JP4628018B2 - 容量型力学量センサとその製造方法 - Google Patents
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梁により支持され、外部より印加される加速度や角速度により変位する錘と、錘の電位を引き出す基板電極を有する半導体基板と、半導体基板の表面の一部と接合し、錘の対向する位置に微小隙間1を隔てて配置した固定電極1を積層させた、表面が平坦な上部硝子基板と、半導体基板の裏面の一部と接合し、錘の対向する位置に微小隙間2を隔てて配置した固定電極2を積層させた、表面が平坦な下部硝子基板とから成り、錘の変位により、基板電極と、固定電極1及び固定電極2の容量変化から力学量を測定する容量型力学量センサにおいて、半導体基板の両面に凹みを形成し、凹み内に錘及び梁を形成すると共に、凹みと上部硝子基板及び下部硝子基板により囲まれた空間を微小隙間1及び微小隙間2とすることを特徴としている。
図3に、本発明の実施例1に係わる力学量センサの半導体基板の作製工程図を示す。まず、図3の301のように、フォトリソ技術によりシリコン基板31の両面にエッチング用マスク32を形成する。マスク材に酸化珪素や窒化珪素を用いるが、シリコンのエッチャントに対し耐性の有る膜であれば他の材料でも問題ない。酸化膜の場合、沸酸により容易にマスク材をエッチングでき、マスクのパターンを作製できる。また、基板には、酸化膜を埋め込んだSOI(Silicon On Insulator)基板を使用しても良い。この場合、中間酸化膜が梁加工や錘加工におけるエッチストップ層として機能するため、厚みに対し高精度な加工を実現する。
これまで、角速度センサを1例に挙げ本発明の説明を行ったが、本発明の実施例1及び2において、加速度センサや圧力センサ等の容量変化検出型の力学量センサ全般に当てはまる。
2 シリコン基板
3 下部硝子基板
4 梁
5 錘
6、7 微小隙間
8 貫通穴
9 導電性材料
10 励起用固定電極
11 検出用固定電極
12 基板電極
31 シリコン基板
32 エッチング用マスク
33、34 凹み
35 基板電極
36 振動体
41 硝子基板
42 高不純物濃度シリコン基板
43 貫通穴
44 外側配線
45 内側配線
51、52 微小な凸部
53 エッチング用マスク
71 錘
72 梁
73 半導体基板
74 上側基板
75 下側基板
76、77 微小隙間
78 固定電極
Claims (8)
- 梁により支持され、外部より印加される加速度や角速度により変位する錘と、前記錘の電位を引き出す基板電極を有する半導体基板と、
前記半導体基板の表面の一部と接合し、前記錘の対向する位置に微小隙間1を隔てて配置した固定電極1を積層させた、表面が平坦な上部硝子基板と、
前記半導体基板の裏面の一部と接合し、前記錘の対向する位置に微小隙間2を隔てて配置した固定電極2を積層させた、表面が平坦な下部硝子基板とから成り、
前記錘の変位により、前記基板電極と、前記固定電極1及び前記固定電極2の容量変化から力学量を測定する容量型力学量センサにおいて、
前記半導体基板は上下の半導体薄膜の間に中間酸化膜が埋め込まれたSOI基板であり、
前記半導体基板の両面に凹みを形成し、前記凹み内に前記錘及び前記梁を形成すると共に、前記凹みと前記上部硝子基板及び前記下部硝子基板により囲まれた空間を前記微小隙間1及び前記微小隙間2とし、
前記梁は、前記中間酸化膜の上に位置する前記半導体基板のみからなり、前記錘の上端部を支持し、
前記錘は、前記凹部を有する前記上下の半導体薄膜の間に前記中間酸化膜が埋め込まれた前記SOI基板からなるとともに、その周囲は垂直な側面からなることを特徴とする容量型力学量センサ。 - 前記半導体基板の両面に形成する前記凹み内に、複数の微小凸部を形成することを特徴とする請求項1に記載の容量型力学量センサ。
- 前記上部硝子基板及び前記下部硝子基板内に複数の貫通穴を設け、前記固定電極1及び前記固定電極2及び前記基板電極を、前記貫通穴を通して外部に引き出すことを特徴とする請求項1もしくは請求項2に記載の容量型力学量センサ。
- 前記半導体基板として面方位(100)のシリコン基板を使用し、面方位によりエッチングレートの異なる異方性の湿式エッチングにより前記凹み及び前記微小凸部を形成することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の容量型力学量センサ。
- 上下の半導体薄膜の間に中間酸化膜が埋め込まれたSOI基板の両面に凹みを形成する工程と、
前記SOI基板の表面の前記凹み内を加工し、前記中間酸化膜をエッチストップ層として前記上の半導体薄膜に梁となる部分を形成する工程と、
前記SOI基板の裏面の前記凹み内を加工し、前記中間酸化膜をエッチストップ層として前記下の半導体薄膜をエッチングし、さらに前記中間酸化膜をエッチングして前記梁となる部分から前記上の半導体薄膜のみからなる梁を形成するとともに前記梁に上端部を支持されたその周囲は垂直な側面からなる錘を形成する工程と、
前記錘の電位を確保する基板電極を積層形成する工程と、
平坦な上部硝子基板及び平坦な下部硝子基板に貫通穴を形成する工程と、
前記上部硝子基板の表面に、固定電極1を積層形成する工程と、
前記下部硝子基板の表面に、固定電極2を積層形成する工程と
前記錘の対向する位置に前記固定電極1が配置されるよう、前記上部硝子基板を前記SOI基板の表面に接合し、且つ、前記錘の対向する位置に前記固定電極2が配置されるよう、前記下部硝子基板を前記SOI基板の裏面に接合する工程と、
を含むことを特徴とする容量型力学量センサの製造方法。 - 上下の半導体薄膜の間に中間酸化膜が埋め込まれたSOI基板の両面に凹みを形成する工程と、
両面に形成した前記凹み内に微小凸部を形成する工程と、
前記SOI基板の表面の前記凹み内を加工し、前記中間酸化膜をエッチストップ層として前記上の半導体薄膜に梁となる部分を形成する工程と、
前記SOI基板の裏面の前記凹み内を加工し、前記中間酸化膜をエッチストップ層として前記下の半導体薄膜をエッチングし、さらに前記中間酸化膜をエッチングして前記梁となる部分から前記上の半導体薄膜のみからなる梁を形成するとともに前記梁に上端部を支持されたその周囲は垂直な側面からなる錘を形成する工程と、
前記錘の電位を確保する基板電極を積層形成する工程と、
平坦な上部硝子基板及び平坦な下部硝子基板に貫通穴を形成する工程と、
前記上部硝子基板の表面に、固定電極1を積層形成する工程と、
前記下部硝子基板の表面に、固定電極2を積層形成する工程と
前記錘の対向する位置に前記固定電極1が配置されるよう、前記上部硝子基板を前記SOI基板の表面に接合し、且つ、前記錘の対向する位置に前記固定電極2が配置されるよう、前記下部硝子基板を前記SOI基板の裏面に接合する工程と、
を含むことを特徴とする容量型力学量センサの製造方法。 - 前記上下の半導体薄膜の間に中間酸化膜が埋め込まれたSOI基板の両面に凹みを形成する工程は、同一のエッチング工程により形成されることを特徴とする請求項5あるいは6記載の容量型力学量センサの製造方法。
- 前記両面に形成した前記凹み内に微小凸部を形成する工程は、同一のエッチング工程により形成されることを特徴とする請求項6記載の容量型力学量センサの製造方法。
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