JP2004226085A

JP2004226085A - Manufacturing method of structure for dynamic quantity detection sensor

Info

Publication number: JP2004226085A
Application number: JP2003010774A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Okada; 和廣岡田
Original assignee: Wacoh Corp; Wako KK
Current assignee: Wacoh Corp; Wako KK
Priority date: 2003-01-20
Filing date: 2003-01-20
Publication date: 2004-08-12

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a structure suitable for mass production, and capable of acquiring sufficient dimensional accuracy. <P>SOLUTION: An SOI substrate having three-layered structure of silicon layer 100/silicon oxide layer 200/silicon layer 300 is prepared, and bridge body first layers 121, 122 are formed by etching capable of selectively removing only silicon, and bridge body second layers 221, 222 are formed by etching capable of selectively removing only the silicon oxide. Stopper walls 540, 550 comprising silicon nitride are formed on both end positions of the bridge body, and piezo resistance elements Rx1-Rx4 are formed. A groove G1 is formed on the under face of the silicon layer 300, and right and left both end positions of the groove G1 are etched vertically upward to thereby engrave grooves, and hereby the third layer 300 is separated into a center weight body and right and left pedestals. Finally, the bridge body second layers 221, 222 are etched and removed by utilizing the stopper walls 540, 550 as etching stoppers. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、力学量検出センサ用構造体の製造方法に関し、特に、小型民生用電子機器に利用される量産型の力センサ・加速度センサ・角速度センサに利用可能なセンサ用構造体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話、デジタルカメラ、電子ゲーム機器、ＰＤＡ機器など、マイクロプロセッサを内蔵した小型民生用の電子機器の普及はめざましく、最近では、これらの電子機器あるいはその入力装置に内蔵させるための力学量検出センサ（たとえば、力センサ・加速度センサ・角速度センサ）の需要も高まってきている。このような力学量検出センサを備えた電子機器では、本体に加えられた力成分・加速度成分・角速度成分をデジタルデータとしてマイクロプロセッサに取り込むことができるため、電子機器周囲の物理的環境を把握した適切な処理が可能になる。たとえば、デジタルカメラでは、シャッターボタンを押した瞬間に作用した加速度や角速度を検出することにより、手振れに対する補正を行うことができ、電子ゲーム機器用の入力装置などでは、オペレータの操作指示を、力・加速度・角速度の形で入力することも可能になる。
【０００３】
このような小型民生用電子機器に内蔵するための力学量検出センサとしては、小型で量産に適したものが望ましく、現在、半導体デバイスの製造プロセスを利用して量産が可能な半導体基板を用いたタイプのものが多く利用されている。たとえば、下記特許文献１には、半導体基板上にピエゾ抵抗素子を形成し、半導体基板に生じる撓みをピエゾ抵抗素子の電気抵抗に基づいて検出することにより、力や加速度を求める力学量検出センサが開示されている。ピエゾ抵抗素子は、機械的応力を加えることにより抵抗値が変化する性質を有する素子であり、シリコン基板などの半導体基板上の領域に不純物をドープすることにより形成することができるため、半導体基板を用いたタイプのセンサに広く利用されている。
【０００４】
また、容量素子や圧電素子などを利用して、半導体基板の撓みや変位の検出を行うタイプの力学量検出センサも利用されている。たとえば、下記特許文献２には、容量素子を利用した加速度センサが開示されており、下記特許文献３には、圧電素子を利用した加速度および角速度のセンサが開示されている。
【特許文献１】
特開平４−２４９７２７号公報
【特許文献２】
特開平５−０２６７５４号公報
【特許文献３】
特開平８−０９４６６１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、小型で量産に適した力学量検出センサとして、シリコン基板などの半導体基板を利用した製品が利用されているが、これらのセンサの多くは、重錘体と、この重錘体の周囲を囲うように設けられた台座と、台座の上部と重錘体の上部とを連結する橋梁体と、を半導体基板によって構成したセンサ用構造体を利用している。このようなセンサ用構造体では、橋梁体が可撓性を有しているため、重錘体に力が作用すると橋梁体に撓みが生じ、重錘体が台座に対して変位することになる。したがって、重錘体に作用した力を、橋梁体に生じる撓みや、重錘体の変位に基づいて検出することが可能になる。
【０００６】
このような力学量検出センサ用構造体を量産する上では、１枚の半導体基板に対して、いわゆる半導体プレーナプロセスを施すことにより、多数の構造体が同時に得られるような工程を実施するのが好ましい。しかしながら、一般的な半導体プレーナプロセスでは、主として、半導体基板に対して種々のエッチング工程を行うことにより、所望の物理的構造を得ることになるため、各部を正確な寸法に維持するのが困難であるという問題点がある。実際、エッチング工程を含む製造プロセスで量産されたセンサ用構造体には、ロットごとに寸法誤差が生じるため、検出感度にばらつきが生じる問題がある。
【０００７】
そこで本発明は、量産に適し、かつ、十分な寸法精度が得られる力学量検出センサ用構造体の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明の第１の態様は、重錘体と、この重錘体の周囲を囲うように設けられた台座と、台座の上部と重錘体の上部とを連結する橋梁体と、を備え、重錘体に力が作用すると橋梁体に撓みが生じ、重錘体が台座に対して変位するように構成され、生じた撓みもしくは変位に基づいて力学量を検出する用途に用いることが可能な力学量検出センサ用構造体を製造する力学量検出センサ用構造体の製造方法において、
上から順に、第１層、第２層、第３層の３層を積層してなり、第１層と第２層とが互いにエッチング特性が異なり、第３層と第２層とが互いにエッチング特性が異なるような材料基板を用意する基板準備段階と、
重錘体の上面を形成するための重錘体上面マスク領域と、台座の上面を形成するための台座上面マスク領域と、橋梁体を形成するための橋梁体マスク領域と、を有し、橋梁体マスク領域の内側端と重錘体上面マスク領域の外周との間、および、橋梁体マスク領域の外側端と台座上面マスク領域の内周との間、の少なくとも一方には、ストッパ用空隙が確保されている上面用マスクを用意する上面用マスク準備段階と、
重錘体の下面を形成するための重錘体下面マスク領域と、台座の下面を形成するための台座下面マスク領域と、を有する下面用マスクを用意する下面用マスク準備段階と、
上面用マスクを利用して、第１層に対して第２層の上面が露出するまで厚み方向へのエッチングを行い、重錘体上面マスク領域の下に残った重錘体第１層と、台座上面マスク領域の下に残った台座第１層と、橋梁体マスク領域の下に残った橋梁体第１層と、を第１層残存部として形成する第１層エッチング段階と、
第１層残存部をマスクとして利用して、第２層に対して第３層の上面が露出するまで厚み方向へのエッチングを行い、重錘体第１層の下に残った重錘体第２層と、台座第１層の下に残った台座第２層と、橋梁体第１層の下に残った橋梁体第２層と、を第２層残存部として形成する第２層エッチング段階と、
上面用マスクのストッパ用空隙の位置に対応して、第２層に形成されたストッパ用空隙部分に、第２層とはエッチング特性が異なるストッパ用材料を充填することにより、第２層残存部に対するエッチングの進行を停止させるためのストッパ壁を形成するストッパ壁形成段階と、
下面用マスクを利用して、第３層に対して厚み方向へのエッチングを行い、重錘体下面マスク領域の上に残った重錘体第３層と、台座下面マスク領域の上に残った台座第３層と、を第３層残存部として分離形成する第３層エッチング段階と、
ストッパ壁をエッチングストッパとして利用して、第２層残存部に対するエッチングを行い、橋梁体第２層を除去する第２層再エッチング段階と、
を行うようにし、重錘体第１層、重錘体第２層、重錘体第３層からなる積層体により重錘体を構成し、台座第１層、台座第２層、台座第３層からなる積層体により台座を構成し、橋梁体第１層により橋梁体を構成するようにしたものである。
【０００９】
（２）本発明の第２の態様は、上述の第１の態様に係る力学量検出センサ用構造体の製造方法において、
第１層エッチング段階を、第１層に対しては浸食性を有し、第２層および第３層に対しては浸食性を有しないエッチング方法により行うようにしたものである。
【００１０】
（３）本発明の第３の態様は、上述の第１または第２の態様に係る力学量検出センサ用構造体の製造方法において、
第２層エッチング段階を、第２層に対しては浸食性を有し、第１層および第３層に対しては浸食性を有しないエッチング方法により行うようにしたものである。
【００１１】
（４）本発明の第４の態様は、上述の第１〜第３の態様に係る力学量検出センサ用構造体の製造方法において、
第３層エッチング段階を、第３層に対しては浸食性を有し、第１層、第２層およびストッパ用材料に対しては浸食性を有しないエッチング方法により行うようにしたものである。
【００１２】
（５）本発明の第５の態様は、上述の第１〜第４の態様に係る力学量検出センサ用構造体の製造方法において、
第２層再エッチング段階を、第２層に対しては浸食性を有し、第１層、第３層およびストッパ用材料に対しては浸食性を有しないエッチング方法により行うようにしたものである。
【００１３】
（６）本発明の第６の態様は、上述の第１〜第５の態様に係る力学量検出センサ用構造体の製造方法において、
第２層再エッチング段階を、第３層エッチング段階の後に行うようにしたものである。
【００１４】
（７）本発明の第７の態様は、上述の第１〜第５の態様に係る力学量検出センサ用構造体の製造方法において、
第２層再エッチング段階を、第３層エッチング段階の前に行うようにしたものである。
【００１５】
（８）本発明の第８の態様は、上述の第１〜第７の態様に係る力学量検出センサ用構造体の製造方法において、
ストッパ壁形成段階を、
第２層エッチング段階が終了した状態の基板上に、ストッパ用材料を堆積させてストッパ用材料層を形成する段階と、
ストッパ壁を形成するためのストッパ用マスク領域を有するストッパ用マスクを用意する段階と、
ストッパ用マスクを利用して、ストッパ用材料層の不要部分をエッチングにより除去し、残存した部分をストッパ壁とする段階と、
によって行うようにしたものである。
【００１６】
（９）本発明の第９の態様は、上述の第８の態様に係る力学量検出センサ用構造体の製造方法において、
第１層エッチング段階および第２層エッチング段階において、断面Ｖ字型の溝が形成されるエッチングを行うようにし、
ストッパ用材料を堆積させる際に、ＣＶＤ法を用いて、断面Ｖ字型の溝の斜面にストッパ材料層が形成されるようにしたものである。
【００１７】
（１０）本発明の第１０の態様は、上述の第８または第９の態様に係る力学量検出センサ用構造体の製造方法において、
ストッパ用材料層の不要部分をエッチングにより除去した後、残存した部分の上面を研磨することにより、第１層の上面と同じ高さをもつストッパ壁を形成するようにしたものである。
【００１８】
（１１）本発明の第１１の態様は、上述の第１〜第１０の態様に係る力学量検出センサ用構造体の製造方法において、
重錘体第２層の外周を縁取りするような環状形状をもったストッパ壁を形成するようにしたものである。
【００１９】
（１２）本発明の第１２の態様は、上述の第１〜第１１の態様に係る力学量検出センサ用構造体の製造方法において、
台座第２層の内周を縁取りするような環状形状をもったストッパ壁を形成するようにしたものである。
【００２０】
（１３）本発明の第１３の態様は、上述の第１〜第１２の態様に係る力学量検出センサ用構造体の製造方法において、
内側端および外側端の少なくとも一方の幅が、中央部分の幅に比べて広い形状をもった橋梁体マスク領域を有する上面用マスクを用意し、内側端および外側端の少なくとも一方の幅が、中央部分の幅に比べて広い形状をもった橋梁体を形成するようにしたものである。
【００２１】
（１４）本発明の第１４の態様は、上述の第１３の態様に係る力学量検出センサ用構造体の製造方法において、
複数本の橋梁体によって重錘体を支持する構造を有する構造体を製造するために、複数の橋梁体マスク領域を有し、かつ、隣接配置された複数の橋梁体マスク領域の内側端もしくは外側端に設けられた幅広部分が融合して庇状領域を形成している上面用マスクを用意し、庇状領域に対応した庇部を第１層の一部分により形成するようにしたものである。
【００２２】
（１５）本発明の第１５の態様は、上述の第１〜第１４の態様に係る力学量検出センサ用構造体の製造方法において、
基板準備段階において、３層構造を有する材料基板として、ＳＯＩ基板を用意するようにしたものである。
【００２３】
（１６）本発明の第１６の態様は、上述の第１５の態様に係る力学量検出センサ用構造体の製造方法において、
第１層がシリコン、第２層が酸化シリコン、第３層がシリコンから構成されているＳＯＩ基板を用いるようにし、ストッパ用材料として、窒化シリコンを用いるようにしたものである。
【００２４】
（１７）本発明の第１７の態様は、上述の第１〜第１６の態様に係る力学量検出センサ用構造体の製造方法を利用して加速度センサを製造する方法において、
橋梁体第１層の上面にピエゾ抵抗素子を形成する抵抗素子形成段階を更に行い、ピエゾ抵抗素子の抵抗値に基づいて、重錘体に作用した加速度を検出する機能をもった加速度センサを製造するようにしたものである。
【００２５】
（１８）本発明の第１８の態様は、上述の第１７の態様に係る加速度センサの製造方法において、
ピエゾ抵抗素子を、ストッパ壁に接触する位置に、もしくは、ストッパ壁の近隣位置に配置するようにしたものである。
【００２６】
（１９）本発明の第１９の態様は、上述の第１８の態様に係る加速度センサの製造方法において、
Ｕ字型の抵抗素子を、Ｕ字の底部がストッパ壁側になるように配置し、Ｕ字の上部両端位置に対して配線を施すようにしたものである。
【００２７】
（２０）本発明の第２０の態様は、上述の第１〜第１６の態様に係る力学量検出センサ用構造体の製造方法を利用して加速度センサを製造する方法において、
基板準備段階において、第１層および第３層が導電性材料からなる材料基板を用意するようにし、
上面用マスク準備段階において、所定位置に電極層を形成するための電極層マスク領域を更に有する上面用マスクを用意し、電極層マスク領域に関して、橋梁体マスク領域と同一のエッチングプロセスを施すことにより、電極層を第１層の一部分により形成し、形成した電極層と第３層重錘体上面とによって容量素子が形成されるようにし、この容量素子の静電容量値に基づいて、重錘体に作用した加速度を検出する機能をもった加速度センサを製造するようにしたものである。
【００２８】
（２１）本発明の第２１の態様は、上述の第１〜第１６の態様に係る力学量検出センサ用構造体の製造方法を利用して角速度センサを製造する方法において、
基板準備段階において、第１層および第３層が導電性材料からなる材料基板を用意するようにし、
上面用マスク準備段階において、所定位置に電極層を形成するための電極層マスク領域を更に有する上面用マスクを用意し、電極層マスク領域に関して、橋梁体マスク領域と同一のエッチングプロセスを施すことにより、電極層を第１層の一部分により形成し、形成した電極層と第３層重錘体上面とによって容量素子が形成されるようにし、形成された容量素子に電力供給することにより重錘体を振動させた状態において、形成された容量素子の静電容量値に基づいて、重錘体に作用した角速度を検出する機能をもった角速度センサを製造するようにしたものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示する実施形態に基いて説明する。
【００３０】
＜＜＜ §１．センサ構造体の基本構造＞＞＞
本発明は力学量検出センサ用構造体の製造方法に関するものであるが、ここでは、力センサおよび加速度センサとして利用可能なセンサ本体の基本構造を述べる。
【００３１】
図１は、力センサおよび角速度センサとして利用可能なセンサ本体の上面図である。ここでは説明の便宜上、図示のとおり、このセンサ本体の上面中心位置に原点Ｏをとり、図の右方向にＸ軸、図の上方向にＹ軸、紙面に垂直上方にＺ軸をそれぞれとり、ＸＹＺ三次元座標系を定義することにする。図２は、このセンサ本体をＸＺ平面で切断した側断面図である。
【００３２】
図１の上面図に示されているとおり、このセンサ本体は、中央の重錘体１０と、この重錘体１０を四方から支持するための橋梁体２１〜２４と、台座３０と、によって構成されている。この例では、重錘体１０は四角柱のブロックからなり、台座３０は、この重錘体１０の周囲を囲うような正方形状のフレームを構成している。また、４本の橋梁体２１〜２４は、図２の側断面図に明瞭に描かれているとおり、重錘体１０や台座３０に比べると厚みが小さなビーム状の構造体であり、重錘体１０の上部と台座３０の上部とを連結する機能を果たす。この橋梁体２１〜２４は、厚みが小さいため可撓性を有しており、重錘体１０に力が作用すると撓みが生じ、重錘体１０が台座３０に対して変位する。このセンサ本体は、こうして生じた撓みもしくは変位に基づいて、外力、加速度、角速度などの力学量を検出する用途に用いられる。
【００３３】
本発明に係る力学量検出センサ用構造体の基本構成要素は、上述した重錘体１０、橋梁体２１〜２４、台座３０であるが、この構造体を実際のセンサとして用いるためには、橋梁体２１〜２４に生じた撓みもしくは重錘体１０に生じた変位を検出するための何らかの検出素子が必要になる。図１および図２に示すセンサ本体は、ピエゾ抵抗素子を検出素子として用いたものである。すなわち、図１の上面図に示されているとおり、Ｘ軸に沿って配置された橋梁体２１，２２の上には、ピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４が形成されており、Ｙ軸に沿って配置された橋梁体２３，２４の上には、ピエゾ抵抗素子Ｒｙ１〜Ｒｙ４およびＲｚ１〜Ｒｚ４が形成されている。これらのピエゾ抵抗素子は、以下に述べるように、橋梁体２１〜２４に生じた撓みに基づいて、重錘体１０の台座３０に対する変位を検出する機能を果たす。
【００３４】
いま、重錘体１０に対して、Ｘ軸正方向への外力＋Ｆｘが作用した場合を考えると、図３の側断面図に示すように、重錘体１０の重心点を図の右方向へ変位させる力が加わることになり、可撓性をもった橋梁体２１〜２４は図示のように撓みを生じることになる。その結果、Ｘ軸に沿って配置されたピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４のうち、Ｒｘ２，Ｒｘ４に対してはＸ軸方向に伸ばす方向の応力が作用し（図では＋記号で示す）、Ｒｘ１，Ｒｘ３に対してはＸ軸方向に縮める方向の応力が作用する（図では−記号で示す）。ピエゾ抵抗素子の抵抗値は、このような応力によって増減するので、各抵抗素子の抵抗値を測定すれば、作用した応力の大きさを求めることができ、外力＋Ｆｘの大きさを求めることができる。また、Ｘ軸負方向への外力−Ｆｘが作用した場合は、各抵抗素子の伸縮が逆転するので、抵抗値の増減の関係も逆転することになる。したがって、ピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４の抵抗値の増減を測定することにより、重錘体１０に対して作用した力のＸ軸方向成分の向きと大きさとを検出することができる。
【００３５】
全く同様にして、重錘体１０に対して作用した力のＹ軸方向成分の向きと大きさは、Ｙ軸に沿って配置されたピエゾ抵抗素子Ｒｙ１〜Ｒｙ４の抵抗値の増減を測定することにより検出が可能になる。
【００３６】
また、重錘体１０に対して、Ｚ軸正方向への外力＋Ｆｚが作用した場合を考えると、図４の側断面図に示すように、重錘体１０の重心点を図の上方向へ変位させる力が加わることになり、可撓性をもった橋梁体２１〜２４は図示のように撓みを生じることになる。その結果、Ｙ軸に沿って配置されたピエゾ抵抗素子Ｒｚ１〜Ｒｚ４（これらは、Ｘ軸に沿って配置するようにしてもかまわない）のうち、Ｒｚ２，Ｒｚ３に対してはＹ軸方向に伸ばす方向の応力が作用し（図では＋記号で示す）、Ｒｚ１，Ｒｚ４に対してはＹ軸方向に縮める方向の応力が作用する（図では−記号で示す）。Ｚ軸負方向への外力−Ｆｚが作用した場合は、各抵抗素子の伸縮が逆転するので、抵抗値の増減の関係も逆転することになる。したがって、ピエゾ抵抗素子Ｒｚ１〜Ｒｚ４の抵抗値の増減を測定することにより、重錘体１０に対して作用した力のＺ軸方向成分の向きと大きさとを検出することができる。
【００３７】
具体的には、橋梁体２１〜２４がシリコンから構成されており、各ピエゾ抵抗素子がＰ型不純物ドープ領域として形成されていた場合、その長手方向に関する抵抗値は、物理的に伸びる方向への応力が作用した場合には抵抗値が増加し、物理的に縮む方向への応力が作用した場合には抵抗値が減少する（Ｎ型不純物ドープ領域であった場合は、抵抗値の増減が逆になる）。したがって、図３または図４に示す各状態では、「＋」が付された抵抗素子の抵抗値は増加し、「−」が付された抵抗素子の抵抗値は減少することになる。したがって、合計１２組のピエゾ抵抗素子の抵抗値の増減を測定することにより、重錘体１０に対して作用した力のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向成分を検出することができる。
【００３８】
ここに示す例では、１つの軸方向成分の力を検出するのに、それぞれ４組のピエゾ抵抗素子を用いているが、これは図５に示すような検出回路を組むことにより、より正確な検出値を得ることができるようにするための配慮である。この検出回路では、所定の座標軸方向成分を検出するために、４組のピエゾ抵抗素子からなるブリッジ回路についてのブリッジ電圧を検出するようにしている。たとえば、図の上段に示すように、４組のピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４についてのブリッジ回路に対して、電源５１から所定の電圧を印加し、このときのブリッジ電圧を電圧計４１で測定することにより、Ｘ軸方向成分の検出が行われる。同様に、図の中段に示すように、４組のピエゾ抵抗素子Ｒｙ１〜Ｒｙ４についてのブリッジ回路に対して、電源５２から所定の電圧を印加し、このときのブリッジ電圧を電圧計４２で測定することにより、Ｙ軸方向成分の検出が行われる。また、図の下段に示すように、４組のピエゾ抵抗素子Ｒｚ１〜Ｒｚ４についてのブリッジ回路に対して、電源５３から所定の電圧を印加し、このときのブリッジ電圧を電圧計４３で測定することにより、Ｚ軸方向成分の検出が行われる。
【００３９】
この図５に示す検出回路により、上述のような各軸方向成分の検出が可能になることは、図３，図４に示す各抵抗素子の抵抗値の増減の関係に着目すれば、容易に理解できよう。また、このようなブリッジ回路による各軸方向成分の検出を行えば、１つの軸方向成分の検出値が、他の軸方向成分の検出値の干渉を受けることなく、個々の座標軸ごとにそれぞれ独立した検出値を得ることができる。
【００４０】
このように、図１および図２に示す構造体を利用すれば、重錘体１０に作用した外力の各座標軸方向成分を検出することが可能であるが、この構造体は、力センサのみならず、加速度センサや角速度センサなど、一般的な力学量を検出するセンサに広く利用することができる。たとえば、重錘体１０をある程度の質量をもったブロックとして構成しておけば、重錘体１０に作用した加速度に基づいて外力が作用することになるので、この構造体を加速度センサとして利用することができる。あるいは、何らかの駆動手段を付加して、重錘体１０を所定方向に振動させるようにし、この振動状態において重錘体１０に対して作用したコリオリ力を検出するようにすれば、この構造体を角速度センサとして利用することも可能である。このように、ここに示す構造体は、力学量検出センサ用構造体として広く利用可能であり、本発明は、このような構造体の製造方法を提供するものである。
【００４１】
また、ここでは、ピエゾ抵抗素子により、重錘体１０の変位もしくは橋梁体２１〜２４の撓みを検出するセンサ本体を示したが、本発明によって製造される構造体を用いて力学量検出センサを実現する上では、必ずしもピエゾ抵抗素子を検出素子として用いる必要はない。たとえば、後述するように、容量素子を検出素子として用いることも可能であり、その他にも種々の素子を検出素子として利用することが可能である。
【００４２】
＜＜＜ §２．センサ構造体の理想的な構造＞＞＞
一般に、センサの性能を評価する上で、検出感度は重要なファクターとなり、市場においても、より高感度なセンサの開発が期待されている。そこで、§１で述べたセンサ構造体を利用した加速度センサや角速度センサの検出感度を高めることを考えると、できるだけ重錘体１０の質量を大きくし、できるだけ橋梁体２１〜２４の可撓性を高めることが必要であることがわかる。ただ、シリコンなどの材料で橋梁体２１〜２４を構成することを考慮すると、可撓性を高めるためには、厚みや幅を小さくせざるを得ないので、強度の点に問題が生じるおそれがある。したがって、実用上は、重錘体１０の質量を大きくするのが好ましい。
【００４３】
図６および図７に示すセンサ本体は、図１および図２に示すセンサ本体を改良したものである。この改良型のセンサ本体の特徴は、重錘体の体積をより大きくした構造にある。すなわち、図２の側断面図と図７の側断面図とを比較すれば明らかなように、図７に示すセンサ本体では、重錘体は、重錘体上層部１５と重錘体本体部１６との２つの部分によって構成されている。図２に示すセンサ本体では、重錘体１０と台座３０との間に大きな空間が形成されており、センサ構造体の内部空間に無駄が生じていたが、図７に示すセンサ本体では、重錘体本体部１６の体積が大きく確保されており、台座３０との間には、若干の幅をもった溝Ｇが形成されている。この溝Ｇは、重錘体本体部１６の変位の自由度を確保するために必要な寸法に設定されている。
【００４４】
この改良型のセンサ本体の構造上の特徴は、図６の上面図にも明瞭に示されている。図示のとおり、重錘体本体部１６は、フレーム状の台座３０の内部空間の大部分を占める直方体状のブロックとなっており、十分な質量が確保されている。このため、加速度センサとして用いる場合、同じ大きさの加速度であっても、より大きな力が重錘体に作用することになり、検出感度を向上させることができる。なお、橋梁体２１〜２４の構造および寸法に関しては、特に変更はないので、強度に関する条件は、§１で述べたセンサ本体（図１，図２）と同じである。
【００４５】
結局、この§２で述べる改良型のセンサ本体は、§１で述べたセンサ本体と比べて、より高い検出感度を得ることができる理想的な構造を有していることになる。しかしながら、商業的な量産を行うことを考えると、既に述べたとおり、解決すべき課題が残されている。すなわち、このようなセンサ用構造体を量産する上では、半導体基板を用いたプレーナプロセスを施すのが好ましいが、一般的な半導体プレーナプロセスでは、主として、半導体基板に対して種々のエッチング工程を行うことにより、所望の物理的構造を得ることになるため、各部を正確な寸法に維持するのが困難であるという問題が生じることになる。たとえば、図２に示す構造体であれば、半導体基板を下面側から垂直方向にエッチングする比較的単純なプロセスにより、ある程度の寸法精度をもった構造体を量産することが可能であるが、図７に示す構造体の場合、単純な垂直方向へのエッチングプロセスだけでは、対応することができない。これは、重錘体本体部１６の上面と橋梁体２１〜２４の下面との間に空隙を形成する必要があるため、水平方向へのエッチングプロセスが必要になるためである。
【００４６】
ところが、この水平方向へのエッチングプロセスは、センサ本体の測定精度を維持する上で極めて重要な工程になる。たとえば、図７において、境界位置Ｌ１〜Ｌ４は、橋梁体２１，２２と重錘体上層部１５あるいは台座３０との境界を示す位置（別言すれば、橋梁体２１，２２の両端位置）ということになるが、これらの位置について、ロットによるばらつきが生じてしまうと、測定精度の低下を招くことになる。
【００４７】
その第１の理由は、ロットごとのエッチングプロセス（特に、水平方向へのエッチングプロセス）に変動要因があると、構造体自身の対称性が失われるためである。たとえば、図７における境界位置Ｌ２が左へずれてしまった場合、橋梁体２１の長さがより長くなり、左右の対称性が失われることになる。また、重錘体上層部１５による重錘体本体部１６の支持位置も対称性を欠き、重錘体本体部１６の重心位置を正確に支持することができなくなる。これは、Ｘ軸正方向への検出感度とＸ軸負方向への検出感度との間に差を生じさせる要因となり、測定精度の低下を招くことになる。
【００４８】
第２の理由は、ピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４の配置により、検出感度が変動するためである。一般に、ピエゾ抵抗素子による検出感度をできるだけ高くするためには、橋梁体２１〜２４に撓みが生じたときに、最も大きな機械的応力が生じる箇所に、各ピエゾ抵抗素子を配置するようにするのが好ましい。本願発明者が行った実験によると、橋梁体の内側部分に配置されるピエゾ抵抗素子Ｒｘ２，Ｒｘ３に関しては、図示のとおり、その内側端が境界位置Ｌ２，Ｌ３に揃うように配置し、橋梁体の外側部分に配置されるピエゾ抵抗素子Ｒｘ１，Ｒｘ４に関しては、図示のとおり、その外側端が境界位置Ｌ１，Ｌ４に揃うように配置すると、最も良好な検出感度を得ることができた。これは、境界位置Ｌ１〜Ｌ４（橋梁体２１〜２４の両端位置）に、最も大きな機械的応力が生じるためと考えられる。ところが、たとえば、図７における境界位置Ｌ２が左へずれてしまった場合、ピエゾ抵抗素子Ｒｘ２の内側端が境界位置Ｌ２に揃わなくなるため、検出感度の低下を招くことになる。
【００４９】
結局、図６および図７に示すような構造体を、エッチング工程を含む製造プロセスで量産すると、ロットごとに寸法誤差が生じるため、検出感度にばらつきが生じるという問題が生じることになる。本発明は、このような問題を解決することを目的とするものであり、本発明によれば、量産に適し、かつ、十分な寸法精度が得られる力学量検出センサ用構造体の製造方法を提供することが可能になる。
【００５０】
＜＜＜ §３．本発明に係る製造方法の基本工程＞＞＞
ここでは、図６および図７に示すような力学量検出センサ用構造体を、エッチング工程を含む製造プロセスで製造する方法の基本工程を説明する。この基本工程の特徴は、第１層、第２層、第３層の３層を積層してなる材料基板を用い、各層ごとにエッチングを行い、かつ、第２層のエッチングを行う際にエッチングストッパとして機能するストッパ壁を形成する、という点にある。以下、図を参照しながら、この工程を順に説明する。
【００５１】
＜基板準備段階＞
まず、図８の側断面図に示すように、上から順に、第１層１００、第２層２００、第３層３００の３層を積層してなる材料基板を用意する。ここで、第１層１００と第２層２００とは、互いにエッチング特性が異なり、第３層３００と第２層２００とは、互いにエッチング特性が異なるような材料によって構成されている。なお、第１層１００と第３層３００とは、エッチング特性が同一であってもかまわない。実用上、このような材料基板としては、ＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎＯｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いるのが好ましい。ＳＯＩ基板は、半導体装置を製造するための基板として、種々の分野で利用されており、用途に応じた様々な種類のＳＯＩ基板が入手可能である。ここでは、第１層がシリコン、第２層が酸化シリコン、第３層がシリコンから構成されているＳＯＩ基板を用いた例を説明する。
なお、この実施例で実際に用いたＳＯＩ基板は、第１層の厚みが５μｍ、第２層の厚みが１μｍ、第３層の厚みが５００μｍ程度のものであるが、本願図面では、便宜上、各部の寸法比を無視した構造図を示すことにする。
【００５２】
＜上面用マスク準備段階＞
続いて、図９の平面図に示すようなパターンをもった上面用マスクＭＵを用意する。なお、この図９におけるハッチングは、各マスク領域（エッチング工程において除去されずに残る領域）を示すためのものであり、断面を示すものではない。図示のとおり、この上面用マスクＭＵは、重錘体の上面を形成するための重錘体上面マスク領域Ｍ１０と、橋梁体を形成するための橋梁体マスク領域Ｍ２１〜Ｍ２４と、台座の上面を形成するための台座上面マスク領域Ｍ３０と、を有している。しかも、橋梁体マスク領域Ｍ２１〜Ｍ２４の内側端と重錘体上面マスク領域Ｍ１０の外周との間には、ストッパ用空隙Ｖ１が形成されており、橋梁体マスク領域Ｍ２１〜Ｍ２４の外側端と台座上面マスク領域Ｍ３０の内周との間には、ストッパ用空隙Ｖ２が形成されている。このストッパ用空隙Ｖ１，Ｖ２は、後述するように、ストッパ壁を形成するためのものである。
【００５３】
なお、ここでは説明の便宜上、図８に示す材料基板の上面の輪郭は、図９に示す上面用マスクＭＵの輪郭に一致するものとし、この材料基板を用いて、単一の力学量検出センサ用構造体を製造するプロセスを述べることにする。もっとも、実際のプロセスでは、１枚の材料基板を用いて多数のセンサ用構造体を同時に形成するのが一般的である。その場合には、図９に示す単一のセンサ用構造体用のパターンを縦横にマトリックス状に多数配置したような上面用マスクＭＵを用意することになる。後述するストッパ用マスクＭＳや下面用マスクＭＬについても同様である。また、図９に示すように、上面用マスクＭＵ上に３つの切断線ａ−ａ，ｂ−ｂ，ｃ−ｃを定義し、この上面用マスクＭＵを材料基板の上面に重ねた状態において、プロセスの各段階における材料基板を、各切断線ａ−ａ，ｂ−ｂ，ｃ−ｃの位置で切断した側断面図を、以下の図における分図（ａ），（ｂ），（ｃ）として示すことにする。
【００５４】
＜第１層エッチング段階＞
さて、こうして、材料基板と上面用マスクＭＵとが用意できたら、この上面用マスクＭＵを利用して、材料基板の第１層１００に対するエッチングを行う。すなわち、第１層１００に対して、第２層２００の上面が露出するまで厚み方向へのエッチングを行う。
【００５５】
もちろん、実際には、このようなエッチング工程は、複数段階のプロセスを経て行われる。すなわち、まず、第１層１００の上にレジスト層を形成し、このレジスト層に図９に示す上面用マスクＭＵを適用した状態で露光現像し、最初に形成したレジスト層のうち、図９にハッチングを施して示す各マスク領域の部分だけを残す処理を行う。図１０は、この段階における材料基板の状態を示す側断面図である。前述したように、分図（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ図９の切断線ａ−ａ，ｂ−ｂ，ｃ−ｃの位置で切断した側断面図に相当する。
【００５６】
図１０（ａ）に示すように、基板中央には、重錘体上面マスク領域Ｍ１０に対応して重錘体レジスト層４１０が残存しており、その周囲には、橋梁体マスク領域Ｍ２１〜Ｍ２４に対応して橋梁体レジスト層４２１〜４２４が残存しており、更にその周囲には、台座上面マスク領域Ｍ３０に対応して台座レジスト層４３０が残存している。重錘体レジスト層４１０と橋梁体レジスト層４２１〜４２４との間には、ストッパ用空隙Ｖ１が形成されており、台座レジスト層４３０と橋梁体レジスト層４２１〜４２４との間には、ストッパ用空隙Ｖ２が形成されている。
【００５７】
図１０（ｂ）を見ればわかるように、橋梁体レジスト層４２３は、幅の狭い橋梁状の層となっており、台座レジスト層４３０との間には、大きな空間が形成されている。また、図１０（ｂ），（ｃ）に示されているとおり、台座レジスト層４３０は、基板の外周部分を囲うようなフレーム状の層となっている。
【００５８】
続いて、これらの残存レジスト層をマスクとして用いて、第１層１００に対するエッチングを行う。このとき、第１層１００に対しては浸食性を有し、第２層２００および第３層３００に対しては浸食性を有しないエッチング方法を行うようにする。ここに示す実施例の場合、第１層１００はシリコンからなる層、第２層２００は酸化シリコンからなる層であるので、シリコンに対しては腐食性を有するが、酸化シリコンに対しては腐食性を有さないエッチング液（たとえば、ＫＯＨなど）を用いれば、第２層２００を浸食せずに、第１層１００のみを浸食するエッチングが可能である。ただ、第１層１００と第３層３００とはいずれもシリコンからなる層であるので、第１層１００に対して腐食性を有するエッチング液は、第３層３００に対しても腐食性を有する。したがって、第３層３００を浸食しないエッチング方法を行うためには、エッチング液を上面に対してのみ作用させるような工夫を行えばよい。
【００５９】
もっとも、第３層３００の厚みが十分に大きい場合には、第３層３００の下面の層が若干エッチング除去されても問題は生じない。そのような場合には、必ずしも第３層３００に対しては浸食性を有しないエッチング方法を採る必要はないので、材料基板全体をエッチング液に浸すような方法を採ってもかまわない。
【００６０】
図１１は、このようなエッチングが完了した状態における材料基板の状態を示す側断面図である。前述したように、分図（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ図９の切断線ａ−ａ，ｂ−ｂ，ｃ−ｃの位置で切断した側断面図に相当する。結局、第１層残存部として、重錘体上面マスク領域Ｍ１０の下に残った重錘体第１層１１０と、台座上面マスク領域Ｍ３０の下に残った台座第１層１３０と、橋梁体マスク領域Ｍ２１〜Ｍ２４の下に残った橋梁体第１層１２１〜１２４が形成されることになり、第１層１００上に、図９に示す上面用マスクＭＵの平面パターンが形成されたことになる。
【００６１】
＜第２層エッチング段階＞
次に、第１層残存部をマスクとして利用して、第２層２００に対して第３層３００の上面が露出するまで厚み方向へのエッチングを行う。そのためには、第２層２００に対しては浸食性を有し、第１層１００および第３層３００に対しては浸食性を有しないエッチング方法を行えばよい。具体的には、酸化シリコンに対しては腐食性を有するが、シリコンに対しては腐食性を有さないエッチング液、たとえば、バッファド弗酸（ＨＦ：ＮＨ_４Ｆ＝１：１０の混合液）を用いれば、第２層２００のみを浸食するエッチングが可能である。
【００６２】
図１２は、このようなエッチングが完了した状態における材料基板の状態を示す側断面図である。前述したように、分図（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ図９の切断線ａ−ａ，ｂ−ｂ，ｃ−ｃの位置で切断した側断面図に相当する。結局、第２層残存部として、重錘体第１層１１０の下に残った重錘体第２層２１０と、台座第１層１３０の下に残った台座第２層２３０と、橋梁体第１層１２１〜１２４の下に残った橋梁体第２層２２１〜２２４と、が形成されることになり、第２層２００上に、図９に示す上面用マスクＭＵの平面パターンが形成されたことになる。
【００６３】
最後に、材料基板上に残っているレジスト層４００を剥離除去する。なお、この第２層エッチング段階では、第１層残存部がマスクとして機能するため、レジスト層４００は必ずしも必要ではない。したがって、レジスト層４００は、この第２層エッチング段階を行う前に剥離除去してもかまわない。
【００６４】
なお、バッファド弗酸は等方性のエッチング特性を有しているので、エッチング時間を長くとり過ぎると、図１２における水平方向へのエッチングが進行することになり、上面用マスクＭＵの平面パターンが正しく形成されなくなる。そこで、実際には、第２層２００の厚み方向のエッチングが完了した時点でエッチングが停止するよう、エッチング時間を調節する必要がある。
【００６５】
＜ストッパ壁形成段階＞
図１２（ａ）に示されているように、第１層残存部および第２層残存部には、ストッパ用空隙Ｖ１，Ｖ２が形成されている。このストッパ用空隙Ｖ１，Ｖ２は、図９の上面用マスクＭＵの平面図に示されているとおり、橋梁体マスク領域Ｍ２１〜Ｍ２４の内側端および外側端に形成された空隙である。ここでは、このストッパ用空隙Ｖ１，Ｖ２の位置にストッパ壁を形成する工程を行う。ストッパ壁は、後に行う第２層再エッチング段階において、第２層残存部に対するエッチングの進行を停止させるためのエッチングストッパとして機能する層であるので、第２層２００とはエッチング特性が異なる材料によって形成する必要がある。ここでは、窒化シリコンをストッパ用材料として充填することにより、ストッパ壁の形成を行うことにする。
【００６６】
ストッパ壁は、少なくとも第２層２００に形成されたストッパ用空隙Ｖ１，Ｖ２に形成されていればよいが、ここでは、第１層１００に形成されたストッパ用空隙Ｖ１，Ｖ２にもストッパ用材料を充填することにより、第１層１００と第２層２００とに跨がった構造を有するストッパ壁を形成する例を述べる。
【００６７】
まず、前述した第２層エッチング段階が終了した状態の材料基板上に、ストッパ用材料となる窒化シリコンを堆積させてストッパ用材料層５００を形成する。この実施例では、１μｍ程度の厚みをもったストッパ用材料層５００を形成している。図１３は、このようなストッパ用材料層５００の形成が完了した状態における材料基板の状態を示す側断面図である。分図（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ図９の切断線ａ−ａ，ｂ−ｂ，ｃ−ｃの位置で切断した側断面図に相当する。このように、窒化シリコンを材料基板上の全面に堆積させてストッパ用材料層５００を形成するには、たとえば、ＣＶＤ法などの方法を用いればよい。図１３（ａ）に示されているとおり、ストッパ用空隙Ｖ１，Ｖ２には、窒化シリコンが充填された状態となっている。なお、図１３（ｂ）に示すように、第１層残存層や第２層残存層が存在しない領域については、第３層３００の上面にストッパ用材料層５００が直接形成されることになる。
【００６８】
