JPH10214976A - Semiconductor inertial sensor and method of manufacturing the same - Google Patents
Semiconductor inertial sensor and method of manufacturing the sameInfo
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- JPH10214976A JPH10214976A JP9013986A JP1398697A JPH10214976A JP H10214976 A JPH10214976 A JP H10214976A JP 9013986 A JP9013986 A JP 9013986A JP 1398697 A JP1398697 A JP 1398697A JP H10214976 A JPH10214976 A JP H10214976A
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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
が前記単結晶シリコンと異なる結晶面方位を有する単結
晶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。
(57) [Problem] To provide a low cost semiconductor inertial sensor which does not require laser processing and is suitable for mass production. In addition, the parasitic capacitance is low,
A highly sensitive and high-accuracy semiconductor inertial sensor with excellent electrode gap formation accuracy is obtained. A semiconductor inertial sensor (30) includes a glass substrate (1).
A movable electrode 26 made of single crystal silicon is provided so as to float above zero, and a pair of fixed electrodes 27 and 28 made of single crystal silicon are provided with the movable electrode 26 interposed therebetween. Base 31a of beam 31 supporting movable electrode 26
Is provided on the glass substrate 10 via a spacer layer 23a made of single crystal silicon having a crystal plane orientation different from that of the single crystal silicon.
Description
【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及
びそ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 semiconductor inertial sensor suitable for a capacitance type acceleration sensor, angular velocity sensor, and the like, and a method for manufacturing the same.
【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】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。As another semiconductor inertial sensor, a method of manufacturing a vibration type semiconductor element having a structure of a glass substrate and single crystal silicon has been disclosed (JP-A-7-28342).
0). In this manufacturing method, a movable electrode portion and a fixed electrode portion are processed on one of two wafers bonded via an etch stop layer, and the processed wafer is bonded as a bonding surface. After the wafer is anodically bonded to the glass substrate, the unprocessed wafer is removed, and then the etch stop layer is removed. As another semiconductor inertial sensor, a gyroscope composed of a glass substrate and single-crystal silicon has been proposed (J. Bernstein et al., "A Micromachined C
omb-Drive Tuning Fork Rate Gyroscope ", IEEE MEMS ''
93 Proceeding, pp.143-148 (1993)). This gyroscope is a bonding surface between a glass substrate on which a detection electrode is formed, and a single crystal silicon substrate on which a movable electrode, a fixed electrode, and the like are formed by performing high-concentration boron diffusion after etching, and then performing bonding. And then etching is performed to remove portions of the silicon substrate where boron is not diffused.
【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。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。[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. In the method of manufacturing a vibration type semiconductor element described above, a complicated process such as forming an oxide film or the like serving as an etch stop layer on one of the silicon wafers before bonding the two silicon wafers was required. 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.
【０００７】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。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。Furthermore, 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. An object of the present invention is to provide a low-cost semiconductor inertial sensor which does not require laser processing and is suitable for mass production, and a method for manufacturing the same. Another object of the present invention is to provide a semiconductor inertial sensor with low parasitic capacitance, high sensitivity and high accuracy, and a method for manufacturing the same. 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が前記単結
晶シリコンと異なる結晶面方位を有する単結晶シリコン
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。The invention according to claim 1 is
As shown in FIGS. 1 and 2, a movable electrode 26 made of single-crystal silicon is provided so as to float above the glass substrate 10, and a single-crystal silicon provided on the glass substrate 10 with the movable electrode 26 interposed therebetween. A pair of fixed electrodes 27,
28, the base 31a of the beam 31 supporting the movable electrode 26 has a glass substrate 10 via a spacer layer 23a made of single crystal silicon having a crystal plane orientation different from that of the single crystal silicon. It is characterized by being provided above.
【０００９】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２６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が前記単結晶シリコンと異なる結晶
面方位を有する単結晶シリコンからなるスペーサ層２３
ａ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。According to a second aspect of the present invention, as shown in FIGS. 3 and 4, a detection electrode 12 formed on a glass substrate 10 is provided.
And a movable electrode 26 made of single-crystal silicon provided so as to float above the detection electrode 12, in the semiconductor inertial sensor 40, the base 31a of the beam 31 supporting the movable electrode 26 is Spacer layer 23 made of single crystal silicon having a crystal plane orientation different from silicon
It is characterized in that it is provided on the glass substrate 10 via a.
【００１０】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５０において、可動電極２６を支持するビーム３
１の基端部３１ａが前記単結晶シリコンと異なる結晶面
方位を有する単結晶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。According to a third aspect of the present invention, as shown in FIGS. 5 and 6, a detection electrode 12 formed on a glass substrate 10 is provided.
