JPH10190005A - Semiconductor inertia sensor and manufacturing method thereof - Google Patents
Semiconductor inertia sensor and manufacturing method thereofInfo
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- JPH10190005A JPH10190005A JP8344827A JP34482796A JPH10190005A JP H10190005 A JPH10190005 A JP H10190005A JP 8344827 A JP8344827 A JP 8344827A JP 34482796 A JP34482796 A JP 34482796A JP H10190005 A JPH10190005 A JP H10190005A
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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及
びそ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 semiconductor inertial sensor suitable for a capacitance type acceleration sensor, angular velocity sensor, and the like, and a method for manufacturing the same.
【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。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.
【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
合によりガラス基板と一体化される。When manufacturing this sensor, a thickness of 20
A structure such as a movable electrode portion is formed by etching a single crystal silicon substrate having a crystal orientation of (110) of about 0 μm 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, , KOH, etc. are used for wet etching. The etched silicon substrate is integrated with the glass substrate by anodic bonding.
【０００４】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)) is disclosed. This micro gyro has a structure using so-called surface micromachining technology. In particular,
A detection electrode is formed on a silicon substrate by impurity diffusion,
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.
【０００５】また別の半導体慣性センサとして、ガラ
ス基板と単結晶シリコンの構造からなる振動型半導体素
子の製造方法が開示されている（特開平７−２８３４２
０）。この製造方法では、エッチストップ層を介して貼
り合わせた２枚のウェーハのうちの１枚のウェーハに可
動電極部分及び固定電極部分の加工を行い、この加工を
行ったウェーハを接合面として貼り合わせウェーハをガ
ラス基板に陽極接合した後、加工を行っていない側のウ
ェーハを除去し、続いてエッチストップ層を除去してい
る。As another semiconductor inertial sensor, a method of manufacturing a vibrating semiconductor element having a structure of a glass substrate and single crystal silicon is disclosed (Japanese Patent Laid-Open No. 7-28342).
0). In this manufacturing method, a movable electrode portion and a fixed electrode portion are processed on one of two wafers bonded via an etch stop layer, and the processed wafer is bonded as a bonding surface. After the wafer is anodically bonded to the glass substrate, the wafer on the non-processed side is removed, and then the etch stop layer is removed.
【０００６】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.
【０００７】[0007]
【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 to perform anodic bonding in a state where electrostatic force does not work, and then the short-circuited electrodes are separated using a laser. Further, it was 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.
【０００８】のマイクロジャイロは、シリコンウェー
ハを基板とするため、センサの寄生容量が大きく、感度
や精度を高くすることが困難であった。の振動型半導
体素子の製造方法では、シリコンウェーハの貼り合わせ
などの手間のかかる工程を必要とした。In the micro gyro described above, 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. In the method of manufacturing the vibration type semiconductor device, the complicated process such as the bonding of the silicon wafers is required.
【０００９】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。Furthermore, 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.
【００１０】本発明の目的は、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
体慣性センサ及びその製造方法を提供することにある。
本発明の別の目的は、寄生容量が低く、高感度で高精度
の半導体慣性センサ及びその製造方法を提供することに
ある。本発明の更に別の目的は、電極間ギャップ形成精
度に優れた半導体慣性センサ及びその製造方法を提供す
ることにある。An object of the present invention is to provide a low-cost semiconductor inertial sensor and a method for manufacturing the same, which do not require wafer bonding or laser processing and are suitable for mass production.
Another object of the present invention is to provide a semiconductor inertial sensor with low parasitic capacitance, high sensitivity and high accuracy, and a method for manufacturing the same. It is still another object of the present invention to provide a semiconductor inertial sensor having excellent precision in forming a gap between electrodes and a method of manufacturing the same.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
図１及び図２に示すように、ガラス基板１０上に形成さ
れたポリシリコン層２３の上方に浮動するように設けら
れた可動電極２６と、ポリシリコン層２３上に可動電極
２６を挟んで設けられた一対の固定電極２７，２８とを
備えた半導体慣性センサ３０において、ガラス基板１０
上にポリシリコン層２３が形成され、可動電極２６が単
結晶シリコン層２０ａからなるか又は単結晶シリコン層
２０ａとポリシリコン層２２ａを積層してなりかつポリ
シリコン層２３の上方に浮動するように設けられ、一対
の固定電極２７，２８が単結晶シリコン層２０ｂ，２０
ｃからなるか又は単結晶シリコン層２０ｂ，２０ｃとポ
リシリコン層２２ｂ，２２ｃを積層してなり、可動電極
２６を支持するビーム３１の基端部３１ａがシリコンを
浸食せずにエッチング可能な膜２１ｂ，２１ｃを介して
ポリシリコン層２３に接合されたことを特徴とする。The invention according to claim 1 is
As shown in FIGS. 1 and 2, a movable electrode 26 is provided so as to float above a polysilicon layer 23 formed on a glass substrate 10, and a movable electrode 26 is provided on the polysilicon layer 23 with the movable electrode 26 interposed therebetween. In a semiconductor inertial sensor 30 including a pair of fixed electrodes 27 and 28
A polysilicon layer 23 is formed thereon, and the movable electrode 26 is made of a single-crystal silicon layer 20a or a laminate of the single-crystal silicon layer 20a and the polysilicon layer 22a and floats above the polysilicon layer 23. The pair of fixed electrodes 27 and 28 are provided to form the single-crystal silicon layers 20 b and 20 b.
c or a laminate of single-crystal silicon layers 20b and 20c and polysilicon layers 22b and 22c, and a base 21a of beam 31 supporting movable electrode 26 can be etched without eroding silicon. , 21c via the polysilicon layer 23.
【００１２】請求項２に係る発明は、図３及び図４に示
すように、ガラス基板１０上に形成された検出電極１２
と、検出電極１２の上方に浮動するように設けられた可
動電極２６とを備えた半導体慣性センサ４０において、
ガラス基板１０上にポリシリコン層２３ｂ，２３ｃ及び
Ｎ+又はＰ+拡散層２３ａからなる検出電極１２が形成さ
れ、可動電極２６が単結晶シリコン層２０ａからなるか
又は単結晶シリコン層２０ａとポリシリコン層２２ａを
積層してなりかつＮ+又はＰ+拡散層２３ａの上方に浮動
するように設けられ、可動電極２６を支持するビーム３
１の基端部３１ａがシリコンを浸食せずにエッチング可
能な膜２１ｂ，２１ｃを介してポリシリコン層２３ｂ，
２３ｃに接合されたことを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, as shown in FIGS. 3 and 4, a detection electrode 12 formed on a glass substrate 10 is provided.
And a movable electrode 26 provided so as to float above the detection electrode 12.
A detection electrode 12 comprising polysilicon layers 23b and 23c and an N + or P + diffusion layer 23a is formed on a glass substrate 10, and a movable electrode 26 comprises a single-crystal silicon layer 20a or a single-crystal silicon layer 20a and polysilicon. The beam 3 supporting the movable electrode 26 is provided by stacking the layers 22a and provided so as to float above the N + or P + diffusion layer 23a.
