JP2000055931A - 振動型半導体センサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 振動体電極が折れにくい構造をした振動型半
導体センサを提供すること。 【解決手段】 振動体電極１６は、柱部３４、３６によ
って保持され、かつ柱部３４、３６と電気的に接続され
ている。３８は、振動体電極１６と柱部３４との境界を
示し、４０は、振動体電極１６と柱部３６との境界を示
す。振動体電極１６に作用する繰り返し応力や応力集中
を吸収するために、境界３８、４０の近傍に、複数の貫
通孔１９を設けている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、振動子の振動に
より、特定の物理量を計測する振動型半導体センサ及び
その製造方法に関する。

【０００２】

【背景技術及び発明が解決しようとする課題】振動型セ
ンサは、物理量の変化によって振動子の固有振動数が変
化する効果を利用して、特定の物理量（力、重量、加速
度、圧力等）を計測するセンサである。

【０００３】図２８は、従来の振動型半導体センサの振
動子の模式図である。基板１００の上に、振動子１０４
及び振動子１０４を保持する柱部１０２が形成されてい
る。振動子１０４及柱部１０２は、ポリシリコン膜から
なり、一体形成されている。

【０００４】振動子１０４が矢印方向に振動することを
利用して、特定の物理量を計測する。しかし、振動子１
０４が振動することにより、振動子１０４と柱部１０２
との境界１０６には、繰り返し応力が作用する。また、
境界１０６では、センサの形状が急に変化しているの
で、応力集中が生じる。よって、図２９に示すように、
振動子１０４は、境界１０６で折れやすい。

【０００５】この発明は、このような従来の課題を解決
するためになされたものであり、その目的は、振動子等
の柱部で保持される電極が折れにくい構造をした振動型
半導体センサ及びその製造方法を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】（１）この発明は、振動
子の振動により、特定の物理量を計測する振動型半導体
センサであって、振動子を保持する保持部と、保持部に
形成され、振動子が振動することにより、振動子と保持
部との境界に作用する応力を吸収する応力吸収部と、を
備える。

【０００７】振動子と保持部との境界には、繰り返し応
力及び応力集中が作用する。この発明は、上記応力吸収
部を備えているので、振動子が境界で折れるという現象
を少なくすることができる。

【０００８】（２）この発明は、振動子と、振動子の上
方に位置する上部電極と、を備え、振動子が振動するこ
とにより、振動子と上部電極との間の静電容量が変化す
ることを用いて、特定の物理量を計測する振動型半導体
センサであって、下層部と上層部とから構成され、上部
電極を保持する保持部と、保持部に形成され、上部電極
と保持部との境界に作用する応力を吸収する応力吸収部
と、を備える。

【０００９】上部電極と保持部との境界には、繰り返し
応力及び応力集中が作用する。この発明は、上記応力吸
収部を備えているので、上部電極が境界で折れるという
現象を少なくすることができる。

【００１０】（３）応力吸収部は、空間であるのが好ま
しい。空間は、応力を効果的に吸収することができるか
らである。空間には、空気等の気体が充填された状態で
もよいし、真空状態でもよい。

【００１１】（４）保持部は、その一方の側面から他方
の側面へ貫通する貫通孔を有し、貫通孔が、応力吸収部
となるのが好ましい。

【００１２】（５）応力吸収部の弾性係数は、保持部の
弾性係数より小さいのが好ましい。これにより、応力吸
収部は、保持部より軟らかくなり、応力を吸収すること
ができるからである。応力吸収部としては、空孔又はシ
リコン酸化膜（弾性係数７０Ｇｐａ）があり、保持部と
しては、シリコン（弾性係数１６３Ｇｐａ）がある。

【００１３】（６）応力吸収部は、保持部内に格子状に
配置されているのが好ましい。

【００１４】（７）保持部上に形成されたボンディング
パッドを備え、応力吸収部は、ボンディングの際に、ボ
ンディングパッドを介して、保持部に作用する応力を吸
収するのが好ましい。

【００１５】ボンディングの際、ボンディングパッドに
は衝撃応力が作用するので、保持部にも衝撃応力が作用
する。これにより、保持部には、ひび割れ等の破損が生
じることがある。この発明の応力吸収部は、ボンディン
グの際に、ボンディングパッドを介して、保持部に作用
する応力を吸収する作用も有する。

【００１６】（８）この発明は、振動型半導体センサの
製造方法であって、基板上に第１の層を形成する工程
と、保持部となる位置にある第１の層を、格子状にパタ
ーンニングする工程と、保持部及び振動子となる第２の
層を、第１の層を覆うように、基板上に形成する工程
と、を備える。第１の層の弾性係数は、第２の層の弾性
係数より小さい。さらに、第２の層を、保持部及び振動
子にパターンニングする工程を備える。

【００１７】この発明は、上記（１）の態様の製造方法
である。この発明の効果を理解する前提として、振動子
は、保持部と同一材料又は同一材料を主成分とする必要
がある。異なる材料だと、温度変化時、熱膨張係数の違
いにより、振動子が変形し、センサの特性が劣化するか
らである。

