(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン（１１０）ウエハに（１１１）面で対向するギャップ部が幅１０μｍ以下の狭ギャップ部とそれより広いギャップ部を異方性エッチングにより形成するにあたり、
エッチング溶液としてＫＯＨ濃度３５％以下のエッチング溶液を用い、上記シリコン（１１０）ウエハに対し、Ｒ（３１１）をＲ（１１０）に対して、
Ｒ（３１１）≦Ｒ（１１０）Ｃｏｓθ      （１）
（ただし、Ｒ（１１０）は（１１０）面のエッチングレート、Ｒ（３１１）は（３１１）面のエッチングレート、θは（１１０）面と（３１１）面とで構成する角度）に設定する工程と、
上記（１１１）面で対向するギャップ部が幅１０μｍ以下の狭ギャップ部とそれより広いギャップ部を同時に貫通エッチングする工程とからなることを特徴とする半導体のマイクロマシニング方法。
【請求項２】
上記エッチング溶液のＫＯＨ濃度が約２５〜３５重量％である請求項１記載の方法。
【請求項３】
上記シリコン（１１０）ウエハがガラスーシリコンーガラスの三層スタック構造をなす容量検出型加速度センサーの内部電極部であり、電極間が幅５μｍ以下、アスペクト比２０以上の狭ギャップ部で区分される領域を有する請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体のマイクロマシニング方法、特に加速度センサーのように内部電極部が狭ギャップ部と比較的広いギャップ部を有し、そのギャップを貫通エッチングで素子構造の劣化なく実施することができるシリコン（１１０）ウエハの異方性エッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体のバルクマイクロマシニングやサーフェスマイクロマシニングを利用した加速度センサの技術開発が活発化している。自動車のインテリジェント化に伴って、姿勢制御、ブレーキ制御やエアバッグシステム向けに加速度センサの大幅な需要増加が見込まれ、半導体ベースのマイクロマシニング技術により、小型で低コストなセンサを大量に生産可能になりつつあるからである。中でも、容量検出型の加速度センサは、センサ構造が比較的単純で、温度依存性が少なく、センサの自己診断が静電力によって簡単に行えるという利点もあり、数多くの研究開発が行われている、特に最近の傾向としては、サーフェスマイクロマシニングによるセンサの構造体と検出回路ＩＣを一体で形成したモノリシック型加速度センサの研究が活発化している。そこで、本発明者は、比較的要素技術の整ったバルクマイクロマシニング技術を利用し、シリコン（１１０）ウエハの異方性エッチング特性により、図１に示すガラス層１０−シリコンウエハ層２０−ガラス層３０の三層構造で内部電極が完全密封された容量型加速度センサ１を試作しようとした。即ち、シリコンウエハ層２０には可動電極２１と、その両側に位置する固定電極２２、２３と、可動電極２１を支持する梁２４と、アンカー部２５、２５と、エレメントを封止構造とするための補助支持部２６とから構成され、可動電極２１の矢印方向の変位を図示しない信号検出回路を介して検出し、可動電極の変位に比例した電圧出力が得られるようになっている。このセンサーの試作では、内部電極部を形成する（１１０）面シリコンウエハをＫＯＨ溶液により異方性ウエットエッチングを行うが、（１１０）面に垂直なエッチング溝の壁面となる（１１１）面のエッチングレートが（１１０）面のそれに比較して約１／１００以下と小さいため、この特性を利用すると、（１１１）面で対向するハイアスペクトな狭ギャップ電極を比較的容易に形成することが可能である。この種方法として特開昭５３−３０８１号および特開平７−２０１８０６号に示す異方性エッチングが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、加速度センサー１においては、図２に示すように、シリコンウエハの表面である（１１０）面に異方性エッチングにより狭ギャップ部ＧＳとそれより広い開口部ＧＬを作成する場合、通常（１１１）面方位のエッチングレートが他の面方位に比較して低いため、狭ギャップ部ＧＳの底面の（１１０）面と、それに直角な（１１１）壁面と、（１１０）面に対し３５．３度の角度をもった斜面が現れるが、ＫＯＨエッチング液の濃度によっては（３１１）面なるハイインデックスな面が現れ、このエッチングレートがウエハの貫通エッチングを行う場合及び狭ギャップ部ＧＳの溝部形成にとって支障となることが見い出された。
