(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板（２）上に電気的に絶縁された状態で支持され、力学量の作用に応じて変化する半導体材料製の可動電極（１０ａ、１０ｂ）と、
前記支持基板上に電気的に絶縁された状態で支持され、前記可動電極と所定空隙を存して対向配置された半導体材料製の固定電極（４ｂ、５ｂ）とを備えた半導体力学量センサの製造方法において、
最終的に前記支持基板となる第１半導体層（１４ａ）上に絶縁層（１４ｃ）を介して第２半導体層（１４ｂ）を積層した状態の半導体基板（１４）を用意し、前記第２半導体層に前記可動電極及び前記固定電極を画定するためのトレンチ（１６）を前記絶縁層に達するように形成するトレンチ形成工程と、
前記第１半導体層における前記可動電極及び前記固定電極の形成領域に対応した部分を前記絶縁層と反対側の面からウエットエッチングすると共に、そのエッチング領域の第１半導体層の膜厚があらかじめ設定した膜厚となった時点でエッチング停止する第１のエッチング工程と、
この第１のエッチング工程の実行に応じて残存された前記設定膜厚の第１半導体層を気相雰囲気でエッチングすることにより除去して前記絶縁層を露出させる第２のエッチング工程と、
気相雰囲気でのエッチングにより前記絶縁層を除去することにより、前記トレンチと連続した状態の開口部を形成して前記可動電極及び前記固定電極を形成する電極形成エッチング工程と、
前記可動電極及び前記固定電極の表面に疎水性の薄膜（１７）を形成する薄膜形成工程と、を備えることを特徴とする半導体力学量センサの製造方法。
【請求項２】
支持基板（２）上に電気的に絶縁された状態で支持され、力学量の作用に応じて変化する半導体材料製の可動電極（１０ａ、１０ｂ）と、
前記支持基板上に電気的に絶縁された状態で支持され、前記可動電極と所定空隙を存して対向配置された半導体材料製の固定電極（４ｂ、５ｂ）とを備えた半導体力学量センサの製造方法において、
最終的に前記支持基板となる第１半導体層（１４ａ）上に絶縁層（１４ｃ）を介して第２半導体層（１４ｂ）を積層した状態の半導体基板（１４）を用意し、前記第２半導体層に前記可動電極及び前記固定電極を画定するためのトレンチ（１６）を前記絶縁層に達するように形成するトレンチ形成工程と、
前記第１半導体層における前記可動電極及び前記固定電極の形成領域に対応した部分を、前記絶縁層と反対側の面から異方性ドライエッチングすることにより前記絶縁層を露出させるエッチング工程と、
気相雰囲気でのエッチングにより前記絶縁層を除去することにより、前記トレンチと連続した状態の開口部を形成して前記可動電極及び前記固定電極を形成する電極形成エッチング工程と、
前記可動電極及び前記固定電極の表面に疎水性の薄膜（１７）を形成する薄膜形成工程と、を備えることを特徴とする半導体力学量センサの製造方法。
【請求項３】
前記薄膜形成工程は前記電極形成エッチング工程と同時に行うものであり、
前記電極形成エッチング工程におけるエッチング条件を制御して、前記可動電極（１０ａ、１０ｂ）及び前記固定電極（４ｂ、５ｂ）を形成しつつ、エッチングに用いられるガスを材料として前記可動電極及び前記固定電極の表面に堆積させることにより、前記疎水性の薄膜（１７）を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体力学量センサの製造方法。
【請求項４】
前記電極形成エッチング工程は、プラズマ中でリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）により行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の半導体力学量センサの製造方法。
【請求項５】
前記半導体基板（１４）として、前記第１及び第２半導体層（１４ａ、１４ｂ）がシリコンよりなり、前記絶縁層（１４ｃ）がシリコン酸化膜よりなるＳＯＩ基板を用いることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の半導体力学量センサの製造方法。
【請求項６】
前記疎水性の薄膜（１７）は、水との接触角が７０度以上であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の半導体力学量センサの製造方法。
【請求項７】
前記疎水性の薄膜（１７）は、有機材料よりなる有機薄膜であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の半導体力学量センサの製造方法。
【請求項８】
前記疎水性の薄膜（１７）は、フッ素系の薄膜であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の半導体力学量センサの製造方法。
【請求項９】
前記電極形成エッチング工程は、対向する一対の電極（５２、５４）間において一方の電極（５４）上に被エッチング体を配置してプラズマ中でリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）を行うものであり、
被エッチング体である前記絶縁層（１４ｃ）が露出した前記半導体基板を、前記絶縁層（１４ｃ）の露出側と反対側の面が前記一方の電極に対向するように配置すると共に、
前記半導体基板における前記絶縁層の露出側と反対側の面と前記一方の電極との間に、該反対側の面と前記一方の電極とが直接接触しないように中間部材（２０）を介在させることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の半導体力学量センサの製造方法。
【請求項１０】
