JPH10270714A - Manufacture of semiconductor inertia sensor - Google Patents
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Abstract
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 method of manufacturing a semiconductor inertial sensor suitable for a capacitance type acceleration sensor, angular velocity sensor and the like.
【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】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。As another semiconductor inertial sensor, a gyroscope having a structure of a glass substrate and single crystal silicon has been proposed (J. Bernstein et al., "A Microma
chined Comb-Drive Tuning Fork Rate Gyroscope ", IEE
E MEMS '93 Proceeding, pp.143-148 (1993)). This gyroscope has a glass substrate on which a detection electrode is formed,
After the etching, high-concentration boron diffusion is performed to form a movable electrode, a fixed electrode, etc., on a single-crystal silicon substrate, where the boron-diffused portion is used as a bonding surface, and further, the silicon substrate portion where boron is not diffused. Is removed by etching.
【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。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。[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. 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. Further, 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.
【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。An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a low-cost semiconductor inertial sensor which does not require laser processing and is suitable for mass production. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor inertial sensor with low parasitic capacitance, high sensitivity and high accuracy. 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
て第１単結晶シリコン層５１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２膜４２を有
する第３シリコンウエーハ２３を第１単結晶シリコン層
５１に貼り合わせる工程と、第３シリコンウェーハ２３
の片面を所定の厚さに研磨して第２単結晶シリコン層５
２を形成する工程と、第２単結晶シリコン層５２及びそ
の下側の第２膜４２を選択的にエッチング除去して第１
単結晶シリコン層５１を露出させ、残留した第２単結晶
シリコン層５２と第２膜４２とからなるスペーサ層２４
を形成する工程と、露出した第１単結晶シリコン層５１
を選択的にエッチング除去し、これにより第１膜４１上
に単結晶シリコンからなる可動電極２６を形成し、かつ
第１膜４１上において可動電極２６の両側に位置してス
ペーサ層２４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と固定電極２
７，２８とスペーサ層２４とを有する構造体２５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
２４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。The invention according to claim 1 is
As shown in FIG. 1, a first silicon wafer 2 having a first film 41 that can be etched without eroding silicon on both surfaces.
Bonding a second silicon wafer 22 to 1;
A step of polishing one surface of the first silicon wafer 21 to a predetermined thickness to form a first single-crystal silicon layer 51, and a third silicon wafer having on both surfaces a second film 42 that can be etched without eroding silicon. Bonding the first silicon crystal layer 23 to the first single crystal silicon layer 51;
Is ground to a predetermined thickness to form a second monocrystalline silicon layer 5
Forming the second monocrystalline silicon layer 52 and the second film 42 under the second monocrystalline silicon layer 52 by selective etching.
The single crystal silicon layer 51 is exposed, and the spacer layer 24 including the remaining second single crystal silicon layer 52 and the second film 42 is formed.
Forming a first monocrystalline silicon layer 51
Is selectively removed by etching, thereby forming the movable electrode 26 made of single-crystal silicon on the first film 41 and connecting to the spacer layer 24 on both sides of the movable electrode 26 on the first film 41. A step of forming a pair of fixed electrodes 27 and 28 made of single crystal silicon, a step of forming a second silicon wafer 22, a first film 41, a movable electrode 26 and a fixed electrode 2;
Bonding the structure 25 having the spacers 24 to the glass substrate 10 via the spacer layer 24 such that the movable electrode 26 faces the glass substrate 10; and bonding the second silicon wafer 22 to the first film. A step of etching and removing the first film 41 as an etch stop layer; and a step of etching and removing the first film 41 and the movable electrode 26 sandwiched between the pair of fixed electrodes 27 and 28 and floating above the glass substrate 10. Obtaining a semiconductor inertial sensor 30 having the following.
【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第１単結晶シ
リコン層５１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２膜４２を有する第３シリコ
ンウエーハ２３を第１単結晶シリコン層５１に貼り合わ
せる工程と、第３シリコンウェーハ２３の片面を所定の
厚さに研磨して第２単結晶シリコン層５２を形成する工
程と、第２単結晶シリコン層５２及びその下側の第２膜
４２を選択的にエッチング除去して第１単結晶シリコン
層５１を露出させ、残留した第２単結晶シリコン層５２
と第２膜４２とからなるスペーサ層２４を形成する工程
と、露出した第１単結晶シリコン層５１を選択的にエッ
チング除去し、これにより第１膜４１上に単結晶シリコ
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２４とを有する構造体２５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２４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。According to a second aspect of the present invention, as shown in FIG. 4, a step of forming a detection electrode 12 on a glass substrate 10 and a first step capable of etching both sides without eroding silicon.
