JPH10242482A - 半導体慣性センサの製造方法 - Google Patents
半導体慣性センサの製造方法Info
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- JPH10242482A JPH10242482A JP9040976A JP4097697A JPH10242482A JP H10242482 A JPH10242482 A JP H10242482A JP 9040976 A JP9040976 A JP 9040976A JP 4097697 A JP4097697 A JP 4097697A JP H10242482 A JPH10242482 A JP H10242482A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ウェーハの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。また寸法精
度に優れた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、シリコン基板
１０の上方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。一対の固
定電極２７，２８がガラススペーサ層１３を介してシリ
コン基板１０上に設けられる。
する、低コストの半導体慣性センサを得る。また寸法精
度に優れた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、シリコン基板
１０の上方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。一対の固
定電極２７，２８がガラススペーサ層１３を介してシリ
コン基板１０上に設けられる。
Description
【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。
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、シリコン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 a
l., "Silicon Resonant Angular Rate Sensor", Techin
ical Digest of the 12th SensorSymposium, pp.163-16
6 (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。
て、シリコン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 a
l., "Silicon Resonant Angular Rate Sensor", Techin
ical Digest of the 12th SensorSymposium, pp.163-16
6 (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。
【０００３】このセンサを作製する場合には、厚さ２０
０μｍ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
合によりシリコン基板と一体化される。
０μｍ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
合によりシリコン基板と一体化される。
【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ジャイロスコー
プが提案されている（J.Bernstein et al., "A Microma
chined Comb-Drive Tuning Fork Rate Gyroscope", IEE
E 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シリコン基板
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。
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 Microma
chined Comb-Drive Tuning Fork Rate Gyroscope", IEE
E 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シリコン基板
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】上記及びの従来の
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、シリコン基板に対して浮動
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
引力によりシリコン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
ためにシリコン基板に接合した後、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。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
、ともに、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。
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、シリコン基板に対して浮動
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
引力によりシリコン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
ためにシリコン基板に接合した後、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。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
、ともに、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。
【０００６】本発明の目的は、ウェーハのレーザ加工が
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、寸法精度に優れた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。