A movable electrode 26 made of single-crystal silicon provided to float above the detection electrode 12, and a glass substrate 10
In a semiconductor inertial sensor 50 including a pair of fixed electrodes 27 and 28 made of single-crystal silicon provided with a movable electrode 26 interposed therebetween, a beam 3 supporting the movable electrode 26 is provided.
1 is a spacer layer 23a made of single-crystal silicon having a crystal plane orientation different from that of the single-crystal silicon.
Characterized in that it is provided on the glass substrate 10 via
【００１１】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単結晶シリコン層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。The semiconductor inertial sensors 30, 40 and 50 are:
Since a glass substrate is used as the substrate, the parasitic capacitance is low, and the sensitivity and accuracy are high. Further, since the movable electrode is made of a single-crystal silicon layer, it has excellent mechanical properties. Further, in the semiconductor inertial sensors 40 and 50 having the structure having the detection electrode, the gap between the movable electrode and the detection electrode is formed by the single crystal silicon layer 23.
Since the thickness is defined by the thickness, the gap can be formed with high precision.
【００１２】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の別の片面
に前記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３シリコンウェーハ
２３を貼り合わせる工程と、第３シリコンウェーハ２３
を所定の厚さに研磨する工程と、研磨された第３シリコ
ンウェーハ２３の所定の部分を前記エッチャントでエッ
チング除去して第１シリコンウェーハ２１の所定の部分
を露出させ、これにより第２シリコンウェーハ２２、第
１シリコンウェーハ２１及び第３シリコンウェーハ２３
からなる構造体２５を形成する工程と、第３シリコンウ
ェーハ２３の残存部分をスペーサ層２３ａとしてこのス
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である。According to a fourth aspect of the present invention, as shown in FIG. 1, a step of bonding a second silicon wafer 22 having an etching rate higher than that of the first silicon wafer 21 with respect to a predetermined etchant on one surface of the first silicon wafer 21. Polishing the first silicon wafer 21 to a predetermined thickness, and forming the first silicon wafer 21 on another side of the first silicon wafer 21 with respect to the etchant.
Bonding a third silicon wafer 23 having a higher etching rate;
Polishing a predetermined portion of the third silicon wafer 23 by etching with the etchant to expose a predetermined portion of the first silicon wafer 21, thereby forming a second silicon wafer. 22, first silicon wafer 21 and third silicon wafer 23
A step of forming a structure 25 composed of: a step of bonding the structure 25 to the glass substrate 10 via the spacer layer 23a using the remaining portion of the third silicon wafer 23 as a spacer layer 23a; By etching and removing the first silicon wafer 21 by etching with the etchant,
A pair of fixed electrodes 27 and 28 made of single crystal silicon joined to the glass substrate 10 via the spacer layer 23a and a single crystal silicon sandwiched between the pair of fixed electrodes 27 and 28 and floating above the glass substrate 10 Obtaining a semiconductor inertial sensor 30 having a movable electrode 26.
【００１３】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の別の片面
に前記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３シリコンウェーハ
２３を貼り合わせる工程と、第３シリコンウェーハ２３
を所定の厚さに研磨する工程と、研磨された第３シリコ
ンウェーハ２３の所定の部分を前記エッチャントでエッ
チング除去して第１シリコンウェーハ２１の所定の部分
を露出させ、これにより第２シリコンウェーハ２２、第
１シリコンウェーハ２１及び第３シリコンウェーハ２３
からなる構造体２５を形成する工程と、構造体２５を第
３シリコンウェーハ２３の残存部分をスペーサ層２３ａ
としてこのスペーサ層２３ａを介して検出電極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２１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。As shown in FIG. 4, the invention according to claim 5 includes a step of forming a detection electrode 12 on a glass substrate 10 and a step of forming a predetermined etchant on one side of the first silicon wafer 21 from the first silicon wafer 21. Laminating a second silicon wafer 22 having a high etching rate, polishing the first silicon wafer 21 to a predetermined thickness, and forming the first silicon wafer 21 on another side of the first silicon wafer 21 with respect to the etchant.
Bonding a third silicon wafer 23 having a higher etching rate;
Polishing a predetermined portion of the third silicon wafer 23 by etching with the etchant to expose a predetermined portion of the first silicon wafer 21, thereby forming a second silicon wafer. 22, first silicon wafer 21 and third silicon wafer 23
A step of forming a structure 25 consisting of:
Bonding to the glass substrate 10 except for the portion where the detection electrode 12 is formed via the spacer layer 23a,
A step of etching and removing the second silicon wafer 22 with the etchant, and a step of selectively etching and removing the first silicon wafer 21 to move the movable portion made of single crystal silicon floating on the glass substrate 10 in opposition to the detection electrode 12. Obtaining a semiconductor inertial sensor 40 having an electrode 26.