A step of bonding the second silicon wafer 22 to the first silicon wafer 21 having the film 41, and a step of polishing one surface of the first silicon wafer 21 to a predetermined thickness to form a first single-crystal silicon layer 51; Bonding a third silicon wafer 23 having a second film 42 that can be etched without eroding silicon on both surfaces to the first single crystal silicon layer 51, and polishing one surface of the third silicon wafer 23 to a predetermined thickness. Forming a second single-crystal silicon layer 52, and selectively removing the second single-crystal silicon layer 52 and the second film 42 thereunder by exposing the first single-crystal silicon layer 51; Residual second single crystal silicon layer 52
Forming the spacer layer 24 composed of the first film 41 and the second film 42, and selectively removing the exposed first single crystal silicon layer 51 by etching, thereby forming the movable electrode 26 composed of the single crystal silicon on the first film 41. And forming a structure 25 having the second silicon wafer 22, the first film 41, the movable electrode 26, and the spacer layer 24 via the spacer layer 24 such that the movable electrode 26 faces the detection electrode 12. A step of bonding the second silicon wafer 22 to the substrate 10, a step of etching and removing the second silicon wafer 22 using the first film 41 as an etch stop layer, and a step of etching and removing the first film 41 to face the detection electrode 12 on the glass substrate 10. Obtaining a semiconductor inertial sensor 40 having a movable electrode 26 that floats.
【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第１単結晶シ
リコン層５１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２膜４２を有する第３シリコ
ンウエーハ２３を第１単結晶シリコン層５１に貼り合わ
せる工程と、第３シリコンウェーハ２３の片面を所定の
厚さに研磨して第２単結晶シリコン層５２を形成する工
程と、第２単結晶シリコン層５２及びその下側の第２膜
４２を選択的にエッチング除去して第１単結晶シリコン
層５１を露出させ、残留した第２単結晶シリコン層５２
と第２膜４２とからなるスペーサ層２４を形成する工程
と、露出した第１単結晶シリコン層５１を選択的にエッ
チング除去し、これにより第１膜４１上に単結晶シリコ
ンからなる可動電極２６を形成し、かつ第１膜４１上に
おいて可動電極２６の両側に位置してスペーサ層２４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と固定電極２７，２８とスペー
サ層２４とを有する構造体２５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２４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。According to a third aspect of the present invention, as shown in FIG. 5, a step of forming a detection electrode 12 on a glass substrate 10 and a first step capable of etching both sides without eroding silicon.
A step of bonding the second silicon wafer 22 to the first silicon wafer 21 having the film 41, and a step of polishing one surface of the first silicon wafer 21 to a predetermined thickness to form a first single-crystal silicon layer 51; Bonding a third silicon wafer 23 having a second film 42 that can be etched without eroding silicon on both surfaces to the first single crystal silicon layer 51, and polishing one surface of the third silicon wafer 23 to a predetermined thickness. Forming a second single-crystal silicon layer 52, and selectively removing the second single-crystal silicon layer 52 and the second film 42 thereunder by exposing the first single-crystal silicon layer 51; Residual second single crystal silicon layer 52
Forming the spacer layer 24 composed of the first film 41 and the second film 42, and selectively removing the exposed first single crystal silicon layer 51 by etching, thereby forming the movable electrode 26 composed of the single crystal silicon on the first film 41. And a pair of fixed electrodes 27 made of single-crystal silicon, which are located on both sides of the movable electrode 26 on the first film 41 and are connected to the spacer layer 24,
And forming a structure 25 having the second silicon wafer 22, the first film 41, the movable electrode 26, the fixed electrodes 27 and 28, and the spacer layer 24 so that the movable electrode 26 faces the detection electrode 12. Bonding to the glass substrate 10 via the spacer layer 24 and the second silicon wafer 22
Is etched using the first film 41 as an etch stop layer, and the first film 41 is etched away to detect the pair of fixed electrodes 27, 28 and the fixed electrodes 27, 28 and detect them on the glass substrate 10. Obtaining a semiconductor inertial sensor 50 having a movable electrode 26 floating opposite to the electrode 12.
【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２５の構成部材は第２シリコンウエーハ２２とこれ
に貼り合わした第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５１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２５
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単結晶シリコン
層５２と第２膜４２とからなるスペーサ層２４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。In the manufacturing method according to the first to third aspects, since laser processing of the wafer is unnecessary and suitable for mass production, a semiconductor inertial sensor can be manufactured at low cost. Since the constituent members of the structure 25 are composed of the second silicon wafer 22 and the single crystal silicon layer 51 obtained by polishing the first silicon wafer 21 bonded to the second silicon wafer 22 to a predetermined thickness,
The thickness of the structure can be freely selected. Therefore, the structure 25
In addition, the handling when bonding to the glass substrate 10 becomes easy, and the thickness of the movable electrode 26 and the like can be set freely. Further, since a glass substrate is used as the substrate, the obtained semiconductor inertial sensor has low parasitic capacitance. Further, the gap between the electrodes is not controlled by the etching time but is determined by the thickness of the spacer layer 24 composed of the second single crystal silicon layer 52 and the second film 42, so that the dimensional accuracy is excellent. For this reason, a highly accurate semiconductor inertial sensor is manufactured.