こうして形成されたストッパ用材料層５００は、材料基板の全面に堆積した層をなしているが、ストッパ壁として必要な部分は、その一部分だけである。そこで、ストッパ用材料層５００の不要な部分を除去するためのエッチングを行う。図１４は、このようなエッチングを行うために用いるストッパ用マスクＭＳの平面図である。この図１４におけるハッチングは、各マスク領域（エッチング工程において除去されずに残る領域）を示すためのものであり、断面を示すものではない。図示のとおり、このストッパ用マスクＭＳは、方環状をなすストッパ壁マスク領域Ｍ４０，Ｍ５０を有している。
【００６９】
内側のストッパ壁マスク領域Ｍ４０は、図９に示す上面用マスクＭＵの重錘体上面マスク領域Ｍ１０の外周を縁取りするような環状形状を有しており、このようなマスクを用いることにより、重錘体第２層２１０の外周を縁取りするような環状形状をもったストッパ壁を形成することができる。一方、外側のストッパ壁マスク領域Ｍ５０は、図９に示す上面用マスクＭＵの台座上面マスク領域Ｍ３０の内周を縁取りするような環状形状を有しており、このようなマスクを用いることにより、台座第２層２３０の内周を縁取りするような環状形状をもったストッパ壁を形成することができる。
【００７０】
ストッパ用材料層５００に対する実際のエッチング工程は、次のような複数段階のプロセスを経て行われる。まず、ストッパ用材料層５００の上にレジスト層を形成し、このレジスト層に図１４に示すストッパ用マスクＭＳを用いた露光を行った後にこれを現像し、最初に形成したレジスト層のうち、図１４にハッチングを施して示す各マスク領域の部分だけを残す処理を行う。図１５は、この段階における材料基板の状態を示す側断面図である。前述したように、分図（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ図９の切断線ａ−ａ，ｂ−ｂ，ｃ−ｃの位置で切断した側断面図に相当する。
【００７１】
図１５（ａ）に示すように、基板中央には、ストッパ壁マスク領域Ｍ４０に対応した平面パターンを有するストッパ壁レジスト層６４０が残存しており、その周囲を取り囲むように、ストッパ壁マスク領域Ｍ５０に対応した平面パターンを有するストッパ壁レジスト層６５０が残存している。なお、図１５（ｂ）に示すｂ−ｂ切断面には、ストッパ壁レジスト層６５０のみが現れており、図１５（ｃ）に示すｃ−ｃ切断面には、ストッパ壁レジスト層は現れない。
【００７２】
続いて、これらの残存レジスト層をマスクとして用いて、ストッパ用材料層５００に対するエッチングを行う。このとき、ストッパ用材料層５００に対しては浸食性を有し、その他の各層に対しては浸食性を有しないエッチング方法を行うようにする。ここに示す実施例の場合、ストッパ用材料層５００は窒化シリコンからなる層であるので、たとえば、ＣＦ_４を用いたプラズマエッチングを行えばよい。
【００７３】
図１６は、このようなエッチングを行った後、レジスト層を剥離除去した状態における材料基板の状態を示す側断面図である。分図（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ図９の切断線ａ−ａ，ｂ−ｂ，ｃ−ｃの位置で切断した側断面図に相当する。結局、図１４に示すストッパ用マスクＭＳを利用して、ストッパ用材料層５００の不要部分をエッチングにより除去することにより、ストッパ壁５４０，５５０が形成されたことになる。このストッパ壁５４０，５５０の平面パターンは、図１４に示すストッパ用マスクＭＳにおけるストッパ壁マスク領域Ｍ４０，Ｍ５０に対応したものになる。
【００７４】
図１６（ａ），（ｂ）に示すとおり、ストッパ壁５４０，５５０は、第１層１００および第２層２００の厚みを跨がり、更に、第１層１００の上面から上方に若干突き出したような高さをもった方環状の壁面を形成する。前述したとおり、このストッパ壁５４０，５５０は、後の第２層再エッチング段階において、第２層２００に対するエッチングの進行を停止させるためのエッチングストッパとして機能するためのものであるから、少なくとも第２層の厚みに相当する高さを有していれば足りる。ただ、上述のプロセスでストッパ壁５４０，５５０を形成すると、図示のとおり、第１層１００の上面から突き出すような十分な高さをもった壁が得られることになる。また、この例では、ストッパ壁５４０，５５０は、方環状の城壁構造をなしているが、後述するプロセスにおいてエッチングストッパとしての機能を果たすことができるのであれば、必ずしも環状構造にする必要はない。
【００７５】
＜抵抗素子形成段階＞
続いて、橋梁体第１層１２１〜１２４の上面の必要な箇所に、ピエゾ抵抗素子を形成する。既に述べたとおり、この実施例では、第１層１００はシリコンからなる層であり、ここにＮ型もしくはＰ型の不純物をイオン注入法などで打ち込むことにより不純物ドープ層を形成すれば、当該不純物ドープ層がピエゾ抵抗素子として機能することになる。なお、所定の領域に不純物ドープ層を形成する手法は、半導体装置を製造する方法として種々の手法が公知であり、ここでは詳しい説明は省略する。
【００７６】
図１７は、橋梁体第１層１２１，１２２の上面に、ピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４を形成した状態を示す側断面図（図９の切断線ａ−ａの位置で切断した側断面図）である。図示されていないが、橋梁体第１層１２３，１２４の上面にも、同様に、ピエゾ抵抗素子Ｒｙ１〜Ｒｙ４，ピエゾ抵抗素子Ｒｚ１〜Ｒｚ４が形成されることになる。こうして形成されたピエゾ抵抗素子の抵抗値に基づいて、重錘体に作用した力や加速度を検出することができる点は、既に§１で述べたとおりである。
【００７７】
図７の側断面図で説明したとおり、検出感度を高める上では、各ピエゾ抵抗素子を、その両端が各橋梁体の両端位置に揃うように配置するのが好ましい。そこで、この実施例では、図１７に示すとおり、各ピエゾ抵抗素子の一端が、ストッパ壁５４０もしくは５５０に接触する位置に配置するようにしている。もちろん、実用上は、完全に接触させなくても、ストッパ壁のできるだけ近隣位置に配置するようにすれば、必要な検出感度を得ることができる。
【００７８】
なお、この抵抗素子形成段階は、ピエゾ抵抗素子を検出素子として用いるセンサ本体を製造する場合にのみ必要なプロセスであり、本発明に係るセンサ用構造体の製造に必須のものではない。また、実用上は、ピエゾ抵抗素子を形成した後、アルミニウムなどにより、これら抵抗素子に対する必要な配線層を形成するプロセスを続けて行うのが好ましい。
【００７９】
＜段差形成段階＞
図７の側断面図に示されているセンサ本体を見ると、重錘体本体部１６の底面は、台座３０の底面よりも若干高い位置にある。このような段差は、台座３０の底面を装置筐体などに接合した場合に、重錘体本体部１６を若干浮き上がった状態にする役割を果たし、Ｚ軸方向の変位の自由度を確保する働きをする。
【００８０】
もちろん、このような段差は、必ずしも必要なものではないが、もし、このような段差を確保する場合には、第３層３００の下面に対して所定のマスクを用いたエッチング（後述する第３層エッチング段階と同種のエッチングでよい）を行い、図１８の側断面図（図９の切断線ａ−ａの位置で切断した側断面図）に示すように、第３層３００の下面中央部分に、溝Ｇ１を形成する。この溝Ｇ１により、重錘体底面と台座底面との間に段差が形成されることになる。
【００８１】
＜下面用マスク準備段階＞
続いて、図１９の平面図に示すようなパターンをもった下面用マスクＭＬを用意する。この図１９においても、ハッチングは、各マスク領域（エッチング工程において除去されずに残る領域）を示すためのものであり、断面を示すものではない。図示のとおり、この下面用マスクＭＬは、重錘体の下面を形成するための重錘体下面マスク領域Ｍ６０と、台座の下面を形成するための台座下面マスク領域Ｍ７０と、を有している。ここで、重錘体下面マスク領域Ｍ６０と台座下面マスク領域Ｍ７０との間には所定幅をもった空隙部が形成されており、この空隙部が、後のプロセスにおいてエッチング除去される部分である。このエッチングにより、第３層３００は、重錘体第３層３１０と台座第３層３３０とに分離されることになる。
【００８２】
＜第３層エッチング段階＞
図１９に示すような下面用マスクＭＬが用意できたら、この下面用マスクＭＬを利用して、材料基板の第３層３００に対して下面側から厚み方向へのエッチングを行う。実際には、このようなエッチング工程は、複数段階のプロセスを経て行われる。すなわち、まず、第３層３００の下面にレジスト層を形成し、このレジスト層に図１９に示す下面用マスクＭＬを用いた露光を行った後にこれを現像し、最初に形成したレジスト層のうち、図１９にハッチングを施して示す各マスク領域の部分だけを残す処理を行う。続いて、残存したレジスト層をマスクとして、第３層３００に対するエッチングを行う。
【００８３】
このとき、第３層３００に対しては浸食性を有し、第１層１００、第２層２００およびストッパ用材料に対しては浸食性を有しないエッチング方法を行うようにする。ここに示す実施例の場合、たとえば、シリコンに対してのみ浸食性を有するＫＯＨなどをエッチング液として用いれば、第２層２００およびストッパ用材料に対しては浸食性を有しないエッチングを行うことができる。ただ、第１層１００と第３層３００とはいずれもシリコンからなる層であるので、第３層３００に対して腐食性を有するエッチング液は、第１層１００に対しても腐食性を有する。したがって、第１層１００を浸食しないエッチング方法を行うためには、エッチング液を下面に対してのみ作用させるような工夫を行えばよい。
【００８４】
図２０は、このようなエッチングの後に、レジスト層を剥離除去した時点での材料基板の状態を示す側断面図である。前述したように、分図（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ図９の切断線ａ−ａ，ｂ−ｂ，ｃ−ｃの位置で切断した側断面図に相当する。第３層３００と第２層２００とはエッチング特性が異なるため、第３層３００に対する厚み方向のエッチングは、第２層２００の下面に到達したところで終了する。その結果、第３層３００は、図２０（ａ）に示すように、溝Ｇ２を隔てて、重錘体第３層３１０と台座第３層３３０とに分離されることになる。これらが第３層残存部である。ここで、重錘体第３層３１０は、重錘体下面マスク領域Ｍ６０の上に残った部分であり、台座第３層３３０は、台座下面マスク領域Ｍ７０の上に残った部分である。また、溝Ｇ２の幅は、重錘体の水平方向への変位の自由度を規定するパラメータとなる。
【００８５】
この時点で、重錘体第３層３１０は、４本の橋梁体によってのみ支持されている宙づりの状態となっている。たとえば、図２０（ｂ）には、重錘体第３層３１０が、橋梁体第１層１２３および橋梁体第２層２２３によって支持されている状態が示されている。
【００８６】
＜第２層再エッチング段階＞
この段階は、図２０（ａ）に示されている橋梁体第２層２２１，２２２や、図２０（ｂ）に示されている橋梁体第２層２２３をエッチングにより除去するためのプロセスである。すなわち、ストッパ壁５４０，５５０をエッチングストッパとして利用して、第２層残存部に対するエッチングを行うことになる。したがって、ここでは、第２層２００に対しては浸食性を有し、第１層１００、第３層３００およびストッパ用材料に対しては浸食性を有しないエッチング方法を実施する。具体的には、前述した第２層エッチング段階と同様に、バッファド弗酸（ＨＦ：ＮＨ_４Ｆ＝１：１０の混合液）を用いたエッチングを行えばよい。
【００８７】
図２１は、このようなエッチングが完了した状態における材料基板の状態を示す側断面図である。前述したように、分図（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ図９の切断線ａ−ａ，ｂ−ｂ，ｃ−ｃの位置で切断した側断面図に相当する。図２１を図２０と比べると、橋梁体第２層２２１〜２２４の部分だけが除去され、その他の部分は全く変わりがないことがわかる。これは、ストッパ壁５４０，５５０がエッチングストッパとして機能しているため、第２層２００に対する水平方向へのエッチングが、両ストッパ壁５４０，５５０によって挟まれた領域だけに限定されるためである。このエッチングにより除去された橋梁体第２層２２１〜２２４の部分には、溝Ｇ３が形成されることになる。この溝Ｇ３は、橋梁体第１層１２１〜１２４と重錘体第３層３１０とを隔てる空隙を構成する。
【００８８】
＜最終的な構造体＞
図２２は、上述した各段階を経て、最終的に得られるセンサ用構造体（実際には、ピエゾ抵抗素子が形成されたセンサ本体）を示す上面図である。なお、図では、説明の便宜上、ストッパ壁５４０，５５０の部分にハッチングを施して示すが、このハッチングは断面を示すものではない。また、切断線ａ−ａ，ｂ−ｂ，ｃ−ｃは、各側断面図における分図（ａ），（ｂ），（ｃ）の切断位置を示している。
【００８９】
結局、図２１および図２２に示す構造体を、図６および図７に示す構造体と対比すれば、重錘体第１層１１０、重錘体第２層２１０、重錘体第３層３１０からなる積層体により重錘体が構成されており、台座第１層１３０、台座第２層２３０、台座第３層３３０からなる積層体によって台座が構成されており、橋梁体第１層１２１〜１２４により橋梁体が構成されていることがわかる。実際には、重錘体第１層１１０および重錘体第２層２１０の外周部にはストッパ壁５４０が形成されているが、このストッパ壁５４０も重錘体の一部をなす構成要素と看做せば、基本的な構造は同じである。同様に、台座第１層１３０および台座第２層２３０の内周部にはストッパ壁５５０が形成されているが、このストッパ壁５５０も台座の一部をなす構成要素と看做せば、基本的な構造は同じである。
【００９０】
このように、上述した各段階を経て得られる構造体は、基本的には、図６および図７に示す構造体と同等のものであり、体積の大きな重錘体を用いることにより、検出感度の高いセンサを実現することができる。ここで、注目すべき点は、上述した各段階は、エッチングを主とした半導体プレーナプロセスを用いて実行することができるため、量産に適した製造プロセスが実現できるという点である。しかも、より重要な効果は、エッチングプロセスを用いて製造しているにもかかわらず、寸法精度の高い製品を製造することが可能になる点である。その理由は、第２層再エッチング段階において、第２層２００に対する水平方向へのエッチングが進行するものの、この水平方向へのエッチングの進行の程度は、ストッパ壁５４０，５５０によって正確に制御されることになるからである。
【００９１】
たとえば、図２１（ａ）において、橋梁体第１層１２１，１２２の長さは、ストッパ壁５４０，５５０によって規定されており、第２層再エッチング段階における水平方向へのエッチングの進行の程度に影響されることはない。このため、量産した場合であっても、すべてのロットの橋梁体の長さが正確な寸法に制御されることになる。別言すれば、図２２の上面図において、境界位置Ｌ１〜Ｌ４は、すべてストッパ壁５４０，５５０の位置によって定まり、上面用マスクＭＵやストッパ用マスクＭＳの平面パターンによって正確に制御することが可能になる。
【００９２】
また、図２２に示す例のように、検出素子としてピエゾ抵抗素子を用いるセンサ本体を製造する場合、各ピエゾ抵抗素子を、ストッパ壁５４０，５５０に接触する位置に、もしくは、ストッパ壁の近隣位置に、正確に配置することが可能になり、検出感度が良好な位置への配置が可能になる。もちろん、ロットごとに検出感度がばらつくような事態も解消できる。このように、本発明は、量産に適し、かつ、十分な寸法精度が得られる力学量検出センサ用構造体の製造方法を提供することができる。
【００９３】
＜＜＜ §４．本発明を実施する上で好ましいエッチング方法＞＞＞
前述した各段階のうち、第１層エッチング段階と第３層エッチング段階では、実用上、次の２つの条件を満たすエッチング法を行う必要がある。第１の条件は、各層の主として厚み方向への方向性をもった浸食が行われるエッチング法であること、第２の条件は、シリコン層に対しては浸食性を有するが、酸化シリコン層に対しては浸食性を有しないエッチング法であること、である。第１の条件は、マスクどおりの平面パターンをもったエッチングを行うために必要な条件であり、第２の条件は、酸化シリコンからなる第２層２００に対する浸食が行われないようにするための条件である。
【００９４】
第１の条件を満たすエッチングを行うには、誘導結合型プラズマエッチング法（ＩＣＰエッチング法：ＩｎｄｕｃｅｄＣｏｕｐｌｉｎｇＰｌａｓｍａＥｔｃｈｉｎｇＭｅｔｈｏｄ）を用いるのが好ましい。このエッチング法は、垂直方向に深い溝を掘る際に効果的な方法であり、一般に、ＤＲＩＥ（ＤｅｅｐＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）と呼ばれているエッチング方法の一種である。この方法の特徴は、材料層を厚み方向に浸食しながら掘り進むエッチング段階と、掘った穴の側面にポリマーの壁を形成するデポジション段階と、を交互に繰り返す点にある。掘り進んだ穴の側面は、順次ポリマーの壁が形成されて保護されるため、ほぼ厚み方向にのみ浸食を進ませることが可能になる。一方、第２の条件を満たすエッチングを行うには、酸化シリコンとシリコンとでエッチング選択性を有するエッチング材料を用いればよい。
【００９５】
本願発明者は、この２つの条件を満足させるエッチングとして、実際に次のような条件で、エッチングを行ったところ、良好な結果が得られた。すなわち、上述した誘導結合型プラズマエッチング法を用い、次のような具体的条件によりエッチング段階とデポジション段階とを交互に繰り返すようにした。まず、エッチング対象となる材料基板を、低圧のチャンバ内に収容し、エッチング段階では、ＳＦ_６ガスを１００ｓｃｃｍ、Ｏ_２ガスを１０ｓｃｃｍの割合でチャンバ内に供給し、デポジション段階では、Ｃ_４Ｆ_８ガスを１００ｓｃｃｍの割合でチャンバ内に供給した。エッチング段階とデポジション段階をそれぞれ１０秒程度の周期で繰り返し実行したところ、３μｍ／ｍｉｎ程度のエッチングレートでエッチングが実行された。もちろん、本発明に係る製造方法は、上述のエッチング方法を用いる方法のみに限定されるものではない。
【００９６】
一方、第２層再エッチング段階では、次の２つの条件を満たすエッチング法を行う必要がある。第１の条件は、厚み方向とともに層方向への方向性をもった浸食が行われるエッチング法であること、第２の条件は、酸化シリコン層に対しては浸食性を有するが、シリコン層や窒化シリコン層に対しては浸食性を有しないエッチング法であること、である。第１の条件は、橋梁体第２層２２１〜２２４の部分を水平方向に浸食して除去するために必要な条件であり、第２の条件は、既に所定形状への加工が完了しているシリコンからなる第１層残存部や第３層残存部およびストッパ壁に浸食が及ばないようにするために必要な条件である。
【００９７】
本願発明者は、この２つの条件を満足させるエッチングとして、実際に次のような条件で、エッチングを行ったところ、良好な結果が得られた。すなわち、バッファド弗酸（ＨＦ：ＮＨ_４Ｆ＝１：１０の混合液）をエッチング液として用い、エッチング対象物をこのエッチング液に３０分ほど浸漬することにより、エッチングを行った。あるいは、ＣＦ_４ガスとＯ_２ガスとの混合ガスを用いたＲＩＥ法によるドライエッチングを行っても、同様に良好な結果が得られた。もちろん、本発明に係る製造方法は、上述のエッチング方法を用いる方法のみに限定されるものではない。
【００９８】
＜＜＜ §５．いくつかの変形例＞＞＞
以上、本発明を図示する基本的な製造工程に基づいて説明したが、本発明はこの基本工程に限定されるものではなく、この他にも種々の態様で実施可能である。ここでは、本発明のいくつかの変形例を述べておく。
【００９９】
＜断面Ｖ字型の溝形成＞
§３の基本工程では、図１１に示す第１層エッチング段階や、図１２に示す第２層エッチング段階において、ストッパ用空隙Ｖ１，Ｖ２として、垂直下方へのエッチングにより、井戸型の溝を形成する例を述べた。しかしながら、図１３に示すストッパ用材料層の形成段階において、ＣＶＤ法を用いてストッパ用材料を堆積させることを考慮すると、井戸型の溝よりも、断面Ｖ字型の溝（側面が傾斜面となる溝）を形成しておいた方が好ましい。これは、井戸型の溝の場合、その側面に対する堆積が生じにくいため、溝内をストッパ材料で完全に充填することが困難になるからである。
【０１００】
図２３（ａ）の側断面図に示すように、第１層１００および第２層２００に対して、ストッパ用空隙Ｖ１，Ｖ２となる断面Ｖ字型の溝Ｖを形成しておくようにすれば、窒化シリコンなどのストッパ材料をＣＶＤ法で堆積させてストッパ用材料層５００を形成する場合、図２３（ｂ）に示すように、溝側面への堆積が生じやすくなる。このように、断面Ｖ字型の溝Ｖの斜面に順次ストッパ材料を堆積してゆけば、比較的簡単に、図２３（ｃ）に示すようなストッパ用材料層５００を得ることができる。第１層エッチング段階および第２層エッチング段階において、断面Ｖ字型の溝Ｖが形成されるようにするには、ある程度の等方性をもったエッチング液（たとえば、第１層エッチング段階ではＫＯＨ、第２層エッチング段階ではバッファド弗酸）を用いてエッチングを行うようにすればよい。
【０１０１】
なお、図１５に示すようなレジスト層６００を用いて、ストッパ用材料層５００に対するエッチング工程を行うと、図１６（ａ）に示すように、第１層１００の上面より更に上方に突き出たストッパ壁５４０，５５０が形成されることになる。ところが、このようなストッパ壁５４０，５５０によって第１層１００の上面に凹凸構造が形成されると、ピエゾ抵抗素子などに対する配線を行う上では好ましくない。そこで、実用上は、ストッパ用材料層５００の不要部分をエッチングにより除去した後、残存した部分の上面を研磨することにより、第１層１００の上面と同じ高さをもつストッパ壁５４０，５５０を形成するようにするのが好ましい。
【０１０２】
図２３（ｄ）は、断面Ｖ字型の溝Ｖに堆積させたストッパ用材料層５００に対して、不要部分をエッチングにより除去する工程を行った後、残存部分の上面を研磨することにより、第１層１００の上面と同じ高さをもつストッパ壁５８０を形成した例である。ストッパ壁５８０の上面は、第１層１００の上面と一致し、第１層１００の上面に配線を施す際の障害にはならない。しかも、ストッパ壁５８０は、第２層２００に対して後に行われる再エッチング工程において、エッチングストッパとしての役割を支障なく果たすことができる。
【０１０３】
＜Ｕ字型の抵抗素子＞
図２２の上面図に示す例では、各ピエゾ抵抗素子の一端が、ストッパ壁５４０もしくは５５０に接触する位置に配置されている。たとえば、ピエゾ抵抗素子Ｒｘ１の右端はストッパ壁５５０に接触しており、ピエゾ抵抗素子Ｒｘ２の左端はストッパ壁５４０に接触しており、ピエゾ抵抗素子Ｒｘ３の右端はストッパ壁５４０に接触しており、ピエゾ抵抗素子Ｒｘ４の左端はストッパ壁５５０に接触している。これは、既に述べたとおり、橋梁体第１層１２１〜１２４に撓みが生じた場合、境界位置Ｌ１〜Ｌ４に応力が集中するため、この位置にピエゾ抵抗素子を配置すると最も検出感度が高くなるためである。
【０１０４】
しかしながら、ピエゾ抵抗素子の抵抗値を測定するためには、ピエゾ抵抗素子の両端位置に配線を施す必要があり、ピエゾ抵抗素子の端部がストッパ壁に接触していたり、ストッパ壁の近隣位置に配置されていたりすると、配線を施しにくいという問題が生じる。
【０１０５】
このような問題に対処するひとつの解決策は、図２４に示すようなＵ字型の抵抗素子Ｒｘ１１を、Ｕ字の底部がストッパ壁５５０側になるように配置し、Ｕ字の上部両端位置に対して配線を施すようにすることである。ここで、ハッチングは、Ｕ字型の抵抗素子Ｒｘ１１の形状と、ストッパ壁５５０の位置を示す便宜のためのものであり、断面を示すものではない。図示の例では、Ｕ字型の抵抗素子Ｒｘ１１の底部はストッパ壁５５０に接触する位置に配置されているが、その上部両端の配線端Ｔａ，Ｔｂは、ストッパ壁５５０からある程度の距離を保持して配置されている。そこで、図示のように、配線Ｗ１，Ｗ２の接合部Ｊ１，Ｊ２を、この配線端Ｔａ，Ｔｂに接続するようにして配線を行うようにすれば、何ら支障なく配線を施すことが可能になる。
【０１０６】
＜幅に段差構造をもつ橋梁体の形成＞
上述した配線に関する問題に対する別な解決策は、幅に段差構造をもつ橋梁体を形成することである。たとえば、図２５に上面図を示すような橋梁体を考えてみる。この橋梁体は、幅広橋梁体１２１αと幅狭橋梁体１２１βとの２つの部分から構成されており、図２２に示す橋梁体１２１と同等の機能を果たす。すなわち、幅広橋梁体１２１αは、図示のとおり、右端においてストッパ壁５５０に接合されており、幅狭橋梁体１２１βは、図示されていないが、左端においてストッパ壁５４０に接合されている。しかも、ピエゾ抵抗素子Ｒｘ１は、ストッパ壁５５０から若干離れた位置に配置されており、配線Ｗ３，Ｗ４の接合部Ｊ３，Ｊ４を、このピエゾ抵抗素子Ｒｘ１の両端に接合するのに何ら支障は生じていない。なお、この図２５におけるハッチングは、抵抗素子Ｒｘ１およびストッパ壁５５０の位置を示す便宜のためのものであり、断面を示すものではない。
【０１０７】
ここで注目すべき点は、ピエゾ抵抗素子Ｒｘ１の右端が、境界位置Ｌ５に配置されている点である。本来、橋梁部と台座（この例の場合はストッパ壁５５０）との境界は、境界位置Ｌ１であり、橋梁部に生じる応力は、この境界位置Ｌ１に集中するはずであるが、ここに示す例の場合、応力は、境界位置Ｌ１よりも、むしろ境界位置Ｌ５に集中することになり、ピエゾ抵抗素子Ｒｘ１が図示の位置に配置されていたとしても、十分な検出感度を得ることができる。これは、幅広橋梁体１２１αの幅αに比べて、幅狭橋梁体１２１βの幅βがかなり小さく設定されているためである。境界位置Ｌ１と境界位置Ｌ５とに生じる応力集中の度合いは、幅αと幅βとの差に左右されることになり、幅の差が大きければ大きいほど、境界位置Ｌ５における応力集中度が高まる。
【０１０８】
したがって、幅αと幅βとを、境界位置Ｌ５に十分な応力が生じるような適当な値に設定すれば、図示のとおり、ピエゾ抵抗素子Ｒｘ１をストッパ壁５５０から離れた位置に配置しても、十分な検出感度が得られることになる。
【０１０９】
なお、図２５では、ピエゾ抵抗素子Ｒｘ１の位置をストッパ壁５５０から離すために、橋梁体の外側端の幅αが、中央部分の幅βに比べて広い形状となるような例を示したが、図２２に示すピエゾ抵抗素子Ｒｘ２の位置をストッパ壁５４０から離すためには、橋梁体１２１の内側端の幅αが、中央部分の幅βに比べて広い形状となるようにすればよい。他の橋梁体１２２〜１２４に関しても同様である。
【０１１０】
このように幅に段差構造をもつ橋梁体を形成するには、図９に示すような上面用マスクＭＵを準備する段階において、内側端または外側端の幅が、中央部分の幅に比べて広い形状をもった橋梁体マスク領域Ｍ２１〜Ｍ２４を有する上面用マスクを用意すればよい。
【０１１１】
＜庇部の形成＞
図２６に上面図を示す変形例は、上述した「幅に段差構造をもつ橋梁体」を更に発展させたものである。この変形例を、図２２に示す例と比べてみると、いずれも４本の橋梁体によって重錘体を支持する構造を有している点は共通しているが、ストッパ壁５４０の外周部分に庇部１４０αが形成されており、ストッパ壁５５０の内周部分に庇部１５０αが形成されている点が異なっている。なお、説明の便宜上、ストッパ壁５４０，５５０の部分にハッチングを施して示すが、このハッチングは断面を示すものではない。
【０１１２】
実は、これら庇部１４０α，１５０αは、隣接配置された複数の橋梁体マスク領域の内側端もしくは外側端に設けられた幅広部分を融合させた部分である。たとえば、図２６に示す橋梁体１２１βは、図２５に示す幅狭橋梁体１２１βと同等の機能を果たす部分であり、図２６に示す庇部１５０αは、図２５に示す幅広橋梁体１２１αと同等の機能を果たす部分になる。同様に、図２６に示す庇部１４０αは、橋梁体の内側端に設けられた幅広橋梁体として機能することになる。
【０１１３】
このような構造をとれば、各ピエゾ抵抗素子の端部を、ストッパ壁５４０，５５０に接触させる位置に配置する必要はなくなり、配線上の便宜を図ることが可能になる。すなわち、各橋梁体における応力集中箇所は、ストッパ壁５４０，５５０との境界位置（たとえば、図２６に示すＬ１，Ｌ２）ではなく、庇部１４０α，１５０αとの境界位置（たとえば、図２６に示すＬ５，Ｌ６）になるので、図示のような位置に各ピエゾ抵抗素子を配置しても、十分良好な検出感度が得られるようになる。
【０１１４】
なお、図２６に示すような構造をもった構造体を製造するには、庇部１４０α，１５０αに対応する庇状領域を有する上面用マスクＭＵ用意し、この庇状領域に対応した部分として、庇部１４０α，１５０αを第１層１００の一部分により形成するようにすればよい。
【０１１５】
＜容量素子の構成＞
これまで述べた実施形態は、いずれもピエゾ抵抗素子を検出素子として利用したセンサ本体を製造するための工程を示すものであったが、本発明に係る力学量検出センサ用構造体の製造方法は、このようなピエゾ抵抗素子を検出素子として利用するセンサ本体の製造に限定されるものではない。ここでは、容量素子を検出素子として利用したセンサ本体を製造する例を述べる。
【０１１６】
図２７は、容量素子を検出素子として利用したセンサ本体の構造を示す上面図である。この図においても、説明の便宜上、ストッパ壁５４０，５５０の部分にハッチングを施して示すが、このハッチングは断面を示すものではない。図２２に示すセンサ本体と比較すると、主要な構造部分はほぼ同じであるが、検出素子の構成が異なっていることがわかる。すなわち、図２２に示すセンサ本体では、橋梁体１２１〜１２４の上面に、検出素子となるピエゾ抵抗素子が形成されているが、図２７に示すセンサ本体では、橋梁体１２１〜１２４の上面には何も形成されていない。その代わりに、４枚の電極層１６１〜１６４が形成されている。この４枚の電極層１６１〜１６４は、いずれも第１層１００の一部分より構成されている。
【０１１７】
この図２７に示すセンサ本体では、第１層１００および第３層３００は、いずれも導電性材料から構成されている。その結果、４枚の電極層１６１〜１６４は、いずれも導電性を有する層となり、電極として機能する。一方、重錘体第３層３１０は、全体が導電性をもったブロックになる。そのため、４枚の電極層１６１〜１６４と、これらに対向する重錘体第３層３１０の上面の各部分とによって、４組の容量素子Ｃ１〜Ｃ４が形成される。図２８は、こうして形成される４組の容量素子Ｃ１〜Ｃ４を示す平面図である。図において、一点鎖線で示すのが重錘体第３層３１０であり、斜線ハッチングを施して示した部分が、４枚の電極層１６１〜１６４と、重錘体第３層３１０との平面的な重複部分、すなわち、４組の容量素子Ｃ１〜Ｃ４が形成される部分である。
【０１１８】
図２９は、この図２７に示すセンサ本体の側断面図であり、分図（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ図２７の切断線ａ−ａ，ｂ−ｂ，ｃ−ｃの位置で切断した側断面図に相当する。電極層１６１，１６２は、図２９（ａ）では、橋梁体第１層１２１，１２２の陰に隠れて現れていないが、図２９（ｂ）では、明瞭に示されている。図示のとおり、４枚の電極層１６１〜１６４は、４本の橋梁体第１層１２１〜１２４と同様に、第１層１００の一部によって構成されている要素である。図２９（ｂ）に示されているように、電極層１６１と重錘体第３層３１０の上面の一部によって容量素子Ｃ１が形成され、電極層１６２と重錘体第３層３１０の上面の一部によって容量素子Ｃ２が形成されている。
【０１１９】
重錘体第３層３１０が外力によって変位すると、各容量素子を構成する電極間隔が変化するため、各容量素子の静電容量値に変化が生じる。そこで、各容量素子の静電容量値を電気的に検出すれば、重錘体第３層３１０の変位状態を認識することができ、重錘体に作用した力や加速度などの力学量を検出することができる。
【０１２０】
このような構造をもったセンサ本体を製造するには、まず、基板準備段階において、第１層１００および第３層３００が導電性材料からなる材料基板を用意するようにする。前述した基本工程で用意したＳＯＩ基板は、シリコン層／酸化シリコン層／シリコン層という３層からなる基板であったが、このＳＯＩ基板の各シリコン層の部分に不純物をドープして導電性をもたせた基板を用いればよい。
【０１２１】
また、上面用マスク準備段階では、所定位置に電極層１６１〜１６４を形成するための電極層マスク領域を更に有する上面用マスクを用意するようにする。そして、この電極層マスク領域に関して、橋梁体マスク領域と同一のエッチングプロセスを施すことにより、電極層１６１〜１６４を第１層１００の一部分により形成し、形成した電極層１６１〜１６４と第３層重錘体３１０の上面とによって容量素子Ｃ１〜Ｃ４が形成されるようにすれば、これら容量素子Ｃ１〜Ｃ４の静電容量値に基づいて、重錘体に作用した力や加速度を検出する機能をもった力センサや加速度センサを実現できる。
【０１２２】
＜角速度センサへの適用＞
本発明に係る力学量検出センサ用構造体の製造方法は、力センサや加速度センサの製造に限定されるものではなく、角速度センサの製造に利用することも可能である。たとえば、図２７に示すセンサ本体は、上述したように、加速度センサとして利用することも可能であるが、角速度センサとして利用することも可能である。角速度センサとして利用する場合には、一部の容量素子に交流電力を供給することにより重錘体を所定方向に振動させた状態において、一部の容量素子の静電容量値を測定し、作用したコリオリ力を求め、重錘体に作用した角速度を検出するようにすればよい。
【０１２３】
＜各段階の順序変更＞
§３で述べた各段階は、必ずしも説明した順序で行う必要はなく、各段階のプロセスが実行可能な範囲内で適宜入れ替えることが可能である。たとえば、上述の説明では、第２層再エッチング段階を、第３層エッチング段階の後に行うようにしているが、第３層エッチング段階の前に行うことも可能である。この場合、たとえば、図１７に示すような構造体に対して、第２層再エッチング段階を実行することになるので、材料基板の下面側からではなく、上面側から橋梁体第２層２２１〜２２４に対するエッチング除去が行われることになる。
【０１２４】
＜ストッパ壁の形成位置＞
§３で述べた例では、図９に示されているとおり、橋梁体マスク領域Ｍ２１〜Ｍ２４の内側端と重錘体上面マスク領域Ｍ１０の外周との間にストッパ用空隙Ｖ１を形成するとともに、橋梁体マスク領域Ｍ２１〜Ｍ２４の外側端と台座上面マスク領域Ｍ３０の内周との間にストッパ用空隙Ｖ２を形成した上面用マスクＭＵを用いたため、図２２に示すように、橋梁体１２１〜１２４の両端にそれぞれストッパ壁５４０，５５０が形成された構造を得ることができた。しかしながら、ストッパ壁は、必ずしも橋梁体１２１〜１２４の両端に形成する必要はなく、ストッパ壁５４０かストッパ壁５５０かのいずれか一方のみを形成することも可能である。その場合には、ストッパ用空隙Ｖ１かＶ２かのいずれか一方が形成された上面用マスクＭＵを用いるようにすればよい。
【０１２５】
もちろん、ストッパ壁５４０かストッパ壁５５０かのいずれか一方のみを形成した場合、ストッパ壁が形成されていない側についてはエッチングストッパとして機能する構成要素がなくなるため、第２層再エッチング段階における正確なエッチング制御を行うことができなくなる。したがって、実用上は、§３で述べた例のように、ストッパ壁５４０，５５０の双方を形成するのが好ましい。
【０１２６】
また、上述の実施形態では、ストッパ用材料層を窒化シリコンによって構成したが、たとえば、ポリシリコンをストッパ用材料として用いてもかまわない。
【０１２７】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、量産に適し、かつ、十分な寸法精度が得られる力学量検出センサ用構造体の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】力センサおよび加速度センサとして利用可能なセンサ本体の上面図である。
【図２】図１に示すセンサ本体を、ＸＺ平面で切断した側断面図である。
【図３】図１に示すセンサ本体に、Ｘ軸正方向の外力＋Ｆｘが作用した状態を示す側断面図（ＸＺ平面で切断した側断面図）である。
【図４】図１に示すセンサ本体に、Ｚ軸正方向の外力＋Ｆｚが作用した状態を示す側断面図（ＸＺ平面で切断した側断面図）である。
【図５】図１に示すセンサ本体に適用するための検出回路の一例を示す回路図である。
【図６】本発明に係る製造方法の適用対象となる改良型センサ本体の上面図である。
【図７】図６に示すセンサ本体を、ＸＺ平面で切断した側断面図である。
【図８】本発明に係る製造方法で用意される材料基板の構造を示す側断面図である。
【図９】本発明に係る製造方法で用意される上面用マスクＭＵのパターンを示す平面図である（ハッチングは、エッチング工程において除去されずに残る各マスク領域を示すためのものであり、断面を示すものではない。）。
【図１０】本発明に係る製造方法の第１層エッチング段階において、レジスト層４００に対するパターニングを完了した状態を示す側断面図であり、分図（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ図９に示す切断線ａ−ａ，ｂ−ｂ，ｃ−ｃの位置で切断した側断面図に相当する。
【図１１】本発明に係る製造方法において、第１層エッチング段階が完了した状態を示す側断面図であり、分図（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ図９に示す切断線ａ−ａ，ｂ−ｂ，ｃ−ｃの位置で切断した側断面図に相当する。
【図１２】本発明に係る製造方法において、第２層エッチング段階が完了した状態を示す側断面図であり、分図（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ図９に示す切断線ａ−ａ，ｂ−ｂ，ｃ−ｃの位置で切断した側断面図に相当する。
【図１３】本発明に係る製造方法において、ストッパ用材料層形成段階が完了した状態を示す側断面図であり、分図（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ図９に示す切断線ａ−ａ，ｂ−ｂ，ｃ−ｃの位置で切断した側断面図に相当する。
【図１４】本発明に係る製造方法で用意されるストッパ用マスクＭＳのパターンを示す平面図である（ハッチングは、エッチング工程において除去されずに残る各マスク領域を示すためのものであり、断面を示すものではない。）。
【図１５】本発明に係る製造方法において、ストッパ用材料層のエッチング段階を示す側断面図であり、分図（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ図９に示す切断線ａ−ａ，ｂ−ｂ，ｃ−ｃの位置で切断した側断面図に相当する。
【図１６】本発明に係る製造方法において、ストッパ壁形成段階が完了した状態を示す側断面図であり、分図（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ図９に示す切断線ａ−ａ，ｂ−ｂ，ｃ−ｃの位置で切断した側断面図に相当する。
【図１７】本発明に係る製造方法において、抵抗素子形成段階が完了した状態を示す側断面図である（図９に示す切断線ａ−ａの位置で切断した側断面図に相当する）。
【図１８】本発明に係る製造方法において、段差形成段階が完了した状態を示す側断面図である（図９に示す切断線ａ−ａの位置で切断した側断面図に相当する）。
【図１９】本発明に係る製造方法で用意される下面用マスクＭＬのパターンを示す平面図である（ハッチングは、エッチング工程において除去されずに残る各マスク領域を示すためのものであり、断面を示すものではない。）。
【図２０】本発明に係る製造方法において、第３層エッチング段階が完了した状態を示す側断面図であり、分図（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ図９に示す切断線ａ−ａ，ｂ−ｂ，ｃ−ｃの位置で切断した側断面図に相当する。
【図２１】本発明に係る製造方法において、第２層再エッチング段階が完了した状態を示す側断面図であり、分図（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ図９に示す切断線ａ−ａ，ｂ−ｂ，ｃ−ｃの位置で切断した側断面図に相当する。
【図２２】本発明に係る製造方法において製造されたセンサ本体の上面図である（説明の便宜上、ストッパ壁５４０，５５０の部分にハッチングを施して示すが、このハッチングは断面を示すものではない。）。
【図２３】本発明に係る製造方法において、断面Ｖ字型の溝Ｖを形成する変形例を示す側断面図である。
【図２４】本発明に係る製造方法において、Ｕ字型の抵抗素子を形成する変形例を示す平面図である（ハッチングは、Ｕ字型の抵抗素子Ｒｘ１１の形状と、ストッパ壁５５０の位置を示す便宜のためのものであり、断面を示すものではない。）。
【図２５】本発明に係る製造方法において、幅に段差構造をもつ橋梁体を形成する変形例を示す平面図である（ハッチングは、抵抗素子Ｒｘ１と、ストッパ壁５５０の位置を示す便宜のためのものであり、断面を示すものではない。）。
【図２６】本発明に係る製造方法において、橋梁体の両端に庇部を形成する変形例を示す平面図である（説明の便宜上、ストッパ壁５４０，５５０の部分にハッチングを施して示すが、このハッチングは断面を示すものではない。）。
【図２７】本発明に係る製造方法において、容量素子を形成する変形例を示す平面図である（説明の便宜上、ストッパ壁５４０，５５０の部分にハッチングを施して示すが、このハッチングは断面を示すものではない。）。
【図２８】図２７に示す変形例の一部を示す平面図である（ハッチングは、容量素子Ｃ１〜Ｃ４の形成領域およびストッパ壁５４０，５５０の部分を示すものであり、断面を示すものではない。）。
【図２９】図２７に示す変形例の側断面図であり、分図（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ図２７に示す切断線ａ−ａ，ｂ−ｂ，ｃ−ｃの位置で切断した側断面図に相当する。
【符号の説明】
１０…重錘体
１５…重錘体上層部
１６…重錘体本体部
２１〜２４…橋梁体
３０…台座
４１〜４３…電圧計
５１〜５３…電源
１００…第１層（シリコン層）
１１０…重錘体第１層
１２１〜１２４…橋梁体第１層
１２１α…幅広橋梁体
１２１β〜１２４β…幅狭橋梁体
１３０…台座第１層
１４０α…庇部
１５０α…庇部
１６１〜１６４…電極層
２００…第２層（酸化シリコン層）
２１０…重錘体第２層
２２１〜２２４…橋梁体第２層
２３０…台座第２層
３００…第３層（シリコン層）
３１０…重錘体第３層
３３０…台座第３層
４００…レジスト層
４１０…重錘体レジスト層
４２１〜４２４…橋梁体レジスト層
４３０…台座レジスト層
５００…ストッパ用材料層
５４０…ストッパ壁
５５０…ストッパ壁
５８０…ストッパ壁
６００…レジスト層
６４０…ストッパ壁レジスト層
６５０…ストッパ壁レジスト層
ａ，ｂ，ｃ…切断線
Ｃ１〜Ｃ４…容量素子
＋Ｆｘ…Ｘ軸方向への外力
＋Ｆｚ…Ｚ軸方向への外力
Ｇ，Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３…溝
Ｊ１〜Ｊ４…接合部
Ｌ１〜Ｌ６…境界位置
ＭＬ…下面用マスク
ＭＳ…ストッパ用マスク
ＭＵ…上面用マスク
Ｍ１０…重錘体上面マスク領域
Ｍ２１〜Ｍ２４…橋梁体マスク領域
Ｍ３０…台座上面マスク領域
Ｍ４０…ストッパ壁マスク領域
Ｍ５０…ストッパ壁マスク領域
Ｍ６０…重錘体下面マスク領域
Ｍ７０…台座下面マスク領域
Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４…ピエゾ抵抗素子
Ｒｘ１１…Ｕ字形の抵抗素子
Ｔａ，Ｔｂ…配線端
Ｖ…断面Ｖ字型の溝
Ｖ１，Ｖ２…ストッパ用空隙
Ｗ１〜Ｗ４…配線
Ｘ，Ｙ，Ｚ…座標軸
α，β…寸法値[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a structure for a physical quantity detection sensor, and more particularly to a method for manufacturing a structure for a sensor that can be used for mass-produced force sensors, acceleration sensors, and angular velocity sensors used in small consumer electronic devices. .
