JP2006242692A - 加速度センサチップ - Google Patents

Abstract

【課題】パッケージ内でのレイアウトを容易にし、なおかつ検出感度が良好な加速度センサチップ。
【解決手段】加速度センサチップ１０は、フレーム体部１２ｃ、突起部１２ｄを有するフレーム部１２と、合計４つの梁部１６により可動に支持されている中心錘部１４ａ、４つの直方体形状の突出錘部１４ｂを有している可動構造体１４と、突出錘部とは非接触として、当該突出錘部上に延在させて設けられている複数のストッパ１９とを具えている。
【選択図】図１

Description

この発明は、感度を向上させた加速度センサチップに関する。

半導体微細加工技術を応用したマイクロマシニング技術を用いて、数百μｍ程度の微小な可動構造体を製造する技術が発展してきている。例えば、各種のセンサ、光通信分野における光スイッチ、高周波（ＲＦ）部品等への応用が始まっている。

このような可動構造体は、従来の半導体製造プロセスにより製造することができるため、単一のチップに集積することができる。

上述した可動構造体を含む、特定の機能を有するシステムが構築されているチップは、Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ−Ｓｙｓｔｅｍｓ：ＭＥＭＳ、又はＭｉｃｒｏ−Ｓｙｓｔｅｍ−Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：ＭＩＳＴと称されている（以下、単にＭＥＭＳデバイスと称する。）。

このようなＭＥＭＳデバイスとしては、いわゆる加速度センサが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

以下、図９を参照して、特許文献１に開示されている従来の加速度センサの構成の概略につき説明する。

図９（Ａ）は、従来の加速度センサチップパッケージを上面側からみた、構成要素を説明するための概略的な平面図である。図９（Ｂ）は、図９（Ａ）のＡ−Ａ’で示した一点鎖線で切断した切り口を示す模式的な図、図９（Ｃ）は、図９（Ａ）のＢ−Ｂ’で示した一点鎖線で切断した切り口を示す模式的な図である。

この文献に開示されているピエゾ型加速度センサ１１０によれば、錘固定部１１４ａを可撓的に支持する周辺固定部１１２と、錘固定部１１４ａに固定された錘部１１４ｂとを備えている。錘固定部１１４ａは梁部１１６により周辺固定部１１２に接続されている。梁部１１６には、錘部１１４ｂの変位を検出するピエゾ素子１３６が設けられている。

ピエゾ型加速度センサ１１０の上面外形と、錘固定部１１４ａ及び錘部１１４ｂが格納される開口部１５０の上面形状とは、正方形とされている。

さらに、錘部１１４ｂの変位を制限するために、錘部１１４ｂの上面とは離間して配置されたストッパ１１９を備えている。
特開２００４−１９８２４３号公報

上述した従来の加速度センサチップの構成によれば、周辺固定部、錘部及び錘部が格納される溝部、すなわち加速度センサチップ全体としては、その上面側からみたときの平面形状が正方形にデザインされている。

加速度センサチップは、この加速度センサチップの動作を制御する制御チップ等の他のチップとパッケージ化される場合がある。近年、このような加速度センサチップを含む加速度センサチップパッケージは、かかるパッケージが内蔵される機器の小型化又は薄型化に伴って、パッケージのさらなる小型化及び薄型化が強く要求されるに至っている。

しかしながら、加速度センサチップのさらなる薄型化及び小型化を図ろうとすれば、必然的に錘部の体積、すなわち質量を減じなくてはならないため、加速度、振動、傾斜等の検出感度が低下してしまう。

また、加速度センサチップが、上述したように正方形の平面形状を有していると、パッケージの薄型化の要求に応えるために、例えば、加速度センサチップを含む複数のチップを平面的に並置させてパッケージ化する場合には、パッケージ内の他のチップ等と組み合わせて、平面的な最小面積で組み合わせるレイアウトを得るのが難しく、パッケージの平面的なサイズを小型化するのが困難であった。

このように、さらなる小型化及び薄型化を図りつつ、パッケージ内でのレイアウトを容易にし、なおかつ検出感度が損なわれない加速度センサチップを実現するための技術が嘱望されている。

この発明は、上記課題に鑑みてなされたものである。上述した課題を解決するにあたり、この発明の加速度センサチップは、主として下記のような構成を含んでいる。

すなわち、加速度センサチップはフレーム部を具えている。フレーム部は、長方形の上面及びこの上面と対向する下面を有している。

フレーム部はフレーム体部と突起部とを有している。フレーム体部は、長方形の枠状体であり、チップの外形を象っている。突起部は枠状体のそれぞれの短辺の中心から垂直に対向する短辺に向かって突出して設けられている。

加速度センサチップは、さらに合計４つの梁部を具えている。これらの梁部は、枠状体のそれぞれの長辺の中心から垂直に、対向する長辺に向かって突出して設けられているとともに、突起部の先端から突起部の延在方向にそれぞれ設けられている。

加速度センサチップは、さらに可動構造体を具えている。この可動構造体は、上述の梁部により可動に支持されている。可動構造体は、直方体形状の中心錘部と複数の突出錘部とを有している。中心錘部は、正方形の第１表面（上面）と、この第１表面と平行に対向し、かつ第１表面と同一形状の第２表面（下面）と、第１表面及び第２表面に挟まれている４つの側面とを有している。この中心錘部はその側面が上述した梁部の先端に、個別に接続されて設けられている。従って、中心錘部は、全体的にみて、略長方形の第１主表面（上面）と、この第１主表面と対向する第２主表面（下面）と、第１主表面及び第２主表面に挟まれている４つの側面とを有している。突出錘部は、中心錘部の隣接する側面同士が形成する４つの角隅部それぞれに接続されている。このとき、４つの突出錘部それぞれは、第１主表面の短辺を枠状体の短辺と平行に、及び長辺を枠状体の長辺と平行に延在させて配置されている。さらに、突出錘部の各々は、枠状体、突起部、梁部とは、空間を隔てて、非接触の状態で設けられている。