【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。In this specification, "a film which can be etched without eroding silicon" means that an etchant which does not corrode silicon when etching the film can be selected. . Examples of the film having such properties include an oxide film and a nitride film. In the present invention, the crystal orientation of the second silicon wafer 22 is preferably a (110) orientation in consideration of the etching rate.
【００１３】[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上に第２単結晶シリコン層
５２と第２膜４２とからなるスペーサ層２４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２４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３１，３１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２
６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 a spacer including a second single-crystal silicon layer 52 and a second film 42 on a glass substrate 10. A movable electrode 26 is provided between fixed electrodes 27 and 28 fixed via a layer 24. 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. The movable electrode 26 is supported at both ends by beams 31, and floats with respect to the glass substrate 10. The base 31 a of the beam 31 is fixed on the glass substrate 10 via the spacer layer 24. Although not shown, electric wires are individually provided to the beam base 31a and the fixed electrodes 27 and 28. In the semiconductor inertial sensor 30, when a horizontal acceleration perpendicular to a line connecting the beam base ends 31a and 31a acts on the movable electrode 26 as shown by arrows in the figure, the movable electrode 26 applies the beams 31, 31. Vibrates around the shaft. When the distance between the movable electrode 26 and the fixed electrodes 27 and 28 increases or decreases, the movable electrode 2
The capacitance between the fixed electrode 6 and the fixed electrodes 27 and 28 changes.
The acceleration that acts is obtained from the change in the capacitance.
【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の両面にシリコンを浸食
せずにエッチング可能な膜４１を形成する。この膜４１
としては、シリコンウェーハを熱酸化することにより形
成される酸化膜、或は化学気相成長（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。第１シリコンウェーハ
２１の両面に第１熱酸化膜４１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に第１熱
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熱酸化膜４
１と共に砥石及び研磨布を用いて所定の厚さに研削研磨
して第１単結晶シリコン層５１を形成する。また第３シ
リコンウェーハ２３の両面に第２熱酸化膜４２を形成す
る。この第３シリコンウェーハ２３を第１単結晶シリコ
ン層５１に第２熱酸化膜４２を介して貼り合わせる。第
３シリコンウェーハ２３の表面をその上に形成されてい
る第２熱酸化膜４２とともに砥石及び研磨布を用いて所
定の厚さに研削研磨して第２単結晶シリコン層５２を形
成する。第２単結晶シリコン層５２及び第２シリコンウ
ェーハ２２の表面を熱酸化した後、パターニングして第
３熱酸化膜４３を選択的に形成し、ＫＯＨなどのエッチ
ャントによるウエットエッチングを行う。その結果、第
３熱酸化膜４３が形成されていない部分の第２単結晶シ
リコン層５２がエッチング除去される。その後フッ酸等
のエッチャントを用いて第２熱酸化膜４２をエッチング
除去することにより第１単結晶シリコン層５１が露出
し、残留した第２単結晶シリコン層５２と第２熱酸化膜
４２とからなる２層構造のスペーサ層２４が形成され
る。第３熱酸化膜４３を除去した後、スペーサ層２４を
含む第１単結晶シリコン層５１の表面にスパッタリング
及びパターニングによりＡｌ層３５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熱酸化膜４１をエッチストッ
プ層として第１単結晶シリコン層５１が選択的にエッチ
ングされ、その結果、第１熱酸化膜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２
６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３５を
除去した後、第２シリコンウエーハ２２と第１熱酸化膜
４１と可動電極２６と一対の固定電極２７，２８とスペ
ーサ層２４を有する構造体２５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２４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
チャントにより第２シリコンウエーハ２２を第１熱酸化
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熱酸化膜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。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, a film 41 that can be etched without eroding silicon is formed on both surfaces of the first silicon wafer 21. This film 41
As an oxide film formed by thermally oxidizing a silicon wafer, or by using a chemical vapor deposition (CVD) method.
A silicon nitride film formed using H 2 Cl 2 or SiH 4 and NH 3 gas can be used. After forming the first thermal oxide film 41 on both surfaces of the first silicon wafer 21, the second silicon wafer 22 is bonded to the first silicon wafer 21 via the first thermal oxide film 41. The surface of the first silicon wafer 21 on the side where the second silicon wafer 22 is not bonded is placed on the first thermal oxide film 4 formed thereon.