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、寸法精度に優れた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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
図１に示すように、シリコン基板１０の所定の部分にガ
ラススペーサ層１３を設けることによりギャップ１１を
形成する工程と、第１シリコンウェーハに所定のエッチ
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、第１シリコンウェーハ２１を研磨して単結晶シリ
コン層２３を形成する工程と、第２シリコンウェーハ２
２に接合された単結晶シリコン層２３をガラススペーサ
層１３を介してシリコン基板１０に接合する工程と、単
結晶シリコン層２３に接合された第２シリコンウェーハ
２２をエッチング除去する工程と、シリコン基板１０に
接合された単結晶シリコン層２３を選択的にエッチング
して単結晶シリコンからなる可動電極２６と可動電極２
６の両側に単結晶シリコンからなる一対の固定電極２
７，２８を形成することにより一対の固定電極２７，２
８に挟まれて設けられた可動電極２６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。
図１に示すように、シリコン基板１０の所定の部分にガ
ラススペーサ層１３を設けることによりギャップ１１を
形成する工程と、第１シリコンウェーハに所定のエッチ
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、第１シリコンウェーハ２１を研磨して単結晶シリ
コン層２３を形成する工程と、第２シリコンウェーハ２
２に接合された単結晶シリコン層２３をガラススペーサ
層１３を介してシリコン基板１０に接合する工程と、単
結晶シリコン層２３に接合された第２シリコンウェーハ
２２をエッチング除去する工程と、シリコン基板１０に
接合された単結晶シリコン層２３を選択的にエッチング
して単結晶シリコンからなる可動電極２６と可動電極２
６の両側に単結晶シリコンからなる一対の固定電極２
７，２８を形成することにより一対の固定電極２７，２
８に挟まれて設けられた可動電極２６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。
【０００８】請求項２に係る発明は、図４に示すよう
に、シリコン基板１０上に検出電極１２を形成する工程
と、この検出電極１２を挟んでシリコン基板１０上にガ
ラススペーサ層１３を設けることによりギャップ１１を
形成する工程と、第１シリコンウェーハ２１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、第１シリコンウェーハ２１を研磨して単結晶
シリコン層２３を形成する工程と、第２シリコンウェー
ハ２２に接合された単結晶シリコン層２３をガラススペ
ーサ層１３を介してシリコン基板１０に接合する工程
と、単結晶シリコン層２３に接合された第２シリコンウ
ェーハ２２をエッチング除去する工程と、シリコン基板
１０に接合された単結晶シリコン層２３を選択的にエッ
チングして単結晶シリコンからなる可動電極２６を形成
することにより検出電極１２に対向して設けられた可動
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である。
に、シリコン基板１０上に検出電極１２を形成する工程
と、この検出電極１２を挟んでシリコン基板１０上にガ
ラススペーサ層１３を設けることによりギャップ１１を
形成する工程と、第１シリコンウェーハ２１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、第１シリコンウェーハ２１を研磨して単結晶
シリコン層２３を形成する工程と、第２シリコンウェー
ハ２２に接合された単結晶シリコン層２３をガラススペ
ーサ層１３を介してシリコン基板１０に接合する工程
と、単結晶シリコン層２３に接合された第２シリコンウ
ェーハ２２をエッチング除去する工程と、シリコン基板
１０に接合された単結晶シリコン層２３を選択的にエッ
チングして単結晶シリコンからなる可動電極２６を形成
することにより検出電極１２に対向して設けられた可動
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である。
【０００９】請求項３に係る発明は、図５に示すよう
に、シリコン基板１０上に検出電極１２を形成する工程
と、この検出電極１２を挟んでシリコン基板１０上にガ
ラススペーサ層１３を設けることによりギャップ１１を
形成する工程と、第１シリコンウェーハ２１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、第１シリコンウェーハ２１を研磨して単結晶
シリコン層２３を形成する工程と、第２シリコンウェー
ハ２２に接合された単結晶シリコン層２３をガラススペ
ーサ層１３を介してシリコン基板１０に接合する工程
と、単結晶シリコン層２３に接合された第２シリコンウ
ェーハ２２をエッチング除去する工程と、シリコン基板
１０に接合された単結晶シリコン層２３を選択的にエッ
チングして単結晶シリコンからなる可動電極２６と可動
電極２６の両側に単結晶シリコンからなる一対の固定電
極２７，２８を形成することにより一対の固定電極２
７，２８に挟まれかつ検出電極１２に対向して設けられ
た可動電極２６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。
に、シリコン基板１０上に検出電極１２を形成する工程
と、この検出電極１２を挟んでシリコン基板１０上にガ
ラススペーサ層１３を設けることによりギャップ１１を
形成する工程と、第１シリコンウェーハ２１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、第１シリコンウェーハ２１を研磨して単結晶
シリコン層２３を形成する工程と、第２シリコンウェー
ハ２２に接合された単結晶シリコン層２３をガラススペ
ーサ層１３を介してシリコン基板１０に接合する工程
と、単結晶シリコン層２３に接合された第２シリコンウ
ェーハ２２をエッチング除去する工程と、シリコン基板
１０に接合された単結晶シリコン層２３を選択的にエッ
チングして単結晶シリコンからなる可動電極２６と可動
電極２６の両側に単結晶シリコンからなる一対の固定電
極２７，２８を形成することにより一対の固定電極２
７，２８に挟まれかつ検出電極１２に対向して設けられ
た可動電極２６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。
【００１０】この請求項１ないし３に係る製造方法で
は、ウェーハの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１１をエッチ
