JPH10214977A - 半導体慣性センサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ加工が不要で大量生産に適する、低コ
ストの半導体慣性センサを得る。また寄生容量が低く、
電極間ギャップ形成精度に優れた高感度で高精度の半導
体慣性センサを得る。 【解決手段】 半導体慣性センサ３０は、ガラス基板１
０の上方に浮動するように単結晶シリコンからなる可動
電極２６が設けられ、この可動電極２６を挟んで単結晶
シリコンからなる一対の固定電極２７，２８が設けられ
る。可動電極２６を支持するビーム３１の基端部３１ａ
がポリシリコンからなるスペーサ層２３ａを介してガラ
ス基板１０上に設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電容量型の加速
度センサ、角速度センサ等に適する半導体慣性センサ及
びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の半導体慣性センサとし
て、ガラス基板と単結晶シリコンの構造からなる共振
角速度センサが提案されている（M. Hashimoto et al.,
"Silicon Resonant Angular Rate Sensor", Techinica
l Digest of the 12th Sensor Symposium, pp.163-166
(1994)）。このセンサは両側をトーションバーで浮動す
るようにした音叉構造の可動電極を有する。この可動電
極は電磁駆動によって励振されている。角速度が作用す
ると可動電極にコリオリ力が生じて、可動電極がトーシ
ョンバーの回りに捩り振動を起こして共振する。センサ
はこの可動電極の共振による可動電極と検出電極との間
の静電容量の変化により作用した角速度を検出する。こ
のセンサを作製する場合には、厚さ２００μｍ程度の結
晶方位が（１１０）の単結晶シリコン基板を基板表面に
対して垂直にエッチングして可動電極部分などの構造を
作製する。この比較的厚いシリコン基板を垂直にエッチ
ングするためにはＳＦ₆ガスによる異方性ドライエッチ
ングを行うか、或いはトーションバーの可動電極部分へ
の付け根の隅部にＹＡＧレーザで孔あけを行った後に、
ＫＯＨなどでウエットエッチングを行っている。エッチ
ング加工を行ったシリコン基板は陽極接合によりガラス
基板と一体化される。

【０００３】また別の半導体慣性センサとして、シリ
コン基板上にエッチングで犠牲層をパターン化した後、
除去することにより可動電極としてのポリシリコン振動
子を形成したマイクロジャイロ（K. Tanaka et al., "A
micromachined vibrating gyroscope", Sensors and A
ctuators A 50, pp.111-115 (1995)）が開示されてい
る。このマイクロジャイロは、いわゆる表面マイクロマ
シニング技術を用いた構造となっている。具体的には、
シリコン基板に不純物拡散によって検出電極を形成し、
その上に犠牲層となるリン酸ガラス膜を成膜してパター
ニングした後、ポリシリコンを成膜し、更に垂直エッチ
ング等の加工を行って構造体を形成する。最後に犠牲層
をエッチングにより除去することにより、可動電極部分
を切り離して検出電極に対してギャップを作り出し可動
電極を浮動状態にする。

【０００４】また別の半導体慣性センサとして、ガラ
ス基板と単結晶シリコンの構造からなる振動型半導体素
子の製造方法が開示されている（特開平７−２８３４２
０）。この製造方法では、エッチストップ層を介して貼
り合わせた２枚のウェーハのうちの１枚のウェーハに可
動電極部分及び固定電極部分の加工を行い、この加工を
行ったウェーハを接合面として貼り合わせウェーハをガ
ラス基板に陽極接合した後、加工を行っていない側のウ
ェーハを除去し、続いてエッチストップ層を除去してい
る。更に別の半導体慣性センサとして、ガラス基板と
単結晶シリコンの構造からなるジャイロスコープが提案
されている（J.Bernstein et al., "A Micromachined C
omb-Drive Tuning Fork Rate Gyroscope", IEEE MEMS '
93 Proceeding, pp.143-148 (1993)）。このジャイロス
コープは、検出電極を形成したガラス基板と、エッチン
グを行った後に高濃度ボロン拡散を行って可動電極、固
定電極等を形成した単結晶シリコン基板とをボロン拡散
を行った部分を接合面として接合し、更にボロンを拡散
していないシリコン基板部分をエッチングにより除去す
ることにより、作られる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記〜の従来のセ
ンサの製造技術には、次の欠点があった。の共振角速
度センサの製造方法では、ガラス基板に対して浮動する
構造になるべきシリコン能動部が陽極接合時に静電引力
によりガラス基板に貼り付いて可動電極にならないこと
があった。この貼り付き（sticking）を防ぐために可動
電極と検出電極とを短絡して静電力が働かない状態で陽
極接合した後に、レーザを用いて短絡していた電極間を
切り離していた。また島状の固定電極を形成するために
ガラス基板に接合した後、レーザアシストエッチングを
行う必要があった。これらのレーザ加工は極めて複雑で
あって、センサを量産しようとする場合には不適切であ
った。