The first single-crystal silicon layer 51 is formed by grinding and polishing to a predetermined thickness using a grindstone and a polishing cloth together with 1. Further, a second thermal oxide film 42 is formed on both surfaces of the third silicon wafer 23. The third silicon wafer 23 is bonded to the first single crystal silicon layer 51 via the second thermal oxide film 42. The surface of the third silicon wafer 23 is ground and polished to a predetermined thickness using a grindstone and a polishing cloth together with the second thermal oxide film 42 formed thereon to form the second single-crystal silicon layer 52. After the surfaces of the second single crystal silicon layer 52 and the second silicon wafer 22 are thermally oxidized, patterning is performed to selectively form the third thermal oxide film 43, and wet etching is performed using an etchant such as KOH. As a result, the portion of the second single crystal silicon layer 52 where the third thermal oxide film 43 is not formed is removed by etching. Thereafter, the second thermal oxide film 42 is removed by etching using an etchant such as hydrofluoric acid, so that the first single-crystal silicon layer 51 is exposed and the remaining second single-crystal silicon layer 52 and the second thermal oxide film 42 are removed. The spacer layer 24 having a two-layer structure is formed. After removing the third thermal oxide film 43, an Al layer 35 is selectively formed on the surface of the first single crystal silicon layer 51 including the spacer layer 24 by sputtering and patterning,
Subsequently, low-temperature anisotropic dry etching using SF 6 gas is performed. As a result, the first single crystal silicon layer 51 is selectively etched using the first thermal oxide film 41 as an etch stop layer. As a result, the movable electrode 26 made of single crystal silicon is formed on the first thermal oxide film 41, This movable electrode 2
A pair of fixed electrodes 27 and 28 made of single crystal silicon are formed on both sides of 6 with a slight gap. After removing the Al layer 35, the structure 25 having the second silicon wafer 22, the first thermal oxide film 41, the movable electrode 26, the pair of fixed electrodes 27 and 28, and the spacer layer 24 is attached to the glass substrate 10. Anodically bond to the glass substrate 10 via the spacer layer 24 so as to face each other. Subsequently, the second silicon wafer 22 is etched and removed by an etchant such as KOH using the first thermal oxide film 41 as an etch stop layer.
Next, the first thermal oxide film 41 is etched away by wet etching using an etchant such as hydrofluoric acid or dry etching using an etchant such as CF 4 . As a result, a semiconductor inertial sensor 30 in which the movable electrode 26 made of single-crystal silicon is sandwiched between the pair of fixed electrodes 27 and 28 made of single-crystal silicon and formed above the glass substrate 10 so as to float is obtained.
【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上に第２単結晶シリコ
ン層５２と第２膜４２とからなるスペーサ層２４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２９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上にスペーサ層２４
を介して固着される。ガラス基板１０上には検出電極１
２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２
６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。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 a frame 29 fixed on a glass substrate 10 via a spacer layer 24 composed of a second single crystal silicon layer 52 and a second film 42. Having. The movable electrode 26 and the frame body 29 are each made of single crystal silicon, and the movable electrode 26 is accommodated in the window frame-shaped frame body 29 at intervals. The movable electrode 26 is supported at both ends by beams 31, and floats with respect to the glass substrate 10. The base end 31 a of the beam 31 is located in the recess 29 a of the frame 29 and the spacer layer 24 on the glass substrate 10.
Is fixed through. The detection electrode 1 is provided on the glass substrate 10.
2 are formed. Although not shown, electric wires are individually provided to the beam base 31a and the detection electrode 12. In the semiconductor inertial sensor 40, when a vertical acceleration perpendicular to a line connecting the beam base ends 31a and 31a acts on the movable electrode 26 as shown by arrows in FIG.
6 oscillates with the beams 31, 31 as pivots. 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.
【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
を熱酸化することによりその両面に第１熱酸化膜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熱酸化膜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熱酸化膜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第１単結晶シリコン層５
１を形成する。また第３シリコンウェーハ２３の両面に
第２熱酸化膜４２を形成する。この第３シリコンウェー
ハ２３を第１単結晶シリコン層５１に第２熱酸化膜４２
を介して貼り合わせる。第３シリコンウェーハ２３の表
面をその上に形成されている第２熱酸化膜４２とともに
砥石及び研磨布を用いて所定の厚さに研削研磨して第２
単結晶シリコン層５２を形成する。第２単結晶シリコン
層５２及び第２シリコンウェーハ２２の表面を熱酸化し
た後、パターニングして第３熱酸化膜４３を選択的に形
成した後、ＫＯＨなどのエッチャントによるウエットエ
ッチングを行う。その結果、第３熱酸化膜４３が形成さ
れていない部分の第２単結晶シリコン層５２がエッチン
グ除去される。その後フッ酸等のエッチャントを用いて
第２熱酸化膜４２をエッチング除去することにより第１
単結晶シリコン層５１が露出し、残留した第２単結晶シ
リコン層５２と第２熱酸化膜４２とからなる２層構造の
スペーサ層２４が形成される。第３熱酸化膜４３を除去
した後、スペーサ層２４を含む第１単結晶シリコン層５
１の表面にスパッタリング及びパターニングによりＡｌ
層３５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熱
酸化膜４１をエッチストップ層として第１単結晶シリコ
ン層５１が選択的にエッチングされ、その結果、第１熱
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枠体２９が形成される。Ａｌ
層３５を除去した後、第２シリコンウエーハ２２と第１
熱酸化膜４１と可動電極２６と枠体２９とスペーサ層２
４を有する構造体２５を可動電極２６がガラス基板１０
の検出電極１２に対向するようにスペーサ層２４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第２シリコンウエーハ２２を第１
熱酸化膜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熱酸化膜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２
６が単結晶シリコンからなる枠体２９に囲まれて検出電
極１２に対向して浮動に形成された半導体慣性センサ４
０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 a glass substrate 10 by sputtering, vacuum deposition, or the like. On the other hand, the first silicon wafer 21 is formed in the same manner as in the manufacturing method of the first embodiment.
