JPH10190005A

JPH10190005A - 半導体慣性センサ及びその製造方法

Info

Publication number: JPH10190005A
Application number: JP8344827A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Shibatani; 博志柴谷; Kensuke Muraishi; 賢介村石
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1996-12-25
Filing date: 1996-12-25
Publication date: 1998-07-21

Abstract

(57)【要約】【課題】ウェーハの貼り合わせや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であって寸法精度に優れた半導体慣
性センサを得る。【解決手段】ポリシリコン層２３の上方に可動電極２
６が設けられ、この可動電極を挟んで固定電極２７，２
８が設けられる。ガラス基板１０上にポリシリコン層２
３が形成され、可動電極２６が単結晶シリコン層２０ａ
からなるか又は単結晶シリコン層２０ａとポリシリコン
層２２ａを積層してなりかつポリシリコン層２３の上方
に浮動するように設けられる。固定電極２７，２８が単
結晶シリコン層２０ｂ，２０ｃからなるか又は単結晶シ
リコン層２０ｂ，２０ｃとポリシリコン層２２ｂ，２２
ｃを積層してなりかつシリコンを浸食せずにエッチング
可能な膜２１ｂ，２１ｃを介してポリシリコン層２３に
接合される。

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。

【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
合によりガラス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、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。

【０００５】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。

【０００６】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。

【０００７】

【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。

【０００８】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、シリコンウェーハの貼り合わせ
などの手間のかかる工程を必要とした。

【０００９】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。

【００１０】本発明の目的は、ウェーハの貼り合わせや
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、電極間ギャップ形成精
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。

【００１１】

【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上に形成さ
れたポリシリコン層２３の上方に浮動するように設けら
れた可動電極２６と、ポリシリコン層２３上に可動電極
２６を挟んで設けられた一対の固定電極２７，２８とを
備えた半導体慣性センサ３０において、ガラス基板１０
上にポリシリコン層２３が形成され、可動電極２６が単
結晶シリコン層２０ａからなるか又は単結晶シリコン層
２０ａとポリシリコン層２２ａを積層してなりかつポリ
シリコン層２３の上方に浮動するように設けられ、一対
の固定電極２７，２８が単結晶シリコン層２０ｂ，２０
ｃからなるか又は単結晶シリコン層２０ｂ，２０ｃとポ
リシリコン層２２ｂ，２２ｃを積層してなり、可動電極
２６を支持するビーム３１の基端部３１ａがシリコンを
浸食せずにエッチング可能な膜２１ｂ，２１ｃを介して
ポリシリコン層２３に接合されたことを特徴とする。

【００１２】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可
動電極２６とを備えた半導体慣性センサ４０において、
ガラス基板１０上にポリシリコン層２３ｂ，２３ｃ及び
Ｎ⁺又はＰ⁺拡散層２３ａからなる検出電極１２が形成さ
れ、可動電極２６が単結晶シリコン層２０ａからなるか
又は単結晶シリコン層２０ａとポリシリコン層２２ａを
積層してなりかつＮ⁺又はＰ⁺拡散層２３ａの上方に浮動
するように設けられ、可動電極２６を支持するビーム３
１の基端部３１ａがシリコンを浸食せずにエッチング可
能な膜２１ｂ，２１ｃを介してポリシリコン層２３ｂ，
２３ｃに接合されたことを特徴とする。

【００１３】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可
動電極２６と、ポリシリコン層２３上に可動電極２６を
挟んで設けられた一対の固定電極２７，２８とを備えた
半導体慣性センサ５０において、ガラス基板１０上にポ
リシリコン層２３ｂ，２３ｃ及びＮ⁺又はＰ⁺拡散層２３
ａからなる検出電極１２が形成され、可動電極２６が単
結晶シリコン層２０ａからなるか又は単結晶シリコン層
２０ａとポリシリコン層２２ａを積層してなりかつＮ⁺
又はＰ⁺拡散層２３ａの上方に浮動するように設けら
れ、一対の固定電極２７，２８が単結晶シリコン層２０
ｂ，２０ｃからなるか又は単結晶シリコン層２０ｂ，２
０ｃとポリシリコン層２２ｂ，２２ｃを積層してなり、
可動電極２６を支持するビーム３１の基端部３１ａがシ
リコンを浸食せずにエッチング可能な膜２１ｂ，２１ｃ
を介してポリシリコン層２３ｂ，２３ｃに接合されたこ
とを特徴とする。

