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JPH10125935A - Manufacture of movable capacitor structure and movable capacitor structure - Google Patents

Manufacture of movable capacitor structure and movable capacitor structure

Info

Publication number
JPH10125935A
JPH10125935A JP8293321A JP29332196A JPH10125935A JP H10125935 A JPH10125935 A JP H10125935A JP 8293321 A JP8293321 A JP 8293321A JP 29332196 A JP29332196 A JP 29332196A JP H10125935 A JPH10125935 A JP H10125935A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
movable
region
layer
forming
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP8293321A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshiharu Yoshii
義治 芳井
Takashi Iwamoto
岩本  隆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Motorola Solutions Japan Ltd
Original Assignee
Nippon Motorola Ltd
Motorola Japan Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Motorola Ltd, Motorola Japan Ltd filed Critical Nippon Motorola Ltd
Priority to JP8293321A priority Critical patent/JPH10125935A/en
Publication of JPH10125935A publication Critical patent/JPH10125935A/en
Pending legal-status Critical Current

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Landscapes

  • Pressure Sensors (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make it possible to manufacture easily a movable capacitor structure. SOLUTION: Recessed parts 21 are formed in the side of one surface of a first substrate 2 and an N<+> layer is formed on a substrate region equivalent to the bottoms 21a of the recessed parts 21 from the side of the one surface. Then, a second substrate 3 is joined to the side of one surface of the substrate 2 and after the recessed parts 21 are blocked and space layers 4 are formed, the substrate region is polished to a prescribed thickness. Subsequently, an N<+> layer is formed on the above substrate region from the side of the other surface of the one surface to form this substrate region into an N-type semiconductor layer extending over the whole in the thickness direction and the above substrate region is etched in a prescribed pattern in such a way as to thrust through the substrate region from the side of the other surface to the side of the one surface to form a movable part 5. In such a way, the space layers 4, which constitute a capacitor, are formed between the side periphery part and lower part of the region of one part of the substrate 2 and the other region of the substrate 2, the region of the one part is constituted as the movable part 5 and a movable capacitor structure, which leads out a change in the capacitance to respond to the motion of the above part 5, for example, to the outside as an electrical signal, is formed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板例えば
シリコン基板に微細構造の可動部分を形成し、可動部分
の動きに応じて空間層の容量が変化することにより加速
度センサ等のセンサやアクチュエ−タとして利用できる
可動容量構造体の製造方法及び可動容量構造体に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sensor or an actuator such as an acceleration sensor by forming a movable portion having a fine structure on a semiconductor substrate, for example, a silicon substrate, and changing the capacity of a space layer according to the movement of the movable portion. The present invention relates to a method of manufacturing a movable capacitance structure that can be used as a capacitor and a movable capacitance structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】シリコン基板の貼り合わせ技術とシリコ
ンディ−プエッチングとを組み合わせて微細な可動構造
体を形成する技術が、例えば“Silicon Fusion Bonding
and Deep Reactive Ion Etching ; A New Technology
for Microstructure“ ,Erno H.Klaasen,et al p556,Tr
ansducer 95 にて報告されている。この技術は例えば図
6に示されているように、先ず第1の基板11にエッチ
ングにより凹部12を形成した後(図6(a))、第1
の基板11と第2の基板13との間に空間層14を形成
するように第1の基板11の上部から第2の基板13を
貼り合わせる(図6(b))。次いで第2の基板13を
所定の厚さになるまで研磨した後(図6(c))、第2
の基板13の表面に所定のマスクパタ−ンを形成する
(図6(d))。最後にエッチングを行ない、図6
(e)に示すように、上下及び左右方向に動く可動部分
15を有する可動構造体を形成するというものである。
上記の文献では可動部分に電流を流してこれを加熱し、
電流に応じて可動部分が変形することを利用してサ−マ
ルアクチュエ−タに応用する例が挙げられている。
2. Description of the Related Art A technique for forming a fine movable structure by combining a silicon substrate bonding technique and silicon deep etching is known, for example, in "Silicon Fusion Bonding".
and Deep Reactive Ion Etching; A New Technology
for Microstructure “, Erno H. Klaasen, et al p556, Tr
Reported in ansducer 95. In this technique, for example, as shown in FIG. 6, after a concave portion 12 is first formed in a first substrate 11 by etching (FIG. 6A), a first substrate 11 is formed.
The second substrate 13 is bonded from above the first substrate 11 so as to form the space layer 14 between the first substrate 11 and the second substrate 13 (FIG. 6B). Next, after the second substrate 13 is polished to a predetermined thickness (FIG. 6C), the second substrate 13 is polished.
A predetermined mask pattern is formed on the surface of the substrate 13 (FIG. 6D). Finally, etching is performed, and FIG.
As shown in (e), a movable structure having a movable portion 15 that moves vertically and horizontally is formed.
In the above document, a current is passed through the movable part to heat it,
There is an example of application to a thermal actuator utilizing the fact that a movable portion is deformed in response to an electric current.