前記中間部材（２０）は、導電性の物質（２０ａ）からなることを特徴とする請求項９に記載の半導体力学量センサの製造方法。
【請求項１１】
前記中間部材（２０）は、導電性の物質（２０ａ）とシリコン酸化膜（２１）との２層構造からなることを特徴とする請求項９または１０に記載の半導体力学量センサの製造方法。
【請求項１２】
前記導電性の物質（２０ａ）はシリコン基板からなることを特徴とする請求項１１に記載の半導体力学量センサの製造方法。
【請求項１３】
支持基板（２）上に電気的に絶縁された状態で支持され、力学量の作用に応じて変化する半導体材料製の可動電極（１０ａ、１０ｂ）と、前記支持基板上に電気的に絶縁された状態で支持され、前記可動電極と所定空隙を存して対向配置された半導体材料製の固定電極（４ｂ、５ｂ）とを備えた半導体力学量センサの製造方法において、
最終的に前記支持基板となる第１半導体層（１４ａ）上に絶縁層（１４ｃ）を介して第２半導体層（１４ｂ）を積層した状態の半導体基板（１４）を用意し、前記第２半導体層に前記可動電極及び前記固定電極を画定するためのトレンチ（１６）を前記絶縁層に達するように形成するトレンチ形成工程と、
前記第１半導体層における前記可動電極及び前記固定電極の形成領域に対応した部分を前記絶縁層と反対側の面からウエットエッチングすると共に、そのエッチング領域の第１半導体層の膜厚があらかじめ設定した膜厚となった時点でエッチング停止する第１のエッチング工程と、
この第１のエッチング工程の実行に応じて残存された前記設定膜厚の第１半導体層を気相雰囲気でエッチングすることにより除去して前記絶縁層を露出させる第２のエッチング工程と、
気相雰囲気でのエッチングにより前記絶縁層を除去することにより、前記トレンチと連続した状態の開口部を形成して前記可動電極及び前記固定電極を形成する電極形成エッチング工程とを備え、
前記電極形成エッチング工程は、対向する一対の電極（５２、５４）間において一方の電極（５４）上に被エッチング体を配置してプラズマ中でリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）を行うものであり、
被エッチング体である前記絶縁層（１４ｃ）が露出した前記半導体基板を、前記絶縁層（１４ｃ）の露出側と反対側の面が前記一方の電極に対向するように配置すると共に、
前記半導体基板における前記絶縁層の露出側と反対側の面と前記一方の電極との間に、該反対側の面と前記一方の電極とが直接接触しないように中間部材（２０）を介在させることを特徴とする半導体力学量センサの製造方法。
【請求項１４】
支持基板（２）上に電気的に絶縁された状態で支持され、力学量の作用に応じて変化する半導体材料製の可動電極（１０ａ、１０ｂ）と、前記支持基板上に電気的に絶縁された状態で支持され、前記可動電極と所定空隙を存して対向配置された半導体材料製の固定電極（４ｂ、５ｂ）とを備えた半導体力学量センサの製造方法において、
最終的に前記支持基板となる第１半導体層（１４ａ）上に絶縁層（１４ｃ）を介して第２半導体層（１４ｂ）を積層した状態の半導体基板（１４）を用意し、前記第２半導体層に前記可動電極及び前記固定電極を画定するためのトレンチ（１６）を前記絶縁層に達するように形成するトレンチ形成工程と、
前記第１半導体層における前記可動電極及び前記固定電極の形成領域に対応した部分を、前記絶縁層と反対側の面から異方性ドライエッチングすることにより前記絶縁層を露出させるエッチング工程と、
気相雰囲気でのエッチングにより前記絶縁層を除去することにより、前記トレンチと連続した状態の開口部を形成して前記可動電極及び前記固定電極を形成する電極形成エッチング工程とを備え、
前記電極形成エッチング工程は、対向する一対の電極（５２、５４）間において一方の電極（５４）上に被エッチング体を配置してプラズマ中でリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）を行うものであり、
被エッチング体である前記絶縁層（１４ｃ）が露出した前記半導体基板を、前記絶縁層（１４ｃ）の露出側と反対側の面が前記一方の電極に対向するように配置すると共に、
前記半導体基板における前記絶縁層の露出側と反対側の面と前記一方の電極との間に、該反対側の面と前記一方の電極とが直接接触しないように中間部材（２０）を介在させることを特徴とする半導体力学量センサの製造方法。
【請求項１５】
前記薄膜形成工程は、前記電極形成エッチング工程において、一連のプロセスによりチャンバ（５０）から出さずに連続的に行うものであり、前記電極形成エッチングを行った後、エッチング条件を変更することで、前記可動電極及び前記固定電極（４ｂ、５ｂ、１０ａ、１０ｂ）の表面に堆積させることにより、前記疎水性の薄膜（１７）を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体力学量センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板の半導体層に溝を形成することにより可動電極及び当該可動電極と対向する固定電極とを形成してなる半導体力学量センサ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、静電容量型の半導体加速度センサにあっては、加速度の作用に応じた梁構造体の変位を、その梁構造体と一体に設けられた可動電極と基板上に設けられた固定電極との間の静電容量の変化として取り出す構成となっている。このような半導体加速度センサを製造する場合、従来より、特開平６−３４９８０６号公報などに見られるように、第１半導体層上に絶縁層を介して第２半導体層を積層したＳＯＩ構造の半導体基板を用意し、その第１半導体層を上記梁構造体や固定電極などの形状に応じた所定形状にパターニングすると共に、上記絶縁層を犠牲層エッチングするなどの工程を行って、最終的に半導体基板上に可動電極を備えた梁構造体及び固定電極を形成するという方法が用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような製造方法では、エッチング液を使用する犠牲層エッチング工程が不可欠であるため、その犠牲層エッチング工程時において、エッチング液の表面張力により可動電極がこれに対向した固定電極に張り付くといういわゆるスティッキング現象が発生することが多々ある。また、たとえエッチング工程でスティッキングが発生しなかったとしても、その後のダイシング・ダイボンディング等の組み付け工程または使用時において静電気力等によりスティッキングが発生することがある。
