JPH10242483A - 半導体慣性センサの製造方法 - Google Patents

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、高感度で高精度な半導体慣性
センサを得る。 【解決手段】 酸化膜、窒化膜等の膜２０が両面に形成
された第１シリコンウェーハ２１の片面に第２シリコン
ウェーハ２２を貼り合わせ、第１シリコンウェーハの他
面を研磨して単結晶シリコン層２３を形成し、単結晶シ
リコン層を含む構造体２４を単結晶シリコン層がガラス
基板１０の凹部１１に対向するようにガラス基板に接合
した後、第２シリコンウェーハ及び膜２０を除去する。
露出した単結晶シリコン層を選択的にエッチング除去す
ることにより、固定電極２７，２８とこれらに挟まれか
つガラス基板の上方に浮動する可動電極２６とを有する
半導体慣性センサ３０を得る。

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。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。

【０００４】更に別の半導体慣性センサとして、ガラ
ス基板と単結晶シリコンの構造からなるジャイロスコー
プが提案されている（J.Bernstein et al., "A Microma
chined Comb-Drive Tuning Fork Rate Gyroscope", IEE
E MEMS '93 Proceeding, pp.143-148 (1993)）。このジ
ャイロスコープは、検出電極を形成したガラス基板と、
エッチングを行った後に高濃度ボロン拡散を行って可動
電極、固定電極等を形成した単結晶シリコン基板とをボ
ロン拡散を行った部分を接合面として接合し、更にボロ
ンを拡散していないシリコン基板部分をエッチングによ
り除去することにより、作られる。

【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。

【０００６】のマイクロジャイロは、シリコンウェー
ハを基板とするため、センサの寄生容量が大きく、感度
や精度を高くすることが困難であった。更にのジャイ
ロスコープの製造方法では、ボロンを拡散した部分をエ
ッチストップ部分として構造体全体を形成するため、エ
ッチストップ効果が不完全の場合にはオーバエッチング
により可動電極や固定電極の厚さが薄くなり、寸法精度
に劣る問題点があった。

【０００７】更に及びにおいては、可動電極部と検
出電極部とのアライメントは陽極接合時に行われるが、
基板どうしを密着させる段階や、加熱を行ったときに生
じる温度分布や熱膨張率の違いなどによりずれが生じる
ため、このアライメントは一般に精度が低い。可動電極
と検出電極の位置関係のずれは、センサの出力に悪影響
を及ぼしやすいという問題点があった。

【０００８】本発明の目的は、レーザ加工が不要で大量
生産に適する、低コストの半導体慣性センサの製造方法
を提供することにある。本発明の別の目的は、寄生容量
が低く、高感度で高精度の半導体慣性センサの製造方法
を提供することにある。本発明の更に別の目的は、寸法
精度に優れた半導体慣性センサの製造方法を提供するこ
とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
図１に示すように、シリコンウェーハ２１の片面にシリ
コンを浸食せずにエッチング可能な膜２０を介して単結
晶シリコン層２３が形成された構造体２４を前記単結晶
シリコン層２３を対向させてガラス基板１０に接合する
工程と、シリコンウェーハ２２を膜２０をエッチストッ
プ層としてエッチング除去する工程と、膜２０を除去し
て単結晶シリコン層２３を露出させた後、単結晶シリコ
ン層２３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３
０を得る工程とを含む半導体慣性センサの製造方法であ
る。

【００１０】請求項２に係る発明は、図４に示すよう
に、ガラス基板１０の表面に検出電極１２を形成する工
程と、ガラス基板１０の凹部１１の底面に検出電極１２
を形成する工程と、シリコンウェーハ２１の片面にシリ
コンを浸食せずにエッチング可能な膜２０を介して単結
晶シリコン層２３が形成された構造体２４を前記単結晶
シリコン層２３を対向させてガラス基板１０に接合する
工程と、シリコンウェーハ２２を膜２０をエッチストッ
プ層としてエッチング除去する工程と、膜２０を除去し
て単結晶シリコン層２３を露出させた後、単結晶シリコ
ン層２３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。

