JP2014188669A - マイクロデバイスおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造中および使用中における基板と可動構造体との固着防止効果の一定化が容易なマイクロデバイスおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】基板１Ａと可動構造体５ｃ、５ｅとを支持部５ｃ₁で接続し、支持部５ｃ₁を熱酸化して熱酸化膜７を形成した後、熱酸化膜７をエッチング除去することにより、基板１Ａと可動構造体５ｃ、５ｅとの少なくとも一方に固着防止用の凸部３ｄ、５ｆが形成される。
【選択図】図７

Description

本発明は、マイクロデバイスおよびその製造方法に関し、特に、加速度センサ、角速度センサ、マイクロミラーなどのマイクロデバイスおよびその製造方法に関するものである。

基板に対して垂直方向の慣性力を検出する方法として、慣性力にともなう静電容量の変化を検出する方法がある。この方法による加速度センサの一例が、たとえば特許文献１、非特許文献１に記載されている。この加速度センサでは、基板にねじれ梁を介して回転可能に検出フレームが支持され、検出フレームにリンク梁を介して基板の厚み方向に変位可能に慣性質量体が支持され、検出フレームと対向するように基板上に検出電極が形成されている。この加速度センサでは、基板に対して垂直方向に加速度が加えられると、慣性質量体が基板に対して垂直方向に変位する。この慣性質量体の変位がリンク梁を介して検出フレームに伝えられることによって、ねじれ梁を中心として検出フレームが回転する。この回転によって検出フレームと検出電極との距離が変化し、検出フレームと検出電極との間の静電容量が変化する。静電容量が容量−電圧変換回路によって加速度に比例する電圧に変換されることで加速度が検出される。

上記加速度センサの製造方法は特許文献１の図８〜図１２および非特許文献１の図６に記載されている。基板上の固定電極上に犠牲層膜が堆積され、犠牲層膜上に多結晶シリコンよりなる可動構造体が形成された後、犠牲層膜が選択除去されて可動構造体が変位可能な状態とされる。

このように面外方向に変位するマイクロデバイスでは、可動部と基板とのギャップが小さいほど性能が向上する傾向がある。しかし、ギャップを小さくすると可動部の電極と基板の電極とが固着しやすくなり、歩留まりと信頼性の低下を招く可能性がある。このため、可動部が基板に固着することを防止する必要がある。たとえば特許文献２、特許文献３では可動部と支持基板との間に介在する酸化絶縁層がエッチングにて除去されるときに、酸化絶縁層が全て除去されないように可動部が幅広に形成され、可動部の下面に酸化絶縁層が凸状に残されている。

また、特許文献４では酸化膜にエッチングで凹みが設けられた後に多結晶シリコンが堆積されて多結晶シリコン下面に突起が形成されている。

また非特許文献２に開示される気相フッ酸による酸化膜選択除去技術は、製造中の可動構造体固着による不具合を解消し、歩留まり改善に有効であることが知られている。

国際公開第２００９／１２５５１０号 特開２００１−１０２５９７号公報 特開２００４−２９４４０１号公報 国際公開第２００１／０１００９２号

平田他、「ダンピング効果を利用したメカニカル変位変換型Ｚ軸加速度センサによる衝突速度検出の改善」、電気学会論文誌Ｅ、2012年、Vo.132、No.9、pp.296-302 W. I. Jang et al., "Fabrication of MEMS devices by using anhydrous HF gas-phase etching with alcoholic vapor", J. Micromech. Microeng., Vol.12(2002), pp.297-306

特許文献２〜４に開示された技術のように、可動部下面に凸状の接触ストッパを設ければ、可動部と支持基板とが互いに接触したときその接触面積を小さく抑えることができ、可動部と支持基板とが固着することを防止することができる。しかしながら、特許文献２〜４に開示される方法では、エッチングにより突起形状が形成されているため、ストッパ形状のばらつきが大きく、固着防止効果が一定とならないという問題点がある。

一方、特許文献１および非特許文献１に開示される多結晶シリコンを可動構造体とするマイクロセンサの製造方法では、犠牲層として、成膜後の高温リフローにより平坦性に優れるリン酸ガラス（Phosphorus Silicon Glass：ＰＳＧ）が用いられる。しかしＰＳＧは気相フッ酸によるドライエッチングで選択除去を実施すると、フッ酸との反応により基板上に残渣物が発生し、除去できないことが非特許文献２の図５および式（３）〜（６）に開示されている。したがってＰＳＧ犠牲層膜を用いると気相フッ酸による除去が使用できず、液体フッ酸による除去を使用する必要がある。液体フッ酸による除去ではフッ酸エッチング後水洗が必要であり、水洗後の乾燥工程で可動構造体と基板が固着し、歩留まりが低下するという問題点がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、製造中および使用中における基板と可動構造体との固着防止効果の一定化が容易なマイクロデバイスおよびその製造方法を提供することである。

本発明のマイクロデバイスの製造方法は、以下の工程を備えている。
基板との間に隙間を介して配置された可動構造体を第１および第２の支持部の各々で基板に対して支持した支持構造が形成される。基板から可動構造体に向かう上下方向における第２の支持部の少なくとも一部において、第２の支持部の上下方向に直交する幅方向の全体が酸化するように酸化膜が形成される。その酸化膜を除去することにより、第２の支持部が形成されていた箇所において基板から可動構造体が浮かされ、基板および可動構造体の少なくとも一方の第２の支持部が接続されていた箇所に凸部が形成され、かつ基板に対して可動構造体が第１の支持部で支持される。

本発明のマイクロデバイスは、基板と、支持部と、可動構造体とを備えている。基板は、表面を有している。支持部は、基板の表面上に支持されている。可動構造体は、基板の表面との間に隙間を生じるように支持部に接続されている。可動構造体の基板と対向する表面には第１の凸部が設けられており、かつ基板の第１の凸部と対向する位置に第２の凸部が設けられている。

本発明によれば、第２の支持部が酸化されて酸化膜が形成された後に、その酸化膜が除去されることにより第２の支持部が接続されていた箇所に凸部が形成されるため、凸部の形状のばらつきが小さくなり、基板と可動構造体との固着防止効果の一定化が容易となる。