【０００６】のマイクロジャイロは、シリコンウェー
ハを基板とするため、センサの寄生容量が大きく、感度
や精度を高くすることが困難であった。の振動型半導
体素子の製造方法では、２枚のシリコンウェーハを貼り
合わせる前に一方のウェーハにエッチストップ層となる
酸化膜等を形成しておくなどの手間のかかる工程を必要
とした。更にのジャイロスコープの製造方法では、ボ
ロンを拡散した部分をエッチストップ部分として構造体
全体を形成するため、エッチストップ効果が不完全の場
合にはオーバエッチングにより可動電極や固定電極の厚
さが薄くなり、寸法精度に劣る問題点があった。更に
及びにおいては、可動電極と検出電極との間のギャッ
プはエッチング時間による制御のみに依存していたの
で、電極間のギャップ形成精度に問題があった。

【０００７】本発明の目的は、レーザ加工が不要で大量
生産に適する、低コストの半導体慣性センサ及びその製
造方法を提供することにある。本発明の別の目的は、寄
生容量が低く、高感度で高精度の半導体慣性センサ及び
その製造方法を提供することにある。本発明の更に別の
目的は、寸法精度に優れた半導体慣性センサの製造方法
を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
図１及び図２に示すように、ガラス基板１０の上方に浮
動するように設けられた単結晶シリコンからなる可動電
極２６と、ガラス基板１０上に可動電極２６を挟んで設
けられた単結晶シリコンからなる一対の固定電極２７，
２８とを備えた半導体慣性センサ３０において、可動電
極２６を支持するビーム３１の基端部３１ａがポリシリ
コンからなるスペーサ層２３ａを介してガラス基板１０
上に設けられたことを特徴とする。請求項２に係る発明
は、図３及び図４に示すように、ガラス基板１０上に形
成された検出電極１２と、検出電極１２の上方に浮動す
るように設けられた単結晶シリコンからなる可動電極２
６とを備えた半導体慣性センサ４０において、可動電極
２６を支持するビーム３１の基端部３１ａがポリシリコ
ンからなるスペーサ層２３ａを介してガラス基板１０上
に設けられたことを特徴とする。請求項３に係る発明
は、図５及び図６に示すように、ガラス基板１０上に形
成された検出電極１２と、検出電極１２の上方に浮動す
るように設けられた単結晶シリコンからなる可動電極２
６と、ガラス基板１０上に可動電極２６を挟んで設けら
れた単結晶シリコンからなる一対の固定電極２７，２８
とを備えた半導体慣性センサ５０において、可動電極２
６を支持するビーム３１の基端部３１ａがポリシリコン
からなるスペーサ層２３ａを介してガラス基板１０上に
設けられたことを特徴とする。半導体慣性センサ３０，
４０及び５０は、基板にガラス基板を用いるため、寄生
容量が低く、高感度で高精度である。また可動電極が単
結晶シリコン層からなるため、機械的特性に優れる。ま
た、検出電極を持つ構造となる半導体慣性センサ４０，
５０においては可動電極と検出電極とのギャップがポリ
シリコン層２３の厚さで規定されるため、高精度にギャ
ップを形成できる。

【０００９】請求項４に係る発明は、図１に示すよう
に、第１シリコンウェーハ２１の片面に所定のエッチャ
ントに関して第１シリコンウェーハ２１より高いエッチ
ング速度を有する第２シリコンウェーハ２２を貼り合わ
せる工程と、第１シリコンウェーハ２１を所定の厚さに
研磨する工程と、第１シリコンウェーハ２１上に第１ポ
リシリコン層２３を形成し、第２シリコンウェーハ２２
上に第２ポリシリコン層２４を形成する工程と、第１ポ
リシリコン層２３の所定の部分をエッチング除去して第
１ポリシリコン層２３の一部をポリシリコンからなるス
ペーサ層２３ａとして残存させ、これにより第２シリコ
ンウェーハ２２、第２ポリシリコン層２４、第１シリコ
ンウェーハ２１及びスペーサ層２３ａからなる構造体２
５を形成する工程と、スペーサ層２３ａを介して構造体
２５をガラス基板１０に接合する工程と、第２ポリシリ
コン層２４を除去した後、第２シリコンウェーハ２２を
エッチャントでエッチング除去する工程と、第１シリコ
ンウェーハ２１を選択的にエッチング除去することによ
り、スペーサ層２３ａを介してガラス基板１０上に接合
した単結晶シリコンからなる一対の固定電極２７，２８
と一対の固定電極２７，２８に挟まれかつガラス基板１
０の上方に浮動する単結晶シリコンからなる可動電極２
６とを有する半導体慣性センサ３０を得る工程とを含む
半導体慣性センサの製造方法である。