【0003】本発明者らはこのような可動構造体を例え
ば加速度センサ、角速度センサ、圧力センサ等に応用す
ることに着目した。ところで可動構造体をこのようなセ
ンサに応用するためには部分的に電気回路を形成する必
要があり、即ち可動部分に導電領域を形成して他の領域
と電気的に絶縁することが要求される。
The present inventors have focused on applying such a movable structure to, for example, an acceleration sensor, an angular velocity sensor, a pressure sensor, and the like. By the way, in order to apply the movable structure to such a sensor, it is necessary to partially form an electric circuit, that is, it is required to form a conductive region in the movable portion and electrically insulate it from other regions. You.

【0004】図7(a)は可動容量構造体を加速度セン
サに応用した場合の一例を示す概略平面図であり、この
センサに左右方向(矢印方向)の力が作用すると、この
力に応じて可動部分15と左右の固定片16との間の空
間層14a,14bの大きさが変化し、この空間層14
a,14bの容量の大きさが変わる。従って左右の固定
片16、16に直流電源17の両端を夫々接続し、可動
部分15から出力を取り出すと、図7(b)に等価回路
で示すように、コンデンサC1,C2の間に直流電圧を
印加し、コンデンサC1,C2の間から引き出した出力
端の電位を測定することと等価になり、センサを搭載し
ている移動体例えばジャイロがカ−ブしたときの角速度
を検出することができる。またこの他例えば矢印方向の
加速度を検出する加速度センサとしても応用できる。
FIG. 7A is a schematic plan view showing an example in which the movable capacitance structure is applied to an acceleration sensor. When a force in the left-right direction (the direction of the arrow) acts on this sensor, the sensor responds to this force. The size of the space layers 14a and 14b between the movable part 15 and the left and right fixed pieces 16 changes, and
The magnitudes of the capacities a and b change. Therefore, when the both ends of the DC power supply 17 are connected to the left and right fixed pieces 16 and 16, respectively, and the output is taken out from the movable portion 15, as shown in an equivalent circuit in FIG. Is applied and the potential of the output terminal drawn from between the capacitors C1 and C2 is measured, and the angular velocity when a moving body equipped with a sensor, such as a gyro, is caught can be detected. . In addition, the present invention can also be applied as an acceleration sensor that detects acceleration in the direction of an arrow, for example.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ここで上述の可動容量
構造体の可動部分15を導電領域とするためには、例え
ばn形不純物(あるいはp形不純物)を注入してシリコ
ン基板の電気抵抗を低下させなければならない。可動部
分15は機械的強度を確保するために10〜50μm程
度の厚さが必要であるため、仮に例えば第1の基板11
と第2の基板13とを貼り合わせ後、第2の基板13の
表面側からイオン注入を行なおうとすると、可動部分1
5の厚さが大きいので片側からのイオン注入では長い時
間がかかってしまう。
Here, in order to make the movable portion 15 of the above-mentioned movable capacitance structure a conductive region, for example, an n-type impurity (or a p-type impurity) is implanted to reduce the electric resistance of the silicon substrate. Must be lowered. The movable portion 15 needs to have a thickness of about 10 to 50 μm in order to secure mechanical strength.
When the ion implantation is performed from the surface side of the second substrate 13 after bonding the second substrate 13 and the
5, the ion implantation from one side takes a long time.

【0006】そこで第1の基板11と第2の基板13と
を貼り合わせる前に、例えば図8(a)に示すように第
2の基板13の両側からイオン注入を行ない、この後図
8(b)に示すように第1の基板11と第2の基板13
とを貼り合わせることが考えられる。ところがこの方法
では基板11、13を貼り合わせるときに、第2の基板
の13のド−ピング領域13aの認識が困難であるた
め、このド−ピング領域13aと第1の基板11の凹部
12との位置合わせを行うためには、第2の基板13の
ド−ピング領域13aの近傍にアライメントキ−17を
形成し、第1の基板11の貼り合わせ面と反対側の面か
ら赤外線によりこのアライメントキ−17を検出し、こ
れにより位置合わせを行なわなければならないが、この
ようにすると位置合わせ工程が増えるので作業が煩雑に
なるという問題がある。
Therefore, before bonding the first substrate 11 and the second substrate 13, for example, ion implantation is performed from both sides of the second substrate 13 as shown in FIG. As shown in b), the first substrate 11 and the second substrate 13
It is conceivable to paste them together. However, in this method, it is difficult to recognize the doping region 13a of the second substrate 13 when the substrates 11 and 13 are bonded to each other, so that the doping region 13a and the recess 12 of the first substrate 11 In order to perform the alignment, an alignment key 17 is formed in the vicinity of the doping region 13a of the second substrate 13, and the alignment key 17 is formed by infrared rays from the surface opposite to the bonding surface of the first substrate 11. It is necessary to detect the key 17 and perform the alignment by using this key. However, in this case, there is a problem that the number of alignment steps is increased and the operation becomes complicated.