The polysilicon layer 23b, via the films 21b, 21c whose base end 31a can be etched without eroding silicon.
23c.
【００１３】請求項３に係る発明は、図５及び図６に示
すように、ガラス基板１０上に形成された検出電極１２
と、検出電極１２の上方に浮動するように設けられた可
動電極２６と、ポリシリコン層２３上に可動電極２６を
挟んで設けられた一対の固定電極２７，２８とを備えた
半導体慣性センサ５０において、ガラス基板１０上にポ
リシリコン層２３ｂ，２３ｃ及びＮ+又はＰ+拡散層２３
ａからなる検出電極１２が形成され、可動電極２６が単
結晶シリコン層２０ａからなるか又は単結晶シリコン層
２０ａとポリシリコン層２２ａを積層してなりかつＮ+
又はＰ+拡散層２３ａの上方に浮動するように設けら
れ、一対の固定電極２７，２８が単結晶シリコン層２０
ｂ，２０ｃからなるか又は単結晶シリコン層２０ｂ，２
０ｃとポリシリコン層２２ｂ，２２ｃを積層してなり、
可動電極２６を支持するビーム３１の基端部３１ａがシ
リコンを浸食せずにエッチング可能な膜２１ｂ，２１ｃ
を介してポリシリコン層２３ｂ，２３ｃに接合されたこ
とを特徴とする。The invention according to claim 3 is, as shown in FIGS. 5 and 6, a detection electrode 12 formed on a glass substrate 10.
A semiconductor inertial sensor 50 including a movable electrode 26 provided so as to float above the detection electrode 12, and a pair of fixed electrodes 27 and 28 provided on the polysilicon layer 23 with the movable electrode 26 interposed therebetween. , The polysilicon layers 23 b and 23 c and the N + or P + diffusion layer 23 are formed on the glass substrate 10.
The detection electrode 12 made of a is formed, the movable electrode 26 is made of the single crystal silicon layer 20a, or the single crystal silicon layer 20a and the polysilicon layer 22a are laminated and N +.
Alternatively, the pair of fixed electrodes 27 and 28 are provided so as to float above the P + diffusion layer 23a,
b, 20c or the single-crystal silicon layer 20b, 2
0c and polysilicon layers 22b and 22c,
Films 21b and 21c that can be etched without eroding silicon at base end 31a of beam 31 supporting movable electrode 26
It is characterized in that it is joined to the polysilicon layers 23b and 23c via the.
【００１４】半導体慣性センサ３０，４０及び５０は、
基板にポリシリコン層を形成したガラス基板を用いるた
め、寄生容量が低く、高感度で高精度である。また可動
電極が単結晶シリコン層からなるか又は単結晶シリコン
層とポリシリコン層を積層してなるため、機械的特性に
優れる。また、検出電極を持つ構造となる半導体慣性セ
ンサ４０，５０においては可動電極と検出電極とのギャ
ップがシリコンを浸食せずにエッチング可能な膜の厚さ
で規定されるため、高精度にギャップを形成できる。The semiconductor inertial sensors 30, 40 and 50 are:
Since a glass substrate having a polysilicon layer formed thereon is used, the parasitic capacitance is low, and the sensitivity and accuracy are high. In addition, since the movable electrode is formed of a single-crystal silicon layer or a single-crystal silicon layer and a polysilicon layer, the mechanical characteristics are excellent. Further, in the semiconductor inertial sensors 40 and 50 having the structure having the detection electrode, the gap between the movable electrode and the detection electrode is defined by the thickness of the film which can be etched without eroding silicon, so that the gap can be precisely formed. Can be formed.
【００１５】請求項４に係る発明は、図１に示すよう
に、シリコンを浸食せずにエッチング可能な膜２１が片
面に形成されたシリコンウェーハ２０の露出面上及び膜
２１上にポリシリコン層２２，２３を形成する工程と、
ポリシリコン層２２及びシリコンウエーハ２０の所定の
部分を膜２１をエッチストップ層としてエッチングする
ことにより膜２１の上面に積層された単結晶シリコン層
２０ａとポリシリコン層２２ａからなる可動電極２６
と、可動電極２６の両側に単結晶シリコン層２０ｂ，２
０ｃとポリシリコン層２２ｂ，２２ｃからなる一対の固
定電極２７，２８を形成する工程と、膜２１と可動電極
２６と固定電極２７，２８とポリシリコン層２３とを有
する構造体２４をポリシリコン層２３がガラス基板１０
に対向するようにガラス基板１０に接合する工程と、膜
２１を選択的にエッチング除去することにより一対の固
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。According to a fourth aspect of the present invention, as shown in FIG. 1, a polysilicon layer is formed on the exposed surface of the silicon wafer 20 and the film 21 on which the film 21 that can be etched without eroding silicon is formed on one surface. Forming 22 and 23;
By etching a predetermined portion of the polysilicon layer 22 and the silicon wafer 20 using the film 21 as an etch stop layer, the movable electrode 26 composed of the single crystal silicon layer 20a and the polysilicon layer 22a laminated on the upper surface of the film 21.
And the single-crystal silicon layers 20b, 2 on both sides of the movable electrode 26.
0c and a pair of fixed electrodes 27 and 28 composed of the polysilicon layers 22b and 22c, and a structure 24 having the film 21, the movable electrode 26, the fixed electrodes 27 and 28, and the polysilicon layer 23. 23 is the glass substrate 10
The step of bonding to the glass substrate 10 so as to face the substrate, and the semiconductor inertial sensor 30 having the movable electrode 26 sandwiched between the pair of fixed electrodes 27 and 28 by selectively removing the film 21 by etching. A method for manufacturing a semiconductor inertial sensor, the method including:
【００１６】請求項５に係る発明は、図４に示すよう
に、シリコンを浸食せずにエッチング可能な膜２１が片
面に形成されたシリコンウェーハ２０の露出面上及び膜
２１上にポリシリコン層２２，２３を形成する工程と、
ポリシリコン層２３の所定の部分にポリシリコン層２３
ｂ，２３ｃ及びＮ+又はＰ+拡散層２３ａからなる検出電
極１２を形成する工程と、ポリシリコン層２２及びシリ
コンウエーハ２０の所定の部分を膜２１をエッチストッ
プ層としてエッチングすることにより膜２１の上面に単
結晶シリコン層２０ａとポリシリコン層２２ａからなる
可動電極２６とを形成する工程と、可動電極２６とポリ
シリコン層２３ｂ，２３ｃと検出電極１２が形成された
構造体２４のポリシリコン層２３ｂ，２３ｃを検出電極
１２とともにガラス基板１０に接合する工程と、膜２１
を選択的にエッチング除去することにより検出電極１２
に対向して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。According to the fifth aspect of the present invention, as shown in FIG. 4, a polysilicon layer is formed on the exposed surface of the silicon wafer 20 and the film 21 on which the film 21 that can be etched without eroding silicon is formed on one surface. 22 and 23 are formed,
A polysilicon layer 23 is formed on a predetermined portion of the polysilicon layer 23.
b, 23c and the step of forming the detection electrode 12 composed of the N + or P + diffusion layer 23a, and etching of the polysilicon layer 22 and predetermined portions of the silicon wafer 20 using the film 21 as an etch stop layer. Forming a movable electrode 26 composed of a single-crystal silicon layer 20a and a polysilicon layer 22a on the upper surface; and forming a polysilicon layer 23b of the structure 24 on which the movable electrode 26, the polysilicon layers 23b and 23c, and the detection electrode 12 are formed. , 23c together with the detection electrode 12 to the glass substrate 10;
By selectively etching away the
And a step of obtaining the semiconductor inertial sensor 40 having the movable electrode 26 provided so as to face the semiconductor inertial sensor.
