JPH10270715A - Manufacture of semiconductor inertia sensor - Google Patents

Manufacture of semiconductor inertia sensor

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Publication number
JPH10270715A
JPH10270715A JP9072957A JP7295797A JPH10270715A JP H10270715 A JPH10270715 A JP H10270715A JP 9072957 A JP9072957 A JP 9072957A JP 7295797 A JP7295797 A JP 7295797A JP H10270715 A JPH10270715 A JP H10270715A
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JP
Japan
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layer
film
crystal silicon
movable electrode
etching
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP9072957A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Shibatani
博志 柴谷
Kensuke Muraishi
賢介 村石
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Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH10270715A publication Critical patent/JPH10270715A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a semiconductor inertia sensor with the low cost which does not require laser processing for a wafer and is suitable for high volume production, which is low in parasitic capacitance and excellent in size accuracy. SOLUTION: A polysilicon layer 23 is formed on opposite surfaces of a laminate comprising a second oxide film 42, a single crystal silicon layer 20, a first oxide film 41, and a second silicon wafer 22. The polysilicon layer connected with the second oxide film is selectively removed to form a spacer layer 25 composed of the polysilicon layer and the second oxide film. The exposed single crystal silicon layer is selectively removed to form a movable electrode 26 comprising the single crystal silicon and fixed electrodes 27, 28 comprising the single crystal silicon. A structure 43 including the movable electrode, the fixed electrodes, and the spacer electrode is joined with a glass substrate 10 through the spacer layer. The second silicon wafer and the polysilicon layer on the first oxide film are removed, and then the first oxide film is removed to configure a semiconductor inertia sensor 30.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[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の
製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor inertial sensor suitable for a capacitance type acceleration sensor, angular velocity sensor and the like.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art Conventionally, as this kind of semiconductor inertial sensor, a resonance angular velocity sensor having a structure of a glass substrate and single crystal silicon has been proposed (M. Hashimoto et al.,
"Silicon Resonant Angular Rate Sensor", Techinica
l Digest of the 12th Sensor Symposium, pp.163-166
(1994)). This sensor has a movable electrode with a tuning fork structure that floats on both sides with a torsion bar. This movable electrode is excited by electromagnetic drive. When the angular velocity acts, a Coriolis force is generated on the movable electrode, and the movable electrode causes torsional vibration around the torsion bar to resonate. The sensor detects an angular velocity that acts due to a change in capacitance between the movable electrode and the detection electrode due to resonance of the movable electrode. When this sensor is manufactured, a structure such as a movable electrode portion is manufactured by etching a single crystal silicon substrate having a thickness of about 200 μm and having a crystal orientation of (110) perpendicular to the substrate surface. In order to vertically etch this relatively thick silicon substrate, anisotropic dry etching using SF 6 gas is performed, or after drilling a YAG laser at the corner of the base of the torsion bar to the movable electrode portion, ,
Wet etching is performed with KOH or the like. The etched silicon substrate is integrated with the glass substrate by anodic bonding.

【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。
As another semiconductor inertial sensor, after a sacrificial layer is patterned on a silicon substrate by etching,
A micro-gyro (K. Tanaka et al., "A
micromachined vibrating gyroscope ", Sensors and A
ctuators A 50, pp. 111-115 (1995)). This microgyro has a structure using a so-called surface micromachining technology. In particular,
Forming a detection electrode by impurity diffusion on a silicon substrate,
After forming and patterning a phosphate glass film serving as a sacrificial layer thereon, a polysilicon film is formed, and a process such as vertical etching is performed to form a structure. Finally, by removing the sacrificial layer by etching, the movable electrode portion is cut off to create a gap with respect to the detection electrode, and the movable electrode is brought into a floating state.

【0004】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 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。
As another semiconductor inertial sensor, a gyroscope having a structure of a glass substrate and single crystal silicon has been proposed (J. Bernstein et al., "A Microma
chined Comb-Drive Tuning Fork Rate Gyroscope ", IEE
E MEMS '93 Proceeding, pp.143-148 (1993)). This gyroscope has a glass substrate on which a detection electrode is formed,
After the etching, high-concentration boron diffusion is performed to form a movable electrode, a fixed electrode, etc., on a single-crystal silicon substrate, where the boron-diffused portion is used as a bonding surface, and further, the silicon substrate portion where boron is not diffused. Is removed by etching.

【0005】[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。
The above-mentioned conventional techniques for manufacturing a sensor have the following disadvantages. In the method of manufacturing the resonance angular velocity sensor described above, the silicon active portion which should be a structure floating with respect to the glass substrate sometimes adheres to the glass substrate due to electrostatic attraction during anodic bonding and does not become a movable electrode. In order to prevent this sticking, the movable electrode and the detection electrode are short-circuited and anodic-bonded in a state where electrostatic force does not work, and then the short-circuited electrodes are separated using a laser. In addition, it is necessary to perform laser-assisted etching after bonding to a glass substrate to form an island-shaped fixed electrode. These laser processes are extremely complicated and unsuitable for mass production of sensors.

【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。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。
[0006] In the micro gyro, since a silicon wafer is used as a substrate, the parasitic capacitance of the sensor is large, and it is difficult to increase sensitivity and accuracy. Further, in the gyroscope manufacturing method, since the entire structure is formed by using the portion where boron is diffused as an etch stop portion, if the etch stop effect is incomplete, the thickness of the movable electrode and the fixed electrode is reduced by overetching. Therefore, there is a problem that the dimensional accuracy is inferior. Further, since the gap between the movable electrode and the detection electrode depends only on the control by the etching time, there is a problem in the accuracy of forming the gap between the electrodes.

【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。
An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a low-cost semiconductor inertial sensor which does not require laser processing and is suitable for mass production. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor inertial sensor with low parasitic capacitance, high sensitivity and high accuracy. Still another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor inertial sensor having excellent dimensional accuracy.