【００１４】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の別の片面
に前記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３シリコンウェーハ
２３を貼り合わせる工程と、第３シリコンウェーハ２３
を所定の厚さに研磨する工程と、研磨された第３シリコ
ンウェーハ２３の所定の部分を前記エッチャントでエッ
チング除去して第１シリコンウェーハ２１の所定の部分
を露出させ、これにより第２シリコンウェーハ２２、第
１シリコンウェーハ２１及び第３シリコンウェーハ２３
からなる構造体２５を形成する工程と、構造体２５を第
３シリコンウェーハ２３の残存部分をスペーサ層２３ａ
としてこのスペーサ層２３ａを介して検出電極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。As shown in FIG. 5, the invention according to claim 6 includes a step of forming a detection electrode 12 on a glass substrate 10 and a step of forming a predetermined etchant on one side of the first silicon wafer 21 from the first silicon wafer 21. Laminating a second silicon wafer 22 having a high etching rate, polishing the first silicon wafer 21 to a predetermined thickness, and forming the first silicon wafer 21 on another side of the first silicon wafer 21 with respect to the etchant.
Bonding a third silicon wafer 23 having a higher etching rate;
Polishing a predetermined portion of the third silicon wafer 23 by etching with the etchant to expose a predetermined portion of the first silicon wafer 21, thereby forming a second silicon wafer. 22, first silicon wafer 21 and third silicon wafer 23
A step of forming a structure 25 consisting of:
Bonding to the glass substrate 10 except for the portion where the detection electrode 12 is formed via the spacer layer 23a,
The step of etching and removing the second silicon wafer 22 with the etchant and the step of selectively etching and removing the first silicon wafer 21 form the spacer layer 23a.
And a pair of fixed electrodes 27 and 28 made of single-crystal silicon bonded to the glass substrate 10 via
Obtaining a semiconductor inertial sensor 50 having a movable electrode 26 made of single-crystal silicon sandwiched between the movable electrodes 26 and floating above the detection electrode 12.
【００１５】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、単結晶シリコンからなる第３シ
リコンウェーハ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。In the manufacturing method according to the fourth to sixth aspects, since laser processing is not required and suitable for mass production, a semiconductor inertial sensor can be manufactured at low cost. Further, since a glass substrate is used as the substrate, the sensor has low parasitic capacitance. Further, in the semiconductor inertial sensors 40 and 50 having a structure having a detection electrode, the gap between the movable electrode and the detection electrode is defined by the thickness of the third silicon wafer 23 made of single crystal silicon without being controlled by the etching time. The gap can be formed with high precision. Therefore, a highly sensitive and accurate semiconductor inertial sensor is manufactured. Further, there is no need to form an etch stop layer before bonding the silicon wafers, and the second silicon wafer 22 is removed by utilizing the crystal plane orientation dependence of the etching rate, and is constituted only by the first silicon wafer 21. Because a movable electrode can be formed, a highly sensitive and accurate semiconductor inertial sensor can be manufactured in a simple process.
【００１６】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
及び第３シリコンウェーハの結晶方位の組合せの例は以
下のものが好ましく使用される。 (ア)（１１０）方位の第２シリコンウェーハ２２と（１
００）方位の第３シリコンウェーハ２３との組合せ。 (イ)（１００）方位の第２シリコンウェーハ２２と（１
００）方位の第３シリコンウェーハ２３との組合せ。In the present invention, when the first silicon wafer 21 having the crystal orientation (111) is used,
The following examples of combinations of crystal orientations of the third silicon wafer and the third silicon wafer are preferably used. (A) The second silicon wafer 22 having the (110) orientation and (1)
00) Combination with third silicon wafer 23 in orientation. (A) The second silicon wafer 22 having the (100) orientation and (1)
00) Combination with third silicon wafer 23 in orientation.
【００１７】[0017]
【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上に単結晶シリコンスペー
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２
７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はガラス基板
１０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上に単結晶シ
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３１，３
１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, the semiconductor inertial sensor 30 according to the first embodiment of the present invention is an acceleration sensor, and includes a fixed electrode 27 fixed on a glass substrate 10 via a single-crystal silicon spacer layer 23a. The movable electrode 26 is provided between the movable electrodes 28. Movable electrode 26, fixed electrode 2
Reference numerals 7 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. The movable electrode 26 is located above the glass substrate 10, both ends of which are supported by the beams 31, and floats with respect to the glass substrate 10. The base 31a of the beam 31 is fixed on the substrate 10 via a single-crystal silicon spacer layer 23a. Although not shown, electric wires are individually provided to the beam base 31a and the fixed electrodes 27 and 28. This semiconductor inertial sensor 30
Then, when a horizontal acceleration orthogonal to a line connecting the beam base ends 31a and 31a acts on the movable electrode 26 as shown by arrows in the drawing, the movable electrode 26
Vibrates with 1 as a support shaft. Movable electrode 26 and fixed electrode 27
If the spacing between and 28 widens or narrows,
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.
