JP4134390B2 - Manufacturing method of semiconductor dynamic quantity sensor - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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】
従来、この種の半導体力学量センサとして、特開平9−145740号公報に示す加速度センサがある。この加速度センサの平面構成を図9(a)に示し、そのH−H断面を図9(b)に示す。この加速度センサは、シリコンで構成された基板30、アンカ部11、おもり可動電極12、梁部13、固定電極14で構成されるスイッチ式の加速度センサとなっている。
【0003】
アンカ部11は、円柱形状で、基板30上に形成されている。おもり可動電極12は、円筒形状で、基板30の表面と所定の間隔を隔ててほぼ平行に設けられており、基板30と垂直方向の略円柱状側面、すなわち円周状に形成された円周側面12aを有している。
梁部13は、一端がアンカ部11に固定され他端がおもり可動電極12に固定されており、おもり可動電極12をアンカ部11に対して支持する。この梁部13は、複数本(図では4本)設けられており、それぞれを、平面的に見て円弧の一部となる形状にし、また断面において横の長さに対する縦の長さの比を大きくした形状にすることによって、基板30の表面に対し平行方向に弾性変形するバネ部を構成している。
【0004】
固定電極14は、内側が円柱をくり抜いた形状で、おもり可動電極12の外側に所定の間隔を隔てて基板30上に形成されており、おもり可動電極12の検出面12aに対向する円周側面14aを有している。
アンカ部11、おもり可動電極12、梁部13、固定電極14は、半導体層としてのシリコン膜をエッチングして形成されたもので、おもり可動電極12と梁部13にて梁構造の可動部を構成し、固定電極14にて固定部を構成している。また、それぞれの表面には、導電性をもたせるために不純物が導入されている。従って、おもり可動電極12の円周側面12aは導電性の検出面となり、固定電極14の円周側面14aは導電性の被検出面となる。また、アンカ部11、固定電極14は、図に示すように、酸化膜21、22によって、基板30上に固定されている。
【0005】
上記した構成において、基板30の表面と平行な方向に加速度が生じたとき、基板30の表面と平行な方向におもり可動電極12が変位し、おもり可動電極12の検出面12aと固定電極14の被検出面14aとが接触する。この接触状態を、図示しない検出回路により検出することによって、加速度が検出される。
上記した加速度センサは、次のようにして製造される。
【0006】
まず、図10(a)に示すように、シリコン基板30に犠牲層をなす酸化膜20を成膜し、その上にシリコン膜10を成膜した基板を用意する。
次に、図10(b)に示すように、シリコン膜10をエッチングして、シリコン膜10を、アンカ部11、おもり可動電極12、梁部13、固定電極14の形状にパターニングする。この後、シリコン表面に導電性を持たせるためにアンカ部11、おもり可動電極12、梁部13、固定電極14の各部に不純物を導入する。
【0007】
最後に、図10(c)に示すように、おもり可動電極12、梁部13直下の酸化膜20をフッ化水素系液体によりエッチング、すなわち犠牲層エッチングを行って、可動部を可動状態にする。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
上記した製造方法においては、犠牲層エッチングによって可動部の下の酸化膜20を除去しているが、その犠牲層エッチングの終点を確認することが難しく、エッチング時間をオーバーしてしまうとアンカ部11や固定電極14が基板30に固定できないという問題がある。
【0009】
本発明は上記問題に鑑みたもので、犠牲層エッチングの終点を容易に確認できるようにすることを目的とする。
【0010】
【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、犠牲層エッチングの終点検出パターンを形成しておき、犠牲層エッチングによる終点検出パターンの変位状態によって可動部の下の犠牲層の除去を確認することを特徴としている。
【0011】
終点検出パターンの下にある犠牲層が犠牲層エッチング時にエッチングされて終点検出パターンが変位するため、その変位状態によって可動部の下の犠牲層の除去を確認することができ、犠牲層エッチングの終点を容易に確認することができる。
この場合、終点検出パターンは、請求項2に記載の発明のように、可動部と同時にパターニング形成すれば、終点検出パターンを形成するための余分な工程を必要としないため、製造工程を簡単にすることができる。
【0012】
また、請求項3に記載の発明のように、終点検出パターンを幅の異なる複数の構造体で形成しておけば、それぞれの構造体の変位状態に基づいて犠牲層エッチングの終点を容易に確認することができる。この場合、請求項4に記載の発明のように、終点検出パターンをなす複数の構造体として、可動部の下側の犠牲層が除去されるエッチング時間でエッチングされる幅より広いものと狭いもの含むように形成すれば、幅の狭い方の構造体の下の犠牲層が除去され幅の広い方の構造体の下の犠牲層が残っている状態にて、より容易に犠牲層エッチングの終点を確認することができる。
【0013】