【００１１】請求項３に係る発明は、図５に示すよう
に、ガラス基板１０の表面に検出電極１２を形成する工
程と、ガラス基板１０の凹部１１の底面に検出電極１２
を形成する工程と、シリコンウェーハ２１の片面にシリ
コンを浸食せずにエッチング可能な膜２０を介して単結
晶シリコン層２３が形成された構造体２４を前記単結晶
シリコン層２３を対向させてガラス基板１０に接合する
工程と、シリコンウェーハ２２を膜２０をエッチストッ
プ層としてエッチング除去する工程と、膜２０を除去し
て単結晶シリコン層２３を露出させた後、単結晶シリコ
ン層２３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に対向して検出電極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。

【００１２】請求項４に係る発明は、図１に示すよう
に、ガラス基板１０に凹部１１を形成する工程と、第１
シリコンウェーハ２１の両面にシリコンを浸食せずにエ
ッチング可能な膜２０を形成する工程と、第２シリコン
ウェーハ２２を第１シリコンウエーハ２１の片面に膜２
０を介して貼り合わせる工程と、第１シリコンウェーハ
２１の別の片面を所定の厚さに研磨して単結晶シリコン
層２３を形成する工程と、単結晶シリコン層２３、膜２
０及び第２シリコンウエーハ２２からなる構造体２４を
単結晶シリコン層２３が凹部１１に対向するようにガラ
ス基板１０に接合する工程と、第２シリコンウェーハ２
２を膜２０をエッチストップ層としてエッチング除去す
る工程と、膜２０を除去して単結晶シリコン層２３を露
出させた後、単結晶シリコン層２３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に凹部１１を形成する工程と、ガラ
ス基板１０の凹部１１の底面に検出電極１２を形成する
工程と、第１シリコンウェーハ２１の両面にシリコンを
浸食せずにエッチング可能な膜２０を形成する工程と、
第２シリコンウェーハ２２を第１シリコンウエーハ２１
の片面に膜２０を介して貼り合わせる工程と、第１シリ
コンウェーハ２１の別の片面を所定の厚さに研磨して単
結晶シリコン層２３を形成する工程と、単結晶シリコン
層２３、膜２０及び第２シリコンウエーハ２２からなる
構造体２４を単結晶シリコン層２３が凹部１１に対向す
るようにガラス基板１０に接合する工程と、第２シリコ
ンウェーハ２２を膜２０をエッチストップ層としてエッ
チング除去する工程と、膜２０を除去して単結晶シリコ
ン層２３を露出させた後、単結晶シリコン層２３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に凹部１１を形成する工程と、ガラ
ス基板１０の凹部１１の底面に検出電極１２を形成する
工程と、第１シリコンウェーハ２１の両面にシリコンを
浸食せずにエッチング可能な膜２０を形成する工程と、
第２シリコンウェーハ２２を第１シリコンウエーハ２１
の片面に膜２０を介して貼り合わせる工程と、第１シリ
コンウェーハ２１の別の片面を所定の厚さに研磨して単
結晶シリコン層２３を形成する工程と、単結晶シリコン
層２３、膜２０及び第２シリコンウエーハ２２からなる
構造体２４を単結晶シリコン層２３が凹部１１に対向す
るようにガラス基板１０に接合する工程と、第２シリコ
ンウェーハ２２を膜２０をエッチストップ層としてエッ
チング除去する工程と、膜２０を除去して単結晶シリコ
ン層２３を露出させた後、単結晶シリコン層２３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
に接合した単結晶シリコンからなる一対の固定電極２
７，２８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】請求項７に係る発明は、図７に示すよう
に、ガラス基板１０に凹部１１を形成する工程と、第１
シリコンウェーハ２１の両面にシリコンを浸食せずにエ
ッチング可能な膜２０を形成する工程と、第２シリコン
ウェーハ２２を第１シリコンウエーハ２１の片面に膜２
０を介して貼り合わせる工程と、第１シリコンウェーハ
２１の別の片面を所定の厚さに研磨して単結晶シリコン
層２３を形成する工程と、単結晶シリコン層２３、膜２
０及び第２シリコンウエーハ２２からなる構造体２４を
単結晶シリコン層２３が凹部１１に対向するようにガラ
ス基板１０に接合する工程と、第２シリコンウェーハ２
２を膜２０をエッチストップ層としてエッチング除去す
る工程と、膜２０を選択的に除去した後、単結晶シリコ
ン層２３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３
０を得る工程とを含む半導体慣性センサの製造方法であ
る。

