JP5624866B2 - Memsセンサの製造方法 - Google Patents
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Description
この種の加速度センサでは、可動電極が設計通りに動かないと、検出精度が低下する場合がある。そのため、固定電極および可動電極が形成されたセンサ部を、シリコン基板等の蓋によって保護する必要がある。
また、ウエハ同士の貼り合わせの作業性に関して、可動素子(20)に衝撃を与えないように、ベースウエハ(10)に対してキャップウエハ(40)を位置合わせする必要があり、しかも、その位置合わせを精度よく行わなければならない。そのため、作業が非常に複雑となる。
また、保護層の形成の作業性に関しては、接合材を使用して蓋基板を貼り付ける場合に比べて、より簡易化することができる。
なお、犠牲層に対して保護層がエッチング選択比を有するとは、たとえば、或るエッチング媒体に対する犠牲層のエッチングレートと、当該エッチング媒体に対する保護層のエッチングレートとの比(エッチング選択比)=(保護層のエッチングレート/犠牲層のエッチングレート)≠1を満たす材料のことである。
具体的には、請求項3記載のように、前記保護層がSiO2からなる場合、前記第1犠牲層はSiNからなり、前記第2犠牲層はAlからなることが好ましい。
この方法によれば、固定電極および可動電極の側壁が、犠牲層に対してエッチング選択比を有する保護膜で覆われる。そのため、犠牲層をエッチングにより除去する際、エッチング媒体が固定電極および可動電極の各側壁に接触しても、固定電極および可動電極の侵食(ダメージ)を低減することができる。その結果、固定電極および可動電極の大きさのばらつきを少なくすることができる。
<MEMSパッケージの全体構成>
図1は、本発明の一実施形態に係るMEMSパッケージの模式的な斜視図である。図2は、図1に示すMEMSパッケージの要部断面図であって、図1の切断面A−Aにおける断面を示す。
基板2は、表面7および裏面8を有する長方形板状に形成されている。
加速度センサ3は、基板2の表面7側における長手方向一端部に配置されている。加速度センサ3は、正方形板状のSi基板からなる半導体基板としてのベース基板9を含んでいる。
センサ領域10には、三次元空間において直交する3つの軸まわりの加速度をそれぞれ検出するセンサとして、X軸センサ12、Y軸センサ13およびZ軸センサ14が設けられている。この実施形態では、基板2の表面7に沿って直交する2方向をX軸方向およびY軸方向とし、これらX軸およびY軸方向に直交する基板2の厚さ方向に沿う方向をZ軸とする。
センサ領域10およびパッド領域11は、第1無機材料としてのSiO2からなる保護層16がベース基板9上に形成されることにより、当該保護層16により覆われている。
保護層16の底部19には、電極パッド15をそれぞれ露出させるパッド開口22が、電極パッド15と同数形成されている。なお、この実施形態において、保護層16の底部19がパッド領域11に接着しているという構成は、保護層16の底部19がベース基板9の表面(ベース基板9の最表面のことを指し、ベース基板9に表面保護膜等の絶縁膜が形成されている場合には、当該絶縁膜の最表面のことを指す。)に密着している概念を含む。
集積回路5は、基板2の表面7側において、加速度センサ3と外部端子4(内部パッド23)との間に配置されている。集積回路5は、たとえば、基板2の幅方向に長手な長方形板状のSi基板からなる。当該Si基板の内部には、各センサ12〜14から出力された電気信号を増幅するチャージアンプ、当該電気信号の特定の周波数成分を取り出すフィルタ回路(ローパスフィルタ:LPFなど)、フィルタリング後の電気信号を論理演算する論理回路等が形成されている。これらの回路は、たとえば、CMOSデバイスにより構成されている。また、集積回路5は、第1電極パッド25と、第2電極パッド26とを有している。