本発明の実施の形態１におけるマイクロデバイスの構成を概略的に示す平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う概略断面図である。 本発明の実施の形態１におけるマイクロデバイスの製造方法の第１工程を示す図２の領域Ｒに対応した概略断面図である。 本発明の実施の形態１におけるマイクロデバイスの製造方法の第２工程を示す図２の領域Ｒに対応した概略断面図である。 本発明の実施の形態１におけるマイクロデバイスの製造方法の第３工程を示す図２の領域Ｒに対応した概略断面図である。 本発明の実施の形態１におけるマイクロデバイスの製造方法の第４工程を示す図２の領域Ｒに対応した概略断面図である。 本発明の実施の形態１におけるマイクロデバイスの製造方法の第５工程を示す図２の領域Ｒに対応した概略断面図である。 本発明の実施の形態１におけるマイクロデバイスの製造方法の第６工程を示す図２の領域Ｒに対応した概略断面図である。 支持部の酸化により凸部が形成される工程を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態２におけるマイクロデバイスの構成を概略的に示す図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面に対応した概略断面図である。 本発明の実施の形態２におけるマイクロデバイスの製造方法の第１工程を示す図２の領域Ｒに対応した概略断面図である。 本発明の実施の形態２におけるマイクロデバイスの製造方法の第２工程を示す図２の領域Ｒに対応した概略断面図である。 本発明の実施の形態２におけるマイクロデバイスの製造方法の第３工程を示す図２の領域Ｒに対応した概略断面図である。 本発明の実施の形態２におけるマイクロデバイスの製造方法の第４工程を示す図２の領域Ｒに対応した概略断面図である。 本発明の実施の形態２におけるマイクロデバイスの製造方法の第５工程を示す図２の領域Ｒに対応した概略断面図である。 本発明の実施の形態２におけるマイクロデバイスの製造方法の第６工程を示す図２の領域Ｒに対応した概略断面図である。 本発明の実施の形態３におけるマイクロデバイスの構成を概略的に示す図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面に対応した概略断面図である。 本発明の実施の形態３におけるマイクロデバイスの製造方法の第１工程を示す図２の領域Ｒに対応した概略断面図である。 本発明の実施の形態３におけるマイクロデバイスの製造方法の第２工程を示す図２の領域Ｒに対応した概略断面図である。 本発明の実施の形態３におけるマイクロデバイスの製造方法の第３工程を示す図２の領域Ｒに対応した概略断面図である。 本発明の実施の形態３におけるマイクロデバイスの製造方法の第４工程を示す図２の領域Ｒに対応した概略断面図である。 本発明の実施の形態３におけるマイクロデバイスの製造方法の第５工程を示す図２の領域Ｒに対応した概略断面図である。 本発明の実施の形態３におけるマイクロデバイスの製造方法の第６工程を示す図２の領域Ｒに対応した概略断面図である。 本発明の実施の形態４におけるマイクロデバイスの構成を概略的に示す図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面に対応した概略断面図である。 本発明の実施の形態４におけるマイクロデバイスの製造方法の第１工程を示す図２の領域Ｒに対応した概略断面図である。 本発明の実施の形態４におけるマイクロデバイスの製造方法の第２工程を示す図２の領域Ｒに対応した概略断面図である。 本発明の実施の形態４におけるマイクロデバイスの製造方法の第３工程を示す図２の領域Ｒに対応した概略断面図である。 本発明の実施の形態５におけるマイクロデバイスの構成を概略的に示す平面図である。 本発明の実施の形態５におけるマイクロデバイスの構成を概略的に示す図２９のＸＸＩＸ−ＸＸＩＸ線に沿う断面に対応した概略断面図である。 本発明の実施の形態５におけるマイクロデバイスの製造方法の第１工程を示す図２の領域Ｒに対応した概略断面図である。 本発明の実施の形態５におけるマイクロデバイスの製造方法の第２工程を示す図２の領域Ｒに対応した概略断面図である。 本発明の実施の形態５におけるマイクロデバイスの製造方法の第３工程を示す図２の領域Ｒに対応した概略断面図である。 本発明の実施の形態５におけるマイクロデバイスの製造方法の第４工程を示す図２の領域Ｒに対応した概略断面図である。 本発明の実施の形態５におけるマイクロデバイスの製造方法の第５工程を示す図２の領域Ｒに対応した概略断面図である。 本発明の実施の形態５におけるマイクロデバイスの製造方法の第６工程を示す図２の領域Ｒに対応した概略断面図である。 本発明の実施の形態５におけるマイクロデバイスの製造方法の第７工程を示す図２の領域Ｒに対応した概略断面図である。 本発明の実施の形態５におけるマイクロデバイスの製造方法の第８工程を示す図２の領域Ｒに対応した概略断面図である。 本発明の実施の形態としてのマイクロミラーの構成を概略的に示す平面図である。 図３８のＸＸＸＩＸ−ＸＸＸＩＸ線に沿う概略断面図である。 本発明の実施の形態としての角速度センサの構成を概略的に示す平面図である。 図４０のＸＬＩ−ＸＬＩ線に沿う概略断面図である。 図４０のＸＬＩＩ−ＸＬＩＩ線に沿う概略断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
まず本実施の形態のマイクロデバイスの構成として加速度センサの構成について図１および図２を用いて説明する。なお、説明の便宜のため、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向が導入されている。図１において、Ｘ方向は２つの検出フレーム５ｃ、５ｃ同士が互いに隣り合う方向である。Ｙ方向はＸ方向に直交する方向であって、ねじれ梁５ｂおよびリンク梁５ｄの延びる方向である。Ｚ方向はＸ方向およびＹ方向の双方に直交する方向であって、支持基板１の表面に直交する上下方向（基板１Ａと可動体とが互いに向かい合う方向）である。なおＺ方向は、本実施の形態の加速度センサが測定対象とする加速度方向に一致する。

図１および図２を参照して、本実施の形態の加速度センサは、基板１Ａと、アンカー部５ａと、ねじれ梁５ｂと、検出フレーム５ｃと、リンク梁５ｄと、慣性質量体５ｅとを主に有している。

基板１Ａは、支持基板１と、絶縁膜２と、導電性膜３とを有している。支持基板１上には絶縁膜２が形成されており、絶縁膜２上には導電性膜３が形成されている。支持基板１には、たとえばシリコン基板を用いることができる。絶縁膜２には、たとえば低応力の窒化シリコン膜やシリコン酸化膜を用いることができる。導電性膜３には、たとえば導電性を有する多結晶シリコン膜を用いることができる。

導電性膜３は、アンカー支持部３ａと、検出電極３ｂと、固定電極３ｃとを有している。アンカー支持部３ａ、検出電極３ｂおよび固定電極３ｃは、たとえば同一の多結晶シリコン膜からパターニングにより互いに分離して形成されたものである。

アンカー支持部３ａ上には、支持部５ａ₁を介在してアンカー部５ａが形成されている。これによりアンカー部５ａは基板１Ａに支持されている。ねじれ梁５ｂは、アンカー部５ａからＹ方向の両側に延びている。ねじれ梁５ｂは、ねじれ梁５ｂのＹ方向に延びる軸周りにねじれることができるようにアンカー部５ａにより支持されている。

検出フレーム５ｃは、平面視において枠形状を有しており、枠形状の内側の２箇所でねじれ梁５ｂに接続されている。検出フレーム５ｃは、ねじれ梁５ｂを中心に回転可能なように、ねじれ梁５ｂを介在して基板１Ａに支持されている。また検出フレーム５ｃは、少なくともその一部が導電性を有している。検出フレーム５ｃは、検出電極３ｂとＺ方向に対向するように配置されている。

