となる場所にフォトリソグラフィで穴を形成し、アルミ電極34(35a〜35d)を成膜、フォトリソグラフィによって形成する。
【0026】
次に、図11に示す工程において、梁構造体2のパターンのホトリソグラフィ経て、梁構造体2を形成する。つまり、シリコン基板40に梁構造体2および固定電極9a〜9d、11a〜11d、13a〜13d、15a〜15d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、そのエッチングにより、溝55内の反り制御膜47も除去する。なお、エッチングに用いるマスクとしては、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ることができるが、本実施形態では、層間絶縁膜に使用したシリコン酸化膜54をマスク材として用いている。
【0027】
最後に、図12に示す工程において、HF系のエッチング液によりシリコン酸化膜51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2および固定電極9a〜9d、11a〜11d、13a〜13d、15a〜15dを形成する。その際、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。また、その犠牲層エッチング時に、マスク材として用いたシリコン酸化膜54も除去する。
【0028】
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。
なお、上記した実施形態においては、アルミ電極34(35a〜35d)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51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。
【0029】
なお、質量部(マス部)6は正方形でもよいし、質量部6からのびる可動電極は複数本設けてもよい。
(第2実施形態)
上記した第1実施形態においては、梁構造体2の下面に反り制御膜47を形成するものを示したが、図13に示すように、梁構造体2の上面(表面)、すなわち基板1と反対側の表面に反り制御膜47を形成するようにしてもよい。この場合、第1実施形態とは逆に、梁構造体2が基板1に対して上方向に反るような場合には、反り制御膜47として圧縮応力を有する膜を用い、逆に基板1に向かって反るような場合には、反り制御膜47として引っ張り応力を有する膜を用いる。なお、図13は、図2と同様、図1中のA−A断面を示している。
【0030】
次に、この第2実施形態における加速度センサの製造方法について説明する。第1実施形態の製造方法に対し、図3の工程において反り制御膜47を形成せずに、図3〜図9までの工程を実施し、図14に示す構造のものを得る。
そして、図15に示す工程において、シリコン基板40を電極とするために、シリコン基板40にリン拡散等により不純物を導入した後、反り制御膜47としてシリコン窒化膜をCVD法により成膜する。そして、電極のコンタクト部分となる場所にフォトリソグラフィで穴を形成し、アルミ電極34(35a〜35d)を成膜、フォトリソグラフィによって形成する。
【0031】
次に、図16に示す工程において、シリコン基板40に梁構造体2および固定電極9a〜9d、11a〜11d、13a〜13d、15a〜15d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。
最後に、図17に示す工程において、HF系のエッチング液によりシリコン酸化膜51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2および固定電極9a〜9d、11a〜11d、13a〜13d、15a〜15dを形成する。
【0032】
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。
なお、本発明は、上記した加速度センサに限らず、ヨーレート等の力学量を検出する半導体力学量センサ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実施形態にかかる加速度センサの平面図である。
【図2】図1中のA−A断面を示す断面図である。
【図3】本発明の第1実施形態にかかる加速度センサの製造工程を示す図である。
【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】図10に続く工程を示す工程図である。
【図12】図11に続く工程を示す工程図である。
【図13】本発明の第2実施形態を示す断面図である。
【図14】本発明の第2実施形態にかかる加速度センサの製造工程を示す図である。
【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。
【符号の説明】
1…基板、2…梁構造体、3a〜3d…第1のアンカー部、7a〜7d、8a〜8d…可動電極、9a〜9d、11a〜11d、13a〜13d、15a〜15d…固定電極、10a〜10d、12a〜12d、14a〜14d、16a〜16d…第2のアンカー部、47…変形抑制膜としての反り制御膜。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention, acceleration, a method for manufacturing the semiconductor dynamic quantity sensor for detecting a physical quantity of the yaw rate and the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, this type of semiconductor dynamic quantity sensor is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-212102. In this structure, a beam structure having a movable electrode is supported on a substrate by a first anchor portion, and a fixed electrode is fixed on the substrate by a second anchor portion. The mechanical quantity is detected based on the change in capacitance between the movable electrode and the fixed electrode.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
As a result of further studies by the present inventors on the above-described mechanical quantity sensor, it has been found that there are the following problems. That is, in the above-described mechanical quantity sensor, for example, after the sacrificial layer etching when forming the beam structure and the fixed electrode, if the beam structure is deformed in the vertical direction of the substrate due to internal stress, the movable electrode and the fixed electrode are completely formed. Since they do not face each other, the capacitance between the movable electrode and the fixed electrode is reduced, and the detection accuracy is lowered. Further, when the beam structure is deformed and comes into contact with the substrate, the mechanical quantity cannot be detected by being fixed or rubbed.
[0004]
The present invention aims to solve the above-mentioned problems.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the invention according to claim 1, a substrate, a beam structure supported by a first anchor portion so as to be displaced by a mechanical quantity on the substrate, and having a movable electrode, A deformation electrode that is disposed to face the movable electrode of the beam structure and is fixed on the substrate by a second anchor portion, and that suppresses deformation of the beam structure due to internal stress. A method of manufacturing a semiconductor dynamic quantity sensor in which a suppression film is formed on a surface of the beam structure on the substrate side, the step of forming the deformation suppression film on a first semiconductor substrate, Forming a sacrificial layer thin film on the deformation suppressing film; forming an opening in the sacrificial layer thin film and the deformation suppressing film; and configuring the first and second anchor portions at least in the opening Form a film A step of forming a thin film for bonding on the entire surface of the first semiconductor