第2電極パッド26は、基板2の長手方向における外部端子4に近い側の端部において、基板2の幅方向に沿って互いに等しい間隔を空けて複数(図1では、12個)設けられている。第2電極パッド26は、ボンディングワイヤ28により、外部端子4の内部パッド23と1対1で接続されている。
<X軸センサおよびY軸センサの構成>
次に、図3〜図5を参照して、X軸センサおよびY軸センサの構成を説明する。
加速度センサ3は、前述のように、Si基板からなるベース基板9を備えている。このベース基板9は、内部に空洞29を有しており、当該空洞29を表面側から区画する天面を有するベース基板9の表層部としての上壁30にX軸センサ12、Y軸センサ13およびZ軸センサ14が形成されている。つまり、X軸センサ12、Y軸センサ13およびZ軸センサ14はベース基板9の一部からなり、空洞29を裏面側から区画する底面を有するベース基板9の底壁31に対して浮いた状態で支持されている。
この実施形態では、Y軸センサ13は、X軸センサ12を平面視で90°回転させたものとほぼ同様の構成を有している。したがって、以下では、Y軸センサ13の構成については、X軸センサ12の各部の説明の際に、当該各部に対応する部分を括弧書きで併記して、具体的な説明に代える。
支持部32は、ベース基板9の空洞29を横側から区画する側面を有する一側壁33から、Z軸センサ14を横切ってX軸センサ12およびY軸センサ13へ向かって延びる直線部34と、X軸センサ12およびY軸センサ13を取り囲む環状部35とを一体的に含んでいる。
X軸センサ12(Y軸センサ13)は、互いに同じ厚さで形成されたX固定電極41(Y固定電極61)およびX可動電極42(Y可動電極62)を有している。
X固定電極41(Y固定電極61)は、支持部32に固定された平面視四角環状の第1ベース部43(Y固定電極61の第1ベース部63)と、第1ベース部43の内壁に沿って等しい間隔を空けて櫛歯状に配列された複数組の第1櫛歯部44(Y固定電極61の第1櫛歯部64)とを含んでいる。
X固定電極41の第1櫛歯部44は、各基端部が第1ベース部43に接続され、それらの先端部が互いに対向する平面視直線状の2つの電極部を1組として、それらが等しい間隔を空けて複数設けられている。各第1櫛歯部44は、互いに平行に延びる直線状の主フレームと、当該主フレーム間に架設された複数の横フレームとを含む平面視梯子状の骨組み構造を有している。
また、X可動電極42(Y可動電極62)は、第2ベース部45(Y可動電極62の第2ベース部65)と、第2櫛歯部46(Y可動電極62の第2櫛歯部66)とを含んでいる。
ビーム部47は、X可動電極42の第2ベース部45の両端に2つずつ設けられている。
絶縁層48は、SiO2(酸化シリコン)からなる。各第2櫛歯部46は、絶縁層48により、振動方向Uxに沿って一方側および他方側の2つに絶縁分離されている。これにより、分離されたX可動電極42の第2櫛歯部46が、X可動電極42において、それぞれ独立した電極として機能する。
第1絶縁膜49と第2絶縁膜50との間には、X第1検出配線51(Y第1検出配線71)およびX第2検出配線52(Y第2検出配線72)が形成されている。
X第1検出配線51は、2つに絶縁分離された各第2櫛歯部46の一方側(この実施形態では、図3の紙面左側)から静電容量の変化に伴う電圧の変化を検出する。
X第1検出配線51およびX第2検出配線52は、この実施形態では、アルミニウム(Al)からなる。X第1検出配線51およびX第2検出配線52は、第1絶縁膜49を貫通して各第2櫛歯部46に電気的に接続されている。
なお、X第1検出配線51およびX第2検出配線52は、それぞれX可動電極42のビーム部47を通過する区間においては、導電性のベース基板9の一部からなるビーム部47自体を電流路として利用している。ビーム部47上にAl配線を設けないので、ビーム部47の伸縮性を保持することができる。
X固定電極41およびX可動電極42の上面および側面は、第1絶縁膜49および第2絶縁膜50を覆うように、SiO2からなる保護薄膜54で被覆されている。
