JPH10214976A - 半導体慣性センサ及びその製造方法 - Google Patents
半導体慣性センサ及びその製造方法Info
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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。
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。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、静電容量型の加速
度センサ、角速度センサ等に適する半導体慣性センサ及
びその製造方法に関するものである。
度センサ、角速度センサ等に適する半導体慣性センサ及
びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の半導体慣性センサとし
て、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。
て、ガラス基板と単結晶シリコンの構造からなる共振
角速度センサが提案されている（M. Hashimoto et al.,
"Silicon Resonant Angular Rate Sensor", Techinica
l Digest of the 12th Sensor Symposium, pp.163-166
(1994)）。このセンサは両側をトーションバーで浮動す
るようにした音叉構造の可動電極を有する。この可動電
極は電磁駆動によって励振されている。角速度が作用す
ると可動電極にコリオリ力が生じて、可動電極がトーシ
ョンバーの回りに捩り振動を起こして共振する。センサ
はこの可動電極の共振による可動電極と検出電極との間
の静電容量の変化により作用した角速度を検出する。こ
のセンサを作製する場合には、厚さ２００μｍ程度の結
晶方位が（１１０）の単結晶シリコン基板を基板表面に
対して垂直にエッチングして可動電極部分などの構造を
作製する。この比較的厚いシリコン基板を垂直にエッチ
ングするためにはＳＦ6ガスによる異方性ドライエッチ
ングを行うか、或いはトーションバーの可動電極部分へ
の付け根の隅部にＹＡＧレーザで孔あけを行った後に、
ＫＯＨなどでウエットエッチングを行っている。エッチ
ング加工を行ったシリコン基板は陽極接合によりガラス
基板と一体化される。
【０００３】また別の半導体慣性センサとして、シリ
コン基板上にエッチングで犠牲層をパターン化した後、
除去することにより可動電極としてのポリシリコン振動
子を形成したマイクロジャイロ（K. Tanaka et al., "A
micromachined vibrating gyroscope", Sensors and A
ctuators A 50, pp.111-115 (1995)）が開示されてい
る。このマイクロジャイロは、いわゆる表面マイクロマ
シニング技術を用いた構造となっている。具体的には、
シリコン基板に不純物拡散によって検出電極を形成し、
その上に犠牲層となるリン酸ガラス膜を成膜してパター
ニングした後、ポリシリコンを成膜し、更に垂直エッチ
ング等の加工を行って構造体を形成する。最後に犠牲層
をエッチングにより除去することにより、可動電極部分
を切り離して検出電極に対してギャップを作り出し可動
電極を浮動状態にする。
コン基板上にエッチングで犠牲層をパターン化した後、
除去することにより可動電極としてのポリシリコン振動
子を形成したマイクロジャイロ（K. Tanaka et al., "A
micromachined vibrating gyroscope", Sensors and A
ctuators A 50, pp.111-115 (1995)）が開示されてい
る。このマイクロジャイロは、いわゆる表面マイクロマ
シニング技術を用いた構造となっている。具体的には、
シリコン基板に不純物拡散によって検出電極を形成し、
その上に犠牲層となるリン酸ガラス膜を成膜してパター
ニングした後、ポリシリコンを成膜し、更に垂直エッチ
ング等の加工を行って構造体を形成する。最後に犠牲層
をエッチングにより除去することにより、可動電極部分
を切り離して検出電極に対してギャップを作り出し可動
電極を浮動状態にする。
【０００４】また別の半導体慣性センサとして、ガラ
ス基板と単結晶シリコンの構造からなる振動型半導体素
子の製造方法が開示されている（特開平７−２８３４２
０）。この製造方法では、エッチストップ層を介して貼
り合わせた２枚のウェーハのうちの１枚のウェーハに可
動電極部分及び固定電極部分の加工を行い、この加工を
行ったウェーハを接合面として貼り合わせウェーハをガ
ラス基板に陽極接合した後、加工を行っていない側のウ
ェーハを除去し、続いてエッチストップ層を除去してい
る。更に別の半導体慣性センサとして、ガラス基板と
単結晶シリコンの構造からなるジャイロスコープが提案
されている（J.Bernstein et al., "A Micromachined C
omb-Drive Tuning Fork Rate Gyroscope", IEEE MEMS '
