(57)【要約】【課題】容量式の半導体加速度センサにおいて、可動部および固定電極の付着といった問題が生じない製造方法とする。【解決手段】可動部１の可動電極４を固定電極６、７と対向配置し、加速度を受けて可動部１が変位したときの可動電極４と固定電極６、７間の容量変化に基づいて加速度を検出するようにしたものであって、第１の半導体層２１と第２の半導体層２３との間に絶縁層２２を有するＳＯＩ基板２０によって構成される。表面からＰＩＱ３０及びレジスト３１を塗布し、裏面より第１の半導体層２１および絶縁層２２の所定領域を除去して可動部１と固定電極６、７を形成する領域において第２の半導体層２３が露出させる。第２の半導体層２３には前記除去された領域において貫通溝１０が形成され、この貫通溝１０によって第２の半導体層２３に可動部１および固定電極６、７が形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動電極（４）を有する可動部（１）と、前記可動電極（４）と対向して配置された固定電極（６、７）とを有し、加速度を受けて前記可動部（１）が変位したときの前記可動電極（４）と前記固定電極（６、７）間の容量変化に基づいて前記加速度を検出する半導体加速度センサの製造方法であって、
一方の表面側に第１の半導体層（２１）を有し他方の表面側に第２の半導体層（２３）を有し、前記第１の半導体層（２１）と前記第２の半導体層（２３）の間に絶縁層（２２）を有する半導体基板（２０）を用意し、
前記第２の半導体層（２３）の上に、前記可動電極（４）および前記固定電極（６、７）を形成するためのマスク材（３０）を形成するとともにパターニングする工程と、
前記マスク材（３０）の上に当該マスクを保護する保護膜（３１）を形成する工程と、
前記半導体基板（２０）の一方の表面側から前記第１の半導体層（２１）を前記絶縁層（２２）に達するまでエッチングする工程と、
このエッチングされた領域において露出した前記絶縁層（２２）を除去する工程と、
前記マスク材（３０）の上の前記保護膜（３１）を除去する工程と、
前記マスク材（３０）のパターンを通して、前記エッチングされた領域において前記第２の半導体層（２３）に貫通溝（１０）を形成して、前記第２の半導体層（２３）に前記可動部（１）および前記固定電極（６、７）を形成する工程と、
前記貫通溝（１０）の形成後、前記マスク材（３０）を除去する工程と
を有することを特徴とする半導体加速度センサの製造方法。
【請求項２】
パターニングする工程の前に、前記第２の半導体層（２３）に、前記絶縁層（２２）に達する溝（２７）を形成するとともにこの溝（２７）内を絶縁物（２４）にて埋めて、前記可動部（１）と前記固定電極（６、７）とを絶縁分離する工程を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体加速度センサの製造方法。
【請求項３】
パターニングする工程の前に、前記第２の半導体層（２３）に、前記絶縁層（２２）に達する溝（２７）を形成するとともにこの溝（２７）内を絶縁物（２４）で埋めるように前記第２の半導体層（２３）の表面に絶縁膜（２５、２８）を形成し、前記第２の半導体層（２３）の表面の絶縁膜（２５）をパターニングして、前記絶縁膜（２５）の上に前記可動電極（４）および前記固定電極（６、７）のための金属配線（１１〜１５）を形成し、この後、前記マスク材（３０）の形成を行うことを特徴とする請求項１に記載の半導体加速度センサの製造方法。
【請求項４】
前記可動電極（４）と前記固定電極（６、７）を等電位にするための金属配線（４０）をスクライブライン（４１）上に形成し、前記半導体基板（２０）をチップ単位に切断する時に前記スクライブライン（４１）上に形成された金属配線（４０）を切断することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の半導体加速度センサの製造方法。
【請求項５】
前記半導体基板（２０）をチップ単位に切断する前に、前記可動部（１）と前記固定電極（６、７）を覆うカバー（５０、５５）を形成することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の半導体加速度センサの製造方法。
【請求項６】