[0002]
[Prior art]
Micro consumer electronic devices with built-in microprocessors, such as mobile phones, digital cameras, electronic game devices, and PDA devices, have become remarkably popular, and recently, a dynamic quantity detection sensor for incorporating these electronic devices or their input devices. Demand for (for example, force sensors, acceleration sensors, angular velocity sensors) is also increasing. In electronic equipment equipped with such a physical quantity detection sensor, since the force component, acceleration component, and angular velocity component applied to the main body can be taken into the microprocessor as digital data, the physical environment around the electronic equipment was grasped. Appropriate processing becomes possible. For example, a digital camera can correct for camera shake by detecting the acceleration or angular velocity applied at the moment when the shutter button is pressed, and an input device for an electronic game device or the like can input an operator's operation instruction with an input device.・ It is also possible to input in the form of acceleration and angular velocity.
[0003]
As a physical quantity detection sensor to be built in such a small consumer electronic device, a sensor which is small and suitable for mass production is desirable, and a semiconductor substrate which can be mass-produced using a semiconductor device manufacturing process is currently used. Many types are used. For example, Patent Literature 1 below discloses a physical quantity detection sensor that determines a force or acceleration by forming a piezoresistive element on a semiconductor substrate and detecting deflection generated in the semiconductor substrate based on the electric resistance of the piezoresistive element. It has been disclosed. A piezoresistive element is an element having a property in which a resistance value changes when a mechanical stress is applied, and can be formed by doping a region on a semiconductor substrate such as a silicon substrate with an impurity. Widely used for the type of sensor used.
[0004]
Further, a type of physical quantity detection sensor that detects deflection or displacement of a semiconductor substrate using a capacitive element, a piezoelectric element, or the like is also used. For example, Patent Literature 2 discloses an acceleration sensor using a capacitive element, and Patent Literature 3 discloses an acceleration and angular velocity sensor using a piezoelectric element.
[Patent Document 1]
JP-A-4-249727
[Patent Document 2]
JP-A-5-026754
[Patent Document 3]
JP-A-8-094661
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, a product using a semiconductor substrate such as a silicon substrate is used as a physical quantity detection sensor that is small and suitable for mass production. Many of these sensors include a weight body and this weight body. And a bridge connecting the upper portion of the pedestal and the upper portion of the weight body using a semiconductor substrate. In such a sensor structure, since the bridge body has flexibility, when a force acts on the weight body, the bridge body is bent, and the weight body is displaced with respect to the pedestal. . Therefore, it is possible to detect the force acting on the weight body based on the bending generated in the bridge body and the displacement of the weight body.
[0006]
In mass-producing such a structure for a physical quantity detection sensor, it is necessary to carry out a process in which a large number of structures are simultaneously obtained by performing a so-called semiconductor planar process on one semiconductor substrate. preferable. However, in a general semiconductor planar process, a desired physical structure is obtained mainly by performing various etching processes on a semiconductor substrate. Therefore, it is difficult to maintain each part with accurate dimensions. There is a problem that there is. Actually, a sensor structure mass-produced in a manufacturing process including an etching process has a problem that a detection error varies because a dimensional error occurs for each lot.
[0007]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a structure for a physical quantity detection sensor that is suitable for mass production and that can obtain sufficient dimensional accuracy.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
(1) A first aspect of the present invention provides a weight body, a pedestal provided so as to surround the weight body, a bridge body connecting an upper part of the pedestal and an upper part of the weight body, When a force is applied to the weight body, the bridge body bends and the weight body is displaced with respect to the pedestal, and is used for detecting a mechanical quantity based on the generated bending or displacement. In a method of manufacturing a structure for a physical quantity detection sensor to produce a structure for a physical quantity detection sensor capable of
The first layer, the second layer, and the third layer are laminated in order from the top. The first layer and the second layer have different etching characteristics from each other, and the third layer and the second layer are mutually etched. A substrate preparation stage of preparing a material substrate having different characteristics,
A bridge having a weight upper surface mask region for forming a weight upper surface, a pedestal upper surface mask region for forming a pedestal upper surface, and a bridge body mask region for forming a bridge body; At least one of the gap between the inner end of the body mask region and the outer periphery of the weight body upper surface mask region, and between the outer end of the bridge body mask region and the inner periphery of the pedestal upper surface mask region has a stopper gap. A top mask preparation step of preparing a secured top mask,
A lower surface mask preparation step of preparing a lower surface mask having a weight lower surface mask region for forming the lower surface of the weight, and a pedestal lower surface mask region for forming the lower surface of the pedestal,
Using the upper surface mask, the first layer is etched in the thickness direction until the upper surface of the second layer is exposed, and the weight first layer remaining under the weight upper surface mask region; A first layer etching step of forming a pedestal first layer remaining under the pedestal upper surface mask region and a bridge body first layer remaining under the bridge body mask region as a first layer remaining portion;
Using the remaining portion of the first layer as a mask, etching is performed on the second layer in the thickness direction until the upper surface of the third layer is exposed. A second layer etching step of forming the two layers, the pedestal second layer remaining under the pedestal first layer, and the bridge body second layer remaining under the bridge body first layer as a second layer remaining part; When,
By filling the stopper gap formed in the second layer with a stopper material having an etching characteristic different from that of the second layer corresponding to the position of the stopper gap of the upper surface mask, the second layer remaining portion is formed. A stopper wall forming step of forming a stopper wall for stopping the progress of etching with respect to
Using the mask for the lower surface, the third layer is etched in the thickness direction, and the third layer of the weight body remaining on the lower mask area of the weight and the remaining layer on the lower mask area of the base are etched. A third layer etching step of separately forming the pedestal third layer as a third layer remaining portion;
A second layer re-etching step of etching the remaining portion of the second layer using the stopper wall as an etching stopper to remove the second layer of the bridge body;
The weight body is constituted by a stacked body composed of the weight body first layer, the weight body second layer, and the weight body third layer, and the pedestal first layer, the pedestal second layer, and the pedestal third layer are formed. A pedestal is constituted by a layered body composed of layers, and a bridge body is constituted by a first layer of the bridge body.
[0009]
(2) According to a second aspect of the present invention, there is provided the method of manufacturing a structure for a physical quantity detection sensor according to the first aspect,
The first layer etching step is performed by an etching method which has an erosive property for the first layer and has no erosive property for the second and third layers.
[0010]
(3) According to a third aspect of the present invention, there is provided the method of manufacturing a structure for a physical quantity detection sensor according to the above first or second aspect,
The etching of the second layer is performed by an etching method which has an erosive property for the second layer and has no erosive property for the first and third layers.
[0011]
(4) A fourth aspect of the present invention is the method for manufacturing a structure for a physical quantity detection sensor according to the first to third aspects described above,
The third layer etching step is performed by an etching method that has an erosive property for the third layer and has no erosive property for the first layer, the second layer, and the stopper material. .
[0012]
(5) According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the method for manufacturing a structure for a physical quantity detection sensor according to the first to fourth aspects,
The second layer re-etching step is performed by an etching method that is erodible for the second layer and not erodable for the first layer, the third layer, and the stopper material. is there.
[0013]
(6) A sixth aspect of the present invention is directed to the method of manufacturing a structure for a physical quantity detection sensor according to any one of the first to fifth aspects described above,
The second layer re-etching step is performed after the third layer etching step.
[0014]
(7) A seventh aspect of the present invention is a method for manufacturing a structure for a physical quantity detection sensor according to the first to fifth aspects described above,
The second layer re-etching step is performed before the third layer etching step.
[0015]
(8) According to an eighth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a structure for a physical quantity detection sensor according to the first to seventh aspects,
Stopper wall forming step,
Depositing a stopper material on the substrate after the second layer etching step is completed to form a stopper material layer;
Preparing a stopper mask having a stopper mask region for forming a stopper wall;
Using a stopper mask, removing unnecessary portions of the stopper material layer by etching, and leaving the remaining portions as stopper walls;
It is made to do by.
[0016]
(9) A ninth aspect of the present invention is the method for manufacturing a structure for a physical quantity detection sensor according to the eighth aspect described above,
In the first layer etching step and the second layer etching step, etching for forming a V-shaped groove is performed,
When depositing the stopper material, the stopper material layer is formed on the slope of the V-shaped groove by using the CVD method.
[0017]
(10) A tenth aspect of the present invention is the method for manufacturing a structure for a physical quantity detection sensor according to the eighth or ninth aspect,
After removing unnecessary portions of the stopper material layer by etching, the upper surface of the remaining portion is polished to form stopper walls having the same height as the upper surface of the first layer.
[0018]
(11) An eleventh aspect of the present invention is the method for manufacturing a structure for a physical quantity detection sensor according to the above-described first to tenth aspects,
A stopper wall having an annular shape that borders the outer periphery of the second layer of the weight body is formed.
[0019]
(12) A twelfth aspect of the present invention is the method for manufacturing a structure for a physical quantity detection sensor according to the first to eleventh aspects,
A stopper wall having an annular shape that borders the inner periphery of the pedestal second layer is formed.
[0020]
(13) A thirteenth aspect of the present invention is the method for manufacturing a structure for a physical quantity detection sensor according to the first to twelfth aspects,
At least one of the inner end and the outer end is provided with a top surface mask having a bridge body mask area having a shape wider than the width of the central portion, and the width of at least one of the inner end and the outer end is set at the center. The bridge body has a shape wider than the width of the part.
[0021]
(14) A fourteenth aspect of the present invention relates to the method of manufacturing a structure for a physical quantity detection sensor according to the thirteenth aspect,
In order to manufacture a structure having a structure in which a weight body is supported by a plurality of bridge bodies, a plurality of bridge body mask regions are provided, and inner ends or outside of a plurality of bridge body mask regions arranged adjacent to each other. An upper surface mask in which wide portions provided at the ends are fused to form an eave-shaped region is prepared, and an eave portion corresponding to the eave-shaped region is formed by a part of the first layer.
[0022]
(15) A fifteenth aspect of the present invention is the method for manufacturing a structure for a physical quantity detection sensor according to any of the first to fourteenth aspects,
In the substrate preparation stage, an SOI substrate is prepared as a material substrate having a three-layer structure.
[0023]
(16) A sixteenth aspect of the present invention is the method for manufacturing a structure for a physical quantity detection sensor according to the fifteenth aspect described above,
An SOI substrate in which the first layer is made of silicon, the second layer is made of silicon oxide, and the third layer is made of silicon is used, and silicon nitride is used as a stopper material.
[0024]
(17) A seventeenth aspect of the present invention provides a method of manufacturing an acceleration sensor using the method of manufacturing a structure for a physical quantity detection sensor according to any one of the first to sixteenth aspects,
A resistance element forming step of forming a piezoresistive element on the upper surface of the bridge body first layer is further performed to manufacture an acceleration sensor having a function of detecting acceleration acting on the weight body based on the resistance value of the piezoresistive element. It is intended to be.
[0025]
(18) According to an eighteenth aspect of the present invention, in the method for manufacturing an acceleration sensor according to the seventeenth aspect,
The piezoresistive element is arranged at a position in contact with the stopper wall or at a position near the stopper wall.
[0026]
(19) According to a nineteenth aspect of the present invention, in the method for manufacturing an acceleration sensor according to the eighteenth aspect,
The U-shaped resistance element is arranged such that the bottom of the U-shape is on the side of the stopper wall, and wiring is provided to both upper end positions of the U-shape.
[0027]
(20) A twentieth aspect of the present invention provides a method of manufacturing an acceleration sensor using the method of manufacturing a structure for a physical quantity detection sensor according to any one of the first to sixteenth aspects,
In the substrate preparing step, a material substrate in which the first layer and the third layer are made of a conductive material is prepared,
In the upper surface mask preparation stage, an upper surface mask further having an electrode layer mask region for forming an electrode layer at a predetermined position is prepared, and the same etching process as that of the bridge body mask region is performed on the electrode layer mask region. The electrode layer is formed by a part of the first layer, and the capacitance element is formed by the formed electrode layer and the upper surface of the third layer weight body. The weight is determined based on the capacitance value of the capacitance element. An acceleration sensor having a function of detecting an acceleration acting on a body is manufactured.
[0028]
(21) A twenty-first aspect of the present invention provides a method of manufacturing an angular velocity sensor using the method of manufacturing a structure for a physical quantity detection sensor according to any one of the first to sixteenth aspects,
In the substrate preparing step, a material substrate in which the first layer and the third layer are made of a conductive material is prepared,
In the upper surface mask preparation stage, an upper surface mask further having an electrode layer mask region for forming an electrode layer at a predetermined position is prepared, and the same etching process as that of the bridge body mask region is performed on the electrode layer mask region. An electrode layer is formed by a part of the first layer, a capacitance element is formed by the formed electrode layer and the upper surface of the third layer weight body, and power is supplied to the formed capacitance element to thereby obtain a weight body. In a state in which is vibrated, an angular velocity sensor having a function of detecting the angular velocity acting on the weight body based on the capacitance value of the formed capacitive element is manufactured.
[0029]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described based on an illustrated embodiment.
[0030]
<<<< §1. Basic structure of sensor structure >>>
The present invention relates to a method for manufacturing a structure for a physical quantity detection sensor. Here, a basic structure of a sensor body that can be used as a force sensor and an acceleration sensor will be described.
[0031]
FIG. 1 is a top view of a sensor main body that can be used as a force sensor and an angular velocity sensor. Here, for convenience of explanation, as shown in the figure, the origin O is taken at the center position of the upper surface of the sensor main body, the X axis is taken in the right direction in the figure, the Y axis is taken in the upward direction in the figure, and the Z axis is taken in the upward direction perpendicular to the paper. Let us define an XYZ three-dimensional coordinate system. FIG. 2 is a side sectional view of the sensor main body cut along the XZ plane.
[0032]
As shown in the top view of FIG. 1, the sensor main body includes a central weight body 10, bridge bodies 21 to 24 for supporting the weight body 10 from all sides, and a pedestal 30. Have been. In this example, the weight body 10 is formed of a square pillar block, and the pedestal 30 forms a square frame surrounding the weight body 10. Further, the four bridge bodies 21 to 24 are beam-shaped structures having a smaller thickness than the weight body 10 and the pedestal 30, as clearly shown in the side sectional view of FIG. It functions to connect the upper part of the body 10 and the upper part of the pedestal 30. The bridge bodies 21 to 24 have a small thickness and thus have flexibility. When a force acts on the weight body 10, the bridge bodies 21 to 24 are bent, and the weight body 10 is displaced with respect to the pedestal 30. The sensor body is used for detecting a dynamic quantity such as an external force, an acceleration, and an angular velocity based on the bending or the displacement thus generated.