好ましくは、加速度センサチップは、さらに複数の薄板状のストッパを具えるのがよい。ストッパは、フレーム体部から突出した状態で、突出錘部とは非接触に、及び突出錘部上に延在する庇状に設けられている。このストッパは可動構造体の過度の変位を制限するための機能部である。

この発明の加速度センサチップの構成によれば、加速度センサチップの平面外形及び突出錘部の平面形状を、上面側からみた場合に、長方形状となるよう構成したので、チップの厚みを厚くすることなく、突出錘部の質量を増大させることができる。よって、加速度センサチップの検出感度を向上させつつ、加速度センサチップのさらなる薄型化を図ることができる。

また、チップの外形が長方形とできるので、種々の形状のチップと組み合わせて、平面的なサイズが最小となるようにレイアウトしてパッケージ化し易い。従って、加速度センサチップの検出感度を向上させつつ、加速度センサチップパッケージをより小型化及び薄型化することができる。

さらに、ストッパを突起部を利用して、より大面積とするか、又は設置数を増やすことができるので、可動構造体の過度の変位を抑制し、加速度センサチップの故障の発生を減少させることができる。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態につき説明する。なお、図面には、この発明が理解できる程度に各構成成分の形状、大きさ及び配置関係が概略的に示されているに過ぎず、従って、この発明は、特に図示例にのみ限定されるものではない。

また、以下の説明において、特定の材料、条件及び数値条件等を用いることがあるが、これらは好適例の１つに過ぎず、従って、この発明は何らこれら好適例に限定されるものではない。

以下の説明に用いる各図において、同様の構成成分については、同一の符号を付して示し、その重複する説明を省略する場合もあることを理解されたい。

まず、図１〜図３を参照して、この発明の加速度センサチップの構成例につき説明する。ここでは、いわゆるピエゾ素子を含むブリッジ回路を具備したピエゾ型３軸半導体加速度センサチップを例にとって説明する。

図１は、加速度センサチップの構成要素を説明するための上面側からみた概略的な平面図である。

図２（Ａ）は、図１のＡ−Ａ’で示した一点鎖線で切断した切り口を示す模式的な図であり、図２（Ｂ）は、図１のＢ−Ｂ’で示した一点鎖線で切断した切り口を示す模式的な図である。

図３は、加速度センサチップの構成要素を説明するための下面側からみた概略的な平面図である。

図１及び図３に示すように、加速度センサチップ１０は、平面形状が長方形であって、平行平面板状である半導体基板に作り込まれている。例えば、半導体基板としてはいわゆるＳＯＩ基板を用いるのがよい（詳細は後述する。）。

加速度センサチップ１０は、フレーム部１２を具えている。フレーム部１２は、加速度センサチップ１０の外形を象っている長方形の長方形の枠状体１２ｃと複数の突起部１２ｄとを有している。この枠状体１２ｃをフレーム体部とも称する。フレーム体部１２ｃの短辺及び長辺は幅と厚みが同一の直方体を構成している。

図１及び図３に示す構成例では、フレーム部１２の表面、すなわち、上面１２ａから基板裏面、すなわち下面１２ｂまでの厚みは第１の厚みＤ１であって、上面１２ａ及び下面１２ｂは、互いに平行に対向して設けられている。また、フレーム体部１２ｃは、その長辺及び短辺が図中に示したｘ軸及びｙ軸方向にそれぞれ延在しているものとする。

図１〜図３に示す構成例では、フレーム部１２と一体的に形成された２つの突起部１２ｄを具えている。これら突起部の形状は直方体である。一方の突起部１２ｄは、フレーム体部１２ｃ、すなわち枠状体１２ｃの２つの短辺の一方に設けられ、他方の突起部１２ｄは他方の短辺に設けられている。これら突起部１２ｄは、それぞれの短辺の中心から、対向する他方の短辺に向かう、前者の短辺に対して垂直な方向（ｘ方向）に、突出して設けられている。この突起部１２ｄの幅及び突出長については後述するが、厚みは第１の厚みＤ１である。また、突起部１２ｄの上面及び下面は、それぞれフレーム体部１２ｃの上面及び下面と同一の高さにある。

加速度センサチップ１０は、さらに複数の梁部１６を具えている。図１〜図３に示す構成例では、加速度センサチップ１０は、４つの梁部１６を具えている。これら梁部１６は、長方形の対向する辺の中心間を結ぶ十字線上に延在して設けられている。これら梁部１６の上面は、上面１２ａと同一面レベル、すなわち同一高さにある。梁部１６の厚みは第１の厚みＤ１より薄い第２の厚みＤ２とされている。各梁部１６は、全体的に細長の薄板状の直方体の形態を有している。

梁部１６は、先ず、フレーム体部１２ｃ、すなわち長方形の２つの対向する長辺それぞれの中央部から１本ずつ突出させて、長辺と一体的に設けられている。これら２本の梁部１６は、かかる長辺に対して垂直な方向に、この長方形の中心Ｃに向かう方向（ｙ方向）に、延在するように設けられている。

さらに、別の２本の梁部１６は、突起部１２ｄの先端１２ｄａから、１本ずつ突出させて、短辺と一体的に設けられている。これら２本の梁部１６は、短辺に対して垂直な方向、すなわち、中心Ｃに向かう方向（ｘ方向）に、延在するように設けられている。これら４本の梁部１６は、加速度の変化に起因する撓みが発生する部分であるので、同質の材料で同一形状に形成するのがよい。すなわち、これら梁部１６の幅、長さ及び厚みは互いに同一とするのが好適である。しかしながら、この発明の目的を損なわない範囲で、複数の梁部１６の幅、長さ及び厚みは、互いに異なるものであってもよい。