【0007】本発明はこのような事情の下になされたも
のであり、その目的は基板の貼り合わせを行なう工程に
おいて位置合わせを不要とすることにより、可動容量構
造体を容易に製造することができる技術を提供すること
にある。
The present invention has been made under such circumstances, and an object of the present invention is to make it easy to manufacture a movable capacitance structure by eliminating the need for alignment in a step of bonding substrates. It is to provide the technology that can be done.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板の
一部の領域の側周部及び下部と他の領域との間に電気的
容量をなす空間層を形成することにより当該一部の領域
を可動部分として構成し、前記可動部分の動きに応じた
容量変化を電気信号として外部に取り出すかまたは空間
層に電気信号を与えることにより当該可動部分を動かす
可動容量構造体を製造する方法において、第1の半導体
基板の一面側に凹部を形成する工程と、前記凹部の底部
に相当する基板領域に一面側から不純物層を形成する工
程と、前記第1の半導体基板の一面側に第2の基板を張
り合わせて、不純物層が形成された凹部を塞ぐ工程と、
前記基板領域を所定の厚さに研磨する工程と、前記基板
領域に他面側から不純物層を形成して当該基板領域を厚
さ方向全体に亘ってp形またはn形半導体層とする工程
と、前記基板領域を他面側から一面側に突き抜けるよう
に所定のパタ−ンでエッチングして可動部分を形成する
工程と、を含むことを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, a part of a semiconductor substrate is formed by forming a space layer which forms an electric capacitance between a peripheral part and a lower part of the part and another region. A method for manufacturing a movable capacitance structure in which a region is configured as a movable portion and a change in capacitance according to the movement of the movable portion is extracted to the outside as an electric signal or an electric signal is applied to a spatial layer to move the movable portion. Forming a concave portion on one surface side of the first semiconductor substrate, forming an impurity layer from one surface side in a substrate region corresponding to the bottom of the concave portion, and forming a second layer on one surface side of the first semiconductor substrate. Laminating the substrate and closing the concave portion in which the impurity layer is formed,
Polishing the substrate region to a predetermined thickness, forming an impurity layer in the substrate region from the other side, and forming the substrate region into a p-type or n-type semiconductor layer over the entire thickness direction. Forming a movable portion by etching the substrate region with a predetermined pattern so as to penetrate from the other surface side to the one surface side.

【0009】上述の工程は、必ずしも記載の順番に行う
ことを条件とするものではないが、凹部を形成する工程
と、基板領域に一面側から不純物層を形成する工程と、
基板を張り合わせる工程と、はこの順序で行うことが必
要である。基板を研磨する工程は、基板の張り合わせ工
程の前に行ってもよい。また可動部分に電気的に接続さ
れた半導体素子よりなる電気回路を第1の半導体基板に
形成する工程を、上述の工程に加えて行ってもよい。
The above steps are not necessarily performed in the order described, but include a step of forming a concave portion and a step of forming an impurity layer in the substrate region from one surface side.
The step of bonding the substrates must be performed in this order. The step of polishing the substrate may be performed before the step of bonding the substrates. Further, the step of forming an electric circuit including a semiconductor element electrically connected to the movable portion on the first semiconductor substrate may be performed in addition to the above steps.