【００１７】請求項６に係る発明は、図５に示すよう
に、シリコンを浸食せずにエッチング可能な膜２１が片
面に形成されたシリコンウェーハ２０の露出面上及び膜
２１上にポリシリコン層２２，２３を形成する工程と、
ポリシリコン層２３の所定の部分にポリシリコン層２３
ｂ，２３ｃ及びＮ+又はＰ+拡散層２３ａからなる検出電
極１２を形成する工程と、ポリシリコン層２２及びシリ
コンウエーハ２０の所定の部分を膜２１をエッチストッ
プ層としてエッチングすることにより膜２１の上面に単
結晶シリコン層２０ａとポリシリコン層２２ａからなる
可動電極２６と、可動電極２６の両側に単結晶シリコン
層２０ｂ，２０ｃとポリシリコン層２２ｂ，２２ｃから
なる一対の固定電極２７，２８を形成する工程と、可動
電極２６と固定電極２７，２８とポリシリコン層２３
ｂ，２３ｃと検出電極１２が形成された構造体２４のポ
リシリコン層２３ｂ，２３ｃを検出電極１２とともにガ
ラス基板１０に接合する工程と、膜２１を選択的にエッ
チング除去することにより一対の固定電極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 sixth aspect of the present invention, as shown in FIG. 5, a polysilicon layer is formed on an exposed surface of a silicon wafer 20 having a film 21 which can be etched without eroding silicon on one side and on the film 21. Forming 22 and 23;
A polysilicon layer 23 is formed on a predetermined portion of the polysilicon layer 23.
b, 23c and the N + or P + diffusion layer 23a, and forming the detection electrode 12, and etching the predetermined portion of the polysilicon layer 22 and the silicon wafer 20 by using the film 21 as an etch stop layer. A movable electrode 26 composed of a single-crystal silicon layer 20a and a polysilicon layer 22a is formed on the upper surface, and a pair of fixed electrodes 27 and 28 composed of single-crystal silicon layers 20b and 20c and polysilicon layers 22b and 22c are formed on both sides of the movable electrode 26. The movable electrode 26, the fixed electrodes 27 and 28, and the polysilicon layer 23.
bonding the polysilicon layers 23b and 23c of the structure 24 with the detection electrodes 12 to the glass substrate 10 together with the detection electrodes 12, and selectively removing the film 21 by etching to form a pair of fixed electrodes. Obtaining a semiconductor inertial sensor 50 having a movable electrode 26 interposed between 27 and 28.
【００１８】この請求項４ないし６に係る製造方法で
は、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。また基板にポリシリコン層を形成したガラス基板
を用いるので、センサは寄生容量が低い。また、検出電
極を持つ構造となる半導体慣性センサ４０，５０におい
ては可動電極と検出電極とのギャップをエッチング時間
で制御することなく、エッチストップ層としての膜の厚
さで規定するため、高精度にギャップを形成できる。こ
のため高感度で高精度な半導体慣性センサが作られる。In the manufacturing method according to the fourth to sixth aspects, since wafer bonding and laser processing are unnecessary and suitable for mass production, a semiconductor inertial sensor can be manufactured at low cost. Further, since a glass substrate having a polysilicon layer formed thereon is used, the sensor has a low parasitic capacitance. Further, in the semiconductor inertial sensors 40 and 50 having a structure having a detection electrode, the gap between the movable electrode and the detection electrode is defined by the thickness of the film as the etch stop layer without being controlled by the etching time. A gap can be formed in Therefore, a highly sensitive and accurate semiconductor inertial sensor is manufactured.
【００１９】ここで、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。Here, a film that can be etched without eroding silicon means that an etchant that does not corrode silicon when etching the film can be selected. When this film is used as an etch stop layer, it is possible to etch only silicon with an etchant different from the above etchant. Examples of the film having such properties include an oxide film and a nitride film.
【００２０】[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上に形成されたポリシリコ
ン層２３上に膜２１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は単
結晶シリコン層２０ａとポリシリコン層２２ａを積層し
てなる。固定電極２７及び２８は、それぞれ酸化膜又は
窒化シリコン膜等のシリコンを浸食せずにエッチング可
能な膜２１ｂ，２１ｃと単結晶シリコン層２０ｂ，２０
ｃとポリシリコン層２２ｂ，２２ｃとを積層してなる。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 is fixed via a film 21 on a polysilicon layer 23 formed on a glass substrate 10. The movable electrode 26 is provided between the fixed electrodes 27 and 28. The movable electrode 26 is formed by laminating a single crystal silicon layer 20a and a polysilicon layer 22a. The fixed electrodes 27 and 28 are films 21b and 21c which can be etched without eroding silicon such as an oxide film or a silicon nitride film, and single-crystal silicon layers 20b and 20 respectively.
c and polysilicon layers 22b and 22c.
【００２１】図１には示さないが、可動電極２６は単結
晶シリコン層２０ａのみから構成してもよい。また固定
電極２７及び２８は、それぞれ酸化膜又は窒化シリコン
膜等のシリコンを浸食せずにエッチング可能な膜２１
ｂ，２１ｃと単結晶シリコン層２０ｂ，２０ｃとの２層
から構成してもよい。また、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はポリシリコン層２３の上方に位置
し、ビーム３１，３１によりその両端が支持され、ポリ
シリコン層２３に対して浮動になっている。ビーム３１
の基端部３１ａはポリシリコン層２３上に膜２１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。Although not shown in FIG. 1, the movable electrode 26 may be composed of only the single crystal silicon layer 20a. The fixed electrodes 27 and 28 are formed of a film 21 that can be etched without eroding silicon, such as an oxide film or a silicon nitride film.
It may be composed of two layers of b and 21c and single crystal silicon layers 20b and 20c. The opposing portions of the electrodes 26 and 27 and the electrodes 26 and 28 are formed in a comb shape. The movable electrode 26 is located above the polysilicon layer 23, has its both ends supported by the beams 31 and 31, and is floating with respect to the polysilicon layer 23. Beam 31
Is fixed on the polysilicon layer 23 with the film 21 interposed therebetween. 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, the movable electrode 26
When an acceleration in a horizontal direction orthogonal to a line connecting the beam base ends 31a and 31a acts as shown by arrows in the figure, the movable electrode 26 vibrates around the beams 31 and 31 as supporting axes. When the distance between the movable electrode 26 and the fixed electrodes 27 and 28 is widened or narrowed, the electrostatic capacitance between the movable electrode 26 and the fixed electrodes 27 and 28 changes. The acceleration that acts is obtained from the change in the capacitance.