【０００４】
このような現象が発生した場合には、可動電極及び固定電極間での容量変化の検出が不可能になるという致命的な不良となるものであり、従って、従来構成の製造方法では歩留まりの悪化が避けられないという問題点があった。
このようなスティッキングを防止する方法として、例えば、テクニカルダイジェスト・オブ・ザ・１５ｔｈセンサシンポジウム１９９７の２０５頁〜２０８頁において報告されているように、ウェットエッチングとＮＨ４  Ｆ２  の昇華を用いたリリース（梁構造体のリリース）工程の後、プラズマ重合装置へ導入し、スティッキング防止のためのフッ素系の薄膜をセンサ表面に堆積するという手法が報告されている。
【０００５】
しかしながら、こうした手法では、ウェットエッチング工程を行うことから、その段階でスティッキング不良が発生する可能性が残ること、またリリース工程とフッ素系薄膜を堆積する工程を別々に行うことから工程が複雑になるという問題がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、製造途中の段階または使用時において、可動電極及び固定電極が互いに張り付くという現象を確実に防止できると共に、製造途中において上記可動電極及び固定電極のための材料が破損する事態を効果的に防止でき、以て歩留まりの向上を実現可能とした半導体力学量センサの製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載したような製造方法を採用できる。この製造方法によれば、第１半導体層（１４ａ）上に絶縁層（１４ｃ）を介して積層された第２半導体層（１４ｂ）に対し、トレンチ形成工程において、可動電極（１０ａ、１０ｂ）及び固定電極（４ｂ、５ｂ）を画定するためのトレンチ（１６）が該絶縁層に達するように形成される。
【０００７】
次いで、第１のエッチング工程において、該第１半導体層における該可動電極及び該固定電極の形成領域に対応した部分が、該絶縁層と反対側の面からウエットエッチングされると共に、そのエッチング領域の第１半導体層の膜厚があらかじめ設定した膜厚となった時点でエッチング停止される。そして、その後に行われる第２のエッチング工程において、上記のように残存された設定膜厚の第１半導体層が、気相雰囲気でのエッチングにより除去されて該絶縁層の裏面が露出されるようになる。
【０００８】
このように、第１のエッチング工程では、絶縁層との間に第１半導体層が所定膜厚で残存されるようになるから、当該第１のエッチング工程におけるエッチング液の圧力が、絶縁層及び上記残存された第１半導体層の双方により受け止められるようになって、当該絶縁層ひいては第２半導体層が破壊される可能性が低くなる。しかも、絶縁層を露出させるための第２のエッチング工程は気相雰囲気で行われる構成であるから、その工程の実行時においても、絶縁層ひいては第２半導体層が破壊される可能性が低くなる。このため、総じて製造時における歩留まりの悪化を防止できるようになる。
【０００９】
また、上記第２のエッチング工程の実行後には、電極形成エッチング工程において上記絶縁層が気相雰囲気でのエッチングにより除去されることにより、上記トレンチと連続した状態の開口部が形成されて上記可動電極及び固定電極が形成されるようになる。この場合、可動電極を形成するための工程である電極形成工程は、気相雰囲気でのエッチングにより行われるものであるから、可動電極を形成する工程でウェットエッチングを行う従来構成の場合のように、エッチング液による表面張力に起因して可動電極が固定電極に張り付くというスティッキングが発生することがなくなる。
【００１０】
また、薄膜形成工程において、可動電極及び固定電極の表面に疎水性の薄膜（１７）を形成することにより、この工程後のダイシング・ダイボンディング等の組み付け工程において、静電気力等によるスティッキングが発生することがなくなる。これは、可動電極及び固定電極の表面に形成された上記薄膜が疎水性であり、該薄膜が無い場合の可動電極及び固定電極の表面に比べて表面エネルギーを小さいものとできるから、可動電極及び固定電極の表面の薄膜同士が接触したとしても離れやすく、張り付いたままの状態になりにくいためである。
【００１１】
また、この疎水性の薄膜はセンサ動作時にも残存することから、センサ動作時における張り付きを防止することができる。よって、当該疎水性の薄膜の効果として、結果的に、製造時における歩留まりの向上を実現できるとともに、使用時における張り付きを防止してセンサの信頼性を向上させることができる。
上記目的を達成するために、請求項２に記載した製造方法を採用することもできる。
【００１２】
この製造方法によれば、第１半導体層（１４ａ）上に絶縁層（１４ｃ）を介して積層された第２半導体層（１４ｂ）に対し、トレンチ形成工程において、可動電極（１０ａ、１０ｂ）及び固定電極（４ｂ、５ｂ）を画定するためのトレンチ（１６）が該絶縁層に達するように形成される。次いで、エッチング工程において、該第１半導体層における該可動電極及び該固定電極の形成領域に対応した部分が、該絶縁層と反対側の面から異方性ドライエッチングされて、その絶縁層の裏面側が露出されるようになる。