これら梁部１６の先端は、互いに離間していて、ｘ方向及びｙ方向の２つの対向する先端間距離を互いに等しくしている。これら対向する梁部１６間の間隔は設計に応じて任意好適な値に設定できる。この間隔が決まると、フレーム体部１２ｃの長辺に設けた梁部１６の長さが決まり、よって、フレーム体部１２ｃの短辺に設けられた突起部１２ｄの長さが決まる。また、突起部１２ｄの幅は、この例では梁部１６の幅と同一としてあるが、何らこれに限定されるものではない。

加速度センサチップ１０は、可動構造体１４を具えている。可動構造体１４は、長方形のフレーム体部１２ｃの中心Ｃに、その中心を合わせて配置されている。可動構造体１４は、４つの梁部１６により、図２中、白抜きの双頭矢印Ａ及びＢで示した両方向に可動に支持されている。すなわち、可動構造体１４は、４本の梁部１６の先端に接続されて、これら梁部１６と一体的に形成されてフレーム部１２の内側空間、すなわち開口部（凹部）１５内に吊されている。なお、この開口部１５は、半導体基板を加工して互いに形状や寸法の異なるフレーム部１２、梁部１６及び可動構造体１４を形成したときに、半導体基板に作られる凹み及び貫通孔を含む空間である。

可動構造体１４の上面は、フレーム部１２及び梁部１６の上面と同一の高さにある。可動構造体１４は、中心錘部１４ａと、この中心錘部１４ａから突出してこれと一体的に形成されている突出錘部１４ｂとを有している。

中心錘部１４ａは、上面及び下面が正方形をなしている直方体形状のブロック体である。この正方形の辺長は、上述した梁部１６の対向する先端間の距離に等しい。また、中心錘部１４ａの厚みは、第１の厚みＤ１と第２の厚みＤ２との中間の第３の厚みＤ３とする。すなわち、図２（Ａ）に示すように、中心錘部１４ａは、正方形の第１表面１４ａａ、この第１表面１４ａａと平行に、第１表面１４ａａに対向する第１表面１４ａａと同一形状の第２表面１４ａｂを有している。すなわち、正方形状の第１及び第２表面１４ａａ及び１４ａｂは、それぞれの辺が互いに平行に対向している。

中心錘部１４ａは、中心錘部側面１４ａｃを有している。すなわち、４つの中心錘部側面１４ａｃは、第１表面１４ａａ及び第２表面１４ａｂに挟まれている。４つの中心錘部側面１４ａｃは、それぞれ隣接する側面と互いに垂直に接続されていて角隅部１４ａｄを形成している。

既に説明した梁部１６は、中心錘部側面１４ａｃに対して直角に接続されている。また、梁部１６は、第１表面１４ａａと同一の高さとして中心錘部１４ａに接続されている。

突出錘部１４ｂは、直方体状のブロック体である。突出錘部１４ｂは、短辺１４ｂｃ及び長辺１４ｂｄを有する第１主表面１４ｂａと、第１主表面１４ｂａと対向する第２主表面１４ｂｂとを有している。

突出錘部１４ｂは、略長方形の第１主表面１４ｂａ及び第２主表面１４ｂｂに挟まれている長方形状の４つの突出錘部側面１４ｂｆを有している。

突出錘部１４ｂは、中心錘部１４ｂの中心錘部側面１４ａｃが形成する既に説明した角隅部１４ａｄそれぞれに、１つずつ設けられているので、全体で４個となる。４つの突出錘部１４ｂは、互いに同一の材質で同一の形状及び寸法に形成されている。それぞれの突出錘部１４ｂの第１主表面１４ｂａの短辺１４ｂｃの方向をｙ方向に沿って揃えてあり、及び長辺１４ｂｄ方向を、ｘ方向に沿って揃えてある。このように突出錘部１４ｂは、中心錘部１４ａと一体的に形成されていて、しかも、上述したフレーム部１２（フレーム体部１２ｃ及び突出部１２ｄ）と、梁部１６とは、一定幅の空隙５０を以って離間させて設けられている。さらに突出錘部１４ｂは、後述するストッパ１９から空隙５０を以って切り離して設けられている。この突出錘部１４ｂの厚みＤ４は、中心錘部１４ａの側では、第１及び第２の厚みＤ１及びＤ２の間であればよく、好ましくは、第３の厚みＤ３と等しくするのがよい。

また、突出錘部１４ｂのフレーム体部１２ｃ側の端部の厚みは、上面側を除去して薄く形成して後述するストッパ１９と非接触となる厚み第５の厚みＤ５としてある。すなわち、突出錘部１４ｂは、中心錘部１４ａによって支持されていて、フレーム部１２は、梁部１６及びストッパ１９と非接触として、全体としてｘ方向に長い直方体として設けられている。

突出錘部１４ｂ自体の周側面は、フレーム部１２及び梁部１６のそれぞれの対向する壁面と平行である。このように、４つの突出錘部１４ｂは、フレーム体部１２ｃの枠内に、２行２列の形態で、１個ずつ納められている。行間の仕切は、突起部１２ｄと、梁部１６と、中心錘部１４ｂの直線配列で形成されており、また、列間の仕切は、梁部１６と、中心錘部１４ｂの直線配列で形成されている。なお、上述した空隙５０は、開口部１５の一部分を構成していて、加速度センサチップ１０を貫通して設けられている。