【００１０】請求項５に係る発明は、図４に示すよう
に、ガラス基板１０上に検出電極１２を形成する工程
と、第１シリコンウェーハ２１の片面に所定のエッチャ
ントに関して第１シリコンウェーハ２１より高いエッチ
ング速度を有する第２シリコンウェーハ２２を貼り合わ
せる工程と、第１シリコンウェーハ２１を所定の厚さに
研磨する工程と、第１シリコンウェーハ２１上に第１ポ
リシリコン層２３を形成し、第２シリコンウェーハ２２
上に第２ポリシリコン層２４を形成する工程と、第１ポ
リシリコン層２３の所定の部分をエッチング除去して第
１ポリシリコン層２３の一部をポリシリコンからなるス
ペーサ層２３ａとして残存させ、これにより第２シリコ
ンウェーハ２２、第２ポリシリコン層２４、第１シリコ
ンウェーハ２１及びスペーサ層２３ａからなる構造体２
５を形成する工程と、スペーサ層２３ａを介して構造体
２５を検出電極１２が形成された部分を除くガラス基板
１０に接合する工程と、第２ポリシリコン層２４を除去
した後、第２シリコンウェーハ２２を前記エッチャント
でエッチング除去する工程と、第１シリコンウェーハ２
１を選択的にエッチング除去することにより、ガラス基
板１０上に検出電極１２に対向して浮動する単結晶シリ
コンからなる可動電極２６を有する半導体慣性センサ４
０を得る工程とを含む半導体慣性センサの製造方法であ
る。

【００１１】請求項６に係る発明は、図５に示すよう
に、ガラス基板１０上に検出電極１２を形成する工程
と、第１シリコンウェーハ２１の片面に所定のエッチャ
ントに関して第１シリコンウェーハ２１より高いエッチ
ング速度を有する第２シリコンウェーハ２２を貼り合わ
せる工程と、第１シリコンウェーハ２１を所定の厚さに
研磨する工程と、第１シリコンウェーハ２１上に第１ポ
リシリコン層２３を形成し、第２シリコンウェーハ２２
上に第２ポリシリコン層２４を形成する工程と、第１ポ
リシリコン層２３の所定の部分をエッチング除去して第
１ポリシリコン層２３の一部をポリシリコンからなるス
ペーサ層２３ａとして残存させ、これにより第２シリコ
ンウェーハ２２、第２ポリシリコン層２４、第１シリコ
ンウェーハ２１及びスペーサ層２３ａからなる構造体２
５を形成する工程と、スペーサ層２３ａを介して構造体
２５を検出電極１２が形成された部分を除くガラス基板
１０に接合する工程と、第２ポリシリコン層２４を除去
した後、第２シリコンウェーハ２２を前記エッチャント
でエッチング除去する工程と、第１シリコンウェーハ２
１を選択的にエッチング除去することにより、スペーサ
層２３ａを介してガラス基板１０上に接合した単結晶シ
リコンからなる一対の固定電極２７，２８と固定電極２
７，２８に挟まれかつ検出電極１２の上方に浮動する単
結晶シリコンからなる可動電極２６とを有する半導体慣
性センサ５０を得る工程とを含む半導体慣性センサの製
造方法である。

【００１２】この請求項４ないし６に係る製造方法で
は、レーザ加工が不要で大量生産に適するため、低コス
トで半導体慣性センサを製造できる。また基板にガラス
基板を用いるので、センサは寄生容量が低い。また検出
電極を持つ構造となる半導体慣性センサ４０，５０にお
いては可動電極と検出電極とのギャップをエッチング時
間で制御することなく、第１ポリシリコン層２３の厚さ
で規定するため、高精度にギャップを形成できる。この
ため高感度で高精度な半導体慣性センサが作られる。更
に２枚のシリコンウェーハを貼り合わせる前にエッチス
トップ層を形成する必要がなく、エッチング速度の結晶
面方位依存性を利用するなどして第２シリコンウェーハ
２２を除去し、第１シリコンウェーハ２１のみで構成さ
れた可動電極を形成できるため、単純な工程で高感度で
高精度な半導体慣性センサが作られる。