【００１８】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。この研削された第１シリコ
ンウェーハ２１の研削面にこの第１シリコンウェーハ２
１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（１００）方位の第３シリコン
ウェーハ２３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３シリコンウェーハ２３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。次いで
熱酸化して酸化膜を形成し、パターニングして第２シリ
コンウェーハ２２の表面及び第３シリコンウェーハ２３
の所定部分に酸化膜２４を形成する。その後、ＫＯＨな
どのエッチャントにより第３シリコンウェーハ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、酸化膜２４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及び第３シリコンウェーハ２３からなる構造体２５
が形成される。次いで、第３シリコンウェーハ２３の残
存部分をスペーサ層２３ａとしてこのスペーサ層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、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第１シリコンウェーハ２
１の表面にスパッタリングによりアルミニウム（Ａｌ）
膜４１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４１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
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, first, on one surface of a first silicon wafer 21 having a (111) orientation, a second silicon having a (110) orientation having a higher etching rate with respect to a predetermined etchant such as KOH than the first silicon wafer 21 is formed. The wafer 22 is bonded by a direct bonding method. The exposed surface of the bonded first silicon wafer 21 is ground and polished to a predetermined thickness using a grindstone and a polishing cloth. The first silicon wafer 2 is placed on the ground surface of the ground first silicon wafer 21.
A third silicon wafer 23 having a (100) orientation having a higher etching rate with respect to a predetermined etchant such as KOH than 1 is bonded by a direct bonding method. The exposed surface of the bonded third silicon wafer 23 is ground and polished to a predetermined thickness using a grindstone and a polishing cloth. Next, an oxide film is formed by thermal oxidation, and is patterned and the surface of the second silicon wafer 22 and the third silicon wafer 23 are patterned.
An oxide film 24 is formed on a predetermined portion of the substrate. After that, a predetermined portion of the third silicon wafer 23 is removed by an etchant such as KOH to expose a predetermined portion of the first silicon wafer 21, and then the oxide film 24 is removed. As a result, a structure 25 composed of the second silicon wafer 22, the first silicon wafer 21, and the third silicon wafer 23
Is formed. Next, the remaining portion of the third silicon wafer 23 is used as a spacer layer 23a.
The structure 25 is anodically bonded to the glass substrate 10 via.
Thereafter, the second silicon wafer 22 is removed by etching with an etchant such as KOH. First silicon wafer 2 exposed by removing second silicon wafer 22
Aluminum (Al) by sputtering on the surface of 1
After forming and patterning the film 41, anisotropic dry etching is performed at a low temperature using SF 6 gas.
The film 41 is removed. Thereby, the first silicon wafer 2
1 are selectively removed by etching, and a pair of fixed electrodes 27, 28 and a pair of fixed electrodes 27,
A semiconductor inertial sensor 30 having a movable electrode 26 made of single-crystal silicon sandwiched between the movable electrodes 28 and floating above the glass substrate 10 is obtained.
【００１９】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上に単結晶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
３１ａは枠体２９の凹み２９ａに位置しかつ基板１０上
に単結晶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１
２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３
１，３１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 movable electrode 26 between frame bodies 29 fixed via a single-crystal silicon spacer layer 23a on a glass substrate 10 on which a detection electrode 12 is formed. The movable electrode 26 and the frame body 29 are each made of single-crystal silicon, and the electrodes 26 are housed in the window frame-shaped frame body 29 at intervals. The movable electrode 26 is located above the detection electrode 12,
Both ends are supported by the beams 31 and are floating with respect to the glass substrate 10. The base 31a of the beam 31 is located in the recess 29a of the frame 29 and is fixed on the substrate 10 via a single-crystal silicon spacer layer 23a. Although not shown, the beam base 31a and the detection electrode 1
2 are individually provided with electric wiring. In the semiconductor inertial sensor 40, when a vertical acceleration orthogonal to a line connecting the beam base ends 31a and 31a acts on the movable electrode 26 as shown by an arrow in the figure, the movable electrode 26
It vibrates around 1, 31 as a support shaft. When the distance between the movable electrode 26 and the detection electrode 12 increases or decreases, 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.