【0008】[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に示すように、両面にシリコンを浸食せずにエッチ
ング可能な第1膜41を有する第1シリコンウェーハ2
1に第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の片面を所定の厚さに研磨し
て単結晶シリコン層20を形成する工程と、単結晶シリ
コン層20上にシリコンを浸食せずにエッチング可能な
第2膜42を形成する工程と、第2膜42の上にポリシ
リコン層23を形成する工程と、単結晶シリコン層20
上に順次積層された第2膜42及びポリシリコン層23
を選択的にエッチング除去し、これにより第2膜42と
この上に積層されたポリシリコン層23とからなるスペ
ーサ層25を単結晶シリコン層20上に形成する工程
と、露出した単結晶シリコン層20を選択的にエッチン
グ除去し、これにより第1膜41に接続する単結晶シリ
コンからなる可動電極26と第1膜41及びスペーサ層
25に接続する単結晶シリコンからなる一対の固定電極
27,28とをそれぞれ形成する工程と、第2シリコン
ウェーハ22と第1膜41と可動電極26と固定電極2
7,28とスペーサ層25とを有する構造体43を可動
電極26がガラス基板10に対向するように前記スペー
サ層25を介してガラス基板10に接合する工程と、第
2シリコンウェーハ22を第1膜41をエッチストップ
層としてエッチング除去する工程と、第1膜41をエッ
チング除去することにより一対の固定電極27,28と
固定電極27,28に挟まれかつガラス基板10の上方
に浮動する可動電極26とを有する半導体慣性センサ3
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。
The invention according to claim 1 is
As shown in FIG. 1, a first silicon wafer 2 having a first film 41 that can be etched without eroding silicon on both surfaces.
Bonding a second silicon wafer 22 to 1;
Polishing one surface of the first silicon wafer 21 to a predetermined thickness to form a single-crystal silicon layer 20, and forming a second film 42 on the single-crystal silicon layer 20 that can be etched without eroding silicon. A step of forming the polysilicon layer 23 on the second film 42;
The second film 42 and the polysilicon layer 23 sequentially laminated thereon
Forming a spacer layer 25 comprising a second film 42 and a polysilicon layer 23 laminated thereon on the single crystal silicon layer 20 by selectively etching away the single crystal silicon layer. 20 is selectively removed by etching, whereby a movable electrode 26 made of single crystal silicon connected to the first film 41 and a pair of fixed electrodes 27 and 28 made of single crystal silicon connected to the first film 41 and the spacer layer 25 are formed. Forming the second silicon wafer 22, the first film 41, the movable electrode 26, and the fixed electrode 2
Bonding the structure 43 having the spacers 25 to the glass substrate 10 via the spacer layer 25 so that the movable electrode 26 faces the glass substrate 10; A step of etching and removing the film 41 as an etch stop layer, and a step of etching and removing the first film 41 and a movable electrode sandwiched between the pair of fixed electrodes 27 and 28 and floating above the glass substrate 10. Semiconductor inertial sensor 3 having
And a step of obtaining 0.

【0009】請求項2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、両面にシリコンを浸食せずにエッチング可能な第1
膜41を有する第1シリコンウェーハ21に第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の片面を所定の厚さに研磨して単結晶シリコ
ン層20を形成する工程と、単結晶シリコン層20上に
シリコンを浸食せずにエッチング可能な第2膜42を形
成する工程と、第2膜42の上にポリシリコン層23を
形成する工程と、単結晶シリコン層20上に順次積層さ
れた第2膜42及びポリシリコン層23を選択的にエッ
チング除去し、これにより第2膜42とこの上に積層さ
れたポリシリコン層23とからなるスペーサ層25を単
結晶シリコン層20上に形成する工程と、露出した単結
晶シリコン層20を選択的にエッチング除去し、これに
より第1膜41に接続する単結晶シリコンからなる可動
電極26を形成する工程と、第2シリコンウェーハ22
と第1膜41と可動電極26とスペーサ層25とを有す
る構造体43を可動電極26が検出電極12に対向する
ように前記スペーサ層25を介してガラス基板10に接
合する工程と、第2シリコンウェーハ22を第1膜41
をエッチストップ層としてエッチング除去する工程と、
第1膜41を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。
According to a second aspect of the present invention, as shown in FIG. 4, a step of forming a detection electrode 12 on a glass substrate 10 and a first step capable of etching both sides without eroding silicon.
A step of bonding the second silicon wafer 22 to the first silicon wafer 21 having the film 41, a step of polishing one surface of the first silicon wafer 21 to a predetermined thickness to form the single-crystal silicon layer 20, A step of forming a second film 42 that can be etched without eroding silicon on the silicon layer 20, a step of forming a polysilicon layer 23 on the second film 42, and a step of sequentially laminating on the single crystal silicon layer 20 The removed second film 42 and polysilicon layer 23 are selectively removed by etching, whereby the spacer layer 25 composed of the second film 42 and the polysilicon layer 23 laminated thereon is formed on the single crystal silicon layer 20. Forming step and selectively removing the exposed single-crystal silicon layer 20 by etching, thereby forming a movable electrode 26 made of single-crystal silicon connected to the first film 41. A step, a second silicon wafer 22
Bonding the structure 43 having the first electrode 41, the first electrode 41, the movable electrode 26, and the spacer layer 25 to the glass substrate 10 via the spacer layer 25 such that the movable electrode 26 faces the detection electrode 12; The silicon wafer 22 is placed on the first film 41
Etching away as an etch stop layer,
The movable electrode 26 floating opposite to the detection electrode 12 on the glass substrate 10 by etching away the first film 41.
Obtaining a semiconductor inertial sensor 40 having the following formula:

【0010】請求項3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、両面にシリコンを浸食せずにエッチング可能な第1
膜41を有する第1シリコンウェーハ21に第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の片面を所定の厚さに研磨して単結晶シリコ
ン層20を形成する工程と、単結晶シリコン層20上に
シリコンを浸食せずにエッチング可能な第2膜42を形
成する工程と、第2膜42の上にポリシリコン層23を
形成する工程と、単結晶シリコン層20上に順次積層さ
れた第2膜42及びポリシリコン層23を選択的にエッ
チング除去し、これにより第2膜42とこの上に積層さ
れたポリシリコン層23とからなるスペーサ層25を単
結晶シリコン層20上に形成する工程と、露出した単結
晶シリコン層20を選択的にエッチング除去し、これに
より第1膜41に接続する単結晶シリコンからなる可動
電極26と第1膜41及びスペーサ層25に接続する単
結晶シリコンからなる一対の固定電極27,28とをそ
れぞれ形成する工程と、第2シリコンウェーハ22と第
1膜41と可動電極26と固定電極27,28とスペー
サ層25とを有する構造体43を可動電極26が検出電
極12に対向するように前記スペーサ層25を介してガ
ラス基板10に接合する工程と、第2シリコンウェーハ
22を第1膜41をエッチストップ層としてエッチング
除去する工程と、第1膜41をエッチング除去すること
により一対の固定電極27,28と固定電極27,28
に挟まれかつガラス基板10の上に検出電極12に対向
して浮動する可動電極26を有する半導体慣性センサ5
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。
According to a third aspect of the present invention, as shown in FIG. 5, a step of forming a detection electrode 12 on a glass substrate 10 and a first step capable of etching both sides without eroding silicon.
A step of bonding the second silicon wafer 22 to the first silicon wafer 21 having the film 41, a step of polishing one surface of the first silicon wafer 21 to a predetermined thickness to form the single-crystal silicon layer 20, A step of forming a second film 42 that can be etched without eroding silicon on the silicon layer 20, a step of forming a polysilicon layer 23 on the second film 42, and a step of sequentially laminating on the single crystal silicon layer 20 The removed second film 42 and polysilicon layer 23 are selectively removed by etching, whereby the spacer layer 25 composed of the second film 42 and the polysilicon layer 23 laminated thereon is formed on the single crystal silicon layer 20. Forming step and selectively removing the exposed single-crystal silicon layer 20 by etching, thereby forming the movable electrode 26 made of single-crystal silicon connected to the first film 41 and the first film Forming a pair of fixed electrodes 27 and 28 made of single crystal silicon to be connected to the first and spacer layers 25, respectively, a second silicon wafer 22, a first film 41, a movable electrode 26, fixed electrodes 27 and 28, and a spacer. Bonding the structure 43 having the layer 25 to the glass substrate 10 via the spacer layer 25 so that the movable electrode 26 faces the detection electrode 12, and etching the second silicon wafer 22 to the first film 41. A step of etching and removing the layer as a layer, and a step of etching and removing the first film 41 to form a pair of fixed electrodes 27 and 28 and the fixed electrodes 27 and 28.
Semiconductor inertial sensor 5 having a movable electrode 26 which is sandwiched between and floats on a glass substrate 10 so as to face the detection electrode 12.
And a step of obtaining 0.