そこで、本発明はシリコン（１１０）ウエハをＫＯＨ溶液による異方性ウエットエッチングにあたり、狭ギャップ部ＧＳと比較的広いギャップ部である開口部ＧＬとが支障なく貫通エッチングすることができる方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は  シリコン（１１０）ウエハに（１１１）面で対向するギャップ部が幅１０μｍ以下の狭ギャップ部とそれより広いギャップ部を異方性エッチングにより形成するにあたり、
エッチング溶液としてＫＯＨ濃度３５重量％以下のエッチング溶液を用い、上記シリコン（１１０）ウエハに対し、Ｒ（３１１）をＲ（１１０）に対して、
Ｒ（３１１）≦Ｒ（１１０）Ｃｏｓθ      （１）
（ただし、Ｒ（１１０）は（１１０）面のエッチングレート、Ｒ（３１１）は（３１１）面のエッチングレート、θは（１１０）面と（３１１）面とで構成する角度）に設定する工程と、
上記（１１１）面で対向するギャップ部が幅１０μｍ以下の狭ギャップ部とそれより広いギャップ部を同時に貫通エッチングする工程とからなることを特徴とする半導体のマイクロマシニング方法にある。
また、この発明によれば、上記エッチング溶液のＫＯＨ濃度が、約２５〜３５重量％であることを特徴とする半導体のマイクロマシニング方法にある。
【０００５】
また、本発明によれば、上記シリコン（１１０）ウエハがガラス層−シリコンウエハ層−ガラス層の三層スタック構造をなす容量検出型加速度センサーの内部電極部であり、電極間が幅５μｍ以下、アスペクト比２０以上の狭ギャップ部で区分される領域を有する加速度センサーの製造に適するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
シリコン（１１０）ウエハをＫＯＨ溶液による異方性ウエットエッチングにあたり、各種ＫＯＨ濃度におけるエッチング状態を観察した。
すなわち、シリコン（１１０）ウエハをマイクロマシニングするにあたり、ＫＯＨの濃度を３０重量％〜４５重量％まで変化させたときに、それぞれの濃度における、（１１０）面ウエハのエッチング状態を狭いギャップ部（１０μｍ幅）とギャップが非常に大きい場合（開口部）について、ウエハ断面側から観察した結果、図２に示す結果が得られた。図２（ａ）〜（ｅ）はＫＯＨ濃度：３０重量％、３５重量％、３７．５重量％、４０重量％、４５重量％におけるシリコンウエハの狭ギャップ部ＧＳと開口部ＧＬのエッチング形態を示す断面図である。すなわち、
（１）ＫＯＨ濃度が３０重量％では狭ギャップ部ＧＳと開口部ＧＬ（広いギャップ部）とはほぼ同一の速度で（１１０）面のエッチングが進行していることが分かる（図２（ａ）参照）。
（２）しかし、３５重量％では、（３１１）面が発生し始める（図２（ｂ）参照）。
（３）ＫＯＨ濃度が３５重量％を越える場合、即ち、３７．５重量％および４０重量％、４５重量％では狭ギャップな領域は、（３１１）面のエッチングレートで、溝の深さが規定される（図２（ｃ）〜（ｅ）参照）。
（４）開口部では（３１１）面が生じるが、溝の深さは（１１０）面のエッチングレートで規定されることがわかった（図２（ｃ）〜（ｅ）参照）。
【０００７】
エッチング時間と深さ寸法の測定により、（１１０）面および（３１１）面のエッチングレートを算出し、ＫＯＨ濃度に対して整理し、図示すると、図３に示す通りである。（１１０）面でのエッチングレートＲ（１１０）はいずれのＫＯＨ濃度においても（３１１）面でのエッチングレートＲ（３１１）を上回っているが、濃度が低くなるにつれてエッチングレートは近づくことになる。したがって、（３１１）面が生じる限界は、次の通りである。
Ｒ（３１１）≦Ｒ（１１０）Ｃｏｓθ                （１）
ただし、θ：（１１０）面と（３１１）面とで構成する角度（２６．６°）で、等式が成り立つＫＯＨ濃度は、ＫＯＨ３０重量％と３５重量％の間に位置する。
【０００８】
以上の事実から、図１における狭ギャップ部及び補助支持部と固定電極間の比較的広いギャップ部（開口部）の貫通エッチングにおいて、（３１１）面と（１１０）面のエッチングレートの差に起因した貫通時間の大幅な違いは、ＫＯＨ約３５重量％以下を使用することによって防止することが可能となる。その結果、貫通時間の違いに起因したサイドエッチングにより素子構造の劣化を最低限に押さえることが可能となる。
【０００９】
なお、ＫＯＨ濃度３５重量％以下のエッチング溶液を用いることにより、貫通時間の違いに起因したサイドエッチングにより素子構造の劣化を最低限に押さえることができるが、２５重量％未満ではエッチングレートにばらつきが生じ、精度良いエッチングが不可能となる。したがって、上記エッチング溶液のＫＯＨ濃度が２５〜３５重量％とするのがよく、６０℃のエッチング溶液温度では３０重量％前後が最も好ましい。