【００１６】請求項８に係る発明は、図８に示すよう
に、ガラス基板１０に凹部１１を形成する工程と、ガラ
ス基板１０の凹部１１の底面に検出電極１２を形成する
工程と、第１シリコンウェーハ２１の両面にシリコンを
浸食せずにエッチング可能な膜２０を形成する工程と、
第２シリコンウェーハ２２を第１シリコンウエーハ２１
の片面に膜２０を介して貼り合わせる工程と、第１シリ
コンウェーハ２１の別の片面を所定の厚さに研磨して単
結晶シリコン層２３を形成する工程と、単結晶シリコン
層２３、膜２０及び第２シリコンウエーハ２２からなる
構造体２４を単結晶シリコン層２３が凹部１１に対向す
るようにガラス基板１０に接合する工程と、第２シリコ
ンウェーハ２２を膜２０をエッチストップ層としてエッ
チング除去する工程と、膜２０を選択的に除去した後、
単結晶シリコン層２３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。

【００１７】請求項９に係る発明は、図９に示すよう
に、ガラス基板１０に凹部１１を形成する工程と、ガラ
ス基板１０の凹部１１の底面に検出電極１２を形成する
工程と、第１シリコンウェーハ２１の両面にシリコンを
浸食せずにエッチング可能な膜２０を形成する工程と、
第２シリコンウェーハ２２を第１シリコンウエーハ２１
の片面に膜２０を介して貼り合わせる工程と、第１シリ
コンウェーハ２１の別の片面を所定の厚さに研磨して単
結晶シリコン層２３を形成する工程と、単結晶シリコン
層２３、膜２０及び第２シリコンウエーハ２２からなる
構造体２４を単結晶シリコン層２３が凹部１１に対向す
るようにガラス基板１０に接合する工程と、第２シリコ
ンウェーハ２２を膜２０をエッチストップ層としてエッ
チング除去する工程と、膜２０を選択的に除去した後、
単結晶シリコン層２３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２
７，２８に挟まれかつ検出電極１２に対向して検出電極
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。

【００１８】この請求項１ないし９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。また可動
電極部と検出電極部とのアライメントを両者の接合時に
行う従来技術に比べて、本願の請求項２，３，５，６，
８及び９に係る製造方法では、可動電極部を形成する前
に両者の接合を行うため、接合時に検出電極部とのアラ
イメントを行う必要がなく、可動電極形成時に精度良く
アライメントを行うことができるので、可動電極と検出
電極との位置関係のずれは最小限に抑えられる。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】なお、本明細書で、「シリコンを浸食せず
にエッチング可能な膜」とは、当該膜をエッチング除去
する際にシリコンが浸食されないエッチャントを選ぶこ
とができる膜であることを意味する。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。この様な性質の膜とし
ては酸化膜や窒化膜等が挙げられる。本発明において、
第２シリコンウェーハ２２の結晶方位は、エッチング速
度を考慮した場合、（１１０）方位のものが好ましく使
用される。

【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上に固着された固定電極２
７及び２８の間に可動電極２６を有する。可動電極２
６、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２
６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２
７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。

【００２１】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、先ずガラス基板１０にフッ酸などのエッチャントで
エッチングして凹部１１を形成する。一方、第１シリコ
ンウェーハ２１の両面にシリコンを浸食せずにエッチン
グ可能な膜２０を形成する。この膜２０としては、第１
シリコンウェーハ２１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ＳｉＨ₂Ｃ
ｌ₂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。両面に酸化膜２０を形成し
た後、第２シリコンウェーハ２２を第１シリコンウエー
ハ２１に酸化膜２０を介して貼り合わせる。第２シリコ
ンウエーハ２２が貼り合わされていない側の第１シリコ
ンウェーハ２１の表面をその上に形成されている酸化膜
２０と共に砥石及び研磨布を用いて所定の厚さに研削研
磨して単結晶シリコン層２３を形成する。その結果、単
結晶シリコン層２３、酸化膜２０及び第２シリコンウェ
ーハ２２からなる構造体２４が形成される。この構造体
２４を単結晶シリコン層２３が凹部１１に対向するよう
にガラス基板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を酸化
膜２０をエッチストップ層としてエッチング除去する。
次いで酸化膜２０をフッ酸などのエッチャントにより除
去して単結晶シリコン層２３を露出させる。その後、露
出した単結晶シリコン層２３の表面にスパッタリングに
よりアルミニウム（Ａｌ）膜２５を形成し、パターニン
グした後、ＳＦ₆ガスによる低温での異方性ドライエッ
チングを行い、最後にＡｌ膜２５を除去する。これによ
り単結晶シリコン層２３が選択的にエッチング除去さ
れ、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２７，２
８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。