また、請求項5に記載の発明のように、終点検出パターンの一部を固定部に接続した状態で形成するようにすれば、犠牲層エッチング時に終点検出パターンが離脱することがないため、センサの歩留まりを良好にすることができる。
【0014】
【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に本発明の一実施形態に係る加速度センサ構成を示す。(a)は平面図、(b)は(a)中のA−A断面図である。この図1において、図9に示すものと同一符号を付したものは、同一物であることを示している。従って、この実施形態における加速度センサは、図9に示すものと同様、シリコンで構成された基板30、アンカ部11、おもり可動電極12、梁部13、固定電極14で構成されるスイッチ式の加速度センサとなっている。
【0015】
この実施形態においては、固定電極14の形成領域に、おもり可動電極12、梁部13を基板30からリリースするエッチング、すなわち犠牲層エッチングの終点を検出するための終点検出パターン41〜46が形成されている。
以下、この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。
まず、図2(a)に示すように、シリコン基板30に犠牲層をなす酸化膜20を成膜し、その上に半導体層としてのシリコン膜10を成膜した基板(ウェハ)を用意する。この基板としては、SOI基板を用いることもできる。
【0016】
次に、図2(b)に示すように、シリコン膜10をエッチングして、シリコン膜10を、アンカ部11、おもり可動電極12、梁部13、固定電極14、および終点検出パターン41〜46の形状にパターニングする。この終点検出パターンは、図1(a)に示すように、A−A断面での幅が終点検出パターン41から終点検出パターン46にいくに従って広くなっており、終点検出パターン46の幅がおもり可動電極12の幅と同じになっている。この後、シリコン表面に導電性を持たせるためにアンカ部11、おもり可動電極12、梁部13、固定電極14の各部に不純物を導入する。
【0017】
最後に、図2(c)に示すように、おもり可動電極12、梁部13直下の酸化膜20をフッ化水素系液体によりエッチングすることで、可動部を可動状態にする。この際、終点検出パターン41〜46は固定電極13と接続されていないため、直下の酸化膜20がエッチングによって除去されると、図に示すように下側に落ちる。エッチングが進行するに従い、幅の狭い終点検出パターンから順に下側に落ち、おもり可動電極12の下側の酸化膜20のエッチングが終了すると、終点検出パターン45が下に落ちる。エッチング終了後、光学顕微鏡等で上部から終点検出パターン41〜46の変位状態を観察することにより、エッチングが終了していることを視覚的に確認することができる。
【0018】
次に、上記した終点検出パターン41〜46の動作を、図3〜図6を用いて説明する。図3は、エッチングする前の状態を示し、図4〜図6にエッチング後の3つの挙動パターンを示す。なお、各図の(a)は終点検出パターン41〜46が形成されている領域の平面図、(b)は断面図である。第1の挙動パターンは、図4に示すように、終点検出パターンがそのまま基板30側に下がり基板30に付着する。第2の挙動パターンは、図5に示すように、犠牲層エッチング中あるいはそのあとの水洗工程等で終点検出パターンが水平方向に移動して、基板30側に下がり基板30に付着する。第3の挙動パターンは、図6に示すように、犠牲層エッチング中あるいはそのあとの水洗工程等で終点検出パターンが基板30から離れ液中に取り込まれる。いずれの場合も、エッチング終了後、光学顕微鏡で上部から観察することにより酸化膜20除去のエッチングがどこまで進行しているかを判断することができる。
【0019】
なお、終点検出パターンの幅は、基板30からリリースされる梁構造体(可動部)の幅の一番広いところに設定するのが好ましいが、構造体幅とエッチング幅が必ずしも一致しない場合がある。その場合、基板30からリリースされる構造体のエッチング時間に相当する構造体幅を設定し、その設定した幅の前後に梁幅の狭いものと広いものを形成しておくと、酸化膜20除去のエッチングの進行を判断しやすくなる。このようなパターンを設けることにより、エッチング液の温度変化や劣化等によるエッチングレートの変化があった場合でも、エッチング終了後、上部から終点検出パターンを観察することによりエッチングが終了しているか否かを判断することができる。
【0020】
また、終点検出パターン41〜46としては、図1に示すような構造のものに限らず、図7に示すような片持ち梁構造のものであってもよい。この場合、エッチングの終点検出は梁先端の幅の広いところで行う。図8に、エッチング後の終点検出パターン41〜46の状態を示す。梁の先端の幅広個所の下の酸化膜20が除去されると、下方または横方向に構造体が付着し、梁が変形するため、エッチング終了後、このパターンを観察することにより、エッチングが終了しているか否かを判断することができる。
【0021】
このように終点検出パターン41〜46を片持ち梁構造にすることによって、それが基板30から離脱することがないためセンサの歩留まりが向上できる。すなわち、図6に見られるように、終点検出パターンが液中に取り込まれると、それがウェハ表面に再付着し、ゴミとなる恐れがあるが、片持ち梁構造にすることで、それがウェハから離脱することがなく、従ってゴミとなることがないためセンサの歩留まりが向上する。なお、片持ち梁構造に限らず、基板30になんらかの形で固定されていれば同様の効果を奏する。
