(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に犠牲層を介して梁構造の可動部および固定部がパターニング形成された半導体層を有するものを用意し、前記可動部の下の前記犠牲層をエッチングにより除去して前記可動部を力学量の作用によって可動できるようにした半導体力学量センサの製造方法において、
前記半導体層に前記エッチングの終点検出パターンを形成し、前記エッチングによる前記終点検出パターンの変位状態によって前記可動部の下の前記犠牲層の除去を確認す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】
前記終点検出パターンを前記可動部と同時にパターニング形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体力学量センサの製造方法。
【請求項３】
前記終点検出パターンを幅の異なる複数の構造体で形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体力学量センサの製造方法。
【請求項４】
前記複数の構造体を、前記可動部の下側の犠牲層が除去されるエッチング時間でエッチングされる幅より広いものと狭いもの含むように形成することを特徴とする請求項３に記載の半導体力学量センサの製造方法。
【請求項５】
前記終点検出パターンの一部を前記固定部に接続した状態で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、梁構造の可動部を有し、例えば加速度、ヨーレート、振動等の力学量を検出する半導体力学量センサの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の半導体力学量センサとして、特開平９−１４５７４０号公報に示す加速度センサがある。この加速度センサの平面構成を図９（ａ）に示し、そのＨ−Ｈ断面を図９（ｂ）に示す。この加速度センサは、シリコンで構成された基板３０、アンカ部１１、おもり可動電極１２、梁部１３、固定電極１４で構成されるスイッチ式の加速度センサとなっている。
【０００３】
アンカ部１１は、円柱形状で、基板３０上に形成されている。おもり可動電極１２は、円筒形状で、基板３０の表面と所定の間隔を隔ててほぼ平行に設けられており、基板３０と垂直方向の略円柱状側面、すなわち円周状に形成された円周側面１２ａを有している。
梁部１３は、一端がアンカ部１１に固定され他端がおもり可動電極１２に固定されており、おもり可動電極１２をアンカ部１１に対して支持する。この梁部１３は、複数本（図では４本）設けられており、それぞれを、平面的に見て円弧の一部となる形状にし、また断面において横の長さに対する縦の長さの比を大きくした形状にすることによって、基板３０の表面に対し平行方向に弾性変形するバネ部を構成している。
【０００４】
固定電極１４は、内側が円柱をくり抜いた形状で、おもり可動電極１２の外側に所定の間隔を隔てて基板３０上に形成されており、おもり可動電極１２の検出面１２ａに対向する円周側面１４ａを有している。
アンカ部１１、おもり可動電極１２、梁部１３、固定電極１４は、半導体層としてのシリコン膜をエッチングして形成されたもので、おもり可動電極１２と梁部１３にて梁構造の可動部を構成し、固定電極１４にて固定部を構成している。また、それぞれの表面には、導電性をもたせるために不純物が導入されている。従って、おもり可動電極１２の円周側面１２ａは導電性の検出面となり、固定電極１４の円周側面１４ａは導電性の被検出面となる。また、アンカ部１１、固定電極１４は、図に示すように、酸化膜２１、２２によって、基板３０上に固定されている。
【０００５】
上記した構成において、基板３０の表面と平行な方向に加速度が生じたとき、基板３０の表面と平行な方向におもり可動電極１２が変位し、おもり可動電極１２の検出面１２ａと固定電極１４の被検出面１４ａとが接触する。この接触状態を、図示しない検出回路により検出することによって、加速度が検出される。
上記した加速度センサは、次のようにして製造される。
【０００６】
まず、図１０（ａ）に示すように、シリコン基板３０に犠牲層をなす酸化膜２０を成膜し、その上にシリコン膜１０を成膜した基板を用意する。
次に、図１０（ｂ）に示すように、シリコン膜１０をエッチングして、シリコン膜１０を、アンカ部１１、おもり可動電極１２、梁部１３、固定電極１４の形状にパターニングする。この後、シリコン表面に導電性を持たせるためにアンカ部１１、おもり可動電極１２、梁部１３、固定電極１４の各部に不純物を導入する。
【０００７】
最後に、図１０（ｃ）に示すように、おもり可動電極１２、梁部１３直下の酸化膜２０をフッ化水素系液体によりエッチング、すなわち犠牲層エッチングを行って、可動部を可動状態にする。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記した製造方法においては、犠牲層エッチングによって可動部の下の酸化膜２０を除去しているが、その犠牲層エッチングの終点を確認することが難しく、エッチング時間をオーバーしてしまうとアンカ部１１や固定電極１４が基板３０に固定できないという問題がある。