そして、X可動電極42に対してX軸方向の加速度が作用すると、ビーム部47が伸縮してX可動電極42の第2ベース部45がベース基板9の表面に沿って振動する。これにより、X固定電極41の第1櫛歯部44に櫛歯状に噛み合ったX可動電極42の各第2櫛歯部46が、X固定電極41の第1櫛歯部44に対して近づく方向および離れる方向に交互に振動する。
なお、この実施形態では、X軸方向の加速度axは、絶縁分離されたX可動電極42の一方および他方それぞれの電極部の検出値の差分をとることにより求められる。
<Z軸センサの構成>
次に、図3および図6〜図7を参照して、Z軸センサの構成を説明する。
Z軸センサ14は、上述のように、X軸センサ12およびY軸センサ13のそれぞれを取り囲むように配置されている。
Z軸センサ14は、互いに同じ厚さおよび幅で形成されたZ固定電極81およびZ可動電極82を有している。図6および図7において、Z固定電極81の厚さおよび幅が、それぞれ厚さT1および幅W1であり、Z可動電極82の厚さおよび幅が、それぞれ厚さT2およびW2である。
Z可動電極82は、Z固定電極81に対して振動可能に保持されている。
この実施形態において、2つのZ軸センサ14のうち一方のZ軸センサ14では、Z可動電極82が環状部35を取り囲むように配置されており、当該Z可動電極82を取り囲むように、Z固定電極81が配置されている。
各Z軸センサ14において、Z固定電極81は、第1ベース部83と、複数の第1櫛歯部84とを含んでいる。
Z固定電極81の第1ベース部83は、支持部32に固定された平面視四角環状に形成されている。また、第1ベース部83は、互いに平行に延びる直線状の主フレームと、当該主フレームに沿って三角形の空間が繰り返されるように、主フレームに対して組み合わされた補強フレームとを有するトラス状の骨組み構造を有している。
各第1櫛歯部84は、基端部がZ固定電極81の第1ベース部83に接続され、先端部がZ可動電極82へ向かって延びている。また、各第1櫛歯部84の基端部寄りの部分には、その表面から空洞29に至るまで、第1櫛歯部84を幅方向に横切る第1絶縁層としての絶縁層85が埋め込まれている。
また、各Z軸センサ14において、Z可動電極82は、第2ベース部86と、第2櫛歯部87とを含んでいる。
Z可動電極82の第2ベース部86は、平面視四角環状に形成されている。また、第2ベース部86は、互いに平行に延びる直線状の主フレームと、当該主フレームに沿って三角形の空間が繰り返されるように、主フレームに対して組み合わされた補強フレームとを有するトラス状の骨組み構造を有している。
Z可動電極82の第2櫛歯部87は、第2ベース部86から、互いに隣接するZ固定電極81の第1櫛歯部84の各間に向かって延び、第1櫛歯部84に接触しないように噛み合う櫛歯状に配列されている。
各第2櫛歯部87の基端部寄りの部分には、ベース基板9の表面から空洞29に至るまで、第2櫛歯部87を幅方向に横切る第2絶縁層としての絶縁層89が埋め込まれている。
Z固定電極81およびZ可動電極82を含むベース基板9の表面には、上述したように、SiO2からなる第1絶縁膜49および第2絶縁膜50が順に積層されている。
第1絶縁膜49と第2絶縁膜50との間には、Z第1検出配線90およびZ第2検出配線91が形成されている。
具体的には、Z第1検出配線90は、第1ベース部83に沿って形成され、各第1櫛歯部84の絶縁層85を跨って第1櫛歯部84の先端部へ向かって分岐するAl配線を含んでいる。
また、図3に示すように、Z第1検出配線90は、第1ベース部83を介して支持部32上に引き回され、その一部が電極パッド15として露出している。
Z第2検出配線91は、第2ベース部86に沿って形成され、各第2櫛歯部87の基端部寄りの絶縁層89を跨って第2櫛歯部87へ向かって分岐するAl配線を含んでいる。
また、図3に示すように、Z第2検出配線91は、第2ベース部86を介して支持部32上に引き回され、その一部が電極パッド15として露出している。
Z固定電極81およびZ可動電極82の上面および側面は、第1絶縁膜49および第2絶縁膜50を覆うように、SiO2からなる保護薄膜54で被覆されている。