１つの検出フレーム５ｃに対向する検出電極３ｂは、２つの検出電極部３ｂａ、３ｂｂを有している。２つの検出電極部３ｂａ、３ｂｂは、それぞれＹ方向に延びており、かつ互いにＸ方向に隣り合っている。

リンク梁５ｄは、検出フレーム５ｃの枠形状の外側の２箇所に接続されている。リンク梁５ｄは、リンク梁５ｄのＹ方向に延びる軸周りにねじれることができるように検出フレーム５ｃにより支持されている。リンク梁５ｄのＹ方向に延びる軸は、ねじれ梁５ｂのＹ方向に延びる軸とＸ方向においてずれている。

上記のアンカー部５ａ、ねじれ梁５ｂ、検出フレーム５ｃおよびリンク梁５ｄのセットが、たとえば２セット設けられている。これらの２セットは、平面視において各セットの間においてＹ方向に延びる仮想の中心線Ａ−Ａに対して互いに線対称となるように配置されている。

慣性質量体５ｅは、平面視において上記２セットの周囲を取り囲むように枠形状を有している。この慣性質量体５ｅは、枠形状の内側においてリンク梁５ｄに接続されている。これにより、１つの慣性質量体５ｅは、上記２セットの検出フレーム５ｃの各々にリンク梁５ｄを介在して接続されている。また慣性質量体５ｅは、少なくともその一部が導電性を有している。慣性質量体５ｅは、固定電極３ｃとＺ方向に対向するように配置されている。固定電極３ｃは平面視において枠形状を有している。

上記のアンカー部５ａ、ねじれ梁５ｂ、検出フレーム５ｃ、リンク梁５ｄおよび慣性質量体５ｅは、一体の導電膜５から形成されており、たとえば導電性を有する多結晶シリコン膜からなっている。

本実施の形態においては、検出フレーム５ｃおよび慣性質量体５ｅは基板１Ａに対して移動する可動構造体である。検出フレーム５ｃの検出電極３ｂと対向する表面には凸部５ｆが形成されており、かつ検出電極３ｂの検出フレーム５ｃと対向する表面には凸部３ｄが形成されている。検出電極３ｂの凸部３ｄと上下方向（Ｚ方向）に対向する位置に検出フレーム５ｃの凸部５ｆが形成されている。このため、図１に示す平面視において検出電極３ｂの凸部３ｄと検出フレーム５ｃの凸部５ｆとは重複した位置に配置されている。

また慣性質量体５ｅの固定電極３ｃと対向する表面には凸部５ｆが形成されており、かつ固定電極３ｃの慣性質量体５ｅと対向する表面には凸部３ｄが形成されている。この固定電極３ｃの凸部３ｄと上下方向（Ｚ方向）に対向する位置に慣性質量体５ｅの凸部５ｆが形成されている。このため、図１に示す平面視において固定電極３ｃの凸部３ｄと慣性質量体５ｅの凸部５ｆとは重複した位置に配置されている。

なお検出電極３ｂの凸部３ｄは検出電極３ｂの矩形状の平面形状の角部や外形の辺に沿った位置に形成されていることが好ましい。また固定電極３ｃの凸部３ｄは固定電極３ｃの枠形状の平面形状の角部や外形の辺に沿った位置に形成されていることが好ましい。

また検出フレーム５ｃの凸部５ｆは検出フレーム５ｃの枠形状の平面形状の角部や外形の辺に沿った位置に形成されていることが好ましい。また慣性質量体５ｅの凸部５ｆは慣性質量体５ｅの枠形状の平面形状の角部や外形の辺に沿った位置に形成されていることが好ましい。

次に、本実施の形態のマイクロデバイスとしての加速度センサの動作原理について図１および図２を用いて説明する。

図１および図２を参照して、この加速度センサでは、基板１Ａに対して垂直方向に加速度が加えられると、慣性質量体５ｅが基板１Ａに対して上下方向（Ｚ方向）に変位する。この慣性質量体５ｅの変位がリンク梁５ｄを介して検出フレーム５ｃに伝えられることによって、ねじれ梁５ｂのＹ方向に延びる軸を中心として検出フレーム５ｃが回転する。この回転によって検出フレーム５ｃと検出電極３ｂとの距離が変化し、検出フレーム５ｃと検出電極３ｂとの間の静電容量が変化する。静電容量が容量−電圧変換回路によって加速度に比例する電圧に変換されることで加速度が検出される。

次に、本実施の形態のマイクロデバイスの製造方法として加速度センサの製造方法について図３〜図８を用いて説明する。

図３を参照して、たとえばシリコンよりなる支持基板１の表面上に絶縁膜２を介在してたとえば多結晶シリコンよりなる導電性膜３が形成される。この導電性膜３がフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてパターニングされることにより、この導電性膜３からアンカー支持部３ａ、検出電極３ｂおよび固定電極（図示せず）が形成される。これにより、支持基板１と絶縁膜２とパターニングされた導電性膜３とからなる基板１Ａが形成される。

アンカー支持部３ａ、検出電極３ｂおよび固定電極（図示せず）を覆うように基板１Ａ上に、たとえばリン酸ガラス（ＰＳＧ）などからなる犠牲膜４が形成される。この犠牲膜４がフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてパターニングされることにより、犠牲膜４には、アンカー支持部３ａ、検出電極３ｂおよび固定電極の各々に達する孔４ａ、４ｃが形成される。

図４を参照して、犠牲膜４上を覆うように、たとえば多結晶シリコンよりなる導電膜５が成膜される。この導電膜５は孔４ａ、４ｃ内を埋め込むように形成される。導電膜５の孔４ａ内を埋め込む部分は第１の支持部５ａ₁を構成し、導電膜５の孔４ｃ内を埋め込む部分は第２の支持部５ｃ₁を構成する。

ここで第１の支持部５ａ₁の幅（たとえば直径）Ｗ１は第２の支持部５ｃ₁の幅（たとえば直径）Ｗ２よりも大きくなるように第１および第２の支持部５ａ₁、５ｃ₁が形成される。この第１の支持部５ａ₁により導電膜５とアンカー支持部３ａとが連結され、かつ第２の支持部５ｃ₁により導電膜５と検出電極３ｂとが連結される。

図５を参照して、導電膜５に深堀エッチング（ＤＲＩＥ：Deep Reactive Ion Etching）などが行われて、導電膜５がパターニングされる。この際、犠牲膜４はエッチングストッパとして機能する。

上記の深堀エッチングによって導電膜５から、アンカー部５ａ、ねじり梁（図示せず）、検出フレーム５ｃ、リンク梁（図示せず）および慣性質量体（図示せず）が形成される。この後、アンカー部５ａ、検出フレーム５ｃなどの導電膜５の表面上を覆うように薄膜６が形成される。この薄膜６は、導電膜５がたとえば多結晶シリコンよりなる場合には、多結晶シリコンの熱酸化を妨げるシリコン窒化膜などから形成される。