【００２２】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、シリコンウェーハ２０の両面にシリコンを浸食せず
にエッチング可能な膜２１を形成する。この膜２１とし
ては、ウェーハ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ＳｉＨ2Ｃｌ2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。ウェーハ両面に酸化膜又は窒化シリ
コン膜２１，２１を形成した後、一方の膜２１をフッ酸
でエッチング除去する。このシリコンウェーハ２０の露
出面上にポリシリコン層２２を、また膜２１上にポリシ
リコン層２３をそれぞれＣＶＤ法により１０μｍ厚に形
成する。ポリシリコン層２２の表面にスパッタリング等
によりＮｉ膜２５を形成し、パターニングした後、ＳＦ
6ガスによる低温での異方性ドライエッチングを行う。
これにより膜２１をエッチストップ層としてシリコンウ
エーハ２０及びポリシリコン層２２が選択的にエッチン
グされ、その結果、膜２１上に単結晶シリコン層２０ａ
とポリシリコン層２２ａを有する可動電極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
晶シリコン層２０ｂ，２０ｃとこの上に積層されたポリ
シリコン層２２ｂ，２２ｃからなる一対の固定電極２
７，２８が形成される。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 21 that can be etched without eroding silicon is formed on both surfaces of a silicon wafer 20. The film 21 is not only an oxide film formed by thermally oxidizing a wafer, but also a silicon nitride film formed by a chemical vapor deposition (CVD) method using SiH 2 Cl 2 or SiH 4 and NH 3 gas. And the like. After forming oxide films or silicon nitride films 21 and 21 on both surfaces of the wafer, one film 21 is removed by etching with hydrofluoric acid. A polysilicon layer 22 is formed on the exposed surface of the silicon wafer 20, and a polysilicon layer 23 is formed on the film 21 to a thickness of 10 μm by the CVD method. A Ni film 25 is formed on the surface of the polysilicon layer 22 by sputtering or the like, and is patterned.
Perform anisotropic dry etching at low temperature with 6 gas.
As a result, the silicon wafer 20 and the polysilicon layer 22 are selectively etched using the film 21 as an etch stop layer, and as a result, the single crystal silicon layer 20a is formed on the film 21.
And a movable electrode 26 having a polysilicon layer 22a are formed, and a pair of single crystal silicon layers 20b and 20c and polysilicon layers 22b and 22c laminated on the movable electrode 26 are formed on both sides of the movable electrode 26 with a slight gap. Fixed electrode 2
7, 28 are formed.
【００２３】Ｎｉ膜２５を除去した後、膜２１と可動電
極２６と一対の固定電極２７，２８とポリシリコン層２
３を有する構造体２４をポリシリコン層２３がガラス基
板１０に対向するようにガラス基板１０に陽極接合す
る。その後、フッ酸などのエッチャントによるウエット
エッチングを行って、固定電極２７，２８、可動電極２
６がポリシリコン層２３に接合された箇所の、単結晶シ
リコン層２０とポリシリコン層２３との間に介在する膜
２１を除いた他の膜２１を選択的にエッチング除去す
る。なお図示しないが、可動電極２６には膜２１に達す
る貫通孔が多数あけられ、フッ酸などのエッチャントが
これらの貫通孔を通って優先的に可動電極２６の下面の
膜２１を除去する。このことは以下に述べる第２及び第
３実施形態の半導体慣性センサの製造においても同じで
ある。これにより可動電極２６が一対の固定電極２７，
２８に挟まれてポリシリコン層２３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。After removing the Ni film 25, the film 21, the movable electrode 26, the pair of fixed electrodes 27 and 28, and the polysilicon layer 2
3 is anodically bonded to the glass substrate 10 so that the polysilicon layer 23 faces the glass substrate 10. Thereafter, wet etching with an etchant such as hydrofluoric acid is performed to fix the fixed electrodes 27 and 28 and the movable electrode 2.
6 except for the film 21 interposed between the single crystal silicon layer 20 and the polysilicon layer 23 where the silicon film 23 is bonded to the polysilicon layer 23 is selectively etched away. Although not shown, the movable electrode 26 is provided with a large number of through holes reaching the film 21, and an etchant such as hydrofluoric acid passes through these through holes to remove the film 21 on the lower surface of the movable electrode 26 preferentially. This is the same in the manufacture of the semiconductor inertial sensors of the second and third embodiments described below. As a result, the movable electrode 26 becomes a pair of fixed electrodes 27,
Thus, a semiconductor inertial sensor 30 formed above and floating above the polysilicon layer 23 is obtained.
【００２４】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上に形成されたポリシ
リコン層２３上に膜２１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は単結晶シリ
コン層２０ａとポリシリコン層２２ａを積層してなる。
枠体２９は、シリコンを浸食せずにエッチング可能な膜
２１ｂ，２１ｃと単結晶シリコン層２０ｂ，２０ｃとポ
リシリコン層２２ｂ，２２ｃとを積層してなる。Ｎ+又
はＰ+拡散層２３ａからなる検出電極１２がガラス基板
１０上に形成され、この両側に連続してＰ型又はＮ型の
ポリシリコン層２３ｂ，２３ｃが形成される。FIGS. 3 and 4 show a semiconductor inertial sensor 40 according to a second embodiment. This semiconductor inertial sensor 40 is an acceleration sensor, and has a movable electrode 26 between frame bodies 29 fixed via a film 21 on a polysilicon layer 23 formed on a glass substrate 10. The movable electrode 26 is formed by laminating a single crystal silicon layer 20a and a polysilicon layer 22a.
The frame 29 is formed by laminating films 21b and 21c that can be etched without eroding silicon, single-crystal silicon layers 20b and 20c, and polysilicon layers 22b and 22c. The detection electrode 12 made of the N + or P + diffusion layer 23a is formed on the glass substrate 10, and P-type or N-type polysilicon layers 23b and 23c are continuously formed on both sides of the detection electrode 12.
【００２５】図４には示さないが、可動電極２６は単結
晶シリコン層２０ａのみから構成してもよい。また枠体
２９は、酸化膜又は窒化シリコン膜等のシリコンを浸食
せずにエッチング可能な膜２１ｂ，２１ｃと単結晶シリ
コン層２０ｂ，２０ｃとの２層から構成してもよい。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はポリシリコン層２３の上方に位置
し、ビーム３１，３１によりその両端が支持され、ポリ
シリコン層２３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に位置しかつポ
リシリコン層２３上に膜２１を介して固着される。図示
しないが、ビーム基端部３１ａ及び検出電極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２
６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。Although not shown in FIG. 4, the movable electrode 26 may be composed of only the single crystal silicon layer 20a. The frame body 29 may be composed of two layers of films 21b and 21c such as an oxide film or a silicon nitride film that can be etched without eroding silicon and single-crystal silicon layers 20b and 20c. The movable electrode 26 is accommodated in a window frame-shaped frame 29 at intervals. The movable electrode 26 is located above the polysilicon layer 23, and both ends thereof are supported by the beams 31, and are floating with respect to the polysilicon layer 23. Beam 31
The base end 31a is located in the recess 29a of the frame body 29 and is fixed on the polysilicon layer 23 via the film 21. 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 indicated by arrows in the figure, the movable electrode 26 applies the beams 31 and 31 to the movable electrode 26.