そして、Z可動電極82に対してZ軸方向の加速度が作用すると、櫛歯状のZ可動電極82が振り子であるかのように、同じく櫛歯状のZ固定電極81を振動の中心として、Z固定電極81に対してZ軸方向に沿って上下に振動する。
なお、この実施形態では、Z軸方向の加速度azは、X軸センサ12を取り囲むZ軸センサ14の検出値と、Y軸センサ13を取り囲むZ軸センサ14の検出値との差分をとることにより求められる。
<加速度センサの製造方法>
次に、図8A〜図8Mを参照して、上述した加速度センサの製造工程を工程順に説明する。なお、この項では、Z軸センサの製造工程のみを図示し、X軸センサおよびY軸センサの製造工程は省略するが、X軸センサおよびY軸センサの製造工程は、Z軸センサの製造工程と同様にして、Z軸センサの製造工程と並行して実行される。
Z軸センサ14を製造するには、図8Aに示すように、導電性シリコンからなるベース基板9の表面が熱酸化(たとえば、温度1100〜1200℃、膜厚5000Å)される。これにより、ベース基板9の表面に第1絶縁膜49が形成される。
次に、図8Fに示すように、エッチバックにより、保護薄膜54におけるトレンチ37の底面上の部分が除去される。これにより、トレンチ37の底面が露出した状態となる。
次に、図8Hに示すように、PECVD法により、ベース基板9の上方からその表面全域(センサ領域10およびパッド領域11の全域)に、第2無機材料としてのSiNが堆積される。これにより、露出空間38の上部を埋め尽くし、センサ領域10およびパッド領域11の全域を覆う第1犠牲層39(たとえば、1μm〜5μm厚)が形成される。こうして、露出空間38は、その開口端が第1犠牲層39に塞がれることにより、下方部が中空に維持される。
続いて、公知のパターニング技術により、第2犠牲層40および第1犠牲層39におけるパッド領域11(図示せず)上の部分が順に除去される。
次に、図8Lに示すように、貫通孔21を介して、第2犠牲層40に対してエッチング媒体としてのフッ素系ガス(たとえば、NF3、SF6、XeF2等)が供給される。これにより、第2犠牲層40がエッチングされて除去される。これにより、保護層16の直下に空間17が形成される。
その後、貫通孔21を介して、トレンチ37の露出空間38に反応性イオンおよびエッチングガスが供給される。そして、その反応性イオンなどの作用により、ベース基板9が、各露出空間38を起点にベース基板9の厚さ方向にエッチングされつつ、ベース基板9の表面に平行な方向にエッチングされる。これにより、互いに隣接する全ての露出空間38が一体化して、ベース基板9の内部に空洞29が形成されるとともに、空洞29内において、Z固定電極81およびZ可動電極82が浮いた状態となる。
以上の方法によれば、Z固定電極81およびZ可動電極82が形成されたベース基板9に対してSiO2からなる保護層16を形成することによって、ガラスフリット等の接合材を使用しなくても、センサ領域10を保護する層を形成することができる。そのため、当該保護層16を形成するために要するコストが安くて済む。
具体的には、この実施形態によれば、Z固定電極81およびZ可動電極82が形成されたセンサ領域10を覆うように、PECVD法によりSiNからなる第1犠牲層39を形成し(図8Hの工程)、この第1犠牲層39を覆うように、スパッタ法によりAlからなる第2犠牲層40を形成する(図8Iの工程)。そして、公知のハ゜ターニング技術(フォトリソグラフィ)により、これら犠牲層39,40をパターニングする。次に、パターニングされた犠牲層39,40を覆うように、PECVD法によりSiO2からなる保護層16を形成する。その後、公知のパターニング技術により保護層16の頂部18に貫通孔21を形成し、当該貫通孔21を介してフッ素系エッチングガスおよび塩素系エッチングガスを順に供給することにより、保護層16の直下の第2犠牲層40および第1犠牲層39を順に除去する。これにより、第2犠牲層40が存在していた部分に空間17が形成され、センサ領域10に対して空間17を隔ててZ固定電極81およびZ可動電極82を覆う保護層16が形成される。