substrate on the side where the thin film for sacrificial layer is formed, and planarizing the surface; and for the flattened bonding Bonding the thin film and the second semiconductor substrate, and forming a groove for defining the beam structure and the fixed electrode in the first semiconductor substrate and the deformation suppressing film after the bonding; Etching the sacrificial layer thin film through a groove for defining the beam structure and the fixed electrode, and forming the beam structure and the fixed electrode on the first semiconductor substrate. It is characterized by that. According to this manufacturing method, it is possible to manufacture a semiconductor dynamic quantity sensor in which a deformation suppressing film that suppresses deformation of the beam structure due to internal stress is formed on the surface of the beam structure on the substrate side. In this semiconductor dynamic quantity sensor, since the deformation of the beam structure is suppressed by the deformation suppression film, it is possible to prevent a decrease in detection accuracy due to the deformation of the beam structure.
[0006]
In this case, when the beam structure is deformed in the direction opposite to the substrate, a film having tensile stress is used as the deformation suppressing film, and when the beam structure is deformed in the direction of the substrate, compressive stress is used as the deformation suppressing film. A film having the following can be used .
[0008]
A silicon nitride film can be used as the above-described deformation suppression film.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
FIG. 1 is a plan view of an acceleration sensor according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
1 and 2, a beam structure 2 made of single crystal silicon (single crystal semiconductor material) is disposed on the upper surface of a substrate 1. The beam structure 2 is constructed by four anchor portions (first anchor portions) 3 a, 3 b, 3 c, 3 d protruding from the substrate 1 side, and is disposed at a position spaced apart from the substrate 1 by a predetermined distance. ing.
[0010]
Anchor portions 3a to 3d are made of a polysilicon thin film. A beam portion 4 is constructed between the anchor portion 3a and the anchor portion 3b, and a beam portion 5 is constructed between the anchor portion 3c and the anchor portion 3d.
In addition, a rectangular mass portion (mass portion) 6 is installed between the beam portion 4 and the beam portion 5, and the mass portion 6 is provided with a through hole 6 a penetrating vertically. Yes. Furthermore, four movable electrodes 7a, 7b, 7c, and 7d protrude from one side surface (the left side surface in FIG. 1) of the mass portion 6. Further, four movable electrodes 8a, 8b, 8c, and 8d protrude from the other side surface (the right side surface in FIG. 1) of the mass portion 6. The movable electrodes 7a to 7d and 8a to 8d have a comb-like shape extending in parallel at equal intervals.
[0011]
First fixed electrodes 9a, 9b, 9c, 9d and second fixed electrodes 11a, 11b, 11c, 11d are fixed to the upper surface of the substrate 1. The first fixed electrodes 9a to 9d are fixed by anchor portions (second anchor portions) 10a, 10b, 10c, and 10d that protrude from the substrate 1 side, and are positioned at a predetermined interval on the upper surface of the substrate 1. It arrange | positions and opposes one side surface of each movable electrode 7a-7d of the beam structure 2. FIG. The second fixed electrodes 11a to 11d are supported by anchor portions 12a, 12b, 12c, and 12d protruding from the substrate 1, and are arranged on the upper surface of the substrate 1 at positions spaced apart from each other by a beam structure. The movable electrode 7a to 7d of the body 2 is opposed to the other side surface.
[0012]
Similarly, the first fixed electrodes 13a, 13b, 13c, 13d and the second fixed electrodes 15a, 15b, 15c, 15d are fixed to the upper surface of the substrate 1. The first fixed electrodes 13a to 13d are supported by anchor portions 14a, 14b, 14c, and 14d that protrude from the substrate 1 side, and are arranged on the upper surface of the substrate 1 at positions spaced apart from each other by the beam structure 2. Of the movable electrodes 8a to 8d. The second fixed electrodes 15a to 15d are supported by anchor portions 16a, 16b, 16c, and 16d protruding from the substrate 1, and are arranged on the upper surface of the substrate 1 at positions spaced apart from each other by a beam structure. It faces one side surface of each movable electrode 8a to 8d of the body 2.
[0013]
As shown in FIG. 2, the substrate 1 has a polysilicon thin film 42, a silicon oxide film (first insulating thin film) 43, a nitride film (second insulating thin film) 44, polysilicon on a silicon substrate 41. A thin film 45 and a silicon nitride film (third insulating thin film) 46 are stacked. The polysilicon thin film 45 is a conductive thin film doped with impurities such as phosphorus.