Is thermally oxidized to form first thermal oxide films 41 on both surfaces thereof. Next, the second silicon wafer 22 is bonded to the first silicon wafer 21 via the first thermal oxide film 41. The surface of the first silicon wafer 21 on the side where the second silicon wafer 22 is not bonded is ground and polished to a predetermined thickness using a grindstone and a polishing cloth together with the first thermal oxide film 41 formed thereon. First single crystal silicon layer 5
Form one. Further, a second thermal oxide film 42 is formed on both surfaces of the third silicon wafer 23. The third silicon wafer 23 is formed on the first single-crystal silicon layer 51 by the second thermal oxide film 42.
Paste through. The surface of the third silicon wafer 23 is ground and polished to a predetermined thickness using a grindstone and a polishing cloth together with the second thermal oxide film 42 formed thereon to form the second
A single crystal silicon layer 52 is formed. After the surfaces of the second single crystal silicon layer 52 and the second silicon wafer 22 are thermally oxidized and patterned to selectively form the third thermal oxide film 43, wet etching is performed with an etchant such as KOH. As a result, the portion of the second single crystal silicon layer 52 where the third thermal oxide film 43 is not formed is removed by etching. After that, the second thermal oxide film 42 is removed by etching using an etchant such as hydrofluoric acid.
The single-crystal silicon layer 51 is exposed, and the spacer layer 24 having a two-layer structure including the remaining second single-crystal silicon layer 52 and the second thermal oxide film 42 is formed. After removing the third thermal oxide film 43, the first single crystal silicon layer 5 including the spacer layer 24 is formed.
Al on the surface of 1 by sputtering and patterning
The layer 35 is selectively formed, followed by low-temperature anisotropic dry etching using SF 6 gas. As a result, the first single crystal silicon layer 51 is selectively etched using the first thermal oxide film 41 as an etch stop layer. As a result, the movable electrode 26 made of single crystal silicon is formed on the first thermal oxide film 41, Frames 29 made of single crystal silicon are formed on both sides of the movable electrode 26 with a slight gap. Al
After removing the layer 35, the second silicon wafer 22 and the first silicon wafer 22 are removed.
Thermal oxide film 41, movable electrode 26, frame 29, and spacer layer 2
The movable electrode 26 is formed on the glass substrate 10
Is anodically bonded to the glass substrate 10 via the spacer layer 24 so as to face the detection electrode 12 of FIG. Subsequently, the second silicon wafer 22 is moved to the first silicon wafer 22 by an etchant such as KOH.
The thermal oxide film 41 is removed by etching as an etch stop layer. Next, the first thermal oxide film 41 is etched away by wet etching using an etchant such as hydrofluoric acid or dry etching using an etchant such as CF 4 . Thereby, the movable electrode 2 made of single crystal silicon
6 is a semiconductor inertial sensor 4 which is surrounded by a frame 29 made of single crystal silicon and floats opposite to the detection electrode 12.
0 is obtained.
【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上に第２単結晶シリコ
ン層５２と第２膜４２とからなるスペーサ層２４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、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はガラス基板１０上にスペーサ層
２４を介して固着される。ガラス基板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３１
ａ、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２６，２
６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。FIGS. 5 and 6 show a semiconductor inertial sensor 50 according to a third embodiment. The semiconductor inertial sensor 50 is an angular velocity sensor, and has a tuning fork between fixed electrodes 27 and 28 fixed on a glass substrate 10 via a spacer layer 24 including a second single-crystal silicon layer 52 and a second film 42. It has a pair of movable electrodes 26, 26 having a structure. 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 supported at both ends by U-shaped beams 31, 31 and floats on the glass substrate 10. The base 31 a of the beam 31 is fixed on the glass substrate 10 via the spacer layer 24. The detection electrode 12 is formed on the glass substrate 10. Although not shown, the beam base end 31
a, the fixed electrodes 27 and 28, and the detection electrode 12 are individually provided with electric wiring, and an alternating voltage is applied to the fixed electrodes 27 and 28 to excite the movable electrode by electrostatic force. In the semiconductor inertial sensor 50, the movable electrodes 26, 2
When an angular velocity acts on the line 6 centering on the line connecting the beam base ends 31a and 31a, Coriolis force is generated in the movable electrodes 26, 26, causing torsional vibration around the center line and resonating. The angular velocity acting due to the change in the capacitance between the movable electrode 26 and the detection electrode 12 at the time of the resonance is detected.