Vibrates around the shaft. When the distance between the movable electrode 26 and the detection electrode 12 increases or decreases, the movable electrode 2
6 and the detection electrode 12 change. The acceleration that acts is obtained from the change in the capacitance.
【００２６】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、シリコンウェーハ２０の両面に酸化膜２１を形成し
た後、一方の表面膜２１をフッ酸でエッチング除去す
る。シリコンウェーハ２０の露出面及び膜２１上にＰ型
もしくはＮ型のポリシリコン層２２，２３をそれぞれＣ
ＶＤ法により１０μｍ厚に形成する。ポリシリコン層２
２，２３が形成されたシリコンウエーハ２０を熱酸化し
てポリシリコン層２２，２３表面に酸化膜５１形成した
後、ポリシリコン層２３の酸化膜５１をパターニングし
て拡散窓を形成する。拡散窓により開口したポリシリコ
ン層２３に、ポリシリコン層２３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、またポリシリコン
層２３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、ポリシリコン層２３の所
定の部分にＮ+又はＰ+拡散層２３ａからなる検出電極１
２を形成する。検出電極１２の両側にはポリシリコン層
２３ｂ，２３ｃが、またこれらの表面には酸化膜５１
ｂ，５１ｃが残存する。これらの酸化膜５１ｂ，５１ｃ
及びポリシリコン層２２表面の酸化膜５１を除去し、次
いでポリシリコン層２２の表面にスパッタリングにより
Ｎｉ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。これに
より膜２１をエッチストップ層としてシリコンウエーハ
２０及びポリシリコン層２２が選択的にエッチングさ
れ、その結果、膜２１上に単結晶シリコン層２０ａとポ
リシリコン層２２ａを有する可動電極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
リコン層２０ｂ，２０ｃとこの上に積層されたポリシリ
コン層２２ｂ，２２ｃからなる枠体２９が形成される。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, after the oxide films 21 are formed on both surfaces of the silicon wafer 20, one surface film 21 is removed by etching with hydrofluoric acid. P-type or N-type polysilicon layers 22 and 23 are formed on the exposed surface of the silicon wafer 20 and the film 21 by C
It is formed to a thickness of 10 μm by the VD method. Polysilicon layer 2
After thermally oxidizing the silicon wafer 20 on which the silicon wafers 2 and 23 are formed to form an oxide film 51 on the surfaces of the polysilicon layers 22 and 23, the oxide film 51 of the polysilicon layer 23 is patterned to form a diffusion window. If the polysilicon layer 23 is P-type, the N-type impurity phosphorus is diffused into the N + diffusion layer, and if the polysilicon layer 23 is N-type, the P-type impurity is diffused into the polysilicon layer 23 opened by the diffusion window. Of boron
By providing the + diffusion layer, the detection electrode 1 composed of the N + or P + diffusion layer 23a is provided at a predetermined portion of the polysilicon layer 23.
Form 2 Polysilicon layers 23b and 23c are formed on both sides of the detection electrode 12, and an oxide film 51 is formed on these surfaces.
b and 51c remain. These oxide films 51b, 51c
Then, the oxide film 51 on the surface of the polysilicon layer 22 is removed, then a Ni film 25 is formed on the surface of the polysilicon layer 22 by sputtering, and after patterning, anisotropic dry etching is performed at a low temperature using SF 6 gas. As a result, the silicon wafer 20 and the polysilicon layer 22 are selectively etched using the film 21 as an etch stop layer. As a result, a movable electrode 26 having a single-crystal silicon layer 20a and a polysilicon layer 22a is formed on the film 21.
A frame 29 composed of the single crystal silicon layers 20b and 20c and the polysilicon layers 22b and 22c laminated thereon is formed with a slight gap on both sides of the movable electrode 26.
【００２７】Ｎｉ膜２５を除去した後、可動電極２６と
枠体２９と検出電極１２を有する構造体２４のポリシリ
コン層２３ｂ，２３ｃをＮ+又はＰ+拡散層２３ａからな
る検出電極１２とともにガラス基板１０に接合する。そ
の後、フッ酸などのエッチャントによるウエットエッチ
ングを行って、枠体２９、可動電極２６がポリシリコン
層２３に接合された箇所の、単結晶シリコン層２０とポ
リシリコン層２３との間に介在する膜２１を除いた他の
膜２１を選択的にエッチング除去する。これにより可動
電極２６が枠体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。After the Ni film 25 is removed, the polysilicon layers 23b and 23c of the structure 24 having the movable electrode 26, the frame 29 and the detection electrode 12 are glass-coated together with the detection electrode 12 made of the N + or P + diffusion layer 23a. Bonded to the substrate 10. Thereafter, wet etching is performed with an etchant such as hydrofluoric acid to form a film interposed between the single-crystal silicon layer 20 and the polysilicon layer 23 at a position where the frame body 29 and the movable electrode 26 are joined to the polysilicon layer 23. Other films 21 except 21 are selectively removed by etching. As a result, a semiconductor inertial sensor 40 in which the movable electrode 26 is sandwiched between the frame bodies 29 and floats above the detection electrode 12 is obtained.
【００２８】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上に形成されたポリシ
リコン層２３上に膜２１を介して固着された固定電極２
７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は単結晶シリコン層２０ａとポ
リシリコン層２２ａを積層してなる。固定電極２７，２
８はシリコンを浸食せずにエッチング可能な膜２１ｂ，
２１ｃと単結晶シリコン層２０ｂ，２０ｃとポリシリコ
ン層２２ｂ，２２ｃとを積層してなる。Ｎ+又はＰ+拡散
層２３ａからなる検出電極１２がガラス基板１０上に形
成され、この両側に連続してＰ型又はＮ型のポリシリコ
ン層２３ｂ，２３ｃが形成される。図５には示さない
が、可動電極２６は単結晶シリコン層２０ａのみから構
成してもよい。また固定電極２７，２８はシリコンを浸
食せずにエッチング可能な膜２１ｂ，２１ｃと単結晶シ
リコン層２０ｂ，２０ｃとの２層から構成してもよい。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 fixed electrode 2 fixed via a film 21 on a polysilicon layer 23 formed on a glass substrate 10.
A pair of movable electrodes 26, 26 having a tuning fork structure between 7 and 28
Having. The movable electrode 26 is formed by laminating a single crystal silicon layer 20a and a polysilicon layer 22a. Fixed electrodes 27, 2
8 is a film 21b that can be etched without eroding silicon,
21c, monocrystalline silicon layers 20b and 20c, and polysilicon layers 22b and 22c. The detection electrode 12 composed of the N + or P + diffusion layer 23a is formed on the glass substrate 10, and P-type or N-type polysilicon layers 23b and 23c are continuously formed on both sides thereof. Although not shown in FIG. 5, the movable electrode 26 may be composed of only the single crystal silicon layer 20a. Further, the fixed electrodes 27 and 28 may be composed of two layers of films 21b and 21c that can be etched without eroding silicon and single-crystal silicon layers 20b and 20c.