【００１４】半導体慣性センサ３０，４０及び５０は、
基板にポリシリコン層を形成した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か又は単結晶シリコン
層とポリシリコン層を積層してなるため、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
ップがシリコンを浸食せずにエッチング可能な膜の厚さ
で規定されるため、高精度にギャップを形成できる。

【００１５】請求項４に係る発明は、図１に示すよう
に、シリコンを浸食せずにエッチング可能な膜２１が片
面に形成されたシリコンウェーハ２０の露出面上及び膜
２１上にポリシリコン層２２，２３を形成する工程と、
ポリシリコン層２２及びシリコンウエーハ２０の所定の
部分を膜２１をエッチストップ層としてエッチングする
ことにより膜２１の上面に積層された単結晶シリコン層
２０ａとポリシリコン層２２ａ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層２０ｂ，２
０ｃとポリシリコン層２２ｂ，２２ｃからなる一対の固
定電極２７，２８を形成する工程と、膜２１と可動電極
２６と固定電極２７，２８とポリシリコン層２３とを有
する構造体２４をポリシリコン層２３がガラス基板１０
に対向するようにガラス基板１０に接合する工程と、膜
２１を選択的にエッチング除去することにより一対の固
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である。

【００１６】請求項５に係る発明は、図４に示すよう
に、シリコンを浸食せずにエッチング可能な膜２１が片
面に形成されたシリコンウェーハ２０の露出面上及び膜
２１上にポリシリコン層２２，２３を形成する工程と、
ポリシリコン層２３の所定の部分にポリシリコン層２３
ｂ，２３ｃ及びＮ⁺又はＰ⁺拡散層２３ａからなる検出電
極１２を形成する工程と、ポリシリコン層２２及びシリ
コンウエーハ２０の所定の部分を膜２１をエッチストッ
プ層としてエッチングすることにより膜２１の上面に単
結晶シリコン層２０ａとポリシリコン層２２ａからなる
可動電極２６とを形成する工程と、可動電極２６とポリ
シリコン層２３ｂ，２３ｃと検出電極１２が形成された
構造体２４のポリシリコン層２３ｂ，２３ｃを検出電極
１２とともにガラス基板１０に接合する工程と、膜２１
を選択的にエッチング除去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。

【００１７】請求項６に係る発明は、図５に示すよう
に、シリコンを浸食せずにエッチング可能な膜２１が片
面に形成されたシリコンウェーハ２０の露出面上及び膜
２１上にポリシリコン層２２，２３を形成する工程と、
ポリシリコン層２３の所定の部分にポリシリコン層２３
ｂ，２３ｃ及びＮ⁺又はＰ⁺拡散層２３ａからなる検出電
極１２を形成する工程と、ポリシリコン層２２及びシリ
コンウエーハ２０の所定の部分を膜２１をエッチストッ
プ層としてエッチングすることにより膜２１の上面に単
結晶シリコン層２０ａとポリシリコン層２２ａ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
層２０ｂ，２０ｃとポリシリコン層２２ｂ，２２ｃから
なる一対の固定電極２７，２８を形成する工程と、可動
電極２６と固定電極２７，２８とポリシリコン層２３
ｂ，２３ｃと検出電極１２が形成された構造体２４のポ
リシリコン層２３ｂ，２３ｃを検出電極１２とともにガ
ラス基板１０に接合する工程と、膜２１を選択的にエッ
チング除去することにより一対の固定電極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。

【００１８】この請求項４ないし６に係る製造方法で
は、ウェーハの貼り合わせや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。また基板にポリシリコン層を形成したガラス基板
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、エッチストップ層としての膜の厚
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。

【００１９】ここで、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。また、この膜をエッチストップ層
として利用する際には、前記エッチャントとは異なるエ
ッチャントによって、シリコンのみをエッチングするこ
とが可能である。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。