前記保護膜（３１）はポリイミドからなり、前記保護膜を除去する工程は、前記保護膜をＯ2アッシングにより除去することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の半導体加速度センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容量式の半導体加速度センサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、容量式の半導体加速度センサとして、特開平５−３０４３０３号公報、特開平７−３３３０７８号公報に示すものがあり、可動電極を有する可動部と、可動電極と対向して配置された固定電極とを有し、可動電極が加速度を受けて変位したときの可動電極と固定電極間の容量変化に基づいて加速度を検出するようにしている。
【特許文献１】特開平５−３０４３０３号公報
【特許文献２】特開平７−３３３０７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来の半導体加速度センサにおいては、第１の半導体層の上に絶縁層を介して第２の半導体層が形成された半導体基板を用い、第２の半導体層の表面側からの加工によって第２の半導体層に可動部および固定電極が形成されている。このため、製造時に可動部および固定電極が第１の半導体層側に付着するといった問題が生じ、そのような付着が生じないような構造上の工夫が必要となる。
【０００４】
本発明は、容量式の半導体加速度センサにおいて、製造時に可動部および固定電極の付着といった問題が生じない半導体加速度センサの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明においては、一方の表面側に第１の半導体層（２１）を有し他方の表面側に第２の半導体層（２３）を有し、前記第１の半導体層（２１）と前記第２の半導体層（２３）の間に絶縁層（２２）を有する半導体基板（２０）を用意し、前記第２の半導体層（２３）の上に、前記可動電極（４）および前記固定電極（６、７）を形成するためのマスク材（３０）を形成するとともにパターニングする工程と、前記マスク材（３０）の上に当該マスクを保護する保護膜（３１）を形成する工程と、前記半導体基板（２０）の一方の表面側から前記第１の半導体層（２１）を前記絶縁層（２２）に達するまでエッチングする工程と、このエッチングされた領域において露出した前記絶縁層（２２）を除去する工程と、前記マスク材（３０）の上の前記保護膜（３１）を除去する工程と、前記マスク材（３０）のパターンを通して、前記エッチングされた領域において前記第２の半導体層（２３）に貫通溝（１０）を形成して、前記第２の半導体層（２３）に前記可動部（１）および前記固定電極（６、７）を形成する工程と、前記貫通溝（１０）の形成後、前記マスク材（３０）を除去する工程とを有する。
【０００６】
請求項２記載の発明は、請求項１において、パターニングする工程の前に、前記第２の半導体層（２３）に、前記絶縁層（２２）に達する溝（２７）を形成するとともにこの溝（２７）内を絶縁物（２４）にて埋めて、前記可動部（１）と前記固定電極（６、７）とを絶縁分離する工程を有することを特徴とする。
【０００７】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１記載の発明において、パターニングする工程の前に、前記第２の半導体層（２３）に、前記絶縁層（２２）に達する溝（２７）を形成するとともにこの溝（２７）内を絶縁物（２４）で埋めるように前記第２の半導体層（２３）の表面に絶縁膜（２５、２８）を形成し、前記第２の半導体層（２３）の表面の絶縁膜（２５）をパターニングして、前記絶縁膜（２５）の上に前記可動電極（４）および前記固定電極（６、７）のための金属配線（１１〜１５）を形成し、この後、前記マスク材（３０）の形成を行うことを特徴とする。
【０００８】
この場合、請求項４に記載の発明のように、可動電極（４）と固定電極（６、７）を等電位にするための金属配線（４０）をスクライブライン（４１）上に形成し、半導体基板（２０）をチップ単位に切断する時にスクライブライン（４１）上に形成された金属配線（４０）を切断するようにすれば、可動電極（４）と固定電極（６、７）の帯電による張り付きを防止することができる。