【００１３】
このように、絶縁層を露出させるためのエッチング工程が気相雰囲気で行われる構成であるから、ウェットエッチングを行う場合のように、絶縁層ひいては第２半導体層がエッチング液の圧力によって破壊される可能性がなくなり、製造時における歩留まりの悪化を防止できるようになる。また、絶縁層を露出させることが気相雰囲気のエッチングのみで行われるため、工程の簡略化がなされる。
【００１４】
また、絶縁層を露出させるためのエッチング工程の実行後においては、請求項１記載の製造方法と同様、気相雰囲気でのエッチングによる電極形成エッチング工程、および、薄膜形成工程を行うため、請求項１記載の製造方法と同様に、これらの工程による効果を得ることができる。
請求項３記載の製造方法は、請求項１または２に記載の薄膜形成工程を電極形成エッチング工程と同時に行うようにしたものである。
【００１５】
そして、電極形成エッチング工程におけるエッチング条件を制御して、可動電極（１０ａ、１０ｂ）及び固定電極（４ｂ、５ｂ）を形成しつつ、エッチングに用いられるガスを材料として該可動電極及び該固定電極の表面に堆積させることにより、疎水性の薄膜（１７）を形成する。それによって、気相雰囲気でのエッチングにより絶縁層（１４ｃ）を除去すると同時に電極表面に疎水性の薄膜を形成できるから、請求項１または２の発明の効果に加えて、工程の簡略化が成される。
【００１６】
また、請求項９記載の製造方法によれば、電極形成エッチング工程において、エッチングを平行平板型のリアクティブエッチング（ＲＩＥ）装置で行うようにした場合に、半導体基板における絶縁層（１４ｃ）の露出側と反対側の面即ちセンサの表面側が、介在する中間部材（２０）によってＲＩＥ装置の電極（５４）に接触することがなくなるから、センサの表面、可動電極と固定電極との間の隙間等にごみが入り込むようなことを防止でき、結果として製造時における歩留まりの向上を実現できるようになる。
【００１７】
また、請求項１０記載の製造方法によれば、中間部材（２０）を導電性の物質（２０ａ）からなるものとしているから、請求項９の製造方法の電極形成エッチング工程において、センサの可動電極と固定電極間に、ＲＩＥ装置内で発生する静電気により電位差が発生するのを抑制することができ、結果として、可動電極が固定電極に張り付くというスティッキングが発生することが無くなり、製造時における歩留まりの向上を実現できるようになる。
【００１８】
また、請求項１１記載の製造方法によれば、電極形成エッチング工程において、被エッチング物質であるシリコン酸化膜とＲＩＥ装置内における他の部分の材質を統一することで、ＲＩＥ装置内におけるシリコン酸化膜のエッチングレートの面内均一性を向上することができ、結果的に、製造時における歩留まりの向上を実現できるようになる。
【００１９】
また、請求項１３及び請求項１４記載の製造方法によれば、電極形成エッチング工程において、請求項９記載の発明について述べたのと同様の効果が得られる。
また、請求項１５記載の製造方法によれば、薄膜形成工程を、電極形成エッチング工程において一連のプロセスによりチャンバ（５０）から出さずに連続的に行うので、プロセス負荷を軽減することが可能である。
【００２０】
なお、上記した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。
（第１実施形態）
本第１実施形態は、本発明を容量式の半導体加速度センサに適用したものとして説明する。図１に、半導体力学量センサとしての半導体加速度センサ１の平面構造を示し（但し、図１中の斜線帯は断面を示すものではなく、各構造要素の区別を容易に識別可能にするためのものである。）、図２に、図１中のＡ−Ａ線に沿った模式的な断面構造を示す。
【００２２】
これら図１及び図２において、例えば単結晶シリコンにより構成された支持基板２は、開口部２ａを備えた矩形枠状に形成されており、その上面には、単結晶シリコンよりなる梁構造体３並びに一対の固定電極構造体４、５がシリコン酸化膜よりなる絶縁膜６を介して配置されている。
なお、上記梁構造体３および固定電極構造体４、５を構成する単結晶シリコンには、その抵抗率を下げるために不純物が予め拡散されている。
【００２３】
上記梁構造体３は、矩形状のマス部７の両端を、矩形枠状の梁部８ａ及び８ｂを介してアンカー部９ａ及び９ｂに一体に連結した構成となっており、これらアンカー部９ａ及び９ｂが支持基板２における対向辺部上に絶縁膜６を介して支持されている。これにより、上記マス部７及び梁部８ａ、８ｂは、支持基板２の開口部２ａに臨んだ状態となっている。
【００２４】
なお、上記梁部８ａ及び８ｂは、図１中の矢印Ｘ方向の成分を含む加速度を受けたときにマス部７を当該矢印Ｘ方向へ変位させるとともに、加速度の消失に応じて元の状態に復元させるというバネ機能を備えたものである。
さらに、梁構造体３は、マス部７の両側面から当該マス部７と直交した方向へ一体的に突出された例えば３個ずつの可動電極１０ａ及び１０ｂを備えており、これら可動電極１０ａ及び１０ｂも支持基板２の開口部２ａに臨んだ状態となっている。なお、これら可動電極１０ａ及び１０ｂは、断面矩形の棒状に形成されている。
【００２５】
支持基板２上には、梁構造体３における一方のアンカー部９ｂと一体に連結された状態の可動電極用配線部１１が上記絶縁膜６を介して形成されており、この配線部１１上の所定位置には、ワイヤボンディング用の電極パッド１１ａが例えばアルミニウムにより形成されている。