[0033]
The basic constituent elements of the structure for a physical quantity detection sensor according to the present invention are the above-described weight body 10, bridge bodies 21 to 24, and pedestal 30, but in order to use this structure as an actual sensor, it is necessary to use a bridge. Some kind of detecting element for detecting the bending generated in the bodies 21 to 24 or the displacement generated in the weight body 10 is required. The sensor body shown in FIGS. 1 and 2 uses a piezoresistive element as a detecting element. That is, as shown in the top view of FIG. 1, the piezoresistive elements Rx1 to Rx4 are formed on the bridge bodies 21 and 22 arranged along the X axis, and are arranged along the Y axis. Piezoresistive elements Ry1 to Ry4 and Rz1 to Rz4 are formed on the bridge members 23 and 24 thus formed. As described below, these piezoresistive elements have a function of detecting displacement of the weight body 10 with respect to the pedestal 30 based on flexure generated in the bridge bodies 21 to 24.
[0034]
Now, considering a case where an external force + Fx acts on the weight body 10 in the positive direction of the X-axis, as shown in the side sectional view of FIG. 3, the center of gravity of the weight body 10 is moved rightward in the figure. A displacement force is applied, and the flexible bridge bodies 21 to 24 are bent as shown in the figure. As a result, of the piezoresistive elements Rx1 to Rx4 arranged along the X-axis, a stress in the direction of extending in the X-axis direction acts on Rx2 and Rx4 (indicated by a + sign in the figure), and Rx1, Rx3 Is applied in the direction of shrinking in the X-axis direction (indicated by a minus sign in the figure). Since the resistance value of the piezoresistive element increases or decreases due to such stress, if the resistance value of each resistance element is measured, the magnitude of the applied stress can be obtained, and the magnitude of the external force + Fx can be obtained. . Further, when an external force −Fx in the negative direction of the X-axis acts, the expansion and contraction of each resistance element is reversed, so that the relationship between the increase and decrease of the resistance value is also reversed. Therefore, by measuring the increase or decrease in the resistance value of the piezoresistive elements Rx1 to Rx4, it is possible to detect the direction and magnitude of the X-axis component of the force acting on the weight body 10.
[0035]
In exactly the same way, the direction and magnitude of the Y-axis component of the force acting on the weight body 10 are obtained by measuring the increase and decrease of the resistance values of the piezoresistive elements Ry1 to Ry4 arranged along the Y-axis. Enables detection.
[0036]
Considering the case where an external force + Fz acts on the weight body 10 in the positive direction of the Z-axis, as shown in the side sectional view of FIG. A displacement force is applied, and the flexible bridge bodies 21 to 24 are bent as shown in the figure. As a result, of the piezoresistive elements Rz1 to Rz4 arranged along the Y axis (these elements may be arranged along the X axis), Rz2 and Rz3 are extended in the Y axis direction. A directional stress acts (indicated by a + symbol in the figure), and a stress in a direction of shrinking in the Y-axis direction acts on Rz1 and Rz4 (indicated by a-symbol in the figure). When an external force −Fz acts in the negative direction of the Z axis, the expansion and contraction of each resistance element is reversed, so that the relationship between the increase and decrease of the resistance value is also reversed. Therefore, by measuring the increase or decrease in the resistance value of the piezoresistive elements Rz1 to Rz4, the direction and magnitude of the Z-axis component of the force acting on the weight body 10 can be detected.
[0037]
Specifically, when the bridge bodies 21 to 24 are made of silicon, and each piezoresistive element is formed as a P-type impurity-doped region, the resistance value in the longitudinal direction of the piezoresistive element is in the direction in which it is physically extended. When a stress acts, the resistance value increases, and when a stress in the direction of physically shrinking acts, the resistance value decreases (in the case of an N-type impurity-doped region, the resistance value increases and decreases in reverse. become). Therefore, in each state shown in FIG. 3 or FIG. 4, the resistance value of the resistance element with “+” increases, and the resistance value of the resistance element with “−” decreases. Therefore, the X-axis, Y-axis, and Z-axis components of the force acting on the weight body 10 can be detected by measuring the increase and decrease of the resistance values of the total 12 sets of the piezoresistive elements.
[0038]
In the example shown here, four sets of piezoresistive elements are used to detect the force of one axial component, but this is more accurate by forming a detection circuit as shown in FIG. This is a consideration so that a detection value can be obtained. In this detection circuit, a bridge voltage of a bridge circuit including four sets of piezoresistive elements is detected in order to detect a predetermined coordinate axis direction component. For example, as shown in the upper part of the figure, a predetermined voltage is applied from a power supply 51 to a bridge circuit for four sets of piezoresistive elements Rx1 to Rx4, and the bridge voltage at this time is measured by a voltmeter 41. As a result, the X-axis direction component is detected. Similarly, as shown in the middle part of the figure, a predetermined voltage is applied from the power supply 52 to the bridge circuit for the four sets of piezoresistive elements Ry1 to Ry4, and the bridge voltage at this time is measured by the voltmeter 42. Thus, the detection of the Y-axis direction component is performed. As shown in the lower part of the figure, a predetermined voltage is applied from a power supply 53 to a bridge circuit for four sets of piezoresistive elements Rz1 to Rz4, and the bridge voltage at this time is measured by a voltmeter 43. Thus, the detection of the Z-axis direction component is performed.
[0039]
The fact that the detection circuit shown in FIG. 5 enables detection of each axial component as described above can be easily realized by focusing on the relationship between the increase and decrease of the resistance value of each resistance element shown in FIGS. I can understand. Further, if the detection of each axial component is performed by such a bridge circuit, the detected value of one axial component is independent of the detected value of the other axial component, and is independent for each coordinate axis. The obtained detected value can be obtained.
[0040]
As described above, if the structure shown in FIGS. 1 and 2 is used, it is possible to detect the component of each external force acting on the weight body 10 in each coordinate axis direction. Instead, it can be widely used for sensors that detect general mechanical quantities, such as acceleration sensors and angular velocity sensors. For example, if the weight body 10 is configured as a block having a certain amount of mass, an external force acts on the weight body 10 based on the acceleration applied thereto. Therefore, this structure is used as an acceleration sensor. be able to. Alternatively, by adding some driving means to vibrate the weight body 10 in a predetermined direction, and detecting the Coriolis force acting on the weight body 10 in this vibration state, this structure can be used. It can also be used as an angular velocity sensor. As described above, the structure shown here can be widely used as a structure for a physical quantity detection sensor, and the present invention provides a method for manufacturing such a structure.
[0041]
Also, here, the sensor body for detecting the displacement of the weight body 10 or the bending of the bridge bodies 21 to 24 by the piezoresistive element has been described, but the physical quantity detection sensor is manufactured using the structure manufactured according to the present invention. For realization, it is not always necessary to use a piezoresistive element as a detecting element. For example, as described later, a capacitive element can be used as a detecting element, and various other elements can be used as a detecting element.
[0042]
<<<< §2. Ideal structure of sensor structure >>>>>
In general, detection sensitivity is an important factor in evaluating the performance of a sensor, and the market is expected to develop a sensor with higher sensitivity. Therefore, considering increasing the detection sensitivity of the acceleration sensor or the angular velocity sensor using the sensor structure described in §1, the mass of the weight body 10 is made as large as possible, and the flexibility of the bridge bodies 21 to 24 is made as large as possible. It turns out that it is necessary to increase. However, considering that the bridge members 21 to 24 are made of a material such as silicon, the thickness and the width must be reduced in order to increase the flexibility. is there. Therefore, in practice, it is preferable to increase the mass of the weight body 10.
[0043]
The sensor body shown in FIGS. 6 and 7 is an improvement of the sensor body shown in FIGS. 1 and 2. The feature of this improved sensor body lies in a structure in which the weight body has a larger volume. That is, as is clear from comparison between the side sectional view of FIG. 2 and the side sectional view of FIG. 7, in the sensor body shown in FIG. 7, the weight body is composed of the weight upper layer portion 15 and the weight body portion. 16 and two parts. In the sensor main body shown in FIG. 2, a large space is formed between the weight body 10 and the pedestal 30, and the internal space of the sensor structure is wasted. However, in the sensor main body shown in FIG. A large volume of the weight body 16 is ensured, and a groove G having a slight width is formed between the weight body 16 and the pedestal 30. The groove G is set to a size necessary to secure the degree of freedom of displacement of the weight body 16.
[0044]
The structural features of this improved sensor body are also clearly shown in the top view of FIG. As shown in the figure, the weight body 16 is a rectangular parallelepiped block occupying most of the internal space of the frame-shaped pedestal 30, and has a sufficient mass. For this reason, when used as an acceleration sensor, even with the same magnitude of acceleration, a larger force acts on the weight, and the detection sensitivity can be improved. Note that there is no particular change in the structure and dimensions of the bridge bodies 21 to 24, so that the conditions regarding the strength are the same as those of the sensor body (FIGS. 1 and 2) described in §1.
[0045]
As a result, the improved sensor body described in §2 has an ideal structure capable of obtaining higher detection sensitivity than the sensor body described in §1. However, considering commercial mass production, there are still problems to be solved as described above. That is, in mass-producing such a sensor structure, it is preferable to perform a planar process using a semiconductor substrate. However, in a general semiconductor planar process, various etching processes are mainly performed on the semiconductor substrate. As a result, since a desired physical structure is obtained, there arises a problem that it is difficult to maintain each part with accurate dimensions. For example, in the case of the structure shown in FIG. 2, it is possible to mass-produce a structure having a certain degree of dimensional accuracy by a relatively simple process of vertically etching a semiconductor substrate from the lower surface side. In the case of the structure shown in FIG. 7, it cannot be coped with only by a simple etching process in the vertical direction. This is because it is necessary to form a gap between the upper surface of the weight body 16 and the lower surfaces of the bridges 21 to 24, so that a horizontal etching process is required.
[0046]
However, this horizontal etching process is an extremely important step in maintaining the measurement accuracy of the sensor body. For example, in FIG. 7, boundary positions L1 to L4 are positions indicating boundaries between the bridge bodies 21 and 22 and the weight upper layer portion 15 or the pedestal 30 (in other words, both end positions of the bridge bodies 21 and 22). However, if these positions vary from lot to lot, the measurement accuracy is reduced.
[0047]
The first reason is that if there is a variation factor in the etching process for each lot (particularly, the etching process in the horizontal direction), the symmetry of the structure itself is lost. For example, when the boundary position L2 in FIG. 7 is shifted to the left, the length of the bridge body 21 becomes longer, and the left-right symmetry is lost. In addition, the support position of the weight body 16 by the weight upper layer 15 lacks symmetry, and the center of gravity of the weight body 16 cannot be accurately supported. This causes a difference between the detection sensitivity in the positive direction of the X-axis and the detection sensitivity in the negative direction of the X-axis, resulting in a decrease in measurement accuracy.
[0048]
The second reason is that the detection sensitivity varies depending on the arrangement of the piezoresistive elements Rx1 to Rx4. Generally, in order to increase the detection sensitivity of the piezoresistive elements as much as possible, when the bridge bodies 21 to 24 are bent, the piezoresistive elements are arranged at a position where the largest mechanical stress occurs. Is preferred. According to an experiment conducted by the inventor of the present invention, the piezoresistive elements Rx2 and Rx3 arranged inside the bridge body were arranged such that the inner ends thereof were aligned with the boundary positions L2 and L3 as shown in the figure. As shown in the figure, when the piezoresistive elements Rx1 and Rx4 are arranged so that their outer ends are aligned with the boundary positions L1 and L4, the best detection sensitivity can be obtained. This is probably because the largest mechanical stress is generated at the boundary positions L1 to L4 (both ends of the bridge bodies 21 to 24). However, for example, if the boundary position L2 in FIG. 7 is shifted to the left, the inner end of the piezoresistive element Rx2 will not be aligned with the boundary position L2, which will lower the detection sensitivity.
[0049]
As a result, when the structure as shown in FIGS. 6 and 7 is mass-produced by a manufacturing process including an etching step, a dimensional error occurs for each lot, and thus a problem occurs in that the detection sensitivity varies. The present invention is directed to solving such a problem. According to the present invention, a method for manufacturing a structure for a physical quantity detection sensor suitable for mass production and having sufficient dimensional accuracy is provided. Can be provided.
[0050]
<<<< §3. Basic steps of the manufacturing method according to the present invention >>>
Here, basic steps of a method of manufacturing a structure for a physical quantity detection sensor as shown in FIGS. 6 and 7 by a manufacturing process including an etching step will be described. The feature of this basic process is that a material substrate formed by laminating three layers of a first layer, a second layer, and a third layer is used to perform etching for each layer and to perform etching when performing etching of the second layer. The point is that a stopper wall functioning as a stopper is formed. Hereinafter, this step will be described in order with reference to the drawings.
[0051]
<Substrate preparation stage>
First, as shown in the side cross-sectional view of FIG. 8, a material substrate formed by laminating three layers of a first layer 100, a second layer 200, and a third layer 300 in order from the top is prepared. Here, the first layer 100 and the second layer 200 have different etching characteristics from each other, and the third layer 300 and the second layer 200 are made of materials having different etching characteristics from each other. Note that the first layer 100 and the third layer 300 may have the same etching characteristics. In practice, it is preferable to use an SOI (Silicon On Insulator) substrate as such a material substrate. The SOI substrate is used in various fields as a substrate for manufacturing a semiconductor device, and various types of SOI substrates according to applications are available. Here, an example using an SOI substrate in which the first layer is made of silicon, the second layer is made of silicon oxide, and the third layer is made of silicon will be described.
The SOI substrate actually used in this example has a thickness of the first layer of about 5 μm, a thickness of the second layer of about 1 μm, and a thickness of the third layer of about 500 μm. A structural diagram ignoring the dimensional ratio of each part will be shown.
[0052]
<Preparation stage for upper surface mask>
Subsequently, an upper surface mask MU having a pattern as shown in the plan view of FIG. 9 is prepared. Note that the hatching in FIG. 9 is for showing each mask region (a region that is not removed in the etching step), and is not for showing a cross section. As shown in the figure, the upper surface mask MU includes a weight upper surface mask region M10 for forming the upper surface of the weight, a bridge body mask region M21 to M24 for forming a bridge, and an upper surface of the pedestal. And a pedestal upper surface mask region M30 to be formed. In addition, a gap V1 for stopper is formed between the inner ends of the bridge body mask regions M21 to M24 and the outer periphery of the weight body upper surface mask region M10, and the outer ends of the bridge body mask regions M21 to M24 and the pedestal. A gap V2 for a stopper is formed between the upper surface mask region M30 and the inner periphery. The stopper gaps V1 and V2 are for forming stopper walls as described later.
[0053]
Here, for convenience of explanation, it is assumed that the outline of the upper surface of the material substrate shown in FIG. 8 matches the outline of the upper surface mask MU shown in FIG. 9, and a single physical quantity detection sensor is formed using this material substrate. We will describe the process of manufacturing the structure for use. However, in an actual process, a large number of sensor structures are generally formed simultaneously using one material substrate. In this case, an upper surface mask MU in which a plurality of patterns for a single sensor structure shown in FIG. 9 are arranged vertically and horizontally in a matrix is prepared. The same applies to the later-described stopper mask MS and lower surface mask ML. Also, as shown in FIG. 9, three cutting lines aa, bb, and cc are defined on the upper surface mask MU, and in a state where the upper surface mask MU is overlaid on the upper surface of the material substrate, Side sectional views of the material substrate at each stage of the process taken along the cutting lines aa, bb, and cc are shown in the following figures (a), (b), and (c). As shown below.