【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を熱酸化することによりその両面
に第１熱酸化膜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熱酸化膜
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熱酸化膜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第
１単結晶シリコン層５１を形成する。また第３シリコン
ウェーハ２３の両面に第２熱酸化膜４２を形成する。こ
の第３シリコンウェーハ２３を第１単結晶シリコン層５
１に第２熱酸化膜４２を介して貼り合わせる。第３シリ
コンウェーハ２３の表面をその上に形成されている第２
熱酸化膜４２とともに砥石及び研磨布を用いて所定の厚
さに研削研磨して第２単結晶シリコン層５２を形成す
る。第２単結晶シリコン層５２及び第２シリコンウェー
ハ２２の表面を熱酸化した後、パターニングして第３熱
酸化膜４３を選択的に形成した後、ＫＯＨなどのエッチ
ャントによるウエットエッチングを行う。その結果、第
３熱酸化膜４３が形成されていない部分の第２単結晶シ
リコン層５２がエッチング除去される。その後フッ酸等
のエッチャントを用いて第２熱酸化膜４２をエッチング
除去することにより第１単結晶シリコン層５１が露出
し、残留した第２単結晶シリコン層５２と第２熱酸化膜
４２とからなる２層構造のスペーサ層２４が形成され
る。第３熱酸化膜４３を除去した後、スペーサ層２４を
含む第１単結晶シリコン層５１の表面にスパッタリング
及びパターニングによりＡｌ層３５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熱酸化膜４１をエッチストッ
プ層として第１単結晶シリコン層５１が選択的にエッチ
ングされ、その結果、第１熱酸化膜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２
６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３５を
除去した後、第２シリコンウエーハ２２と第１熱酸化膜
４１と可動電極２６と一対の固定電極２７，２８とスペ
ーサ層２４を有する構造体２５を可動電極２６がガラス
基板１０の検出電極１２に対向するようにスペーサ層２
４を介してガラス基板１０に陽極接合する。続いて、Ｋ
ＯＨなどのエッチャントにより第２シリコンウエーハ２
２を第１熱酸化膜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熱酸化膜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２
７，２８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。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, first, as in the second embodiment, a detection electrode 12 made of a thin film of a metal selected from Au, Pt, Cu, or the like is formed on a glass substrate 10 by sputtering, vacuum deposition, or the like. On the other hand, in the same manner as in the manufacturing method of the first embodiment,
The first thermal oxide film 41 is formed on both surfaces of the silicon wafer 21 by thermal oxidation. Next, the second silicon wafer 22 is bonded to the first silicon wafer 21 via the first thermal oxide film 41. Second silicon wafer 22
The first silicon wafer 21 on the side where is not bonded
Is ground and polished to a predetermined thickness using a grindstone and a polishing cloth together with the first thermal oxide film 41 formed thereon to form a first single-crystal silicon layer 51. Further, a second thermal oxide film 42 is formed on both surfaces of the third silicon wafer 23. This third silicon wafer 23 is placed on the first single crystal silicon layer 5.
1 with the second thermal oxide film 42 interposed therebetween. The surface of the third silicon wafer 23 is formed on the second silicon wafer 23
The second single-crystal silicon layer 52 is formed by grinding and polishing to a predetermined thickness using a grindstone and a polishing cloth together with the thermal oxide film 42. After the surfaces of the second single crystal silicon layer 52 and the second silicon wafer 22 are thermally oxidized and patterned to selectively form the third thermal oxide film 43, wet etching is performed with an etchant such as KOH. As a result, the portion of the second single crystal silicon layer 52 where the third thermal oxide film 43 is not formed is removed by etching. Thereafter, the second thermal oxide film 42 is removed by etching using an etchant such as hydrofluoric acid, so that the first single crystal silicon layer 51 is exposed and the remaining second single crystal silicon layer 52 and the second thermal oxide film 42 are removed. The spacer layer 24 having a two-layer structure is formed. After removing the third thermal oxide film 43, an Al layer 35 is selectively formed on the surface of the first single crystal silicon layer 51 including the spacer layer 24 by sputtering and patterning,
Subsequently, low-temperature anisotropic dry etching using SF 6 gas is performed. As a result, the first single crystal silicon layer 51 is selectively etched using the first thermal oxide film 41 as an etch stop layer. As a result, the movable electrode 26 made of single crystal silicon is formed on the first thermal oxide film 41, This movable electrode 2
A pair of fixed electrodes 27 and 28 made of single crystal silicon are formed on both sides of 6 with a slight gap. After removing the Al layer 35, the structure 25 having the second silicon wafer 22, the first thermal oxide film 41, the movable electrode 26, the pair of fixed electrodes 27 and 28, and the spacer layer 24 is replaced with the movable electrode 26 of the glass substrate 10. The spacer layer 2 is opposed to the detection electrode 12.
4 and anodically bonded to the glass substrate 10. Then, K
2nd silicon wafer 2 by etchant such as OH
2 is removed by etching using the first thermal oxide film 41 as an etch stop layer. Next, the first thermal oxide film 41 is etched away by wet etching using an etchant such as hydrofluoric acid or dry etching using an etchant such as CF 4 . As a result, the movable electrode 26 made of single-crystal silicon becomes a pair of fixed electrodes 2 made of single-crystal silicon.