なお薄膜６は、酸化による導電膜５のパターン変化を見込んで形成されるが、酸化による導電膜５のパターン変化が無視できる場合は不要である。

この後、犠牲膜４がフッ酸溶液などによりエッチング除去される。
図６を参照して、上記のエッチング除去により、基板１Ａの表面（上面）とアンカー部５ａ、検出フレーム５ｃなどの導電膜５の表面（下面）との間に隙間が生じる。ただし、導電性膜３と導電膜５とは支持部５ａ₁、５ｃ₁により連結されているため、この段階では導電膜５は基板１Ａに固定されている。

上記により、基板１Ａとの間に隙間を介して配置された可動構造体（検出フレーム５ｃ、慣性質量体）を第１および第２の支持部５ａ₁、５ｃ₁の各々で基板１Ａに対して支持した支持構造が形成される。

図７を参照して、外部に露出した導電性膜３および導電膜５の表面に熱酸化により熱酸化膜７が形成される。導電性膜３および導電膜５の各々が多結晶シリコンよりなる場合には、熱酸化膜７は酸化シリコンよりなる。この熱酸化膜７は導電性膜３および導電膜５の各々の表面側と膜中側とに一定の割合で成長する。

上記の熱酸化は、上下方向（Ｚ方向）における第２の支持部５ｃ₁の少なくとも一部において、第２の支持部５ｃ₁の上下方向に直交する幅方向の全体が酸化するように行われる。また上記の熱酸化は、第１の支持部５ａ₁の上下方向（Ｚ方向）のいずれの部分においても、幅方向の全体が酸化することのないように行われる。つまり上記の熱酸化は、第１の支持部５ａ₁の上下方向（Ｚ方向）の全体において、酸化されていない多結晶シリコンの部分が残るように行われる。

上記の熱酸化により第２の支持部５ｃ₁の真下の導電性膜３の部分には未酸化部としての凸部３ｄが生じ、第２の支持部５ｃ₁の真上の導電膜５の部分には未酸化部としての凸部５ｆが生じる。

上記の熱酸化は、たとえば９００℃以上の高温で酸素を含むガスを流してシリコンを化学的に変質させることにより行われる。この熱酸化の方法としては、たとえばドライＯ₂酸化、ウエットＯ₂酸化、スチーム酸化、水素燃焼酸化（パイロジェニック酸化）、酸素分圧酸化、塩酸酸化などの方法が用いられる。

この後、熱酸化膜７が、たとえば気相フッ酸などによりエッチング除去される。さらに薄膜６がたとえばプラズマエッチングなどによりエッチング除去される。

図８を参照して、上記の熱酸化膜７のエッチング除去により、第２の支持部５ｃ₁が形成されていた箇所において基板１Ａから可動構造体（検出フレーム５ｃ、慣性質量体）が浮いた状態となり、導電性膜３と導電膜５の上下方向に互いに対向する箇所に凸部３ｄと凸部５ｆとが形成される。

これにより、慣性質量体５ｅの固定電極３ｃと対向する表面には凸部５ｆが形成されており、かつ固定電極３ｃの慣性質量体５ｅと対向する表面には凸部３ｄが形成されている。この固定電極３ｃの凸部３ｄと上下方向（Ｚ方向）に対向する位置に慣性質量体５ｅの凸部５ｆが形成されている。

またこの状態においては、第１の支持部５ａ₁によりアンカー部５ａなどを介在して可動構造体（検出フレーム５ｃ、慣性質量体）が基板１Ａに対して支持される。

また上記薄膜６のエッチング除去により、導電性膜３と導電膜５との表面が露出し、可動構造体を変位可能な状態となる。これにより図１および図２に示す本実施の形態のマイクロデバイスとしての加速度センサが製造される。

なお第２の支持部５ｃ₁の幅（たとえば直径）Ｗ２（図４）は、図６に示すように犠牲膜４が除去された状態においては可動構造体（検出フレーム５ｃ、慣性質量体）をメカニカルに保持でき、かつできるだけ小さい方が望ましい。このため、第２の支持部５ｃ₁の幅（たとえば直径）Ｗ２の最小寸法は、図３の工程における犠牲膜４をパターニングする際のフォトリソグラフィ技術の最小加工寸法となる。

また犠牲膜４の厚みＴ１（図３）は、図７において導電性膜３の上面に形成される熱酸化膜７と導電膜５の下面に形成される熱酸化膜７とが上下方向に接触しないように設定される必要がある。このため、犠牲膜４の厚みＴ１は、導電性膜３または導電膜５の外側に膨らんだ厚みＴ２（図７）の２倍以上であることが必要である。

たとえば第２の支持部５ｃ₁の幅Ｗ２（図４）を０．４μｍとし、熱酸化による導電性膜３または導電膜５の表面側と膜中側との熱酸化膜７の成長した厚みの割合を６：４と仮定する。この場合、第２の支持部５ｃ₁を幅方向に完全に熱酸化すれば、導電性膜３または導電膜５の表面側に０．３μｍ、膜中側に０．２μｍの熱酸化膜７が成長する。このため、犠牲膜４の厚みＴ１は０．３×２＝０．６μｍ以上とする必要がある。犠牲膜４の厚みＴ１を０．６μｍとすると、最終的な導電性膜３と導電膜５との間の検出ギャップＴ３（図８）は、０．６μｍ＋０．４μｍ＝１μｍとなる。

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態によれば、図６および図７に示すように第２の支持部５ｃ₁が酸化されて熱酸化膜７が形成された後に、図８に示すようにその熱酸化膜７が除去されることにより第２の支持部５ｃ₁が接続されていた箇所に凸部３ｄ、５ｆが形成される。

この際、図９（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、導電性膜３および導電膜５の多結晶シリコンが熱酸化されると、熱酸化された部分はそれ以上酸化しない。このため、図９（Ｃ）および図９（Ｄ）に示すように酸化時間が長くなると凸部３ｄ、５ｆの形状はそのままで、熱酸化膜７は上下方向に厚くなるように形成される。よって、熱酸化の時間が長くなっても、凸部３ｄ、５ｆの形状を維持されることになり、凸部３ｄ、５ｆの形状のばらつきが小さくなる。したがって、基板１Ａと可動構造体（検出フレーム５ｃ、慣性質量体５ｅ）との製造中および使用中の固着が少なく、固着防止効果の一定化が容易な信頼性の高いマイクロデバイス（静電容量式加速度センサ）を実現することができる。

また犠牲層膜を除去して可動構造体をフリーにするリリース工程を気相フッ酸で実施できるため、歩留まりが向上する。また気相フッ酸によるリリースにも係わらず、犠牲膜４として平坦性に優れるリン酸ガラスを使用でき、性能バラツキの少ないマイクロデバイスを実現できる。