【００１３】本発明において、結晶方位が（１１１）方
位の第１シリコンウェーハ２１が使用された場合、第２
シリコンウェーハ２２の結晶方位は（１１０）方位又は
（１００）方位のものが好ましく使用される。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて詳しく説明する。図１及び図２に示すように、本発
明の第１実施形態の半導体慣性センサ３０は加速度セン
サであって、ガラス基板１０上にポリシリコンスペーサ
層２３ａを介して固着された固定電極２７及び２８の間
に可動電極２６を有する。可動電極２６、固定電極２７
及び２８は、それぞれ単結晶シリコンからなり、電極２
６と電極２７及び電極２６と電極２８の互いに対向する
部分が櫛状に形成される。可動電極２６はガラス基板１
０の上方に位置し、ビーム３１，３１によりその両端が
支持され、ガラス基板１０に対して浮動になっている。
ビーム３１の基端部３１ａは基板１０上にポリシリコン
スペーサ層２３ａを介して固着される。図示しないが、
ビーム基端部３１ａ、固定電極２７及び２８には個別に
電気配線がなされる。この半導体慣性センサ３０では、
可動電極２６に対して、図の矢印で示すようにビーム基
端部３１ａと３１ａを結ぶ線に直交する水平方向の加速
度が作用すると、可動電極２６はビーム３１，３１を支
軸として振動する。可動電極２６と固定電極２７及び２
８の間の間隔が広がったり、狭まったりすると、可動電
極２６と固定電極２７及び２８の間の静電容量が変化す
る。この静電容量の変化から作用した加速度が求められ
る。

【００１５】次に、本発明の第１実施形態の半導体慣性
センサ３０の製造方法について述べる。図１に示すよう
に、先ず（１１１）方位の第１シリコンウェーハ２１の
片面にこの第１シリコンウェーハ２１よりもＫＯＨなど
のような所定のエッチャントに関してエッチング速度の
高い（１１０）方位の第２シリコンウェーハ２２を直接
接合法により貼り合わせる。この貼り合わされた第１シ
リコンウェーハ２１の露出面を砥石及び研磨布を用いて
所定の厚さに研削研磨する。第１シリコンウェーハ２１
の研磨面に第１ポリシリコン層２３を、又第２シリコン
ウェーハ２２の露出面に第２ポリシリコン層２４をそれ
ぞれ化学気相成長（ＣＶＤ）法により約５μｍ厚に形成
する。次いで、ＣＶＤ法で窒化シリコン膜を第１ポリシ
リコン層２３及び第２ポリシリコン層２４の表面に形成
した後、パターニングして第２ポリシリコン層２４の表
面及び第１ポリシリコン層２３の所定部分に窒化シリコ
ン膜４１を形成する。その後、ＫＯＨなどのエッチャン
トにより第１ポリシリコン層２３の所定の部分を除去し
て第１シリコンウェーハ２１の所定の部分を露出させた
後、窒化シリコン膜４１を除去する。その結果、第２シ
リコンウェーハ２２、第１シリコンウェーハ２１、第２
ポリシリコン層２４及び第１ポリシリコン層２３の残存
部分に相当するスペーサ層２３ａからなる構造体２５が
形成される。次いで、このスペーサ層２３ａを介して構
造体２５をガラス基板１０に陽極接合する。その後、Ｋ
ＯＨなどのエッチャントにより第２ポリシリコン層２４
及び第２シリコンウェーハ２２をエッチング除去する。
第２シリコンウェーハ２２を除去されて露出した第１シ
リコンウェーハ２１の露出面にスパッタリングによりア
ルミニウム（Ａｌ）膜４２を形成し、パターニングした
後、ＳＦ₆ガスによる低温での異方性ドライエッチング
を行い、最後にＡｌ膜４２を除去する。これにより第１
シリコンウェーハ２１が選択的にエッチング除去され、
ガラス基板１０上にポリシリコンからなるスペーサ層２
３ａを介して接合した単結晶シリコンからなる一対の固
定電極２７，２８と一対の固定電極２７，２８に挟まれ
かつガラス基板１０の上方に浮動する単結晶シリコンか
らなる可動電極２６とが形成された半導体慣性センサ３
０が得られる。