しかも、センサ領域10と保護層16との間の空間17を形成するための犠牲層39,40の形成時には、Z固定電極81およびZ可動電極82の直下に空洞29が形成されておらず、これらの電極81,82の下方部は、ベース基板9に一体的に固定されている。そのため、犠牲層39,40がZ固定電極81およびZ可動電極82に接触しても、その接触による衝撃により電極81,82が振れることがない。よって、各電極81,82を犠牲層39,40から保護するための工程等を追加する必要がなく、工程の複雑化を防止することができる。
一方、露出空間38の開口端を塞ぐ犠牲層としても、Alからなる第2犠牲層40を用いた場合、当該第2犠牲層40がZ固定電極81および/またはZ可動電極82上に残存すると、当該第2犠牲層40によりセンサの動作不良が生じる場合がある。たとえば、第2犠牲層40がZ固定電極81およびZ可動電極82に跨って残存すると、この第2犠牲層40を介してZ固定電極81−Z可動電極82間が短絡(ショート)する。
また、この実施形態によれば、Z固定電極81、Z可動電極82の表面全域およびトレンチ37の内面全域に、犠牲層39,40に対してエッチング選択比を有するSiO2からなる保護薄膜54が形成される。そのため、犠牲層39,40をエッチングにより除去する際、エッチングガスがZ固定電極81およびZ可動電極82の各側壁に接触しても、Z固定電極81およびZ可動電極82の侵食(ダメージ)を低減することができる。その結果、Z固定電極81およびZ可動電極82の大きさ(厚さT1,T2および幅W1,W2)のばらつきを少なくすることができる。
そして、この実施形態のMEMSパッケージ1は、X軸センサ12、Y軸センサ13およびZ軸センサ14を備えているので、センサの動作不良を低減することができる。その結果、信頼性の高いMEMSパッケージを提供することができる。
たとえば、MEMSパッケージ1は、加速度センサ3に代えて、または加速度センサ3とともに角速度センサを備えていてもよい。当該角速度センサは、たとえば、図3〜図7に示した各センサ12〜14において、各可動電極42,62,82を駆動させる回路を設けることによって作製することができる。
また、Z軸角速度センサ92は、第1ベース部83の対向部93および第2櫛歯部87の先端部95それぞれに接続されたZ第1駆動配線99およびZ第2駆動配線100を有している。
そして、Z第1駆動配線99およびZ第2駆動配線100を介して、Z固定電極81の対向部93とZ可動電極82の先端部95との間に、同極性/異極性の駆動電圧が交互に与えられる。これにより、対向部93と先端部95と間にクーロン斥力/クーロン引力が交互に発生する。
この状態において、Z可動電極82がX軸を中心軸として回転すると、Y軸方向にコリオリ力Fyが生じることになる。このコリオリ力Fyにより、互いに隣接する第1櫛歯部84と、第2櫛歯部87の中間部96との対向面積および/または電極間距離dzが変化する。
また、保護層16は、無機材料であればSiO2に限らず、たとえば、SiNであってもよい。その場合、当該保護層16に対する第1犠牲層39のエッチング選択比を確保すべく、第1犠牲層39は、SiO2であることが好ましい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。この明細書から抽出される特徴を以下に示す。
項1.センサ領域および当該センサ領域を取り囲む周辺領域を有する半導体基板の前記センサ領域の表層部を選択的にエッチングすることにより、前記半導体基板の厚さ方向の途中部まで掘り下げた凹部を形成し、同時に、当該凹部を隔てて互いに噛み合う櫛歯状の固定電極および可動電極を形成する工程と、前記センサ領域を覆い、かつ前記周辺領域を露出させるように犠牲層を形成する工程と、その周縁部が前記周辺領域に対して接着するように、かつ当該周縁部に取り囲まれた中央部が前記犠牲層を覆うように、前記半導体基板上に第1無機材料からなる保護層を形成する工程と、前記保護層の直下の前記犠牲層を除去することにより、当該保護層と前記センサ領域との間に空間を形成する工程と、前記犠牲層の除去後、前記凹部にエッチング媒体を供給する等方性エッチングにより、前記固定電極および前記可動電極の下方部を連続させて空洞を形成する工程とを含む、MEMSセンサの製造方法。