上記固定電極構造体４は、支持基板２上に絶縁膜６を介して形成された固定電極用配線部４ａと、上記可動電極１０ａの一方の側面と所定の検出空隙を存して平行した状態で配置された例えば３個の固定電極４ｂとを一体に有した構成となっており、各固定電極４ｂは、上記固定電極用配線部４ａに片持ち状に支持された状態となっている。これにより、上記固定電極４ｂは、支持基板２の開口部２ａに臨んだ状態となっている。
【００２６】
また、上記固定電極構造体５は、支持基板２上に絶縁膜６を介して形成された固定電極用配線部５ａと、上記可動電極１０ｂの一方の側面（上記可動電極１０ａにおける上記検出空隙側と反対側の面）と所定の検出空隙を存して平行した状態で配置された例えば３個の固定電極５ｂとを一体に有した構成となっており、各固定電極５ｂは、上記配線部５ａに片持ち状に支持された状態となっている。これにより、上記固定電極５ｂは、支持基板２の開口部２ａに臨んだ状態となっている。
【００２７】
なお、上記固定電極４ｂ及び５ｂは、断面矩形の棒状に形成されている。
また、上記固定電極用配線部４ａ及び５ａ上の所定位置には、ワイヤボンディング用の電極パッド４ｃ及び５ｃが例えばアルミニウムにより形成されている。さらに、支持基板２の周縁部には、梁構造体３及び固定電極構造体４、５の基材となる単結晶シリコンよりなるシールド用薄膜１２が、絶縁分離トレンチ１３により分離された状態で配置されている。
【００２８】
また、図２、後述の図３（ｈ）に示す様に、支持基板２における絶縁膜６側と反対側の面、梁構造体３及び固定電極構造体４、５における両構造体３〜５が対向する側面には、例えばフルオロカーボン膜等の有機薄膜やフッ化アンモニウム（ＮＨ４  Ｆ）等の無機薄膜からなる疎水性の薄膜１７が形成されている。この薄膜１７は、疎水性即ち表面エネルギーの小さい膜であり、特に水との接触角が７０度以上のものが好ましく、そのようなものとして成分としてフッ素を含むフッ素系の薄膜等を採用できる。
【００２９】
上記のように構成された半導体加速度センサ１にあっては、可動電極１０ａと固定電極４ｂとの間に第１のコンデンサが形成され、また可動電極１０ｂと固定電極５ｂとの間に第２のコンデンサが形成されることになる。これら第１及び第２のコンデンサの各静電容量は、マス部７に図１中矢印Ｘ方向の成分を含む加速度が作用したときの可動電極１０ａ及び１０ｂの変位に応じて差動的に変化するものであり、斯様な静電容量の変化を、電極パッド４ｃ、５ｃ、１１ａを通じて取り出すことにより加速度を検出することができることになる。
【００３０】
図３には、上記のような半導体加速度センサ１の製造工程例が模式的な断面図により示されており、以下これについて説明する。なお、図３（ｈ）中に示す半導体加速度センサ１は、半導体加速度センサ１の部分的な断面構成モデル（説明の便宜上、図１中に１点鎖線Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３で示す各部分での断面構造を合成した状態で表現したモデル）を模式的に示したものであり、図３（ａ）〜（ｇ）は、斯様な断面構造モデルに対応した部分の製造途中での模式的断面図である。
【００３１】
まず、図３（ａ）に示すようなＳＯＩ基板１４（本発明でいう半導体基板に相当）を用意する。このＳＯＩ基板１４にあっては、ベースとなる単結晶シリコンウェハ１４ａ（本発明でいう第１半導体層に相当）が最終的に上記支持基板２となるものであり、この単結晶シリコンウェハ１４ａ上に単結晶シリコン薄膜１４ｂ（本発明でいう第２半導体層に相当）をシリコン酸化膜１４ｃ（本発明でいう絶縁層に相当：最終的に上記絶縁膜６となる）を介して設けた構造となっている。
【００３２】
なお、上記単結晶シリコンウェハ１４ａは、表面の面方位が（１００）に設定されたもので、少なくとも３００μｍ程度以上の厚さ寸法を備えた低不純物濃度のものが使用される。また、上記単結晶シリコン薄膜１４ｂも、表面の面方位が（１００）のもので、例えば１μｍ前後の膜厚に設定されている。なお、この単結晶シリコン薄膜１４ｂには、その抵抗率を下げ、且つ上記電極パッド４ｃ、５ｃ、１１ａとの間でオーミックコンタクトを取るために、例えばリンを高濃度（１×１０１９／ｃｍ３  程度以上）に拡散した状態としている。
【００３３】
次に、図３（ｂ）に示すような電極パッド形成工程を実行する。この工程では、単結晶シリコン薄膜１４ｂ上の全面にアルミニウムを例えば１μｍ程度の膜厚となるように蒸着した後に、そのアルミニウム膜をフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を利用してパターニングすることにより、電極パッド４ｃ、５ｃ、１１ａ（１１ａについては図３中に示されていない）を形成する。なお、この電極パッド形成工程では、電極パッド４ｃ、５ｃ、１１ａのオーミックコンタクトを得るための周知の熱処理（シンタ）を必要に応じて行う。
【００３４】
この状態から、図３（ｃ）に示す寸法調整工程を実行する。この工程では、単結晶シリコンウェハ１４ａの表面（絶縁膜６と反対側の面）側に切削・研磨加工を施すことによって、当該ウェハ１４ａの厚さ寸法が例えば３００μｍとなるように調整し、その加工面に鏡面仕上げを施す。このように、単結晶シリコンウェハ１４ａの厚さ寸法を３００μｍまで減らすのは、後で述べるように、異方性エッチングにより上記開口部２ａを形成する際にそのエッチング深さを低減し、以て異方性エッチングに起因するチップ設計寸法の拡大を防止するためである。
【００３５】