なお、犠牲膜４は必ずしもリン酸ガラスである必要はなく、ボロンとリンがドープされたＢＰＳＧ膜、ＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate）膜などの他のシリコン酸化膜であってもよい。また犠牲膜４には、ＳｉＧｅなどの多結晶シリコンとエッチング選択比を確保できる膜を適用することもできる。また犠牲膜４を除去する手段は、フッ酸溶液に限る必要はなく、気相フッ酸などの他の手法でも構わない。また、熱酸化膜７を除去する手段は、気相フッ酸に限らず、ストッパ効果で固着が完全に防止できる場合には液体フッ酸でも構わない。

また絶縁膜２は、たとえば下から順に積層されたシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜である。最上層のシリコン酸化膜は、導電性膜３のパターニング時のエッチングストッパとして機能し、犠牲膜４と一緒に除去される。シリコン窒化膜は犠牲膜４および熱酸化膜７の除去時のエッチングストッパとして機能する。シリコン窒化膜は、薄膜６としてシリコン窒化膜を用いた場合、薄膜６の除去時に一緒に除去される。

（実施の形態２）
図１０を参照して、本実施の形態のマイクロデバイスとしての加速度センサの構成は、図１および図２に示す実施の形態１の構成と比較して、導電膜５側にのみ凸部５ｆが形成されており、導電性膜３側には凸部が形成されていない点において異なっている。本実施の形態においては、導電性膜３の表面（上面）は実質的に平坦である。

なお、これ以外の本実施の形態の構成は、図１および図２に示す実施の形態１の構成とほぼ同じであるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

次に、本実施の形態のマイクロデバイスの製造方法として加速度センサの製造方法について図１１〜図１６を用いて説明する。

図１１を参照して、たとえばシリコンよりなる支持基板１の表面上に絶縁膜２を介在してたとえば多結晶シリコンよりなる導電性膜３が形成される。この導電性膜３がフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてパターニングされることにより、この導電性膜３からアンカー支持部３ａ、検出電極３ｂおよび固定電極（図示せず）が形成される。これにより、支持基板１と絶縁膜２とパターニングされた導電性膜３とからなる基板１Ａが形成される。

この導電性膜３の上を覆うように薄膜２１が形成される。この薄膜２１は、導電性膜３の材質（たとえば多結晶シリコン）の熱酸化を妨げる材質よりなり、たとえばシリコン窒化膜よりなっている。

薄膜２１を介在してアンカー支持部３ａ、検出電極３ｂおよび固定電極（図示せず）を覆うように基板１Ａ上に、たとえばリン酸ガラス（ＰＳＧ）などからなる犠牲膜４が形成される。この犠牲膜４がフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてパターニングされることにより、犠牲膜４には、犠牲膜４だけでなく薄膜２１も貫通してアンカー支持部３ａに達する孔４ａと、犠牲膜４を貫通して薄膜２１に達する孔４ｃが形成される。

この後、図１２〜図１４に示す本実施の形態の製造工程は、図４〜図６に示す実施の形態１の製造工程と同様の工程を経る。これにより図１４に示すように、基板１Ａとの間に隙間を介して配置された可動構造体（検出フレーム５ｃ、慣性質量体）を第１および第２の支持部５ａ₁、５ｃ₁の各々で基板１Ａに対して支持した支持構造が形成される。

図１５を参照して、この後、外部に露出した導電膜５の表面に熱酸化により熱酸化膜７が形成される。この熱酸化の際、導電性膜３の表面は、導電性膜３の熱酸化を妨げる材質よりなる薄膜２１により覆われているため熱酸化されない。

導電膜５が多結晶シリコンよりなる場合には、熱酸化膜７は酸化シリコンよりなる。この熱酸化膜７は導電膜５の表面側と膜中側とに一定の割合で成長する。

上記の熱酸化は、上下方向（Ｚ方向）における第２の支持部５ｃ₁の少なくとも一部において、第２の支持部５ｃ₁の上下方向に直交する幅方向の全体が酸化するように行われる。また上記の熱酸化は、第１の支持部５ａ₁の上下方向（Ｚ方向）のいずれの部分においても、幅方向の全体が酸化することのないように行われる。つまり上記の熱酸化は、第１の支持部５ａ₁の上下方向（Ｚ方向）の全体において、酸化されていない多結晶シリコンの部分が残るように行われる。

上記の熱酸化により第２の支持部５ｃ₁の真上の導電膜５の部分には未酸化部としての凸部５ｆが生じる。上記の熱酸化の条件は実施の形態１と同様である。

この後、熱酸化膜７が、たとえば気相フッ酸などによりエッチング除去される。さらに薄膜６、２１がたとえばプラズマエッチングなどによりエッチング除去される。

図１６を参照して、上記の熱酸化膜７のエッチング除去により、第２の支持部５ｃ₁が形成されていた箇所において基板１Ａから可動構造体（検出フレーム５ｃ、慣性質量体）が浮いた状態となり、平面視において第２の支持部５ｃ₁が形成されていた導電膜５の箇所に凸部５ｆが形成される。

またこの状態においては、第１の支持部５ａ₁によりアンカー部５ａなどを介在して可動構造体（検出フレーム５ｃ、慣性質量体）が基板１Ａに対して支持される。

また上記薄膜６、２１のエッチング除去により、導電性膜３と導電膜５との表面が露出し、可動構造体を変位可能な状態となる。これにより図１０に示す本実施の形態のマイクロデバイスとしての加速度センサが製造される。

本実施の形態によれば、導電性膜３は薄膜２１により熱酸化されず膜減少がないため、実施の形態１と比較して狭いギャップ構造を実現することができる。

たとえば図１３に示す第２の支持部５ｃ₁の幅（たとえば直径）Ｗ２を０．４μｍとし、熱酸化によるポリシリコンの表面側と膜中側の酸化膜成長の割合を６：４と仮定する。この場合、第２の支持部５ｃ₁を幅方向に完全に熱酸化すれば、導電膜５の表面側に０．３μｍ、ポリシリコン膜中側に０．２μｍの熱酸化膜７が成長する。本実施の形態では、導電性膜３上には熱酸化膜７は成長しないため、犠牲膜４の厚みは０．３μｍ以上とする必要がある。犠牲膜４の厚みを０．３μｍとすると、最終的な導電性膜３と導電膜５との間の検出ギャップは、０．３μｍ＋０．２μｍ＝０．５μｍとなり、実施の形態１と比較して、狭いギャップ構造を実現できる。

また導電膜５に実施の形態１と同様に熱酸化により凸部５ｆが形成されるため、この凸部５ｆの形状のばらつきが小さくなる。このため、基板１Ａと可動構造体（検出フレーム５ｃ、慣性質量体５ｅ）との製造中および使用中の固着が少なく、固着防止効果の一定化が容易な信頼性の高いマイクロデバイス（静電容量式加速度センサ）を実現することができる。

なお上記においては図１１に示すように薄膜２１が導電性膜３上に形成された場合について説明したが、犠牲膜４上に形成されても上記と同様の効果が得られる。この場合、凸部は導電膜５ではなく導電性膜３に形成される。