【0022】
また、上記した製造方法においては、基板30の上に酸化膜20、シリコン膜10を成膜した基板を用意し、シリコン酸化膜10をエッチングして、可動部と固定部をパターニングするものを示したが、第1のシリコン基板に可動部と固定部を画定するための溝を形成しておき、その上に犠牲層をなす酸化膜を形成し、その酸化膜の表面を平坦化した後、第2のシリコン基板と貼り合わせ、この後、第1のシリコン基板の表面を研磨して、前記溝から前記犠牲層をなす酸化膜をエッチングにより除去して可動部を可動にする製造方法を用いることもできる。
【0023】
なお、本発明は上記したような加速度センサに限らず、梁構造体の可動電極と固定電極とを対向させて力学量を検出するものであれば、その他の構造の加速度センサ、ヨーレートセンサなどに適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る加速度センサの構成を示す図である。
【図2】図1に示す加速度センサの製造方法を示す工程図である。
【図3】終点検出パターン41〜46のエッチング前の状態を示す図である。
【図4】図3に示すもののエッチング後の第1の挙動パターンを示す図である。
【図5】図3に示すもののエッチング後の第2の挙動パターンを示す図である。
【図6】図3に示すもののエッチング後の第3の挙動パターンを示す図である。
【図7】終点検出パターン41〜46の他の形成例におけるエッチング前の状態を示す図である。
【図8】図7に示すもののエッチング後の挙動パターンを示す図である。
【図9】従来の加速度センサの構成を示す図である。
【図10】図9に示す加速度センサの製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
10…シリコン膜、11…アンカ部、12…おもり可動電極、13…梁部、
14…固定電極、20、21、22…酸化膜、30…基板、
41〜46…終点検出パターン。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor dynamic quantity sensor having a movable part having a beam structure and detecting a dynamic quantity such as acceleration, yaw rate, vibration, and the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as this type of semiconductor dynamic quantity sensor, there is an acceleration sensor disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-145740. FIG. 9A shows a planar configuration of this acceleration sensor, and FIG. 9B shows a HH cross section thereof. This acceleration sensor is a switch type acceleration sensor composed of a
[0003]
The
The
[0004]
The
The
[0005]
In the configuration described above, when acceleration occurs in a direction parallel to the surface of the
The acceleration sensor described above is manufactured as follows.
[0006]
First, as shown in FIG. 10A, an
Next, as shown in FIG. 10B, the
[0007]
Finally, as shown in FIG. 10 (c), the movable
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the manufacturing method described above, the
[0009]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to make it possible to easily confirm the end point of sacrificial layer etching.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the first aspect of the present invention, a sacrificial layer etching end point detection pattern is formed, and the sacrificial layer under the movable portion is removed depending on the displacement state of the end point detection pattern by sacrificial layer etching. It is characterized by confirming.