次に、図３（ｄ）に示すようなマスク形成工程を実行する。この工程では、単結晶シリコンウェハ１４ａの表面（鏡面加工面）の全面に、シリコン窒化膜を例えばプラズマＣＶＤ法によって０．５μｍ程度の膜厚となるように堆積した後、そのシリコン窒化膜をフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を利用してパターニングすることにより、上記開口部２ａをエッチングによって形成する際のマスク１５を形成する。
【００３６】
この後には、図３（ｅ）に示すトレンチ形成工程を実行する。この工程では、単結晶シリコン薄膜１４ｂ及び電極パッド４ｃ、５ｃ、１１ａ上にドライエッチ耐性があるレジスト（図示せず）を所定パターン（梁構造体３、固定電極構造体４及び５、シールド用薄膜１２に対応した形状）で形成した状態で、ドライエッチング装置により異方性ドライエッチングを実行することにより、単結晶シリコン薄膜１４ｂ中に、シリコン酸化膜１４ｃに達するトレンチ１６を形成する。
【００３７】
この状態から、図３（ｆ）に示すような第１のエッチング工程を実行する。この第１のエッチング工程では、単結晶シリコンウェハ１４ａを、前記マスク１５を使用し且つ例えばＫＯＨ水溶液を利用して表面（シリコン酸化膜１４ｃと反対側の面）側から選択エッチングする。この場合、斯様なエッチングをシリコン酸化膜１４ｃまで進行させると、エッチング液の圧力により当該シリコン酸化膜１４ｃが破れて単結晶シリコン薄膜１４ｂが破壊される可能性が非常に高くなるため、エッチングがシリコン酸化膜１４ｃまで進行しないようにエッチング時間を管理する。
【００３８】
なお、このようなエッチング時間の管理は、例えば、単結晶シリコンウェハ１４ａの厚さ寸法並びにエッチング液のエッチングレートに基づいた計算により行うものであるが、本実施形態では、単結晶シリコンウェハ１４ａの膜厚が１０μｍ程度残存することを目標にした時間管理を行う。
次に、図３（ｇ）に示すような第２のエッチング工程を実行する。この第２のエッチング工程では、単結晶シリコンウェハ１４ａの表面側から、例えばプラズマエッチング装置を利用したドライエッチングを施すことにより、上記第１のエッチング工程においてシリコン酸化膜１４ｃとの間に残した膜厚１０μｍ程度の単結晶シリコンウェハ１４ａを除去し、以てシリコン酸化膜１４ｃの裏面（下面）を露出させる。なお、斯様なドライエッチングに伴い、マスク１５も同時に除去されることになる。
【００３９】
また、具体的には図示しなかったが、この第１及び第２のエッチング工程の実行前にはＳＯＩ基板１４の表面をレジストにより覆っておくものであり、このレジストは、例えば第２のエッチング工程終了後に除去するようにしている。
そして、図３（ｈ）に示す様な電極形成エッチング工程（第３のエッチング工程）をプラズマ中でリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）により実行する。
【００４０】
この電極形成エッチング工程では、例えば図４または図５に示すような平行平板型のドライエッチング装置を用いる。該エッチング装置は、チャンバ５０内の上部に配置され支持部５１により支持された上部電極５２と、チャンバ５０内の下部に配置され基台５３により支持された下部電極５４とが対向し、上部電極５２は、反応性ガス導入口５５からのガスがチャンバ５０内へ導入可能となっており、下部電極５４には被エッチング体が設置可能となっている。そして、上部及び下部電極５２、５４間に電源５６によって高周波電界（ＲＦ）を印加し、電極５２、５４間にプラズマを発生し、被エッチング体にイオン化されたガスを入射するようになっている。
【００４１】
ここで、上記第２のエッチング工程まで行った後の、シリコン酸化膜１４ｃが裏面から露出したＳＯＩ基板１４（図３（ｇ）に示すもの）を被エッチング体として、該被エッチング体をシリコン酸化膜１４ｃの露出側とは反対面が下部電極５４に対向するように（つまり、図３（ｇ）に示す状態とは上下逆となるように）配置する。
【００４２】
また、該被エッチング体と下部電極５４とが接触しないように、両者の対向する部分には導電性物質からなるリング状の板材２０ａを中間部材２０として介在設定する。尚、中間部材２０はリング状でなくともよく、また、その材質は導電性を有するものであればよく、例えばシリコン基板等を用いることができる。
なお、中間部材２０が絶縁性物質であると、ドライエッチング時に発生する可動電極と固定電極との間の電位差のために両者が静電的に張り付いてしまうことが考えられるため、導電性物質であることが好ましい。
【００４３】
さらに、中間部材２０は、ドライエッチングにおけるシリコン酸化膜１４ｃのエッチングレートの面内均一性を向上させる目的で、図５に示す様に、板材２０ａにおける被エッチング体が載っていない周縁部等にシリコン酸化膜（石英板）からなる板２１を付けた２層構造とすると望ましい。
斯様な装置構成において、電極形成エッチング工程では、シリコン酸化膜１４ｃの裏面（単結晶シリコンウェハ１４ａ側の面）からドライエッチングを施すことにより、当該シリコン酸化膜１４ｃを除去する。
【００４４】
このような電極形成エッチング工程の実行に応じて、上記トレンチ１６と連続した状態の上記開口部２ａが形成されるとともに、梁構造体３のマス部７、梁部８ａ、８ｂ、可動電極１０ａ、１０ｂ（マス部７、梁部８ａ、８ｂ、可動電極１０ｂについては図３（ｈ）に示されていない）がリリースされることになる。
また、このときには、固定電極構造体４、５の固定電極４ｂ及び５ｂ（固定電極５ｂについては図３（ｈ）に示されていない）もリリースされて、固定電極配線部４ａ及び５ａに片持ちされた状態となる。このようにして、電極形成エッチング工程の実行に応じて梁構造体３及び固定電極構造体４、５が形成されるものである。
【００４５】