[0054]
<First layer etching step>
When the material substrate and the upper surface mask MU are prepared, the first layer 100 of the material substrate is etched using the upper surface mask MU. That is, the first layer 100 is etched in the thickness direction until the upper surface of the second layer 200 is exposed.
[0055]
Of course, in practice, such an etching step is performed through a multi-step process. That is, first, a resist layer is formed on the first layer 100, and the resist layer is exposed and developed with the upper surface mask MU shown in FIG. 9 applied thereto. A process is performed in which only the portions of each mask region indicated by hatching are left. FIG. 10 is a side sectional view showing the state of the material substrate at this stage. As described above, the division diagrams (a), (b), and (c) correspond to side sectional views taken along the cutting lines aa, bb, and cc in FIG. 9, respectively.
[0056]
As shown in FIG. 10A, a weight resist layer 410 remains in the center of the substrate corresponding to the weight upper surface mask region M10, and the bridge body mask regions M21 to M24 are surrounded by the weight resist layer 410. , The bridge body resist layers 421 to 424 remain, and further, the pedestal resist layer 430 remains around the bridge body resist layers 421 to 424 corresponding to the pedestal upper surface mask region M30. A stopper gap V1 is formed between the weight resist layer 410 and the bridge body resist layers 421 to 424, and a stopper gap is formed between the pedestal resist layer 430 and the bridge body resist layers 421 to 424. A gap V2 is formed.
[0057]
As can be seen from FIG. 10B, the bridge body resist layer 423 is a bridge-like layer having a narrow width, and a large space is formed between the bridge body resist layer 423 and the pedestal resist layer 430. As shown in FIGS. 10B and 10C, the pedestal resist layer 430 is a frame-like layer surrounding the outer peripheral portion of the substrate.
[0058]
Subsequently, the first layer 100 is etched using these remaining resist layers as a mask. At this time, an etching method that has an erosion property for the first layer 100 and has no erosion property for the second layer 200 and the third layer 300 is performed. In the case of the embodiment shown here, the first layer 100 is a layer made of silicon, and the second layer 200 is a layer made of silicon oxide. If an etchant having no property (for example, KOH) is used, etching that erodes only the first layer 100 without eroding the second layer 200 can be performed. However, since both the first layer 100 and the third layer 300 are layers made of silicon, an etchant that is corrosive to the first layer 100 is also corrosive to the third layer 300. . Therefore, in order to perform an etching method that does not erode the third layer 300, it is only necessary to devise a method in which the etchant acts only on the upper surface.
[0059]
However, if the thickness of the third layer 300 is sufficiently large, no problem occurs even if the layer on the lower surface of the third layer 300 is slightly removed by etching. In such a case, it is not necessary to use an etching method having no erosion property for the third layer 300, and therefore, a method of dipping the entire material substrate in an etching solution may be used.
[0060]
FIG. 11 is a side sectional view showing a state of the material substrate in a state where such etching is completed. As described above, the division diagrams (a), (b), and (c) correspond to side sectional views taken along the cutting lines aa, bb, and cc in FIG. 9, respectively. After all, as the first layer remaining portion, the weight body first layer 110 remaining below the weight body upper surface mask region M10, the pedestal first layer 130 remaining below the pedestal upper surface mask region M30, and the bridge body mask The bridge body first layers 121 to 124 remaining under the regions M21 to M24 are formed, and the plane pattern of the upper surface mask MU shown in FIG. 9 is formed on the first layer 100. .
[0061]
<Second layer etching step>
Next, using the remaining portion of the first layer as a mask, the second layer 200 is etched in the thickness direction until the upper surface of the third layer 300 is exposed. For this purpose, an etching method that has erosion for the second layer 200 and does not have erosion for the first layer 100 and the third layer 300 may be performed. More specifically, an etchant that is corrosive to silicon oxide but not corrosive to silicon, for example, buffered hydrofluoric acid (HF: NH) ₄ If F = 1: 10 is used, etching that erodes only the second layer 200 is possible.
[0062]
FIG. 12 is a side sectional view showing a state of the material substrate in a state where such etching is completed. As described above, the division diagrams (a), (b), and (c) correspond to side sectional views taken along the cutting lines aa, bb, and cc in FIG. 9, respectively. After all, as the second layer remaining portion, the weight body second layer 210 remaining under the weight body first layer 110, the pedestal second layer 230 remaining under the pedestal first layer 130, and the bridge body The bridge body second layers 221 to 224 remaining under the first layers 121 to 124 are formed, and the plane pattern of the mask MU for the upper surface shown in FIG. 9 is formed on the second layer 200. Will be.
[0063]
Finally, the resist layer 400 remaining on the material substrate is peeled off. In the second layer etching step, the remaining portion of the first layer functions as a mask, so that the resist layer 400 is not necessarily required. Therefore, the resist layer 400 may be stripped and removed before performing the second layer etching step.
[0064]
Since buffered hydrofluoric acid has isotropic etching characteristics, if the etching time is too long, the etching in the horizontal direction in FIG. 12 proceeds, and the plane pattern of the upper surface mask MU changes. It will not be formed properly. Therefore, actually, it is necessary to adjust the etching time so that the etching is stopped when the etching of the second layer 200 in the thickness direction is completed.
[0065]
<Stopper wall formation stage>
As shown in FIG. 12A, the gaps V1 and V2 for stoppers are formed in the remaining portion of the first layer and the remaining portion of the second layer. The stopper gaps V1 and V2 are gaps formed at the inner end and the outer end of the bridge body mask regions M21 to M24, as shown in the plan view of the upper surface mask MU in FIG. Here, a step of forming a stopper wall at the positions of the stopper gaps V1 and V2 is performed. The stopper wall is a layer that functions as an etching stopper for stopping the progress of etching of the remaining portion of the second layer in a later-described second layer re-etching step, and thus is made of a material having an etching characteristic different from that of the second layer 200. Need to be formed. Here, the stopper wall is formed by filling silicon nitride as a stopper material.
[0066]
The stopper wall may be formed at least in the stopper gaps V1 and V2 formed in the second layer 200. In this case, the stopper gaps V1 and V2 formed in the first layer 100 are also provided with the stopper material. An example of forming a stopper wall having a structure extending over the first layer 100 and the second layer 200 by filling the first layer 100 and the second layer 200 will be described.
[0067]
First, a stopper material layer 500 is formed by depositing silicon nitride as a stopper material on the material substrate after the second layer etching step is completed. In this embodiment, a stopper material layer 500 having a thickness of about 1 μm is formed. FIG. 13 is a side sectional view showing a state of the material substrate in a state where the formation of the stopper material layer 500 is completed. 9 (a), 9 (b) and 9 (c) correspond to side sectional views taken along the cutting lines aa, bb and cc in FIG. 9, respectively. As described above, in order to form the stopper material layer 500 by depositing silicon nitride over the entire surface of the material substrate, for example, a method such as a CVD method may be used. As shown in FIG. 13A, the gaps V1 and V2 for the stopper are filled with silicon nitride. As shown in FIG. 13B, in a region where the first layer remaining layer and the second layer remaining layer do not exist, the stopper material layer 500 is directly formed on the upper surface of the third layer 300. .
[0068]
The stopper material layer 500 thus formed is a layer deposited on the entire surface of the material substrate, but only a part of the stopper wall is necessary. Therefore, etching for removing an unnecessary portion of the stopper material layer 500 is performed. FIG. 14 is a plan view of a stopper mask MS used for performing such etching. The hatching in FIG. 14 is for showing each mask region (a region that remains without being removed in the etching step) and does not show a cross section. As shown in the figure, the stopper mask MS has stopper wall mask regions M40 and M50 that form a ring shape.
[0069]
The inner stopper wall mask region M40 has an annular shape that outlines the outer periphery of the weight body upper surface mask region M10 of the upper surface mask MU shown in FIG. 9. A stopper wall having an annular shape that borders the outer periphery of the second weight layer 210 can be formed. On the other hand, the outer stopper wall mask region M50 has an annular shape that outlines the inner periphery of the pedestal upper surface mask region M30 of the upper surface mask MU shown in FIG. 9, and by using such a mask, A stopper wall having an annular shape that borders the inner periphery of the pedestal second layer 230 can be formed.
[0070]
The actual etching process for the stopper material layer 500 is performed through the following multi-stage process. First, a resist layer is formed on the stopper material layer 500, and after exposing the resist layer to light using the stopper mask MS shown in FIG. 14, the resist layer is developed. A process is performed to leave only each mask region shown by hatching in FIG. FIG. 15 is a side sectional view showing the state of the material substrate at this stage. As described above, the division diagrams (a), (b), and (c) correspond to side sectional views taken along the cutting lines aa, bb, and cc in FIG. 9, respectively.
[0071]
As shown in FIG. 15A, a stopper wall resist layer 640 having a plane pattern corresponding to the stopper wall mask region M40 remains at the center of the substrate, and the stopper wall mask region M50 is surrounded so as to surround the periphery thereof. The stopper wall resist layer 650 having a plane pattern corresponding to the above remains. Note that only the stopper wall resist layer 650 appears on the bb section shown in FIG. 15B, and the stopper wall resist layer does not appear on the cc section shown in FIG. 15C. .
[0072]
Subsequently, etching is performed on the stopper material layer 500 using these remaining resist layers as a mask. At this time, an etching method that has an erosion property for the stopper material layer 500 and has no erosion property for the other layers is performed. In the case of the embodiment shown here, the stopper material layer 500 is a layer made of silicon nitride. ₄ May be performed by using plasma etching.
[0073]
FIG. 16 is a sectional side view showing a state of the material substrate in a state where the resist layer is peeled off after performing such etching. 9 (a), 9 (b) and 9 (c) correspond to side sectional views taken along the cutting lines aa, bb and cc in FIG. 9, respectively. As a result, by using the stopper mask MS shown in FIG. 14 to remove unnecessary portions of the stopper material layer 500 by etching, the stopper walls 540 and 550 are formed. The planar patterns of the stopper walls 540 and 550 correspond to the stopper wall mask regions M40 and M50 in the stopper mask MS shown in FIG.
[0074]
As shown in FIGS. 16A and 16B, the stopper walls 540 and 550 straddle the thicknesses of the first layer 100 and the second layer 200 and further project slightly upward from the upper surface of the first layer 100. It forms a rectangular ring-shaped wall with a high height. As described above, since the stopper walls 540 and 550 function as etching stoppers for stopping the progress of etching of the second layer 200 in the subsequent second layer re-etching step, at least the second It is sufficient to have a height corresponding to the thickness of the layer. However, when the stopper walls 540 and 550 are formed by the above-described process, a wall having a sufficient height protruding from the upper surface of the first layer 100 is obtained as illustrated. Further, in this example, the stopper walls 540 and 550 have a ring-shaped castle wall structure. However, if the stopper walls 540 and 550 can function as an etching stopper in a process described later, the stopper walls 540 and 550 are not necessarily required to have a ring-shaped structure. .
[0075]
<Resistance element formation stage>
Subsequently, a piezoresistive element is formed at a required position on the upper surface of the bridge body first layers 121 to 124. As described above, in this embodiment, the first layer 100 is a layer made of silicon. If an impurity-doped layer is formed by implanting an N-type or P-type impurity into the first layer 100 by an ion implantation method or the like, the first layer 100 may The doped layer functions as a piezoresistive element. Note that various methods for forming an impurity-doped layer in a predetermined region are known as methods for manufacturing a semiconductor device, and a detailed description thereof is omitted here.
[0076]
FIG. 17 is a side sectional view showing a state in which piezoresistive elements Rx1 to Rx4 are formed on the upper surfaces of the bridge body first layers 121 and 122 (a side sectional view cut along a cutting line aa in FIG. 9). is there. Although not shown, piezoresistive elements Ry1 to Ry4 and piezoresistive elements Rz1 to Rz4 are similarly formed on the upper surfaces of the bridge body first layers 123 and 124. As described in §1, the force and acceleration acting on the weight can be detected based on the resistance value of the piezoresistive element formed in this manner.
[0077]
As described in the side sectional view of FIG. 7, in order to enhance the detection sensitivity, it is preferable to arrange the piezoresistive elements such that both ends thereof are aligned with both ends of each bridge body. Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 17, one end of each piezoresistive element is arranged at a position where it contacts the stopper wall 540 or 550. Of course, in practice, even if the stopper wall is not completely contacted, the necessary detection sensitivity can be obtained by arranging the stopper wall as close as possible to the stopper wall.
[0078]
This step of forming the resistive element is a process necessary only for producing a sensor body using a piezoresistive element as a detecting element, and is not essential for producing the sensor structure according to the present invention. In practice, it is preferable that after forming the piezoresistive elements, a process of forming a necessary wiring layer for these resistive elements with aluminum or the like be continued.
[0079]
<Step formation step>
7, the bottom surface of the weight body 16 is slightly higher than the bottom surface of the pedestal 30. Such a step serves to slightly lift the weight body 16 when the bottom surface of the pedestal 30 is joined to the device housing or the like, and to ensure the degree of freedom of displacement in the Z-axis direction. do.
[0080]
Of course, such a step is not always necessary. However, if such a step is to be secured, etching using a predetermined mask is performed on the lower surface of the third layer 300 (third step described later). The same type of etching as that of the layer etching step may be performed), and as shown in the side sectional view of FIG. Then, a groove G1 is formed. Due to the groove G1, a step is formed between the bottom surface of the weight body and the bottom surface of the pedestal.
[0081]
<Step of preparing mask for lower surface>
Subsequently, a lower surface mask ML having a pattern as shown in the plan view of FIG. 19 is prepared. In FIG. 19 as well, the hatching is for showing each mask region (a region that remains without being removed in the etching step), and does not show a cross section. As shown, the lower surface mask ML has a weight lower surface mask region M60 for forming the lower surface of the weight, and a pedestal lower surface mask region M70 for forming the lower surface of the pedestal. . Here, a void having a predetermined width is formed between the weight body lower surface mask region M60 and the pedestal lower surface mask region M70, and this void is a portion to be etched and removed in a later process. . By this etching, the third layer 300 is separated into the weight third layer 310 and the pedestal third layer 330.
[0082]
<Third layer etching step>
When the lower surface mask ML as shown in FIG. 19 is prepared, the third layer 300 of the material substrate is etched from the lower surface side in the thickness direction using the lower surface mask ML. In practice, such an etching step is performed through a multi-step process. That is, first, a resist layer is formed on the lower surface of the third layer 300, and after exposing the resist layer using the lower surface mask ML shown in FIG. 19, the resist layer is developed. 19, a process of leaving only the portions of each mask region indicated by hatching in FIG. Subsequently, the third layer 300 is etched using the remaining resist layer as a mask.
[0083]
At this time, an etching method that has an erosion property for the third layer 300 and does not have an erosion property for the first layer 100, the second layer 200, and the stopper material is performed. In the case of the embodiment shown here, for example, if KOH or the like having erodability only with respect to silicon is used as an etchant, etching without erodability can be performed on the second layer 200 and the stopper material. it can. However, since both the first layer 100 and the third layer 300 are layers made of silicon, an etchant having a corrosive property with respect to the third layer 300 also has a corrosive property with respect to the first layer 100. . Therefore, in order to perform an etching method that does not erode the first layer 100, it is only necessary to make a contrivance so that the etchant acts only on the lower surface.
[0084]