【００１６】図３及び図４は第２実施形態の半導体慣性
センサ４０を示す。この半導体慣性センサ４０は加速度
センサであって、検出電極１２が表面に形成されたガラ
ス基板１０上にポリシリコンスペーサ層２３ａを介して
固着された枠体２９の間に可動電極２６を有する。可動
電極２６、枠体２９は、それぞれ単結晶シリコンからな
り、電極２６は窓枠状の枠体２９に間隔をあけて収容さ
れる。可動電極２６は検出電極１２の上方に位置し、ビ
ーム３１，３１によりその両端が支持され、ガラス基板
１０に対して浮動になっている。ビーム３１の基端部３
１ａは枠体２９の凹み２９ａに位置しかつ基板１０上に
ポリシリコンスペーサ層２３ａを介して固着される。図
示しないが、ビーム基端部３１ａ及び検出電極１２には
個別に電気配線がなされる。この半導体慣性センサ４０
では、可動電極２６に対して、図の矢印で示すようにビ
ーム基端部３１ａと３１ａを結ぶ線に直交する鉛直方向
の加速度が作用すると、可動電極２６はビーム３１，３
１を支軸として振動する。可動電極２６と検出電極１２
の間の間隔が広がったり、狭まったりすると、可動電極
２６と検出電極１２の間の静電容量が変化する。この静
電容量の変化から作用した加速度が求められる。

【００１７】次に、本発明の第２実施形態の半導体慣性
センサ４０の製造方法について述べる。図４に示すよう
に、先ずガラス基板１０の上面にスパッタリング、真空
蒸着などによりＡｕ，Ｐｔ，Ｃｕなどから選ばれた金属
の薄膜からなる検出電極１２を形成する。一方、第１実
施形態の製造方法と同様に行い、（１１１）方位の第１
シリコンウェーハ２１の片面にこの第１シリコンウェー
ハ２１よりもＫＯＨなどのような所定のエッチャントに
関してエッチング速度の高い（１１０）方位の第２シリ
コンウェーハ２２を直接接合法により貼り合わせる。こ
の貼り合わされた第１シリコンウェーハ２１の露出面を
砥石及び研磨布を用いて所定の厚さに研削研磨する。第
１シリコンウェーハ２１の研磨面に第１ポリシリコン層
２３を、又第２シリコンウェーハ２２の露出面に第２ポ
リシリコン層２４をそれぞれ化学気相成長（ＣＶＤ）法
により約５μｍ厚に形成する。次いで、ＣＶＤ法で窒化
シリコン膜を第１ポリシリコン層２３及び第２ポリシリ
コン層２４の表面に形成した後、パターニングして第２
ポリシリコン層２４の表面及び第１ポリシリコン層２３
の所定部分に窒化シリコン膜４１を形成する。その後、
ＫＯＨなどのエッチャントにより第１ポリシリコン層２
３の所定の部分を除去して第１シリコンウェーハ２１の
所定の部分を露出させた後、窒化シリコン膜４１を除去
する。その結果、第２シリコンウェーハ２２、第１シリ
コンウェーハ２１、第２ポリシリコン層２４及び第１ポ
リシリコン層２３の残存部分に相当するスペーサ層２３
ａからなる構造体２５が形成される。

【００１８】次いで、第１シリコンウエーハ２１が検出
電極１２に対向するように構造体２５をスペーサ層２３
ａを介してガラス基板１０に陽極接合する。その後、Ｋ
ＯＨなどのエッチャントにより第２ポリシリコン層２４
及び第２シリコンウェーハ２２をエッチング除去する。
第２シリコンウェーハ２２を除去されて露出した第１シ
リコンウェーハ２１の露出面にスパッタリングによりＡ
ｌ膜４２を形成し、パターニングした後、ＳＦ₆ガスに
よる低温での異方性ドライエッチングを行い、最後にＡ
ｌ膜４２を除去する。これにより第１シリコンウェーハ
２１が選択的にエッチング除去され、ガラス基板１０上
にポリシリコンからなるスペーサ層２３ａを介して接合
した単結晶シリコンからなる枠体２９，２９と枠体２
９，２９に挟まれかつ検出電極１２の上方に浮動する単
結晶シリコンからなる可動電極２６とが形成された半導
体慣性センサ４０が得られる。