[0014]
Further, as shown in FIG. 1, four wiring patterns 22, 23, 24, and 25 are formed by the conductive thin film made of the polysilicon thin film 45 described above. The wiring patterns 22 to 25 are wirings of the fixed electrodes 9a to 9d, 11a to 11d, 13a to 13d, and 15a to 15d, respectively, have a strip shape and extend in an L shape. Further, a lower electrode is formed in the region facing the beam structure 2 on the upper surface portion of the substrate 1 by the conductive thin film.
[0015]
Furthermore, electrode extraction portions 27a, 27b, 27c, and 27d are formed on the upper surface of the substrate 1. These electrode extraction portions 27 to 27 d are supported by anchor portions 28 a, 28 b, 28 c and 28 d that protrude from the substrate 1. And the electrode extraction part 27a is electrically connected with the wiring pattern 22 via the anchor part 28a. Similarly, the electrode extraction portions 27b, 27c, and 27d are electrically connected to the wiring patterns 23, 24, and 25 via the anchor portions 28b, 28c, and 28d, respectively. Note that metal electrodes (bonding pads) 34, 35a, 35b, 35c, and 35d made of an aluminum thin film as electrode portions are provided above the anchor portion 3a and on the upper surfaces of the electrode extraction portions 27a, 27b, 27c, and 27d, respectively. ing.
[0016]
In the configuration described above, the first capacitor is provided between the movable electrodes 7a to 7d and the first fixed electrodes 9a to 9d of the beam structure 2, and the movable electrodes 7a to 7d of the beam structure 2 are connected to the second electrodes. A second capacitor is formed between the fixed electrodes 11a to 11d. Similarly, a first capacitor is provided between the movable electrodes 8a to 8d of the beam structure 2 and the first fixed electrodes 13a to 13d, and the movable electrodes 8a to 8d and the second fixed electrode of the beam structure 2 are also provided. A second capacitor is formed between 15a to 15d.
[0017]
Here, the movable electrodes 7a to 7d (8a to 8d) are located at the centers of the fixed electrodes 9a to 9d (13a to 13d) and 11a to 11d (15a to 15d) on both sides, and are static between the movable electrode and the fixed electrode. Capacitances C1 and C2 are equal. The voltage V1 is between the movable electrodes 7a to 7d (8a to 8d) and the fixed electrodes 9a to 9d (13a to 13d), and the movable electrodes 7a to 7d (8a to 8d) and the fixed electrodes 11a to 11d (15a to 15d). ) Is applied with the voltage V2.
[0018]
When acceleration is not generated, V1 = V2, and the movable electrodes 7a to 7d (8a to 8d) are attracted by the same electrostatic force from the fixed electrodes 9a to 9d (13a to 13d) and 11a to 11d (15a to 15d). It has been.
When the acceleration acts in a direction parallel to the substrate surface and the movable electrodes 7a to 7d (8a to 8d) are displaced, the distance between the movable electrode and the fixed electrode changes, and the capacitances C1 and C2 are not equal. At this time, for example, if the movable electrodes 7a to 7d (8a to 8d) are displaced to the fixed electrodes 9a to 9d (13a to 13d) side so that the electrostatic forces are equal, the voltage V1 decreases and the voltage V2 increases. Thereby, the movable electrodes 7a to 7d (8a to 8d) are pulled toward the fixed electrodes 11a to 11d (15a to 15d) by electrostatic force. If the movable electrodes 7a to 7d (8a to 8d) return to the center position and the capacitances C1 and C2 are equal, the acceleration and the electrostatic force are equally balanced, and the magnitude of the acceleration is obtained from the voltages V1 and V2 at this time. be able to.
[0019]
In this way, in the first capacitor and the second capacitor, the voltage of the fixed electrode forming the first and second capacitors is controlled so that the movable electrode is not displaced with respect to the displacement due to the action of the mechanical quantity. The acceleration is detected by the change in voltage.
The above-described acceleration sensor basically has the same configuration as that shown in Japanese Patent Laid-Open No. 9-212102, but in this embodiment, as shown in FIG. A warp control film 47 as a deformation suppression film that suppresses deformation of the beam structure 2 due to internal stress is formed on the back surface, that is, the surface on the substrate 1 side.
[0020]
The warp control film 47 uses a film having a tensile stress when the beam structure 2 warps upward with respect to the substrate 1, and conversely when the beam structure 2 warps toward the substrate 1. A film having compressive stress is used. Here, the warp control film 47 needs to be a film that does not disappear at the time of sacrifice layer etching in the manufacturing process described later. For example, a silicon nitride film can be used. This silicon nitride film has a tensile stress when formed by the LP-CVD method, and has a compressive stress when formed by the plasma CVD method. Therefore, depending on the direction of the warp of the beam structure 2, the film forming method and the film forming conditions Decide.