FIG. 20 is a side sectional view showing the state of the material substrate at the time when the resist layer is peeled and removed after such etching. As described above, the division diagrams (a), (b), and (c) correspond to side sectional views taken along the cutting lines aa, bb, and cc in FIG. 9, respectively. Since the third layer 300 and the second layer 200 have different etching characteristics, the etching of the third layer 300 in the thickness direction ends when the third layer 300 reaches the lower surface of the second layer 200. As a result, as shown in FIG. 20A, the third layer 300 is separated into the weight third layer 310 and the pedestal third layer 330 via the groove G2. These are the remaining portions of the third layer. Here, the third weight layer 310 is a portion remaining on the lower mask region M60, and the third pedestal layer 330 is a portion remaining on the lower mask region M70. Further, the width of the groove G2 is a parameter that defines the degree of freedom of displacement of the weight body in the horizontal direction.
[0085]
At this point, the third layer of the weight body 310 is in a suspended state supported only by the four bridge bodies. For example, FIG. 20B shows a state in which the weight body third layer 310 is supported by the bridge body first layer 123 and the bridge body second layer 223.
[0086]
<Second layer re-etching step>
This step is a process for removing the bridge body second layers 221 and 222 shown in FIG. 20A and the bridge body second layer 223 shown in FIG. 20B by etching. . That is, etching is performed on the remaining portion of the second layer using the stopper walls 540 and 550 as an etching stopper. Therefore, here, an etching method that has an erosion property for the second layer 200 and has no erosion property for the first layer 100, the third layer 300, and the stopper material is performed. Specifically, similarly to the above-described second layer etching step, buffered hydrofluoric acid (HF: NH) is used. ₄ Etching using a mixed solution (F = 1: 10) may be performed.
[0087]
FIG. 21 is a side sectional view showing a state of the material substrate in a state where such etching is completed. As described above, the division diagrams (a), (b), and (c) correspond to side sectional views taken along the cutting lines aa, bb, and cc in FIG. 9, respectively. Comparing FIG. 21 with FIG. 20, it can be seen that only the portions of the bridge body second layers 221 to 224 are removed, and the other portions are not changed at all. This is because the stopper walls 540 and 550 function as an etching stopper, so that the etching of the second layer 200 in the horizontal direction is limited to only the region sandwiched by the stopper walls 540 and 550. A groove G3 is formed in the portion of the bridge body second layers 221 to 224 removed by this etching. The groove G3 forms a gap separating the bridge body first layers 121 to 124 and the weight body third layer 310.
[0088]
<Final structure>
FIG. 22 is a top view showing a sensor structure (actually, a sensor body on which a piezoresistive element is formed) finally obtained through the above-described steps. In the figures, for convenience of explanation, the portions of the stopper walls 540 and 550 are hatched, but this hatching does not show a cross section. In addition, cutting lines aa, bb, and cc indicate cutting positions in the sectional views (a), (b), and (c) in each side sectional view.
[0089]
After all, when comparing the structure shown in FIGS. 21 and 22 with the structure shown in FIGS. 6 and 7, the weight first layer 110, the weight second layer 210, and the weight third layer 310 The pedestal is constituted by a laminated body composed of the pedestal first layer 130, the pedestal second layer 230, and the pedestal third layer 330, and the bridge body first layer 121 to It can be seen that the bridge body is constituted by 124. Actually, a stopper wall 540 is formed on the outer peripheral portion of the weight body first layer 110 and the weight body second layer 210. However, the stopper wall 540 is also a component that forms a part of the weight body. If considered, the basic structure is the same. Similarly, a stopper wall 550 is formed on the inner peripheral portion of the pedestal first layer 130 and the pedestal second layer 230. If this stopper wall 550 is regarded as a component forming a part of the pedestal, Structure is the same.
[0090]
As described above, the structure obtained through each of the above-described steps is basically equivalent to the structure shown in FIGS. 6 and 7, and the detection sensitivity is increased by using a weight having a large volume. , A sensor having a high density can be realized. Here, it should be noted that each of the above-described steps can be performed using a semiconductor planar process mainly for etching, so that a manufacturing process suitable for mass production can be realized. Moreover, a more important effect is that it is possible to manufacture a product having high dimensional accuracy despite manufacturing using an etching process. The reason is that in the second layer re-etching step, although the etching of the second layer 200 proceeds in the horizontal direction, the degree of the progress of the horizontal etching is accurately controlled by the stopper walls 540 and 550. Because it will be.
[0091]
For example, in FIG. 21A, the lengths of the bridge body first layers 121 and 122 are defined by the stopper walls 540 and 550, and the length of the etching in the horizontal direction in the second layer re-etching step is determined. It will not be affected. Therefore, even in the case of mass production, the lengths of the bridge bodies of all lots are controlled to accurate dimensions. In other words, in the top view of FIG. 22, the boundary positions L1 to L4 are all determined by the positions of the stopper walls 540 and 550, and can be accurately controlled by the plane pattern of the upper surface mask MU and the stopper mask MS. become.
[0092]
When manufacturing a sensor body using a piezoresistive element as a detecting element as in the example shown in FIG. 22, each piezoresistive element is placed at a position in contact with the stopper walls 540 and 550 or at a position near the stopper wall. In addition, it is possible to dispose it accurately, and it is possible to dispose it at a position having good detection sensitivity. Of course, the situation where the detection sensitivity varies from lot to lot can be eliminated. As described above, the present invention can provide a method of manufacturing a structure for a physical quantity detection sensor that is suitable for mass production and has sufficient dimensional accuracy.
[0093]
<<<< §4. Preferred etching method for practicing the present invention >>>>>
Of the above-described steps, in the first layer etching step and the third layer etching step, it is practically necessary to perform an etching method satisfying the following two conditions. The first condition is an etching method in which erosion is mainly performed in the thickness direction of each layer, and the second condition is that the silicon layer has an erosion property but the silicon oxide layer has an erosion property. On the other hand, it is an etching method having no erosion. The first condition is a condition necessary for performing etching with a plane pattern according to a mask, and the second condition is a condition for preventing erosion of the second layer 200 made of silicon oxide. Condition.
[0094]
In order to perform etching satisfying the first condition, it is preferable to use an inductively coupled plasma etching method (ICP etching method: Induced Coupling Plasma Etching Method). This etching method is an effective method for digging a deep groove in the vertical direction, and is a kind of an etching method generally called DRIE (Deep Reactive Ion Etching). The feature of this method is that an etching step of digging while eroding the material layer in the thickness direction and a deposition step of forming a polymer wall on the side surface of the dug hole are alternately repeated. The side surfaces of the dug holes are sequentially protected by the formation of polymer walls, so that erosion can proceed only in the thickness direction. On the other hand, in order to perform etching satisfying the second condition, an etching material having etching selectivity between silicon oxide and silicon may be used.
[0095]
The inventor of the present invention actually performed etching under the following conditions as etching satisfying these two conditions, and obtained good results. That is, using the inductively coupled plasma etching method described above, the etching step and the deposition step are alternately repeated under the following specific conditions. First, a material substrate to be etched is housed in a low-pressure chamber, and in the etching stage, SF is used. ₆ 100 sccm gas, O ₂ A gas is supplied into the chamber at a rate of 10 sccm. ₄ F ₈ Gas was supplied into the chamber at a rate of 100 sccm. When the etching step and the deposition step were each repeatedly performed at a cycle of about 10 seconds, the etching was performed at an etching rate of about 3 μm / min. Of course, the manufacturing method according to the present invention is not limited to the method using the above-described etching method.
[0096]
On the other hand, in the second layer re-etching step, it is necessary to perform an etching method satisfying the following two conditions. The first condition is an etching method in which erosion is performed in the thickness direction as well as in the direction of the layer. The second condition is that the silicon oxide layer has an erosion property, That is, the etching method does not have erosion property for the silicon nitride layer. The first condition is a condition necessary for eroding and removing portions of the bridge body second layers 221 to 224 in the horizontal direction, and the second condition has already been processed into a predetermined shape. This is a necessary condition for preventing erosion of the first layer remaining portion, the third layer remaining portion, and the stopper wall made of silicon.
[0097]
The inventor of the present invention actually performed etching under the following conditions as etching satisfying these two conditions, and obtained good results. That is, buffered hydrofluoric acid (HF: NH ₄ Using a mixture of F = 1: 10) as an etchant, the object to be etched was immersed in the etchant for about 30 minutes to perform etching. Or CF ₄ Gas and O ₂ Even when dry etching was performed by RIE using a gas mixture with a gas, good results were similarly obtained. Of course, the manufacturing method according to the present invention is not limited to the method using the above-described etching method.
[0098]
<<<< §5. Some modified examples >>>
As described above, the present invention has been described based on the basic manufacturing steps, but the present invention is not limited to these basic steps, and can be implemented in various other modes. Here, some modifications of the present invention will be described.
[0099]
<V-shaped groove formation>
In the basic step of §3, in the first layer etching step shown in FIG. 11 and the second layer etching step shown in FIG. 12, well-shaped grooves are formed by etching vertically downward as the stopper gaps V1 and V2. An example is given. However, in consideration of depositing the stopper material using the CVD method in the step of forming the stopper material layer shown in FIG. 13, a V-shaped cross section (a side surface having an inclined surface) is more preferable than a well type groove. It is more preferable to form a groove having the same shape. This is because, in the case of a well-type groove, since deposition on the side surface is unlikely to occur, it is difficult to completely fill the inside of the groove with a stopper material.
[0100]
As shown in the side sectional view of FIG. 23A, a groove V having a V-shaped cross section to be the stopper gaps V1 and V2 is formed in the first layer 100 and the second layer 200. For example, when a stopper material such as silicon nitride is deposited by a CVD method to form the stopper material layer 500, deposition on the side surface of the groove is likely to occur as shown in FIG. By sequentially depositing the stopper material on the slope of the V-shaped groove V in this manner, a stopper material layer 500 as shown in FIG. 23C can be obtained relatively easily. In order to form the groove V having a V-shaped cross section in the first layer etching step and the second layer etching step, an etchant having a certain degree of isotropicity (for example, KOH in the first layer etching step) In the second layer etching step, etching may be performed using buffered hydrofluoric acid.
[0101]
When an etching process is performed on the stopper material layer 500 using the resist layer 600 as shown in FIG. 15, the stopper protruding further above the upper surface of the first layer 100 as shown in FIG. Walls 540 and 550 will be formed. However, if a concavo-convex structure is formed on the upper surface of the first layer 100 by such stopper walls 540 and 550, it is not preferable for wiring to a piezoresistive element or the like. Therefore, in practical use, after removing unnecessary portions of the stopper material layer 500 by etching, the upper surfaces of the remaining portions are polished to form the stopper walls 540 and 550 having the same height as the upper surface of the first layer 100. Preferably, it is formed.
[0102]
FIG. 23D shows that the stopper material layer 500 deposited in the V-shaped groove V is subjected to a step of removing unnecessary portions by etching, and then the upper surface of the remaining portion is polished. This is an example in which a stopper wall 580 having the same height as the upper surface of the first layer 100 is formed. The upper surface of the stopper wall 580 coincides with the upper surface of the first layer 100, and does not hinder the wiring on the upper surface of the first layer 100. In addition, the stopper wall 580 can play a role as an etching stopper in a re-etching step performed later on the second layer 200 without any trouble.
[0103]
<U-shaped resistive element>
In the example shown in the top view of FIG. 22, one end of each piezoresistive element is arranged at a position where it contacts the stopper wall 540 or 550. For example, the right end of the piezoresistive element Rx1 is in contact with the stopper wall 550, the left end of the piezoresistive element Rx2 is in contact with the stopper wall 540, the right end of the piezoresistive element Rx3 is in contact with the stopper wall 540, The left end of the piezoresistive element Rx4 is in contact with the stopper wall 550. This is because, as described above, when bending occurs in the bridge body first layers 121 to 124, stress concentrates at the boundary positions L1 to L4. Therefore, when the piezoresistive element is arranged at this position, the detection sensitivity becomes highest. That's why.
[0104]
However, in order to measure the resistance value of the piezoresistive element, it is necessary to provide wiring at both ends of the piezoresistive element, and the end of the piezoresistive element is in contact with the stopper wall or is located near the stopper wall. If they are arranged, there is a problem that it is difficult to perform wiring.
[0105]
One solution to such a problem is to dispose a U-shaped resistance element Rx11 as shown in FIG. 24 so that the bottom of the U-shape is on the stopper wall 550 side, and position both ends of the upper end of the U-shape. Is to provide wiring for the Here, the hatching is for convenience showing the shape of the U-shaped resistance element Rx11 and the position of the stopper wall 550, and does not show a cross section. In the illustrated example, the bottom of the U-shaped resistance element Rx11 is arranged at a position in contact with the stopper wall 550, but the wiring ends Ta and Tb at both upper ends thereof maintain a certain distance from the stopper wall 550. Is arranged. Therefore, as shown in the figure, if the wiring is performed by connecting the junctions J1 and J2 of the wirings W1 and W2 to the wiring ends Ta and Tb, the wiring can be performed without any trouble. .
[0106]
<Formation of bridge body with step structure in width>
Another solution to the wiring problem described above is to form a bridge body with a step structure in width. For example, consider a bridge body whose top view is shown in FIG. This bridge body is composed of two parts, a wide bridge body 121α and a narrow bridge body 121β, and performs the same function as the bridge body 121 shown in FIG. That is, as shown, the wide bridge body 121α is joined to the stopper wall 550 at the right end, and the narrow bridge body 121β is joined to the stopper wall 540 at the left end, though not shown. In addition, the piezoresistive element Rx1 is disposed at a position slightly away from the stopper wall 550, and there is no problem in joining the joints J3 and J4 of the wires W3 and W4 to both ends of the piezoresistive element Rx1. Not. Note that the hatching in FIG. 25 is for convenience showing the positions of the resistance element Rx1 and the stopper wall 550, and does not show a cross section.
[0107]
The point to be noted here is that the right end of the piezoresistive element Rx1 is located at the boundary position L5. Originally, the boundary between the bridge portion and the pedestal (in this case, the stopper wall 550) is the boundary position L1, and the stress generated in the bridge portion should be concentrated at the boundary position L1, but the example shown here. In this case, the stress concentrates on the boundary position L5 rather than on the boundary position L1, and sufficient detection sensitivity can be obtained even if the piezoresistive element Rx1 is arranged at the illustrated position. This is because the width β of the narrow bridge body 121β is set to be considerably smaller than the width α of the wide bridge body 121α. The degree of stress concentration occurring at the boundary position L1 and the boundary position L5 depends on the difference between the width α and the width β, and the greater the difference between the widths, the higher the stress concentration at the boundary position L5. .
[0108]
Therefore, if the width α and the width β are set to appropriate values such that a sufficient stress is generated at the boundary position L5, the piezoresistive element Rx1 can be arranged at a position away from the stopper wall 550 as shown in the figure. , Sufficient detection sensitivity can be obtained.
[0109]
In FIG. 25, an example is shown in which the width α of the outer end of the bridge body is wider than the width β of the central portion in order to separate the position of the piezoresistive element Rx1 from the stopper wall 550. In order to separate the position of the piezoresistive element Rx2 shown in FIG. 22 from the stopper wall 540, the width α of the inner end of the bridge body 121 may be formed to be wider than the width β of the central portion. The same applies to the other bridge bodies 122 to 124.
[0110]
In order to form a bridge body having a step structure in the width in this manner, the width of the inner end or the outer end is wider than the width of the central portion in the stage of preparing the upper surface mask MU as shown in FIG. What is necessary is just to prepare the mask for the upper surface which has the bridge body mask area | region M21-M24 with a shape.