【００２２】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３１
ａを結ぶ線に直交する鉛直方向の加速度が作用すると、
可動電極２６はビーム３１，３１を支軸として振動す
る。可動電極２６と検出電極１２の間の間隔が広がった
り、狭まったりすると、可動電極２６と検出電極１２の
間の静電容量が変化する。この静電容量の変化から作用
した加速度が求められる。

【００２３】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にフッ酸などのエッチャントで
エッチングして凹部１１を形成し、この凹部１１の底面
にスパッタリング、真空蒸着などによりＡｕ，Ｐｔ，Ｃ
ｕなどから選ばれた金属の薄膜からなる検出電極１２を
形成する。一方、第１実施形態の製造方法と同様に行
い、第１シリコンウェーハ２１を熱酸化してその両面に
酸化膜２０を形成する。その後、第２シリコンウェーハ
２２を第１シリコンウエーハ２１に酸化膜２０を介して
貼り合わせる。第２シリコンウエーハ２２が貼り合わさ
れていない側の第１シリコンウェーハ２１の表面をその
上に形成されている酸化膜２０と共に所定の厚さに研削
研磨して単結晶シリコン層２３を形成する。その結果、
単結晶シリコン層２３、酸化膜２０及び第２シリコンウ
ェーハ２２からなる構造体２４が形成される。この構造
体２４を単結晶シリコン層２３が凹部１１に対向するよ
うにガラス基板１０に陽極接合する。その後、第２シリ
コンウェーハ２２を酸化膜２０をエッチストップ層とし
てエッチング除去する。次いで酸化膜２０を除去して単
結晶シリコン層２３を露出させる。その後、露出した単
結晶シリコン層２３の表面にスパッタリングによりＡｌ
膜２５を形成し、パターニングした後、ＳＦ₆ガスによ
る低温での異方性ドライエッチングを行い、最後にＡｌ
膜２５を除去する。これにより単結晶シリコン層２３が
選択的にエッチング除去され、ガラス基板１０上に接合
した単結晶シリコンからなる枠体２９，２９と枠体２
９，２９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。

【００２４】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上に固着された固定電
極２７及び２８の間に音叉構造の一対の可動電極２６，
２６を有する。可動電極２６、固定電極２７及び２８
は、それぞれ単結晶シリコンからなり、電極２６と電極
２７及び電極２６と電極２８の互いに対向する部分が櫛
状に形成される。可動電極２６，２６はガラス基板１０
に形成された凹部１１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上に固着される。この凹部１１の底面には凹
部の深さより小さい厚さの検出電極１２が形成される。
図示しないが、ビーム基端部３１ａ、固定電極２７及び
２８、検出電極１２には個別に電気配線がなされ、固定
電極２７及び２８に交流電圧を印加し、静電力により可
動電極を励振するようになっている。この半導体慣性セ
ンサ５０では、可動電極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。

【００２５】次に、本発明の第３実施形態の半導体慣性
センサ５０の製造方法について述べる。図５に示すよう
に、先ずガラス基板１０にフッ酸などのエッチャントで
エッチングして凹部１１を形成し、この凹部１１の底面
にスパッタリング、真空蒸着などによりＡｕ，Ｐｔ，Ｃ
ｕなどから選ばれた金属の薄膜からなる検出電極１２を
形成する。一方、第１実施形態の製造方法と同様に行
い、第１シリコンウェーハ２１を熱酸化してその両面に
酸化膜２０を形成する。その後、第２シリコンウェーハ
２２を第１シリコンウエーハ２１に酸化膜２０を介して
貼り合わせる。第２シリコンウエーハ２２が貼り合わさ
れていない側の第１シリコンウェーハ２１の表面をその
上に形成されている酸化膜２０と共に所定の厚さに研削
研磨して単結晶シリコン層２３を形成する。その結果、
単結晶シリコン層２３、酸化膜２０及び第２シリコンウ
ェーハ２２からなる構造体２４が形成される。この構造
体２４を単結晶シリコン層２３が凹部１１に対向するよ
うにガラス基板１０に陽極接合する。その後、第２シリ
コンウェーハ２２を酸化膜２０をエッチストップ層とし
てエッチング除去する。次いで酸化膜２０を除去して単
結晶シリコン層２３を露出させる。その後、露出した単
結晶シリコン層２３の表面にスパッタリングによりＡｌ
膜２５を形成し、パターニングした後、ＳＦ₆ガスによ
る低温での異方性ドライエッチングを行い、最後にＡｌ
膜２５を除去する。これにより単結晶シリコン層２３が
選択的にエッチング除去され、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。