【００１９】図５及び図６は第３実施形態の半導体慣性
センサ５０を示す。この半導体慣性センサ５０は角速度
センサであって、検出電極１２が表面に形成されたガラ
ス基板１０上にポリシリコンスペーサ層２３ａを介して
固着された固定電極２７及び２８の間に音叉構造の一対
の可動電極２６，２６を有する。可動電極２６、固定電
極２７及び２８は、それぞれ単結晶シリコンからなり、
電極２６と電極２７及び電極２６と電極２８の互いに対
向する部分が櫛状に形成される。可動電極２６，２６は
ガラス基板１０に形成された検出電極１２の上方に位置
し、コ字状のビーム３１，３１によりその両端が支持さ
れ、ガラス基板１０に対して浮動になっている。ビーム
３１の基端部３１ａは基板１０上にポリシリコンスペー
サ層２３ａを介して固着される。図示しないが、ビーム
基端部３１ａ、固定電極２７及び２８、検出電極１２に
は個別に電気配線がなされ、固定電極２７及び２８に交
流電圧を印加し、静電力により可動電極を励振するよう
になっている。この半導体慣性センサ５０では、可動電
極２６，２６に対してビーム基端部３１ａと３１ａを結
ぶ線を中心として角速度が作用すると、可動電極２６，
２６にコリオリ力が生じてこの中心線の回りに捩り振動
を起こして共振する。この共振時の可動電極２６と検出
電極１２との間の静電容量の変化により作用した角速度
が検出される。

【００２０】次に、本発明の第３実施形態の半導体慣性
センサ５０の製造方法について述べる。図５に示すよう
に、第２実施態様と同様にして先ずガラス基板１０の上
面にスパッタリング、真空蒸着などによりＡｕ，Ｐｔ，
Ｃｕなどから選ばれた金属の薄膜からなる検出電極１２
を形成する。一方、第２実施形態の製造方法と同様に行
い、（１１１）方位の第１シリコンウェーハ２１の片面
にこの第１シリコンウェーハ２１よりもＫＯＨなどのよ
うな所定のエッチャントに関してエッチング速度の高い
（１１０）方位の第２シリコンウェーハ２２を直接接合
法により貼り合わせる。この貼り合わされた第１シリコ
ンウェーハ２１の露出面を砥石及び研磨布を用いて所定
の厚さに研削研磨する。第１シリコンウェーハ２１の研
磨面に第１ポリシリコン層２３を、又第２シリコンウェ
ーハ２２の露出面に第２ポリシリコン層２４をそれぞれ
化学気相成長（ＣＶＤ）法により約５μｍ厚に形成す
る。次いで、ＣＶＤ法で窒化シリコン膜を第１ポリシリ
コン層２３及び第２ポリシリコン層２４の表面に形成し
た後、パターニングして第２ポリシリコン層２４の表面
及び第１ポリシリコン層２３の所定部分に窒化シリコン
膜４１を形成する。その後、ＫＯＨなどのエッチャント
により第１ポリシリコン層２３の所定の部分を除去して
第１シリコンウェーハ２１の所定の部分を露出させた
後、窒化シリコン膜４１を除去する。その結果、第２シ
リコンウェーハ２２、第１シリコンウェーハ２１、第２
ポリシリコン層２４及び第１ポリシリコン層２３の残存
部分に相当するスペーサ層２３ａからなる構造体２５が
形成される。

【００２１】次いで、第１シリコンウエーハ２１が検出
電極１２に対向するように構造体２５をスペーサ２３ａ
を介してガラス基板１０に陽極接合する。その後、ＫＯ
Ｈなどのエッチャントにより第２ポリシリコン層２４及
び第２シリコンウェーハ２２をエッチング除去する。第
２シリコンウェーハ２２を除去されて露出した第１シリ
コンウェーハ２１の露出面にスパッタリングによりＡｌ
膜４２を形成し、パターニングした後、ＳＦ₆ガスによ
る低温での異方性ドライエッチングを行い、最後にＡｌ
膜４２を除去する。これにより第１シリコンウェーハ２
１が選択的にエッチング除去され、ガラス基板１０上に
ポリシリコンからなるスペーサ層２３ａを介して接合し
た単結晶シリコンからなる一対の固定電極２７，２８と
一対の固定電極２７，２８に挟まれかつ検出電極１２の
上方に浮動する単結晶シリコンからなる可動電極２６と
が形成された半導体慣性センサ５０が得られる。