[0111]
<Formation of eaves>
The modification shown in the top view in FIG. 26 is a further development of the above-described “bridge body having a step structure in width”. When this modification is compared with the example shown in FIG. 22, all the points have a structure in which the weight body is supported by four bridge bodies, but the outer peripheral portion of the stopper wall 540. An eaves portion 140α is formed on the inner wall of the stopper wall 550 and an eaves portion 150α is formed on the inner peripheral portion of the stopper wall 550. In addition, for convenience of explanation, the portions of the stopper walls 540 and 550 are shown with hatching, but the hatching does not show a cross section.
[0112]
In fact, these eaves 140α and 150α are portions obtained by fusing wide portions provided at the inner end or outer end of a plurality of bridge body mask regions arranged adjacent to each other. For example, the bridge body 121β shown in FIG. 26 is a portion that performs the same function as the narrow bridge body 121β shown in FIG. 25, and the eave portion 150α shown in FIG. 26 has the same function as the wide bridge body 121α shown in FIG. It is the part that performs the function. Similarly, the eave portion 140α shown in FIG. 26 functions as a wide bridge provided at the inner end of the bridge.
[0113]
With such a structure, it is not necessary to arrange the end of each piezoresistive element at a position where it comes into contact with the stopper walls 540 and 550, thereby facilitating wiring. That is, the stress concentration point in each bridge body is not the boundary position with the stopper walls 540, 550 (for example, L1, L2 shown in FIG. 26), but the boundary position with the eaves 140α, 150α (for example, shown in FIG. 26). L5, L6), a sufficiently good detection sensitivity can be obtained even if each piezoresistive element is arranged at a position as shown in the figure.
[0114]
In order to manufacture a structure having a structure as shown in FIG. 26, an upper surface mask MU having an eave-shaped region corresponding to the eaves 140α and 150α is prepared, and a portion corresponding to the eave-shaped region is The eaves 140α and 150α may be formed by a part of the first layer 100.
[0115]
<Structure of capacitive element>
Each of the embodiments described above shows a process for manufacturing a sensor main body using a piezoresistive element as a detection element.However, a method for manufacturing a structure for a physical quantity detection sensor according to the present invention is described below. However, the present invention is not limited to the manufacture of a sensor body using such a piezoresistive element as a detecting element. Here, an example of manufacturing a sensor body using a capacitive element as a detecting element will be described.
[0116]
FIG. 27 is a top view showing a structure of a sensor body using a capacitive element as a detecting element. In this figure as well, for convenience of explanation, the portions of the stopper walls 540 and 550 are shown with hatching, but this hatching does not show a cross section. Compared to the sensor main body shown in FIG. 22, it can be seen that the main structural parts are almost the same, but the configuration of the detecting element is different. That is, in the sensor body shown in FIG. 22, a piezoresistive element serving as a detection element is formed on the upper surfaces of the bridge bodies 121 to 124, but in the sensor body shown in FIG. Nothing is formed. Instead, four electrode layers 161 to 164 are formed. Each of the four electrode layers 161 to 164 is constituted by a part of the first layer 100.
[0117]
In the sensor main body shown in FIG. 27, the first layer 100 and the third layer 300 are both made of a conductive material. As a result, each of the four electrode layers 161 to 164 becomes a layer having conductivity and functions as an electrode. On the other hand, the weight body third layer 310 is an electrically conductive block as a whole. Therefore, four sets of capacitance elements C1 to C4 are formed by the four electrode layers 161 to 164 and the respective portions of the upper surface of the weight third layer 310 facing these. FIG. 28 is a plan view showing four sets of capacitive elements C1 to C4 thus formed. In the figure, the weight body third layer 310 is indicated by a dashed line, and the hatched portion is a plan view of the four electrode layers 161 to 164 and the weight body third layer 310. That is, a portion where four sets of capacitive elements C1 to C4 are formed.
[0118]
FIG. 29 is a side sectional view of the sensor main body shown in FIG. 27, and the sectional views (a), (b), and (c) show cutting lines aa, bb, and cc in FIG. 27, respectively. Corresponds to a side sectional view cut at the position of. Although the electrode layers 161 and 162 do not appear behind the bridge body first layers 121 and 122 in FIG. 29A, they are clearly shown in FIG. 29B. As illustrated, the four electrode layers 161 to 164 are elements configured by a part of the first layer 100, like the four bridge body first layers 121 to 124. As shown in FIG. 29B, the capacitance element C1 is formed by a part of the upper surface of the electrode layer 161 and the third layer of the weight body 310, and the upper surface of the electrode layer 162 and the third layer of the weight body third layer 310 is formed. Form a capacitive element C2.
[0119]
When the weight body third layer 310 is displaced by an external force, the distance between the electrodes constituting each capacitance element changes, so that the capacitance value of each capacitance element changes. Therefore, if the capacitance value of each capacitance element is electrically detected, the displacement state of the weight body third layer 310 can be recognized, and the dynamic amount such as force or acceleration acting on the weight body can be detected. can do.
[0120]
In order to manufacture a sensor main body having such a structure, first, in a substrate preparation stage, a material substrate in which the first layer 100 and the third layer 300 are made of a conductive material is prepared. Although the SOI substrate prepared in the above-described basic process is a substrate composed of three layers of a silicon layer / a silicon oxide layer / a silicon layer, each silicon layer portion of the SOI substrate is doped with impurities to have conductivity. Substrate may be used.
[0121]
In the mask preparation step for the upper surface, a mask for the upper surface further having an electrode layer mask region for forming the electrode layers 161 to 164 at predetermined positions is prepared. Then, the electrode layer 161 to 164 is formed by a part of the first layer 100 by performing the same etching process as that of the bridge body mask region with respect to this electrode layer mask region, and the formed electrode layers 161 to 164 and the third layer are formed. When the capacitance elements C1 to C4 are formed by the upper surface of the weight body 310, a function of detecting the force or acceleration acting on the weight body based on the capacitance values of these capacitance elements C1 to C4. And a force sensor and an acceleration sensor having the same.
[0122]
<Application to angular velocity sensor>
The method for manufacturing a structure for a physical quantity detection sensor according to the present invention is not limited to the manufacture of a force sensor or an acceleration sensor, but can be used for the manufacture of an angular velocity sensor. For example, the sensor body shown in FIG. 27 can be used as an acceleration sensor as described above, but can also be used as an angular velocity sensor. When used as an angular velocity sensor, the capacitance value of some of the capacitive elements is measured in a state where the weight body is vibrated in a predetermined direction by supplying AC power to some of the capacitive elements. What is necessary is just to obtain the Coriolis force obtained and detect the angular velocity acting on the weight body.
[0123]
<Change the order of each stage>
The steps described in §3 do not necessarily have to be performed in the order described, and can be appropriately replaced within a range in which the process of each step can be performed. For example, in the above description, the second layer re-etching step is performed after the third layer etching step, but may be performed before the third layer etching step. In this case, for example, since the second layer re-etching step is performed on the structure as shown in FIG. 17, the bridge body second layers 221 to 221 are not formed from the lower surface side of the material substrate but from the upper surface side. 224 will be etched away.
[0124]
<Formation position of stopper wall>
In the example described in §3, as shown in FIG. 9, a stopper gap V1 is formed between the inner ends of the bridge body mask regions M21 to M24 and the outer periphery of the weight upper surface mask region M10. Since the upper surface mask MU in which the stopper gap V2 was formed between the outer ends of the bridge body mask regions M21 to M24 and the inner periphery of the pedestal upper surface mask region M30 was used, as shown in FIG. The structure in which the stopper walls 540 and 550 are formed at both ends of each of them can be obtained. However, the stopper walls need not necessarily be formed at both ends of the bridge bodies 121 to 124, and it is also possible to form only one of the stopper wall 540 and the stopper wall 550. In that case, the upper surface mask MU in which one of the stopper gaps V1 and V2 is formed may be used.
[0125]
Of course, when only one of the stopper wall 540 and the stopper wall 550 is formed, there is no component functioning as an etching stopper on the side where the stopper wall is not formed. Etching control cannot be performed. Therefore, in practice, it is preferable to form both the stopper walls 540 and 550 as in the example described in §3.
[0126]
In the above-described embodiment, the stopper material layer is made of silicon nitride. However, for example, polysilicon may be used as the stopper material.
[0127]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a method of manufacturing a structure for a physical quantity detection sensor that is suitable for mass production and has sufficient dimensional accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a top view of a sensor main body that can be used as a force sensor and an acceleration sensor.
FIG. 2 is a side sectional view of the sensor main body shown in FIG. 1 cut along an XZ plane.
3 is a side sectional view (side sectional view cut along an XZ plane) showing a state in which an external force + Fx in the positive X-axis direction is applied to the sensor main body shown in FIG. 1;
4 is a side sectional view (side sectional view cut along the XZ plane) showing a state in which an external force + Fz in the positive direction of the Z-axis has acted on the sensor main body shown in FIG. 1;
FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of a detection circuit applied to the sensor main body shown in FIG.
FIG. 6 is a top view of an improved sensor body to which the manufacturing method according to the present invention is applied.
FIG. 7 is a side sectional view of the sensor main body shown in FIG. 6 cut along an XZ plane.
FIG. 8 is a side sectional view showing a structure of a material substrate prepared by a manufacturing method according to the present invention.
FIG. 9 is a plan view showing a pattern of an upper surface mask MU prepared by a manufacturing method according to the present invention (hatching is for showing each mask region which remains without being removed in an etching step, and is a cross-section; It does not indicate that.)
FIG. 10 is a side sectional view showing a state in which patterning of the resist layer 400 is completed in the first layer etching step of the manufacturing method according to the present invention, and FIGS. 10 (a), 10 (b), and 10 (c) are sectional views. These correspond to side sectional views cut at the positions of cutting lines aa, bb, and cc shown in FIG. 9, respectively.
11 is a side sectional view showing a state where the first layer etching step is completed in the manufacturing method according to the present invention, and FIGS. 11 (a), 11 (b) and 11 (c) are cutaway views shown in FIG. This corresponds to a side sectional view cut at the positions of the lines aa, bb, and cc.
12 is a side sectional view showing a state where the second layer etching step is completed in the manufacturing method according to the present invention, and FIGS. 12 (a), 12 (b) and 12 (c) are cutaway views shown in FIG. This corresponds to a side sectional view cut at the positions of the lines aa, bb, and cc.
13 is a sectional side view showing a state in which the step of forming the stopper material layer is completed in the manufacturing method according to the present invention, and FIGS. 9 (a), (b), and (c) are each shown in FIG. This corresponds to a side sectional view cut at the positions of cutting lines aa, bb, and cc.
FIG. 14 is a plan view showing a pattern of a stopper mask MS prepared by the manufacturing method according to the present invention (the hatching is for showing each mask region which remains without being removed in the etching step, and is a cross-section; It does not indicate that.)
FIG. 15 is a sectional side view showing an etching step of a stopper material layer in the manufacturing method according to the present invention, and FIGS. 15 (a), 15 (b) and 15 (c) are cut-away lines a shown in FIG. -A, bb, and cc correspond to side sectional views cut at positions.
FIG. 16 is a sectional side view showing a state in which the stopper wall forming step is completed in the manufacturing method according to the present invention, and FIGS. 16 (a), (b), and (c) are cutting lines shown in FIG. It corresponds to a side sectional view cut at the positions of aa, bb, and cc.
FIG. 17 is a side sectional view showing a state where the step of forming the resistive element is completed in the manufacturing method according to the present invention (corresponding to a side sectional view taken along a cutting line aa shown in FIG. 9).
18 is a side cross-sectional view showing a state where a step forming step is completed in the manufacturing method according to the present invention (corresponding to a side cross-sectional view taken along a cutting line aa shown in FIG. 9).
FIG. 19 is a plan view showing a pattern of a lower surface mask ML prepared by the manufacturing method according to the present invention (the hatching is for showing each mask region which remains without being removed in the etching step, and the cross section is shown); It does not indicate that.)
20 is a sectional side view showing a state where the third layer etching step is completed in the manufacturing method according to the present invention, and FIGS. 20A, 20B and 20C are sectional views respectively shown in FIG. This corresponds to a side sectional view cut at the positions of lines aa, bb, and cc.
21 is a sectional side view showing a state where the second layer re-etching step is completed in the manufacturing method according to the present invention, and FIGS. 9 (a), (b) and (c) are each shown in FIG. 9; This corresponds to a side sectional view cut at the positions of cutting lines aa, bb, and cc.
FIG. 22 is a top view of a sensor main body manufactured by the manufacturing method according to the present invention (for the sake of convenience, hatched portions are shown at stopper walls 540 and 550, but this hatching does not show a cross section). .).
FIG. 23 is a side sectional view showing a modification in which a groove V having a V-shaped cross section is formed in the manufacturing method according to the present invention.
FIG. 24 is a plan view showing a modification in which a U-shaped resistor is formed in the manufacturing method according to the present invention (the hatching indicates the shape of the U-shaped resistor Rx11 and the position of the stopper wall 550). It is for convenience of illustration, and does not show a cross section.)
FIG. 25 is a plan view showing a modification in which a bridge body having a step structure in width is formed in the manufacturing method according to the present invention (the hatching is for convenience showing the positions of the resistance element Rx1 and the stopper wall 550). And does not show a cross section.)
FIG. 26 is a plan view showing a modification in which eaves are formed at both ends of a bridge body in a manufacturing method according to the present invention (for convenience of explanation, hatching is shown on stopper walls 540 and 550; This hatching does not show a cross section.).
FIG. 27 is a plan view showing a modification in which a capacitive element is formed in the manufacturing method according to the present invention (for convenience of explanation, hatching is applied to portions of stopper walls 540 and 550; Not shown.)
FIG. 28 is a plan view showing a part of the modification shown in FIG. 27 (the hatching shows the formation regions of the capacitive elements C1 to C4 and the portions of the stopper walls 540 and 550, and does not show a cross section; Absent.).
29 is a sectional side view of the modification shown in FIG. 27, and FIGS. 29 (a), (b), and (c) are cutaway lines aa, bb, and cc shown in FIG. 27, respectively. Corresponds to a side sectional view cut at the position of.
[Explanation of symbols]
10 ... weight body
15: Upper layer of weight body
16: Weight body
21-24… Bridge body
30 ... pedestal
41-43 ... Voltmeter
51-53 ... power supply
100: first layer (silicon layer)
110 ... weight body first layer
121 to 124: Bridge body first layer
121α ... wide bridge body
121β-124β ... narrow bridge body
130 ... pedestal first layer
140α ... Eaves
150α ... Eaves
161 to 164: electrode layer
200: second layer (silicon oxide layer)
210: Weight body second layer
221-224: Bridge body second layer
230: Pedestal second layer
300: third layer (silicon layer)
310: Weight body third layer
330 ... pedestal third layer
400 ... resist layer
410 ... weight resist layer
421 to 424: Bridge body resist layer
430: Pedestal resist layer
500: Material layer for stopper
540: Stopper wall
550: Stopper wall
580: Stopper wall
600 ... resist layer
640: stopper wall resist layer
650: stopper wall resist layer
a, b, c ... cutting line
C1 to C4: Capacitance element
+ Fx: External force in the X-axis direction
+ Fz: External force in the Z-axis direction
G, G1, G2, G3 ... groove
J1 to J4 ... joint
L1 to L6 ... boundary position
ML: Mask for lower surface
MS: Mask for stopper
MU: Mask for upper surface
M10: Weight mask upper surface mask area
M21 to M24: Bridge body mask area
M30: Base top mask area
M40: Stopper wall mask area
M50: stopper wall mask area
M60: Weight lower surface mask area
M70: Mask area under the base
Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, Rz1 to Rz4 ... piezoresistive element
Rx11: U-shaped resistance element
Ta, Tb ... wiring ends
V: V-shaped groove
V1, V2: gap for stopper
W1 to W4 ... wiring
X, Y, Z ... coordinate axes
α, β ... Dimension values