【0010】更に本発明は、一面側に凹部が形成された
第1の半導体基板に前記凹部を塞ぐように第2の半導体
基板が張り合わせられ、前記第1の半導体基板の凹部の
底部に相当する基板領域に所定のパタ−ンで一面側から
他面側に亘ってエッチングされ、前記基板領域の残りの
部分が可動部分として構成されると共に、この可動部分
の厚さ方向全体に亘ってn形またはp形半導体層として
形成されている可動容量構造体についても対象とするも
のである(請求項3)。
Further, according to the present invention, a second semiconductor substrate is bonded to a first semiconductor substrate having a concave portion formed on one surface side so as to cover the concave portion, and corresponds to a bottom portion of the concave portion of the first semiconductor substrate. The substrate region is etched with a predetermined pattern from one surface side to the other surface side, and the remaining portion of the substrate region is configured as a movable portion, and is n-type throughout the thickness direction of the movable portion. Alternatively, the present invention also covers a movable capacitance structure formed as a p-type semiconductor layer.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て説明する。本実施の形態の特徴とするところは、図1
に示すように、例えばシリコン基板よりなる第1の半導
体基板2(以下第1の基板2という)の一面側に凹部2
1を形成し(図1(a))、次いでこの第1の基板2の
凹部21の底部21aに相当する基板領域に対して、先
ず凹部21が形成されている一面側からイオン注入を行
ない(図1(b))、続いて凹部21とは反対側の他面
側からイオン注入を行なうようにして(図1(c))、
第1の基板2の両側からイオン注入を行なった後、第1
の基板2と第2の基板3とを貼り合わせることにより、
基板2、3同士の位置合わせ工程を不要にしたことであ
る。なお第2の基板3は必ずしも半導体基板である必要
はないが貼り合わせが容易であるなどの理由から、この
例ではシリコン基板を用いている。
Embodiments of the present invention will be described below. The feature of this embodiment is that FIG.
As shown in FIG. 1, a recess 2 is formed on one surface side of a first semiconductor
1 is formed (FIG. 1A), and then ion implantation is first performed on a substrate region corresponding to the bottom 21a of the concave portion 21 of the first substrate 2 from one surface side where the concave portion 21 is formed (FIG. 1A). (FIG. 1 (b)) Then, ion implantation is performed from the other surface side opposite to the concave portion 21 (FIG. 1 (c)).
After ion implantation from both sides of the first substrate 2, the first
By bonding the substrate 2 and the second substrate 3 to each other,
This eliminates the need for an alignment step between the substrates 2 and 3. Note that the second substrate 3 is not necessarily a semiconductor substrate, but a silicon substrate is used in this example for reasons such as easy bonding.

【0012】続いて本発明の方法により製造される可動
容量構造体の一例について述べる。この可動容量構造体
は図2の斜視図及び図3(a)の平面図、図3(b)の
側面図に示すように、第1の基板2の下面側に第2の基
板3を貼り合わせたものであり、これらの基板2、3の
間には空間層4が形成されていて、第1の基板2の一部
の領域が可動部分5として構成されている。
Next, an example of the movable capacitance structure manufactured by the method of the present invention will be described. As shown in the perspective view of FIG. 2, the plan view of FIG. 3 (a), and the side view of FIG. 3 (b), the second substrate 3 is attached to the lower surface side of the first substrate 2. A space layer 4 is formed between the substrates 2 and 3, and a partial region of the first substrate 2 is configured as a movable portion 5.

【0013】即ち第1の基板2の貼り合わせ面側の一部
が第2の基板3から離れていて、第2の基板3との間に
空間層4を形成しており、更にこの空間層4の上方に位
置する基板領域の一部が空間層4から第1の基板2の表
面側(貼り合わせ面と反対側)から空間層4に抜けるよ
うに所定のパタ−ンでエッチングされている。こうして
当該基板領域の一部の下方側及び側方側に空間層4が形
成され、空間層4で囲まれた基板領域が上下、左右に揺
動可能な可動部分5として構成されている。
That is, a part of the first substrate 2 on the bonding surface side is separated from the second substrate 3 to form a space layer 4 between the first substrate 2 and the second substrate 3. Part of the substrate region located above the substrate 4 is etched with a predetermined pattern so as to pass from the space layer 4 to the space layer 4 from the surface side of the first substrate 2 (the side opposite to the bonding surface). . In this way, the space layer 4 is formed on a part of the lower side and the side of the substrate region, and the substrate region surrounded by the space layer 4 is configured as a movable portion 5 that can swing up and down, left and right.

【0014】前記可動部分5について更に詳述すると、
この可動部分5は例えば左右方向(図3(a)の矢印方
向)の両側に複数例えば4本ずつ櫛歯51(51a,5
1b)が突出する櫛歯状に形成されており、前後におい
て細い接続部53(53a,53b)により、前後方向
に所定の空間を介して固定部54(54a,54b)即
ち凹部21の投影領域から外れている基板本体55に接
続されている。
The movable part 5 will be described in more detail.
The movable portion 5 has a plurality of, for example, four comb teeth 51 (51a, 5
1b) is formed in a protruding comb shape, and the projection area of the fixing portion 54 (54a, 54b), that is, the concave portion 21 through a predetermined space in the front-rear direction by thin connecting portions 53 (53a, 53b) in the front and rear. Is connected to the substrate main body 55 which is out of the way.