【０００９】
本発明は上記問題に鑑みたもので、犠牲層エッチングの終点を容易に確認できるように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に記載の発明においては、犠牲層エッチングの終点検出パターンを形成しておき、犠牲層エッチングによる終点検出パターンの変位状態によって可動部の下の犠牲層の除去を確認することを特徴としている。
【００１１】
終点検出パターンの下にある犠牲層が犠牲層エッチング時にエッチングされて終点検出パターンが変位するため、その変位状態によって可動部の下の犠牲層の除去を確認することができ、犠牲層エッチングの終点を容易に確認することができる。
この場合、終点検出パターンは、請求項２に記載の発明のように、可動部と同時にパターニング形成すれば、終点検出パターンを形成するための余分な工程を必要としないため、製造工程を簡単にすることができる。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明のように、終点検出パターンを幅の異なる複数の構造体で形成しておけば、それぞれの構造体の変位状態に基づいて犠牲層エッチングの終点を容易に確認することができる。この場合、請求項４に記載の発明のように、終点検出パターンをなす複数の構造体として、可動部の下側の犠牲層が除去されるエッチング時間でエッチングされる幅より広いものと狭いもの含むように形成すれば、幅の狭い方の構造体の下の犠牲層が除去され幅の広い方の構造体の下の犠牲層が残っている状態にて、より容易に犠牲層エッチングの終点を確認することができる。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明のように、終点検出パターンの一部を固定部に接続した状態で形成するようにすれば、犠牲層エッチング時に終点検出パターンが離脱することがないため、センサの歩留まりを良好にすることができる。
【００１４】
【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に本発明の一実施形態に係る加速度センサ構成を示す。（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ断面図である。この図１において、図９に示すものと同一符号を付したものは、同一物であることを示している。従って、この実施形態における加速度センサは、図９に示すものと同様、シリコンで構成された基板３０、アンカ部１１、おもり可動電極１２、梁部１３、固定電極１４で構成されるスイッチ式の加速度センサとなっている。
【００１５】
この実施形態においては、固定電極１４の形成領域に、おもり可動電極１２、梁部１３を基板３０からリリースするエッチング、すなわち犠牲層エッチングの終点を検出するための終点検出パターン４１〜４６が形成されている。
以下、この実施形態における加速度センサの製造方法について説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、シリコン基板３０に犠牲層をなす酸化膜２０を成膜し、その上に半導体層としてのシリコン膜１０を成膜した基板（ウェハ）を用意する。この基板としては、ＳＯＩ基板を用いることもできる。
【００１６】
次に、図２（ｂ）に示すように、シリコン膜１０をエッチングして、シリコン膜１０を、アンカ部１１、おもり可動電極１２、梁部１３、固定電極１４、および終点検出パターン４１〜４６の形状にパターニングする。この終点検出パターンは、図１（ａ）に示すように、Ａ−Ａ断面での幅が終点検出パターン４１から終点検出パターン４６にいくに従って広くなっており、終点検出パターン４６の幅がおもり可動電極１２の幅と同じになっている。この後、シリコン表面に導電性を持たせるためにアンカ部１１、おもり可動電極１２、梁部１３、固定電極１４の各部に不純物を導入する。
【００１７】
最後に、図２（ｃ）に示すように、おもり可動電極１２、梁部１３直下の酸化膜２０をフッ化水素系液体によりエッチングすることで、可動部を可動状態にする。この際、終点検出パターン４１〜４６は固定電極１３と接続されていないため、直下の酸化膜２０がエッチングによって除去されると、図に示すように下側に落ちる。エッチングが進行するに従い、幅の狭い終点検出パターンから順に下側に落ち、おもり可動電極１２の下側の酸化膜２０のエッチングが終了すると、終点検出パターン４５が下に落ちる。エッチング終了後、光学顕微鏡等で上部から終点検出パターン４１〜４６の変位状態を観察することにより、エッチングが終了していることを視覚的に確認することができる。
【００１８】