【０００９】
請求項５に記載の発明のように、半導体基板（２０）をチップ単位に切断する前に、可動部（１）と固定電極（６、７）を覆うカバー（５０、５５）を形成するようにすれば、ダイシングカット時の水が可動部（１）と固定電極（６、７）に付着するのを防止することができる。このことによって、可動電極（４）の破損や、可動電極（４）と固定電極（６、７）間の張り付きといった問題をなくすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（第１実施形態）
図１に本発明の第１実施形態を示す半導体加速度センサの構成を示す。（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ断面図である。図１（ａ）に示すように、半導体加速度センサは、可動部１と固定電極６、７とを有している。可動部１は、根元部をなす支持部２によって支持されたビーム状の重り部３と、この重り部３の両側に櫛歯形状に形成された可動電極４と、加速度を受けたときに重り部を図の矢印方向に変位させ、加速度を受けなくなったときに元の状態に復元させるばね部（梁部）５とから構成されている。固定電極６、７は、可動電極４と対向する櫛歯状の形状をしており、可動電極４の一方側に対向して配置された第１の固定電極６と、可動電極４の他方側に対向して配置された第２の固定電極７とから構成されている。
【００１１】
この半導体加速度センサは、図１（ｂ）に示すように、第１の半導体層２１と第２の半導体層２３との間に絶縁層２２を有する半導体基板（ＳＯＩ基板）２０によって構成されており、第１の半導体層２１および絶縁層２２は、可動部１と固定電極６、７が形成される領域において、第２の半導体層２３が露出するように除去されている。また、第２の半導体層２３には、第２の半導体層２３が露出した領域において貫通溝１０が形成されており、この貫通溝１０によって第２の半導体層２３に、上述した可動部１および固定電極６、７が形成される。
【００１２】
また、可動部１と固定電極６、７とを電気的に絶縁分離するために、可動部１と固定電極６、７のそれぞれの根元部の周囲および第１の固定電極６の導電路８および第２の固定電極７の導電路９の周囲において、第２の半導体層２３に、絶縁層２２に達する溝が形成され、その溝内に絶縁物２４が埋設されている。第２の半導体層２３の上には絶縁膜２５が形成されている。そして、この絶縁膜２５の上に、可動部１に電気接続された電極パッド１１、第１の固定電極６の導電路８に電気接続された電極パッド１２、第２の固定電極７の導電路９に電気接続された電極パッド１３、および第１、第２のＡｌ配線（金属配線）１４、１５が形成されている。第１のＡｌ配線１４は、コンタクトホール１６および１７を介して図１（ａ）の左側の第１の固定電極６と右側に配置された導電路８とを電気的に接続する。同様に、第２のＡｌ配線１５は、コンタクトホール１８および１９を介して図１（ａ）の右側の固定電極７と左側に配置された導電路９とを電気的に接続する。
【００１３】
上記した構成において、可動部１が加速度を受けると、重り部３が図の矢印方向に変位し、可動電極４と第１の固定電極６の間の距離および可動電極４と第２の固定電極７の間の距離が変化する。可動電極４と第１の固定電極６および可動電極４と第２の固定電極７は、それぞれコンデンサを形成しているため、加速度を受けると、それらの容量が変化し、図示しない検出回路によって加速度が検出される。
【００１４】
次に、上記した半導体加速度センサの製造方法について、図２に示す工程図に従って説明する。この図２における各工程図は、図１（ａ）中のＢ−Ｂ断面を示している。まず、図２（ａ）に示すように、（１００）面を有するｎ形のシリコン（Ｓｉ）単結晶基板（第１の半導体層）２１上に、絶縁層（ＳｉＯ2）２２を介して、（１００）面を有するｎ形のＳｉ単結晶基板（第２の半導体層）２３が接合されたＳＯＩ基板（以下、この製造方法の説明においてはウェハという）２０を用意する。
【００１５】
そして、図２（ｂ）の工程において、ウェハの表面を熱酸化して熱酸化膜２６を形成し、絶縁分離用の溝（トレンチ）２７をホトエッチングによって形成する。この後、図２（ｃ）の工程において、カバレッジ性の良いＴＥＯＳ−ＳｉＯ2２８を堆積し、溝２７を絶縁物によって埋める。このことによって、図１（ｂ）に示すように、溝２７内を埋める絶縁物２４と、第２の半導体層２３表面の絶縁膜２５が形成される。なお、上記処理によって形成された、熱酸化膜とＴＥＯＳ−ＳｉＯ2は、この後、フィールド酸化膜として機能する。