（実施の形態３）
図１７を参照して、本実施の形態のマイクロデバイスとしての加速度センサの構成は、図１０に示す実施の形態２の構成と比較して、第１の支持部５ａ₁が上下方向にテーパー形状を有している点、および凸部５ｆの上下方向の断面において三角形に近い形状を有している点において異なっている。本実施の形態においては、第１の支持部５ａ₁が、基板１Ａ側ほど幅が狭くなるような形状を有している。

なお、これ以外の本実施の形態の構成は、図１０に示す実施の形態２の構成とほぼ同じであるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

次に、本実施の形態のマイクロデバイスの製造方法として加速度センサの製造方法について図１８〜図２３を用いて説明する。

図１８を参照して、たとえばシリコンよりなる支持基板１の表面上に絶縁膜２を介在してたとえば多結晶シリコンよりなる導電性膜３が形成される。この導電性膜３がフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてパターニングされることにより、この導電性膜３からアンカー支持部３ａ、検出電極３ｂおよび固定電極（図示せず）が形成される。これにより、支持基板１と絶縁膜２とパターニングされた導電性膜３とからなる基板１Ａが形成される。

この導電性膜３の上を覆うように薄膜２１が形成される。この薄膜２１は、導電性膜３の材質（たとえば多結晶シリコン）の熱酸化を妨げる材質よりなり、たとえばシリコン窒化膜よりなっている。

薄膜２１を介在してアンカー支持部３ａ、検出電極３ｂおよび固定電極（図示せず）を覆うように基板１Ａ上に、たとえばリン酸ガラス（ＰＳＧ）などからなる犠牲膜４が形成される。この犠牲膜４がフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてパターニングされることにより、犠牲膜４には、犠牲膜４だけでなく薄膜２１も貫通してアンカー支持部３ａに達する孔４ａと、犠牲膜４を貫通して薄膜２１に達する孔４ｃが形成される。

これらの孔４ａ、４ｃは断面がテーパー形状となるように形成される。このテーパー形状とするために、孔４ａ、４ｃは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により形成される。この反応性イオンエッチングにおいて、たとえばプラズマ電力を下げたり、ガス圧力を上げたりして、エッチングガスのイオンエネルギーを下げることによりテーパー形状に孔４ａ、４ｃを形成することができる。

この後、図１９〜図２１に示す本実施の形態の製造工程は、図１２〜図１４に示す実施の形態２の製造工程と同様の工程を経る。これにより図２１に示すように、基板１Ａとの間に隙間を介して配置された可動構造体（検出フレーム５ｃ、慣性質量体）を第１および第２の支持部５ａ₁、５ｃ₁の各々で基板１Ａに対して支持した支持構造が形成される。

図２２を参照して、この後、外部に露出した導電膜５の表面に熱酸化により熱酸化膜７が形成される。この熱酸化の際、導電性膜３の表面は、導電性膜３の熱酸化を妨げる材質よりなる薄膜２１により覆われているため熱酸化されない。

導電膜５が多結晶シリコンよりなる場合には、熱酸化膜７は酸化シリコンよりなる。この熱酸化膜７は導電膜５の表面側と膜中側とに一定の割合で成長する。

上記の熱酸化は、上下方向（Ｚ方向）における第２の支持部５ｃ₁の最も基板１Ａ側において、第２の支持部５ｃ₁の上下方向に直交する幅方向の全体が酸化するように行われる。また上記の熱酸化は、第１の支持部５ａ₁の上下方向（Ｚ方向）のいずれの部分においても、幅方向の全体が酸化することのないように行われる。つまり上記の熱酸化は、第１の支持部５ａ₁の上下方向（Ｚ方向）の全体において、酸化されていない多結晶シリコンの部分が残るように行われる。

上記の熱酸化により第２の支持部５ｃ₁の真上の導電膜５の部分には未酸化部としての凸部５ｆが生じる。上記の熱酸化の条件は実施の形態１と同様である。

この後、熱酸化膜７が、たとえば気相フッ酸などによりエッチング除去される。さらに薄膜６、２１がたとえばプラズマエッチングなどによりエッチング除去される。

図２３を参照して、上記の熱酸化膜７のエッチング除去により、第２の支持部５ｃ₁が形成されていた箇所において基板１Ａから可動構造体（検出フレーム５ｃ、慣性質量体）が浮いた状態となる。また平面視において第２の支持部５ｃ₁が形成されていた導電膜５の箇所に凸部５ｆが形成される。

またこの状態においては、第１の支持部５ａ₁によりアンカー部５ａなどを介在して可動構造体（検出フレーム５ｃ、慣性質量体）が基板１Ａに対して支持される。

また上記薄膜６、２１のエッチング除去により、導電性膜３と導電膜５との表面が露出し、可動構造体を変位可能な状態となる。これにより図１７に示す本実施の形態のマイクロデバイスとしての加速度センサが製造される。

本実施の形態によれば、図１８に示すように犠牲膜４のテーパー形状の孔４ｃにより、その孔４ｃ内を埋め込む第２の支持部５ｃ₁の断面形状もテーパー形状となる。このように第２の支持部５ｃ₁がテーパー形状となるため、図２２に示す工程において僅かな熱酸化により、図２３に示すように凸部５ｆを導電性膜３から離すことが可能となる。

本実施の形態によれば、導電性膜３の膜減少が少なく、狭ギャップ構造を実現することができる。また凸部５ｆの先端と導電性膜３との間の隙間が狭く、固着防止性能を向上することができる。さらに凸部５ｆの根元を太くすることができ、凸部５ｆが基板１Ａに接触した際のメカニカル破損のない、信頼性の高いデバイス構造を実現することができる。

たとえば第２の支持部５ｃ₁を上部の寸法が１μｍで、下部の寸法が０．２μｍのテーパー形状とし、熱酸化による導電膜５の表面側と膜中側の酸化膜成長の割合を６：４と仮定する。この場合、テーパー形状の第２の支持部５ｃ₁の下部を幅方向に完全に酸化すれば、導電膜５の表面側に０．１５μｍ、導電膜５の膜中側に０．１μｍの熱酸化膜７が成長する。この場合、犠牲膜４の厚みは０．１５μｍ以上であれば良い。犠牲膜４の厚みを０．２μｍとすると、導電性膜３と導電膜５との間の検出ギャップは、０．２μｍ＋０．１μｍ＝０．３μｍとなり、実施の形態１および２と比較して、狭いギャップ構造を実現することができる。この場合、凸部５ｆと導電性膜３との隙間は０．２μｍであり、隙間が狭く、固着防止性能を向上することができる。また凸部５ｆの根本は０．８μｍであり、接触時のメカニカル破損のない、信頼性の高いデバイス構造を実現することができる。

（実施の形態４）
図２４を参照して、本実施の形態のマイクロデバイスとしての加速度センサの構成は、図１および図２に示す実施の形態１の構成と比較して、凸部３ｄ、５ｆの先端が丸められて、凸部３ｄ、５ｆの全体が断面において曲率を有するように形成されている点において異なっている。

なお、これ以外の本実施の形態の構成は、図１および図２に示す実施の形態１の構成とほぼ同じであるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