このような可動構造体１４の構成において、突出錘部１４ｂの短辺１４ｂｃの延在方向（ｙ方向）への過度の変位は、フレーム体部１２ｃと突起部１２ｄとによって制限される。特に、突起部１２ｄにより、加速度センサチップ１０の耐衝撃性をより向上させることができる。

上述したフレーム部１２、梁部１６及び可動構造体１４は、同一平面内に、それぞれの上面を有していて、全てが一体として接続されている。

４本の梁部１６を互いに等長とすれば、直方体状であるフレーム部１２、突出錘部１４ｂのｘ方向及びｙ方向への長さの異同（すなわち、縦横比）にかかわらず、加速度センサチップの感度をほぼ均一にすることができる。

加速度センサチップ１０は、複数のストッパ１９を具えている。ストッパ１９は、図２中、可動構造体１４の上下面に垂直な白抜き双頭矢印Ａ方向への必要以上の変位を抑制する薄板状体である。

ストッパ１９は、フレーム体部１２ｃからフレーム体部１２ｃの内側空間内に庇状に突出延在している。このとき、ストッパ１９は突出錘部１４ｂとは非接触として、突出錘部１４ｂの一部分の上側に延在させて設けられている。すなわち、ストッパ１９は、フレーム部１２の上面１２ａに沿って、突出錘部１４ｂと対向させて延在させてある。なお、ストッパ１９と対向する突出錘部の一部領域を対向部とも称する。

ストッパ１９は、図１〜図３に示す構成例では、突出錘部１４ｂそれぞれのフレーム部１２側に位置する２つの角隅部１４ｂｇ上にそれぞれ延在させてある。一方のストッパ１９は、この例では、フレーム体部１２ｃの短辺及び長辺とが形成する角隅部にこれら短辺及び長辺から３角翼状に張り出して設けられている。他方のストッパ１９は、フレーム体部１２ｃの短辺と突起部１２ｄとにより形成される角隅部に３角翼状に張り出して設けられている。従ってストッパ１９の３角形状に合わせて、突出錘部１４ｂそれぞれのフレーム体部１２ｃの短辺側の角隅部の上面側、すなわち対向部は、ストッパ１９と接触しないように肉薄の段差部１４ｂｅとされている。

このようにすれば、ストッパ１９は突出錘部１４ｂそれぞれの２つの角隅部上に存在している、すなわち、数的にもより多くのストッパ１９により突出錘部１４ｂの過度の変位を制限するので、可動構造体１４の上下面方向（図２中の双頭矢印Ａ及びＢ方向）への不所望な変位をより確実に制限することができる。結果として、加速度センサチップの耐衝撃性が向上する。すなわち、加速度センサチップの検出限界を大きく上回る衝撃（加速度）が加わった場合でも、複数のストッパにより、１つの突出錘部あたりにかかる応力を分散させることができるので、加速度センサチップの故障をより確実に防止することができる。

ストッパ１９の形状は図示例に限定されない。例えば、ストッパ１９を、突出錘部１４ｂそれぞれの、フレーム体部１２ｃ側の２つの角隅部１４ｂｇ（図３参照。）の上側に延在し、フレーム体部１２ｃの上面１２ａと同一平面に含まれる上面を有する形態で張り出し、かつフレーム体部１２ｃの長辺から突起部１２ｄに至る辺を有する矩形状の庇状体としてもよい。

このようにすれば、ストッパ１９は、突出錘部１４ｂの第１主表面１４ｂａ上をより広い面積でカバーすることが可能となるので、過剰な衝撃が加わることによる加速度センサチップの破壊をより確実に防止することができる。

既に説明したとおり、突出錘部１４ｂのストッパ１９との対向部は、非対向部分よりも肉薄に形成してある。この肉薄部は図３において、破線の丸印で示したように、角隅部１４ｂｇを含む領域に形成されている。この上面は肉厚部の上面、すなわち第１主表面１４ｂａよりも低い位置にあるので、当然ながら肉厚部と肉薄部の間に階段状の段差部１４ｂｅが形成されている。段差部１４ｂｅは、突出錘部１４ｂとストッパ１９とを、所定範囲内での加速度の測定時に非接触とするために、その平面形状をストッパ１９の形状及び大きさよりも若干大きめの相似形に形成するのがよい。段差部１４ｂｅの高さＤ５及び面積は、ストッパ１９の形状及び大きさを勘案し、かつ所定範囲内での加速度の測定時に加速度センサチップ１０の動作を妨げないことを条件として、任意好適なものとすることができる。

梁部１６には、加速度をその撓みの大きさとして検出するための機能素子１７が設計に応じた適当な個数で形成されている。機能素子１７は、ピエゾ素子（１７）とするのがよい。また、好ましくは例えばピエゾ素子と配線（３５）を含んで構成されるいわゆるブリッジ回路３６とするのがよい。このピエゾ素子は、測定目的とする加速度が測定できる好適な位置に設けておけばよい。

より具体的にピエゾ素子にかかる構成につき図６（Ｂ）を参照して説明する。ピエゾ素子１７のそれぞれには、後述する熱酸化膜３２を貫通するコンタクトホール３４を埋め込んで、信号を外部に出力するための配線３５が接続されている。配線３５は、例えば従来公知のアルミニウム（Ａｌ）等の材料が適用される。加速度センサチップ１０の最表面には、パッシベーション膜３８が設けられている。

また、フレーム部１２には、梁部１６のピエゾ素子と電気的に接続されている電極パッド１８が設けられている。この電極パッド１８は、この例ではパッシベーション膜３８を開口して、配線３５の一部を露出して形成されている。