[0021]
Next, a method for manufacturing the acceleration sensor described above will be described with reference to a process diagram using an AA cross section in FIG.
First, in the process shown in FIG. 3, a single crystal silicon substrate (first semiconductor substrate) 40 is prepared, and a warpage control film 47, specifically, an HF-resistant silicon nitride film is formed on the silicon substrate 40 by a CVD method. Form a film. Thereafter, an alignment groove 40a is formed by trench etching.
[0022]
Next, in the step shown in FIG. 4, a silicon oxide film 51 as a sacrificial layer thin film is formed on the warpage control film 47 by the CVD method, and the groove 40a is buried.
Next, in the step shown in FIG. 5, a part of the silicon oxide film 51 is etched to form a recess 51a. The recess 51a is formed to provide a protrusion for reducing the adhesion area when the beam structure 2 adheres to the substrate due to surface tension or the like in a sacrificial layer etching step described later. Thereafter, a silicon nitride film 46 serving as an etching stopper at the time of sacrifice layer etching is formed. Then, an opening 52 is formed in the anchor portion formation region by dry etching or the like through photolithography with respect to the stacked body of the silicon nitride film 46, the silicon oxide film 51, and the warpage control film 47. The opening 52 is for connecting the beam structure 2 and the substrate 1.
[0023]
Next, in the process shown in FIG. 6, a polysilicon thin film 45 is formed on the silicon nitride film 46 including the opening 52 as a film constituting the anchor portion to a thickness of about 0.5 to 2 μm. Impurities are introduced during film formation to form a conductive thin film. Further, the polysilicon thin film 45 is patterned through photolithography to form the polysilicon thin film 45 in a predetermined region on the silicon nitride film 46 including the opening 52. Thereafter, a nitride film 44 is formed on the polysilicon thin film 45.
[0024]
Next, in the step shown in FIG. 7, a silicon oxide film 43 is formed on the nitride film 44, and a polysilicon thin film 42 as a thin film for bonding is formed on the silicon oxide film 43. Thereafter, as shown in FIG. 8, the surface of the polysilicon thin film 42 is flattened by mechanical polishing or the like for bonding.
Next, in the step shown in FIG. 9, a single crystal silicon substrate (second semiconductor substrate) 41 different from the silicon substrate 40 is prepared, and the surface of the polysilicon thin film 42 and the silicon substrate 41 are bonded together. Then, the silicon substrates 40 and 41 are turned upside down, and the silicon substrate 40 side is polished by mechanical polishing or the like to form a thin film. That is, the silicon substrate 40 is polished to a desired thickness. At this time, if polishing is performed to the depth of the alignment groove 40a formed in the silicon substrate 40, the layer of the silicon oxide film 51 appears (exposes), so that the hardness in the polishing changes and the polishing end point is easily detected. can do. The silicon oxide film 51 formed in the alignment groove 40a is used as an alignment mark in the following film formation and trench etching steps.
[0025]
Next, in the step shown in FIG. 10, in order to use the silicon substrate 40 as an electrode, impurities are introduced into the silicon substrate 40 by phosphorus diffusion or the like. Then, after a silicon oxide film 54 is formed as an interlayer insulating film, holes are formed by photolithography at locations that become contact portions of the electrodes, and aluminum electrodes 34 (35a to 35d) are formed and formed by photolithography.
[0026]
Next, in the step shown in FIG. 11, the beam structure 2 is formed through photolithography of the pattern of the beam structure 2. That is, the trench 55 for defining the beam structure 2 and the fixed electrodes 9a to 9d, 11a to 11d, 13a to 13d, and 15a to 15d is formed in the silicon substrate 40 by trench etching. At this time, the warpage control film 47 in the groove 55 is also removed by the etching. As a mask used for etching, a soft mask such as a photoresist or a hard mask such as an oxide film can be used. In this embodiment, the silicon oxide film 54 used for the interlayer insulating film is used as a mask material. It is used as.
[0027]
Finally, in the step shown in FIG. 12, the silicon oxide film 51 is removed by etching with an HF-based etchant to make the silicon substrate 40 a movable structure. The beam structure 2 and the fixed electrodes 9a to 9d, 11a are formed on the silicon substrate 40. To 11d, 13a to 13d, and 15a to 15d. At that time, a sublimation agent such as rose dichlorobenzene is used in order to prevent the movable part from adhering to the substrate in the drying step after etching. Further, the silicon oxide film 54 used as a mask material is also removed during the sacrifice layer etching.