【００１８】これをもとにすると、振動子および保持部
を形成する方法として、以下の工程が考えられる。
（ａ）第１の層を形成する工程、（ｂ）保持部となる位
置にある第１の層を除去し、かつ振動子が形成される領
域に第１の層を残す工程、（ｃ）保持部となる位置に第
２の層を埋め込み、かつ振動子が形成される領域にある
第１の層上に、第２の層を形成する工程、（ｄ）第２の
層をＣＭＰ等の方法でエッチングして、保持部及び振動
子とする工程。

【００１９】この場合、保持部となる位置に第２の層を
埋め込む必要があるので、第２の層を厚めに堆積し、第
２の層をエッチングして、振動子を形成する。例えば、
第１の層の膜厚が２.０μｍとすると、第２の層の膜厚
を４.０μｍとすることにより、保持部となる位置に第
２の層を埋め込む。そして、第２の層を２.０μｍの厚
みだけエッチングして、厚さ２.０μｍの振動子を形成
する。

【００２０】このとき、第２の層の厚みの均一性は、堆
積時、４.０μｍプラスマイナス０.４μｍ程度であり、
エッチング時、２.０μｍプラスマイナス０.２μｍ程度
である。このため、最終的に第２の層の厚みの均一性
は、２.０μｍプラスマイナス０.６μｍ程度となる。第
２の層の厚みは、振動子の共振周波数を決める要素なの
で、この厚みの均一性の悪さは、センサの性能を著しく
悪くする。

【００２１】この発明の振動型半導体センサの製造方法
は、保持部となる位置にある第１の層を、格子状にパタ
ーンニングしている。このため、第２の層の堆積時、第
２の層は、格子状の隙間に入り込む。したがって、第２
の層を厚めに堆積し、第２の層をエッチングして振動子
とする工程が不要となる。よって、振動子を形成する工
程を簡略化できるとともに、振動子の膜厚の面内均一性
を向上させることができる。

【００２２】すなわち、例えば、第１の層の膜厚が２.
０μｍとすると、第２の層は格子状の隙間に入り込むの
で、第２の層の膜厚が２.０μｍでも、保持部となる位
置に第２の層を埋め込むことができる。したがって、第
２の層を厚めに堆積し、エッチングする工程が不要とな
る。よって、堆積時の２.０μｍプラスマイナス０.２μ
ｍ程度が、最終的な第２の層の厚みの均一性となる。上
記（ａ）〜（ｄ）の工程で示す方法によれば、２.０μ
ｍプラスマイナス０.６μｍ程度なので、この発明によ
れば、振動子の膜厚の面内均一性を向上させることがで
きる。

【００２３】各格子の隙間の幅は、第２の層の厚みの２
倍以下が好ましい。このようにすれば、保持部に段差が
生じることなく、各格子の隙間に第２の層を埋め込むこ
とができるからである。

【００２４】（９）この発明は、振動型半導体センサの
製造方法であって、基板上に第１の層を形成する工程
と、保持部となる位置にある第１の層のうち、保持部の
一方の側面から他方の側面へ貫通する貫通孔となる位置
に、第１の層を残すようにパターンニングする工程と、
保持部及び振動子となる第２の層を、第１の層を覆うよ
うに、基板上に形成する工程と、第２の層を、保持部及
び振動子にパターンニングする工程と、第１の層を除去
し、保持部内に貫通孔を形成する工程と、を備える。

【００２５】この発明は、上記（１）の態様の製造方法
である。この発明は、上記（８）と同じ理由により、上
記（８）と同じ効果を生じる。

【００２６】（１０）この発明は、振動型半導体センサ
の製造方法であって、基板上に第１の層を形成する工程
と、保持部の下層部となる位置にある第１の層を、格子
状にパターンニングする工程と、保持部の下層部及び振
動子となる第２の層を、第１の層を覆うように、基板上
に形成する工程と、を備える。第１の層の弾性係数は、
第２の層の弾性係数より小さい。さらに、第２の層を、
保持部の下層部及び振動子にパターンニングする工程
と、保持部の下層部上及び振動子上に第３の層を形成す
る工程と、保持部の下層部上にある第３の層を、格子状
にパターンニングする工程と、保持部の上層部及び上部
電極となる第４の層を、第３の層を覆うように、基板上
に形成する工程と、を備える。第３の層の弾性係数は、
第４の層の弾性係数より小さい。さらに、第４の層を、
保持部の上層部及び上部電極にパターンニングする工程
を備える。

【００２７】この発明は、上記（２）の態様の製造方法
である。この発明は、上記（８）と同じ理由により、上
記（８）と同じ効果を生じる。

【００２８】（１１）この発明は、振動型半導体センサ
の製造方法であって、基板上に第１の層を形成する工程
と、保持部の下層部となる位置にある第１の層のうち、
保持部の下層部の一方の側面から他方の側面へ貫通する
貫通孔となる位置に、第１の層を残すようにパターンニ
ングする工程と、保持部の下層部及び振動子となる第２
の層を、第１の層を覆うように、基板上に形成する工程
と、第２の層を、保持部の下層部及び振動子にパターン
ニングする工程と、保持部の下層部上及び振動子上に第
３の層を形成する工程と、保持部の下層部上にある第３
の層のうち、保持部の上層部の一方の側面から他方の側
面へ貫通する貫通孔となる位置に、第３の層を残すよう
にパターンニングする工程と、保持部の上層部及び上部
電極となる第４の層を、第３の層を覆うように、基板上
に形成する工程と、第４の層を、保持部の上層部及び上
部電極にパターンニングする工程と、第１及び３の層を
除去し、保持部内に貫通孔を形成する工程と、を備え
る。