【0011】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。また構
造体43の構成部材は十分な厚さの第2シリコンウエー
ハ22とこれに貼り合わせた第1シリコンウエーハ21
を所定の厚さに研磨した単結晶シリコン層20から構成
されるため、構造体の厚さを自由に選択できる。従っ
て、構造体43をガラス基板10に接合する際のハンド
リングが容易になるとともに可動電極26等の厚さを自
由に設定できる。また基板にガラス基板を用いるので、
得られる半導体慣性センサは寄生容量が低い。更に電極
間のギャップはエッチング時間での制御ではなく第2膜
42とポリシリコン層23とからなるスペーサ層25の
厚さで規定されるので、寸法精度に優れる。このため高
精度な半導体慣性センサが作られる。
In the manufacturing method according to the first to third aspects, since laser processing of the wafer is unnecessary and suitable for mass production, a semiconductor inertial sensor can be manufactured at low cost. The structural members of the structure 43 are a second silicon wafer 22 having a sufficient thickness and the first silicon wafer 21 bonded thereto.
Of the structure is polished to a predetermined thickness, so that the thickness of the structure can be freely selected. Accordingly, handling when the structure 43 is bonded to the glass substrate 10 becomes easy, and the thickness of the movable electrode 26 and the like can be set freely. Also, since a glass substrate is used for the substrate,
The resulting semiconductor inertial sensor has low parasitic capacitance. Furthermore, the gap between the electrodes is not controlled by the etching time, but is determined by the thickness of the spacer layer 25 composed of the second film 42 and the polysilicon layer 23, so that the dimensional accuracy is excellent. For this reason, a highly accurate semiconductor inertial sensor is manufactured.

【0012】なお、本明細書で、「シリコンを浸食せず
にエッチング可能な膜」とは、当該膜をエッチング除去
する際にシリコンが浸食されないエッチャントを選ぶこ
とができる膜であることを意味する。このような性質の
膜としては酸化膜や窒化膜等が挙げられる。本発明にお
いて、第2シリコンウェーハ22の結晶方位は、エッチ
ング速度を考慮した場合、(110)方位のものが好ま
しく使用される。
In this specification, "a film which can be etched without eroding silicon" means that an etchant which does not corrode silicon when etching the film can be selected. . Examples of the film having such properties include an oxide film and a nitride film. In the present invention, the crystal orientation of the second silicon wafer 22 is preferably a (110) orientation in consideration of the etching rate.

【0013】[0013]

【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上にシリコンを浸食せずに
エッチング可能な第2膜42とポリシリコン層23とか
らなるスペーサ層25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、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はガラス基板10上にスペーサ層25を構成
する第2膜42とポリシリコン層23とを介して固着さ
れる。図示しないが、ビーム基端部31a、固定電極2
7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。
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. As shown in FIGS. 1 and 2, a semiconductor inertial sensor 30 according to a first embodiment of the present invention is an acceleration sensor, and a second film 42 and a polysilicon which can be etched on a glass substrate 10 without eroding silicon. Fixed electrode 27 fixed via spacer layer 25 composed of layer 23
And 28 have a movable electrode 26. Movable electrode 26,
The fixed electrodes 27 and 28 are each made of single-crystal silicon, and opposing portions of the electrodes 26 and 27 and the electrodes 26 and 28 are formed in a comb shape. Movable electrode 26
Are supported at both ends by beams 31, and are floating with respect to the glass substrate 10. The base 31 a of the beam 31 is fixed on the glass substrate 10 via the second film 42 constituting the spacer layer 25 and the polysilicon layer 23. Although not shown, the beam base end 31a, the fixed electrode 2
7 and 28 are individually provided with electrical wiring. In the semiconductor inertial sensor 30, when a horizontal acceleration perpendicular to a line connecting the beam base ends 31a and 31a acts on the movable electrode 26 as shown by arrows in the figure, the movable electrode 26 applies the beams 31, 31. Vibrates around the shaft. Movable electrode 26
When the distance between the movable electrode 26 and the fixed electrodes 27 and 28 increases or decreases, the capacitance between the movable electrode 26 and the fixed electrodes 27 and 28 changes. The acceleration that acts is obtained from the change in the capacitance.