[0028]
In this way, an acceleration sensor using a bonded substrate can be formed.
In the above-described embodiment, after forming the aluminum electrode 34 (35a to 35d), the groove 55 for defining the beam structure and the fixed electrode is formed in the silicon substrate 40, and sacrifice is performed through the groove 55. Since the silicon oxide film 51 as the layer thin film is removed by etching, the degree of freedom in setting the width of the groove 55 can be increased, and the restriction in the structural design of the acceleration sensor can be reduced. Can do.
[0029]
The mass part (mass part) 6 may be square, or a plurality of movable electrodes extending from the mass part 6 may be provided.
(Second Embodiment)
In the first embodiment described above, the warp control film 47 is formed on the lower surface of the beam structure 2, but as shown in FIG. 13, the upper surface (front surface) of the beam structure 2, that is, the substrate 1 and The warpage control film 47 may be formed on the opposite surface. In this case, contrary to the first embodiment, when the beam structure 2 warps upward with respect to the substrate 1, a film having compressive stress is used as the warpage control film 47, and conversely the substrate 1 In the case of warping toward the surface, a film having tensile stress is used as the warpage control film 47. 13 shows the AA cross section in FIG. 1, as in FIG.
[0030]
Next, a method for manufacturing the acceleration sensor according to the second embodiment will be described. With respect to the manufacturing method of the first embodiment, the steps from FIG. 3 to FIG. 9 are performed without forming the warp control film 47 in the step of FIG. 3 to obtain the structure shown in FIG.
Then, in the step shown in FIG. 15, in order to use the silicon substrate 40 as an electrode, after introducing impurities into the silicon substrate 40 by phosphorus diffusion or the like, a silicon nitride film is formed as a warp control film 47 by the CVD method. And a hole is formed in the place used as the contact part of an electrode by photolithography, and the aluminum electrode 34 (35a-35d) is formed into a film and formed by photolithography.
[0031]
Next, in the step shown in FIG. 16, a groove 55 for defining the beam structure 2 and the fixed electrodes 9a to 9d, 11a to 11d, 13a to 13d, and 15a to 15d is formed in the silicon substrate 40 by trench etching.
Finally, in the process shown in FIG. 17, the silicon oxide film 51 is removed by etching with an HF-based etchant to make the silicon substrate 40 a movable structure, and the beam structure 2 and the fixed electrodes 9a to 9d, 11a are formed on the silicon substrate 40. To 11d, 13a to 13d, and 15a to 15d.
[0032]
In this way, an acceleration sensor using a bonded substrate can be formed.
The present invention is not limited to the acceleration sensor described above, and can be applied to a semiconductor dynamic quantity sensor that detects a dynamic quantity such as a yaw rate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of an acceleration sensor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a cross section AA in FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram showing a manufacturing process of the acceleration sensor according to the first embodiment of the present invention.
4 is a process diagram showing a process that follows the process of FIG. 3. FIG.
FIG. 5 is a process diagram illustrating a process following the process in FIG. 4;
6 is a process diagram showing a process that follows the process shown in FIG. 5. FIG.
FIG. 7 is a process diagram illustrating a process following the process in FIG. 6;
FIG. 8 is a process diagram illustrating a process continued from FIG. 7;
FIG. 9 is a process diagram illustrating a process continued from FIG. 8;
FIG. 10 is a process diagram illustrating a process following the process in FIG. 9;
FIG. 11 is a process diagram illustrating a process continued from FIG. 10;
FIG. 12 is a process diagram illustrating a process continued from FIG. 11;
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a diagram showing a manufacturing process of the acceleration sensor according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a process diagram illustrating a process continued from FIG. 14;
FIG. 16 is a process diagram illustrating a process following the process in FIG. 15;
FIG. 17 is a process diagram illustrating a process continued from FIG. 16;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Board | substrate, 2 ... Beam structure, 3a-3d ... 1st anchor part, 7a-7d, 8a-8d ... Movable electrode, 9a-9d, 11a-11d, 13a-13d, 15a-15d ... Fixed electrode, 10a-10d, 12a-12d, 14a-14d, 16a-16d ... 2nd anchor part, 47 ... Warpage control film | membrane as a deformation | transformation suppression film | membrane.

