(57)【要約】【課題】第１の基板と第２の基板とを積層してなる積層基板における第２の基板に、力学量の印加により可動する可動部と固定部とを形成してなる力学量センサにおいて、適切にスティッキングを防止しつつ可動部を可動状態とすることの可能な製造方法を提供する。【解決手段】第１の基板としての半導体基板１１の一面に、当該一面のうち可動部２０に対応する領域では除去されたパターンを有する絶縁層としての埋め込み酸化膜１３を形成し、この酸化膜１３を介して半導体基板１１と第２の基板としてのＳＯＩ層１２とを接合する。次に、ＳＯＩ層１２のうち酸化膜１３と接合されていない領域に、ドライエッチングによってＳＯＩ層１２の厚さ方向に貫通する溝１４を形成することにより、この溝１４により可動部２０及び固定部２１を区画して形成する。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板（１１）と第２の基板（１２）とを積層してなる積層基板（１０）における前記第２の基板に、力学量の印加により可動する可動部（２０）と固定部（２１）とを形成してなる力学量センサの製造方法において、
前記第１の基板の一面に、当該一面のうち前記可動部に対応する領域では除去されたパターンを有する絶縁層（１３）を形成する工程と、
前記絶縁層を介して前記第１の基板と前記第２の基板とを接合する工程と、
前記第２の基板のうち前記絶縁層と接合されていない領域に、ドライエッチングによって前記第２の基板の厚さ方向に貫通する溝（１４）を形成することにより、この溝により前記可動部を区画して形成する工程とを備えることを特徴とする可動部を有する力学量センサの製造方法。
【請求項２】
前記第１の基板および前記第２の基板として半導体基板（１１、１２）を用いることを特徴とする請求項１に記載の可動部を有する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、第１の基板と第２の基板とを積層してなる積層基板における第２の基板に、力学量の印加により可動する可動部と固定部とを形成してなる力学量センサの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の力学量センサとしては、例えば、第１の基板としての半導体基板上にに埋め込み酸化膜を介して第２の基板としてのＳＯＩ（シリコンオンインシュレータ）層を貼り合わせてなる積層基板、いわゆるＳＯＩ基板を用いた容量式の力学量センサが知られている。
【０００３】
このものは、一般に、可動部と固定部とを画定するための溝を、ＳＯＩ層の表面から埋め込み酸化膜まで到達するようにドライエッチングにて形成し、この溝を介して埋め込み酸化膜を犠牲層とした犠牲層エッチングを行って埋め込み酸化膜の一部を除去することで空洞部を形成し、この空洞部上の可動部を可動状態とするものである。
【０００４】
そして、このようにして製造された力学量センサは、上記溝を介して可動部と固定部とが対向した形となり、加速度等の力学量がセンサに印加されたときに、可動部が変位して、可動部と固定部との間隔が変化したときの容量変化などに基づいて印加力学量を検出するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記力学量センサにおいては、可動部と固定部との間は微小な間隔であるため、可動部を可動状態とするすなわちリリースするための上記犠牲層エッチングにおいて、可動部と固定部とが付着する現象、すなわちスティッキングが生じるという問題がある。
【０００６】
この犠牲層エッチングにおいて、犠牲層となる埋め込み酸化膜を膜の面方向にウェットエッチングする場合、可動部と固定部との間すなわち上記溝に存在するエッチング液の表面張力により上記スティッキングが発生する。
【０００７】
そのため、例えば、レジストなどの補強部材を可動部と固定部との間に形成し、可動部を保持した状態で上記犠牲層エッチングを行うことが考えられるが、この場合、別途、補強部材が必要であり、しかも、この補強部材自体も後でエッチングして除去する必要が生じる。
【０００８】
また、上記犠牲層エッチングをドライエッチングにて行うことも考えられるが、その場合、埋め込み酸化膜をその膜の面方向にエッチングするためには、非常に長いエッチング時間がかかってしまい、実質的に実行不可能である。
【０００９】
本発明は上記問題に鑑み、第１の基板と第２の基板とを積層してなる積層基板における第２の基板に、力学量の印加により可動する可動部と固定部とを形成してなる力学量センサにおいて、適切にスティッキングを防止しつつ可動部を可動状態とすることの可能な製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【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に記載の発明では、第１の基板（１１）と第２の基板（１２）とを積層してなる積層基板（１０）における前記第２の基板に、力学量の印加により可動する可動部（２０）と固定部（２１）とを形成してなる力学量センサの製造方法において、前記第１の基板の一面に、当該一面のうち前記可動部に対応する領域では除去されたパターンを有する絶縁層（１３）を形成する工程と、前記絶縁層を介して前記第１の基板と前記第２の基板とを接合する工程と、前記第２の基板のうち前記絶縁層と接合されていない領域に、ドライエッチングによって前記第２の基板の厚さ方向に貫通する溝（１４）を形成することにより、この溝により前記可動部を区画して形成する工程とを備えることを特徴とする。