【0014】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、第1シリコンウェーハ21を熱酸化することにより
その両面に第1酸化膜41を形成する。次いで第2シリ
コンウェーハ22を第1シリコンウエーハ21に第1酸
化膜41を介して貼り合わせる。第2シリコンウエーハ
22が貼り合わされていない側の第1シリコンウェーハ
21の表面をその上に形成されている第1酸化膜41と
共に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20を形成する。熱酸化により第2シ
リコンウェーハ22及び単結晶シリコン層20の上に第
2酸化膜42を第1酸化膜41の場合と同様にして形成
する。第2シリコンウエーハ22上の第2酸化膜42を
CF4などのガスによるドライエッチングによりエッチ
ング除去した後、単結晶シリコン層20上に残留した第
2酸化膜42と露出した第2シリコンウエーハ22との
上にCVD法によりポリシリコン層23をそれぞれ形成
する。前記両方のポリシリコン層23上にCVD法によ
り窒化膜35をそれぞれ形成した後、パターニングして
第2酸化膜42上に形成されているポリシリコン層23
の所定部分を露出させる。この露出したポリシリコン層
23とその下側に形成されている第2酸化膜42をエッ
チング除去し、これにより第2酸化膜42とこの上に積
層されたポリシリコン層23とからなるスペーサ層25
が単結晶シリコン層20上に形成される。スペーサ層2
5及び単結晶シリコン層20の表面にスパッタリング及
びパターニングによりAl層36を選択的に形成し、続
いてSF6ガスによる低温での異方性ドライエッチング
を行う。これにより第1酸化膜41をエッチストップ層
として単結晶シリコン層20が選択的にエッチングさ
れ、その結果、第1酸化膜41上に単結晶シリコンから
なる可動電極26が形成され、この可動電極26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。Al層36を除去した
後、ポリシリコン層23と第2シリコンウェーハ22と
第1酸化膜41と可動電極26と固定電極27,28と
スペーサ層25とを有する構造体43を可動電極26が
ガラス基板10に対向するようにスペーサ層25を介し
てガラス基板10に陽極接合する。続いて、KOHなど
のエッチャントによりポリシリコン層23及び第2シリ
コンウェーハ22を第1酸化膜41をエッチストップ層
としてエッチング除去する。次いでフッ酸などのエッチ
ャントによるウエットエッチング又はCF4などのエッ
チャントによるドライエッチングを行って、第1酸化膜
41をエッチング除去する。これにより単結晶シリコン
からなる可動電極26が単結晶シリコンからなる一対の
固定電極27,28に挟まれてガラス基板10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。
Next, a method of manufacturing the semiconductor inertial sensor 30 according to the first embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 1, the first silicon wafer 21 is thermally oxidized to form first oxide films 41 on both surfaces thereof. Next, the second silicon wafer 22 is bonded to the first silicon wafer 21 via the first oxide film 41. The surface of the first silicon wafer 21 to which the second silicon wafer 22 is not bonded is ground and polished to a predetermined thickness using a grindstone and a polishing cloth together with the first oxide film 41 formed thereon. A crystalline silicon layer 20 is formed. A second oxide film is formed on the second silicon wafer 22 and the single-crystal silicon layer 20 by thermal oxidation in the same manner as in the case of the first oxide film 41. After the second oxide film 42 on the second silicon wafer 22 is removed by dry etching using a gas such as CF 4 , the second oxide film 42 remaining on the single crystal silicon layer 20 and the exposed second silicon wafer 22 A polysilicon layer 23 is formed on the substrate by a CVD method. After a nitride film 35 is formed on both of the polysilicon layers 23 by a CVD method, the nitride film 35 is patterned and formed on the second oxide film 42.
Expose a predetermined portion of The exposed polysilicon layer 23 and the second oxide film 42 formed thereunder are removed by etching, whereby the spacer layer 25 composed of the second oxide film 42 and the polysilicon layer 23 laminated thereon is removed.
Is formed on the single crystal silicon layer 20. Spacer layer 2
An Al layer 36 is selectively formed on the surface of the single crystal silicon layer 20 by sputtering and patterning, followed by low-temperature anisotropic dry etching using SF 6 gas. As a result, the single crystal silicon layer 20 is selectively etched using the first oxide film 41 as an etch stop layer. As a result, the movable electrode 26 made of single crystal silicon is formed on the first oxide film 41, and the movable electrode 26 A pair of fixed electrodes 27 and 28 made of single crystal silicon are formed on both sides of the substrate with a slight gap. After removing the Al layer 36, the structure 43 having the polysilicon layer 23, the second silicon wafer 22, the first oxide film 41, the movable electrode 26, the fixed electrodes 27 and 28, and the spacer layer 25 is replaced with the movable electrode 26 made of glass. Anodically bond to the glass substrate 10 via the spacer layer 25 so as to face the substrate 10. Subsequently, the polysilicon layer 23 and the second silicon wafer 22 are etched and removed by an etchant such as KOH using the first oxide film 41 as an etch stop layer. Next, the first oxide film 41 is etched away by wet etching using an etchant such as hydrofluoric acid or dry etching using an etchant such as CF 4 . As a result, a semiconductor inertial sensor 30 in which the movable electrode 26 made of single-crystal silicon is sandwiched between the pair of fixed electrodes 27 and 28 made of single-crystal silicon and formed above the glass substrate 10 so as to float is obtained.

【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、ガラス基板10上にシリコンを浸食せ
ずにエッチング可能な第2膜42とポリシリコン層23
とからなるスペーサ層25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及び枠体2
9は、それぞれ単結晶シリコンからなり、可動電極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31,31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は枠体29の凹み29aに位置しかつガ
ラス基板10上に第2膜42とポリシリコン層23とか
らなるスペーサ層25を介して固着される。ガラス基板
10上にはスペーサ層25の厚さより小さい厚さの検出
電極12が形成される。図示しないが、ビーム基端部3
1a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31,31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。
FIGS. 3 and 4 show a semiconductor inertial sensor 40 according to a second embodiment. The semiconductor inertial sensor 40 is an acceleration sensor, and has a second film 42 and a polysilicon layer 23 which can be etched on the glass substrate 10 without eroding silicon.
Frame 29 fixed via a spacer layer 25 consisting of
And a movable electrode 26 between them. Movable electrode 26 and frame 2
9 are made of single-crystal silicon,
Are accommodated in a window frame-shaped frame body 29 at intervals. The movable electrode 26 is supported at both ends by beams 31, 31.
It is floating with respect to the glass substrate 10. Beam 31
The base end 31a is located in the recess 29a of the frame 29 and is fixed on the glass substrate 10 via the spacer layer 25 composed of the second film 42 and the polysilicon layer 23. The detection electrode 12 having a thickness smaller than the thickness of the spacer layer 25 is formed on the glass substrate 10. Although not shown, the beam base end 3
Electrical wiring is individually made to the 1a and the detection electrode 12.
In this semiconductor inertial sensor 40, beam base ends 31a and 31a are
When a vertical acceleration perpendicular to the line connecting is applied, the movable electrode 26 vibrates around the beams 31 and 31 as a supporting axis.
The distance between the movable electrode 26 and the detection electrode 12 increases,
When the width is reduced, the capacitance between the movable electrode 26 and the detection electrode 12 changes. The acceleration that acts is obtained from the change in the capacitance.