93 Proceeding, pp.143-148 (1993)）。このジャイロス
コープは、検出電極を形成したガラス基板と、エッチン
グを行った後に高濃度ボロン拡散を行って可動電極、固
定電極等を形成した単結晶シリコン基板とをボロン拡散
を行った部分を接合面として接合し、更にボロンを拡散
していないシリコン基板部分をエッチングにより除去す
ることにより、作られる。
ス基板と単結晶シリコンの構造からなる振動型半導体素
子の製造方法が開示されている（特開平７−２８３４２
０）。この製造方法では、エッチストップ層を介して貼
り合わせた２枚のウェーハのうちの１枚のウェーハに可
動電極部分及び固定電極部分の加工を行い、この加工を
行ったウェーハを接合面として貼り合わせウェーハをガ
ラス基板に陽極接合した後、加工を行っていない側のウ
ェーハを除去し、続いてエッチストップ層を除去してい
る。更に別の半導体慣性センサとして、ガラス基板と
単結晶シリコンの構造からなるジャイロスコープが提案
されている（J.Bernstein et al., "A Micromachined C
omb-Drive Tuning Fork Rate Gyroscope", IEEE MEMS '
93 Proceeding, pp.143-148 (1993)）。このジャイロス
コープは、検出電極を形成したガラス基板と、エッチン
グを行った後に高濃度ボロン拡散を行って可動電極、固
定電極等を形成した単結晶シリコン基板とをボロン拡散
を行った部分を接合面として接合し、更にボロンを拡散
していないシリコン基板部分をエッチングにより除去す
ることにより、作られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記〜の従来のセ
ンサの製造技術には、次の欠点があった。の共振角速
度センサの製造方法では、ガラス基板に対して浮動する
構造になるべきシリコン能動部が陽極接合時に静電引力
によりガラス基板に貼り付いて可動電極にならないこと
があった。この貼り付き（sticking）を防ぐために可動
電極と検出電極とを短絡して静電力が働かない状態で陽
極接合した後に、レーザを用いて短絡していた電極間を
切り離していた。また島状の固定電極を形成するために
ガラス基板に接合した後、レーザアシストエッチングを
行う必要があった。これらのレーザ加工は極めて複雑で
あって、センサを量産しようとする場合には不適切であ
った。
ンサの製造技術には、次の欠点があった。の共振角速
度センサの製造方法では、ガラス基板に対して浮動する
構造になるべきシリコン能動部が陽極接合時に静電引力
によりガラス基板に貼り付いて可動電極にならないこと
があった。この貼り付き（sticking）を防ぐために可動
電極と検出電極とを短絡して静電力が働かない状態で陽
極接合した後に、レーザを用いて短絡していた電極間を
切り離していた。また島状の固定電極を形成するために
ガラス基板に接合した後、レーザアシストエッチングを
行う必要があった。これらのレーザ加工は極めて複雑で
あって、センサを量産しようとする場合には不適切であ
った。
【０００６】のマイクロジャイロは、シリコンウェー
ハを基板とするため、センサの寄生容量が大きく、感度
や精度を高くすることが困難であった。の振動型半導
体素子の製造方法では、２枚のシリコンウェーハを貼り
合わせる前に一方のウェーハにエッチストップ層となる
酸化膜等を形成しておくなどの手間のかかる工程を必要
とした。更にのジャイロスコープの製造方法では、ボ
ロンを拡散した部分をエッチストップ部分として構造体
全体を形成するため、エッチストップ効果が不完全の場
合にはオーバエッチングにより可動電極や固定電極の厚
さが薄くなり、寸法精度に劣る問題点があった。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【図１】図２のＡ−Ａ線要部に相当する本発明の第１実
施形態の半導体慣性センサ及びその製造工程を示す断面
図。
施形態の半導体慣性センサ及びその製造工程を示す断面
図。
【図２】本発明の第１実施形態の半導体慣性センサの外
観斜視図。
観斜視図。
【図３】本発明の第２実施形態の半導体慣性センサの外
観斜視図。
観斜視図。
【図４】図３のＢ−Ｂ線要部に相当する本発明の第２実
施形態の半導体慣性センサ及びその製造工程を示す断面
図。
施形態の半導体慣性センサ及びその製造工程を示す断面
図。
【図５】図６のＣ−Ｃ線要部に相当する本発明の第３実
施形態の半導体慣性センサ及びその製造工程を示す断面
図。
施形態の半導体慣性センサ及びその製造工程を示す断面
図。
【図６】本発明の第３実施形態の半導体慣性センサの外
観斜視図。
観斜視図。
１０ 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
Claims (6)
- 【請求項１】 ガラス基板(10)の上方に浮動するように
設けられた単結晶シリコンからなる可動電極(26)と、前
記ガラス基板(10)上に前記可動電極(26)を挟んで設けら
れた単結晶シリコンからなる一対の固定電極(27,28)と
を備えた半導体慣性センサ(30)において、 前記可動電極(26)を支持するビーム(31)の基端部(31a)