【００２０】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。こ
の研削された第１シリコンウェーハ２１の研削面にこの
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（１０
０）方位の第３シリコンウェーハ２３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３シリコンウェ
ーハ２３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。次いで熱酸化して酸化膜を形成し、パ
ターニングして第２シリコンウェーハ２２の表面及び第
３シリコンウェーハ２３の所定部分に酸化膜２４を形成
する。その後、ＫＯＨなどのエッチャントにより第３シ
リコンウェーハ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、酸化膜２
４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及び第３シリコンウェーハ２
３からなる構造体２５が形成される。次いで、第３シリ
コンウェーハ２３の残存部分をスペーサ層２３ａとして
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、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第
１シリコンウェーハ２１の表面にスパッタリングにより
Ａｌ膜４１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４１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
上に第３シリコンウェーハ２３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２９，２９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。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 the upper surface of a glass substrate 10 by sputtering, vacuum deposition, or the like. On the other hand, it is performed in the same manner as the manufacturing method of the first embodiment, and the first method of the (111) direction is performed.
A second silicon wafer 22 having a (110) orientation having a higher etching rate with respect to a predetermined etchant such as KOH than the first silicon wafer 21 is bonded to one surface of the silicon wafer 21 by a direct bonding method. The exposed surface of the bonded first silicon wafer 21 is ground and polished to a predetermined thickness using a grindstone and a polishing cloth. The ground surface of the ground first silicon wafer 21 has a higher etching rate with respect to a predetermined etchant such as KOH than the first silicon wafer 21 (10
0) The third silicon wafer 23 having the orientation is bonded by a direct bonding method. The exposed surface of the bonded third silicon wafer 23 is ground and polished to a predetermined thickness using a grindstone and a polishing cloth. Next, an oxide film is formed by thermal oxidation, and is patterned to form an oxide film 24 on the surface of the second silicon wafer 22 and a predetermined portion of the third silicon wafer 23. Thereafter, a predetermined portion of the third silicon wafer 23 is removed by an etchant such as KOH to expose a predetermined portion of the first silicon wafer 21 and then the oxide film 2 is removed.
4 is removed. As a result, the second silicon wafer 22,
First silicon wafer 21 and third silicon wafer 2
3 is formed. Next, the remaining portion of the third silicon wafer 23 is used as a spacer layer 23a, and the structure 25 is anodically bonded to the glass substrate 10 via the spacer layer 23a. Thereafter, the second silicon wafer 22 is removed by etching with an etchant such as KOH. An Al film 41 is formed on the exposed surface of the first silicon wafer 21 by removing the second silicon wafer 22 by sputtering, and after patterning, anisotropic dry etching is performed at a low temperature using SF 6 gas. The film 41 is removed. As a result, the first silicon wafer 21 is selectively removed by etching, and the glass substrate 10 is removed.
Frames 29, 29 made of single-crystal silicon bonded thereon via a third silicon wafer 23 and a movable electrode 26 made of single-crystal silicon sandwiched between the frames 29, 29 and floating above the detection electrode 12 are provided. The formed semiconductor inertial sensor 40 is obtained.
【００２１】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上に単結晶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２６，２
６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上に単結晶シリコン
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２
８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３１
ａ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. This semiconductor inertial sensor 50 is an angular velocity sensor, and has a pair of tuning fork structures between fixed electrodes 27 and 28 fixed via a single crystal silicon spacer layer 23a on a glass substrate 10 on which a detection electrode 12 is formed. Movable electrodes 26, 26. The movable electrode 26 and the fixed electrodes 27 and 28 are each made of single-crystal silicon, and opposing portions of the electrode 26 and the electrode 27 and the electrode 26 and the electrode 28 are formed in a comb shape. Movable electrode 26, 2
Numeral 6 is located above the detection electrode 12 formed on the glass substrate 10, both ends of which are supported by U-shaped beams 31, 31 and floats with respect to the glass substrate 10. The base 31a of the beam 31 is fixed on the substrate 10 via a single-crystal silicon spacer layer 23a. 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 the fixed electrodes 27 and 2
An AC voltage is applied to the movable electrode 8 to excite the movable electrode by electrostatic force. In this semiconductor inertial sensor 50,
Beam base ends 31a and 31 are provided for movable electrodes 26, 26.
When an angular velocity acts on a line connecting a, a Coriolis force is generated on the movable electrodes 26, 26 to cause torsional vibration around the center line and resonate. The movable electrode 26 at the time of this resonance
The angular velocity that has acted due to the change in capacitance between the sensor and the detection electrode 12 is detected.