ング時間で制御することなくガラススペーサ層１３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
のため高精度な半導体慣性センサが作られる。なお、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
ハの結晶方位は（１１０）方位が好ましく使用される。
は、ウェーハの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１１をエッチ
ング時間で制御することなくガラススペーサ層１３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
のため高精度な半導体慣性センサが作られる。なお、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
ハの結晶方位は（１１０）方位が好ましく使用される。
【００１１】
【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、シリコン基板１０上にガラススペーサ層１
３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２
８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は、ビーム３１，３１
によりその両端が支持され、シリコン基板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１
０上にガラススペーサ層１３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３
１，３１を支軸として振動する。可動電極２６と固定電
極２７及び２８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。
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、シリコン基板１０上にガラススペーサ層１
３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２
８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は、ビーム３１，３１
によりその両端が支持され、シリコン基板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１
０上にガラススペーサ層１３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３
１，３１を支軸として振動する。可動電極２６と固定電
極２７及び２８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。
【００１２】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、先ずシリコン基板１０上の所定部分にガラススパッ
タリングによりガラススペーサ層１３を設け、パターニ
ングする。これによりギャップ１１を形成する。
センサ３０の製造方法について述べる。図１に示すよう
に、先ずシリコン基板１０上の所定部分にガラススパッ
タリングによりガラススペーサ層１３を設け、パターニ
ングする。これによりギャップ１１を形成する。
【００１３】一方、（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して単結晶シリコン層
２３を形成する。研磨されて形成された単結晶シリコン
層２３を第２シリコンウェーハに貼り合わされた状態で
ガラススペーサ層１３を介してシリコン基板１０に重ね
合わせ、単結晶シリコン層２３とガラススペーサ層１３
とを陽極接合することにより一体化する。
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して単結晶シリコン層
２３を形成する。研磨されて形成された単結晶シリコン
層２３を第２シリコンウェーハに貼り合わされた状態で
ガラススペーサ層１３を介してシリコン基板１０に重ね
合わせ、単結晶シリコン層２３とガラススペーサ層１３
とを陽極接合することにより一体化する。
【００１４】続いて、ＫＯＨなどのエッチャントにより
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単結晶シリ
コン層２３の表面にスパッタリング等によりＡｌ膜２５
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う。このエッチングに
より単結晶シリコン層２３が選択的にエッチングされ、
単結晶シリコンからなる可動電極２６とこの可動電極２
６の両側に僅かに間隙をあけて単結晶シリコンからなる
一対の固定電極２７，２８が形成される。その後Ａｌ膜
２５を除去することにより、シリコン基板１０の上面に
ガラススペーサ層１３を介して可動電極２６と一対の固
定電極２７，２８が形成され、これにより可動電極２６
が一対の固定電極２７，２８に挟まれてギャップ１１の
上方に浮動に形成された半導体慣性センサ３０が得られ
る。
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単結晶シリ
コン層２３の表面にスパッタリング等によりＡｌ膜２５
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う。このエッチングに
より単結晶シリコン層２３が選択的にエッチングされ、
単結晶シリコンからなる可動電極２６とこの可動電極２
６の両側に僅かに間隙をあけて単結晶シリコンからなる
一対の固定電極２７，２８が形成される。その後Ａｌ膜
２５を除去することにより、シリコン基板１０の上面に
ガラススペーサ層１３を介して可動電極２６と一対の固
定電極２７，２８が形成され、これにより可動電極２６
が一対の固定電極２７，２８に挟まれてギャップ１１の
上方に浮動に形成された半導体慣性センサ３０が得られ
る。
【００１５】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、シリコン基板１０上にガラススペーサ
層１３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、ビーム３１，３
１によりその両端が支持され、シリコン基板１０に対し
て浮動になっている。ビーム３１の基端部３１ａは枠体
２９の凹み２９ａに位置しかつ基板１０上にガラススペ
ーサ層１３を介して固着される。シリコン基板１０上に
は検出電極１２が形成される。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３