次に、本実施の形態のマイクロデバイスの製造方法として加速度センサの製造方法について図２５〜図２７を用いて説明する。

本実施の形態の製造方法は、図３〜図７に示す実施の形態１と同様の工程を経る。この後、図７に示す状態から熱酸化膜７がエッチング除去される。

図２５を参照して、上記の熱酸化膜７のエッチング除去により、第２の支持部５ｃ₁が形成されていた箇所において基板１Ａから可動構造体（検出フレーム５ｃ、慣性質量体）が浮いた状態となり、導電性膜３と導電膜５の上下方向に互いに対向する箇所に凸部３ｄと凸部５ｆとが形成される。

図２６を参照して、上記凸部３ｄ、５ｆが形成された後、凸部３ｄ、５ｆの鋭角な先端部を丸める処理が行われる。この処理は、たとえばＸｅＦ₂ガスやＳＦ₆等方性プラズマなどにより多結晶シリコンをわずかに選択除去することにより行われる。

この後、薄膜６がたとえばプラズマエッチングなどによりエッチング除去される。
図２７を参照して、上記薄膜６のエッチング除去により、導電性膜３と導電膜５との表面が露出し、可動構造体は変位可能な状態となる。これにより図２４に示す本実施の形態のマイクロデバイスとしての加速度センサが製造される。

本実施の形態によれば、図２６に示すように凸部３ｄ、５ｆの鋭角な先端部をプラズマエッチングなどで丸めることができるため、メカニカルな接触に対し耐性のある信頼性の高い構造を実現することができる。

なお、図２５の工程後に再度熱酸化して、酸化膜を気相フッ酸などで選択除去しても、同様の形状（つまり凸部３ｄ、５ｆの鋭角な先端部が丸められた形状）を実現することができる。

（実施の形態５）
上記の実施の形態１〜４においてはマイクロデバイスとしてたとえばシリコン基板を用いた加速度センサについて説明したが、本発明が適用されるマイクロデバイスとしてはＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウエハを用いた面内検出型の加速度センサであってもよい。以下、本実施の形態として、ＳＯＩウエハを用いた面内検出型の加速度センサの構成について図２８および図２９を用いて説明する。

図２８および図２９を参照して、本実施の形態の面内検出型の加速度センサは、基板１Ａと、アンカー部５ａと、梁５ｇと、慣性質量体５ｅと、可動電極５ｃと、固定電極５ｈと、基板支持部５ｉとを主に有している。

基板１Ａはシリコン基板単層よりなっている。アンカー部５ａ、可動電極５ｃ、慣性質量体５ｅ、および基板支持部５ｉの各々は、たとえばシリコン活性層５と多結晶シリコン１１ａ、１１ｂとから構成されている。梁５ｇおよび固定電極５ｈの各々は、たとえばシリコン活性層５から構成されている。

固定電極５ｈは、基板支持部５ｉにより基板１Ａに支持されている。基板支持部５ｉは、上記のとおりシリコン活性層５と多結晶シリコン１１ａとから構成されており、多結晶シリコン１１ａの第１の支持部１１ａ₁で基板１Ａに接続されている。

アンカー部５ａも、基板支持部５ｉと同様、シリコン活性層５と多結晶シリコン１１ａとから構成されており、多結晶シリコン１１ａの第１の支持部で基板１Ａに接続されている。このアンカー部５ａに梁５ｇを介在して慣性質量体５ｅが接続されている。この慣性質量体５ｅは、図２８に示す平面視において両端を梁５ｇを介在してアンカー部５ａに支持されているため、図２９に示すように基板１Ａの表面から浮いた状態で支持されている。

可動電極５ｃは、この慣性質量体５ｅに接続されており、慣性質量体５ｅと同様に基板１Ａの表面から浮いた状態となっている。この可動電極５ｃは、基板１Ａの表面に平行な面内方向において固定電極５ｈと対向している。

上記の慣性質量体５ｅおよび可動電極５ｃの各々の基板１Ａと対向する表面（下面）には、凸部５ｆが形成されている。慣性質量体５ｅおよび可動電極５ｃの各々は、その凸部５ｆからその上方に位置する部分が多結晶シリコン１１ｂよりなっており、それ以外の部分はシリコン活性層５よりなっている。

また基板１Ａの表面であって慣性質量体５ｅおよび可動電極５ｃの各々と対向する部分には凸部３ｄが形成されている。この基板１Ａの凸部３ｄと上下方向（Ｚ方向）に対向する位置に慣性質量体５ｅおよび可動電極５ｃの各々の凸部５ｆが形成されている。このため、図２８に示す平面視において基板１Ａの凸部３ｄと慣性質量体５ｅおよび可動電極５ｃの各々の凸部５ｆとは重複した位置に配置されている。

上記の面内検出型の加速度センサにおいて、面内方向に加速度が加わると、固定電極５ｈに対して可動電極５ｃが面内方向に変位する。それにより固定電極５ｈと可動電極５ｃとの距離が変化し、固定電極５ｈと可動電極５ｃとの間の静電容量が変化する。静電容量が容量−電圧変換回路によって加速度に比例する電圧に変換されることで面内方向の加速度が検出される。

次に、本実施の形態のマイクロデバイスの製造方法として面内検出型の加速度センサの製造方法について図３０〜図３７を用いて説明する。

図３０を参照して、まずシリコン基板１Ａと、シリコン酸化膜４と、シリコン活性層５とが積層されたＳＯＩウエハが準備される。

図３１を参照して、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、シリコン活性層５およびシリコン酸化膜４を貫通してシリコン基板１Ａに達する貫通孔１０ａ、１０ｂが形成される。

図３２を参照して、貫通孔１０ａ、１０ｂ内を埋め込むように、多結晶シリコン膜１１ａ、１１ｂが形成される。

図３３を参照して、シリコン活性層５に深堀エッチング（ＤＲＩＥ）などが行われて、シリコン活性層５がパターニングされる。この際、シリコン酸化膜４はエッチングストッパとして機能する。これにより、シリコン活性層５と多結晶シリコン膜１１ａとから基板支持部５ｉが形成される。これと同時にシリコン活性層５と多結晶シリコン膜１１ａとからアンカー部５ａも形成される。またシリコン活性層５と多結晶シリコン膜１１ｂとから可動電極５ｃおよび慣性質量体５ｅが形成される。またシリコン活性層５から梁５ｇおよび固定電極５ｈの各々が形成される。

図３４を参照して、この後、可動電極５ｃ、基板支持部５ｉなどの表面上を覆うように薄膜６が形成される。この薄膜６は、多結晶シリコン膜１１ａ、１１ｂの熱酸化を妨げるシリコン窒化膜などから形成される。