【００２６】図７は第１実施形態の半導体慣性センサ３
０の別の製造方法を示す。第１実施形態のセンサ３０の
製法との相違点は、構造体２４をガラス基板１０に接合
した後、第２シリコンウェーハ２２を酸化膜２０をエッ
チストップ層としてエッチング除去する工程までは第１
実施形態の製法と同じであり、それ以後の工程で相違す
る。即ち、構造体２４を構成する第２シリコンウェーハ
２２のエッチング除去により露出した酸化膜２０をフッ
酸等のエッチャントを用いてパターニングし、酸化膜２
０ａ、２０ｂ及び２０ｃを単結晶シリコン層２３上に選
択的に形成する。この状態で、ＳＦ₆ガスによる低温で
の異方性ドライエッチングを行い、最後に酸化膜２０
ａ、２０ｂ及び２０ｃを除去する。これにより単結晶シ
リコン層２３が選択的にエッチング除去され、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とが形成された半導体慣性センサ３０
が得られる。

【００２７】図８は第２実施形態の半導体慣性センサ４
０の別の製造方法を示す。第２実施形態のセンサ４０の
製法との相違点は、構造体２４をガラス基板１０に接合
した後、第２シリコンウェーハ２２を酸化膜２０をエッ
チストップ層としてエッチング除去する工程までは第２
実施形態の製法と同じであり、それ以後の工程で相違す
る。即ち、図７で示す製法と同様に、構造体２４を構成
する第２シリコンウェーハ２２のエッチング除去により
露出した酸化膜２０をフッ酸等のエッチャントを用いて
パターニングし、酸化膜２０ａ、２０ｂ及び２０ｃを単
結晶シリコン層２３上に選択的に形成する。この状態
で、ＳＦ₆ガスによる低温での異方性ドライエッチング
を行い、最後に酸化膜２０ａ、２０ｂ及び２０ｃを除去
する。これにより単結晶シリコン層２３が選択的にエッ
チング除去され、ガラス基板１０上に接合した単結晶シ
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４
０が得られる。

【００２８】図９は第３実施形態の半導体慣性センサ５
０の別の製造方法を示す。第３実施形態のセンサ５０の
製法との相違点は、構造体２４をガラス基板１０に接合
した後、第２シリコンウェーハ２２を酸化膜２０をエッ
チストップ層としてエッチング除去する工程までは第３
実施形態の製法と同じであり、それ以後の工程で相違す
る。即ち、図７で示す製法と同様に、構造体２４を構成
する第２シリコンウェーハ２２のエッチング除去により
露出した酸化膜２０をフッ酸等のエッチャントを用いて
パターニングし、酸化膜２０ａ、２０ｂ及び２０ｃを単
結晶シリコン層２３上に選択的に形成する。この状態
で、ＳＦ₆ガスによる低温での異方性ドライエッチング
を行い、最後に酸化膜２０ａ、２０ｂ及び２０ｃを除去
する。これにより単結晶シリコン層２３が選択的にエッ
チング除去され、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。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたように、従来のウェーハのレ
ーザ加工による半導体慣性センサの製法と異なり、本発
明によれば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。
また可動電極部を形成する前に可動電極部と検出電極部
との接合を行うため、第一に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
第二に接合時に検出電極部とのアライメントを行う必要
がなく、可動電極形成時に精度良くアライメントを行う
ことができるので、可動電極と検出電極との位置関係の
ずれは最小限に抑えられる。更に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。