【００２０】

【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上に形成されたポリシリコ
ン層２３上に膜２１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は単
結晶シリコン層２０ａとポリシリコン層２２ａを積層し
てなる。固定電極２７及び２８は、それぞれ酸化膜又は
窒化シリコン膜等のシリコンを浸食せずにエッチング可
能な膜２１ｂ，２１ｃと単結晶シリコン層２０ｂ，２０
ｃとポリシリコン層２２ｂ，２２ｃとを積層してなる。

【００２１】図１には示さないが、可動電極２６は単結
晶シリコン層２０ａのみから構成してもよい。また固定
電極２７及び２８は、それぞれ酸化膜又は窒化シリコン
膜等のシリコンを浸食せずにエッチング可能な膜２１
ｂ，２１ｃと単結晶シリコン層２０ｂ，２０ｃとの２層
から構成してもよい。また、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はポリシリコン層２３の上方に位置
し、ビーム３１，３１によりその両端が支持され、ポリ
シリコン層２３に対して浮動になっている。ビーム３１
の基端部３１ａはポリシリコン層２３上に膜２１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。

【００２２】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、シリコンウェーハ２０の両面にシリコンを浸食せず
にエッチング可能な膜２１を形成する。この膜２１とし
ては、ウェーハ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又は窒化シリ
コン膜２１，２１を形成した後、一方の膜２１をフッ酸
でエッチング除去する。このシリコンウェーハ２０の露
出面上にポリシリコン層２２を、また膜２１上にポリシ
リコン層２３をそれぞれＣＶＤ法により１０μｍ厚に形
成する。ポリシリコン層２２の表面にスパッタリング等
によりＮｉ膜２５を形成し、パターニングした後、ＳＦ
₆ガスによる低温での異方性ドライエッチングを行う。
これにより膜２１をエッチストップ層としてシリコンウ
エーハ２０及びポリシリコン層２２が選択的にエッチン
グされ、その結果、膜２１上に単結晶シリコン層２０ａ
とポリシリコン層２２ａを有する可動電極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
晶シリコン層２０ｂ，２０ｃとこの上に積層されたポリ
シリコン層２２ｂ，２２ｃからなる一対の固定電極２
７，２８が形成される。

【００２３】Ｎｉ膜２５を除去した後、膜２１と可動電
極２６と一対の固定電極２７，２８とポリシリコン層２
３を有する構造体２４をポリシリコン層２３がガラス基
板１０に対向するようにガラス基板１０に陽極接合す
る。その後、フッ酸などのエッチャントによるウエット
エッチングを行って、固定電極２７，２８、可動電極２
６がポリシリコン層２３に接合された箇所の、単結晶シ
リコン層２０とポリシリコン層２３との間に介在する膜
２１を除いた他の膜２１を選択的にエッチング除去す
る。なお図示しないが、可動電極２６には膜２１に達す
る貫通孔が多数あけられ、フッ酸などのエッチャントが
これらの貫通孔を通って優先的に可動電極２６の下面の
膜２１を除去する。このことは以下に述べる第２及び第
３実施形態の半導体慣性センサの製造においても同じで
ある。これにより可動電極２６が一対の固定電極２７，
２８に挟まれてポリシリコン層２３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。

【００２４】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上に形成されたポリシ
リコン層２３上に膜２１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は単結晶シリ
コン層２０ａとポリシリコン層２２ａを積層してなる。
枠体２９は、シリコンを浸食せずにエッチング可能な膜
２１ｂ，２１ｃと単結晶シリコン層２０ｂ，２０ｃとポ
リシリコン層２２ｂ，２２ｃとを積層してなる。Ｎ⁺又
はＰ⁺拡散層２３ａからなる検出電極１２がガラス基板
１０上に形成され、この両側に連続してＰ型又はＮ型の
ポリシリコン層２３ｂ，２３ｃが形成される。