【００２９】この発明は、上記（２）の態様の製造方法
である。この発明は、上記（８）と同じ理由により、上
記（８）と同じ効果を生じる。

【００３０】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態） （平面構造の説明）図２は、この発明の第１の実施の形
態に係る振動型半導体センサの平面図である。この振動
型半導体センサは、ヨーレートセンサ、すなわち角速度
を測定するセンサである。図２の構造を、まず図３〜図
５を用いて、下層から順に説明する。

【００３１】図３を参照して、シリコンからなる基板１
０上に、柱部１１及び下部電極１２が形成されている。
柱部１１及び下部電極１２は、ポリシリコンからなる。
柱部１１と下部電極１２とは、電気的に接続されてい
る。柱部１１上には、アルミニウムからなる取り出し電
極１４が形成されている。

【００３２】図４を参照して、振動子となる振動体電極
１６が、図３に示す下部電極１２上の位置に形成されて
いる。振動体電極１６は、基板１０上に形成された四つ
の柱部１３、１５、３４、３６によって、保持されてい
る。これにより、振動体電極１６は、固定はりとなって
いる。柱部１３、１５、３４、３６は、保持部の一例で
ある。振動体電極１６及び柱部１３、１５、３４、３６
は、ポリシリコンからなる。振動体電極１６と柱部３４
とは、電気的に接続されている。柱部３４上には、アル
ミニウムからなる取り出し電極１８が形成されている。

【００３３】図５を参照して、上部電極２０が、図４に
示す振動体電極１６上の位置に形成されている。上部電
極２０は、基板１０上に形成された柱部１７によって、
保持されている。これにより、上部電極２０は、片持は
りとなっている。柱部１７は、保持部の一例である。上
部電極２０及び柱部１７は、ポリシリコンからなる。上
部電極２０と柱部１７とは、電気的に接続されている。
柱部１７上には、アルミニウムからなる取り出し電極２
２が形成されている。

【００３４】図２を参照して、下から順に、下部電極１
２、振動体電極１６、上部電極２０が積層された構造体
を、挟むように固定電極２４、２６が位置している。固
定電極２４、２６は、それぞれ基板１０上に形成された
柱部４２、４４によって、保持されている。これによ
り、固定電極２４、２６は、片持はりとなっている。柱
部４２、４４は、保持部の一例である。固定電極２４、
２６及び柱部４２、４４は、ポリシリコンからなる。固
定電極２４、２６は、それぞれ柱部４２、４４と電気的
に接続されている。柱部４２、４４上には、それぞれア
ルミニウムからなる取り出し電極２８、３０が形成され
ている。

【００３５】（断面構造の説明）図１（ａ）は、図２に
示す振動型半導体センサをＡ−Ａ線に沿って切断した断
面図である。基板１０上には、シリコン窒化膜からなる
絶縁層３２が形成されている。

【００３６】絶縁層３２上であって、かつ基板１０の両
側には、柱部３４、３６が形成されている。柱部３４、
３６の構造については、効果の欄で説明する。柱部３４
上には、ボンディングパッドとなる取り出し電極１８が
形成されている。振動体電極１６は、柱部３４、３６に
よって保持され、かつ柱部３４、３６と電気的に接続さ
れている。振動体電極１６の上方には、上部電極２０が
位置している。

【００３７】図１（ｂ）は、図２に示す振動型半導体セ
ンサをＢ−Ｂ線に沿って切断した断面図である。絶縁層
３２上には、間隔をあけて、下から順に下部電極１２、
振動体電極１６、上部電極２０が位置している。絶縁層
３２上であって、かつ基板１０の両側には、柱部４２、
４４が形成されている。柱部４２、４４の構造について
は、効果の欄で説明する。柱部４２、４４上には、それ
ぞれボンディングパッドとなる取り出し電極２８、３０
が形成されている。固定電極２４は、柱部４２によって
保持され、かつ柱部４２と電気的に接続されている。ま
た、固定電極２６は、柱部４４によって保持され、かつ
柱部４４と電気的に接続されている。

【００３８】（動作の説明）この振動型半導体センサ
は、角速度を測定するセンサである。図１（ｂ）を参照
して、固定電極２４、２６に交互に電圧を印加し、振動
体電極１６を基板１０の主表面と平行方向、すなわちＣ
で示す方向に振動させる。この状態でセンサが回転する
と、振動体電極１６に縦方向の力が加わる。これによ
り、下部電極１２と振動体電極１６との静電容量及び上
部電極２０と振動体電極１６との静電容量の変化する。
これをもとにして、角速度を検出する。

【００３９】（製造方法の説明）第１の実施の形態に係
る振動型半導体センサの製造方法を、図６〜図１９を用
いて説明する。各図の（ａ）は、図２のＡ−Ａ断面の製
造工程を示し、（ｂ）は、図２のＢ−Ｂ断面の製造工程
を示す。