１ａ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３１，３１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。
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、シリコン基板１０上にガラススペーサ
層１３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、ビーム３１，３
１によりその両端が支持され、シリコン基板１０に対し
て浮動になっている。ビーム３１の基端部３１ａは枠体
２９の凹み２９ａに位置しかつ基板１０上にガラススペ
ーサ層１３を介して固着される。シリコン基板１０上に
は検出電極１２が形成される。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３
１ａ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３１，３１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。
【００１６】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、先ずシリコン基板１０の両面にシリコンを浸食せず
にエッチング可能な膜１０ａを形成する。この膜１０ａ
としては、基板１０を熱酸化することにより形成される
酸化膜の他、化学気相成長（ＣＶＤ）法でＳｉＨ2Ｃｌ2
又はＳｉＨ4とＮＨ3ガスを用いて形成される窒化シリコ
ン膜などが挙げられる。ウェーハ両面に酸化膜１０ａ，
１０ａを形成した後、上面の酸化膜１０ａをパターニン
グして拡散窓１０ｂを形成する。拡散窓１０ｂにより開
口したシリコン基板１０に、シリコン基板１０がＰ型で
あればＮ型不純物のリンを拡散してＮ+拡散層を、また
シリコン基板１０がＮ型であればＰ型不純物のホウ素を
拡散してＰ+拡散層を設けることにより、シリコン基板
１０の所定の部分にＮ+又はＰ+拡散層からなる検出電極
１２を形成する。その後シリコン基板１０の両面の膜１
０ａを全て除去し、シリコン基板１０の検出電極１２の
両側の上面にガラススパッタリングによりガラススペー
サ層１３を設け、パターニングする。これによりギャッ
プ１１を形成する。一方、第１実施の形態と同様に、
（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（１
１０）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
さに研削研磨して単結晶シリコン層２３を形成する。研
磨されて形成された単結晶シリコン層２３を第２シリコ
ンウェーハに接合された状態でガラススペーサ層１３を
介してシリコン基板１０に重ね合わせ、単結晶シリコン
層２３とガラススペーサ層１３とを陽極接合することに
より一体化する。
センサ４０の製造方法について述べる。図４に示すよう
に、先ずシリコン基板１０の両面にシリコンを浸食せず
にエッチング可能な膜１０ａを形成する。この膜１０ａ
としては、基板１０を熱酸化することにより形成される
酸化膜の他、化学気相成長（ＣＶＤ）法でＳｉＨ2Ｃｌ2
又はＳｉＨ4とＮＨ3ガスを用いて形成される窒化シリコ
ン膜などが挙げられる。ウェーハ両面に酸化膜１０ａ，
１０ａを形成した後、上面の酸化膜１０ａをパターニン
グして拡散窓１０ｂを形成する。拡散窓１０ｂにより開
口したシリコン基板１０に、シリコン基板１０がＰ型で
あればＮ型不純物のリンを拡散してＮ+拡散層を、また
シリコン基板１０がＮ型であればＰ型不純物のホウ素を
拡散してＰ+拡散層を設けることにより、シリコン基板
１０の所定の部分にＮ+又はＰ+拡散層からなる検出電極
１２を形成する。その後シリコン基板１０の両面の膜１
０ａを全て除去し、シリコン基板１０の検出電極１２の
両側の上面にガラススパッタリングによりガラススペー
サ層１３を設け、パターニングする。これによりギャッ
プ１１を形成する。一方、第１実施の形態と同様に、
（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（１
１０）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
さに研削研磨して単結晶シリコン層２３を形成する。研
磨されて形成された単結晶シリコン層２３を第２シリコ
ンウェーハに接合された状態でガラススペーサ層１３を
介してシリコン基板１０に重ね合わせ、単結晶シリコン
層２３とガラススペーサ層１３とを陽極接合することに
より一体化する。
【００１７】続いて、ＫＯＨなどのエッチャントにより
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単結晶シリ
コン層２３の表面にスパッタリング等によりＡｌ膜２５
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う。このエッチングに
より単結晶シリコン層２３が選択的にエッチングされ、
単結晶シリコンからなる可動電極２６とこの可動電極２
６の両側に単結晶シリコンからなる枠体２９が形成され
る。その後Ａｌ膜２５を除去することにより、可動電極
２６が枠体２９に挟まれて検出電極１２の上方に浮動に
形成された半導体慣性センサ４０が得られる。
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単結晶シリ
コン層２３の表面にスパッタリング等によりＡｌ膜２５
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う。このエッチングに
より単結晶シリコン層２３が選択的にエッチングされ、
単結晶シリコンからなる可動電極２６とこの可動電極２
６の両側に単結晶シリコンからなる枠体２９が形成され
る。その後Ａｌ膜２５を除去することにより、可動電極
２６が枠体２９に挟まれて検出電極１２の上方に浮動に
形成された半導体慣性センサ４０が得られる。
【００１８】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、シリコン基板１０上にガラススペーサ
層１３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、コ字状のビーム３１，３１によりその
両端が支持され、シリコン基板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上にガラ
ススペーサ層１３を介して固着される。シリコン基板１
０上には検出電極１２が形成される。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１