【0015】また可動部分5の各櫛歯51の間には、基
板本体55から固定片52(52a,52b)が延び出
して入り込み、櫛歯51と固定片52との間に櫛歯51
が揺動できるように空間層4が形成されている。可動部
分5は凹部21の中にいわば浮いた状態で前後の細い接
続部53により基板本体55により支持されているの
で、左右方向に力が加わると可動部分5の自重モ−メン
トにより細い接続部53が撓み、左右方向に動くことに
なる。一方固定片52は左右方向に延び出しており、自
重モ−メントも小さいので左右方向には揺動しない。
A fixed piece 52 (52a, 52b) extends and enters from the substrate body 55 between the comb teeth 51 of the movable portion 5, and the comb tooth 51 is interposed between the comb tooth 51 and the fixed piece 52.
The space layer 4 is formed so that can swing. The movable portion 5 is supported by the substrate body 55 by the narrow connecting portions 53 at the front and rear while floating in the concave portion 21 so that when the force is applied in the left-right direction, the thin connecting portion is formed by the weight of the movable portion 5 by its own weight moment. 53 bends and moves in the left-right direction. On the other hand, the fixed piece 52 extends in the left-right direction and does not swing in the left-right direction because its own weight moment is small.

【0016】第1の基板2の可動部分5、固定片52及
び固定部54の一部は、厚さ方向全域に亘って図3
(b)に示すように、空間層4の上部側から第1の基板
2表面まで例えばN形の不純物原子が注入されてN形不
純物層22(以下N層22という)をなしている。そ
してこのN層22は可動部分5の端部から連続して基
板本体55の一部に亘って形成されており、更に基板本
体55上のN層22の表面には例えばアルミニウム層
よりなるメタル配線層23が形成され、ここから離れた
基板本体55上の他の領域の信号処理回路24に信号が
取り出されるように構成されている。N層22のその
他の領域の表面にはSiO2 膜25が形成されており、
このSiO2 膜25の表面には例えばリンドープシリコ
ンガラスよりなる保護膜26が形成されている。
The movable portion 5, the fixed piece 52, and a part of the fixed portion 54 of the first substrate 2 are arranged as shown in FIG.
As shown in (b), for example, N-type impurity atoms are implanted from the upper side of the space layer 4 to the surface of the first substrate 2 to form an N-type impurity layer 22 (hereinafter, referred to as an N + layer 22). The N + layer 22 is formed continuously from the end of the movable portion 5 over a part of the substrate main body 55, and the surface of the N + layer 22 on the substrate main body 55 is made of, for example, an aluminum layer. The metal wiring layer 23 is formed, and a signal is taken out to the signal processing circuit 24 in another area on the substrate main body 55 apart from the metal wiring layer 23. On the surface of the other region of the N + layer 22, a SiO 2 film 25 is formed.
On the surface of the SiO 2 film 25, a protective film 26 made of, for example, phosphorus-doped silicon glass is formed.

【0017】続いてこのような可動容量構造体の製造方
法について図4及び図5に基づいて説明する。先ず第1
の基板2に、これから形成しようとする凹部21の形状
に合わせてレジスト61を塗布した後(図4(a))、
エッチングを行い凹部21を形成する(図4(b))。
この凹部21は例えば縦横が0.3mm×0.3mm、
深さが5μmとして形成される。続いて凹部21の底部
21aに対して凹部21が形成されている一面側から例
えばN形の不純物原子62を例えばイオン注入法により
注入してから(図4(c))、レジスト61を除去する
(図4(d))。次いで第1の基板2と第2の基板3と
を、第1の基板2の凹部21が形成されている一面側と
第2の基板3とを合わせて、両者2、3の間に空間層4
を形成するようにして接着した後(図4(e))、アニ
−ルを行って第1の基板2と第2の基板3とを貼り合わ
せると共に、不純物原子62を拡散させる(図4
(f))。
Next, a method for manufacturing such a movable capacitance structure will be described with reference to FIGS. First,
After applying a resist 61 to the substrate 2 according to the shape of the concave portion 21 to be formed (FIG. 4A),
Etching is performed to form the recess 21 (FIG. 4B).
This concave portion 21 has, for example, 0.3 mm × 0.3 mm in length and width,
It is formed with a depth of 5 μm. Subsequently, for example, an N-type impurity atom 62 is implanted into the bottom 21a of the concave portion 21 from one surface where the concave portion 21 is formed by, for example, an ion implantation method (FIG. 4C), and then the resist 61 is removed. (FIG. 4D). Next, the first substrate 2 and the second substrate 3 are combined with each other on one surface side of the first substrate 2 where the concave portion 21 is formed and the second substrate 3, and a space layer is formed between the two substrates 2 and 3. 4
(FIG. 4E), the first substrate 2 and the second substrate 3 are bonded by annealing, and the impurity atoms 62 are diffused (FIG. 4E).
(F)).