項1に記載の方法によれば、固定電極および可動電極が形成された半導体基板に対して第1無機材料からなる層を形成することによって、ガラスフリット等の接合材を使用しなくても、固定電極および可動電極を保護する層を形成することができる。そのため、当該保護層を形成するために要するコストが安くて済む。
また、保護層の形成の作業性に関しては、接合材を使用して蓋基板を貼り付ける場合に比べて、より簡易化することができる。
具体的には、この方法によれば、固定電極および可動電極が形成されたセンサ領域を覆うように犠牲層を形成し、この犠牲層を覆うように保護層を形成し、その後、保護層の直下の犠牲層を除去する。これにより、犠牲層が存在していた部分に空間が形成され、センサ領域に対して空間を隔てて固定電極および可動電極を覆う保護層が形成される。そのため、ウエハ同士の位置合わせ等の作業を行なうことなく、公知の半導体デバイス製造技術(たとえば、CVD(Chemical Vapor Deposition)法、スパッタ法、フォトリソグラフィ等)を組み合わせることにより、保護層を簡単に形成することができる。しかも、センサ領域と保護層との間の空間を形成するための犠牲層の形成時には、固定電極および可動電極の直下に空洞が形成されておらず、これらの電極の下方部は、半導体基板に一体的に固定されている。そのため、犠牲層が固定電極および可動電極に接触しても、その接触による衝撃により電極が振れることがない。よって、各電極を犠牲層から保護するための工程等を追加する必要がなく、工程の複雑化を防止することができる。
項2.前記犠牲層を形成する工程は、前記センサ領域に形成された前記凹部の開口端を塞ぐように、前記保護層とは異なる第2無機材料からなる第1犠牲層を形成する工程と、前記第1犠牲層の形成後、前記センサ領域を覆うように、金属材料からなる第2犠牲層を前記第1犠牲層上に形成する工程とを含む、項1に記載のMEMSセンサの製造方法。
項2に記載の方法によれば、センサ領域が第2犠牲層に覆われるので、保護層とセンサ領域との間に空間は、第2犠牲層の除去(エッチング)によって形成される。すなわち、エッチングにより除去するもの(第2犠牲層)が金属材料からなり、当該エッチング後も残存させるもの(保護層)が第1無機材料からなる。これにより、空間の形成時に、犠牲層(第2犠牲層)に対する保護層のエッチング選択比を大きくすることができる。そのため、保護層が第2犠牲層の除去に用いられるエッチング媒体に長時間にわたって曝されても、当該エッチング媒体は金属材料をエッチングするためのものであるため、第1無機材料からなる保護層の侵食を低減することができる。よって、保護層の形状を良好に維持することができる。
一方、凹部の開口端を塞ぐ犠牲層としても、金属材料からなる第2犠牲層を用いた場合、当該第2犠牲層が固定電極および/または可動電極上に残存すると、当該第2犠牲層によりセンサの動作不良が生じる場合がある。たとえば、第2犠牲層が固定電極および可動電極に跨って残存すると、この第2犠牲層を介して固定電極−可動電極間が短絡(ショート)する。
そこで、項2に記載の方法では、凹部の開口端を塞ぐ犠牲層として、第2無機材料からなる第1犠牲層を用いている。これにより、第1犠牲層に対する保護層のエッチング選択比を確保しながら、犠牲層の残存によるセンサの動作不良の発生を防止することができる。
なお、犠牲層に対して保護層がエッチング選択比を有するとは、たとえば、或るエッチング媒体に対する犠牲層のエッチングレートと、当該エッチング媒体に対する保護層のエッチングレートとの比(エッチング選択比)=(保護層のエッチングレート/犠牲層のエッチングレート)≠1を満たす材料のことである。
項3.前記第1犠牲層がフッ素系ガスでエッチング可能な無機材料からなり、前記第2犠牲層が塩素系ガスでエッチング可能な金属材料からなる、項2に記載のMEMSセンサの製造方法。
項4.前記保護層がSiO 2 からなり、前記第1犠牲層がSiNからなり、前記第2犠牲層がAlからなる、項2または3に記載のMEMSセンサの製造方法。