【００４０】図６を参照して、基板１０の絶縁層３２上
に、例えばＣＶＤ法を用いて、ポリシリコンからなる厚
さ０.２μｍの第１の導電層を形成する。第１の導電層
を、例えばフォトリソグラフィによりパターンニング
し、柱部形成領域４８、５０、５２、５４、電極形成領
域５８に、それぞれ第１の導電層４６ａ、４６ｂ、４６
ｃ、４６ｄ、４６ｅを残す。第１の導電層４６ｅが下部
電極１２となる。

【００４１】図７を参照して、第１の導電層４６ａ、４
６ｂ、４６ｃ、４６ｄ、４６ｅを覆うように、基板１０
上に、例えばＣＶＤ法を用いて、シリコン酸化膜からな
る厚さ２.０μｍの絶縁層６０を形成する。

【００４２】図８を参照して、絶縁層６０を、例えばフ
ォトリソグラフィによりパターンニングする。パターン
ニングの詳細を図９で説明する。図９（ａ）は、図８
（ａ）に示す構造のＣ−Ｃ断面であり、図９（ｂ）は、
図８（ｂ）に示す構造のＤ−Ｄ断面である。だだし、電
極形成領域５６、５８の一部は省略されている。柱部形
成領域４８では、絶縁層６０が絶縁層６０ａ、６０ｂに
パターンニングされる。絶縁層６０ａは、格子状をして
いる。絶縁層６０ｂは後の工程で形成される貫通孔とな
る位置にある。

【００４３】柱部形成領域５０では、絶縁層６０が絶縁
層６０ｃ、６０ｄにパターンニングされる。絶縁層６０
ｄは、格子状をしている。絶縁層６０ｃは後の工程で形
成される貫通孔となる位置にある。

【００４４】柱部形成領域５２、５４では、それぞれ絶
縁層６０が絶縁層６０ｅ、６０ｆにパターンニングされ
る。絶縁層６０ｅ、６０ｆは、格子状をしている。

【００４５】電極形成領域５６、５８では、絶縁層６０
はそのまま残されている。

【００４６】図１０を参照して、絶縁層６０、６０ａ〜
６０ｆを覆うように、基板１０上に、例えばＣＶＤ法を
用いて、ポリシリコンからなる厚さ２.０μｍの第２の
導電層６２を形成する。

【００４７】図１０（ａ）に示す構造のＣ−Ｃ断面が、
図１１（ａ）であり、図１０（ｂ）に示す構造のＤ−Ｄ
断面が、図１１（ｂ）である。だだし、電極形成領域５
６、５８の一部は省略されている。絶縁層６０ａ〜６０
ｆで形成される隙間に、第２の導電層６２が入り込んで
いる。

【００４８】図１２を参照して、第２の導電層６２を、
例えばフォトリソグラフィによりパターンニングする。
これにより、電極形成領域５６に振動体電極１６、電極
形成領域５８に振動体電極１６、固定電極２４、２６を
形成する。

【００４９】振動体電極１６は、電極形成領域５６にお
いて、その両端が柱部に保持され、電極形成領域５８に
おいて、その両端が柱部と分離されている。固定電極２
４、２６は、それぞれ柱部で片持ち保持されている。

【００５０】図１３を参照して、振動体電極１６、固定
電極２４、２６を覆うように、基板１０上に、例えばＣ
ＶＤ法を用いて、シリコン酸化膜からなる厚さ２.０μ
ｍの絶縁層６４を形成する。

【００５１】図１４を参照して、絶縁層６４を、例えば
フォトリソグラフィによりパターンニングする。パター
ンニングの詳細を図１５で説明する。図１５（ａ）は、
図１４（ａ）に示す構造のＥ−Ｅ断面であり、図１５
（ｂ）は、図１４（ｂ）に示す構造のＦ−Ｆ断面であ
る。だだし、電極形成領域５６、５８の一部は省略され
ている。柱部形成領域４８では、絶縁層６４が絶縁層６
４ａにパターンニングされる。絶縁層６４ａは後の工程
で形成される貫通孔となる位置にある。

【００５２】柱部形成領域５０では、絶縁層６４が絶縁
層６４ｂ、６４ｃにパターンニングされる。絶縁層６４
ｃは、格子状をしている。絶縁層６４ｂは後の工程で形
成される貫通孔となる位置にある。

【００５３】柱部形成領域５２、５４では、それぞれ絶
縁層６４が絶縁層６４ｄ、６４ｅにパターンニングされ
る。絶縁層６４ｄ、６４ｅは、格子状をしている。

【００５４】電極形成領域５６、５８では、絶縁層６４
はそのまま残されている。

【００５５】図１６を参照して、絶縁層６４、６４ａ〜
６４ｅを覆うように、基板１０上に、例えばＣＶＤ法を
用いて、ポリシリコンからなる厚さ１.０μｍの第３の
導電層６６を形成する。

【００５６】図１６（ａ）に示す構造のＥ−Ｅ断面が、
図１７（ａ）であり、図１６（ｂ）に示す構造のＦ−Ｆ
断面が、図１７（ｂ）である。だだし、電極形成領域５
６、５８の一部は省略されている。絶縁層６４ａ〜６４
ｅで形成される隙間に、第３の導電層６６が入り込んで
いる。