【００２９】また、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はポリシリコン層２３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、ポリ
シリコン層２３に対して浮動になっている。ビーム３１
の基端部３１ａはポリシリコン層２３上に膜２１を介し
て固着される。図示しないが、ビーム基端部３１ａ、固
定電極２７及び２８、検出電極１２には個別に電気配線
がなされ、固定電極２７及び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。The opposing portions of the electrodes 26 and 27 and the electrodes 26 and 28 are formed in a comb shape. The movable electrode 26 is located above the polysilicon layer 23, its both ends are supported by the U-shaped beams 31, 31 and is floating with respect to the polysilicon layer 23. Beam 31
Is fixed on the polysilicon layer 23 with the film 21 interposed therebetween. Although not shown, electric wires are individually provided to the beam base 31a, the fixed electrodes 27 and 28, and the detection electrode 12, and an AC voltage is applied to the fixed electrodes 27 and 28,
The movable electrode is excited by electrostatic force. In the semiconductor inertial sensor 50, when an angular velocity acts on the movable electrodes 26, 26 around a line connecting the beam base ends 31a, 31a, Coriolis force is generated on the movable electrodes 26, 26, and around the center line. Resonates by causing torsional vibration. 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.
【００３０】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、シリコンウェーハ２０の両面に酸化膜２１を形成し
た後、一方の表面膜２１をフッ酸でエッチング除去す
る。シリコンウェーハ２０の露出面及び膜２１上にＰ型
もしくはＮ型のポリシリコン層２２，２３をそれぞれＣ
ＶＤ法により１０μｍ厚に形成する。ポリシリコン層２
２，２３が形成されたシリコンウエーハ２０を熱酸化し
てポリシリコン層２２，２３表面に酸化膜５１形成す
る。次に第２実施形態と同様の処理を施して、ポリシリ
コン層２３の所定の部分にＮ+又はＰ+拡散層２３ａから
なる検出電極１２を形成する。更に第２実施形態と同様
に酸化膜５１ｂ，５１ｃ及び５１を除去し、次いでポリ
シリコン層２２の表面にスパッタリングによりＮｉ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。これにより膜２
１をエッチストップ層としてシリコンウエーハ２０及び
ポリシリコン層２２が選択的にエッチングされ、その結
果、膜２１上に単結晶シリコン層２０ａとポリシリコン
層２２ａを有する可動電極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層２
０ｂ，２０ｃとこの上に積層されたポリシリコン層２２
ｂ，２２ｃからなる固定電極２７，２８が形成される。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, after the oxide films 21 are formed on both surfaces of the silicon wafer 20, one of the surface films 21 is removed by etching with hydrofluoric acid. P-type or N-type polysilicon layers 22 and 23 are formed on the exposed surface of the silicon wafer 20 and the film 21 by C
It is formed to a thickness of 10 μm by the VD method. Polysilicon layer 2
By thermally oxidizing the silicon wafer 20 on which the silicon layers 2 and 23 are formed, an oxide film 51 is formed on the surfaces of the polysilicon layers 22 and 23. Next, the same processing as in the second embodiment is performed to form the detection electrode 12 made of the N + or P + diffusion layer 23a on a predetermined portion of the polysilicon layer 23. Further, the oxide films 51b, 51c and 51 are removed as in the second embodiment, and then the Ni film 2 is formed on the surface of the polysilicon layer 22 by sputtering.
After forming and patterning 5, anisotropic dry etching is performed at a low temperature using SF 6 gas. Thus, the film 2
1 as an etch stop layer, the silicon wafer 20 and the polysilicon layer 22 are selectively etched, and as a result, a movable electrode 26 having a single-crystal silicon layer 20a and a polysilicon layer 22a is formed on the film 21. 26 with a slight gap on both sides of the single crystal silicon layer 2
0b, 20c and a polysilicon layer 22 laminated thereon
Fixed electrodes 27 and 28 composed of b and 22c are formed.
【００３１】Ｎｉ膜２５を除去した後、可動電極２６と
固定電極２７，２８と検出電極１２を有する構造体２４
のポリシリコン層２３ｂ，２３ｃをＮ+又はＰ+拡散層２
３ａからなる検出電極１２とともにガラス基板１０に接
合する。その後、フッ酸などのエッチャントによるウエ
ットエッチングを行って、固定電極２７，２８、可動電
極２６がポリシリコン層２３に接合された箇所の、単結
晶シリコン層２０とポリシリコン層２３との間に介在す
る膜２１を除いた他の膜２１を選択的にエッチング除去
する。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。After removing the Ni film 25, the structure 24 having the movable electrode 26, the fixed electrodes 27 and 28, and the detection electrode 12 is formed.
Of the polysilicon layers 23b and 23c of the N + or P + diffusion layer 2
It is bonded to the glass substrate 10 together with the detection electrode 12 made of 3a. Thereafter, wet etching with an etchant such as hydrofluoric acid is performed to intervene between the single crystal silicon layer 20 and the polysilicon layer 23 where the fixed electrodes 27 and 28 and the movable electrode 26 are joined to the polysilicon layer 23. The film 21 other than the film 21 to be etched is selectively etched away. As a result, the movable electrode 26 becomes a pair of fixed electrodes 27,
Thus, a semiconductor inertial sensor 50 formed above the detection electrode 12 so as to float between the detection electrodes 12 is obtained.
【００３２】[0032]
【発明の効果】以上述べたように、従来のウェーハの貼
り合わせやレーザ加工による半導体慣性センサの製法と
異なり、本発明によればこれらの貼り合わせウェーハや
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。可動電極、
固定電極又は枠体などの構造体がシリコンウェーハに支
持された状態でガラス基板に接合するため、従来のよう
な貼り付き（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。また基板をシリコン基板でなく、ポリシリコ
ン層を形成した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、素子の寄生容量を低下させる
ことができる。特に、検出電極を持つ構造においては可
動電極と検出電極とのギャップをエッチング時間で制御
することなく、シリコンを浸食せずにエッチング可能な
膜の厚さで規定するため、高精度にギャップを形成でき
る。このため高感度で高精度の半導体慣性センサが得ら
れる。As described above, unlike the conventional method for manufacturing a semiconductor inertia sensor by bonding wafers or laser processing, according to the present invention, these bonded wafers and laser processing are unnecessary, and are suitable for mass production. A low-cost semiconductor inertial sensor can be manufactured. Movable electrode,
Since the fixed electrode or frame or other structure is bonded to the glass substrate while being supported by the silicon wafer, there is no sticking phenomenon as in the past, and there is a certain gap between the detection electrode and the glass substrate. Thus, a movable electrode can be provided. In addition, by using a glass substrate on which a polysilicon layer is formed instead of a silicon substrate, the parasitic capacitance of an element can be reduced in a sensor that performs detection using capacitance. In particular, in the structure with the detection electrode, the gap between the movable electrode and the detection electrode is defined by the thickness of the film that can be etched without eroding silicon without controlling the etching time, so that the gap can be formed with high accuracy. it can. Therefore, a highly sensitive and highly accurate semiconductor inertial sensor can be obtained.