２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２
６，２６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。
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、シリコン基板１０上にガラススペーサ
層１３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、コ字状のビーム３１，３１によりその
両端が支持され、シリコン基板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上にガラ
ススペーサ層１３を介して固着される。シリコン基板１
０上には検出電極１２が形成される。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１
２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２
６，２６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。
【００１９】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、先ず第２実施形態と同様にシリコン基板１０の両面
に酸化膜１０ａ，１０ａを形成し、拡散窓１０ｂにより
開口したシリコン基板１０の所定の部分にＮ+又はＰ+拡
散層からなる検出電極１２を形成する。シリコン基板１
０の両面の膜１０ａを除去した後、シリコン基板１０の
検出電極１２の両側の上面にガラススパッタリングによ
りガラススペーサ層１３を設け、パターニングする。こ
れによりギャップ１１を形成する。一方、第１及び第２
実施形態と同様に、（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して単結晶シリコン層
２３を形成する。研磨されて形成された単結晶シリコン
層２３を第２シリコンウェーハに接合された状態でガラ
ススペーサ層１３を介してシリコン基板１０に重ね合わ
せ、単結晶シリコン層２３とガラススペーサ層１３とを
陽極接合することにより一体化する。
センサ５０の製造方法について述べる。図５に示すよう
に、先ず第２実施形態と同様にシリコン基板１０の両面
に酸化膜１０ａ，１０ａを形成し、拡散窓１０ｂにより
開口したシリコン基板１０の所定の部分にＮ+又はＰ+拡
散層からなる検出電極１２を形成する。シリコン基板１
０の両面の膜１０ａを除去した後、シリコン基板１０の
検出電極１２の両側の上面にガラススパッタリングによ
りガラススペーサ層１３を設け、パターニングする。こ
れによりギャップ１１を形成する。一方、第１及び第２
実施形態と同様に、（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して単結晶シリコン層
２３を形成する。研磨されて形成された単結晶シリコン
層２３を第２シリコンウェーハに接合された状態でガラ
ススペーサ層１３を介してシリコン基板１０に重ね合わ
せ、単結晶シリコン層２３とガラススペーサ層１３とを
陽極接合することにより一体化する。
【００２０】続いて、ＫＯＨなどのエッチャントにより
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単結晶シリ
コン層２３の表面にスパッタリング等によりＡｌ膜２５
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う。このエッチングに
より単結晶シリコン層２３が選択的にエッチングされ、
単結晶シリコンからなる可動電極２６とこの可動電極２
６の両側に僅かに間隙をあけて単結晶シリコンからなる
一対の固定電極２７，２８が形成される。その後Ａｌ膜
２５を除去することにより、可動電極２６が一対の固定
電極２７，２８に挟まれて検出電極１２の上方に浮動に
形成された半導体慣性センサ５０が得られる。
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単結晶シリ
コン層２３の表面にスパッタリング等によりＡｌ膜２５
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う。このエッチングに
より単結晶シリコン層２３が選択的にエッチングされ、
単結晶シリコンからなる可動電極２６とこの可動電極２
６の両側に僅かに間隙をあけて単結晶シリコンからなる
一対の固定電極２７，２８が形成される。その後Ａｌ膜
２５を除去することにより、可動電極２６が一対の固定
電極２７，２８に挟まれて検出電極１２の上方に浮動に
形成された半導体慣性センサ５０が得られる。
【００２１】
【発明の効果】以上述べたように、従来のウェーハのレ
ーザ加工による半導体慣性センサの製法と異なり、本発
明によればウェーハの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、シリコン基板に接合された単結晶シリ
コン層を選択的にエッチングすることにより可動電極を
形成するので、第１に従来のような貼り付き（stickin
g）現象を生じず、検出電極やシリコン基板に対して所
定のギャップで可動電極を設けることができる。また第
２に予め可動電極を形成した構造体をシリコン基板に接
合する場合と比較してシリコン基板に形成された検出電
極と可動電極との位置関係のズレを最小限に抑えられ
る。
ーザ加工による半導体慣性センサの製法と異なり、本発
明によればウェーハの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、シリコン基板に接合された単結晶シリ
コン層を選択的にエッチングすることにより可動電極を
形成するので、第１に従来のような貼り付き（stickin
g）現象を生じず、検出電極やシリコン基板に対して所
定のギャップで可動電極を設けることができる。また第
２に予め可動電極を形成した構造体をシリコン基板に接
合する場合と比較してシリコン基板に形成された検出電
極と可動電極との位置関係のズレを最小限に抑えられ
る。
【００２２】更に、可動電極等は単結晶シリコンからな
るため、多結晶シリコンや金属等と比べて機械的特性に
優れ、また、可動電極と基板とのギャップをエッチング
時間で制御することなく、ガラススペーサ層で規定する
ため、高精度にギャップを形成できる特長がある。
るため、多結晶シリコンや金属等と比べて機械的特性に
優れ、また、可動電極と基板とのギャップをエッチング
時間で制御することなく、ガラススペーサ層で規定する
ため、高精度にギャップを形成できる特長がある。
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