The semiconductor inertial sensor 50 is formed so as to float between the detection electrodes 12 and 7 between the detection electrodes 12 and 7.
【００１９】[0019]
【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。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、検出電極が形成されたガラス基板と可動電極と
のギャップが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。As described above, unlike the conventional method of manufacturing a semiconductor inertial sensor by laser processing of a wafer, according to the present invention, laser processing of a wafer is unnecessary and a low-cost semiconductor inertial sensor suitable for mass production. Can be manufactured. By using a glass substrate instead of a silicon substrate for 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. Since the single-crystal silicon layer forming the movable electrode, the fixed electrode, the frame, or the like is bonded to the silicon substrate while being supported by the second silicon wafer, a sticking phenomenon unlike the related art does not occur, and the detection electrode is not generated. The movable electrode can be provided at a predetermined gap with respect to the silicon substrate. Further, since the movable electrode and the like are made of single-crystal silicon, they have excellent mechanical properties as compared with polycrystalline silicon and metal. In the structure in which the detection electrode is formed on the glass substrate, the gap between the glass substrate on which the detection electrode is formed and the movable electrode is defined by the thickness of the spacer layer, so that the gap can be formed with high precision.
【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 ２４ スペーサ層 ２５ 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 ４１ 第１膜 ４２ 第２膜 ５１ 第１単結晶シリコン層 ５２ 第２単結晶シリコン層 Reference Signs List 10 glass substrate 12 detection electrode 21 first silicon wafer 22 second silicon wafer 23 third silicon wafer 24 spacer layer 25 structure 26 movable electrode 27, 28 pair of fixed electrodes 30, 40, 50 semiconductor inertial sensor 41 first film 42 Second film 51 First monocrystalline silicon layer 52 Second monocrystalline silicon layer
Claims (3)
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
磨して第１単結晶シリコン層(51)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２膜(4
2)を有する第３シリコンウエーハ(23)を前記第１単結晶
シリコン層(51)に貼り合わせる工程と、 前記第３シリコンウェーハ(23)の片面を所定の厚さに研
磨して第２単結晶シリコン層(52)を形成する工程と、 第２単結晶シリコン層(52)及びその下側の第２膜(42)を
選択的にエッチング除去して前記第１単結晶シリコン層
(51)を露出させ、残留した第２単結晶シリコン層(52)と
第２膜(42)とからなるスペーサ層(24)を形成する工程
と、 前記露出した第１単結晶シリコン層(51)を選択的にエッ
チング除去し、これにより前記第１膜(41)上に単結晶シ
リコンからなる可動電極(26)を形成し、かつ前記第１膜
(41)上において前記可動電極(26)の両側に位置して前記
スペーサ層(24)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)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)と前記固定電極(27,28)と前記スペーサ層
(24)とを有する構造体(25)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(24)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。1. a step of bonding a second silicon wafer (22) to a first silicon wafer (21) having a first film (41) that can be etched without eroding silicon on both sides; Polishing one side of (21) to a predetermined thickness to form a first single-crystal silicon layer (51); and a second film (4) capable of etching both sides without eroding silicon.
Bonding a third silicon wafer (23) having 2) to the first single crystal silicon layer (51); polishing one surface of the third silicon wafer (23) to a predetermined thickness to form a second silicon wafer (23). Forming a crystalline silicon layer (52); and selectively etching and removing the second single crystal silicon layer (52) and the second film (42) thereunder.
(51) exposing, forming a spacer layer (24) composed of the remaining second single-crystal silicon layer (52) and the second film (42); and forming the exposed first single-crystal silicon layer (51). ) Is selectively etched away, thereby forming a movable electrode (26) made of single-crystal silicon on the first film (41), and
(41) forming a pair of fixed electrodes (27, 28) made of single-crystal silicon on both sides of the movable electrode (26) and connected to the spacer layer (24) on the (41); A wafer (22), the first film (41), the movable electrode (26), the fixed electrodes (27, 28), and the spacer layer
Bonding the structure (25) having the (24) to the glass substrate (10) via the spacer layer (24) such that the movable electrode (26) faces the glass substrate (10); Etching the second silicon wafer (22) using the first film (41) as an etch stop layer; and etching and removing the first film (41) to form the pair of fixed electrodes (27, 28). The movable electrode (2) sandwiched between the fixed electrodes (27, 28) and floating above the glass substrate (10)
6) obtaining a semiconductor inertial sensor (30) having the following steps:
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
磨して第１単結晶シリコン層(51)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２膜(4
2)を有する第３シリコンウエーハ(23)を前記第１単結晶
シリコン層(51)に貼り合わせる工程と、 前記第３シリコンウェーハ(23)の片面を所定の厚さに研
磨して第２単結晶シリコン層(52)を形成する工程と、 第２単結晶シリコン層(52)及びその下側の第２膜(42)を
選択的にエッチング除去して前記第１単結晶シリコン層
(51)を露出させ、残留した第２単結晶シリコン層(52)と
第２膜(42)とからなるスペーサ層(24)を形成する工程
と、 前記露出した第１単結晶シリコン層(51)を選択的にエッ
チング除去し、これにより前記第１膜(41)上に単結晶シ
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(24)とを有する構造体(2
5)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(24)を介して前記ガラス基板(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。A step of forming a detection electrode on a glass substrate; and a step of etching a first film on both sides without eroding silicon.