ピエゾ素子１７は、ＬＯＣＯＳ酸化膜２４により、互いに素子分離されている。

次に、この加速度センサチップ１０の動作について簡単に説明する。

加速度センサチップ１０に加速度がかかると、可動構造体１４が変位する。すなわち、可動構造体１４を支持する梁部１６には、可動構造体１４の変位量に応じた大きさの撓みが発生する。この撓みの大きさを、梁部１６に設けられているピエゾ素子１７の電気的な抵抗値の変化量として計測する。計測された抵抗値の変化量は、ピエゾ素子１７を含むブリッジ回路と電気的に接続されている電極パッド１８を介して、加速度センサチップ１０の外部の検出回路等に出力される。このようにして、加速度センサチップ１０にかかる加速度が定量的に検出される。

（加速度センサチップの製造方法）
次に、この発明の加速度センサチップの製造方法について、図４〜図８を参照して説明する。なお、この発明の加速度センサチップの製造工程は、突起部及び特徴的な形状のストッパを形成することを除けば、従来の加速度センサチップの製造工程とほとんど変わるところがないので簡単に説明するにとどめる。

図４（Ａ）、（Ｂ)及び（Ｃ）は、製造途中の加速度センサチップを、図１のＡ−Ａ’で示した一点鎖線に相当する位置で切断した切り口を示す概略的な図である。

図５（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、図４（Ｃ）から続く模式的な図である。

図６（Ａ）及び（Ｂ）は、図５（Ｃ）から続く模式的な図である。なお、図６（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ’で示した一点鎖線に相当する位置で切断した切り口を示す概略的な図である。

図７（Ａ）は、図６（Ｂ）に続く模式的な図であり、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）中の領域Ｒの平面的な要部拡大図である。

図８（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、図７（Ａ）から続く模式的な図である。なお、図８（Ａ）において、図８（Ａａ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ’で示した一点鎖線に相当する位置で切断した切り口を示す概略的な図である。図８（Ａｂ）は、図８（Ａａ）と同じ時点での図１（Ａ）のＢ−Ｂ’で示した一点鎖線に相当する位置で切断した切り口を示す概略的な図である。

はじめに、図４（Ａ)に示すように、基板２０を準備する。基板２０は、第１の面２０ａと、この第１の面２０ａと、この第１の面２０ａと対向する第２の面２０ｂとを有している。この基板２０は、好ましくは、第１シリコン層２１、シリコン酸化膜である犠牲層（ＢＯＸ層）２２及び第２シリコン層２３を積層してなる構成を有するＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェハとするのがよい。

基板２０には、予め、スクライブラインＳにより区画される複数のチップ領域２０ｃを設定しておく。この例では複数が設けられるチップ領域２０ｃのうち、代表として１つを示して説明する。このチップ領域２０ｃは、個片化により加速度センサチップ１０となる領域である。

次いで、基板２０のチップ領域２０ｃの内側に、その内周枠領域２０ｄを設定する。この内周枠領域２０ｄは、可動構造体１４が形成されず、後に枠（フレーム部）として加速度センサチップ１０の外形を画成する領域である。

すなわち、チップ領域２０ｃには、フレーム部１２が形成されるフレーム（内周枠）領域２０ｄと、可動構造体１４が形成される可動構造体形成予定領域１４Ｘと、梁部１６が形成される梁部形成予定領域１６Ｘが含まれている。

次に、加速度センサチップの本質的な機能を奏する可動構造体（１４）を作り込む。この可動構造体は、図１を参照して説明したように、中心錘部（１４ａ）及び突出錘部（１４ｂ）を有している。

そのために、まず、図４（Ｂ)に示すように、この基板２０の第１シリコン層２１上、すなわち、第１の面２０ａ側に、常法に従って、パッド（Ｐａｄ）酸化膜２５及びシリコン窒化膜２６を形成する。

然る後、従来公知のホトリソグラフィ工程により、パッド酸化膜２５及びシリコン窒化膜２６をパターニングして所定のマスクパターンを形成する。このマスクパターンは後述するＬＯＣＯＳ（Ｌｏｃａｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｉｌｉｃｏｎ）酸化膜を形成するためのマスクパターンである。

次いで、図４（Ｃ）に示すように、常法に従ってＬＯＣＯＳ酸化膜２４を形成する。このＬＯＣＯＳ酸化膜２４は、後述する機能素子（１７：ピエゾ素子）を素子分離する。

次に、マスクパターンとして使用されたパッド酸化膜２５及びシリコン窒化膜２６を除去する。ここで、基板２０の厚さをＤ１とする。

次いで、常法に従って、ピエゾ素子を形成する。例えば、まず、図５（Ａ）に示すように、基板２０に、上述したＬＯＣＯＳ酸化膜２４をマスクとして、イオン注入を行う。このイオン注入工程は、従来公知のイオン注入装置を使用すればよい。常法に従い、ＬＯＣＯＳ酸化膜２４から露出する領域に、イオン３０として、Ｐ型不純物である例えばボロン（Ｂ)を、打ち込む。

次いで、常法に従って、打ち込まれたイオンの熱拡散工程を行って、ＬＯＣＯＳ酸化膜２４の下側の領域まで、注入されたイオンを拡散させる。

この熱拡散工程により、基板２０のＬＯＣＯＳ酸化膜２４から露出する領域には、熱酸化膜３２が形成される（図５（Ａ））。

このように、常法に従って、基板２０の所定の位置、すなわち、梁部形成予定領域１６Ｘに、ピエゾ素子を作り込む。

次に、図５（Ｂ）に示すように、従来公知のホトリソグラフィ工程及びエッチング工程により、拡散層（ピエゾ素子）に電気的に接続するための熱酸化膜３２を貫通するコンタクトホール３４を形成する。