観斜視図。
１０ シリコン基板 １０ａ 膜 １１ ギャップ １２ 検出電極 １３ ガラススペーサ層 ２１ 第１シリコンウェーハ ２２ 第２シリコンウェーハ ２３ 単結晶シリコン層 ２６ 可動電極 ２７，２８ 一対の固定電極 ２９ 枠体 ３０，４０，５０ 半導体慣性センサ
Claims (3)
- 【請求項１】 シリコン基板(10)上の所定の部分にガラ
ススペーサ層(13)を設けることによりギャップ(11)を形
成する工程と、 第１シリコンウェーハ(21)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、前
記第１シリコンウェーハ(21)を研磨して単結晶シリコン
層(23)を形成する工程と、 前記第２シリコンウェーハ(22)に接合された前記単結晶
シリコン層(23)を前記ガラススペーサ層(13)を介して前
記シリコン基板(10)に接合する工程と、 前記単結晶シリコン層(23)に接合された第２シリコンウ
ェーハ(22)をエッチング除去する工程と、 前記シリコン基板(10)に接合された前記単結晶シリコン
層(23)を選択的にエッチングして単結晶シリコンからな
る可動電極(26)と前記可動電極(26)の両側に単結晶シリ
コンからなる一対の固定電極(27,28)を形成することに
より前記一対の固定電極(27,28)に挟まれて設けられた
可動電極(26)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。 - 【請求項２】 シリコン基板(10)上に検出電極(12)を形
成する工程と、 前記検出電極(12)を挟んで前記シリコン基板(10)上にガ
ラススペーサ層(13)を設けることによりギャップ(11)を
形成する工程と、 第１シリコンウェーハ(21)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、前
記第１シリコンウェーハ(21)を研磨して単結晶シリコン
層(23)を形成する工程と、 前記第２シリコンウェーハ(22)に接合された前記単結晶
シリコン層(23)を前記ガラススペーサ層(13)を介して前
記シリコン基板(10)に接合する工程と、 前記単結晶シリコン層(23)に接合された第２シリコンウ
ェーハ(22)をエッチング除去する工程と、 前記シリコン基板(10)に接合された前記単結晶シリコン
層(23)を選択的にエッチングして単結晶シリコンからな
る可動電極(26)を形成することにより前記検出電極(12)
に対向して設けられた可動電極(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。 - 【請求項３】 シリコン基板(10)上に検出電極(12)を形
成する工程と、 前記検出電極(12)を挟んで前記シリコン基板(10)上にガ
ラススペーサ層(13)を設けることによりギャップ(11)を
形成する工程と、 第１シリコンウェーハ(21)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、前
記第１シリコンウェーハ(21)を研磨して単結晶シリコン
層(23)を形成する工程と、 前記第２シリコンウェーハに接合された前記単結晶シリ
コン層(23)を前記ガラススペーサ層(13)を介して前記シ
リコン基板(10)に接合する工程と、 前記単結晶シリコン層(23)に接合された第２シリコンウ
ェーハ(22)をエッチング除去する工程と、 前記シリコン基板(10)に接合された前記単結晶シリコン
層(23)を選択的にエッチングして単結晶シリコンからな
る可動電極(26)と前記可動電極(26)の両側に単結晶シリ
コンからなる一対の固定電極(27,28)を形成することに
より前記一対の固定電極(27,28)に挟まれかつ前記検出
電極(12)に対向して設けられた可動電極(26)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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9040976A JPH10242482A (ja) | 1997-02-25 | 1997-02-25 | 半導体慣性センサの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9040976A JPH10242482A (ja) | 1997-02-25 | 1997-02-25 | 半導体慣性センサの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10242482A true JPH10242482A (ja) | 1998-09-11 |
Family
ID=12595483
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9040976A Withdrawn JPH10242482A (ja) | 1997-02-25 | 1997-02-25 | 半導体慣性センサの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10242482A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000019169A1 (de) * | 1998-09-29 | 2000-04-06 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Mikromechanischer drehratensensor und verfahren zur herstellung |
| CN104370273A (zh) * | 2014-11-17 | 2015-02-25 | 广东万事泰集团有限公司 | 一种基于高分子材料可动悬空结构的制作方法 |
-
1997
- 1997-02-25 JP JP9040976A patent/JPH10242482A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000019169A1 (de) * | 1998-09-29 | 2000-04-06 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Mikromechanischer drehratensensor und verfahren zur herstellung |
| CN104370273A (zh) * | 2014-11-17 | 2015-02-25 | 广东万事泰集团有限公司 | 一种基于高分子材料可动悬空结构的制作方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20040511 |