【００２２】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。この研削された第１シリコンウ
ェーハ２１の研削面にこの第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（１００）方位の第３シリコンウェ
ーハ２３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３シリコンウェーハ２３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。次いで熱酸
化して酸化膜を形成し、パターニングして第２シリコン
ウェーハ２２の表面及び第３シリコンウェーハ２３の所
定部分に酸化膜２４を形成する。その後、ＫＯＨなどの
エッチャントにより第３シリコンウェーハ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、酸化膜２４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及
び第３シリコンウェーハ２３からなる構造体２５が形成
される。次いで、第３シリコンウェーハ２３の残存部分
をスペーサ層２３ａとしてこのスペーサ層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、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第１シリコンウェーハ２１の
表面にスパッタリングによりアルミニウム（Ａｌ）膜４
１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４
１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。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, as in the second embodiment, first, Au, Pt,
Detection electrode 12 made of a thin film of a metal selected from Cu or the like
To form On the other hand, the etching is performed in the same manner as in the manufacturing method of the second embodiment, and the etching rate is higher on one surface of the (111) -oriented first silicon wafer 21 with respect to a predetermined etchant such as KOH than the first silicon wafer 21 (110 2) The second silicon wafer 22 having the orientation is bonded by a direct bonding method. The exposed surface of the bonded first silicon wafer 21 is ground and polished to a predetermined thickness using a grindstone and a polishing cloth. A (100) oriented third silicon wafer 23 having a higher etching rate with respect to a predetermined etchant such as KOH than the first silicon wafer 21 is attached to the ground surface of the ground first silicon wafer 21 by a direct bonding method. Match. The exposed surface of the bonded third silicon wafer 23 is ground and polished to a predetermined thickness using a grindstone and a polishing cloth. Next, an oxide film is formed by thermal oxidation, and is patterned to form an oxide film 24 on the surface of the second silicon wafer 22 and a predetermined portion of the third silicon wafer 23. After that, a predetermined portion of the third silicon wafer 23 is removed by an etchant such as KOH to expose a predetermined portion of the first silicon wafer 21, and then the oxide film 24 is removed. As a result, a structure 25 including the second silicon wafer 22, the first silicon wafer 21, and the third silicon wafer 23 is formed. Next, the remaining portion of the third silicon wafer 23 is used as a spacer layer 23a, and the structure 25 is anodically bonded to the glass substrate 10 via the spacer layer 23a. Thereafter, the second silicon wafer 22 is removed by etching with an etchant such as KOH. The aluminum (Al) film 4 is formed on the exposed surface of the first silicon wafer 21 by removing the second silicon wafer 22 by sputtering.
After patterning and patterning, anisotropic dry etching is performed at a low temperature using SF 6 gas.
Remove one. As a result, the first silicon wafer 21 is selectively removed by etching, and a pair of fixed electrodes 27 and 28 made of single-crystal silicon and a pair of fixed electrodes 27 and 28 joined on the glass substrate 10 via the spacer layer 23a.
The semiconductor inertial sensor 50 in which the movable electrode 26 made of single crystal silicon and formed above and floating above the detection electrode 12 is formed.
【００２３】[0023]
【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、固定電極又はスペーサ層を構成する単結晶シ
リコン層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。As described above, unlike the conventional method of manufacturing a semiconductor inertial sensor by laser processing, according to the present invention, laser processing is not required, and a low-cost semiconductor inertial sensor suitable for mass production can be manufactured. Can be. In addition, since the single-crystal silicon layer forming the movable electrode, the fixed electrode, and the like is bonded to the glass substrate while being supported by the second silicon wafer having a sufficient thickness, it is bonded to the substrate as in the related art (st
It is possible to provide a movable electrode at a predetermined gap with respect to the detection electrode or the glass substrate without causing the icking phenomenon. In addition, by using a glass substrate instead of a silicon substrate, in 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. Furthermore, since the movable electrode and the fixed electrode can be formed by etching without using an etch stop layer, the flow of current is obstructed by the etch stop layer in the single crystal silicon layer forming the movable electrode, the frame, the fixed electrode, or the spacer layer. The anodic bonding can be performed more efficiently without being performed.
【００２４】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 単結晶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。In the structure in which the detection electrode is formed on the glass substrate, the gap between the movable electrode and the glass substrate on which the detection electrode is formed is defined by the thickness of the single crystal silicon spacer layer. A gap can be formed with high accuracy. Therefore, a highly sensitive and accurate semiconductor inertial sensor can be obtained.
【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.
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３シリコンウェーハ ２３ａ スペーサ層 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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Glass substrate 12 Detecting electrode 21 1st silicon wafer 22 2nd silicon wafer 23 3rd silicon wafer 23a Spacer layer 25 Structure 26 Movable electrode 27, 28 A pair of fixed electrode 31 Beam 31a Base end of beam 30, 40, 50 Semiconductor inertial sensor
Claims (6)
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)
が前記単結晶シリコンと異なる結晶面方位を有する単結
晶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。A movable electrode (26) made of single-crystal silicon provided to float above a glass substrate (10), and a movable electrode (26) provided on the glass substrate (10) with the movable electrode (26) interposed therebetween. In a semiconductor inertial sensor (30) including a pair of fixed electrodes (27, 28) made of single crystal silicon, a base end (31a) of a beam (31) supporting the movable electrode (26)
Is provided on the glass substrate (10) via a spacer layer (23a) made of single-crystal silicon having a different crystal plane orientation from that of the single-crystal silicon.