【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。

【図７】本発明の第１実施形態の半導体慣性センサの別
の製造工程を示す断面図。

【図８】本発明の第２実施形態の半導体慣性センサの別
の製造工程を示す断面図。

【図９】本発明の第３実施形態の半導体慣性センサの別
の製造工程を示す断面図。

【符号の説明】

１０ ガラス基板 １１ 凹部 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 単結晶シリコン層 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 (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコンウェーハ(21)の片面にシリコン
   を浸食せずにエッチング可能な膜(20)を介して単結晶シ
   リコン層(23)が形成された構造体(24)を前記単結晶シリ
   コン層(23)を対向させてガラス基板(10)に接合する工程
   と、 前記シリコンウェーハ(22)を前記膜(20)をエッチストッ
   プ層としてエッチング除去する工程と、 前記膜(20)を除去して前記単結晶シリコン層(23)を露出
   させた後、前記単結晶シリコン層(23)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。
2. 【請求項２】 ガラス基板(10)の表面に検出電極(12)を
   形成する工程と、 シリコンウェーハ(21)の片面にシリコンを浸食せずにエ
   ッチング可能な膜(20)を介して単結晶シリコン層(23)が
   形成された構造体(24)を前記単結晶シリコン層(23)を対
   向させてガラス基板(10)に接合する工程と、 前記シリコンウェーハ(22)を前記膜(20)をエッチストッ
   プ層としてエッチング除去する工程と、 前記膜(20)を除去して前記単結晶シリコン層(23)を露出
   させた後、前記単結晶シリコン層(23)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。
3. 【請求項３】 ガラス基板(10)の表面に検出電極(12)を
   形成する工程と、 シリコンウェーハ(21)の片面にシリコンを浸食せずにエ
   ッチング可能な膜(20)を介して単結晶シリコン層(23)が
   形成された構造体(24)を前記単結晶シリコン層(23)を対
   向させてガラス基板(10)に接合する工程と、 前記シリコンウェーハ(22)を前記膜(20)をエッチストッ
   プ層としてエッチング除去する工程と、 前記膜(20)を除去して前記単結晶シリコン層(23)を露出
   させた後、前記単結晶シリコン層(23)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)に
   対向して前記検出電極(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。
4. 【請求項４】 ガラス基板(10)に凹部(11)を形成する工
   程と、 第１シリコンウェーハ(21)の両面にシリコンを浸食せず
   にエッチング可能な膜(20)を形成する工程と、 第２シリコンウェーハ(22)を前記第１シリコンウエーハ
   (21)の片面に前記膜(20)を介して貼り合わせる工程と、 前記第１シリコンウェーハ(21)の別の片面を所定の厚さ
   に研磨して単結晶シリコン層(23)を形成する工程と、 前記単結晶シリコン層(23)、前記膜(20)及び前記第２シ
   リコンウエーハ(22)からなる構造体(24)を前記単結晶シ
   リコン層(23)が前記凹部(11)に対向するように前記ガラ
   ス基板(10)に接合する工程と、 前記第２シリコンウェーハ(22)を前記膜(20)をエッチス
   トップ層としてエッチング除去する工程と、 前記膜(20)を除去して前記単結晶シリコン層(23)を露出
   させた後、前記単結晶シリコン層(23)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。
5. 【請求項５】 ガラス基板(10)に凹部(11)を形成する工
   程と、 前記ガラス基板(10)の凹部(11)の底面に検出電極(12)を
   形成する工程と、 第１シリコンウェーハ(21)の両面にシリコンを浸食せず
   にエッチング可能な膜(20)を形成する工程と、 第２シリコンウェーハ(22)を前記第１シリコンウエーハ
   (21)の片面に前記膜(20)を介して貼り合わせる工程と、 前記第１シリコンウェーハ(21)の別の片面を所定の厚さ
   に研磨して単結晶シリコン層(23)を形成する工程と、 前記単結晶シリコン層(23)、前記膜(20)及び前記第２シ
   リコンウエーハ(22)からなる構造体(24)を前記単結晶シ
   リコン層(23)が前記凹部(11)に対向するように前記ガラ
   ス基板(10)に接合する工程と、 前記第２シリコンウェーハ(22)を前記膜(20)をエッチス