Claims (1)

基板と、
前記基板の上に力学量によって変位するように第1のアンカー部によって支持され、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、
前記梁構造体が内部応力によって変形するのを抑制する変形抑制膜が、前記梁構造体における前記基板側の表面に形成されている半導体力学量センサを製造する方法であって、
第1の半導体基板の上に前記変形抑制膜を形成する工程と、
前記変形抑制膜の上に犠牲層用薄膜を形成する工程と、
前記犠牲層用薄膜および前記変形抑制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用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の半導体基板および前記変形抑制膜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。
A substrate,
A beam structure supported by a first anchor portion so as to be displaced by a mechanical quantity on the substrate, and having a movable electrode;
A fixed electrode disposed opposite to the movable electrode of the beam structure and fixed on the substrate by a second anchor portion;
A method of manufacturing a semiconductor dynamic quantity sensor in which a deformation suppressing film that suppresses deformation of the beam structure due to internal stress is formed on a surface of the beam structure on the substrate side ,
Forming the deformation suppressing film on the first semiconductor substrate;
Forming a sacrificial layer thin film on the deformation suppressing film;
Forming an opening in the sacrificial layer thin film and the deformation suppressing film, and forming a film constituting the first and second anchor portions at least in the opening;
Forming a thin film for bonding on the entire surface of the first semiconductor substrate on the side where the thin film for sacrificial layer is formed, and planarizing the surface;
Bonding the planarized thin film for bonding and the second semiconductor substrate;
After the bonding, forming a groove for defining the beam structure and the fixed electrode in the first semiconductor substrate and the deformation suppressing film ;
Etching the sacrificial layer thin film through a groove for defining the beam structure and the fixed electrode, and forming the beam structure and the fixed electrode on the first semiconductor substrate. A method for manufacturing a semiconductor dynamic quantity sensor.
JP19207598A 1998-07-07 1998-07-07 Manufacturing method of semiconductor dynamic quantity sensor Expired - Fee Related JP4134384B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP19207598A JP4134384B2 (en) 1998-07-07 1998-07-07 Manufacturing method of semiconductor dynamic quantity sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP19207598A JP4134384B2 (en) 1998-07-07 1998-07-07 Manufacturing method of semiconductor dynamic quantity sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2000022171A JP2000022171A (en) 2000-01-21
JP4134384B2 true JP4134384B2 (en) 2008-08-20