【００２５】図４には示さないが、可動電極２６は単結
晶シリコン層２０ａのみから構成してもよい。また枠体
２９は、酸化膜又は窒化シリコン膜等のシリコンを浸食
せずにエッチング可能な膜２１ｂ，２１ｃと単結晶シリ
コン層２０ｂ，２０ｃとの２層から構成してもよい。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はポリシリコン層２３の上方に位置
し、ビーム３１，３１によりその両端が支持され、ポリ
シリコン層２３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に位置しかつポ
リシリコン層２３上に膜２１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３１，３１
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２
６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。

【００２６】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、シリコンウェーハ２０の両面に酸化膜２１を形成し
た後、一方の表面膜２１をフッ酸でエッチング除去す
る。シリコンウェーハ２０の露出面及び膜２１上にＰ型
もしくはＮ型のポリシリコン層２２，２３をそれぞれＣ
ＶＤ法により１０μｍ厚に形成する。ポリシリコン層２
２，２３が形成されたシリコンウエーハ２０を熱酸化し
てポリシリコン層２２，２３表面に酸化膜５１形成した
後、ポリシリコン層２３の酸化膜５１をパターニングし
て拡散窓を形成する。拡散窓により開口したポリシリコ
ン層２３に、ポリシリコン層２３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、またポリシリコン
層２３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、ポリシリコン層２３の所
定の部分にＮ⁺又はＰ⁺拡散層２３ａからなる検出電極１
２を形成する。検出電極１２の両側にはポリシリコン層
２３ｂ，２３ｃが、またこれらの表面には酸化膜５１
ｂ，５１ｃが残存する。これらの酸化膜５１ｂ，５１ｃ
及びポリシリコン層２２表面の酸化膜５１を除去し、次
いでポリシリコン層２２の表面にスパッタリングにより
Ｎｉ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。これに
より膜２１をエッチストップ層としてシリコンウエーハ
２０及びポリシリコン層２２が選択的にエッチングさ
れ、その結果、膜２１上に単結晶シリコン層２０ａとポ
リシリコン層２２ａを有する可動電極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
リコン層２０ｂ，２０ｃとこの上に積層されたポリシリ
コン層２２ｂ，２２ｃからなる枠体２９が形成される。

【００２７】Ｎｉ膜２５を除去した後、可動電極２６と
枠体２９と検出電極１２を有する構造体２４のポリシリ
コン層２３ｂ，２３ｃをＮ⁺又はＰ⁺拡散層２３ａからな
る検出電極１２とともにガラス基板１０に接合する。そ
の後、フッ酸などのエッチャントによるウエットエッチ
ングを行って、枠体２９、可動電極２６がポリシリコン
層２３に接合された箇所の、単結晶シリコン層２０とポ
リシリコン層２３との間に介在する膜２１を除いた他の
膜２１を選択的にエッチング除去する。これにより可動
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。

【００２８】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上に形成されたポリシ
リコン層２３上に膜２１を介して固着された固定電極２
７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は単結晶シリコン層２０ａとポ
リシリコン層２２ａを積層してなる。固定電極２７，２
８はシリコンを浸食せずにエッチング可能な膜２１ｂ，
２１ｃと単結晶シリコン層２０ｂ，２０ｃとポリシリコ
ン層２２ｂ，２２ｃとを積層してなる。Ｎ⁺又はＰ⁺拡散
層２３ａからなる検出電極１２がガラス基板１０上に形
成され、この両側に連続してＰ型又はＮ型のポリシリコ
ン層２３ｂ，２３ｃが形成される。図５には示さない
が、可動電極２６は単結晶シリコン層２０ａのみから構
成してもよい。また固定電極２７，２８はシリコンを浸
食せずにエッチング可能な膜２１ｂ，２１ｃと単結晶シ
リコン層２０ｂ，２０ｃとの２層から構成してもよい。

【００２９】また、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はポリシリコン層２３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、ポリ
シリコン層２３に対して浮動になっている。ビーム３１
の基端部３１ａはポリシリコン層２３上に膜２１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。

