JPH10270715A

JPH10270715A - 半導体慣性センサの製造方法

Info

Publication number: JPH10270715A
Application number: JP9072957A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Shibatani; 博志柴谷; Kensuke Muraishi; 賢介村石
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1997-03-26
Filing date: 1997-03-26
Publication date: 1998-10-09

Abstract

(57)【要約】【課題】ウェーハのレーザ加工が不要で大量生産に適
し、寄生容量が低く、寸法精度に優れた半導体慣性セン
サを低コストで得る。【解決手段】第２酸化膜４２と単結晶シリコン層２０
と第１酸化膜４１と第２シリコンウェーハ２２とからな
る積層体の両面にポリシリコン層２３を形成する。第２
酸化膜に接続するポリシリコン層を第２酸化膜とともに
選択的に除去してポリシリコン層と第２酸化膜とからな
るスペーサ層２５を形成する。露出した単結晶シリコン
層を選択的に除去して、単結晶シリコンからなる可動電
極２６と単結晶シリコンからなる固定電極２７，２８と
をそれぞれ形成する。可動電極と固定電極とスペーサ層
とを有する構造体４３をスペーサ層を介してガラス基板
１０に接合する。第１酸化膜上の第２シリコンウェーハ
とポリシリコン層を除去した後、第１酸化膜を除去し
て、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。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。

【０００７】本発明の目的は、レーザ加工が不要で大量
生産に適する、低コストの半導体慣性センサの製造方法
を提供することにある。本発明の別の目的は、寄生容量
が低く、高感度で高精度の半導体慣性センサの製造方法
を提供することにある。本発明の更に別の目的は、寸法
精度に優れた半導体慣性センサの製造方法を提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
図１に示すように、両面にシリコンを浸食せずにエッチ
ング可能な第１膜４１を有する第１シリコンウェーハ２
１に第２シリコンウェーハ２２を貼り合わせる工程と、
第１シリコンウェーハ２１の片面を所定の厚さに研磨し
て単結晶シリコン層２０を形成する工程と、単結晶シリ
コン層２０上にシリコンを浸食せずにエッチング可能な
第２膜４２を形成する工程と、第２膜４２の上にポリシ
リコン層２３を形成する工程と、単結晶シリコン層２０
上に順次積層された第２膜４２及びポリシリコン層２３
を選択的にエッチング除去し、これにより第２膜４２と
この上に積層されたポリシリコン層２３とからなるスペ
ーサ層２５を単結晶シリコン層２０上に形成する工程
と、露出した単結晶シリコン層２０を選択的にエッチン
グ除去し、これにより第１膜４１に接続する単結晶シリ
コンからなる可動電極２６と第１膜４１及びスペーサ層
２５に接続する単結晶シリコンからなる一対の固定電極
２７，２８とをそれぞれ形成する工程と、第２シリコン
ウェーハ２２と第１膜４１と可動電極２６と固定電極２
７，２８とスペーサ層２５とを有する構造体４３を可動
電極２６がガラス基板１０に対向するように前記スペー
サ層２５を介してガラス基板１０に接合する工程と、第
２シリコンウェーハ２２を第１膜４１をエッチストップ
層としてエッチング除去する工程と、第１膜４１をエッ
チング除去することにより一対の固定電極２７，２８と
固定電極２７，２８に挟まれかつガラス基板１０の上方
に浮動する可動電極２６とを有する半導体慣性センサ３
０を得る工程とを含む半導体慣性センサの製造方法であ
る。

【０００９】請求項２に係る発明は、図４に示すよう
に、ガラス基板１０上に検出電極１２を形成する工程
と、両面にシリコンを浸食せずにエッチング可能な第１
膜４１を有する第１シリコンウェーハ２１に第２シリコ
ンウェーハ２２を貼り合わせる工程と、第１シリコンウ
ェーハ２１の片面を所定の厚さに研磨して単結晶シリコ
ン層２０を形成する工程と、単結晶シリコン層２０上に
シリコンを浸食せずにエッチング可能な第２膜４２を形
成する工程と、第２膜４２の上にポリシリコン層２３を
形成する工程と、単結晶シリコン層２０上に順次積層さ
れた第２膜４２及びポリシリコン層２３を選択的にエッ
チング除去し、これにより第２膜４２とこの上に積層さ
れたポリシリコン層２３とからなるスペーサ層２５を単
結晶シリコン層２０上に形成する工程と、露出した単結
晶シリコン層２０を選択的にエッチング除去し、これに
より第１膜４１に接続する単結晶シリコンからなる可動
電極２６を形成する工程と、第２シリコンウェーハ２２
と第１膜４１と可動電極２６とスペーサ層２５とを有す
る構造体４３を可動電極２６が検出電極１２に対向する
ように前記スペーサ層２５を介してガラス基板１０に接
合する工程と、第２シリコンウェーハ２２を第１膜４１
をエッチストップ層としてエッチング除去する工程と、
第１膜４１をエッチング除去することによりガラス基板
１０上に検出電極１２に対向して浮動する可動電極２６
を有する半導体慣性センサ４０を得る工程とを含む半導
体慣性センサの製造方法である。

【００１０】請求項３に係る発明は、図５に示すよう
に、ガラス基板１０上に検出電極１２を形成する工程
と、両面にシリコンを浸食せずにエッチング可能な第１
膜４１を有する第１シリコンウェーハ２１に第２シリコ
ンウェーハ２２を貼り合わせる工程と、第１シリコンウ
ェーハ２１の片面を所定の厚さに研磨して単結晶シリコ
ン層２０を形成する工程と、単結晶シリコン層２０上に
シリコンを浸食せずにエッチング可能な第２膜４２を形
成する工程と、第２膜４２の上にポリシリコン層２３を
形成する工程と、単結晶シリコン層２０上に順次積層さ
れた第２膜４２及びポリシリコン層２３を選択的にエッ
チング除去し、これにより第２膜４２とこの上に積層さ
れたポリシリコン層２３とからなるスペーサ層２５を単
結晶シリコン層２０上に形成する工程と、露出した単結
晶シリコン層２０を選択的にエッチング除去し、これに
より第１膜４１に接続する単結晶シリコンからなる可動
電極２６と第１膜４１及びスペーサ層２５に接続する単
結晶シリコンからなる一対の固定電極２７，２８とをそ
れぞれ形成する工程と、第２シリコンウェーハ２２と第
１膜４１と可動電極２６と固定電極２７，２８とスペー
サ層２５とを有する構造体４３を可動電極２６が検出電
極１２に対向するように前記スペーサ層２５を介してガ
ラス基板１０に接合する工程と、第２シリコンウェーハ
２２を第１膜４１をエッチストップ層としてエッチング
除去する工程と、第１膜４１をエッチング除去すること
により一対の固定電極２７，２８と固定電極２７，２８
に挟まれかつガラス基板１０の上に検出電極１２に対向
して浮動する可動電極２６を有する半導体慣性センサ５
０を得る工程とを含む半導体慣性センサの製造方法であ
る。

【００１１】この請求項１ないし３に係る製造方法で
は、ウェーハのレーザ加工が不要で大量生産に適するた
め、低コストで半導体慣性センサを製造できる。また構
造体４３の構成部材は十分な厚さの第２シリコンウエー
ハ２２とこれに貼り合わせた第１シリコンウエーハ２１
を所定の厚さに研磨した単結晶シリコン層２０から構成
されるため、構造体の厚さを自由に選択できる。従っ
て、構造体４３をガラス基板１０に接合する際のハンド
リングが容易になるとともに可動電極２６等の厚さを自
由に設定できる。また基板にガラス基板を用いるので、
得られる半導体慣性センサは寄生容量が低い。更に電極
間のギャップはエッチング時間での制御ではなく第２膜
４２とポリシリコン層２３とからなるスペーサ層２５の
厚さで規定されるので、寸法精度に優れる。このため高
精度な半導体慣性センサが作られる。

【００１２】なお、本明細書で、「シリコンを浸食せず
にエッチング可能な膜」とは、当該膜をエッチング除去
する際にシリコンが浸食されないエッチャントを選ぶこ
とができる膜であることを意味する。このような性質の
膜としては酸化膜や窒化膜等が挙げられる。本発明にお
いて、第２シリコンウェーハ２２の結晶方位は、エッチ
ング速度を考慮した場合、（１１０）方位のものが好ま
しく使用される。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて詳しく説明する。図１及び図２に示すように、本発
明の第１実施形態の半導体慣性センサ３０は加速度セン
サであって、ガラス基板１０上にシリコンを浸食せずに
エッチング可能な第２膜４２とポリシリコン層２３とか
らなるスペーサ層２５を介して固着された固定電極２７
及び２８の間に可動電極２６を有する。可動電極２６、
固定電極２７及び２８は、それぞれ単結晶シリコンから
なり、電極２６と電極２７及び電極２６と電極２８の互
いに対向する部分が櫛状に形成される。可動電極２６
は、ビーム３１，３１によりその両端が支持され、ガラ
ス基板１０に対して浮動になっている。ビーム３１の基
端部３１ａはガラス基板１０上にスペーサ層２５を構成
する第２膜４２とポリシリコン層２３とを介して固着さ
れる。図示しないが、ビーム基端部３１ａ、固定電極２
７及び２８には個別に電気配線がなされる。この半導体
慣性センサ３０では、可動電極２６に対して、図の矢印
で示すようにビーム基端部３１ａと３１ａを結ぶ線に直
交する水平方向の加速度が作用すると、可動電極２６は
ビーム３１，３１を支軸として振動する。可動電極２６
と固定電極２７及び２８の間の間隔が広がったり、狭ま
ったりすると、可動電極２６と固定電極２７及び２８の
間の静電容量が変化する。この静電容量の変化から作用
した加速度が求められる。

【００１４】次に、本発明の第１実施形態の半導体慣性
センサ３０の製造方法について述べる。図１に示すよう
に、第１シリコンウェーハ２１を熱酸化することにより
その両面に第１酸化膜４１を形成する。次いで第２シリ
コンウェーハ２２を第１シリコンウエーハ２１に第１酸
化膜４１を介して貼り合わせる。第２シリコンウエーハ
２２が貼り合わされていない側の第１シリコンウェーハ
２１の表面をその上に形成されている第１酸化膜４１と
共に砥石及び研磨布を用いて所定の厚さに研削研磨して
単結晶シリコン層２０を形成する。熱酸化により第２シ
リコンウェーハ２２及び単結晶シリコン層２０の上に第
２酸化膜４２を第１酸化膜４１の場合と同様にして形成
する。第２シリコンウエーハ２２上の第２酸化膜４２を
ＣＦ₄などのガスによるドライエッチングによりエッチ
ング除去した後、単結晶シリコン層２０上に残留した第
２酸化膜４２と露出した第２シリコンウエーハ２２との
上にＣＶＤ法によりポリシリコン層２３をそれぞれ形成
する。前記両方のポリシリコン層２３上にＣＶＤ法によ
り窒化膜３５をそれぞれ形成した後、パターニングして
第２酸化膜４２上に形成されているポリシリコン層２３
の所定部分を露出させる。この露出したポリシリコン層
２３とその下側に形成されている第２酸化膜４２をエッ
チング除去し、これにより第２酸化膜４２とこの上に積
層されたポリシリコン層２３とからなるスペーサ層２５
が単結晶シリコン層２０上に形成される。スペーサ層２
５及び単結晶シリコン層２０の表面にスパッタリング及
びパターニングによりＡｌ層３６を選択的に形成し、続
いてＳＦ₆ガスによる低温での異方性ドライエッチング
を行う。これにより第１酸化膜４１をエッチストップ層
として単結晶シリコン層２０が選択的にエッチングさ
れ、その結果、第１酸化膜４１上に単結晶シリコンから
なる可動電極２６が形成され、この可動電極２６の両側
に僅かに間隙をあけて単結晶シリコンからなる一対の固
定電極２７，２８が形成される。Ａｌ層３６を除去した
後、ポリシリコン層２３と第２シリコンウェーハ２２と
第１酸化膜４１と可動電極２６と固定電極２７，２８と
スペーサ層２５とを有する構造体４３を可動電極２６が
ガラス基板１０に対向するようにスペーサ層２５を介し
てガラス基板１０に陽極接合する。続いて、ＫＯＨなど
のエッチャントによりポリシリコン層２３及び第２シリ
コンウェーハ２２を第１酸化膜４１をエッチストップ層
としてエッチング除去する。次いでフッ酸などのエッチ
ャントによるウエットエッチング又はＣＦ₄などのエッ
チャントによるドライエッチングを行って、第１酸化膜
４１をエッチング除去する。これにより単結晶シリコン
からなる可動電極２６が単結晶シリコンからなる一対の
固定電極２７，２８に挟まれてガラス基板１０の上方に
浮動に形成された半導体慣性センサ３０が得られる。

【００１５】図３及び図４は第２実施形態の半導体慣性
センサ４０を示す。この半導体慣性センサ４０は加速度
センサであって、ガラス基板１０上にシリコンを浸食せ
ずにエッチング可能な第２膜４２とポリシリコン層２３
とからなるスペーサ層２５を介して固着された枠体２９
の間に可動電極２６を有する。可動電極２６及び枠体２
９は、それぞれ単結晶シリコンからなり、可動電極２６
は窓枠状の枠体２９に間隔をあけて収容される。可動電
極２６はビーム３１，３１によりその両端が支持され、
ガラス基板１０に対して浮動になっている。ビーム３１
の基端部３１ａは枠体２９の凹み２９ａに位置しかつガ
ラス基板１０上に第２膜４２とポリシリコン層２３とか
らなるスペーサ層２５を介して固着される。ガラス基板
１０上にはスペーサ層２５の厚さより小さい厚さの検出
電極１２が形成される。図示しないが、ビーム基端部３
１ａ及び検出電極１２には個別に電気配線がなされる。
この半導体慣性センサ４０では、可動電極２６に対し
て、図の矢印で示すようにビーム基端部３１ａと３１ａ
を結ぶ線に直交する鉛直方向の加速度が作用すると、可
動電極２６はビーム３１，３１を支軸として振動する。
可動電極２６と検出電極１２の間の間隔が広がったり、
狭まったりすると、可動電極２６と検出電極１２の間の
静電容量が変化する。この静電容量の変化から作用した
加速度が求められる。

【００１６】次に、本発明の第２実施形態の半導体慣性
センサ４０の製造方法について述べる。図４に示すよう
に、先ずガラス基板１０上にスパッタリング、真空蒸着
などによりＡｕ，Ｐｔ，Ｃｕなどから選ばれた金属の薄
膜からなる検出電極１２を形成する。一方、第１実施形
態の製造方法と同様に行い、第１シリコンウェーハ２１
の両面に第１酸化膜４１を形成する。次いで第２シリコ
ンウェーハ２２を第１シリコンウエーハ２１に第１酸化
膜４１を介して貼り合わせる。第２シリコンウエーハ２
２が貼り合わされていない側の第１シリコンウェーハ２
１の表面をその上に形成されている第１酸化膜４１と共
に砥石及び研磨布を用いて所定の厚さに研削研磨して単
結晶シリコン層２０を形成する。熱酸化により第２シリ
コンウェーハ２２及び単結晶シリコン層２０の上に第２
酸化膜４２を第１酸化膜４１の場合と同様にして形成す
る。第２シリコンウエーハ２２上の第２酸化膜４２をＣ
Ｆ₄などのガスによるドライエッチングによりエッチン
グ除去した後、単結晶シリコン層２０上に残留した第２
酸化膜４２と露出した第２シリコンウエーハ２２との上
にＣＶＤ法によりポリシリコン層２３をそれぞれ形成す
る。前記両方のポリシリコン層２３上にＣＶＤ法により
窒化膜３５をそれぞれ形成した後、パターニングして第
２酸化膜４２上に形成されているポリシリコン層２３の
所定部分を露出させる。この露出したポリシリコン層２
３とその下側に形成されている第２酸化膜４２をエッチ
ング除去し、これにより第２酸化膜４２とこの上に積層
されたポリシリコン層２３とからなる一対のスペーサ層
２５が単結晶シリコン層２０上に形成される。スペーサ
層２５及び単結晶シリコン層２０の表面にスパッタリン
グ及びパターニングによりＡｌ層３６を選択的に形成
し、続いてＳＦ₆ガスによる低温での異方性ドライエッ
チングを行う。これにより第１酸化膜４１をエッチスト
ップ層として単結晶シリコン層２０が選択的にエッチン
グされ、その結果、第１酸化膜４１上に単結晶シリコン
からなる可動電極２６が形成され、この可動電極２６の
両側に間隙をあけて単結晶シリコンからなる枠体２９が
形成される。Ａｌ層３６を除去した後、ポリシリコン層
２３と第２シリコンウェーハ２２と第１酸化膜４１と可
動電極２６と枠体２９とスペーサ層２５とを有する構造
体４３を可動電極２６が検出電極１２に対向するように
スペーサ層２５を介してガラス基板１０に陽極接合す
る。続いて、ＫＯＨなどのエッチャントによりポリシリ
コン層２３及び第２シリコンウェーハ２２を第１酸化膜
４１をエッチストップ層としてエッチング除去する。次
いでフッ酸などのエッチャントによるウエットエッチン
グ又はＣＦ₄などのエッチャントによるドライエッチン
グを行って、第１酸化膜４１をエッチング除去する。こ
れにより単結晶シリコンからなる可動電極２６が単結晶
シリコンからなる枠体２９に挟まれて検出電極１２の上
方に浮動に形成された半導体慣性センサ４０が得られ
る。

【００１７】図５及び図６は第３実施形態の半導体慣性
センサ５０を示す。この半導体慣性センサ５０は角速度
センサであって、ガラス基板１０上にシリコンを浸食せ
ずにエッチング可能な第２膜４２とポリシリコン層２３
とからなるスペーサ層２５を介して固着された固定電極
２７及び２８の間に音叉構造の一対の可動電極２６，２
６を有する。可動電極２６、固定電極２７及び２８は、
それぞれ単結晶シリコンからなり、電極２６と電極２７
及び電極２６と電極２８の互いに対向する部分が櫛状に
形成される。可動電極２６，２６は、コ字状のビーム３
１，３１によりその両端が支持され、ガラス基板１０に
対して浮動になっている。ビーム３１の基端部３１ａは
ガラス基板１０上に第２膜４２とポリシリコン層２３と
からなるスペーサ層２５を介して固着される。ガラス基
板１０上にはスペーサ層２５の厚さより小さい厚さの検
出電極１２が形成される。図示しないが、ビーム基端部
３１ａ、固定電極２７及び２８、検出電極１２には個別
に電気配線がなされ、固定電極２７及び２８に交流電圧
を印加し、静電力により可動電極を励振するようになっ
ている。この半導体慣性センサ５０では、可動電極２
６，２６に対してビーム基端部３１ａと３１ａを結ぶ線
を中心として角速度が作用すると、可動電極２６，２６
にコリオリ力が生じてこの中心線の回りに捩り振動を起
こして共振する。この共振時の可動電極２６と検出電極
１２との間の静電容量の変化により作用した角速度が検
出される。

【００１８】次に、本発明の第３実施形態の半導体慣性
センサ５０の製造方法について述べる。図５に示すよう
に、先ず第２実施形態と同様にガラス基板１０上にスパ
ッタリング、真空蒸着などによりＡｕ，Ｐｔ，Ｃｕなど
から選ばれた金属の薄膜からなる検出電極１２を形成す
る。一方、第１実施形態の製造方法と同様に行い、第１
シリコンウェーハ２１の両面に第１酸化膜４１を形成す
る。次いで第２シリコンウェーハ２２を第１シリコンウ
エーハ２１に第１酸化膜４１を介して貼り合わせる。第
２シリコンウエーハ２２が貼り合わされていない側の第
１シリコンウェーハ２１の表面をその上に形成されてい
る第１酸化膜４１と共に砥石及び研磨布を用いて所定の
厚さに研削研磨して単結晶シリコン層２０を形成する。
熱酸化により第２シリコンウェーハ２２及び単結晶シリ
コン層２０の上に第２酸化膜４２を第１酸化膜４１の場
合と同様にして形成する。第２シリコンウエーハ２２上
の第２酸化膜４２をＣＦ₄などのガスによるドライエッ
チングによりエッチング除去した後、単結晶シリコン層
２０上に残留した第２酸化膜４２と露出した第２シリコ
ンウエーハ２２との上にＣＶＤ法によりポリシリコン層
２３をそれぞれ形成する。前記両方のポリシリコン層２
３上にＣＶＤ法により窒化膜３５をそれぞれ形成した
後、パターニングして第２酸化膜４２上に形成されてい
るポリシリコン層２３の所定部分を露出させる。この露
出したポリシリコン層２３とその下側に形成されている
第２酸化膜４２をエッチング除去し、これにより第２酸
化膜４２とこの上に積層されたポリシリコン層２３とか
らなるスペーサ層２５が単結晶シリコン層２０上に形成
される。スペーサ層２５及び単結晶シリコン層２０の表
面にスパッタリング及びパターニングによりＡｌ層３６
を選択的に形成し、続いてＳＦ₆ガスによる低温での異
方性ドライエッチングを行う。これにより第１酸化膜４
１をエッチストップ層として単結晶シリコン層２０が選
択的にエッチングされ、その結果、第１酸化膜４１上に
単結晶シリコンからなる可動電極２６が形成され、この
可動電極２６の両側に僅かに間隙をあけて単結晶シリコ
ンからなる一対の固定電極２７，２８が形成される。Ａ
ｌ層３６を除去した後、ポリシリコン層２３と第２シリ
コンウェーハ２２と第１酸化膜４１と可動電極２６と固
定電極２７，２８とスペーサ層２５とを有する構造体４
３を可動電極２６が検出電極１２に対向するようにスペ
ーサ層２５を介してガラス基板１０に陽極接合する。続
いて、ＫＯＨなどのエッチャントによりポリシリコン層
２３及び第２シリコンウェーハ２２を第１酸化膜４１を
エッチストップ層としてエッチング除去する。次いでフ
ッ酸などのエッチャントによるウエットエッチング又は
ＣＦ₄などのエッチャントによるドライエッチングを行
って、第１酸化膜４１をエッチング除去する。これによ
り単結晶シリコンからなる可動電極２６が単結晶シリコ
ンからなる一対の固定電極２７，２８に挟まれて検出電
極１２の上方に浮動に形成された半導体慣性センサ５０
が得られる。

【００１９】図７は第１実施形態の半導体慣性センサ３
０の別の実施形態の半導体慣性センサ６０を示す。第１
実施形態のセンサ３０との相違点は、ポリシリコン層２
３と第２酸化膜４２からなるスペーサ層２５において、
スペーサ２５を構成する第２酸化膜４２の一部を除去し
て開口部４２ａを形成したことにある。この開口部４２
ａが存在することによりスペーサ２５に接合する固定電
極２７はスペーサ層を構成するポリシリコン層２３と電
気的に接続されるため、ガラス基板１０の側にある電極
（図示せず）をスペーサ２５を介して外部と電気的に接
続することが可能となる。

【００２０】

【発明の効果】以上述べたように、従来のウェーハのレ
ーザ加工による半導体慣性センサの製法と異なり、本発
明によればウェーハのレーザ加工が不要となり、大量生
産に適した低コストの半導体慣性センサを製作すること
ができる。基板をシリコン基板でなく、ガラス基板にす
ることにより、静電容量で検出を行うセンサでは、素子
の寄生容量が低下し、高感度で高精度の半導体慣性セン
サが得られる。可動電極、固定電極又は枠体などを構成
する単結晶シリコン層が所望の厚さを有する第２シリコ
ンウェーハに支持された状態でシリコン基板に接合する
ため、従来のような貼り付き（sticking）現象を生じ
ず、検出電極やシリコン基板に対して所定のギャップで
可動電極を設けることができる。また可動電極等は単結
晶シリコンからなるため、多結晶シリコンや金属等と比
べて機械的特性に優れる。更に可動電極と基板とのギャ
ップをエッチング時間で制御することなく、スペーサ層
の厚さで規定するため、高精度にギャップを形成でき
る。