【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、先ずガラス基板10上にスパッタリング、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、第1シリコンウェーハ21
の両面に第1酸化膜41を形成する。次いで第2シリコ
ンウェーハ22を第1シリコンウエーハ21に第1酸化
膜41を介して貼り合わせる。第2シリコンウエーハ2
2が貼り合わされていない側の第1シリコンウェーハ2
1の表面をその上に形成されている第1酸化膜41と共
に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20を形成する。熱酸化により第2シリ
コンウェーハ22及び単結晶シリコン層20の上に第2
酸化膜42を第1酸化膜41の場合と同様にして形成す
る。第2シリコンウエーハ22上の第2酸化膜42をC
4などのガスによるドライエッチングによりエッチン
グ除去した後、単結晶シリコン層20上に残留した第2
酸化膜42と露出した第2シリコンウエーハ22との上
にCVD法によりポリシリコン層23をそれぞれ形成す
る。前記両方のポリシリコン層23上にCVD法により
窒化膜35をそれぞれ形成した後、パターニングして第
2酸化膜42上に形成されているポリシリコン層23の
所定部分を露出させる。この露出したポリシリコン層2
3とその下側に形成されている第2酸化膜42をエッチ
ング除去し、これにより第2酸化膜42とこの上に積層
されたポリシリコン層23とからなる一対のスペーサ層
25が単結晶シリコン層20上に形成される。スペーサ
層25及び単結晶シリコン層20の表面にスパッタリン
グ及びパターニングによりAl層36を選択的に形成
し、続いてSF6ガスによる低温での異方性ドライエッ
チングを行う。これにより第1酸化膜41をエッチスト
ップ層として単結晶シリコン層20が選択的にエッチン
グされ、その結果、第1酸化膜41上に単結晶シリコン
からなる可動電極26が形成され、この可動電極26の
両側に間隙をあけて単結晶シリコンからなる枠体29が
形成される。Al層36を除去した後、ポリシリコン層
23と第2シリコンウェーハ22と第1酸化膜41と可
動電極26と枠体29とスペーサ層25とを有する構造
体43を可動電極26が検出電極12に対向するように
スペーサ層25を介してガラス基板10に陽極接合す
る。続いて、KOHなどのエッチャントによりポリシリ
コン層23及び第2シリコンウェーハ22を第1酸化膜
41をエッチストップ層としてエッチング除去する。次
いでフッ酸などのエッチャントによるウエットエッチン
グ又はCF4などのエッチャントによるドライエッチン
グを行って、第1酸化膜41をエッチング除去する。こ
れにより単結晶シリコンからなる可動電極26が単結晶
シリコンからなる枠体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。
Next, a method of manufacturing the semiconductor inertial sensor 40 according to the second embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 4, first, a detection electrode 12 made of a thin film of a metal selected from Au, Pt, Cu, or the like is formed on a glass substrate 10 by sputtering, vacuum deposition, or the like. On the other hand, the first silicon wafer 21 is formed in the same manner as in the manufacturing method of the first embodiment.
A first oxide film 41 is formed on both surfaces of the first oxide film. Next, the second silicon wafer 22 is bonded to the first silicon wafer 21 via the first oxide film 41. Second silicon wafer 2
First silicon wafer 2 on the side where 2 is not bonded
The surface of 1 is ground and polished to a predetermined thickness using a grindstone and a polishing cloth together with the first oxide film 41 formed thereon to form the single crystal silicon layer 20. A second oxidation is performed on the second silicon wafer 22 and the single crystal silicon layer 20 by thermal oxidation.
The oxide film 42 is formed in the same manner as the first oxide film 41. The second oxide film 42 on the second silicon wafer 22 is
After being removed by dry etching with a gas such as F 4 , the second
A polysilicon layer 23 is formed on the oxide film 42 and the exposed second silicon wafer 22 by a CVD method. After a nitride film 35 is formed on each of the two polysilicon layers 23 by the CVD method, a predetermined portion of the polysilicon layer 23 formed on the second oxide film 42 is exposed by patterning. This exposed polysilicon layer 2
3 and the second oxide film 42 formed thereunder are removed by etching, whereby a pair of spacer layers 25 composed of the second oxide film 42 and the polysilicon layer 23 laminated thereon are formed of single crystal silicon. Formed on layer 20. An Al layer 36 is selectively formed on the surfaces of the spacer layer 25 and the single-crystal silicon layer 20 by sputtering and patterning, followed by low-temperature anisotropic dry etching using SF 6 gas. As a result, the single crystal silicon layer 20 is selectively etched using the first oxide film 41 as an etch stop layer. As a result, the movable electrode 26 made of single crystal silicon is formed on the first oxide film 41, and the movable electrode 26 A frame 29 made of single crystal silicon is formed with a gap on both sides of the frame 29. After removing the Al layer 36, the movable electrode 26 is moved to the detection electrode 12 by the structure 43 having the polysilicon layer 23, the second silicon wafer 22, the first oxide film 41, the movable electrode 26, the frame 29, and the spacer layer 25. Is anodically bonded to the glass substrate 10 with the spacer layer 25 interposed therebetween. Subsequently, the polysilicon layer 23 and the second silicon wafer 22 are etched and removed by an etchant such as KOH using the first oxide film 41 as an etch stop layer. Next, the first oxide film 41 is etched away by wet etching using an etchant such as hydrofluoric acid or dry etching using an etchant such as CF 4 . As a result, a semiconductor inertial sensor 40 in which the movable electrode 26 made of single-crystal silicon is sandwiched between the frame bodies 29 made of single-crystal silicon and formed above the detection electrode 12 so as to float is obtained.

【0017】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、ガラス基板10上にシリコンを浸食せ
ずにエッチング可能な第2膜42とポリシリコン層23
とからなるスペーサ層25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26,2
6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3
1,31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
ガラス基板10上に第2膜42とポリシリコン層23と
からなるスペーサ層25を介して固着される。ガラス基
板10上にはスペーサ層25の厚さより小さい厚さの検
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2
6,26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。
FIGS. 5 and 6 show a semiconductor inertial sensor 50 according to a third embodiment. The semiconductor inertial sensor 50 is an angular velocity sensor, and the second film 42 and the polysilicon layer 23 that can be etched on the glass substrate 10 without eroding silicon.
A pair of movable electrodes 26, 2 having a tuning fork structure is fixed between fixed electrodes 27, 28 fixed via a spacer layer 25 composed of
6. The movable electrode 26, the fixed electrodes 27 and 28
Each of the electrodes 26 and 27 is made of single crystal silicon.
Opposite portions of the electrode 26 and the electrode 28 are formed in a comb shape. The movable electrodes 26, 26 have a U-shaped beam 3.
Both ends are supported by 1 and 31 and float with respect to the glass substrate 10. The base 31 a of the beam 31 is fixed on the glass substrate 10 via the spacer layer 25 including the second film 42 and the polysilicon layer 23. The detection electrode 12 having a thickness smaller than the thickness of the spacer layer 25 is formed on the glass substrate 10. Although not shown, electric wires are individually provided to the beam base 31a, the fixed electrodes 27 and 28, and the detection electrode 12, and an alternating voltage is applied to the fixed electrodes 27 and 28 so that the movable electrode is excited by electrostatic force. Has become. In the semiconductor inertial sensor 50, the movable electrode 2
When the angular velocities act on the lines connecting the beam base ends 31a and 31a to the movable electrodes 26 and 26, the movable electrodes 26 and 26
Generates a Coriolis force, causing a torsional vibration around the center line and resonating. The angular velocity acting due to the change in the capacitance between the movable electrode 26 and the detection electrode 12 at the time of the resonance is detected.