【００５７】図１８を参照して、第３の導電層６６を、
例えばフォトリソグラフィによりパターンニングする。
これにより、柱部形成領域４８に、第１の導電層４６
ａ、第２の導電層６２、第３の導電層６６から構成され
る柱部３４が形成される。柱部形成領域５０に、第１の
導電層４６ｂ、第２の導電層６２、第３の導電層６６か
ら構成される柱部３６が形成される。柱部形成領域５２
に、第１の導電層４６ｃ、第２の導電層６２、第３の導
電層６６から構成される柱部４２が形成される。柱部形
成領域５４に、第１の導電層４６ｄ、第２の導電層６
２、第３の導電層６６から構成される柱部４４が形成さ
れる。

【００５８】また、このパターンニングにより、電極形
成領域５６、５８に上部電極２０が形成される。上部電
極２０は、電極形成領域５６、５８において、その両端
が柱部と分離されている。

【００５９】図１９を参照して、柱部３４、３６、４
２、４４上に、それぞれ、アルミニウムからなる取り出
し電極１８、２８、３０を形成する。次に、例えばフッ
酸を用いたウェットエッチングで、絶縁層６０、６０
ｂ、６０ｃ、６４、６４ａ、６４ｂを除去する。

【００６０】このエッチングにより、図１に示すよう
に、柱部３４、３６に複数の貫通孔１９が設けられた構
造となる。電極形成領域５６、５８では、下部電極１
２、振動体電極１６、上部電極２０、固定電極２４、２
６の各電極間に空間が形成される。

【００６１】絶縁層６０ａ、６０ｄ、６０ｅ、６０ｆ、
６４ｃ、６４ｄ、６４ｅは、格子状に配置さている。し
たがって、これらの層は、第１、２及び３の導電層で覆
われている。このため、これらの層は、ウェットエッチ
ングによって除去されず、柱部３４、３６、４２、４４
内に残される。これらの層を充填部２１とする。以上に
より、この発明の第１の実施の形態に係る振動型半導体
センサが完成する。

【００６２】（効果の説明） （物としての効果）図１（ａ）を参照して、柱部３４、
３６には、その一方の側面から他方の側面へ貫通する複
数の貫通孔１９及びシリコン酸化膜が充填され、かつ格
子状に配置された充填部２１が設けられている。貫通孔
１９、充填部２１は、柱部３４、３６の強度及び柱部３
４、３６に作用する応力を考慮して、配置される。すな
わち、この断面では、柱部３４、３６で振動体電極１６
を保持している。振動体電極１６と柱部３４、３６との
境界３８、４０には、繰り返し応力及び応力集中が作用
する。また、取り出し電極１８には、ワイヤボンディン
グ６８がなされる。よって、柱部３４には、衝撃応力が
作用する。以上の応力を吸収するために、境界３８、４
０の近傍及び取り出し電極１８の近傍に、貫通孔１９を
設けている。これにより、振動体電極１６が境界３８、
４０で折れるという現象や、ワイヤボンディングにより
柱部３４が破壊する現象を少なくすることができる。

【００６３】応力を吸収するには、貫通孔１９を多数設
けるのが好ましい。しかし、貫通孔１９を設けすぎる
と、柱部３４、３６の強度が低下する。よって、境界３
８、４０及び取り出し電極１８から離れた位置では、充
填部２１が設けられている。充填部２１に充填される材
料の弾性係数が、柱部３４、３６の材料の弾性係数より
小さいと、充填部２１も応力を吸収する機能を有する。
このような材料として、柱部３４、３６の材料が、例え
ば、シリコンの場合、充填部２１の材料は、例えば、シ
リコン酸化膜がある。

【００６４】（製造方法としての効果）図９、１５を参
照して、柱部となる位置にある絶縁層のうち、絶縁層６
０ａ、６０ｄ、６０ｅ、６０ｆ、６４ｃ、６４ｄ、６４
ｅは、格子状にパターンニングされており、貫通孔とな
る位置にある絶縁層６０ｂ、６０ｃ、６４ａ、６４ｂ
は、ストライプ状にパターンニングされている。このた
め、図１０、１６を参照して、第２の導電層６２、第３
の導電層６６堆積時、第２の導電層６２、第３の導電層
６６は、格子状の隙間、ストライプ状の隙間に入り込
む。したがって、第２の導電層６２、第３の導電層６６
を厚めに堆積し、第２の導電層６２、第３の導電層６６
をエッチングして電極を形成する工程が不要となる。よ
って、電極の形成工程が簡略化されるとともに、電極の
膜厚の面内均一性を向上させることができる。このこと
は、「課題を解決するための手段」の（８）で詳細に説
明している。

【００６５】各格子の隙間及びストライプ状の隙間の幅
（この幅を図示すると、例えば、図１１（ａ）のｗで示
す部分）は、第２の導電層６２、第３の導電層６６の厚
みの２倍以下が好ましい。よって、この実施の形態で
は、第２の導電層６２の厚みは、２.０μｍなので、隙
間の幅は、例えば、１.０μｍとされている。第３の導
電層６６の厚みは、１.０μｍなので、隙間の幅は、例
えば、０.５μｍとされている。