Claims

A weight, a pedestal provided to surround the weight, and a bridge connecting the upper part of the pedestal and the upper part of the weight, wherein a force is applied to the weight. When acted, the bridge body is bent, and the weight body is configured to be displaced with respect to the pedestal, and a dynamic quantity detection that can be used for detecting a dynamic quantity based on the flexure or the displacement. A method for manufacturing a structure for a sensor, comprising stacking three layers of a first layer, a second layer, and a third layer in order from the top, wherein the first layer and the second layer have etching characteristics with each other. Preparing a material substrate such that the third layer and the second layer have different etching characteristics from each other;
A weight upper surface mask region for forming the upper surface of the weight, a pedestal upper surface mask region for forming the upper surface of the pedestal, and a bridge body mask region for forming the bridge body; And at least one of between an inner end of the bridge body mask region and an outer periphery of the weight body upper surface mask region, and between an outer end of the bridge body mask region and an inner periphery of the pedestal upper surface mask region. In the upper surface mask preparation step of preparing an upper surface mask in which the stopper gap is secured,
A lower surface mask preparation step of preparing a lower surface mask having a weight lower surface mask region for forming the lower surface of the weight, and a pedestal lower surface mask region for forming the lower surface of the pedestal,
Using the upper surface mask, the first layer is etched in the thickness direction until the upper surface of the second layer is exposed, and the weight body remaining under the weight body upper surface mask region is removed. A first layer etching for forming one layer, a pedestal first layer remaining under the pedestal upper surface mask region, and a bridge body first layer remaining under the bridge body mask region as a first layer remaining portion; Stages and
Using the remaining portion of the first layer as a mask, etching is performed on the second layer in the thickness direction until the upper surface of the third layer is exposed, and the second layer is left under the first layer of the weight body. A weight second layer, a pedestal second layer remaining under the pedestal first layer, and a bridge second layer remaining under the bridge first layer are formed as a second layer remaining portion. A second layer etching step,
By filling the stopper gap portion formed in the second layer with a stopper material having an etching characteristic different from that of the second layer, corresponding to the position of the stopper gap of the upper surface mask, Forming a stopper wall for stopping the progress of etching of the remaining portion of the two layers,
The third layer is etched in the thickness direction using the lower surface mask, and the weight third layer remaining on the weight lower surface mask region and the pedestal lower surface mask region are etched. A third layer etching step of separately forming the pedestal third layer remaining above as a third layer remaining portion;
A second layer re-etching step of performing etching on the remaining portion of the second layer using the stopper wall as an etching stopper to remove the bridge body second layer;
A weight body is formed by a stacked body including the weight body first layer, the weight body second layer, and the weight body third layer, and the pedestal first layer and the pedestal second layer A method of manufacturing a structure for a physical quantity detection sensor, wherein a pedestal is formed by a laminate including the pedestal third layer, and a bridge is formed by the first layer of the bridge.

The method according to claim 1,
The first layer etching step is performed by an etching method that has an erodible property for the first layer and has no erodable property for the second and third layers. The method of manufacturing the structure.

The manufacturing method according to claim 1 or 2,
The second layer etching step is performed by an etching method that has an erodible property for the second layer and has no erodable property for the first and third layers. The method of manufacturing the structure.

In the manufacturing method according to any one of claims 1 to 3,
The third layer etching step is performed by an etching method that is erodible for the third layer and non-erodible for the first layer, the second layer, and the stopper material. A method for manufacturing a structure for an amount detection sensor.

In the manufacturing method according to any one of claims 1 to 4,
The step of re-etching the second layer is performed by an etching method that is erodible for the second layer and is not erodable for the first layer, the third layer, and the stopper material. A method for manufacturing a structure for a physical quantity detection sensor.

The method according to any one of claims 1 to 5,
A method for manufacturing a structure for a physical quantity detection sensor, wherein the second layer re-etching step is performed after the third layer etching step.

The method according to any one of claims 1 to 5,
A method for manufacturing a structure for a physical quantity detection sensor, wherein the second layer re-etching step is performed before the third layer etching step.

The method according to any one of claims 1 to 7,
Stopper wall forming step,
Depositing a stopper material on the substrate after the second layer etching step is completed to form a stopper material layer;
Preparing a stopper mask having a stopper mask region for forming a stopper wall;
Utilizing the stopper mask, removing unnecessary portions of the stopper material layer by etching, and leaving the remaining portion as a stopper wall;
A method for producing a structure for a physical quantity detection sensor, the method comprising:

The manufacturing method according to claim 8,
In the first layer etching step and the second layer etching step, etching for forming a V-shaped groove is performed,
A method of manufacturing a structure for a physical quantity detection sensor, wherein a stopper material layer is formed on a slope of the V-shaped cross section by using a CVD method when depositing a stopper material. .

The manufacturing method according to claim 8 or 9,
A mechanical quantity detection sensor characterized in that after removing an unnecessary portion of the stopper material layer by etching, the upper surface of the remaining portion is polished to form a stopper wall having the same height as the upper surface of the first layer. Of manufacturing structure for use.

The method according to any one of claims 1 to 10,
A method for manufacturing a structure for a physical quantity detection sensor, comprising forming a stopper wall having an annular shape so as to border an outer periphery of a second layer of a weight body.

The method according to any one of claims 1 to 11,
A method for manufacturing a structure for a physical quantity detection sensor, comprising forming a stopper wall having an annular shape so as to border an inner periphery of a pedestal second layer.

In the manufacturing method according to any one of claims 1 to 12,
At least one width of the inner end and the outer end is provided with a top surface mask having a bridge body mask region having a shape wider than the width of the central portion. A method for manufacturing a structure for a physical quantity detection sensor, wherein a bridge body having a shape wider than a width of a portion is formed.

The manufacturing method according to claim 13,
In order to manufacture a structure having a structure in which a weight body is supported by a plurality of bridge bodies, a plurality of bridge body mask areas are provided, and inner ends or outer sides of a plurality of adjacent bridge body mask areas. Dynamics characterized by preparing a mask for an upper surface in which wide portions provided at the ends are fused to form an eaves-shaped region, and forming an eaves portion corresponding to the eaves-shaped region by a part of the first layer. A method for manufacturing a structure for an amount detection sensor.

In the manufacturing method according to any one of claims 1 to 14,
A method for manufacturing a structure for a physical quantity detection sensor, wherein an SOI substrate is prepared as a material substrate having a three-layer structure in a substrate preparation stage.

The manufacturing method according to claim 15,
A physical quantity detection characterized by using an SOI substrate in which the first layer is made of silicon, the second layer is made of silicon oxide, and the third layer is made of silicon, and silicon nitride is used as a stopper material. A method for manufacturing a structure for a sensor.

A method for manufacturing an acceleration sensor using the manufacturing method according to any one of claims 1 to 16,
An acceleration sensor having a function of detecting an acceleration acting on the weight body based on a resistance value of the piezoresistive element, further performing a resistance element forming step of forming a piezoresistive element on the upper surface of the bridge body first layer; A method for manufacturing an acceleration sensor, which is manufactured.

The method for manufacturing an acceleration sensor according to claim 17,
A method for manufacturing an acceleration sensor, wherein a piezoresistive element is arranged at a position in contact with a stopper wall or at a position near the stopper wall.

The method for manufacturing an acceleration sensor according to claim 18,
A method of manufacturing an acceleration sensor, comprising: disposing a U-shaped resistive element such that a U-shaped bottom portion is on a side of a stopper wall;

A method for manufacturing an acceleration sensor using the manufacturing method according to any one of claims 1 to 16,
In the substrate preparing step, a material substrate in which the first layer and the third layer are made of a conductive material is prepared,
In the mask preparation step for upper surface, preparing a mask for upper surface further having an electrode layer mask region for forming an electrode layer at a predetermined position, and performing the same etching process as that of the bridge body mask region on the electrode layer mask region Thus, the electrode layer is formed by a part of the first layer, and the capacitive element is formed by the formed electrode layer and the upper surface of the third-layer weight body, and the capacitance is determined based on the capacitance value of the capacitive element. A method for manufacturing an acceleration sensor, comprising manufacturing an acceleration sensor having a function of detecting acceleration applied to a weight.

A method for manufacturing an angular velocity sensor using the manufacturing method according to any one of claims 1 to 16,
In the substrate preparing step, a material substrate in which the first layer and the third layer are made of a conductive material is prepared,
In the mask preparation step for upper surface, preparing a mask for upper surface further having an electrode layer mask region for forming an electrode layer at a predetermined position, and performing the same etching process as that of the bridge body mask region on the electrode layer mask region The electrode layer is formed by a part of the first layer, the capacitor element is formed by the formed electrode layer and the upper surface of the third layer weight body, and power is supplied to the formed capacitor element so that the weight is obtained. Manufacturing an angular velocity sensor having a function of detecting an angular velocity applied to a weight body based on a capacitance value of a formed capacitive element in a state where the body is vibrated; Method.