【0018】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実施形態と同様にガラス基板10上にスパ
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、第1
シリコンウェーハ21の両面に第1酸化膜41を形成す
る。次いで第2シリコンウェーハ22を第1シリコンウ
エーハ21に第1酸化膜41を介して貼り合わせる。第
2シリコンウエーハ22が貼り合わされていない側の第
1シリコンウェーハ21の表面をその上に形成されてい
る第1酸化膜41と共に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20を形成する。
熱酸化により第2シリコンウェーハ22及び単結晶シリ
コン層20の上に第2酸化膜42を第1酸化膜41の場
合と同様にして形成する。第2シリコンウエーハ22上
の第2酸化膜42をCF4などのガスによるドライエッ
チングによりエッチング除去した後、単結晶シリコン層
20上に残留した第2酸化膜42と露出した第2シリコ
ンウエーハ22との上にCVD法によりポリシリコン層
23をそれぞれ形成する。前記両方のポリシリコン層2
3上にCVD法により窒化膜35をそれぞれ形成した
後、パターニングして第2酸化膜42上に形成されてい
るポリシリコン層23の所定部分を露出させる。この露
出したポリシリコン層23とその下側に形成されている
第2酸化膜42をエッチング除去し、これにより第2酸
化膜42とこの上に積層されたポリシリコン層23とか
らなるスペーサ層25が単結晶シリコン層20上に形成
される。スペーサ層25及び単結晶シリコン層20の表
面にスパッタリング及びパターニングによりAl層36
を選択的に形成し、続いてSF6ガスによる低温での異
方性ドライエッチングを行う。これにより第1酸化膜4
1をエッチストップ層として単結晶シリコン層20が選
択的にエッチングされ、その結果、第1酸化膜41上に
単結晶シリコンからなる可動電極26が形成され、この
可動電極26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。A
l層36を除去した後、ポリシリコン層23と第2シリ
コンウェーハ22と第1酸化膜41と可動電極26と固
定電極27,28とスペーサ層25とを有する構造体4
3を可動電極26が検出電極12に対向するようにスペ
ーサ層25を介してガラス基板10に陽極接合する。続
いて、KOHなどのエッチャントによりポリシリコン層
23及び第2シリコンウェーハ22を第1酸化膜41を
エッチストップ層としてエッチング除去する。次いでフ
ッ酸などのエッチャントによるウエットエッチング又は
CF4などのエッチャントによるドライエッチングを行
って、第1酸化膜41をエッチング除去する。これによ
り単結晶シリコンからなる可動電極26が単結晶シリコ
ンからなる一対の固定電極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。
Next, a method of manufacturing the semiconductor inertial sensor 50 according to the third embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 5, first, as in the second embodiment, a detection electrode 12 made of a thin film of a metal selected from Au, Pt, Cu, or the like is formed on a glass substrate 10 by sputtering, vacuum deposition, or the like. On the other hand, in the same manner as in the manufacturing method of the first embodiment,
First oxide films 41 are formed on both surfaces of the silicon wafer 21. Next, the second silicon wafer 22 is bonded to the first silicon wafer 21 via the first oxide film 41. The surface of the first silicon wafer 21 to which the second silicon wafer 22 is not bonded is ground and polished to a predetermined thickness using a grindstone and a polishing cloth together with the first oxide film 41 formed thereon. A crystalline silicon layer 20 is formed.
A second oxide film is formed on the second silicon wafer 22 and the single-crystal silicon layer 20 by thermal oxidation in the same manner as in the case of the first oxide film 41. After the second oxide film 42 on the second silicon wafer 22 is removed by dry etching using a gas such as CF 4 , the second oxide film 42 remaining on the single crystal silicon layer 20 and the exposed second silicon wafer 22 A polysilicon layer 23 is formed on the substrate by a CVD method. The two polysilicon layers 2
After a nitride film 35 is formed on the substrate 3 by the CVD method, a predetermined portion of the polysilicon layer 23 formed on the second oxide film 42 is exposed by patterning. The exposed polysilicon layer 23 and the second oxide film 42 formed thereunder are removed by etching, whereby the spacer layer 25 composed of the second oxide film 42 and the polysilicon layer 23 laminated thereon is removed. Is formed on the single crystal silicon layer 20. An Al layer 36 is formed on the surfaces of the spacer layer 25 and the single crystal silicon layer 20 by sputtering and patterning.
Is formed selectively, followed by low-temperature anisotropic dry etching using SF 6 gas. Thereby, the first oxide film 4
1 as an etch stop layer, the single crystal silicon layer 20 is selectively etched, and as a result, a movable electrode 26 made of single crystal silicon is formed on the first oxide film 41, and a slight gap is formed on both sides of the movable electrode 26. A pair of fixed electrodes 27 and 28 made of single crystal silicon are formed. A
After removing the first layer 36, the structure 4 including the polysilicon layer 23, the second silicon wafer 22, the first oxide film 41, the movable electrode 26, the fixed electrodes 27 and 28, and the spacer layer 25.
3 is anodically bonded to the glass substrate 10 via the spacer layer 25 so that the movable electrode 26 faces the detection electrode 12. Subsequently, the polysilicon layer 23 and the second silicon wafer 22 are etched and removed by an etchant such as KOH using the first oxide film 41 as an etch stop layer. Next, the first oxide film 41 is etched away by wet etching using an etchant such as hydrofluoric acid or dry etching using an etchant such as CF 4 . Thus, the movable electrode 26 made of single-crystal silicon is sandwiched between the pair of fixed electrodes 27 and 28 made of single-crystal silicon, and the semiconductor inertial sensor 50 is formed above the detection electrode 12 so as to float.
Is obtained.

【0019】図7は第1実施形態の半導体慣性センサ3
0の別の実施形態の半導体慣性センサ60を示す。第1
実施形態のセンサ30との相違点は、ポリシリコン層2
3と第2酸化膜42からなるスペーサ層25において、
スペーサ25を構成する第2酸化膜42の一部を除去し
て開口部42aを形成したことにある。この開口部42
aが存在することによりスペーサ25に接合する固定電
極27はスペーサ層を構成するポリシリコン層23と電
気的に接続されるため、ガラス基板10の側にある電極
(図示せず)をスペーサ25を介して外部と電気的に接
続することが可能となる。
FIG. 7 shows a semiconductor inertial sensor 3 according to the first embodiment.
0 illustrates another embodiment of a semiconductor inertial sensor 60. First
The difference from the sensor 30 of the embodiment is that the polysilicon layer 2
In the spacer layer 25 including the third and second oxide films 42,
That is, a part of the second oxide film 42 constituting the spacer 25 is removed to form the opening 42a. This opening 42
Since the fixed electrode 27 joined to the spacer 25 is electrically connected to the polysilicon layer 23 constituting the spacer layer due to the presence of a, the electrode (not shown) on the glass substrate 10 side is connected to the spacer 25. It is possible to electrically connect to the outside via the power supply.