また、この工程におけるドライエッチングの際に、そのエッチング条件をコントロールすることにより、同時にエッチングに用いられるガスを材料として少なくとも可動電極１０ａ及び１０ｂ及び固定電極４ｂ及び５ｂの表面に堆積させることにより、疎水性の薄膜１７を形成する（薄膜形成工程）。つまり、本実施形態では、薄膜形成工程を電極形成エッチング工程と同時に行うようにしている。
【００４６】
例えばＣＦ４  とＣＨＦ３  、Ａｒ等のドライエッチングに適用可能なガスを導入したドライエッチングを行ったときには、そのエッチング条件をコントロールすることにより、エッチング後の電極表面に例えばフルオロカーボン膜のような堆積物を疎水性の薄膜１７として残すようにする。エッチング条件としては、Ｓｉに対する選択比が高いＳｉＯ２  のエッチングガスとすることが好ましい。
【００４７】
このフルオロカーボン膜のような疎水性の薄膜１７は、その表面エネルギーを小さくできることから、固体に働く分子間力とされる固着現象（スティッキング）を抑止することができる。
さらに、この電極形成エッチング工程においては、梁構造体３のマス部７、梁部８ａ、８ｂ、可動電極１０ａ、１０ｂの表面が、ドライエッチング装置の下部電極５４の表面に直接接触しないように、中間部材２０の上に置かれているため、センサ表面に異物が付着するのを抑止することができ、製造時における歩留まりの向上を期待できる。
【００４８】
そして、このような電極形成エッチング工程の実行後に、ＳＯＩ基板１４を所定のセンサチップ形状に切断するというダイシング工程を行うことにより、半導体加速度センサ１の基本構造を完成させる。
ところで、上記のような製造方法によれば、可動部であるマス部７、梁部８ａ、８ｂ、及び可動電極１０ａ、１０ｂを備えた梁構造体３をリリースするための最終工程である電極形成エッチング工程（第３のエッチング工程）を気相雰囲気でのエッチングであるドライエッチング（本例ではＲＩＥ）により行う構成としたこと、及びフルオロカーボン膜等の疎水性の薄膜１７を堆積していることから、最終工程でウェットエッチングを行う従来構成の場合のように、エッチング液による表面張力に起因して、梁構造体３が固定電極構造体４及び５のような固定電極に張り付くというスティッキングが発生することがなくなり、結果的に、製造時における歩留まりを向上させることができる。
【００４９】
また、可動電極１０ａ、１０ｂ、梁部８ａ、８ｂ、固定電極４ｂ、５ｂをリリースして可動とすると同時に、その側面に働く分子間力を低減させる疎水性の薄膜１７（例えばフルオロカーボン膜等）が形成でき、以てスティッキングを抑制できるようになることから、製造時における歩留まり向上を実現すると共に、駆動時（センサ使用時）における静電気力等によるスティッキングをも抑制することができる。
【００５０】
また、エッチング液としてＫＯＨ水溶液を使用した第１のエッチング工程では、シリコン酸化膜１４ｃとの間に所定膜厚の単結晶シリコンウェハ１４ａが残存されるように構成し、その後に、第２のエッチング工程でのドライエッチングにより上記残存された状態の単結晶シリコンウェハ１４ａを除去する構成としたから、当該第１のエッチング工程において、そのエッチング液の圧力がシリコン酸化膜１４ｃおよび単結晶シリコンウェハ１４ａの双方により受け止められるようになって、シリコン酸化膜１４ｃひいては単結晶シリコン薄膜１４ｂが破壊される可能性が低くなる。
【００５１】
しかも、シリコン酸化膜１４ｃを露出させるための第２のエッチング工程もドライエッチングで行われる構成であるから、その工程の実行時において、シリコン酸化膜１４ｃひいては単結晶シリコン薄膜１４ｂが破壊される可能性が低くなるものであり、総じて製造時における歩留まりの悪化を防止できるようになる。さらに、完成状態においては、梁構造体３の可動部分（マス部７、梁部８ａ、８ｂ、及び可動電極１０ａ、１０ｂ）並びに固定電極構造体４、５の固定電極４ｂ、５ｂが、開口部２ａに臨んだ状態となるから、それらの目視検査をその表裏両面から容易に行い得るようになるという利点もある。
【００５２】
ここで、図３（ｃ）に示す様な切削・研磨加工を行う理由について、図３（ｆ）を用いてさらに詳細にしておく。つまり、図３（ｆ）に示す様に、開口部２ａの開口設計寸法をａとすると、その寸法ａを正確にするためには、第１のエッチング工程において、横方向へのエッチングの進行をできるだけ抑制できる異方性エッチングを行うことが望ましく、本例では、このような異方性エッチングを単結晶シリコンウェハ１４ａに対して行うためにＫＯＨ水溶液を利用している。
【００５３】
このような異方性エッチングは、本例のように面方位（１００）の単結晶シリコンウェハ１４ａを用いる場合には、図３（ｆ）に示す様にエッチング面から角度θ（＝５４．７°）の方向へ進行する。従って、図３（ｆ）に示した開口設計寸法ａ、マスク寸法ｂ及びエッチング深さｄの関係は、ｂ＝ａ＋２×（ｄ／ｔａｎ５４．７°）で得られることになる。このため、例えばエッチング深さｄが５００μｍの場合には、マスク寸法ｂを開口設計寸法ａよりも約７００μｍ程度大きくしなければならず、半導体加速度センサ１のチップサイズが拡大してしまう。
【００５４】
そこで、エッチング深さｄを小さくして、開口設計寸法ａとマスク寸法ｄとの差を縮小するために、本例では前述したような寸法調整工程を実行する構成としている。ただし、単結晶シリコンウェハ１４ａの厚さ寸法を極端に薄くすると、その厚さばらつきが大きくなる可能性が出てくると共に、ハンドリング時に破損するおそれが生じて歩留まりの低下を来すため、その切削・研磨の工程能力を考慮した上で、最適の厚さ寸法（本例では３００μｍ）に設定することが重要になってくる。
【００５５】