[0011]
Since the sacrificial layer under the end point detection pattern is etched during the sacrificial layer etching and the end point detection pattern is displaced, the removal of the sacrificial layer under the movable part can be confirmed according to the displacement state, and the sacrificial layer etching end point is confirmed. Can be easily confirmed.
In this case, if the end point detection pattern is formed by patterning at the same time as the movable portion as in the invention described in claim 2, an extra step for forming the end point detection pattern is not required, and thus the manufacturing process is simplified. can do.
[0012]
Further, if the end point detection pattern is formed of a plurality of structures having different widths as in the invention described in claim 3, the end point of the sacrifice layer etching can be easily confirmed based on the displacement state of each structure. can do. In this case, as in the invention described in claim 4, as the plurality of structures forming the end point detection pattern, those having a width wider than or narrower than the width etched by the etching time for removing the sacrificial layer below the movable portion If it is formed so that the sacrificial layer under the narrower structure is removed and the sacrificial layer under the wider structure remains, the sacrificial layer etching end point becomes easier. Can be confirmed.
[0013]
Further, as in the fifth aspect of the invention, if a part of the end point detection pattern is formed in a state of being connected to the fixed portion, the end point detection pattern will not be detached during the sacrifice layer etching. Yield can be improved.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments shown in the drawings will be described below.
FIG. 1 shows an acceleration sensor configuration according to an embodiment of the present invention. (A) is a top view, (b) is AA sectional drawing in (a). In FIG. 1, the same reference numerals as those shown in FIG. 9 denote the same items. Accordingly, the acceleration sensor in this embodiment is a switch type acceleration composed of the
[0015]
In this embodiment, the end
Hereinafter, the manufacturing method of the acceleration sensor in this embodiment is demonstrated.
First, as shown in FIG. 2A, an
[0016]
Next, as shown in FIG. 2B, the
[0017]
Finally, as shown in FIG. 2C, the movable part is made movable by etching the weight
[0018]
Next, the operation of the end
[0019]
Note that the width of the end point detection pattern is preferably set to the widest width of the beam structure (movable part) released from the
[0020]
Further, the end
[0021]
By making the end
[0022]
In the above manufacturing method, a substrate in which the
[0023]
The present invention is not limited to the acceleration sensor as described above, but may be an acceleration sensor, a yaw rate sensor, or the like having any other structure as long as the mechanical quantity is detected by making the movable electrode and the fixed electrode of the beam structure face each other. It can also be applied.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an acceleration sensor according to an embodiment of the present invention.
2 is a process diagram showing a method of manufacturing the acceleration sensor shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a diagram illustrating a state before etching of end
FIG. 4 is a diagram showing a first behavior pattern after etching of what is shown in FIG. 3;
FIG. 5 is a diagram showing a second behavior pattern after etching of what is shown in FIG. 3;
6 is a diagram showing a third behavior pattern after etching of what is shown in FIG. 3; FIG.
FIG. 7 is a diagram showing a state before etching in another example of forming end
8 is a diagram showing a behavior pattern after etching of what is shown in FIG. 7;
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a conventional acceleration sensor.
10 is a process diagram showing a method of manufacturing the acceleration sensor shown in FIG. 9. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
14 ... fixed electrode, 20, 21, 22 ... oxide film, 30 ... substrate,
41 to 46: end point detection patterns.
Claims (5)
前記半導体層に前記エッチングの終点検出パターンを形成し、前記エッチングによる前記終点検出パターンの変位状態によって前記可動部の下の前記犠牲層の除去を確認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 having a semiconductor layer in which a movable part and a fixed part of a beam structure are patterned through a sacrificial layer on a substrate is prepared, and the sacrificial layer under the movable part is removed by etching to remove the movable part. In a method of manufacturing a semiconductor mechanical quantity sensor that is movable by the action of a mechanical quantity,
The semiconductor end point detection pattern is formed in the semiconductor layer, and the removal of the sacrificial layer under the movable part is confirmed according to the displacement state of the end point detection pattern by the etching. Method.
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