【００１６】
次に、図２（ｄ）の工程において、ホトエッチングによってフィールド酸化膜をパターニングして、コンタクトホール（図１に示すコンタクトホール１６〜１９）を形成し、さらにＡｌを蒸着し、ホトエッチングを行って、第１のＡｌ配線１４、およびこの図２には図示されない第２のＡｌ配線１５、電極パッド１１〜１３を形成する。
【００１７】
次に、図２（ｅ）の工程において、ウェハの裏面をバックポリッシュし、裏面を鏡面にした後、裏面にプラズマＳｉＮ膜２９を堆積する。そして、プラズマＳｉＮ膜２９をエッチングして所定形状にパターニングする。また、ウェハの表面にＰＩＱ（ポリイミド）３０を塗布し、ＰＩＱ３０をエッチングして、可動部１および固定電極６、７を形成する形状にパターニングする。さらに、ＰＩＱ３０の上に保護膜としてのレジスト３１を塗布する。この後、裏面のプラズマＳｉＮ膜２９をマスクにしてウェハを例えばＫＯＨ水溶液で深堀エッチングする。この深堀エッチングにおいては、絶縁層（ＳｉＯ2）２２のエッチング速度がＳｉに比較して遅いため、絶縁層２２がエッチングストッパとして機能する。
【００１８】
この後、図２（ｆ）の工程において、ＨＦ水溶液により、露出している絶縁層２２とプラズマＳｉＮ膜２９を除去する。このとき、ウェハの表面は全面に塗布されたレジスト３１によって保護されている。そして、レジスト３１を除去し、ＰＩＱ３０をマスクにして、ドライエッチングにより第２の半導体層２３に貫通溝１０を形成する。この貫通溝１０の形成によって、第２の半導体層２３に可動部１と固定電極６、７が形成される。
【００１９】
最後に、図２（ｇ）の工程において、表面のＰＩＱ３０をＯ2アッシングによって除去し、図１に示す半導体加速度センサを得る。このように本実施形態においては、第１の半導体層２１と第２の半導体層２３の間に絶縁層２２を有するＳＯＩ基板２０を用い、第１の半導体層２１をＳＯＩ基板２０の一方の表面側からエッチングし、このエッチングされた領域において第２の半導体層２３に貫通溝１０を形成して、第２の半導体層２３に可動部１および固定電極６、７を形成している。従って、可動部１および固定電極６、７の下方に第１の半導体層２１が存在していないため、可動部１および固定電極６、７が第１の半導体層２１側に付着するといった問題は生じない。また、可動部１および固定電極６、７の下方に第１の半導体層２１が存在していないため、可動部１および固定電極６、７をエッチングにより形成した後の目視検査を容易に行うことができる。
【００２０】
（第２実施形態）
容量式の半導体加速度センサにおいては、可動電極４および固定電極６、７が互いに絶縁されていることが必要である。しかしながら、可動部１および固定電極６、７を形成するためのドライエッチング工程あるいはウェハのハンドリングなどにおいて、可動電極４および固定電極６、７が帯電し、この帯電による静電気力によって可動電極４と固定電極６、７が張り付いてしまう可能性がある。
【００２１】
そこで、この第２実施形態では、図３に示すように、可動電極４と固定電極６、７を等電位にするためのＡｌ配線４０を形成している。具体的には、図２（ｄ）の工程において、第１、第２のＡｌ配線１４、１５および電極パッド１１〜１３がスクライブライン４１上で結線するように、Ａｌをパターニングする。このことによって、可動電極４、第１の固定電極６、第２の固定電極７が等電位になり、上記した帯電による問題はなくなる。
【００２２】
なお、第１、第２のＡｌ配線１４、１５および電極パッド１１〜１３を結線するＡｌ配線４０は、スクライブライン４１上に形成されており、スクライブライン４１に沿ってウェハをチップ単位に切断するダイシングカット時に、切断され除去されるため、その後は、可動電極４、第１の固定電極６、第２の固定電極７は互いに絶縁される。
【００２３】
この場合、カット時にスクライブライン４１上のＡｌ配線４０の切り粉が付着して、可動部１と固定電極６、７が短絡するのを防止するため、２段カットを行うようにしてもよい。具体的には、スクライブライン４１上のＡｌ配線４０のみを切断する目的で浅く切れ込みを入れ、この後、ウェハを切断する目的でカットする。