Family

ID=16285229

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP19207598A Expired - Fee Related JP4134384B2 (en) 1998-07-07 1998-07-07 Manufacturing method of semiconductor dynamic quantity sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4134384B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004347475A (en) 2003-05-22 2004-12-09 Denso Corp Capacitive dynamical quantity sensor
US6952041B2 (en) * 2003-07-25 2005-10-04 Robert Bosch Gmbh Anchors for microelectromechanical systems having an SOI substrate, and method of fabricating same
JP4367165B2 (en) * 2004-02-13 2009-11-18 株式会社デンソー Inspection method of semiconductor mechanical quantity sensor
JP2010078327A (en) * 2008-09-24 2010-04-08 Fuji Electric Holdings Co Ltd Semiconductor-type mechanical quantity detecting element and method of manufacturing same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2000022171A (en) 2000-01-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6065341A (en) Semiconductor physical quantity sensor with stopper portion
US7919346B2 (en) Micromechanical component and manufacturing method
US5987989A (en) Semiconductor physical quantity sensor
US6055858A (en) Acceleration sensor
JP4003326B2 (en) Semiconductor dynamic quantity sensor and manufacturing method thereof
US6461888B1 (en) Lateral polysilicon beam process
US7326586B2 (en) Method for manufacturing semiconductor physical quantity sensor
US6973829B2 (en) Semiconductor dynamic quantity sensor with movable electrode and fixed electrode supported by support substrate
JP4117450B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
TWI329930B (en) Capacitance-type dynamic-quantity sensor and manufacturing method therefor
JP3660119B2 (en) Semiconductor dynamic quantity sensor
JP4134384B2 (en) Manufacturing method of semiconductor dynamic quantity sensor
US7361523B2 (en) Three-axis accelerometer
JP4214565B2 (en) Manufacturing method of semiconductor dynamic quantity sensor
JP2001004658A (en) Dual-shaft semiconductor acceleration sensor and manufacture thereof
JPH11230986A (en) Semiconductor dynamic quantity sensor
WO2003065052A2 (en) Method of manufacturing an accelerometer
JP4193232B2 (en) Mechanical quantity sensor
JP4122572B2 (en) Manufacturing method of semiconductor dynamic quantity sensor
KR100511019B1 (en) Method for manufacturing thin-film structure
JP4558655B2 (en) Semiconductor dynamic quantity sensor
JP4214572B2 (en) Manufacturing method of semiconductor dynamic quantity sensor
JPH06163934A (en) Semiconductor acceleration sensor and fabrication thereof
WO2003015183A1 (en) Method for manufacturing thin-film structure
JP2004004119A (en) Semiconductor dynamic quantity sensor

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040817

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080219

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080328

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20080507

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20080520

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110613

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110613

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120613

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120613

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130613

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140613

Year of fee payment: 6

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees