JPH10270717A

JPH10270717A - 半導体慣性センサの製造方法

Info

Publication number: JPH10270717A
Application number: JP9072959A
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】ウェーハの貼り合わせやレーザ加工が不要で
大量生産に適し、低コストで電極間ギャップ形成精度に
優れた半導体慣性センサを得る。【解決手段】第２シリコンウェーハ２２を第１シリコ
ンウエーハの片面にシリコンを浸食せずにエッチング可
能な膜２０を介して貼り合わせる。第１シリコンウェー
ハの別の片面を研磨して単結晶シリコン層２３を形成
し、この単結晶シリコン層をガラススペーサ層１３を有
するシリコン基板１０にガラススペーサ層１３に対面す
るように接合する。第２シリコンウェーハをエッチング
除去した後、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、単結晶
シリコンからなる一対の固定電極２７，２８とシリコン
基板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。

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、シリコン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 a
l., "Silicon Resonant Angular Rate Sensor", Techin
ical Digest of the 12th SensorSymposium, pp.163-16
6 (1994)）。このセンサは両側をトーションバーで浮動
するようにした音叉構造の可動電極を有する。この可動
電極は電磁駆動によって励振されている。角速度が作用
すると可動電極にコリオリ力が生じて、可動電極がトー
ションバーの回りに捩り振動を起こして共振する。セン
サはこの可動電極の共振による可動電極と検出電極との
間の静電容量の変化により作用した角速度を検出する。

【０００３】このセンサを作製する場合には、厚さ２０
０μｍ程度の結晶方位が（１１０）の単結晶シリコン基
板を基板表面に対して垂直にエッチングして可動電極部
分などの構造を作製する。この比較的厚いシリコン基板
を垂直にエッチングするためにはＳＦ₆ガスによる異方
性ドライエッチングを行うか、或いはトーションバーの
可動電極部分への付け根の隅部にＹＡＧレーザで孔あけ
を行った後に、ＫＯＨなどでウエットエッチングを行っ
ている。エッチング加工を行ったシリコン基板は陽極接
合によりシリコン基板と一体化される。

【０００４】また別の半導体慣性センサとして、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シリコン基板
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】上記及びの従来の
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、シリコン基板に対して浮動
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
引力によりシリコン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
ためにシリコン基板に接合した後、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。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。また
、ともに、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
は一般的に精度が低い。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。

【０００６】更に、ともに、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、ウェーハのレーザ加工が
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、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、シリコン基板１０上の所定の部分に
ガラススペーサ層１３を設ける工程と、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２
２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、膜２０を介して第２シリコンウェーハ２
２に接合された単結晶シリコン層２３をガラススペーサ
層１３を介してシリコン基板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２
３を選択的にエッチング除去することにより、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
一対の固定電極(27,28)を形成することにより、前記一
対の固定電極(27,28)に挟まれて設けられた可動電極(2
6)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。

【０００９】請求項２に係る発明は、図４に示すよう
に、シリコン基板１０上に検出電極１２を形成する工程
と、検出電極１２を挟んでシリコン基板１０上にガラス
スペーサ層１３を設ける工程と、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、膜２０を介して第２シリコンウェーハ２２に接
合された単結晶シリコン層２３をガラススペーサ層１３
を介してシリコン基板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して単結晶シリコンからなる可動
電極２６を形成することにより検出電極１２に対向して
浮動に設けられた可動電極２６を有する半導体慣性セン
サ４０を得る工程とを含む半導体慣性センサの製造方法
である。

【００１０】請求項３に係る発明は、図５に示すよう
に、シリコン基板１０上に検出電極１２を形成する工程
と、検出電極１２を挟んでシリコン基板１０上にガラス
スペーサ層１３を設ける工程と、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、膜２０を介して第２シリコンウェーハ２２に接
合された単結晶シリコン層２３をガラススペーサ層１３
を介してシリコン基板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、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一対の
固定電極(27,28)を形成することにより、前記一対の固
定電極(27,28)に挟まれかつ前期検出電極(12)に対向し
て浮動に設けられた可動電極(26)を有する半導体慣性セ
ンサ５０を得る工程とを含む半導体慣性センサの製造方
法である。

【００１１】請求項４に係る発明は、図７に示すよう
に、シリコン基板１０上にガラススペーサ層１３を設け
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、膜２０を介
して第２シリコンウェーハ２２に接合された単結晶シリ
コン層２３をガラススペーサ層１３を介してシリコン基
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一対の固
定電極(27,28)を形成することにより、前記一対の固定
電極(27,28)に挟まれて設けられた可動電極(26)を有す
る半導体慣性センサ３０を得る工程とを含む半導体慣性
センサの製造方法である。

【００１２】請求項５に係る発明は、図８に示すよう
に、シリコン基板１０上に検出電極１２を形成する工程
と、検出電極１２を挟んでシリコン基板１０上にガラス
スペーサ層１３を設ける工程と、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、膜２０を介して第２シリコンウェーハ２２に接
合された単結晶シリコン層２３をガラススペーサ層１３
を介してシリコン基板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し
て、単結晶シリコンからなる可動電極２６を形成するこ
とにより検出電極１２に対向して浮動に設けられた可動
電極２６を有する半導体慣性センサ４０を得る工程とを
含む半導体慣性センサの製造方法である。

【００１３】請求項６に係る発明は、図９に示すよう
に、シリコン基板１０上に検出電極１２を形成する工程
と、検出電極１２を挟んでシリコン基板１０上にガラス
スペーサ層１３を設ける工程と、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、膜２０を介して第２シリコンウェーハ２２に接
合された単結晶シリコン層２３をガラススペーサ層１３
を介してシリコン基板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
コンからなる一対の固定電極(27,28)を形成することに
より、前記一対の固定電極(27,28)に挟まれかつ前期検
出電極(12)に対向して浮動に設けられた可動電極(26)を
有する半導体慣性センサ５０を得る工程とを含む半導体
慣性センサの製造方法である。

【００１４】請求項７に係る発明は、請求項２，３，５
又は６において、シリコン基板１０がＰ型又はＮ型のシ
リコン基板であって、検出電極１２がＮ⁺又はＰ⁺拡散層
からなることを特徴とする。この請求項１ないし７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
１１をエッチング時間で制御することなくガラススペー
サ層１３の厚さで規定するため、高精度にギャップを形
成できる。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及び７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、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。

【００１５】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。

【００１６】

【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、シリコン基板１０上にガラススペーサ層１
３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２
８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、シリコン基板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１
０上にガラススペーサ層１３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３
１，３１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。

【００１７】次に、本発明の第１実施形態の半導体慣性
センサ３０の製造方法について述べる。図１に示すよう
に、シリコン基板１０上にガラススパッタリングにより
ガラススペーサ層１３を設け、パターニングする。これ
により基板１０と後述する可動電極２６とのギャップ１
１が形成される。

【００１８】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酸化膜２０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
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。膜２０を介
して第２シリコンウェーハ２２に貼り合わされた状態の
単結晶シリコン２３をガラススペーサ層１３を介してシ
リコン基板１０に重ね合わせ、単結晶シリコン層２３と
ガラススペーサ層１３とを陽極接合することにより一体
化する。続いて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。第２シリコンウェーハ２２を除去されて露出した
単結晶シリコン層２３の表面にスパッタリング等により
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う。このエ
ッチングにより単結晶シリコン層２３が選択的にエッチ
ングされ、単結晶シリコンからなる可動電極２６とこの
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。そ
の後Ａｌ膜２５を除去することにより、シリコン基板１
０の上面にガラススペーサ層１３を介して可動電極２６
と一対の固定電極２７，２８が形成され、これにより可
動電極２６が一対の固定電極２７，２８に挟まれてシリ
コン基板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。

【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、シリコン基板１０上にガラススペーサ
層１３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、ビーム３１，３
１によりその両端が支持され、シリコン基板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上にガラススペ
ーサ層１３を介して固着される。シリコン基板１０上に
は検出電極１２が形成される。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３
１ａ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。

【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、先ずシリコン基板１０の両面にシリコンを浸食せず
にエッチング可能な第１膜１０ａを形成する。この第１
膜１０ａとしては、基板１０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Ｓｉ
Ｈ₂Ｃｌ₂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。シリコン基板１０の両
面に酸化膜１０ａ，１０ａを形成した後、上面の第１膜
１０ａをパターニングして拡散窓１０ｂを形成する。拡
散窓１０ｂにより開口したシリコン基板１０に、シリコ
ン基板１０がＰ型であればＮ型不純物のリンを拡散して
Ｎ⁺拡散層を、またシリコン基板１０がＮ型であればＰ
型不純物のホウ素を拡散してＰ⁺拡散層を設けることに
より、シリコン基板１０の所定の部分にＮ⁺又はＰ⁺拡散
層からなる検出電極１２を形成する。その後シリコン基
板１０の両面の第１膜１０ａを全て除去し、シリコン基
板１０の検出電極１２の両側の上面にガラススパッタリ
ングによりガラススペーサ層１３を設け、パターニング
する。これにより基板１０と後述する可動電極２６との
ギャップ１１が形成される。

【００２１】一方、第１実施の形態と同様に、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からな
る第２膜２０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２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第２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２
３を形成する。第２膜２０を介して第２シリコンウェー
ハ２２に貼り合わされた状態の単結晶シリコン２３をガ
ラススペーサ層１３を介してシリコン基板１０に重ね合
わせ、単結晶シリコン層２３とガラススペーサ層１３と
を陽極接合することにより一体化する。続いてＫＯＨな
どのエッチャントにより第２シリコンウェーハ２２を第
２膜２０をエッチストップ層としてエッチング除去す
る。次いで第２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。第２シ
リコンウェーハ２２を除去されて露出した単結晶シリコ
ン層２３の表面にスパッタリング等により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う。このエッチングによ
り単結晶シリコン層２３が選択的にエッチングされ、単
結晶シリコンからなる可動電極２６とこの可動電極２６
の両側に単結晶シリコンからなる枠体２９が形成され
る。その後Ａｌ膜２５を除去することにより、可動電極
２６が枠体２９に挟まれて検出電極１２に対向して浮動
に形成された半導体慣性センサ４０が得られる。

【００２２】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、シリコン基板１０上にガラススペーサ
層１３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２６，２６は、コ字状のビーム３１，３１によりその
両端が支持され、シリコン基板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上にガラ
ススペーサ層１３を介して固着される。シリコン基板１
０上には検出電極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１
２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２
６，２６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。

【００２３】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実施形態と同様にシリコン基板１０の両面
に酸化膜からなる第１膜１０ａ，１０ａを形成し、拡散
窓１０ｂにより開口したシリコン基板１０の所定の部分
にＮ⁺又はＰ⁺拡散層からなる検出電極１２を形成する。
シリコン基板１０の両面の第１膜１０ａを除去した後、
シリコン基板１０の検出電極１２の両側の上面にガラス
スパッタリングによりガラススペーサ層１３を設け、パ
ターニングする。これにより基板１０と後述する可動電
極２６とのギャップ１１が形成される。

【００２４】一方、第１及び第２実施形態と同様に、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
からなる第２膜２０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２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第２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。第２膜２０を介して第２シリコン
ウェーハ２２に貼り合わされた状態の単結晶シリコン２
３をガラススペーサ層１３を介してシリコン基板１０に
重ね合わせ、単結晶シリコン層２３とガラススペーサ層
１３とを陽極接合することにより一体化する。続いてＫ
ＯＨなどのエッチャントにより第２シリコンウェーハ２
２を第２膜２０をエッチストップ層としてエッチング除
去する。次いで第２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。第
２シリコンウェーハ２２を除去されて露出した単結晶シ
リコン層２３の表面にスパッタリング等によりＡｌ膜２
５を形成し、パターニングした後、ＳＦ₆ガスによる低
温での異方性ドライエッチングを行う。このエッチング
により単結晶シリコン層２３が選択的にエッチングさ
れ、単結晶シリコンからなる可動電極２６とこの可動電
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。その後Ａ
ｌ膜２５を除去することにより、シリコン基板１０の上
面にガラススペーサ層１３を介して可動電極２６と一対
の固定電極２７，２８が形成され、これにより可動電極
２６が一対の固定電極２７，２８に挟まれて検出電極１
２に対向して浮動に形成された半導体慣性センサ５０が
得られる。

【００２５】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
製法との共通点と相違点は、単結晶シリコン層２３をシ
リコン基板１０に接合した後、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、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、膜の一部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、最後に膜の一部２０ａ、２
０ｂ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、単結晶シリコン
からなる可動電極２６とこの可動電極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。その結果、シリコン基板１０
の上面にガラススペーサ層１３を介して可動電極２６と
一対の固定電極２７，２８が形成され、これにより可動
電極２６が一対の固定電極２７，２８に挟まれてシリコ
ン基板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。

【００２６】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
製法との共通点と相違点は、単結晶シリコン層２３をシ
リコン基板１０に接合した後、第２シリコンウェーハ２
２を第２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、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第２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、第２膜の
一部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、最後に第２膜
の一部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、シリコン基板１０の上面にガラススペーサ層１３を
介して接合された単結晶シリコンからなる枠体２９，２
９と枠体２９，２９に挟まれかつ検出電極１２に対向し
て浮動に形成された単結晶シリコンからなる可動電極２
６とが形成された半導体慣性センサ４０が得られる。

【００２７】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
製法との共通点と相違点は、単結晶シリコン層２３をシ
リコン基板１０に接合した後、第２シリコンウェーハ２
２を第２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、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第２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、第２膜の
一部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、最後に第２膜
の一部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、シリコン基板１０の上面にガラススペーサ層１３を
介して接合された単結晶シリコンからなる可動電極２６
と一対の固定電極２７，２８が形成され、これにより可
動電極２６が一対の固定電極２７，２８に挟まれて検出
電極１２に対向して浮動に形成された半導体慣性センサ
５０が得られる。