【００１１】
それによれば、第１の基板と第２の基板とを絶縁層を介して接合した状態では、既に絶縁層の無い部分が空洞部（１５）として形成されているため、次に、この空洞部に対応する第２の基板にドライエッチングによって溝を形成することで、この溝により区画され且つ空洞部上にて可動状態となった可動部が形成される。
【００１２】
そのため、従来のように可動部を形成した後に可動部を可動状態とするために犠牲層エッチングを行って空洞部を形成する必要がなくなり、上記した補強部材も不要となる。よって、本発明によれば、適切にスティッキングを防止しつつ可動部を可動状態とすることの可能な力学量センサの製造方法を提供することができる。
【００１３】
ここで、請求項２に記載の発明のように、前記第１の基板および前記第２の基板として半導体基板（１１、１２）を用いることができる。
【００１４】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１５】
【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。図１は本発明の実施形態に係る力学量センサＳ１の概略断面構成を示す図である。
【００１６】
この力学量センサＳ１は、第１の基板としてのシリコン等からなる半導体基板１１上に絶縁層としての埋め込み酸化膜１３を介して第２の基板であり半導体基板としてのＳＯＩ（シリコンオンインシュレータ）層１２を貼り合わせてなる積層基板１０を用いた容量式の力学量センサであり、例えば、加速度検出を行うものにできる。
【００１７】
ＳＯＩ基板である積層基板１０のＳＯＩ層１２には、ＳＯＩ層１２の表面から埋め込み酸化膜１３まで到達する溝１４が形成されている。この溝１４はプラズマエッチングなどのドライエッチングを利用した垂直トレンチエッチングによって形成することができる。
【００１８】
そして、ＳＯＩ層１２の部分は、上記溝１４を介して、可動部としての可動電極２０と固定部としての固定電極２１とに区画されている。本例では、このように区画された部分は、良く知られている櫛歯状の梁構造体を構成している。図１において、可動電極２０と固定電極２１とは交互に配置され、溝１４を介して互いに隣り合って対向している。
【００１９】
また、可動電極２０及び固定電極２１に対応してこれら電極の下部に位置する埋め込み酸化膜１３の部分には、上記溝１４と連通する空洞部１５が形成されている。この空洞部１５上において、可動電極２０および固定電極２１は半導体基板１１から開放されている。
【００２０】
そして、図示しないが、空洞部１５以外の領域において、固定電極２１は、埋め込み酸化膜１３を介して半導体基板１１に支持固定されており、可動電極２０は、埋め込み酸化膜１３を介して半導体基板１１に対して梁部などのバネ部を介して弾性的に支持されている。これにより、可動電極２０は空洞部１５上において可動状態となっている。
【００２１】
また、空洞部１５以外の領域上において、ＳＯＩ層１２に形成されている溝１４は、可動電極２０と固定電極２１とを絶縁分離するためのアイソレーション１４ａとして構成されている。
【００２２】
また、図１に示すように、ＳＯＩ層１２の上にはパッド電極２２が形成されている。このパッド電極２２は、可動部２０と固定部２１との間の容量変化を検出して外部に取り出すためなどに用いられ、アルミなどからなる。
【００２３】
このような容量式力学量センサＳ１において加速度を検出する場合、加速度の印加に伴い可動電極２０が変位し、それによって可動電極２０と固定電極２１との間の距離が変化する。そして、この距離変化に基づく両電極２０、２１間の容量変化を検出することで、印加された上記加速度を求めることができる。
【００２４】
次に、上記センサＳ１の製造方法について図２を参照して述べる。図２（ａ）〜（ｅ）は本製造方法を上記図１に対応した断面にて示す工程図である。
【００２５】
まず、図２（ａ）に示すように、第１の基板としての半導体基板１１を用意し、熱酸化やスパッタなどにより半導体基板１１の一面に、絶縁層としての埋め込み酸化膜１３を形成する。図示例では、熱酸化により半導体基板１１の一面とは反対の他面にも酸化膜１３ａが形成される。
【００２６】
次に、図２（ｂ）に示すように、半導体基板１１の一面のうち可動部２０の下部に位置すべき領域すなわち空洞部１５となる領域において、埋め込み酸化膜１３を除去する。この埋め込み酸化膜１３の除去は、例えば、レジストなどにより可動部２０及び固定部２１に対応したパターンを有するマスクを形成し、フッ酸などを用いたエッチングを行うことによって可能である。