【００６６】（第２の実施の形態） （平面構造の説明）図２０は、この発明の第２の実施の
形態に係る振動型半導体センサの平面図である。この振
動型半導体センサは、加速度を測定するセンサである。
図２０の構造を、図２１〜図２３を用いて、下層から順
に説明する。

【００６７】図２１を参照して、シリコンからなる基板
７０上に、柱部９０及び下部電極７２が形成されてい
る。柱部９０及び下部電極７２は、ポリシリコンからな
る。柱部９０と下部電極７２とは、電気的に接続されて
いる。柱部９０上には、アルミニウムからなる取り出し
電極７４が形成されている。

【００６８】図２２を参照して、振動子となる振動体電
極７６が、図２１に示す下部電極７２上の位置に形成さ
れている。振動体電極７６は、基板７０上に形成された
四つの柱部８４、８６、９３、９５によって、保持され
ている。これにより、振動体電極７６は、固定はりとな
っている。柱部８４、８６、９３、９５は、保持部の一
例である。振動体電極７６及び柱部８４、８６、９３、
９５は、ポリシリコンからなる。振動体電極７６と柱部
８４とは、電気的に接続されている。柱部８４上には、
アルミニウムからなる取り出し電極７８が形成されてい
る。

【００６９】図２３を参照して、上部電極８０が、図２
２に示す振動体電極７６上の位置に形成されている。上
部電極８０は、基板７０上に形成された柱部８８によっ
て、保持されている。これにより、上部電極８０は、片
持はりとなっている。柱部８８は、保持部の一例であ
る。上部電極８０及び柱部８８は、ポリシリコンからな
る。上部電極８０と柱部８８とは、電気的に接続されて
いる。柱部８８上には、アルミニウムからなる取り出し
電極８２が形成されている。

【００７０】（断面構造の説明）図２４（ａ）は、図２
０に示す振動型半導体センサをＡ−Ａ線に沿って切断し
た断面図である。基板７０上には、例えば、シリコン窒
化膜からなる絶縁層９２が形成されている。

【００７１】絶縁層９２上には、間隔をあけて、下から
順に下部電極７２、振動体電極７６、上部電極８０が位
置している。絶縁層９２上であって、かつ基板７０の両
側には、柱部８４、８６が形成されている。柱部８４、
８６の構造は、図１（ａ）に示す柱部３４、３６の構造
と同じである。

【００７２】下部電極７２は、柱部８４、８６から分離
されている。振動体電極７６は、柱部８４、８６によっ
て保持され、かつ柱部８４、８６と電気的に接続されて
いる。上部電極８０は、柱部８４、８６から分離されて
いる。

【００７３】柱部８４、８６には、複数の貫通孔９６が
設けられている。貫通孔９６は、図１に示す貫通孔１９
と同じ機能を有する。また、柱部８４、８６には、複数
の充填部９７が設けられている。充填部９７は、図１に
示す充填部２１と同じ機能を有する。

【００７４】柱部８４上には、ボンディングパッドとな
る取り出し電極７８が形成されている。取り出し電極７
８には、ワイヤボンディング９４がなされる。

【００７５】図２４（ｂ）は、図２０に示す振動型半導
体センサをＢ−Ｂ線に沿って切断した断面図である。絶
縁層９２上には、間隔をあけて、下から順に下部電極７
２、振動体電極７６、上部電極８０が位置している。絶
縁層９２上であって、かつ基板７０の両側には、柱部８
８、９０が形成されている。柱部８８、９０の構造は、
図１（ｂ）に示す柱部４２、４４の構造と同じである。

【００７６】下部電極７２は、柱部９０に電気的に接続
されている。振動体電極７６は、柱部８８、９０から分
離されている。上部電極８０は、柱部８８によって保持
され、かつ柱部８８に電気的に接続されている。柱部８
８、９０には、複数の充填部９７が設けられている。充
填部９７は、図１に示す充填部２１と同じ機能を有す
る。柱部８８、９０上には、それぞれ取り出し電極８
２、７４が形成されている。

【００７７】（動作の説明）この振動型半導体センサ
は、加速度を測定するセンサである。図２４を参照し
て、基板７０の主表面に対して垂直方向、すなわちＤで
示す方向に加速度が加わると、振動体電極７６がＤで示
す方向に振動する。これにより、下部電極７２と振動体
電極７６との静電容量及び上部電極８０と振動体電極７
６との静電容量が変化する。これをもとにして、加速度
を検出する。

【００７８】（製造方法の説明）第２の実施の形態に係
る振動型半導体センサの製造方法を、図２５〜図２７を
用いて説明する。各図の（ａ）は、図２０のＡ−Ａ断面
の製造工程を示し、（ｂ）は、図２０のＢ−Ｂ断面の製
造工程を示す。

【００７９】第２の実施の形態の振動型半導体センサに
おいて、図２４に示す柱部８４、８６、８８、９０、取
り出し電極７４、７８、８２の形成方法は、第１の実施
の形態の振動型半導体センサの図１に示す柱部３４、３
６、４２、４４、取り出し電極１８、２８、３０の形成
方法と同じなので、柱部８４、８６、８８、９０、取り
出し電極７４、７８、８２の形成方法の説明は省略す
る。