【００２８】

【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。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(sticking)現象を生じず、検出電極やガラス基板
に対して所定のギャップで可動電極を設けることができ
る。また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よくアライメン
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。

【００２９】また、シリコン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基
板とのギャップが、ガラス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特長がある。

【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シリコン基板１０ａ第１膜１１ギャップ１２検出電極１３ガラススペーサ層２０第２膜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２６可動電極２７，２８一対の固定電極２９枠体３０，４０，５０半導体慣性センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリコン基板(10)上の所定の部分にガラ
ススペーサ層(13)を設ける工程と、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、前記膜(20)を介して前記第２シリコンウェーハ(22)に接
合された前記単結晶シリコン層(23)を前記ガラススペー
サ層(13)を介して前記シリコン基板(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、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一対の固定電極(27,
28)を形成することにより、前記一対の固定電極(27,28)
に挟まれて設けられた可動電極(26)を有する半導体慣性
センサ(30)を得る工程とを含む半導体慣性センサの製造
方法。
【請求項２】シリコン基板(10)上に検出電極(12)を形
成する工程と、前記検出電極(12)を挟んで前記シリコン基板(10)上にガ
ラススペーサ層(13)を設ける工程と、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、前記膜(20)を介して前記第２シリコンウェーハ(22)に接
合された前記単結晶シリコン層(23)を前記ガラススペー
サ層(13)を介して前記シリコン基板(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
ング除去して単結晶シリコンからなる可動電極(26)を形
成することにより前記検出電極(12)に対向して浮動に設
けられた可動電極(26)を有する半導体慣性センサ(40)を
得る工程とを含む半導体慣性センサの製造方法。
【請求項３】シリコン基板(10)上に検出電極(12)を形
成する工程と、前記検出電極(12)を挟んで前記シリコン基板(10)上にガ
ラススペーサ層(13)を設ける工程と、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、前記膜(20)を介して前記第２シリコンウェーハ(22)に接
合された前記単結晶シリコン層(23)を前記ガラススペー
サ層(13)を介して前記シリコン基板(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、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一対の固定電極(27,
28)を形成することにより、前記一対の固定電極(27,28)
に挟まれかつ前期検出電極(12)に対向して浮動に設けら
れた可動電極(26)を有する半導体慣性センサ(50)を得る
工程とを含む半導体慣性センサの製造方法。
【請求項４】シリコン基板(10)上の所定の部分にガラ
ススペーサ層(13)を設ける工程と、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、前記膜(20)を介して前記第２シリコンウェーハ(22)に接
合された前記単結晶シリコン層(23)を前記ガラススペー
サ層(13)を介して前記シリコン基板(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一対の
固定電極(27,28)を形成することにより、前記一対の固
定電極(27,28)に挟まれて設けられた可動電極(26)を有
する半導体慣性センサ(30)を得る工程とを含む半導体慣
性センサの製造方法。
【請求項５】シリコン基板(10)上に検出電極(12)を形
成する工程と、前記検出電極(12)を挟んで前記シリコン基板(10)上にガ
ラススペーサ層(13)を設ける工程と、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、前記膜(20)を介して前記第２シリコンウェーハ(22)に接
合された前記単結晶シリコン層(23)を前記ガラススペー
サ層(13)を介して前記シリコン基板(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して、単結晶シリコン
からなる可動電極(26)を形成することにより前記検出電
極(12)に対向して浮動に設けられた可動電極(26)を有す
る半導体慣性センサ(40)を得る工程とを含む半導体慣性
センサの製造方法。
【請求項６】シリコン基板(10)上に検出電極(12)を形
成する工程と、前記検出電極(12)を挟んで前記シリコン基板(10)上にガ
ラススペーサ層(13)を設ける工程と、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、前記膜(20)を介して前記第２シリコンウェーハ(22)に接
合された前記単結晶シリコン層(23)を前記ガラススペー
サ層(13)を介して前記シリコン基板(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一対の
固定電極(27,28)を形成することにより、前記一対の固
定電極(27,28)に挟まれかつ前期検出電極(12)に対向し
て浮動に設けられた可動電極(26)を有する半導体慣性セ
ンサ(50)を得る工程とを含む半導体慣性センサの製造方
法。
【請求項７】シリコン基板(10)がＰ型又はＮ型のシリ
コン基板であって、検出電極(12)がＮ⁺又はＰ⁺拡散層か
らなる請求項２、請求項３、請求項５又は請求項６記載
の半導体慣性センサの製造方法。