項5.前記犠牲層の形成に先立って、前記固定電極および前記可動電極の側壁を覆うように、前記犠牲層に対してエッチング選択比を有する保護膜を形成する工程をさらに含む、項1〜4のいずれか一項に記載のMEMSセンサの製造方法。
項5に記載の方法によれば、固定電極および可動電極の側壁が、犠牲層に対してエッチング選択比を有する保護膜で覆われる。そのため、犠牲層をエッチングにより除去する際、エッチング媒体が固定電極および可動電極の各側壁に接触しても、固定電極および可動電極の侵食(ダメージ)を低減することができる。その結果、固定電極および可動電極の大きさのばらつきを少なくすることができる。
項6.前記犠牲層を除去する工程は、前記保護層の前記中央部に貫通孔を形成し、当該貫通孔から前記犠牲層をエッチング可能なエッチング媒体を供給する工程を含む、項1〜5のいずれか一項に記載のMEMSセンサの製造方法。
項7.センサ領域および当該センサ領域を取り囲む周辺領域を有し、前記センサ領域の表層部直下に空洞が形成された半導体基板と、前記センサ領域の前記表層部を加工して形成され、互いに間隔を空けて噛み合う櫛歯状の固定電極および可動電極と、前記半導体基板の前記周辺領域に対して接着された周縁部と、当該周縁部に取り囲まれ、前記センサ領域に対して空間を隔てて前記固定電極および前記可動電極を覆う中央部とを有する、第1無機材料からなる保護層とを含む、MEMSセンサ。
項7に記載の構成によれば、固定電極および可動電極が保護層の中央部により覆われている。これにより、保護層の外側(保護層に対してセンサ領域とは反対側)から保護層の内側へのゴミ等の侵入を防止することができる。よって、固定電極および可動電極をゴミ等に対して良好に保護することができる。その結果、センサの動作不良を低減することができる。
項8.前記周辺領域は、前記固定電極および前記可動電極に電気的に接続された電極パッドが形成されたパッド領域を含み、前記保護層の前記周縁部には、前記電極パッドを露出させる開口が形成されている、項7に記載のMEMSセンサ。
項9.前記保護層の前記中央部には、その内外を連通させる貫通孔が形成されている、項7または8に記載のMEMSセンサ。
項10.前記固定電極に選択的に埋め込まれ、当該固定電極の或る部分を当該固定電極の他の部分から絶縁分離する第1絶縁層をさらに含む、項7〜9のいずれか一項に記載のMEMSセンサ。
項11.前記可動電極に選択的に埋め込まれ、当該可動電極の或る部分を当該可動電極の他の部分から絶縁分離する第2絶縁層をさらに含む、項7〜10のいずれか一項に記載のMEMSセンサ。
項12.前記保護層が、SiO 2 またはSiNからなる、項7〜11のいずれか一項に記載のMEMSセンサ。
項13.前記半導体基板が、導電性シリコン基板である、項7〜12のいずれか一項に記載のMEMSセンサ。
項13に記載の構成のように、半導体基板が導電性シリコン基板であれば、所定の形状に成形された固定電極および可動電極に対して導電性を付与するための特別な処理を施さなくても、成形後の構造をそのまま電極として利用することができる。また、電極として利用される部分を除く部分を、配線として利用することができる。
項14.前記固定電極と前記可動電極との間の静電容量の変化を検出することにより、前記MEMSセンサに作用した加速度を検出する加速度センサを含む、項7〜13のいずれか一項に記載のMEMSセンサ。
項15.前記可動電極を前記空洞に近づく方向および離れる方向に駆動させ、その駆動時に前記MEMSセンサに作用する角速度を、前記可動電極と前記固定電極との間の静電容量の変化を検出することにより検出する角速度センサを含む、項7〜14のいずれか一項に記載のMEMSセンサ。
項16.項7〜15のいずれか一項に記載のMEMSセンサと、前記MEMSセンサを覆うように形成された樹脂パッケージとを含む、MEMSパッケージ。
項16に記載の構成によれば、項7〜15のいずれか一項に記載のMEMSセンサが用いられている。そのため、当該MEMSセンサにおいて、保護層の外側から内側へのゴミ等の侵入を防止することができるので、センサの動作不良を低減することができる。その結果、信頼性の高いMEMSセンサを備えるMEMSパッケージを提供することができる。