   トップ層としてエッチング除去する工程と、 前記膜(20)を除去して前記単結晶シリコン層(23)を露出
   させた後、前記単結晶シリコン層(23)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。
6. 【請求項６】 ガラス基板(10)に凹部(11)を形成する工
   程と、 前記ガラス基板(10)の凹部(11)の底面に検出電極(12)を
   形成する工程と、 第１シリコンウェーハ(21)の両面にシリコンを浸食せず
   にエッチング可能な膜(20)を形成する工程と、 第２シリコンウェーハ(22)を前記第１シリコンウエーハ
   (21)の片面に前記膜(20)を介して貼り合わせる工程と、 前記第１シリコンウェーハ(21)の別の片面を所定の厚さ
   に研磨して単結晶シリコン層(23)を形成する工程と、 前記単結晶シリコン層(23)、前記膜(20)及び前記第２シ
   リコンウエーハ(22)からなる構造体(24)を前記単結晶シ
   リコン層(23)が前記凹部(11)に対向するように前記ガラ
   ス基板(10)に接合する工程と、 前記第２シリコンウェーハ(22)を前記膜(20)をエッチス
   トップ層としてエッチング除去する工程と、 前記膜(20)を除去して前記単結晶シリコン層(23)を露出
   させた後、前記単結晶シリコン層(23)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)に
   対向して前記検出電極(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。
7. 【請求項７】 ガラス基板(10)に凹部(11)を形成する工
   程と、 第１シリコンウェーハ(21)の両面にシリコンを浸食せず
   にエッチング可能な膜(20)を形成する工程と、 第２シリコンウェーハ(22)を前記第１シリコンウエーハ
   (21)の片面に前記膜(20)を介して貼り合わせる工程と、 前記第１シリコンウェーハ(21)の別の片面を所定の厚さ
   に研磨して単結晶シリコン層(23)を形成する工程と、 前記単結晶シリコン層(23)、前記膜(20)及び前記第２シ
   リコンウエーハ(22)からなる構造体(24)を前記単結晶シ
   リコン層(23)が前記凹部(11)に対向するように前記ガラ
   ス基板(10)に接合する工程と、 前記第２シリコンウェーハ(22)を前記膜(20)をエッチス
   トップ層としてエッチング除去する工程と、 前記膜(20)を選択的に除去した後、前記単結晶シリコン
   層(23)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。
8. 【請求項８】 ガラス基板(10)に凹部(11)を形成する工
   程と、 前記ガラス基板(10)の凹部(11)の底面に検出電極(12)を
   形成する工程と、 第１シリコンウェーハ(21)の両面にシリコンを浸食せず
   にエッチング可能な膜(20)を形成する工程と、 第２シリコンウェーハ(22)を前記第１シリコンウエーハ
   (21)の片面に前記膜(20)を介して貼り合わせる工程と、 前記第１シリコンウェーハ(21)の別の片面を所定の厚さ
   に研磨して単結晶シリコン層(23)を形成する工程と、 前記単結晶シリコン層(23)、前記膜(20)及び前記第２シ
   リコンウエーハ(22)からなる構造体(24)を前記単結晶シ
   リコン層(23)が前記凹部(11)に対向するように前記ガラ
   ス基板(10)に接合する工程と、 前記第２シリコンウェーハ(22)を前記膜(20)をエッチス
   トップ層としてエッチング除去する工程と、 前記膜(20)を選択的に除去した後、前記単結晶シリコン
   層(23)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。
9. 【請求項９】 ガラス基板(10)に凹部(11)を形成する工
   程と、 前記ガラス基板(10)の凹部(11)の底面に検出電極(12)を
   形成する工程と、 第１シリコンウェーハ(21)の両面にシリコンを浸食せず
   にエッチング可能な膜(20)を形成する工程と、 第２シリコンウェーハ(22)を前記第１シリコンウエーハ
   (21)の片面に前記膜(20)を介して貼り合わせる工程と、 前記第１シリコンウェーハ(21)の別の片面を所定の厚さ
   に研磨して単結晶シリコン層(23)を形成する工程と、 前記単結晶シリコン層(23)、前記膜(20)及び前記第２シ
   リコンウエーハ(22)からなる構造体(24)を前記単結晶シ
   リコン層(23)が前記凹部(11)に対向するように前記ガラ
   ス基板(10)に接合する工程と、 前記第２シリコンウェーハ(22)を前記膜(20)をエッチス
   トップ層としてエッチング除去する工程と、 前記膜(20)を選択的に除去した後、前記単結晶シリコン
   層(23)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)に対向して前記検出電極(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。