(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)
が前記単結晶シリコンと異なる結晶面方位を有する単結
晶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. A detection electrode formed on a glass substrate (10).
(12) and a semiconductor inertial sensor (40) including a movable electrode (26) made of single crystal silicon provided so as to float above the detection electrode (12), wherein the movable electrode (26) is Base end (31a) of supporting beam (31)
Is provided on the glass substrate (10) via a spacer layer (23a) made of single-crystal silicon having a different crystal plane orientation from that of the single-crystal silicon.
(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)
が前記単結晶シリコンと異なる結晶面方位を有する単結
晶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. A detection electrode formed on a glass substrate (10).
(12), a movable electrode (26) made of single-crystal silicon provided to float above the detection electrode (12), and the movable electrode (26) on the glass substrate (10). In a semiconductor inertial sensor (50) including a pair of fixed electrodes (27, 28) made of single crystal silicon provided, a base end (31a) of a beam (31) supporting the movable electrode (26)
Is provided on the glass substrate (10) via a spacer layer (23a) made of single-crystal silicon having a different crystal plane orientation from that of the single-crystal silicon.
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、 第１シリコンウェーハ(21)の別の片面に前記エッチャン
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３シリコンウェーハ（２３）を貼
り合わせる工程と、 前記第３シリコンウェーハ（２３）を所定の厚さに研磨
する工程と、 前記研磨された第３シリコンウェーハ(23)の所定の部分
を前記エッチャントでエッチング除去して前記第１シリ
コンウェーハ(21)の所定の部分を露出させ、これにより
前記第２シリコンウェーハ(22)、前記第１シリコンウェ
ーハ(21)及び前記第３シリコンウェーハ(23)からなる構
造体(25)を形成する工程と、 前記第３シリコンウェーハ(23)の残存部分をスペーサ層
(23a)として前記スペーサ層(23a)を介して前記構造体(2
5)をガラス基板(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。4. A first silicon wafer (21) having a predetermined etchant on one side of the first silicon wafer (21).
Second silicon wafer with higher etching rate
(22) bonding the first silicon wafer (21) to a predetermined thickness; and polishing the first silicon wafer (21) on another surface of the first silicon wafer (21) with respect to the etchant. A) bonding a third silicon wafer (23) having a higher etching rate; polishing the third silicon wafer (23) to a predetermined thickness; and polishing the polished third silicon wafer (23). A predetermined portion of the first silicon wafer (21) is etched away by the etchant to expose a predetermined portion of the first silicon wafer (21), whereby the second silicon wafer (22), the first silicon wafer (21), and the second Forming a structure (25) comprising a third silicon wafer (23); and forming a spacer layer on the remaining portion of the third silicon wafer (23).
As the structure (2a) via the spacer layer (23a) as (23a)
Bonding the 5) to the glass substrate (10); etching the second silicon wafer (22) with the etchant; and selectively etching the first silicon wafer (21). The glass layer is sandwiched between a pair of fixed electrodes (27, 28) made of single-crystal silicon bonded to the glass substrate (10) via the spacer layer (23a) and the pair of fixed electrodes (27, 28). Obtaining a semiconductor inertial sensor (30) having a movable electrode (26) made of single-crystal silicon floating above a substrate (10).