【００２４】
（第３実施形態）
可動部１の可動電極４は櫛歯形状に加工されているため、ダイシングカットを行う工程において、発熱を抑制するための冷却水がかかると可動電極４が折れるなどの破損を生じる可能性がある。また、可動電極４が折れないにしても、可動電極４と固定電極６、７との間に水が入り乾燥することによって、可動電極４と固定電極６、７が張り付いてしまう可能性がある。
【００２５】
そこで、この第３実施形態では、図４に示すように、可動部１と固定電極６、７を覆うカバー（座繰り加工したガラス）５０を設けている。具体的には、図２（ｂ）の工程において、フィールド酸化膜の表面にリン処理を行ってリンガラス層を形成しておき、図２（ｇ）の工程の後に、座繰り加工したガラス５０をリンガラス層を介して陽極接合する。
【００２６】
この後、ウェハの裏面をカット用テープに貼って、ダイシングカットを行う。この場合、可動部１と固定電極６、７を覆うようにガラス５０が形成されているため、可動電極１と固定電極６、７に水がかかることはなく、従って、可動電極４の破損や、可動電極４と固定電極６、７の張り付きといった問題をなくすことができる。
【００２７】
なお、図４の（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）中のＣ−Ｃ断面図である。また、この実施形態においては、第１、第２のＡｌ配線１４、１５は、ガラス５０が陽極接合される部分において分断されており、第１のＡｌ配線１４はコンタクトホール５１、５２により第２の半導体層２３を介して電気的に接続され、第２のＡｌ配線１５はコンタクトホール５３、５４により第２の半導体層２３を介して電気的に接続されている。
【００２８】
なお、ウェハに形成するガラスは、ウェハの表面側のみならず、図５に示すように、ウェハの裏面側にも設けるようにしてもよい。この裏面側に形成するガラス５５は、平坦なガラスでウェハの裏面に陽極接合されている。この場合、上下のガラス５０、５５を同一の厚さにすれば、ガラスとＳｉとの熱膨張係数差に起因する熱的な歪みを抑制することができる。また、内部を真空封止することも可能であり、この真空封止によって結露をなくすことができる。なお、ガラス５０、５５としては、ほう珪酸ガラス、あるいはアルミノ珪酸ガラスを用いることができる。
【００２９】
この実施形態において、ウェハの表面側のみにガラス５０を設けた場合、そのガラス５０を設けたままセラミックパッケージとしてセンサを構成することができ、またウェハの両側にガラス５０、５５を設けた場合には、そのままモールドしてセンサを構成することができる。なお、この第３実施形態においても、第２実施形態で示した帯電防止対策を行うようにしてもよい。
【００３０】
また、上述した種々の実施形態においては、ＳＯＩ基板２０を用いて半導体加速度センサを構成するものを示したがＳＩＭＯＸ基板を用いてもよく、また第１、第２の半導体層２１、２３の絶縁分離を行う場合、絶縁層２２を介在させずにｐｎ接合によって絶縁分離するようにしてもよい。また、可動電極４に、第１の固定電極６、第２の固定電極７を対向させるようにしたが、そのいずれか一方のみとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態を示す半導体加速度センサの構成を示す図である。
【図２】図１に示す半導体加速度センサの製造方法を示す工程図である。
【図３】本発明の第２実施形態を示す半導体加速度センサの構成を示す図である。
【図４】本発明の第３実施形態を示す半導体加速度センサの構成を示す図である。
【図５】図４に示す半導体加速度センサの変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１…可動部、２…支持部、３…重り部、４…可動電極、５…ばね部、６、７…固定電極、１１〜１３…電極パッド、１４、１５…Ａｌ配線、２０…ＳＯＩ基板、２１…第１の半導体層、２２…絶縁層、２３…第２の半導体層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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