【0018】続いて第1の基板2を表面側(凹部21が
形成されている一面とは反対側の面)から例えば20μ
mの厚さになるまで研磨した後(図4(g))、N
22を所定のパタ−ンに形成するためにレジスト63を
塗布し、表面側からイオン注入を行う(図4(h)。こ
うして前記底部21aに相当する基板領域を厚さ方向全
体に亘ってN層22とする(図4(i))。次いで第
1の基板2の表面に絶縁膜であるSiO2 膜25を形成
するが、この例では前記基板領域の他面側にN層22
を形成する工程において、凹部21から外れた基板本体
の表面にもN層22を同時に形成しておき、図5
(a)に示すように当該N層22の表面に例えばアル
ミニウムよりなる配線層23を形成する。
Subsequently, the first substrate 2 is placed on the front side (the side opposite to the side on which the recess 21 is formed) by, for example, 20 μm.
After polishing to a thickness of m (FIG. 4 (g)), a resist 63 is applied to form the N + layer 22 in a predetermined pattern, and ion implantation is performed from the surface side (FIG. 4 (g)). h) The substrate region corresponding to the bottom 21a is formed as an N + layer 22 over the entire thickness direction (FIG. 4 (i)), and a SiO 2 film as an insulating film is formed on the surface of the first substrate 2. 25, the N + layer 22 is formed on the other surface side of the substrate region in this example.
In the step of forming the N + layer, the N + layer 22 is also formed on the surface of the substrate
As shown in (a), a wiring layer 23 made of, for example, aluminum is formed on the surface of the N + layer 22.

【0019】一方、この第1の基板2の表面には予め半
導体素子であるCMOSなどからなるアンプを含む信号
処理回路(特許請求の範囲の電気回路に相当する)が形
成されており(図4(j))、前記配線層23を介して
層22と信号処理回路24(図3(a)参照)とが
電気的に接続される。そして図5(b)に示すように第
1の基板2の表面に保護膜26を形成した後、この保護
膜26の上にレジスト膜64を所定のパタ−ンに形成し
(図5(c))、このパタ−ンに応じて前記基板領域を
他面側から一面側に突き抜けるようにエッチングする
(図5(d))。その後前記レジスト膜64を除去し、
こうして可動容量構造体が第1の基板2側に形成され
る。
On the other hand, on the surface of the first substrate 2, a signal processing circuit (corresponding to an electric circuit in the claims) including an amplifier made of a semiconductor device such as CMOS is formed in advance (FIG. 4). (J)), the N + layer 22 and the signal processing circuit 24 (see FIG. 3A) are electrically connected via the wiring layer 23. After a protective film 26 is formed on the surface of the first substrate 2 as shown in FIG. 5B, a resist film 64 is formed on the protective film 26 in a predetermined pattern (FIG. 5C). 5) According to this pattern, etching is performed so that the substrate region penetrates from the other surface side to the one surface side (FIG. 5D). Thereafter, the resist film 64 is removed,
Thus, a movable capacitance structure is formed on the first substrate 2 side.

【0020】なお固定片52についても基端部に連続す
る基板本体55表面にN層22が形成され、同様にし
て図示しない配線層に接続される。そして既述の信号処
理回路24も含めた可動容量構造体を例えば移動体に搭
載すれば、従来技術の項で述べたように、角速度に応じ
て可動部分5に左右方向に力が加わって可動部分5が固
定片52aまたは52b側に寄って空間層4の容量C
1,C2が変化し、固定片52a、52b間に例えば直
流電圧を印加しておくことにより、信号処理回路24を
通じて角速度に応じた信号が取り出される。
The N + layer 22 is also formed on the surface of the substrate body 55 that is continuous with the base end of the fixing piece 52, and is similarly connected to a wiring layer (not shown). If the movable capacitance structure including the signal processing circuit 24 described above is mounted on a moving body, for example, as described in the section of the related art, a force is applied to the movable portion 5 in the left-right direction in accordance with the angular velocity, and the movable body 5 The portion 5 is shifted toward the fixing piece 52a or 52b side and the capacitance C of the space layer 4 is
1 and C2 change, and a signal corresponding to the angular velocity is extracted through the signal processing circuit 24 by applying, for example, a DC voltage between the fixed pieces 52a and 52b.