【００３０】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、シリコンウェーハ２０の両面に酸化膜２１を形成し
た後、一方の表面膜２１をフッ酸でエッチング除去す
る。シリコンウェーハ２０の露出面及び膜２１上にＰ型
もしくはＮ型のポリシリコン層２２，２３をそれぞれＣ
ＶＤ法により１０μｍ厚に形成する。ポリシリコン層２
２，２３が形成されたシリコンウエーハ２０を熱酸化し
てポリシリコン層２２，２３表面に酸化膜５１形成す
る。次に第２実施形態と同様の処理を施して、ポリシリ
コン層２３の所定の部分にＮ⁺又はＰ⁺拡散層２３ａから
なる検出電極１２を形成する。更に第２実施形態と同様
に酸化膜５１ｂ，５１ｃ及び５１を除去し、次いでポリ
シリコン層２２の表面にスパッタリングによりＮｉ膜２
５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。これにより膜２
１をエッチストップ層としてシリコンウエーハ２０及び
ポリシリコン層２２が選択的にエッチングされ、その結
果、膜２１上に単結晶シリコン層２０ａとポリシリコン
層２２ａを有する可動電極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層２
０ｂ，２０ｃとこの上に積層されたポリシリコン層２２
ｂ，２２ｃからなる固定電極２７，２８が形成される。

【００３１】Ｎｉ膜２５を除去した後、可動電極２６と
固定電極２７，２８と検出電極１２を有する構造体２４
のポリシリコン層２３ｂ，２３ｃをＮ⁺又はＰ⁺拡散層２
３ａからなる検出電極１２とともにガラス基板１０に接
合する。その後、フッ酸などのエッチャントによるウエ
ットエッチングを行って、固定電極２７，２８、可動電
極２６がポリシリコン層２３に接合された箇所の、単結
晶シリコン層２０とポリシリコン層２３との間に介在す
る膜２１を除いた他の膜２１を選択的にエッチング除去
する。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。