【0020】[0020]

【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。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。可動電極、固定電極又は枠体などを構成
する単結晶シリコン層が所望の厚さを有する第2シリコ
ンウェーハに支持された状態でシリコン基板に接合する
ため、従来のような貼り付き(sticking)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る。更に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、スペーサ層
の厚さで規定するため、高精度にギャップを形成でき
る。
As described above, unlike the conventional method of manufacturing a semiconductor inertial sensor by laser processing of a wafer, according to the present invention, laser processing of a wafer is unnecessary and a low-cost semiconductor inertial sensor suitable for mass production. Can be manufactured. By using a glass substrate instead of a silicon substrate for a sensor that performs detection using capacitance, the parasitic capacitance of the element is reduced, and a highly sensitive and accurate semiconductor inertial sensor can be obtained. Since the single-crystal silicon layer forming the movable electrode, the fixed electrode, the frame, or the like is bonded to the silicon substrate while being supported by the second silicon wafer having a desired thickness, a sticking phenomenon as in the related art occurs. And the movable electrode can be provided at a predetermined gap with respect to the detection electrode and the silicon substrate. Further, since the movable electrode and the like are made of single-crystal silicon, they have excellent mechanical properties as compared with polycrystalline silicon and metal. Further, since the gap between the movable electrode and the substrate is defined by the thickness of the spacer layer without being controlled by the etching time, the gap can be formed with high precision.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【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。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a semiconductor inertial sensor according to a first embodiment of the present invention, corresponding to a main part of line AA in FIG. 2, and a manufacturing process thereof.

【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。
FIG. 2 is an external perspective view of the semiconductor inertial sensor according to the first embodiment of the present invention.

【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。
FIG. 3 is an external perspective view of a semiconductor inertial sensor according to a second embodiment of the present invention.

【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。
FIG. 4 is a sectional view showing a semiconductor inertial sensor according to a second embodiment of the present invention corresponding to a main part of line BB in FIG. 3 and a manufacturing process thereof.

【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。
FIG. 5 is a sectional view showing a semiconductor inertial sensor according to a third embodiment of the present invention, corresponding to a main part of line CC in FIG. 6, and a manufacturing process thereof;

【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。
FIG. 6 is an external perspective view of a semiconductor inertial sensor according to a third embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第1実施形態の半導体慣性センサの別
の実施形態を示す断面図。
FIG. 7 is a sectional view showing another embodiment of the semiconductor inertial sensor according to the first embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 ガラス基板 12 検出電極 20 単結晶シリコン層 21 第1シリコンウェーハ 22 第2シリコンウェーハ 23 ポリシリコン層 25 スペーサ層 26 可動電極 27,28 一対の固定電極 41 第1膜 42 第2膜 30,40,50,60 半導体慣性センサ Reference Signs List 10 glass substrate 12 detection electrode 20 single-crystal silicon layer 21 first silicon wafer 22 second silicon wafer 23 polysilicon layer 25 spacer layer 26 movable electrode 27, 28 pair of fixed electrodes 41 first film 42 second film 30, 40, 50,60 Semiconductor inertial sensor