【0021】上述の実施の形態によれば、シリコン基板
を用いて可動容量構造体を製造することにより、従来か
らの半導体製作プロセスを利用することができる。そし
て可動容量構造体形成のための空間層4となる凹部21
を可動部分及び素子を作成する側のシリコン基板(第1
の基板2)に形成しているため、基板2,3の貼り合わ
せ時に凹部21とイオン注入領域(N層22)との位
置合わせを行わなくてよいので、アライメントキ−を製
作しなくて済み、マスク形成工程を減らすことができ、
位置合わせも不要なのでプロセスが簡易になる。また従
来からの半導体製作プロセスを利用できることから、可
動部分5及び信号処理回路24である半導体素子を同じ
基板上に生成することができ、容量型センサの製造が容
易になる。
According to the above-described embodiment, a conventional semiconductor manufacturing process can be used by manufacturing a movable capacitance structure using a silicon substrate. And a concave portion 21 serving as a space layer 4 for forming a movable capacitance structure
To the silicon substrate (first
Since the substrate 2) is formed, it is not necessary to align the concave portion 21 with the ion-implanted region (N + layer 22) when the substrates 2 and 3 are bonded to each other. Already, the mask forming process can be reduced,
Since no alignment is required, the process is simplified. In addition, since the conventional semiconductor manufacturing process can be used, the movable portion 5 and the semiconductor element as the signal processing circuit 24 can be formed on the same substrate, and the manufacture of the capacitive sensor becomes easy.

【0022】以上において不純物層を形成する手法とし
ては、イオン注入法に限られるものではなく、例えば化
学気相反応により基板の一面(他面)に高濃度の不純物
層を形成し、その後熱拡散を行うという方法を採用して
もよい。また不純物層を構成する不純物原子としてはN
形に限らずP形の原子であってもよい。また固定片52
の下方側は空間層4として形成されることに限られず、
この場合には例えば第1の基板2を予め所定のパタ−ン
でエッチングすることにより固定片52を形成するよう
にしてもよい。
In the above, the method of forming the impurity layer is not limited to the ion implantation method. For example, a high-concentration impurity layer is formed on one surface (other surface) of the substrate by a chemical vapor reaction and then thermally diffused. May be adopted. The impurity atoms constituting the impurity layer are N
Not only the shape but also a P-type atom may be used. Also, the fixing piece 52
Is not limited to being formed as the space layer 4,
In this case, for example, the fixing pieces 52 may be formed by etching the first substrate 2 in advance with a predetermined pattern.

【0023】更にまた第1の基板2を研磨する工程は、
両基板2,3を貼り合わせた後に行うことに限定され
ず、例えば第1の基板2を専用の支持板に一旦貼り合わ
せ、その後当該基板2を研磨してから両基板2,3を貼
り合わせる場合も本発明の範囲に含まれる。
Further, the step of polishing the first substrate 2 comprises:
The method is not limited to being performed after the two substrates 2 and 3 are bonded. For example, the first substrate 2 is temporarily bonded to a dedicated support plate, and then the substrate 2 is polished and then the two substrates 2 and 3 are bonded. Such cases are also included in the scope of the present invention.

【0024】なお本発明に係る可動容量構造体は、ジャ
イロなどに搭載される角速度センサや加速度センサなど
の半導体センサとして用いることができるほか、可動部
分を介して電気的容量をなす空間層に電圧を印加して静
電引力の大きさを調整し、これにより可動部分を動かす
アクチュエ−タとして使用することもできる。
The movable capacitance structure according to the present invention can be used as a semiconductor sensor such as an angular velocity sensor or an acceleration sensor mounted on a gyro or the like, and a voltage is applied to a space layer forming an electric capacitance through a movable portion. Is applied to adjust the magnitude of the electrostatic attraction, whereby the actuator can be used as an actuator for moving a movable part.

【0025】[0025]

【発明の効果】本発明によれば、凹部を形成した側の基
板に可動部分を形成しているため、基板の貼り合わせを
行うときに位置合わせを行わずに済み、可動容量構造体
の製造が容易になる。
According to the present invention, since the movable portion is formed on the substrate on which the concave portion is formed, no alignment is required when the substrates are bonded, and the production of the movable capacitance structure is achieved. Becomes easier.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の一形態に係る可動容量構造体の
製造工程を示す工程図である。
FIG. 1 is a process chart showing a manufacturing process of a movable capacitance structure according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施の一形態に係る可動容量構造体を
示す斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view showing a movable capacitance structure according to one embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施の一形態に係る可動容量構造体を
示す平面図と側面図である。
FIG. 3 is a plan view and a side view showing a movable capacitance structure according to an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施の一形態に係る可動容量構造体の
製造工程の一部を示す工程図である。
FIG. 4 is a process chart showing a part of the manufacturing process of the movable capacitance structure according to the embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施の一形態に係る可動容量構造体の
製造工程の一部を示す工程図である。
FIG. 5 is a process chart showing a part of the manufacturing process of the movable capacitance structure according to the embodiment of the present invention.

【図6】従来の可動容量構造体の製造工程を示す工程図
である。
FIG. 6 is a process diagram showing a manufacturing process of a conventional movable capacitance structure.

【図7】従来の可動容量構造体の一部を示す平面図であ
る。
FIG. 7 is a plan view showing a part of a conventional movable capacitance structure.