然る後、図５（Ｃ）に示すように、ＬＯＣＯＳ酸化膜２４及び熱酸化膜３２上に、例えば、コンタクトホール３４を埋め込む配線３５を、従来公知の形成工程により形成する。

この工程により、ピエゾ素子（１７）と配線３５とは電気的に接続されて、ピエゾ素子を含むブリッジ回路３６が形成される。また、このとき、配線３５の一部分は、チップのの任意好適な位置、例えばフレーム部１２上にまで延在するように導出される。

次いで、図６（Ａ）に示すように、熱酸化膜３２の露出している領域（後述する可動構造体１４、梁部１６の形成予定領域１４Ｘ、１６Ｘ）を、常法に従って、除去する。

さらに、図６（Ｂ）に示すように、例えばシリコン窒化膜（Ｓｉ₃Ｎ₄）であるパッシベーション膜３８を、基板２０上に形成する。

このとき、パッシベーション膜３８は、従来公知のホトリソグラフィ工程及びエッチング工程により、パターニングされる。このパターニング時に、フレーム部１２に設けられたパッシベーション膜３８から、上述したピエゾ素子に接続されている配線３５（ブリッジ回路３６）の一部分を露出させて電極パッド１８を形成してもよい。

次いで、可動構造体（１４）、梁部（１６）及びストッパ（１９）（図１参照。）として完成していない前駆可動構造体１４Ｘａ、前駆梁部１６Ｘａ及び前駆ストッパ１９Ｘａ（これらを単に前駆構造体と総称する場合もある。）を形成する。前駆構造体は、犠牲層２２により固定されている。前駆構造体は、基板２０の第１の面２０ａ側及び第２の面２０ｂ側の第１及び第２シリコン層２１及び２３を、犠牲層２２をエッチングストッパ層として部分的にエッチングして間隙５０及び凹部１５を形成することにより得られる。

そのためには、例えば、まず、間隙５０を形成するために厚膜レジストによるマスクパターンを、従来公知のホトリソグラフィ工程、例えば、コンタクト露光工程又はプロジェクション露光工程により形成する（図示せず。）。

このマスクパターンは、内周枠領域２０ｄの内側であって、可動構造体形成予定領域１４Ｘ、梁部形成予定領域１６Ｘ及びストッパ形成予定領域１９Ｘ外の領域を開口させる。

すなわち、このマスクパターンは、後述する可動構造体形成予定領域１４Ｘ及びストッパ形成予定領域１９Ｘを区画する線状のパターン、すなわち、フレーム部（１２）及び可動構造体（１４）を区分けする線状の開口部４０と、可動構造体（１４）及びストッパ（１９）を区分けしていて、開口部４０と連続的に設けられている線状開口部４０ａａ及びストッパ形成予定領域１９Ｘに複数が設けられているドット状開口部４０ａｂを含むストッパ形成用開口部４０ａを有するパターンとして、形成される（図７（Ｂ）も参照されたい。）。

特にストッパ形成用開口部４０ａのドット状開口部４０ａｂの形状、サイズ、個数及び配置位置は、ストッパ切り離し用開口部の形状にあわせて、すなわち、可動構造体とストッパとを離間させ、かつストッパの機能を損なわない範囲で任意好適なものとすればよい。

次いで、図７（Ａ）に示すように、このマスクパターンをマスクとして、常法に従い、例えば、いわゆるＢｏｓｈ法によるエッチングを行う。具体的には、露出している第１シリコン層２１の表面から、犠牲層であるＢＯＸ層２２の表面に達するまで、第１シリコン層２１のエッチングを行う。このエッチングは、例えば、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）方式で、材料としてＣ₄Ｆ₈を用いて側壁保護を行い、またエッチャントとしてＳＦ₆を用いてエッチングを行う。このエッチングは、側壁保護工程とエッチング工程とを適宜繰り返すことにより、深堀エッチングを行うものとすればよい。

図７（Ｂ）に示すように、このエッチング工程により、第１シリコン層２１を貫通してＢＯＸ層２２を露出させる開口部４０及びストッパ形成用開口部４０ａが形成される。この例では、ストッパ形成用開口部４０ａとして、ストッパ１９と突出錘部１４ｂとを離間させる線状開口部４０ａａ及びストッパ形成予定領域１９Ｘに９個のドット状開口部４０ａｂを形成する。

ここではＢＯＸ層２２をエッチングストッパ層として使用してエッチングを行っている。従って、ＢＯＸ層２２は、この工程によっては除去されない。すなわち、前駆可動構造体１４Ｘａ、前駆梁部１６Ｘａ及び前駆ストッパ１９Ｘａは、この時点ではＢＯＸ層２２により接続されている。

すなわち、ＢＯＸ層２２に至る開口部４０及びストッパ形成用開口部４０ａの形成により、可動構造体形成予定領域１４Ｘの第１シリコン層部分２１ａと、梁部形成予定領域１６Ｘの第１シリコン層部分２１ｂと、フレーム部１２の第１シリコン層部分２１ｃと、ストッパ１９の第１シリコン層部分２１ｄが残存する。

次に、図８（Ａ）、すなわち図８（Ａａ）及び（Ａｂ）に示すように、第２シリコン層２３に対してエッチングを行う。

具体的には、基板２０を、第２の面２０ｂが上側になるように反転させ、基板２０の第２の面２０ｂ側から、上述と同様に厚膜レジストによるマスクパターン（図示せず。）を、ホトリソグラフィ技術を用いて形成し、次いでＢｏｓｈ法によるエッチング工程を行うことにより、深堀加工すればよい。このエッチングは、フレーム部１２として残存させる内周枠領域２０ｄの内側の領域に対して行う。