次に、上記した終点検出パターン４１〜４６の動作を、図３〜図６を用いて説明する。図３は、エッチングする前の状態を示し、図４〜図６にエッチング後の３つの挙動パターンを示す。なお、各図の（ａ）は終点検出パターン４１〜４６が形成されている領域の平面図、（ｂ）は断面図である。第１の挙動パターンは、図４に示すように、終点検出パターンがそのまま基板３０側に下がり基板３０に付着する。第２の挙動パターンは、図５に示すように、犠牲層エッチング中あるいはそのあとの水洗工程等で終点検出パターンが水平方向に移動して、基板３０側に下がり基板３０に付着する。第３の挙動パターンは、図６に示すように、犠牲層エッチング中あるいはそのあとの水洗工程等で終点検出パターンが基板３０から離れ液中に取り込まれる。いずれの場合も、エッチング終了後、光学顕微鏡で上部から観察することにより酸化膜２０除去のエッチングがどこまで進行しているかを判断することができる。
【００１９】
なお、終点検出パターンの幅は、基板３０からリリースされる梁構造体（可動部）の幅の一番広いところに設定するのが好ましいが、構造体幅とエッチング幅が必ずしも一致しない場合がある。その場合、基板３０からリリースされる構造体のエッチング時間に相当する構造体幅を設定し、その設定した幅の前後に梁幅の狭いものと広いものを形成しておくと、酸化膜２０除去のエッチングの進行を判断しやすくなる。このようなパターンを設けることにより、エッチング液の温度変化や劣化等によるエッチングレートの変化があった場合でも、エッチング終了後、上部から終点検出パターンを観察することによりエッチングが終了しているか否かを判断することができる。
【００２０】
また、終点検出パターン４１〜４６としては、図１に示すような構造のものに限らず、図７に示すような片持ち梁構造のものであってもよい。この場合、エッチングの終点検出は梁先端の幅の広いところで行う。図８に、エッチング後の終点検出パターン４１〜４６の状態を示す。梁の先端の幅広個所の下の酸化膜２０が除去されると、下方または横方向に構造体が付着し、梁が変形するため、エッチング終了後、このパターンを観察することにより、エッチングが終了しているか否かを判断することができる。
【００２１】
このように終点検出パターン４１〜４６を片持ち梁構造にすることによって、それが基板３０から離脱することがないためセンサの歩留まりが向上できる。すなわち、図６に見られるように、終点検出パターンが液中に取り込まれると、それがウェハ表面に再付着し、ゴミとなる恐れがあるが、片持ち梁構造にすることで、それがウェハから離脱することがなく、従ってゴミとなることがないためセンサの歩留まりが向上する。なお、片持ち梁構造に限らず、基板３０になんらかの形で固定されていれば同様の効果を奏する。
【００２２】
また、上記した製造方法においては、基板３０の上に酸化膜２０、シリコン膜１０を成膜した基板を用意し、シリコン酸化膜１０をエッチングして、可動部と固定部をパターニングするものを示したが、第１のシリコン基板に可動部と固定部を画定するための溝を形成しておき、その上に犠牲層をなす酸化膜を形成し、その酸化膜の表面を平坦化した後、第２のシリコン基板と貼り合わせ、この後、第１のシリコン基板の表面を研磨して、前記溝から前記犠牲層をなす酸化膜をエッチングにより除去して可動部を可動にする製造方法を用いることもできる。
【００２３】
なお、本発明は上記したような加速度センサに限らず、梁構造体の可動電極と固定電極とを対向させて力学量を検出するものであれば、その他の構造の加速度センサ、ヨーレートセンサなどに適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る加速度センサの構成を示す図である。
【図２】図１に示す加速度センサの製造方法を示す工程図である。
【図３】終点検出パターン４１〜４６のエッチング前の状態を示す図である。
【図４】図３に示すもののエッチング後の第１の挙動パターンを示す図である。
【図５】図３に示すもののエッチング後の第２の挙動パターンを示す図である。
【図６】図３に示すもののエッチング後の第３の挙動パターンを示す図である。
【図７】終点検出パターン４１〜４６の他の形成例におけるエッチング前の状態を示す図である。
【図８】図７に示すもののエッチング後の挙動パターンを示す図である。
【図９】従来の加速度センサの構成を示す図である。
【図１０】図９に示す加速度センサの製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
１０…シリコン膜、１１…アンカ部、１２…おもり可動電極、１３…梁部、
１４…固定電極、２０、２１、２２…酸化膜、３０…基板、
４１〜４６…終点検出パターン。
【図１】
0004134390.tif 000002
【図２】
0004134390.tif 000003
【図３】
0004134390.tif 000004
【図４】
0004134390.tif 000005
【図５】
0004134390.tif 000006
【図６】
0004134390.tif 000007
【図７】
0004134390.tif 000008
【図８】
0004134390.tif 000009
【図９】
0004134390.tif 000010
【図１０】
0004134390.tif 000011