【図8】従来の可動容量構造体の製造工程を示す工程図
である。
FIG. 8 is a process diagram showing a manufacturing process of a conventional movable capacitance structure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 第1の基板 21 凹部 22 N層 3 第2の基板 4 空間層 5 可動容量構造体 52 固定片2 first substrate 21 concave portion 22 N + layer 3 second substrate 4 space layer 5 movable capacitance structure 52 fixed piece

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板の一部の領域の側周部及び下
部と他の領域との間に電気的容量をなす空間層を形成す
ることにより当該一部の領域を可動部分として構成し、
前記可動部分の動きに応じた容量変化を電気信号として
外部に取り出すかまたは空間層に電気信号を与えること
により当該可動部分を動かす可動容量構造体を製造する
方法において、 第1の半導体基板の一面側に凹部を形成する工程と、 前記凹部の底部に相当する基板領域に一面側から不純物
層を形成する工程と、 前記第1の半導体基板の一面側に第2の基板を張り合わ
せて、不純物層が形成された凹部を塞ぐ工程と、 前記基板領域を所定の厚さに研磨する工程と、 前記基板領域に他面側から不純物層を形成して当該基板
領域を厚さ方向全体に亘ってp形またはn形半導体層と
する工程と、 前記基板領域を他面側から一面側に突き抜けるように所
定のパタ−ンでエッチングして可動部分を形成する工程
と、 を含むことを特徴とする可動容量構造体の製造方法。
1. A semiconductor device according to claim 1, wherein a part of the semiconductor substrate is formed as a movable part by forming a space layer forming an electric capacitance between a side peripheral part and a lower part of the semiconductor substrate and another region.
A method for manufacturing a movable capacitance structure that moves a movable portion by extracting a capacitance change according to the movement of the movable portion to the outside as an electric signal or applying an electric signal to a spatial layer, wherein one surface of a first semiconductor substrate is provided. Forming an impurity layer on one side in a substrate region corresponding to the bottom of the recess; and bonding a second substrate on one surface of the first semiconductor substrate to form an impurity layer. A step of closing the concave portion in which is formed; a step of polishing the substrate region to a predetermined thickness; a step of forming an impurity layer in the substrate region from the other surface side and covering the substrate region over the entire thickness direction. Forming a movable portion by etching a predetermined pattern so as to penetrate the substrate region from the other surface side to the one surface side. Content The method of manufacturing the mass structure.
【請求項2】 可動部分に電気的に接続された半導体素
子よりなる電気回路を第1の半導体基板に形成する工程
を更に含むことを特徴とする請求項1記載の可動容量構
造体の製造方法。
2. The method according to claim 1, further comprising the step of forming an electric circuit comprising a semiconductor element electrically connected to the movable portion on the first semiconductor substrate. .
【請求項3】 基板の一部の領域の側周部及び下部と他
の領域との間に電気的容量をなす空間層を形成すること
により当該一部の領域を可動部分として構成し、前記可
動部分の動きに応じた容量変化を電気信号として外部に
取り出すかまたは空間層に電気信号を与えることにより
当該可動部分を動かす可動容量構造体において、 一面側に凹部が形成された第1の半導体基板に前記凹部
を塞ぐように第2の半導体基板が張り合わせられ、前記
第1の半導体基板の凹部の底部に相当する基板領域に所
定のパタ−ンで一面側から他面側に亘ってエッチングさ
れ、前記基板領域の残りの部分が可動部分として構成さ
れると共に、この可動部分の厚さ方向全体に亘ってn形
またはp形半導体層として形成されていることを特徴と
する可動容量構造体。
3. A part of the substrate is formed as a movable part by forming a spatial layer that forms an electric capacitance between a side peripheral part and a lower part of the part of the substrate and another part, A first semiconductor having a concave portion formed on one surface side in a movable capacitance structure for moving a movable portion by extracting a capacitance change according to the movement of the movable portion to the outside as an electric signal or applying an electric signal to a space layer. A second semiconductor substrate is bonded to the substrate so as to cover the concave portion, and is etched from one surface side to the other surface with a predetermined pattern in a substrate region corresponding to the bottom of the concave portion of the first semiconductor substrate. A movable capacitor structure, wherein the remaining portion of the substrate region is configured as a movable portion, and is formed as an n-type or p-type semiconductor layer over the entire thickness of the movable portion.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010019922A (en) * 1999-08-31 2001-03-15 구자홍 electrostatic microstructures and fabrication method
JP2008292426A (en) * 2007-05-28 2008-12-04 Panasonic Electric Works Co Ltd Electrostatic capacity type sensor
CN108663539A (en) * 2017-03-27 2018-10-16 精工爱普生株式会社 Physical quantity transducer, electronic equipment, portable electronic device and moving body

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