このとき、梁部形成予定領域１６Ｘについては、ＢＯＸ層２２に至るまで、ＢＯＸ層２２をエッチングストッパ層として、第２シリコン層２３に対して、エッチングを行う。また、可動構造体形成予定領域１４Ｘの第２シリコン層２３に対しては、第２シリコン層２３の厚みの一部分についてのみエッチングを行って露出面（底面）１４ｃを形成する。このとき、形成される凹部１５のフレーム部１２の頂面からの高さａは、ＢＯＸ層２２の表面までの第１深さと、第２シリコン層２３の被エッチング面までの第２深さｂとを有している。可動構造体１４の厚みは、第２シリコン層２３の被エッチング面までの第２深さｂを第１深さａから減じた厚みｃである。なお、第１深さａは、第２深さｂよりも大である。すなわち、フレーム部１２の厚みＤ１は、基板２０の厚みに等しく、中心錘部１４ａとなる前駆可動構造体１４Ｘａ部分の厚みは、厚みＤ３とされ、かつ突出錘部１４ｂとなる前駆可動構造体１４Ｘａ部分の厚みは、厚みＤ４とされるようにエッチングする。

可動構造体形成予定領域１４Ｘの第２シリコン層部分２３ａに対するエッチングに際しては、第２シリコン層２３の厚さよりも薄く、かつ可動構造体１４が所定量の可動幅を確保できる任意好適な範囲に収まる程度にエッチング深さを調節してエッチングを行えばよい。

このような工程により、半導体基板２０の裏面側に凹凸の底面を有する凹部１５が形成され、前駆構造体が形成される。また、図８（Ａａ）に示すように、フレーム体部（１２Ｃ）及び突起部（１２ｄ）からなるフレーム部（１２）となる前駆構造もこの工程により形成される（図２（Ａ）も参照されたい。）。

このとき、梁部形成予定領域１６Ｘの第１シリコン層２１部分は、ＢＯＸ層２２により裏打ちされることによりその強度が補強された状態であり、かつストッパ形成予定領域１９Ｘ、梁部形成予定領域１６Ｘ、可動構造体形成予定領域１４Ｘ及びフレーム部（１２）となる構造はＢＯＸ層２２により接続された状態である。

次に、上述した前駆構造体、すなわち、前駆可動構造体１４Ｘａ、前駆梁部１６Ｘａ及び前駆ストッパ１９Ｘａそれぞれを、可動な可動構造体１４、可撓性の梁部１６及びストッパ１９として完成させる。そのためには、犠牲層（ＢＯＸ層）２２のうち、凹部１５内に露出している犠牲層部分２２ａ及び前駆ストッパ１９Ｘａの下側に位置する犠牲層部分２２ｃを除去する必要がある。

具体的には、第２の面２０ｂ側から犠牲層部分２２ａを除去する。これにより、第１シリコン層２１と残存している第２シリコン層部分２３ｂとの間に犠牲層部分２２ｂが残存する。

加えて、第１の面２０ａ側から第１シリコン層部分２１ｄに設けられているストッパ形成用開口部４０ａを通じて、前駆ストッパ１９Ｘａの下側に位置する犠牲層部分２２ｃにエッチャントを供給して、犠牲層部分２２ｃを除去する。

その結果、梁部１６は、厚みＤ２を有する肉薄の薄板状体として完成し、所定の加速度の計測ができる程度に撓み自在な状態になる。

このとき、可動構造体１４及びストッパ１９が互いに切り離されて独立した構成として完成する。すなわち、ドット状開口部４０ａｂ直下のＢＯＸ層２２が除去されて、突出錘部１４ｂには、厚さＤ５の段差部１４ｂｅが形成される（図２（Ｂ）参照。）。ストッパ１９は、この段差部１４ｂｅ上に被さる庇状体として完成する（図２（Ｂ）参照。）。また、この時点で初めて、可動構造体１４は可動な構造となる。

この工程は、具体的には、犠牲層２２の材料に応じた工程とすればよい。ただし、配線、ピエゾ素子等のその他の構成が奏する機能を損なわない工程とする必要がある。

この例では犠牲層（ＢＯＸ層）２２は、シリコン酸化膜であるので、例えば、酢酸（ＣＨ₃ＣＯＯＨ）／フッ化アンモニウム（ＮＨ₃Ｆ）／フッ化水素アンモニウム（ＮＨ₄Ｆ）（溶液）を任意好適な混合比（組成比）とした混合溶液をエッチャントとして、従来公知のウェットエッチング工程を実施すればよい。

また、犠牲層の除去工程は、例えば、従来公知のいわゆる平行平板型のＣＶＤ装置を利用し、チャンバ内を減圧した状態で所定のガスを導入して行うのがよい。チャンバ内に導入するガスとしては、例えば、フッ化水素（ＨＦ）及び気体状の水（Ｈ₂Ｏ）を用いるのがよい。

反応条件は、例えば、ガスの流速についてはフッ化水素を５００ｓｃｃｍとし、水を１００ｓｃｃｍとするのがよい。また、圧力を例えば１２ＫＰａとし、かつ温度を例えば８０℃として反応を進行させるのがよい。

このようにして、犠牲層（ＢＯＸ層）２２の一部分を上述したように除去することにより、可動構造体１４、梁部１６及びストッパ１９を完成させる。

最後に、隣接するチップ領域２０ｃ間の領域に設けられたスクライブラインＳに沿って、従来公知のダイシング装置を用いてダイシングを行って、チップ領域２０ｃそれぞれを個片化する。このようにして、図８（Ｃ）に示したように、１枚の基板２０から複数個の加速度センサチップ１０が完成する。