【００１０】
次に、図１に示す容量検出型加速度センサを図４に示す工程で製造する。
この加速度センサ１はガラス層１０−シリコンウエハ層２０−ガラス層３０の三層スタック構造で、図１（ａ）に示される通り、中間に位置するシリコンウエハ層２０は内部電極部として形成され、可動電極（質量体）２１と、その両サイドに位置する固定電極２２、２３、上記質量体を指示する梁２４、２４とそれに連続するアンカー部２５、これらのエレメントを封止構造とするための補助指示部２６から構成され、加速度検出は図中矢印で示すウエハ面内方向の一軸となっている。なお、２７は電極パッドである。
【００１１】
まず、ここではデバイスウエハ層２０としてｐ型（１１０）デバイスウエハを用い、面内の（１１１）方向をＫＯＨによるエッチングを施して０．１度の角度精度で測定しておく。次に、熱酸化を施し（図４ａ）、表面にＳｉＯ２膜２０ａを形成する。
裏面酸化膜２０ａをパターニング後、ＫＯＨエッチング溶液にて、異方性エッチングを行い、中央の広い溝２０ｂとその両側の狭い溝２０ｃとを形成し、狭い再度熱酸化を行う（図４ｂ参照）。
【００１２】
そして、デバイスウエハ２０層とガラス層（パイレクスガラス製）１０とを陽極接合する。その後、スパッタリングとリフトオフ法にて電極パッド２７を形成し、センサ構造体形成のための酸化膜パターニングをＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  ｅｔｃｈｉｎｇ）にて行う（図４ｃ参照）。
【００１３】
次に、３０重量％ＫＯＨエッチング溶液にて異方性エッチングを行う（図４ｄ参照）。このとき、最小の初期電極ギャップは２μｍであるため、狭ギャップ領域のエッチングレート改善に、表面張力低減を目的として界面活性剤を添加し、超音波付加によるエッチングを行う。得られる狭ギャップ部ＧＳは幅５μｍ以下、アスペクト比２０以上でほぼ２５であった。
【００１４】
この段階で加速度センサの構造が完成する。その後、酸化膜をＢＨＦ（Ｂｕｆｆｅｒｅｄ  Ｈｙｄｒｏ  Ｆｌｕｏｒｉｄｅ）にて除去し、質量体がリリースされる。一方、センサエレメントの検出部密閉用に、上部パイレックスガラス３０を用意し、可動電極２１に対応する領域に凹部３１を、電極パッド２７に対応する領域に貫通穴３２を超音波加工により設ける。その後、この上部パイレックスガラス３０とデバイスウエハ２０はアライメントされ、陽極接合される（図４ｅ参照）。
【００１５】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、シリコン（１１０）ウエハに対し異方性エッチングにより、狭ギャップ部と広いギャップ部（開口部）とを同時に貫通エッチングすることができるので、（３１１）面と（１１０）面のエッチングレートの差に起因した貫通時間の大幅な違いに起因したサイドエッチングを防止し、素子構造の劣化を最低限に押えて半導体のマイクロマシニングが可能となる。
【００１６】
特に、好ましい具体例によれば、幅１０μｍ以下、好ましくは５μｍ以下で、ハイアスペクト比、好ましくはアスペクト比２０以上の狭ギャップ部とそれより広いギャップの開口部を同時に貫通エッチングすることができるので、狭ギャップ部と広いギャップの開口部を有する容量検出型加速度センサがマイクロマシニング技術による製造が可能となる。
また、エッチング溶液のＫＯＨ濃度が２５〜３５重量％とすることにより、エッチングレートにばらつきが生じず、精度良い貫通エッチングが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を用いて製作した容量検出型加速度センサの構造を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図である。
【図２】本発明の狭ギャップ部と開口部のシリコン（１１０）ウエハのＫＯＨ濃度（３０〜４５重量％）に対するエッチング特性を示す断面図である。
【図３】ＫＯＨ濃度と各（１１０）面および（３１１）面のエッチングレートとの関係を示すグラフである。
【図４】本発明方法を用いた容量検出型加速度センサの製造工程図である。
【符号の説明】
１  加速度センサ、１０，３０  ガラス層、２０  内部電極部、
ＧＳ  狭ギャップ部、ＧＬ  開口部。
【図１】
0003567052.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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