【００２２】

【発明の効果】以上述べたように、従来のレーザ加工に
よる半導体慣性センサの製法と異なり、本発明によれば
レーザ加工が不要となり、大量生産に適した低コストの
半導体慣性センサを製作することができる。また可動電
極、固定電極などを構成する単結晶シリコン層が十分な
厚さを有する第２シリコンウェーハに支持された状態で
ガラス基板に接合するため、従来のような貼り付き（st
icking）現象を生じず、検出電極やガラス基板に対して
所定のギャップで可動電極を設けることができる。また
基板をシリコン基板でなく、ガラス基板にすることによ
り、静電容量で検出を行うセンサでは、素子の寄生容量
が低下し、高感度で高精度の半導体慣性センサが得られ
る。更にエッチストップ層を使用せずに可動電極、固定
電極などをエッチングにより形成できるため、可動電
極、枠体又は固定電極を構成する単結晶シリコン層、ス
ペーサ層を構成するポリシリコン層等においてエッチス
トップ層によって電流の流れが妨害されることなく、陽
極接合をより効率よく行うことができる。

【００２３】また、ガラス基板上に検出電極が形成され
た構造においては可動電極と、検出電極が形成されたガ
ラス基板とのギャップが ポリシリコンのスペーサ層の
厚さで規定されるため、高精度にギャップを形成でき
る。このため高感度で高精度な半導体慣性センサが得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図２のＡ−Ａ線要部に相当する本発明の第１実
施形態の半導体慣性センサ及びその製造工程を示す断面
図。