なお、上記した第１実施形態において、単結晶シリコンウェハ１４ａの厚さ寸法を、当初から３００μｍ程度に設定しておけば、その表面に鏡面仕上げのみを施せばすむようになって厚さ寸法を薄くするための上記寸法調整工程が不要になるから、全体の製造工程が簡略化することはいうまでもない。ただし、このような設定とする場合には、単結晶シリコンウェハ１４ａのハンドリングに注意を払う必要がある。
【００５６】
さらに、上記した第１実施形態において、単結晶シリコンウェハ１４ａの表面にあらかじめシリコン酸化膜を形成したＳＯＩ基板１４を用いる構成とすれば、当該シリコン酸化膜をエッチングマスクとして利用できることから、マスク形成工程（図３（ｄ）参照）においてシリコン窒化膜を堆積する工程が不要となり、製造工程をさらに簡略化できることになる。
【００５７】
（第２実施形態）
図６には本発明の第２実施形態に係る製造工程例が模式的な断面図により示されており、以下これについて上記第１実施形態と異なる部分を主として説明する。
即ち、上記第１実施形態では、シリコンウェハ１４ａに開口部２ａを形成するために、ウェットエッチングによる第１のエッチング工程（図３（ｆ）参照）を行った後に、ドライエッチングによる第２及び電極形成のエッチング工程（図３（ｇ）及び（ｈ）、図４及び図５参照）を順次行うようにしたが、当初から気相雰囲気でエッチングする構成としても良い。この場合のエッチング方法としては、ドライエッチング装置を利用することが一般的であり、開口部２ａの寸法を正確に制御するためには、異方性ドライエッチングを行うことが望ましい。
【００５８】
具体的には、本第２実施形態では、図６（ａ）に示す様に第１実施形態と同様のＳＯＩ基板１４を用意した上で、図６（ｂ）に示す電極パッド形成工程、図６（ｃ）に示す寸法調整工程、図６（ｄ）に示すマスク形成工程、図６（ｅ）に示すトレンチ形成工程を、それぞれ第１実施形態と同様に実行する。ただし、本実施形態の場合、上記マスク形成工程では、ドライエッチ耐性があるレジストをマスク１５’として設ける。
【００５９】
そして、図６（ｆ）に示すエッチング工程では、単結晶シリコンウェハ１４ａに対し、マスク１５’側の面から異方性ドライエッチングを施すことにより、当該ウェハ１４ａを除去してシリコン酸化膜１４ｃの裏面（下面）を露出させた状態とする。
次いで、図６（ｇ）に示す様に、マスク１５’をアッシングして除去し、さらに図６（ｈ）に示す電極形成エッチング工程では、上記第１実施形態と同様に、シリコン酸化膜１４ｃの裏面側からドライエッチングを施し梁構造体３及び固定電極構造体４、５を形成すると共に、疎水性の薄膜１７を形成する。
【００６０】
かかる本第２実施形態の製造方法によれば、上記第１実施形態と同様に、電極形成エッチングによる効果を発揮することができる。
さらに、本製造方法によれば、ドライエッチングのみによって開口部２ａを形成できるようになるから、製造工程が簡略化すると共に、可動電極１０ａ、１０ｂのような可動部にスティッキングが発生する恐れがなくなるものである。なお、このように異方性ドライエッチングを行う場合には、そのエッチングが単結晶シリコンウェハ１４ａの表面に対しほとんど垂直な方向へ進行するため、ウェットエッチングを行う場合のように、マスク寸法を大きくする必要が無くなり、チップサイズの拡大を招く恐れが無くなる。
【００６１】
ただし、本実施形態のようなドライエッチングは、ＫＯＨ水溶液を用いたウェットエッチングに比べてエッチングレートが小さいという事情があるから、スループットの向上のためには、単結晶シリコンウェハ１４ａの厚さ寸法を３００μｍ程度に調節しておくことが望ましい。
（他の実施形態）
なお、上記実施形態において電極形成エッチング工程は、可能であるならば異方性ドライエッチングで行っても良い。
【００６２】
また、上記実施形態においては、薄膜形成工程を電極形成エッチング工程と同時に行うようにしたため同一装置を用いて両工程の実施が可能となる等、工程の簡略化が可能であるが、電極形成エッチング工程の後に薄膜形成工程を行っても良い。例えば、電極形成エッチング工程の後にエッチング装置からワークを取り出すことなく、導入ガスの組成、ガス圧力等を変更し、デポ（堆積）が起こる条件にして、疎水性の薄膜１７を形成するようにしてもよく、また、電極形成エッチング工程の後に、エッチング装置からワークを取り出し、プラズマ重合装置に設置し、プラズマ重合により疎水性の薄膜１７を形成するようにしてもよい。
【００６３】
また、本発明は半導体加速度センサ以外にも、可動部と固定部を有する半導体力学量センサ、例えば、角速度センサ等に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体加速度センサの平面構成図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ断面を示す模式図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る製造方法を示す工程図である。
【図４】本発明のＲＩＥ装置の構成を示す図である。
【図５】本発明の中間部材の他の例を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
２…支持基板、４ｂ、５ｂ…固定電極、１０ａ、１０ｂ…可動電極、
１４…ＳＯＩ基板、１４ａ…単結晶シリコンウェハ、
１４ｂ…単結晶シリコン薄膜、１４ｃ…シリコン酸化膜、１６…トレンチ、
１７…疎水性の薄膜、２０…中間部材、２０ａ…リング状の板材、
２１…シリコン酸化膜、５２…上部電極、５４…下部電極。
【図１】
0003577566.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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