が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。 - 【請求項２】 ガラス基板(10)上に形成された検出電極
(12)と、前記検出電極(12)の上方に浮動するように設け
られた単結晶シリコンからなる可動電極(26)とを備えた
半導体慣性センサ(40)において、 前記可動電極(26)を支持するビーム(31)の基端部(31a)
が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。 - 【請求項３】 ガラス基板(10)上に形成された検出電極
(12)と、前記検出電極(12)の上方に浮動するように設け
られた単結晶シリコンからなる可動電極(26)と、前記ガ
ラス基板(10)上に前記可動電極(26)を挟んで設けられた
単結晶シリコンからなる一対の固定電極(27,28)とを備
えた半導体慣性センサ(50)において、 前記可動電極(26)を支持するビーム(31)の基端部(31a)
が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。 - 【請求項４】 第１シリコンウェーハ(21)の片面に所定
のエッチャントに関して前記第１シリコンウェーハ(21)
より高いエッチング速度を有する第２シリコンウェーハ
(22)を貼り合わせる工程と、 前記第１シリコンウェーハ(21)を所定の厚さに研磨する
工程と、 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。 - 【請求項５】 ガラス基板(10)上に検出電極(12)を形成
する工程と、 第１シリコンウェーハ(21)の片面に所定のエッチャント
に関して前記第１シリコンウェーハ(21)より高いエッチ
ング速度を有する第２シリコンウェーハ(22)を貼り合わ
せる工程と、 前記第１シリコンウェーハ(21)を所定の厚さに研磨する
工程と、 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。 - 【請求項６】 ガラス基板(10)上に検出電極(12)を形成
する工程と、 第１シリコンウェーハ(21)の片面に所定のエッチャント
に関して前記第１シリコンウェーハ(21)より高いエッチ
ング速度を有する第２シリコンウェーハ(22)を貼り合わ
せる工程と、 前記第１シリコンウェーハ(21)を所定の厚さに研磨する
工程と、 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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9013986A JPH10214976A (ja) | 1997-01-28 | 1997-01-28 | 半導体慣性センサ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9013986A JPH10214976A (ja) | 1997-01-28 | 1997-01-28 | 半導体慣性センサ及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10214976A true JPH10214976A (ja) | 1998-08-11 |
Family
ID=11848559
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9013986A Withdrawn JPH10214976A (ja) | 1997-01-28 | 1997-01-28 | 半導体慣性センサ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10214976A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007125693A (ja) * | 2005-11-04 | 2007-05-24 | Infineon Technologies Sensonor As | マイクロメカニカルデバイス、共鳴構造、およびマイクロメカニカルデバイスの励起方法 |
| WO2025044286A1 (zh) * | 2023-08-30 | 2025-03-06 | 上海矽睿科技股份有限公司 | 一种传感器的形貌控制方法及其应用 |
-
1997
- 1997-01-28 JP JP9013986A patent/JPH10214976A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007125693A (ja) * | 2005-11-04 | 2007-05-24 | Infineon Technologies Sensonor As | マイクロメカニカルデバイス、共鳴構造、およびマイクロメカニカルデバイスの励起方法 |
| WO2025044286A1 (zh) * | 2023-08-30 | 2025-03-06 | 上海矽睿科技股份有限公司 | 一种传感器的形貌控制方法及其应用 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20040406 |