【００８０】よって、下部電極７２、振動体電極７６、
上部電極８０の形成方法を説明する。

【００８１】しかし、これらにおいても、第１の実施の
形態の振動型半導体センサの下部電極１２、振動体電極
１６、上部電極２０の形成方法との違いは、導電層のパ
ターンニングのみなので、この点から第２の実施の形態
の振動型半導体センサの製造方法を説明する。

【００８２】図２５を参照して、基板７０の絶縁層９２
上に、例えばＣＶＤ法を用いて、ポリシリコンからなる
厚さ０.２μｍの第１の導電層を形成する。第１の導電
層を、例えばフォトリソグラフィによりパターンニング
し、柱部形成領域７１、電極形成領域７９、柱部形成領
域７３、７５、電極形成領域８１から柱部形成領域７７
にわたる領域に、それぞれ第１の導電層８３ａ、８３
ｂ、８３ｃ、８３ｄ、８３ｅを残す。第１の導電層８３
ｂ、８３ｅが下部電極７２となる。

【００８３】図２６を参照して、絶縁層８９、８９ａ〜
８９ｆを覆うように、基板７０上に、例えばＣＶＤ法を
用いて、ポリシリコンからなる厚さ２.０μｍの第２の
導電層８５を形成する。第２の導電層８５を、例えばフ
ォトリソグラフィによりパターンニングする。これによ
り、電極形成領域７９、８１に振動体電極７６を形成す
る。

【００８４】振動体電極７６は、電極形成領域７９にお
いて、その両端が柱部に保持され、電極形成領域８１に
おいて、その両端が柱部と分離されている。

【００８５】図２７を参照して、絶縁層９１、９１ａ〜
９１ｅを覆うように、基板７０上に、例えばＣＶＤ法を
用いて、ポリシリコンからなる厚さ１.０μｍの第３の
導電層８７を形成する。第３の導電層８７を、例えばフ
ォトリソグラフィによりパターンニングする。これによ
り、柱部形成領域７１に、第１の導電層８３ａ、第２の
導電層８５、第３の導電層８７から構成される柱部８４
が形成される。柱部形成領域７３に、第１の導電層８３
ｃ、第２の導電層８５、第３の導電層８７から構成され
る柱部８６が形成される。柱部形成領域７５に、第１の
導電層８３ｄ、第２の導電層８５、第３の導電層８７か
ら構成される柱部８８が形成される。柱部形成領域７７
に、下部電極７２の一部、第２の導電層８５、第３の導
電層８７から構成される柱部９０が形成される。

【００８６】また、電極形成領域７９、８１に上部電極
８０が形成される。上部電極８０は、電極形成領域７９
において、柱部８４、８６と分離され、電極形成領域８
１において、柱部８８に保持されている。

【００８７】以下の工程は、第１の実施の形態と同じな
ので、説明を省略する。

【００８８】（効果の説明）物としての効果及び製造方
法としての効果は、それぞれ第１の実施の形態のそれら
と同じであるので、説明は省略する。

【００８９】なお、第１及び第２の実施の形態では、柱
部の一方の側面から他方の側面に貫通する貫通孔を応力
吸収部となる空間としている。しかしながら、この発明
はこれに限定されず、例えば、柱部の一方の側面から他
方の側面に貫通せず、柱部内部で行き止まった孔を応力
吸収部となる空間としてもよい。また、柱部内に出入り
口のない空間を形成し、これを応力吸収部としてもよ
い。

【００９０】また、第１及び第２の実施の形態では、空
間である貫通孔１９、９６を応力吸収部としている。し
かしながら、この発明はこれに限定されず、柱部より弾
性係数が小さい材料からなる充填部を貫通孔１９、９６
がある位置に設け、これを応力吸収部としてもよい。

【００９１】

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、図２に示すセンサをＡ−Ａ線に沿っ
て切断した断面図であり、（ｂ）は、図２に示すセンサ
をＢ−Ｂ線に沿って切断した断面図である。