【図２】本発明の第１実施形態の半導体慣性センサの外
観斜視図。

【図３】本発明の第２実施形態の半導体慣性センサの外
観斜視図。

【図４】図３のＢ−Ｂ線要部に相当する本発明の第２実
施形態の半導体慣性センサ及びその製造工程を示す断面
図。

【図５】図６のＣ−Ｃ線要部に相当する本発明の第３実
施形態の半導体慣性センサ及びその製造工程を示す断面
図。

【図６】本発明の第３実施形態の半導体慣性センサの外
観斜視図。

【符号の説明】

１０ ガラス基板 １２ 検出電極 ２１ 第１シリコンウェーハ ２２ 第２シリコンウェーハ ２３ 第１ポリシリコン層 ２３ａ スペーサ層 ２４ 第２ポリシリコン層 ２５ 構造体 ２６ 可動電極 ２７，２８ 一対の固定電極 ３１ ビーム ３１ａ ビームの基端部 ３０，４０，５０ 半導体慣性センサ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガラス基板(10)の上方に浮動するように
   設けられた単結晶シリコンからなる可動電極(26)と、前
   記ガラス基板(10)上に前記可動電極(26)を挟んで設けら
   れた単結晶シリコンからなる一対の固定電極(27,28)と
   を備えた半導体慣性センサ(30)において、 前記可動電極(26)を支持するビーム(31)の基端部(31a)
   がポリシリコンからなるスペーサ層(23a)を介して前記
   ガラス基板(10)上に設けられたことを特徴とする半導体
   慣性センサ。
2. 【請求項２】 ガラス基板(10)上に形成された検出電極
   (12)と、前記検出電極(12)の上方に浮動するように設け
   られた単結晶シリコンからなる可動電極(26)とを備えた
   半導体慣性センサ(40)において、 前記可動電極(26)を支持するビーム(31)の基端部(31a)
   がポリシリコンからなるスペーサ層(23a)を介して前記
   ガラス基板(10)上に設けられたことを特徴とする半導体
   慣性センサ。
3. 【請求項３】 ガラス基板(10)上に形成された検出電極
   (12)と、前記検出電極(12)の上方に浮動するように設け
   られた単結晶シリコンからなる可動電極(26)と、前記ガ
   ラス基板(10)上に前記可動電極(26)を挟んで設けられた
   単結晶シリコンからなる一対の固定電極(27,28)とを備
   えた半導体慣性センサ(50)において、 前記可動電極(26)を支持するビーム(31)の基端部(31a)
   がポリシリコンからなるスペーサ層(23a)を介して前記
   ガラス基板(10)上に設けられたことを特徴とする半導体
   慣性センサ。
4. 【請求項４】 第１シリコンウェーハ(21)の片面に所定
   のエッチャントに関して前記第１シリコンウェーハ(21)
   より高いエッチング速度を有する第２シリコンウェーハ
   (22)を貼り合わせる工程と、 前記第１シリコンウェーハ(21)を所定の厚さに研磨する
   工程と、 前記第１シリコンウェーハ(21)上に第１ポリシリコン層
   (23)を形成し、前記第２シリコンウェーハ(22)上に第２
   ポリシリコン層(24)を形成する工程と、 前記第１ポリシリコン層(23)の所定の部分をエッチング
   除去して前記第１ポリシリコン層(23)の一部をポリシリ
   コンからなるスペーサ層(23a)として残存させ、これに
   より前記第２シリコンウェーハ(22)、第２ポリシリコン
   層(24)、前記第１シリコンウェーハ(21)及び前記スペー
   サ層(23a)からなる構造体(25)を形成する工程と、 前記スペーサ層(23a)を介して前記構造体(25)をガラス
   基板(10)に接合する工程と、 前記第２ポリシリコン層(24)を除去した後、前記第２シ
   リコンウェーハ(22)を前記エッチャントでエッチング除
   去する工程と、 前記第１シリコンウェーハ(21)を選択的にエッチング除
   去することにより、前記スペーサ層(23a)を介して前記
   ガラス基板(10)上に接合した単結晶シリコンからなる一
   対の固定電極(27,28)と前記一対の固定電極(27,28)に挟
   まれかつ前記ガラス基板(10)の上方に浮動する単結晶シ
   リコンからなる可動電極(26)とを有する半導体慣性セン
   サ(30)を得る工程とを含む半導体慣性センサの製造方
   法。
5. 【請求項５】 ガラス基板(10)上に検出電極(12)を形成
   する工程と、 第１シリコンウェーハ(21)の片面に所定のエッチャント
   に関して前記第１シリコンウェーハ(21)より高いエッチ
   ング速度を有する第２シリコンウェーハ(22)を貼り合わ
   せる工程と、 前記第１シリコンウェーハ(21)を所定の厚さに研磨する
   工程と、 前記第１シリコンウェーハ(21)上に第１ポリシリコン層
   (23)を形成し、前記第２シリコンウェーハ(22)上に第２
   ポリシリコン層(24)を形成する工程と、 前記第１ポリシリコン層(23)の所定の部分をエッチング
   除去して前記第１ポリシリコン層(23)の一部をポリシリ
   コンからなるスペーサ層(23a)として残存させ、これに
   より前記第２シリコンウェーハ(22)、第２ポリシリコン
   層(24)、前記第１シリコンウェーハ(21)及び前記スペー
   サ層(23a)からなる構造体(25)を形成する工程と、 前記スペーサ層(23a)を介して前記構造体(25)を前記検
   出電極(12)が形成された部分を除くガラス基板(10)に接
   合する工程と、 前記第２ポリシリコン層(24)を除去した後、前記第２シ
   リコンウェーハ(22)を前記エッチャントでエッチング除
   去する工程と、 前記第１シリコンウェーハ(21)を選択的にエッチング除
   去することにより、前記ガラス基板(10)上に前記検出電
   極(12)に対向して浮動する単結晶シリコンからなる可動
   電極(26)を有する半導体慣性センサ(40)を得る工程とを
   含む半導体慣性センサの製造方法。
6. 【請求項６】 ガラス基板(10)上に検出電極(12)を形成
   する工程と、 第１シリコンウェーハ(21)の片面に所定のエッチャント
   に関して前記第１シリコンウェーハ(21)より高いエッチ
   ング速度を有する第２シリコンウェーハ(22)を貼り合わ
   せる工程と、 前記第１シリコンウェーハ(21)を所定の厚さに研磨する
   工程と、 前記第１シリコンウェーハ(21)上に第１ポリシリコン層
   (23)を形成し、前記第２シリコンウェーハ(22)上に第２
   ポリシリコン層(24)を形成する工程と、 前記第１ポリシリコン層(23)の所定の部分をエッチング
   除去して前記第１ポリシリコン層(23)の一部をポリシリ
   コンからなるスペーサ層(23a)として残存させ、これに
   より前記第２シリコンウェーハ(22)、第２ポリシリコン
   層(24)、前記第１シリコンウェーハ(21)及び前記スペー
   サ層(23a)からなる構造体(25)を形成する工程と、 前記スペーサ層(23a)を介して前記構造体(25)を前記検
   出電極(12)が形成された部分を除くガラス基板(10)に接
   合する工程と、 前記第２ポリシリコン層(24)を除去した後、前記第２シ
   リコンウェーハ(22)を前記エッチャントでエッチング除
   去する工程と、 前記第１シリコンウェーハ(21)を選択的にエッチング除
   去することにより、前記スペーサ層(23a)を介して前記
   ガラス基板(10)上に接合した単結晶シリコンからなる一
   対の固定電極(27,28)と前記固定電極(27,28)に挟まれか
   つ前記検出電極(12)の上方に浮動する単結晶シリコンか
   らなる可動電極(26)とを有する半導体慣性センサ(50)を
   得る工程とを含む半導体慣性センサの製造方法。