Bonding a second silicon wafer (22) to a first silicon wafer (21) having (1); polishing one surface of the first silicon wafer (21) to a predetermined thickness to form a first monocrystalline silicon layer; (51) forming a second film (4) that can be etched without eroding silicon on both sides.
Bonding a third silicon wafer (23) having 2) to the first single crystal silicon layer (51); polishing one surface of the third silicon wafer (23) to a predetermined thickness to form a second silicon wafer (23). Forming a crystalline silicon layer (52); and selectively etching and removing the second single crystal silicon layer (52) and the second film (42) thereunder.
(51) exposing, forming a spacer layer (24) composed of the remaining second single-crystal silicon layer (52) and the second film (42); and forming the exposed first single-crystal silicon layer (51). ) Is selectively removed by etching to thereby form a movable electrode (26) made of single-crystal silicon on the first film (41); and the second silicon wafer (22) and the first film ( 41), the movable electrode (26), and the structure (2) having the spacer layer (24).
5) The glass substrate (10) via the spacer layer (24) such that the movable electrode (26) faces the detection electrode (12)).
Bonding the second silicon wafer (22) to the glass substrate by etching and removing the first film (41) using the first film (41) as an etch stop layer; 10) obtaining a semiconductor inertial sensor (40) having the movable electrode (26) floating on the detection electrode (12).
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
磨して第１単結晶シリコン層(51)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２膜(4
2)を有する第３シリコンウエーハ(23)を前記第１単結晶
シリコン層(51)に貼り合わせる工程と、 前記第３シリコンウェーハ(23)の片面を所定の厚さに研
磨して第２単結晶シリコン層(52)を形成する工程と、 第２単結晶シリコン層(52)及びその下側の第２膜(42)を
選択的にエッチング除去して前記第１単結晶シリコン層
(51)を露出させ、残留した第２単結晶シリコン層(52)と
第２膜(42)とからなるスペーサ層(24)を形成する工程
と、 前記露出した第１単結晶シリコン層(51)を選択的にエッ
チング除去し、これにより前記第１膜(41)上に単結晶シ
リコンからなる可動電極(26)を形成し、かつ前記第１膜
(41)上において前記可動電極(26)の両側に位置して前記
スペーサ層(24)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)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)と前記固定電極(27,28)と前記スペーサ層
(24)とを有する構造体(25)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(24)を介し
て前記ガラス基板(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。3. A step of forming a detection electrode (12) on a glass substrate (10), and a first film (4) which can be etched on both sides without eroding silicon.
Bonding a second silicon wafer (22) to a first silicon wafer (21) having (1); polishing one surface of the first silicon wafer (21) to a predetermined thickness to form a first monocrystalline silicon layer; (51) forming a second film (4) that can be etched without eroding silicon on both sides.
Bonding a third silicon wafer (23) having 2) to the first single crystal silicon layer (51); polishing one surface of the third silicon wafer (23) to a predetermined thickness to form a second silicon wafer (23). Forming a crystalline silicon layer (52); and selectively etching and removing the second single crystal silicon layer (52) and the second film (42) thereunder.
(51) exposing, forming a spacer layer (24) composed of the remaining second single-crystal silicon layer (52) and the second film (42); and forming the exposed first single-crystal silicon layer (51). ) Is selectively etched away, thereby forming a movable electrode (26) made of single-crystal silicon on the first film (41), and
(41) forming a pair of fixed electrodes (27, 28) made of single-crystal silicon on both sides of the movable electrode (26) and connected to the spacer layer (24) on the (41); A wafer (22), the first film (41), the movable electrode (26), the fixed electrodes (27, 28), and the spacer layer
Bonding the structure (25) having the (24) to the glass substrate (10) via the spacer layer (24) such that the movable electrode (26) faces the detection electrode (12). Etching the second silicon wafer (22) using the first film (41) as an etch stop layer; and etching the first film (41) to remove the pair of fixed electrodes (27, 28). ) And the fixed electrode (27, 28) and the semiconductor inertial sensor (5) having the movable electrode (26) floating on the glass substrate (10) in opposition to the detection electrode (12).
0) obtaining a semiconductor inertial sensor.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9072956A JPH10270714A (en) | 1997-03-26 | 1997-03-26 | Manufacture of semiconductor inertia sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9072956A JPH10270714A (en) | 1997-03-26 | 1997-03-26 | Manufacture of semiconductor inertia sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10270714A true JPH10270714A (en) | 1998-10-09 |
Family
ID=13504353
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9072956A Withdrawn JPH10270714A (en) | 1997-03-26 | 1997-03-26 | Manufacture of semiconductor inertia sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10270714A (en) |
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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: 20040601 |