【図２】この発明の第１の実施の形態に係る振動型半導
体センサの平面図である。

【図３】図２に示すセンサの下部電極の平面図である。

【図４】図２に示すセンサの振動体電極の平面図であ
る。

【図５】図２に示すセンサの上部電極の平面図である。

【図６】この発明の第１の実施の形態に係る振動型半導
体センサの製造方法の第１の工程を示す断面図である。

【図７】この発明の第１の実施の形態に係る振動型半導
体センサの製造方法の第２の工程を示す断面図である。

【図８】この発明の第１の実施の形態に係る振動型半導
体センサの製造方法の第３の工程を示す断面図である。

【図９】図８に示す構造の断面図である。

【図１０】この発明の第１の実施の形態に係る振動型半
導体センサの製造方法の第４の工程を示す断面図であ
る。

【図１１】図１０に示す構造の断面図である。

【図１２】この発明の第１の実施の形態に係る振動型半
導体センサの製造方法の第５の工程を示す断面図であ
る。

【図１３】この発明の第１の実施の形態に係る振動型半
導体センサの製造方法の第６の工程を示す断面図であ
る。

【図１４】この発明の第１の実施の形態に係る振動型半
導体センサの製造方法の第７の工程を示す断面図であ
る。

【図１５】図１４に示す構造の断面図である。

【図１６】この発明の第１の実施の形態に係る振動型半
導体センサの製造方法の第８の工程を示す断面図であ
る。

【図１７】図１６に示す構造の断面図である。

【図１８】この発明の第１の実施の形態に係る振動型半
導体センサの製造方法の第９の工程を示す断面図であ
る。

【図１９】この発明の第１の実施の形態に係る振動型半
導体センサの製造方法の第１０の工程を示す断面図であ
る。

【図２０】この発明の第２の実施の形態に係る振動型半
導体センサの平面図である。

【図２１】図２０に示すセンサの下部電極の平面図であ
る。

【図２２】図２０に示すセンサの振動体電極の平面図で
ある。

【図２３】図２０に示すセンサの上部電極の平面図であ
る。

【図２４】（ａ）は、図２０に示すセンサをＡ−Ａ線に
沿って切断した断面図であり、（ｂ）は、図２０に示す
センサをＢ−Ｂ線に沿って切断した断面図である。

【図２５】この発明の第２の実施の形態に係る振動型半
導体センサの製造方法の第１の工程を示す断面図であ
る。

【図２６】この発明の第２の実施の形態に係る振動型半
導体センサの製造方法の第２の工程を示す断面図であ
る。

【図２７】この発明の第２の実施の形態に係る振動型半
導体センサの製造方法の第３の工程を示す断面図であ
る。

【図２８】従来の振動型半導体センサの振動子の模式図
である。

【図２９】従来の振動型半導体センサの振動子が折れた
状態を示す模式図である。

【符号の説明】

１０ 基板 １２ 下部電極 １６ 振動体電極 １８ 取り出し電極 １９ 貫通孔 ２０ 上部電極 ２１ 充填部 ２４、２６ 固定電極 ３４、３６ 柱部 ３８、４０ 境界 ４２、４４ 柱部 ６８ ワイヤボンディング ７０ 基板 ７２ 下部電極 ７６ 振動体電極 ７８ 取り出し電極 ８０ 上部電極 ８４、８６、８８、９０ 柱部 ９４ ワイヤボンディング ９６ 貫通孔 ９７ 充填部

フロントページの続き (72)発明者 坂田 二郎 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 景山 恭行 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 藤塚 徳夫 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 Ｆターム(参考） 2F055 AA40 BB19 CC51 DD05 EE25 FF23 GG01 GG11

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動子の振動により、特定の物理量を計
   測する振動型半導体センサであって、 前記振動子を保持する保持部と、 前記保持部に形成され、前記振動子が振動することによ
   り、前記振動子と前記保持部との境界に作用する応力を
   吸収する応力吸収部と、 を備えた、振動型半導体センサ。
2. 【請求項２】 振動子と、前記振動子の上方に位置する
   上部電極と、を備え、前記振動子が振動することによ
   り、前記振動子と前記上部電極との間の静電容量が変化
   することを用いて、特定の物理量を計測する振動型半導
   体センサであって、 下層部と上層部とから構成され、前記上部電極を保持す
   る保持部と、 前記保持部に形成され、前記上部電極と前記保持部との
   境界に作用する応力を吸収する応力吸収部と、 を備えた、振動型半導体センサ。
3. 【請求項３】 振動型半導体センサの製造方法であっ
   て、 基板上に第１の層を形成する工程と、 前記保持部となる位置にある前記第１の層を、格子状又
   はストライプ状にパターンニングする工程と、 前記保持部及び前記振動子となる第２の層を、前記第１
   の層を覆うように、前記基板上に形成する工程と、を備
   え、 前記第１の層の弾性係数は、前記第２の層の弾性係数よ
   り小さく、 さらに、 前記第２の層を、前記保持部及び前記振動子にパターン
   ニングする工程を、備えた、振動型半導体センサの製造
   方法。
4. 【請求項４】 振動型半導体センサの製造方法であっ
   て、 基板上に第１の層を形成する工程と、 前記保持部の下層部となる位置にある前記第１の層のう
   ち、前記保持部の下層部の一方の側面から他方の側面へ
   貫通する貫通孔となる位置に、前記第１の層を残すよう
   にパターンニングする工程と、 前記保持部の下層部及び前記振動子となる第２の層を、
   前記第１の層を覆うように、前記基板上に形成する工程
   と、 前記第２の層を、前記保持部の下層部及び前記振動子に
   パターンニングする工程と、 前記保持部の下層部上及び前記振動子上に第３の層を形
   成する工程と、 前記保持部の下層部上にある前記第３の層のうち、前記
   保持部の上層部の一方の側面から他方の側面へ貫通する
   貫通孔となる位置に、前記第３の層を残すようにパター
   ンニングする工程と、 前記保持部の上層部及び前記上部電極となる第４の層
   を、前記第３の層を覆うように、前記基板上に形成する
   工程と、 前記第４の層を、前記保持部の上層部及び前記上部電極
   にパターンニングする工程と、 前記第１及び３の層を除去し、前記保持部内に前記貫通
   孔を形成する工程と、 を備えた、振動型半導体センサの製造方法。