【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, which corresponds 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 cross-sectional view showing a semiconductor inertial sensor according to a second embodiment of the present invention, which corresponds to the 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。5A and 5B are cross-sectional views showing a semiconductor inertial sensor according to a third embodiment of the present invention, which corresponds to the main part of the line C-C 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 ２０ シリコンウェーハ ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ 単結晶シリコン層 ２１ 膜 ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２３，２３ｂ，２３ｃ ポリ
シリコン層 ２３ａ 拡散層 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DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Glass substrate 12 Detection electrode 20 Silicon wafer 20a, 20b, 20c Single crystal silicon layer 21 Film 22a, 22b, 22c, 23, 23b, 23c Polysilicon layer 23a Diffusion layer 24 Structure 26 Movable electrode 27, 28 A pair of fixed electrodes 30,40,50 Semiconductor inertial sensor
Claims (6)
コン層(23)の上方に浮動するように設けられた可動電極
(26)と、前記ポリシリコン層(23)上に前記可動電極(26)
を挟んで設けられた一対の固定電極(27,28)とを備えた
半導体慣性センサ(30)において、 前記ガラス基板(10)上にポリシリコン層(23)が形成さ
れ、前記可動電極(26)が単結晶シリコン層(20a)からな
るか又は単結晶シリコン層(20a)とポリシリコン層(22a)
を積層してなりかつポリシリコン層(23)の上方に浮動す
るように設けられ、前記一対の固定電極(27,28)が単結
晶シリコン層(20b,20c)からなるか又は単結晶シリコン
層(20b,20c)とポリシリコン層(22b,22c)を積層してな
り、前記可動電極(26)を支持するビーム(31)の基端部(3
1a)がシリコンを浸食せずにエッチング可能な膜(21b,21
c)を介して前記ポリシリコン層(23)に接合されたことを
特徴とする半導体慣性センサ。A movable electrode provided so as to float above a polysilicon layer (23) formed on a glass substrate (10).
(26), the movable electrode (26) on the polysilicon layer (23)
In a semiconductor inertial sensor (30) comprising a pair of fixed electrodes (27, 28) provided with a polysilicon layer (23) formed on the glass substrate (10), the movable electrode (26 ) Consists of a single-crystal silicon layer (20a) or a single-crystal silicon layer (20a) and a polysilicon layer (22a).
Are stacked and provided so as to float above the polysilicon layer (23), and the pair of fixed electrodes (27, 28) are made of a single-crystal silicon layer (20b, 20c) or a single-crystal silicon layer. (20b, 20c) and a polysilicon layer (22b, 22c), and a base (3) of a beam (31) supporting the movable electrode (26).
1a) can be etched without eroding silicon (21b, 21
A semiconductor inertial sensor joined to the polysilicon layer (23) via c).
(12)と、前記検出電極(12)の上方に浮動するように設け
られた可動電極(26)とを備えた半導体慣性センサ(40)に
おいて、 前記ガラス基板(10)上にポリシリコン層(23b,23c)及び
Ｎ+又はＰ+拡散層(23a)からなる検出電極(12)が形成さ
れ、前記可動電極(26)が単結晶シリコン層(20a)からな
るか又は単結晶シリコン層(20a)とポリシリコン層(22a)
を積層してなりかつＮ+又はＰ+拡散層(23a)の上方に浮
動するように設けられ、前記可動電極(26)を支持するビ
ーム(31)の基端部(31a)がシリコンを浸食せずにエッチ
ング可能な膜(21b,21c)を介して前記ポリシリコン層(23
b,23c)に接合されたことを特徴とする半導体慣性セン
サ。2. A detection electrode formed on a glass substrate (10).
(12) and a semiconductor inertial sensor (40) including a movable electrode (26) provided so as to float above the detection electrode (12), a polysilicon layer (10) on the glass substrate (10). 23b, 23c) and a detection electrode (12) composed of an N + or P + diffusion layer (23a), and the movable electrode (26) is composed of a single crystal silicon layer (20a) or a single crystal silicon layer (20a ) And polysilicon layer (22a)
And a base end (31a) of a beam (31) supporting the movable electrode (26) is provided so as to float above the N + or P + diffusion layer (23a). The polysilicon layer (23) via a film (21b, 21c) that can be etched without
A semiconductor inertial sensor joined to (b, 23c).
(12)と、前記検出電極(12)の上方に浮動するように設け
られた可動電極(26)と、前記ガラス基板(10)上に前記可
動電極(26)を挟んで設けられた一対の固定電極(27,28)
とを備えた半導体慣性センサ(50)において、 前記ガラス基板(10)上にポリシリコン層(23b,23c)及び
Ｎ+又はＰ+拡散層(23a)からなる検出電極(12)が形成さ
れ、前記可動電極(26)が単結晶シリコン層(20a)からな
るか又は単結晶シリコン層(20a)とポリシリコン層(22a)
を積層してなりかつＮ+又はＰ+拡散層(23a)の上方に浮
動するように設けられ、前記一対の固定電極(27,28)が
単結晶シリコン層(20b,20c)からなるか又は単結晶シリ
コン層(20b,20c)とポリシリコン層(22b,22c)を積層して
なり、前記可動電極(26)を支持するビーム(31)の基端部
(31a)がシリコンを浸食せずにエッチング可能な膜(21b,
21c)を介して前記ポリシリコン層(23b,23c)に接合され
たことを特徴とする半導体慣性センサ。3. A detection electrode formed on a glass substrate (10).
(12), a movable electrode (26) provided to float above the detection electrode (12), and a pair of movable electrodes (26) provided on the glass substrate (10) with the movable electrode (26) interposed therebetween. Fixed electrode (27,28)
In a semiconductor inertial sensor (50) comprising: a detection electrode (12) formed of a polysilicon layer (23b, 23c) and an N + or P + diffusion layer (23a) on the glass substrate (10); The movable electrode (26) is made of a single-crystal silicon layer (20a) or a single-crystal silicon layer (20a) and a polysilicon layer (22a).
Are stacked and provided so as to float above the N + or P + diffusion layer (23a), and the pair of fixed electrodes (27, 28) are made of a single crystal silicon layer (20b, 20c), or A base end portion of a beam (31) that is formed by laminating a single crystal silicon layer (20b, 20c) and a polysilicon layer (22b, 22c) and supports the movable electrode (26).
(31a) is a film that can be etched without eroding silicon (21b,
A semiconductor inertial sensor joined to the polysilicon layers (23b, 23c) via 21c).