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 両面にシリコンを浸食せずにエッチング
可能な第1膜(41)を有する第1シリコンウェーハ(21)に
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)の片面を所定の厚さに研
磨して単結晶シリコン層(20)を形成する工程と、 前記単結晶シリコン層(20)上にシリコンを浸食せずにエ
ッチング可能な第2膜(42)を形成する工程と、 前記第2膜(42)の上にポリシリコン層(23)を形成する工
程と、 前記単結晶シリコン層(20)上に順次積層された前記第2
膜(42)及び前記ポリシリコン層(23)を選択的にエッチン
グ除去し、これにより前記第2膜(42)とこの上に積層さ
れた前記ポリシリコン層(23)とからなるスペーサ層(25)
を前記単結晶シリコン層(20)上に形成する工程と露出し
た単結晶シリコン層(20)を選択的にエッチング除去し、
これにより前記第1膜(41)に接続する単結晶シリコンか
らなる可動電極(26)と前記第1膜(41)及び前記スペーサ
層(25)に接続する単結晶シリコンからなる一対の固定電
極(27,28)とをそれぞれ形成する工程と、 前記第2シリコンウェーハ(22)と前記第1膜(41)と前記
可動電極(26)と前記固定電極(27,28)と前記スペーサ層
(25)とを有する構造体(43)を前記可動電極(26)がガラス
基板(10)に対向するように前記スペーサ層(25)を介して
ガラス基板(10)に接合する工程と、 前記第2シリコンウェーハ(22)を前記第1膜(41)をエッ
チストップ層としてエッチング除去する工程と、 前記第1膜(41)をエッチング除去することにより前記一
対の固定電極(27,28)と前記固定電極(27,28)に挟まれか
つ前記ガラス基板(10)の上方に浮動する前記可動電極(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。
1. a step of bonding a second silicon wafer (22) to a first silicon wafer (21) having a first film (41) that can be etched without eroding silicon on both sides; A step of polishing one surface of (21) to a predetermined thickness to form a single-crystal silicon layer (20); and a second film that can be etched on the single-crystal silicon layer (20) without eroding silicon. Forming a polysilicon layer (23) on the second film (42); and forming the second layer sequentially on the single-crystal silicon layer (20).
The film (42) and the polysilicon layer (23) are selectively removed by etching, whereby the spacer layer (25) comprising the second film (42) and the polysilicon layer (23) laminated thereon is formed. )
Forming a step on the single crystal silicon layer (20) and selectively etching away the exposed single crystal silicon layer (20),
Thereby, a movable electrode (26) made of single-crystal silicon connected to the first film (41) and a pair of fixed electrodes (single-crystal silicon) connected to the first film (41) and the spacer layer (25) are formed. Forming the second silicon wafer (22), the first film (41), the movable electrode (26), the fixed electrodes (27, 28), and the spacer layer.
(25) bonding the structure (43) having the movable electrode (26) to the glass substrate (10) via the spacer layer (25) such that the movable electrode (26) faces the glass substrate (10); Etching the second silicon wafer (22) using the first film (41) as an etch stop layer; and etching and removing the first film (41) to form the pair of fixed electrodes (27, 28). The movable electrode (2) sandwiched between the fixed electrodes (27, 28) and floating above the glass substrate (10)
6) obtaining a semiconductor inertial sensor (30) having the following steps:
【請求項2】 ガラス基板(10)上に検出電極(12)を形成
する工程と、 両面にシリコンを浸食せずにエッチング可能な第1膜(4
1)を有する第1シリコンウェーハ(21)に第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)の片面を所定の厚さに研
磨して単結晶シリコン層(20)を形成する工程と、 前記単結晶シリコン層(20)上にシリコンを浸食せずにエ
ッチング可能な第2膜(42)を形成する工程と、 前記第2膜(42)上にポリシリコン層(23)を形成する工程
と、 前記単結晶シリコン層(20)上に順次積層された前記第2
膜(42)及び前記ポリシリコン層(23)を選択的にエッチン
グ除去し、これにより前記第2膜(42)とこの上に積層さ
れた前記ポリシリコン層(23)とからなるスペーサ層(25)
を前記単結晶シリコン層(20)上に形成する工程と、 露出した単結晶シリコン層(20)を選択的にエッチング除
去し、これにより前記第1膜(41)に接続する単結晶シリ
コンからなる可動電極(26)を形成する工程と、 前記第2シリコンウェーハ(22)と前記第1膜(41)と前記
可動電極(26)と前記スペーサ層(25)とを有する構造体(4
3)を前記可動電極(26)が前記検出電極(12)に対向するよ
うに前記スペーサ層(25)を介してガラス基板(10)に接合
する工程と、 前記第2シリコンウェーハ(22)を前記第1膜(41)をエッ
チストップ層としてエッチング除去する工程と、 前記第1膜(41)を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
前記可動電極(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。
A step of forming a detection electrode on a glass substrate; and a step of etching a first film on both sides without eroding silicon.
1) bonding a second silicon wafer (22) to a first silicon wafer (21) having (1); polishing one surface of the first silicon wafer (21) to a predetermined thickness to form a single-crystal silicon layer (20); Forming a second film (42) that can be etched without eroding silicon on the single crystal silicon layer (20); and forming a polysilicon layer on the second film (42). Forming a (23); and the second layer sequentially laminated on the single-crystal silicon layer (20).
The film (42) and the polysilicon layer (23) are selectively removed by etching, whereby the spacer layer (25) comprising the second film (42) and the polysilicon layer (23) laminated thereon is formed. )
Forming a single crystal silicon layer on the single crystal silicon layer (20), and selectively removing the exposed single crystal silicon layer (20) by etching to thereby form a single crystal silicon layer connected to the first film (41). Forming a movable electrode (26); a structure (4) having the second silicon wafer (22), the first film (41), the movable electrode (26), and the spacer layer (25).
3) bonding the second silicon wafer (22) to the glass substrate (10) via the spacer layer (25) such that the movable electrode (26) faces the detection electrode (12). Etching the first film (41) as an etch stop layer; and etching the first film (41) to float on the glass substrate (10) in opposition to the detection electrode (12). Obtaining a semiconductor inertial sensor (40) having the movable electrode (26).
【請求項3】 ガラス基板(10)上に検出電極(12)を形成
する工程と、 両面にシリコンを浸食せずにエッチング可能な第1膜(4
1)を有する第1シリコンウェーハ(21)に第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)の片面を所定の厚さに研
磨して単結晶シリコン層(20)を形成する工程と、 前記単結晶シリコン層(20)上にシリコンを浸食せずにエ
ッチング可能な第2膜(42)を形成する工程と、 前記第2膜(42)の上にポリシリコン層(23)を形成する工
程と、 前記単結晶シリコン層(20)上に順次積層された前記第2
膜(42)及び前記ポリシリコン層(23)を選択的にエッチン
グ除去し、これにより前記第2膜(42)とこの上に積層さ
れた前記ポリシリコン層(23)とからなるスペーサ層(25)
を前記単結晶シリコン層(20)上に形成する工程と、 露出した単結晶シリコン層(20)を選択的にエッチング除
去し、これにより前記第1膜(41)に接続する単結晶シリ
コンからなる可動電極(26)と前記第1膜(41)及び前記ス
ペーサ層(25)に接続する単結晶シリコンからなる一対の
固定電極(27,28)とをそれぞれ形成する工程と、 前記第2シリコンウェーハ(22)と前記第1膜(41)と前記
可動電極(26)と前記固定電極(27,28)と前記スペーサ層
(25)とを有する構造体(43)を前記可動電極(26)が前記検
出電極(12)に対向するように前記スペーサ層(25)を介し
てガラス基板(10)に接合する工程と、 前記第2シリコンウェーハ(22)を前記第1膜(41)をエッ
チストップ層としてエッチング除去する工程と、 前記第1膜(41)をエッチング除去することにより前記一
対の固定電極(27,28)と前記固定電極(27,28)に挟まれか
つ前記ガラス基板(10)上に前記検出電極(12)に対向して
浮動する前記可動電極(26)を有する半導体慣性センサ(5
0)を得る工程とを含む半導体慣性センサの製造方法。
3. A step of forming a detection electrode (12) on a glass substrate (10), and a first film (4) which can be etched on both sides without eroding silicon.
1) bonding a second silicon wafer (22) to a first silicon wafer (21) having (1); polishing one surface of the first silicon wafer (21) to a predetermined thickness to form a single-crystal silicon layer (20); Forming a second film (42) that can be etched without eroding silicon on the single crystal silicon layer (20); and forming polysilicon on the second film (42). Forming a layer (23); and forming the second layer sequentially laminated on the single crystal silicon layer (20).
The film (42) and the polysilicon layer (23) are selectively removed by etching, whereby the spacer layer (25) comprising the second film (42) and the polysilicon layer (23) laminated thereon is formed. )
Forming a single crystal silicon layer on the single crystal silicon layer (20), and selectively removing the exposed single crystal silicon layer (20) by etching to thereby form a single crystal silicon layer connected to the first film (41). Forming a movable electrode (26) and a pair of fixed electrodes (27, 28) made of single crystal silicon connected to the first film (41) and the spacer layer (25), respectively; (22), the first film (41), the movable electrode (26), the fixed electrodes (27, 28), and the spacer layer
Bonding a structure (43) having a (25) to the glass substrate (10) via the spacer layer (25) such that the movable electrode (26) faces the detection electrode (12), Etching the second silicon wafer (22) using the first film (41) as an etch stop layer; and etching and removing the first film (41) to form the pair of fixed electrodes (27, 28). Semiconductor inertial sensor (5) having the movable electrode (26) sandwiched between the fixed electrodes (27, 28) and floating on the glass substrate (10) in opposition to the detection electrode (12).
0) obtaining a semiconductor inertial sensor.
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