(57)【要約】【課題】  ドライエッチングにより半導体基板を加工して梁や錘を形成する容量型力学量センサにおいて、ウェハ面内でのエッチング時のテーパ角のばらつきによる錘重量と梁長さを補正することにより、歩留まりを向上させ、センサの低コスト化を実現すること。【解決手段】  半導体基板をエッチングするマスクにおいて、ウェハ外周部に向かってセンサ表面積を徐々に大きくするパターンとウェハ外周部に向かって梁の長さが一定になるような補正パターンを形成することで、ウェハ面内でのエッチング時のテーパ角度ばらつきによる錘重量と梁長さばらつきを縮め、歩留まりの向上を図る。【選択図】    図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の表面に形成したマスクパターンの開口部をエッチングすることにより、外部より加わる力学量により変位する可動部を形成する容量型力学量センサにおいて、
前記開口部内における前記可動部領域に、前記可動部表面積が前記半導体基板のウェハ面内において一定でなく、かつ前記可動部梁長さは前記半導体基板のウェハ面内において一定であるマスクパターンを形成することを特徴とする容量型力学量センサの製造方法。
【請求項２】
前記半導体基板のウェハ中心からウェハ外周に向かって、前記マスクパターンの可動部表面積を大きくすることを特徴とする請求項１に記載の容量型力学量センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、加速度、角速度といった力学的物理量を、弾性体に支持された錘が変位することによる容量変化を検出する容量型力学量センサに関する。特に、半導体プロセスを用いて製造する容量型力学量センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、外部から加わる加速度や角速度により変位する錘やその錘を支持する梁（弾性体）を半導体基板内に形成し、錘の可動電極と、これに対し微小間隔を隔てて形成された固定電極との静電容量変化を検出する静電容量型力学量センサが知られている。
【０００３】
図９にその概略図を示す。このセンサでは、垂直にSiを加工する深堀のドライエッチングにより、半導体基板９１内に可動電極となる錘９２や弾性体である梁９３を形成している。つまり、錘９２と梁９３と半導体基板９１とは一体的に作られている。そして、これは、マスクパターンにより任意の形状に形成することができる。その後、下側に硝子基板９４を接合し、静電容量型のセンサとしている（例えば、特許文献１参照。）。これらのセンサは、半導体であるウエハに多数個取りされて、一度にドライエッチングされる。
【特許文献１】特開２０００−１６１９６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような深堀を実現するドライエッチングでは、一般的にエッチングとデポジションと繰り返して加工を行っているが、ウェハの外周部にむかってエッチングが強くデポジションが弱くなるため、ウェハ面内である角度ばらつきをもつ（図３）。このため錘９２の重量や図示しない梁の長さにばらつきが発生し、歩留まりを低下させる。つまり、図３は、ウエハ内の各センサの錘９２部を示した断面図である。1ＳＩＩ要約書と整合とる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものである。加速度、角速度といった力学的物理量を、半導体プロセスを用いて製造された構造体（錘）が変位することによる容量変化を検出する容量型力学量センサに関するものである。
【０００６】
それは、開口部内における可動部領域に、可動部表面積が半導体基板の表面において一定でなく、かつ可動部梁長さは前記半導体基板の表面において一定であるマスクパターンを形成することを特徴としている。
また、半導体基板の中心から外周に向かって、前記マスクパターンの可動部表面積を大きくすることを特徴としている。
【０００７】
従って、外周に向かって、可動部表面積が大きくなっている為、ウェハ面内での錘の重量ばらつきを補正でき、かつウェハ面ないでの梁の長さを一定にできるためセンサの歩留まり向上が期待できる。
【発明の効果】
【０００８】
深堀を実現するドライエッチングにより錘や梁を加工する静電容量型力学量センサにおいて、ウェハの外周部に向かってセンサ表面積を大きしかつ梁の長さは一定であるマスクパターンにすることによって、面内での深堀角度ばらつきによる錘の重量ばらつきを補正できる為、歩留まりの高い力学量センサを供給できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の力学量センサを代表して角速度センサを例にあげ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【実施例】
【００１０】
まず、図１に、本発明の実施の形態１に係わる容量型力学量センサの断面図を図１に示す。本力学量センサは、上部硝子基板１、半導体（シリコン）基板２、下部硝子基板３の３層構造をしている。それら３基板を接合して構造体を作製する。半導体基板2内には、エッチングにより梁4と錘5を有した振動体が形成されている。センサは、錘５と梁６とは、上下部硝子基板１、３に接触しないように微小間隙６、７空隙が設けられている。錘５は、外部より加わる力により、振動や捩れの動きが可能となる。
【００１１】
弾性体である梁4の厚み、長さ、幅及び、錘5の厚み、面積等の形状は、任意の共振周波数及びバネ定数が得られるよう設計される。振動体（錘５、梁４）を形成した半導体基板２を上下より挟み込む上側硝子基板１と下側硝子基板３の一部には、貫通穴８が形成されている。
【００１２】
これら貫通穴８を通して、硝子内側に形成した電極を外側に引き出す構造をしている。貫通穴８の外側には、導電性材料９が積層されており、硝子内の封止は維持される。硝子基板の内側に形成された固定電極は、貫通穴８の側壁に形成した配線を通し、この導電性材料９から外へ取り出している。
【００１３】
ここで、本角速度センサの動作原理を以下簡単に説明する。上側硝子基板１と下側硝子基板３の内面側に設けた励起用固定電極１０に交流電圧を印加させ、グランドに保持した振動体（可動電極）との間に働く静電力により錘を上下振動させる。このようにｚ軸方向に速度が与えられた振動体に、ｙ軸周りの角速度が加わると、ｘ軸方向にそれらの積のコリオリ力が与えられ、図２に示すように、梁が撓む。上側硝子基板１と下側硝子基板３の内面側には、検出用固定電極１１を設けてあり、梁の撓みによる錘の傾きから、検出用固定電極１１と可動電極の容量に変化が生じ、この容量変化から角速度の大きさを検出する。