【００３２】

【発明の効果】以上述べたように、従来のウェーハの貼
り合わせやレーザ加工による半導体慣性センサの製法と
異なり、本発明によればこれらの貼り合わせウェーハや
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。可動電極、
固定電極又は枠体などの構造体が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（sticking）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、ポリシリコ
ン層を形成した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、素子の寄生容量を低下させる
ことができる。特に、検出電極を持つ構造においては可
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、シリコンを浸食せずにエッチング可能な
膜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の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２０シリコンウェーハ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ単結晶シリコン層２１膜２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２３，２３ｂ，２３ｃポリ
シリコン層２３ａ拡散層２４構造体２６可動電極２７，２８一対の固定電極３０，４０，５０半導体慣性センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラス基板(10)上に形成されたポリシリ
コン層(23)の上方に浮動するように設けられた可動電極
(26)と、前記ポリシリコン層(23)上に前記可動電極(26)
を挟んで設けられた一対の固定電極(27,28)とを備えた
半導体慣性センサ(30)において、前記ガラス基板(10)上にポリシリコン層(23)が形成さ
れ、前記可動電極(26)が単結晶シリコン層(20a)からな
るか又は単結晶シリコン層(20a)とポリシリコン層(22a)
を積層してなりかつポリシリコン層(23)の上方に浮動す
るように設けられ、前記一対の固定電極(27,28)が単結
晶シリコン層(20b,20c)からなるか又は単結晶シリコン
層(20b,20c)とポリシリコン層(22b,22c)を積層してな
り、前記可動電極(26)を支持するビーム(31)の基端部(3
1a)がシリコンを浸食せずにエッチング可能な膜(21b,21
c)を介して前記ポリシリコン層(23)に接合されたことを
特徴とする半導体慣性センサ。
【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、前記ガラス基板(10)上にポリシリコン層(23b,23c)及び
Ｎ⁺又はＰ⁺拡散層(23a)からなる検出電極(12)が形成さ
れ、前記可動電極(26)が単結晶シリコン層(20a)からな
るか又は単結晶シリコン層(20a)とポリシリコン層(22a)
を積層してなりかつＮ⁺又はＰ⁺拡散層(23a)の上方に浮
動するように設けられ、前記可動電極(26)を支持するビ
ーム(31)の基端部(31a)がシリコンを浸食せずにエッチ
ング可能な膜(21b,21c)を介して前記ポリシリコン層(23
b,23c)に接合されたことを特徴とする半導体慣性セン
サ。
【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、前記ガラス基板(10)上にポリシリコン層(23b,23c)及び
Ｎ⁺又はＰ⁺拡散層(23a)からなる検出電極(12)が形成さ
れ、前記可動電極(26)が単結晶シリコン層(20a)からな
るか又は単結晶シリコン層(20a)とポリシリコン層(22a)
を積層してなりかつＮ⁺又はＰ⁺拡散層(23a)の上方に浮
動するように設けられ、前記一対の固定電極(27,28)が
単結晶シリコン層(20b,20c)からなるか又は単結晶シリ
コン層(20b,20c)とポリシリコン層(22b,22c)を積層して
なり、前記可動電極(26)を支持するビーム(31)の基端部
(31a)がシリコンを浸食せずにエッチング可能な膜(21b,
21c)を介して前記ポリシリコン層(23b,23c)に接合され
たことを特徴とする半導体慣性センサ。
【請求項４】シリコンを浸食せずにエッチング可能な
膜(21)が片面に形成されたシリコンウェーハ(20)の露出
面上及び前記膜(21)上にポリシリコン層(22,23)を形成
する工程と、前記ポリシリコン層(22)及び前記シリコンウエーハ(20)
の所定の部分を前記膜(21)をエッチストップ層としてエ
ッチングすることにより前記膜(21)の上面に積層された
単結晶シリコン層(20a)とポリシリコン層(22a)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
コン層(20b,20c)とポリシリコン層(22b,22c)からなる一
対の固定電極(27,28)を形成する工程と、前記膜(21)と前記可動電極(26)と前記固定電極(27,28)
と前記ポリシリコン層(23)とを有する構造体(24)を前記
ポリシリコン層(23)がガラス基板(10)に対向するように
前記ガラス基板(10)に接合する工程と、前記膜(21)を選択的に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)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５】シリコンを浸食せずにエッチング可能な
膜(21)が片面に形成されたシリコンウェーハ(20)の露出
面上及び前記膜(21)上にポリシリコン層(22,23)を形成
する工程と、前記ポリシリコン層(23)の所定の部分にＮ⁺又はＰ⁺拡散
層(23a)からなる検出電極(12)を形成する工程と、前記ポリシリコン層(22)及び前記シリコンウエーハ(20)
の所定の部分を前記膜(21)をエッチストップ層としてエ
ッチングすることにより前記膜(21)の上面に単結晶シリ
コン層(20a)とポリシリコン層(22a)からなる可動電極(2
6)を形成する工程と、前記可動電極(26)とポリシリコン層(23b,23c)と前記検
出電極(12)が形成された構造体(24)の前記ポリシリコン
層(23b,23c)を前記検出電極(12)とともに前記ガラス基
板(10)に接合する工程と、前記膜(21)を選択的にエッチング除去することにより前
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６】シリコンを浸食せずにエッチング可能な
膜(21)が片面に形成されたシリコンウェーハ(20)の露出
面上及び前記膜(21)上にポリシリコン層(22,23)を形成
する工程と、前記ポリシリコン層(23)の所定の部分にＮ⁺又はＰ⁺拡散
層(23a)からなる検出電極(12)を形成する工程と、前記ポリシリコン層(22)及び前記シリコンウエーハ(20)
の所定の部分を前記膜(21)をエッチストップ層としてエ
ッチングすることにより前記膜(21)の上面に単結晶シリ
コン層(20a)とポリシリコン層(22a)からなる可動電極(2
6)と、前記可動電極(26)の両側に単結晶シリコン層(20
b,20c)とポリシリコン層(22b,22c)からなる一対の固定
電極(27,28)を形成する工程と、前記可動電極(26)と前記固定電極(27,28)とポリシリコ
ン層(23b,23c)と前記検出電極(12)が形成された構造体
(24)の前記ポリシリコン層(23b,23c)を前記検出電極(1
2)とともに前記ガラス基板(10)に接合する工程と、前記膜(21)を選択的に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)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(50)を得る工程とを含
む半導体慣性センサの製造方法。