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、 第１シリコンウェーハ(21)の別の片面に前記エッチャン
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３シリコンウェーハ(23)を貼り合
わせる工程と、 前記第３シリコンウェーハ(23)を所定の厚さに研磨する
工程と、 前記研磨された第３シリコンウェーハ(23)の所定の部分
を前記エッチャントでエッチング除去して前記第１シリ
コンウェーハ(21)の所定の部分を露出させ、これにより
前記第２シリコンウェーハ(22)、前記第１シリコンウェ
ーハ(21)及び前記第３シリコンウェーハ(23)からなる構
造体(25)を形成する工程と、 前記構造体(25)を前記第３シリコンウェーハ(23)の残存
部分をスペーサ層(23a)として前記スペーサ層(23a)を介
して前記検出電極(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。5. A step of forming a detection electrode (12) on a glass substrate (10); and forming an etching rate on one side of the first silicon wafer (21) higher than that of the first silicon wafer (21) with respect to a predetermined etchant. Bonding a second silicon wafer (22) having the same, polishing the first silicon wafer (21) to a predetermined thickness, and attaching the second silicon wafer (21) to another surface of the first silicon wafer (21) with respect to the etchant. Bonding a third silicon wafer (23) having an etching rate higher than that of one silicon wafer (21); polishing the third silicon wafer (23) to a predetermined thickness; A predetermined portion of the silicon wafer (23) is removed by etching with the etchant to expose a predetermined portion of the first silicon wafer (21), whereby the second silicon wafer (22) is exposed. Forming a structure (25) comprising the first silicon wafer (21) and the third silicon wafer (23); and removing the remaining portion of the third silicon wafer (23) from the structure (25). Bonding to the glass substrate (10) excluding the portion where the detection electrode (12) is formed via the spacer layer (23a) as a spacer layer (23a); and attaching the second silicon wafer (22) to the etchant. A step of selectively removing the first silicon wafer (21) by etching to form a single crystal silicon floating on the glass substrate (10) in opposition to the detection electrode (12). Obtaining a semiconductor inertial sensor (40) having a movable electrode (26).
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、 第１シリコンウェーハ(21)の別の片面に前記エッチャン
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３シリコンウェーハ(23)を貼り合
わせる工程と、 前記第３シリコンウェーハ(23)を所定の厚さに研磨する
工程と、 前記研磨された第３シリコンウェーハ(23)の所定の部分
を前記エッチャントでエッチング除去して前記第１シリ
コンウェーハ(21)の所定の部分を露出させ、これにより
前記第２シリコンウェーハ(22)、前記第１シリコンウェ
ーハ(21)及び前記第３シリコンウェーハ(23)からなる構
造体(25)を形成する工程と、 前記構造体(25)を前記第３シリコンウェーハ(23)の残存
部分をスペーサ層(23a)として前記スペーサ層(23a)を介
して前記検出電極(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。6. A step of forming a detection electrode (12) on a glass substrate (10); and forming an etching rate on one surface of the first silicon wafer (21) higher than that of the first silicon wafer (21) with respect to a predetermined etchant. Bonding a second silicon wafer (22) having the same, polishing the first silicon wafer (21) to a predetermined thickness, and attaching the second silicon wafer (21) to another surface of the first silicon wafer (21) with respect to the etchant. Bonding a third silicon wafer (23) having an etching rate higher than that of one silicon wafer (21); polishing the third silicon wafer (23) to a predetermined thickness; A predetermined portion of the silicon wafer (23) is removed by etching with the etchant to expose a predetermined portion of the first silicon wafer (21), whereby the second silicon wafer (22) is exposed. Forming a structure (25) comprising the first silicon wafer (21) and the third silicon wafer (23); and removing the remaining portion of the third silicon wafer (23) from the structure (25). Bonding to the glass substrate (10) excluding the portion where the detection electrode (12) is formed via the spacer layer (23a) as a spacer layer (23a); and attaching the second silicon wafer (22) to the etchant. And a step of selectively removing the first silicon wafer (21) by etching to form a pair of single crystal silicon bonded to the glass substrate (10) via the spacer layer (23a). Semiconductor inertial sensor (50) having a fixed electrode (27, 28) and a movable electrode (26) made of single crystal silicon sandwiched between the fixed electrodes (27, 28) and floating above the detection electrode (12). A) producing a semiconductor inertial sensor.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9013986A JPH10214976A (en) | 1997-01-28 | 1997-01-28 | Semiconductor inertial sensor and method of manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9013986A JPH10214976A (en) | 1997-01-28 | 1997-01-28 | Semiconductor inertial sensor and method of manufacturing the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10214976A true JPH10214976A (en) | 1998-08-11 |
Family
ID=11848559
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9013986A Withdrawn JPH10214976A (en) | 1997-01-28 | 1997-01-28 | Semiconductor inertial sensor and method of manufacturing the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10214976A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007125693A (en) * | 2005-11-04 | 2007-05-24 | Infineon Technologies Sensonor As | Micro mechanical device, resonance structure and exciting method of micro mechanical device |
| WO2025044286A1 (en) * | 2023-08-30 | 2025-03-06 | 上海矽睿科技股份有限公司 | Sensor morphology control method and use |
-
1997
- 1997-01-28 JP JP9013986A patent/JPH10214976A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007125693A (en) * | 2005-11-04 | 2007-05-24 | Infineon Technologies Sensonor As | Micro mechanical device, resonance structure and exciting method of micro mechanical device |
| WO2025044286A1 (en) * | 2023-08-30 | 2025-03-06 | 上海矽睿科技股份有限公司 | Sensor morphology control method and use |
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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: 20040406 |