【００１４】
図４は、本発明の実施の形態１に係る容量型力学量センサのウェハ断面の一部を示した図である。半導体基板４００は、Heガスが流れる管４０２の上側に、シール材４０３を介して配置されている。シール材は、Heガスがエッチング室にリークすることを防ぐよう、外周部において半導体基板４００と接している。半導体基板４００のエッチング面には、センサの梁や錘を形成する為の、エッチングマスク４０４がパターニングされており、開口部４０５において半導体基板４００のエッチングを進行させている。ここで、センサ表面部となるエッチングマスク４０４は、ウェハ外周部に向かって大きくなるようパターニングしている。図３に示す従来のエッチングマスク３０４のパターンでは、ウェハ面内で同一のセンサ表面部を有し、またウェハ面内のエッチングによる角度ばらつきが生じている。この結果、ウェハ面内において、加工した錘の重量にばらつきが生じ、歩留まりの低下を生じさせていた。そこで、図４に示すよう、ウェハ面内でエッチング角度が大きくなる外周部に向かって、センサの表面積を広くしたエッチングマスク４０４を設計し、デバイスを作製している。このセンサ表面部を外周部に向かって徐々に広くすることで、深堀時に生じる角度ばらつきがあっても、ウェハ面内での錘４０１の重量ばらつきを小さくすることが可能となる。
【００１５】
図５及び図６は、それぞれ、ウェハ中央部における梁及び錘のエッチングマスクパターンを示した図である。白抜き部が開口部５０１、６０１であり、格子部が錘のマスクパターン５０２、６０２である。図５において、梁５０３は十文字をしており４本形成されているが、勿論１本や２本、及びそれ以上の本数であっても構わない、また、斜め方向から梁が出ていても構わないし、直線でなく、曲線や折れ曲がったパターンであっても構わない。梁長さ補正パターンが５０４、６０４となっている。
【００１６】
図７及び図８は、それぞれ、ウェハ外周部における梁及び錘のエッチングマスクパターンを示した図である。錘のパターン寸法が、図５、図６で示した錘の表面積にくらべ大きくなるように７０２や８０２が形成されている。またウェハ面内での梁の長さが一定になるように、ウェハ外周部に向かって、徐々に小さくなるような補正パターン７０４、８０４をセンサの外周部に設けている。これで深堀角度ばらつきによる錘の重量ばらつきを補正できるようにすることができ、かつ梁の長さは一定にすることができる。その結果歩留まりの向上が実現する。
【００１７】
このような例は、角速度センサに限らず、加速度センサや圧力センサ等の容量変化検出型の力学量センサ全般に当てはまる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施の形態１に係る容量型力学量センサの概略断面図である。
【図２】実施の形態１に係る容量型力学量センサの概略図断面である。
【図３】従来の容量型力学量センサの半導体ウェハの一部断面図である。
【図４】実施の形態１に係る容量型力学量センサにおける半導体ウェハの一部断面図である。
【図５】実施の形態１に係る容量型力学量センサにおけるウェハ中央部の梁のエッチングマスクパターンを示した平面図である。
【図６】実施の形態１に係る容量型力学量センサにおけるウェハ中央部の錘のエッチングマスクパターンを示した平面図である。
【図７】実施の形態１に係る容量型力学量センサにおけるウェハ外周部の梁のエッチングマスクパターンを示した平面図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る容量型力学量センサにおけるウェハ外周部の錘のエッチングマスクパターンを示した平面図である。
【図９】従来の容量型力学量センサを説明した概略断面図である。
【符号の説明】
【００１９】
１                              上部硝子基板
２                              半導体基板
３                              下部硝子基板
４                              梁
５                              錘
６、７                          微小隙間
８                              貫通穴
９                              導電性材料
１０                            励起用固定電極
１１                            検出用固定電極
４００                          半導体基板
４０１                          錘
４０２                          管
４０３                          シール材
４０４、３０４                  エッチングマスク
４０５                          開口部
５０１、６０１、７０１、８０１  開口部
５０２、６０２、７０２、８０２  マスクパターン
５０３、７０３                  梁
５０４、６０４、７０４、８０４  梁長さ補正パターン
９１                            半導体基板
９２                            錘
９３                            梁
９４                            硝子基板
【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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【図６】
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【図７】
2005345182.tif 000009
【図８】
2005345182.tif 000010
【図９】
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