項17.前記MEMSセンサに電気的に接続され、前記MEMSセンサとともに同一の前記樹脂パッケージに覆われた集積回路をさらに含む、項16に記載のMEMSパッケージ。
項18.表面および裏面を有し、当該表面において前記MEMSセンサを支持する基板をさらに含み、前記樹脂パッケージは、前記基板の前記表面を覆うように、かつ前記基板の前記裏面を露出させるように前記MEMSセンサを封止している、項16または17に記載のMEMSパッケージ。
2 基板
3 加速度センサ
5 集積回路
6 樹脂パッケージ
7 (基板の)表面
8 (基板の)裏面
9 ベース基板
10 センサ領域
11 パッド領域
12 X軸センサ
13 Y軸センサ
14 Z軸センサ
15 電極パッド
16 保護層
17 空間
18 頂部
19 底部
21 貫通孔
22 パッド開口
29 空洞
30 上壁
38 露出空間
39 第1犠牲層
40 第2犠牲層
41 X固定電極
42 X可動電極
45 (X可動電極の)第2ベース部
46 (X可動電極の)第2櫛歯部
48 絶縁層
54 保護薄膜
61 Y固定電極
62 Y可動電極
65 (Y可動電極の)第2ベース部
66 (Y可動電極の)第2櫛歯部
81 Z固定電極
82 Z可動電極
83 (Z固定電極の)第1ベース部
84 (Z固定電極の)第1櫛歯部
85 絶縁層
86 (Z可動電極の)第2ベース部
87 (Z可動電極の)第2櫛歯部
89 絶縁層
92 Z軸角速度センサ
93 対向部
94 絶縁層
95 先端部
96 中間部
97 基端部
98 絶縁層
Claims (5)
- センサ領域および当該センサ領域を取り囲む周辺領域を有する半導体基板の前記センサ領域の表層部を選択的にエッチングすることにより、前記半導体基板の厚さ方向の途中部まで掘り下げた凹部を形成し、同時に、当該凹部を隔てて互いに噛み合う櫛歯状の固定電極および可動電極を形成する工程と、
前記センサ領域を覆い、かつ前記周辺領域を露出させるように犠牲層を形成する工程と、
その周縁部が前記周辺領域に対して接着するように、かつ当該周縁部に取り囲まれた中央部が前記犠牲層を覆うように、前記半導体基板上に第1無機材料からなる保護層を形成する工程と、
前記保護層の直下の前記犠牲層を除去することにより、当該保護層と前記センサ領域との間に空間を形成する工程と、
前記犠牲層の除去後、前記凹部にエッチング媒体を供給する等方性エッチングにより、前記固定電極および前記可動電極の下方部を連続させて空洞を形成する工程とを含み、
前記犠牲層を形成する工程は、
前記センサ領域に形成された前記凹部の開口端を塞ぐように、前記保護層とは異なる第2無機材料からなる第1犠牲層を形成する工程と、
前記第1犠牲層の形成後、前記センサ領域を覆うように、金属材料からなる第2犠牲層を前記第1犠牲層上に形成する工程とを含む、MEMSセンサの製造方法。 - 前記第1犠牲層がフッ素系ガスでエッチング可能な無機材料からなり、前記第2犠牲層
が塩素系ガスでエッチング可能な金属材料からなる、請求項1に記載のMEMSセンサの製造方法。 - 前記保護層がSiO2からなり、前記第1犠牲層がSiNからなり、前記第2犠牲層がAlからなる、請求項1または2に記載のMEMSセンサの製造方法。
- 前記犠牲層の形成に先立って、前記固定電極および前記可動電極の側壁を覆うように、前記犠牲層に対してエッチング選択比を有する保護膜を形成する工程をさらに含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載のMEMSセンサの製造方法。
- 前記犠牲層を除去する工程は、前記保護層の前記中央部に貫通孔を形成し、当該貫通孔から前記犠牲層をエッチング可能なエッチング媒体を供給する工程を含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載のMEMSセンサの製造方法。
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