【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
の実施形態を示す断面図。

【符号の説明】

１０ガラス基板１２検出電極２０単結晶シリコン層２１第１シリコンウェーハ２２第２シリコンウェーハ２３ポリシリコン層２５スペーサ層２６可動電極２７，２８一対の固定電極４１第１膜４２第２膜３０，４０，５０，６０半導体慣性センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】両面にシリコンを浸食せずにエッチング
可能な第１膜(41)を有する第１シリコンウェーハ(21)に
第２シリコンウェーハ(22)を貼り合わせる工程と、前記第１シリコンウェーハ(21)の片面を所定の厚さに研
磨して単結晶シリコン層(20)を形成する工程と、前記単結晶シリコン層(20)上にシリコンを浸食せずにエ
ッチング可能な第２膜(42)を形成する工程と、前記第２膜(42)の上にポリシリコン層(23)を形成する工
程と、前記単結晶シリコン層(20)上に順次積層された前記第２
膜(42)及び前記ポリシリコン層(23)を選択的にエッチン
グ除去し、これにより前記第２膜(42)とこの上に積層さ
れた前記ポリシリコン層(23)とからなるスペーサ層(25)
を前記単結晶シリコン層(20)上に形成する工程と露出し
た単結晶シリコン層(20)を選択的にエッチング除去し、
これにより前記第１膜(41)に接続する単結晶シリコンか
らなる可動電極(26)と前記第１膜(41)及び前記スペーサ
層(25)に接続する単結晶シリコンからなる一対の固定電
極(27,28)とをそれぞれ形成する工程と、前記第２シリコンウェーハ(22)と前記第１膜(41)と前記
可動電極(26)と前記固定電極(27,28)と前記スペーサ層
(25)とを有する構造体(43)を前記可動電極(26)がガラス
基板(10)に対向するように前記スペーサ層(25)を介して
ガラス基板(10)に接合する工程と、前記第２シリコンウェーハ(22)を前記第１膜(41)をエッ
チストップ層としてエッチング除去する工程と、前記第１膜(41)をエッチング除去することにより前記一
対の固定電極(27,28)と前記固定電極(27,28)に挟まれか
つ前記ガラス基板(10)の上方に浮動する前記可動電極(2
6)とを有する半導体慣性センサ(30)を得る工程とを含む
半導体慣性センサの製造方法。
【請求項２】ガラス基板(10)上に検出電極(12)を形成
する工程と、両面にシリコンを浸食せずにエッチング可能な第１膜(4
1)を有する第１シリコンウェーハ(21)に第２シリコンウ
ェーハ(22)を貼り合わせる工程と、前記第１シリコンウェーハ(21)の片面を所定の厚さに研
磨して単結晶シリコン層(20)を形成する工程と、前記単結晶シリコン層(20)上にシリコンを浸食せずにエ
ッチング可能な第２膜(42)を形成する工程と、前記第２膜(42)上にポリシリコン層(23)を形成する工程
と、前記単結晶シリコン層(20)上に順次積層された前記第２
膜(42)及び前記ポリシリコン層(23)を選択的にエッチン
グ除去し、これにより前記第２膜(42)とこの上に積層さ
れた前記ポリシリコン層(23)とからなるスペーサ層(25)
を前記単結晶シリコン層(20)上に形成する工程と、露出した単結晶シリコン層(20)を選択的にエッチング除
去し、これにより前記第１膜(41)に接続する単結晶シリ
コンからなる可動電極(26)を形成する工程と、前記第２シリコンウェーハ(22)と前記第１膜(41)と前記
可動電極(26)と前記スペーサ層(25)とを有する構造体(4
3)を前記可動電極(26)が前記検出電極(12)に対向するよ
うに前記スペーサ層(25)を介してガラス基板(10)に接合
する工程と、前記第２シリコンウェーハ(22)を前記第１膜(41)をエッ
チストップ層としてエッチング除去する工程と、前記第１膜(41)をエッチング除去することにより前記ガ
ラス基板(10)上に前記検出電極(12)に対向して浮動する
前記可動電極(26)を有する半導体慣性センサ(40)を得る
工程とを含む半導体慣性センサの製造方法。
【請求項３】ガラス基板(10)上に検出電極(12)を形成
する工程と、両面にシリコンを浸食せずにエッチング可能な第１膜(4
1)を有する第１シリコンウェーハ(21)に第２シリコンウ
ェーハ(22)を貼り合わせる工程と、前記第１シリコンウェーハ(21)の片面を所定の厚さに研
磨して単結晶シリコン層(20)を形成する工程と、前記単結晶シリコン層(20)上にシリコンを浸食せずにエ
ッチング可能な第２膜(42)を形成する工程と、前記第２膜(42)の上にポリシリコン層(23)を形成する工
程と、前記単結晶シリコン層(20)上に順次積層された前記第２
膜(42)及び前記ポリシリコン層(23)を選択的にエッチン
グ除去し、これにより前記第２膜(42)とこの上に積層さ
れた前記ポリシリコン層(23)とからなるスペーサ層(25)
を前記単結晶シリコン層(20)上に形成する工程と、露出した単結晶シリコン層(20)を選択的にエッチング除
去し、これにより前記第１膜(41)に接続する単結晶シリ
コンからなる可動電極(26)と前記第１膜(41)及び前記ス
ペーサ層(25)に接続する単結晶シリコンからなる一対の
固定電極(27,28)とをそれぞれ形成する工程と、前記第２シリコンウェーハ(22)と前記第１膜(41)と前記
可動電極(26)と前記固定電極(27,28)と前記スペーサ層
(25)とを有する構造体(43)を前記可動電極(26)が前記検
出電極(12)に対向するように前記スペーサ層(25)を介し
てガラス基板(10)に接合する工程と、前記第２シリコンウェーハ(22)を前記第１膜(41)をエッ
チストップ層としてエッチング除去する工程と、前記第１膜(41)をエッチング除去することにより前記一
対の固定電極(27,28)と前記固定電極(27,28)に挟まれか
つ前記ガラス基板(10)上に前記検出電極(12)に対向して
浮動する前記可動電極(26)を有する半導体慣性センサ(5
0)を得る工程とを含む半導体慣性センサの製造方法。