この製造方法によれば、上述した構成を有する加速度センサチップを簡易な工程で効率的に製造することができる。

加速度センサチップの構成要素を説明するための上面側からみた概略的な平面図である。 （Ａ）は、図１のＡ−Ａ’で示した一点鎖線で切断した切り口を示す模式的な図であり、（Ｂ）は、図１のＢ−Ｂ’で示した一点鎖線で切断した切り口を示す模式的な図である。 加速度センサチップの構成要素を説明するための下面側からみた概略的な平面図である。 （Ａ）、（Ｂ)及び（Ｃ）は、製造途中の加速度センサチップを、図１のＡ−Ａ’で示した一点鎖線に相当する位置で切断した切り口を示す概略的な図である。 （Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、図４（Ｃ）から続く模式的な図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、図５（Ｃ）から続く模式的な図である。 （Ａ）は、図６（Ｂ）に続く模式的な図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の領域Ｒの平面的な要部拡大図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、図７（Ａ）から続く模式的な図である。なお、（Ａ）において、（Ａａ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ’で示した一点鎖線に相当する位置で切断した切り口を示す概略的な図である。（Ａｂ）は、（Ａａ）と同じ時点での図１（Ａ）のＢ−Ｂ’で示した一点鎖線に相当する位置で切断した切り口を示す概略的な図である。 従来技術の概略的な説明図である。

符号の説明

１０、１１０：加速度センサチップ
１２：フレーム部
１２ａ：上面
１２ｂ：下面
１２ｃ：フレーム体部
１２ｄ：突起部
１２ｄａ：先端
１４：可動構造体
１４ａ：中心錘部
１４ａａ：第１表面（上面）
１４ａｂ：第２表面（下面）
１４ａｃ：中心錘部側面
１４ａｄ，１４ｂｇ：角隅部
１４ｂ：突出錘部
１４ｂａ：第１主表面（上面
１４ｂｂ：第２主表面（下面）
１４ｂｃ：短辺
１４ｂｄ：長辺
１４ｂｅ：段差部
１４ｂｆ：突出錘部側面（周側面）
１４ｃ：第２シリコン層部分の露出面
１４Ｘ：可動構造体形成予定領域
１４Ｘａ：前駆可動構造体
１５，１５０：開口部（凹部）
１６，１１６：梁部
１６ｃ：第１シリコン層部分の露出面
１６Ｘ：梁部形成予定領域
１６Ｘａ：前駆梁部
１７：機能素子（ピエゾ素子）
１８：電極パッド
１９，１１９：ストッパ
１９Ｘ：ストッパ形成予定領域
１９Ｘａ：前駆ストッパ
２０：基板（ＳＯＩウェハ）
２０ａ：第１の面
２０ｂ：第２の面
２０ｃ：チップ領域
２０ｄ：内周枠領域
２１：第１半導体層（第１シリコン層）
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ：第１シリコン層部分
２２：犠牲層（ＢＯＸ層）
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ：犠牲層部分
２３：第２半導体層（第２シリコン層）
２３ａ、２３ｂ：第２シリコン層部分
２４：ＬＯＣＯＳ酸化膜
２５：パッド酸化膜
２６：シリコン窒化膜
３０：イオン
３２：熱酸化膜
３４：コンタクトホール
３５：配線
３６：ブリッジ回路
３８：パッシベーション膜
４０：開口部
４０ａ：ストッパ形成用開口部
４０ａａ：線状開口部
４０ａｂ：ドット状開口部
５０：間隙
１１２：周辺固定部
１１４ａ：錘固定部
１１４ｂ：錘部
１３６：ピエゾ素子

Claims (6)

1. 上面が長方形のフレーム体部、及び該長方形の短辺の中央部から、該短辺に垂直に対向する短辺に向けて、それぞれ突出して設けられている２つの突起部を有するフレーム部と、
   前記フレーム体部の長辺の中央部から、該長辺に垂直に対向する長辺に向かってそれぞれ突出して設けられた２つの梁部、及び前記突起部の先端からそれぞれ突出して延在して設けられている別の２つの梁部を含む合計４つの前記梁部と、
   前記梁部によって、前記フレーム体部の内側の領域に、可動に支持されている可動構造体であって、正方形の第１表面及び第２表面を有する直方体形状の中心錘部、及び該中心錘部の周側部に形成されている４つの角隅部それぞれに１つずつ接続されていて、前記フレーム部及び梁部とは非接触として設けられている直方体状の突出錘部を具えている前記可動構造体と
   を具えていることを特徴とする加速度センサチップ。
2. 合計４つの前記梁部は、互いに等長であることを特徴とする請求項１に記載の加速度センサチップ。
3. 前記フレーム体部から、前記突出錘部とは非接触として、当該突出錘部の一部分の上側に、該突出錘部とは非接触としてそれぞれ延在させて設けられている複数の庇状のストッパをさらに具えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の加速度センサチップ。
4. 前記ストッパは、前記突出錘部それぞれの前記フレーム体部側の前記角隅部の上側に、前記フレーム体部の前記短辺及び前記長辺からそれぞれ延在する４つの３角翼状体、及び前記短辺及び前記突起部からそれぞれ延在する別の４つの３角翼状体を含むことを特徴とする請求項３に記載の加速度センサチップ。
5. 前記ストッパは、前記フレーム体部の前記長辺、前記短辺及び前記突起部から、前記突出錘部それぞれの前記フレーム体部側の２つの前記角隅部上に渡って延在して設けられた矩形体であることを特徴とする請求項３に記載の加速度センサチップ。
6. 前記突出錘部の前記ストッパとの対向部は、該ストッパとの非対向部よりも肉薄の段差部として形成されており、肉厚の前記非対向部の上面は、前記ストッパの上面と同一平面内にあることを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の加速度センサチップ。

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