膜(21)が片面に形成されたシリコンウェーハ(20)の露出
面上及び前記膜(21)上にポリシリコン層(22,23)を形成
する工程と、 前記ポリシリコン層(22)及び前記シリコンウエーハ(20)
の所定の部分を前記膜(21)をエッチストップ層としてエ
ッチングすることにより前記膜(21)の上面に積層された
単結晶シリコン層(20a)とポリシリコン層(22a)からなる
可動電極(26)と、前記可動電極(26)の両側に単結晶シリ
コン層(20b,20c)とポリシリコン層(22b,22c)からなる一
対の固定電極(27,28)を形成する工程と、 前記膜(21)と前記可動電極(26)と前記固定電極(27,28)
と前記ポリシリコン層(23)とを有する構造体(24)を前記
ポリシリコン層(23)がガラス基板(10)に対向するように
前記ガラス基板(10)に接合する工程と、 前記膜(21)を選択的に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)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。4. A polysilicon layer (22, 23) is formed on an exposed surface of a silicon wafer (20) having a film (21) which can be etched without eroding silicon on one side and on the film (21). Forming step, the polysilicon layer (22) and the silicon wafer (20)
By etching a predetermined portion of the film (21) using the film (21) as an etch stop layer, a movable electrode (26) comprising a single crystal silicon layer (20a) and a polysilicon layer (22a) laminated on the upper surface of the film (21) Forming a pair of fixed electrodes (27, 28) consisting of a single-crystal silicon layer (20b, 20c) and a polysilicon layer (22b, 22c) on both sides of the movable electrode (26); 21) and the movable electrode (26) and the fixed electrode (27, 28)
And bonding the structure (24) having the polysilicon layer (23) to the glass substrate (10) such that the polysilicon layer (23) faces the glass substrate (10); Obtaining a semiconductor inertial sensor (30) having a movable electrode (26) provided between the pair of fixed electrodes (27, 28) by selectively etching away the 21). Manufacturing method.
膜(21)が片面に形成されたシリコンウェーハ(20)の露出
面上及び前記膜(21)上にポリシリコン層(22,23)を形成
する工程と、 前記ポリシリコン層(23)の所定の部分にＮ+又はＰ+拡散
層(23a)からなる検出電極(12)を形成する工程と、 前記ポリシリコン層(22)及び前記シリコンウエーハ(20)
の所定の部分を前記膜(21)をエッチストップ層としてエ
ッチングすることにより前記膜(21)の上面に単結晶シリ
コン層(20a)とポリシリコン層(22a)からなる可動電極(2
6)を形成する工程と、 前記可動電極(26)とポリシリコン層(23b,23c)と前記検
出電極(12)が形成された構造体(24)の前記ポリシリコン
層(23b,23c)を前記検出電極(12)とともに前記ガラス基
板(10)に接合する工程と、 前記膜(21)を選択的にエッチング除去することにより前
記検出電極(12)に対向して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。5. A polysilicon layer (22, 23) is formed on an exposed surface of a silicon wafer (20) having a film (21) which can be etched without eroding silicon on one side and on the film (21). A step of forming, a step of forming a detection electrode (12) made of an N + or P + diffusion layer (23a) at a predetermined portion of the polysilicon layer (23), the polysilicon layer (22) and the silicon Waha (20)
By etching a predetermined part of the film (21) using the film (21) as an etch stop layer, a movable electrode (2) composed of a single crystal silicon layer (20a) and a polysilicon layer (22a) is
6) a step of forming, the movable electrode (26) and the polysilicon layer (23b, 23c) and the detection electrode (12) formed the polysilicon layer (23b, 23c) of the structure (24) formed A step of bonding to the glass substrate (10) together with the detection electrode (12), and a movable electrode (26) provided to face the detection electrode (12) by selectively etching away the film (21). A) obtaining a semiconductor inertial sensor (40) comprising:
膜(21)が片面に形成されたシリコンウェーハ(20)の露出
面上及び前記膜(21)上にポリシリコン層(22,23)を形成
する工程と、 前記ポリシリコン層(23)の所定の部分にＮ+又はＰ+拡散
層(23a)からなる検出電極(12)を形成する工程と、 前記ポリシリコン層(22)及び前記シリコンウエーハ(20)
の所定の部分を前記膜(21)をエッチストップ層としてエ
ッチングすることにより前記膜(21)の上面に単結晶シリ
コン層(20a)とポリシリコン層(22a)からなる可動電極(2
6)と、前記可動電極(26)の両側に単結晶シリコン層(20
b,20c)とポリシリコン層(22b,22c)からなる一対の固定
電極(27,28)を形成する工程と、 前記可動電極(26)と前記固定電極(27,28)とポリシリコ
ン層(23b,23c)と前記検出電極(12)が形成された構造体
(24)の前記ポリシリコン層(23b,23c)を前記検出電極(1
2)とともに前記ガラス基板(10)に接合する工程と、 前記膜(21)を選択的に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)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(50)を得る工程とを含
む半導体慣性センサの製造方法。6. A polysilicon layer (22, 23) is formed on an exposed surface of a silicon wafer (20) having a film (21) that can be etched without eroding silicon on one surface and on the film (21). Forming, and forming a detection electrode (12) composed of an N + or P + diffusion layer (23a) in a predetermined portion of the polysilicon layer (23); and forming the polysilicon layer (22) and the silicon. Waha (20)
By etching a predetermined part of the film (21) using the film (21) as an etch stop layer, a movable electrode (2) composed of a single crystal silicon layer (20a) and a polysilicon layer (22a) is
6) and a monocrystalline silicon layer (20) on both sides of the movable electrode (26).
b, 20c) and a step of forming a pair of fixed electrodes (27, 28) consisting of a polysilicon layer (22b, 22c), the movable electrode (26), the fixed electrode (27, 28) and a polysilicon layer ( 23b, 23c) and a structure on which the detection electrode (12) is formed
The polysilicon layer (23b, 23c) of (24) is connected to the detection electrode (1
2) a step of bonding to the glass substrate (10) together with the movable electrode (26 provided between the pair of fixed electrodes (27, 28) by selectively removing the film (21) by etching. A) obtaining a semiconductor inertial sensor (50) having the following formula:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8344827A JPH10190005A (en) | 1996-12-25 | 1996-12-25 | Semiconductor inertia sensor and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8344827A JPH10190005A (en) | 1996-12-25 | 1996-12-25 | Semiconductor inertia sensor and manufacturing method thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10190005A true JPH10190005A (en) | 1998-07-21 |
Family
ID=18372285
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8344827A Withdrawn JPH10190005A (en) | 1996-12-25 | 1996-12-25 | Semiconductor inertia sensor and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10190005A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000016107A1 (en) * | 1998-09-16 | 2000-03-23 | Hitachi, Ltd. | Method for manufacturing substrate for inspecting semiconductor device |
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| CN116909092A (en) * | 2023-09-07 | 2023-10-20 | 苏州敏芯微电子技术股份有限公司 | Inertial sensor and manufacturing method thereof |
-
1996
- 1996-12-25 JP JP8344827A patent/JPH10190005A/en not_active Withdrawn
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| CN116909092B (en) * | 2023-09-07 | 2023-11-17 | 苏州敏芯微电子技术股份有限公司 | Inertial sensor and manufacturing method thereof |
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|---|---|---|---|
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