【００２７】
なお、このようなパターニングされた埋め込み酸化膜１３を形成することは、上述のように、全面成膜後パターニングすることで行っても良いが、その他、半導体基板１１の一面の所定領域をマスクしてスパッタなどを行うことによって、成膜とパターニングとを同時に行うことも可能である。
【００２８】
次に、図２（ｃ）に示すように、パターニングされた埋め込み酸化膜１３を介して半導体基板１１と第２の基板としてのＳＯＩ層１２とを接合する。この接合は、例えば大気中や減圧下で熱処理することにより、埋め込み酸化膜１３とＳＯＩ層１２とを共有結合させることにで可能である。また、この接合により、埋め込み酸化膜１３が形成されていない部位にて空洞部１５が形成される。
【００２９】
そして、本例では、図２（ｃ）中、破線にて示すように、ＳＯＩ層１２を研削、研磨することにより十数μｍ程度の厚さとする。このＳＯＩ層１２の厚さは、後工程における熱履歴やトレンチエッチングによってＳＯＩ層１２が割れたり組成変形しない程度とする。
【００３０】
次に、図２（ｄ）に示すように、ＳＯＩ層１２の表面に、アルミやＡｌ−Ｓｉなどをスパッタにより成膜することにより上記パッド電極２２を形成する。なお、ＳＯＩ層１２の表面にはパッド電極２２とのコンタクトを良好とするため、予めリン（Ｐ）などの不純物を拡散しておいても良い。
【００３１】
ここで、パッド電極２２のパターンとパターニングされた埋め込み酸化膜１３との位置合わせは、赤外線顕微鏡などを用いれば容易に可能である。それにより、ＳＯＩ層１２を透過してパターニングされた埋め込み酸化膜１３を視認することができる。
【００３２】
次に、図２（ｅ）に示すように、ＳＯＩ層１２のうち埋め込み酸化膜１３と接合されていない領域すなわち空洞部１５の上に位置する領域に、ドライエッチングによってＳＯＩ層１２の厚さ方向に貫通する上記溝１４を形成する。また、このとき、上記アイソレーション１４ａとなる溝１４も形成する。
【００３３】
この溝１４を形成するドライエッチングすなわちトレンチエッチングは、ＣＦ６などのエッチングガスを用いたプラズマエッチングなどにより容易に行うことができる。
【００３４】
これにより、この溝１４により可動部２０および固定部２１が区画して形成される。そして、可動部２０は空洞部１５上にてリリースされており、可動状態となる。こうして、上記図１に示す容量式の力学量センサＳ１が完成する。
【００３５】
ところで、上記製造方法によれば、半導体基板１１とＳＯＩ層１２とを埋め込み酸化膜１３を介して接合した状態では、既に埋め込み酸化膜１３の無い部分が空洞部１５として形成されているため、次に、この空洞部１５に対応する半導体基板１１にドライエッチングによって溝１４を形成することで、この溝１４により区画され且つ空洞部１５上にて可動状態となった可動部２０が形成される。
【００３６】
そのため、従来のように可動部を形成した後に可動部を可動状態とするために犠牲層エッチングを行って空洞部を形成する必要がなくなり、上記したレジスト等の補強部材も不要となる。よって、本製造方法によれば、適切にスティッキングを防止しつつ可動部２０を可動状態とすることの可能な力学量センサＳ１の製造方法を提供することができる。
【００３７】
つまり、本製造方法によれば、可動部２０をリリースする段階においてスティッキングの発生しないドライエッチングにて完結することができるので、可動部を保持するための補強部材等を使用しなくても可動部同士や可動部と固定部との微小間隔を確保することが可能となる。
【００３８】
（他の実施形態）
なお、第１及び第２の基板としてアルミナやガラスなどからなるセラミック基板を用いてもよい。この場合、第１の基板である第１のセラミック基板の一面にパターニングされた絶縁層を成膜し、その上に絶縁層を介して第２の基板である第２のセラミック基板を接合する。
【００３９】
そして、第２のセラミック基板をドライエッチングして可動部及び固定部を形成すればよい。なお、この場合、第２のセラミック基板の表面にアルミなどの導体膜を形成することで可動部及び固定部を電極として形成でき、容量式のセンサを構成することができる。
【００４０】
また、本発明は、加速度センサ以外にも、角速度センサや圧力センサなどに適用される可動部を有する力学量センサの製造方法に対しても用いて良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る力学量センサの概略断面図である。
【図２】図１に示す力学量センサの製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
１０…積層基板、１１…半導体基板、１２…ＳＯＩ層、
１３…埋め込み酸化膜、１４…溝。
【図１】
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【図２】
2004069542.tif 000004