この後、シリコン酸化膜４がフッ酸溶液などによりエッチング除去される。
図３５を参照して、上記のエッチング除去により、基板１Ａの表面（上面）と可動構造体（可動電極５ｃ、慣性質量体５ｅ、梁５ｇ）の表面（下面）との間に隙間が生じる。ただし、可動電極５ｃおよび慣性質量体５ｅは、多結晶シリコン膜１１ｂの第２の支持部１１ｂ₁により基板１Ａと連結されているため、この段階では基板１Ａに固定されている。また基板支持部５ｉは、多結晶シリコン膜１１ａの第１の支持部１１ａ₁により基板１Ａと連結されている。また図示していないがアンカー部５ａも、多結晶シリコン膜１１ａの第１の支持部１１ａ₁により基板１Ａと連結されている。

なお薄膜６は、酸化によるシリコン活性層５のパターン変化を見込んで形成されるが、酸化によるシリコン活性層５のパターン変化が無視できる場合は不要である。

上記により、基板１Ａとの間に隙間を介して配置された可動構造体（可動電極５ｃ、慣性質量体５ｅ、梁５ｇ）を第１および第２の支持部１１ａ₁、１１ｂ₁で基板１Ａに対して支持した支持構造が形成される。

図３６を参照して、外部に露出したシリコン活性層５および多結晶シリコン膜１１ａ、１１ｂの表面に熱酸化により熱酸化膜７が形成される。この熱酸化膜７はシリコン活性層５および多結晶シリコン膜１１ａ、１１ｂの各々の表面側と膜中側とに一定の割合で成長する。

上記の熱酸化は、上下方向（Ｚ方向）における第２の支持部１１ｂ₁の少なくとも一部において、第２の支持部１１ｂ₁の上下方向に直交する幅方向の全体が酸化するように行われる。また上記の熱酸化は、第１の支持部１１ａ₁の上下方向（Ｚ方向）のいずれの部分においても、幅方向の全体が酸化することのないように行われる。つまり上記の熱酸化は、第１の支持部１１ａ₁の上下方向（Ｚ方向）の全体において、酸化されていない多結晶シリコンの部分が残るように行われる。

上記の熱酸化により第２の支持部１１ｂ₁の真下の導電性膜３の部分には未酸化部としての凸部３ｄが生じ、第２の支持部１１ｂ₁の真上の導電膜５の部分には未酸化部としての凸部５ｆが生じる。上記の熱酸化は、実施の形態１と同様の条件で行なわれる。

この後、熱酸化膜７が、たとえば気相フッ酸などによりエッチング除去される。さらに薄膜６がたとえばプラズマエッチングなどによりエッチング除去される。

図３７を参照して、上記の熱酸化膜７のエッチング除去により、第２の支持部１１ｂ₁が形成されていた箇所において基板１Ａから可動構造体（可動電極５ｃ、慣性質量体５ｅ）が浮いた状態となり、基板１Ａと多結晶シリコン膜１１ｂとの互いに対向する箇所に凸部３ｄと凸部５ｆとが形成される。

これにより、可動電極５ｃの凸部５ｆと上下方向に対向する基板１Ａの位置に凸部３ｄが形成され、慣性質量体５ｅの凸部５ｆと上下方向に対向する基板１Ａの位置に凸部３ｄが形成される。

またこの状態においては、アンカー部５ａの第１の支持部１１ａ₁により可動構造体（検出フレーム５ｃ、慣性質量体、梁５ｇ）が基板１Ａに対して支持される。

また上記薄膜６のエッチング除去により、シリコン活性層５および多結晶シリコン膜１１ａの表面が露出し、可動構造体は変位可能な状態となる。これにより図２８に示す本実施の形態のマイクロデバイスとしての面内検出型の加速度センサが製造される。

本実施の形態によれば、加工の困難なＳＯＩ基板の基板と活性層の対向面に固着防止用の凸部３ｄ、５ｆを形成することができ、信頼性の高いマイクロデバイスを実現することができる。

（その他）
上記実施の形態１〜５においてはマイクロデバイスとして加速度センサについて説明したが、マイクロデバイスとしては他のデバイスであってもよい。たとえば図３８および図３９に示すマイクロミラー、図４０〜図４２に示す角速度センサなどに本発明が適用されてもよい。

まずマイクロミラーについて説明する。
図３８および図３９を参照して、ミラー部１０１はミラー形成基板１０２の一面に形成されており、アルミニウム薄膜や金薄膜などから形成されている。ミラー形成基板１０２は中央を軸として回動するように構成されている。ねじれ梁１０３はミラー形成基板１０２に中央延長上に形成されている。アンカー部１０４は、ねじれ梁１０３を支持して支持基板１０６に固定されている。２つの駆動電極１０５は、ミラー形成基板１０２からギャップｇ０の距離に形成されてミラー形成基板１０２を静電引力で駆動する際に電圧が印加される部分である。

なお、ミラー形成基板１０２、ねじれ梁１０３およびアンカー部１０４は、たとえばそれぞれ単結晶シリコン、多結晶シリコン、鍍金ニッケルなどで形成され、支持基板１０６はシリコンやガラスなどで形成されている。

このマイクロミラーの動作原理においては、駆動電極１０５のうちの一方に電圧を印加すると、ミラー形成基板１０２と駆動電極１０５との間の電位差および静電容量に応じた静電引力が発生し、ミラー形成基板１０２が中央部を軸として回動し、ミラー部１０１は角度（走査角度）θｓだけ傾く。たとえば、２つの駆動電極１０５に所定のバイアス直流電圧を印加し、さらに駆動電極１０５に所定の交流電圧を２つの駆動電極１０５の各々に位相が１８０度異なるように印加することにより、ミラー部１０１を回転振動させることができる。このようにして、印加電圧に基づいてミラー部１０１の角度が制御され、光ビームが走査される。

このマイクロミラーにおいて、上記実施の形態１の加速度センサと同様にして、２つの駆動電極１０５に凸部１０５ａが形成され、かつミラー形成基板１０２に凸部１０２ａが形成されてもよい。また実施の形態２〜５に示す構成と同様にマイクロミラーが構成されてもよい。

次に、角速度センサについて説明する。
図４０〜図４２を参照して、これらの図において駆動プレート２０５、２０６が互いに向かい合う方向のＸ方向と、Ｘ方向に直交する方向であって一対の慣性質量体２０２、２０３同士が向かい合う方向であるＹ方向と、Ｘ方向とＹ方向との双方に直交する上下方向のＺ方向とが導入されている。

角速度センサ２１０は、その上に薄膜の絶縁膜２０９が形成された半導体基板２０１上に各構成が配設されてなるもので、それぞれ扇形をした一対の慣性質量体２０２、２０３を有している。これら慣性質量体２０２、２０３は、Ｙ軸方向に延びる連結フレーム２０４を介在して、扇形状の中心角側を対向させて連結されており、図４１から分かるように、半導体基板２０１の上方で基板２０１の表面に平行に保持されている。

慣性質量体２０２、２０３の保持手段としては、本体の両側に補助支持梁２０２Ａ、２０３Ａが設けられている。これら補助支持梁２０２Ａ、２０３Ａは、半導体基板２０１に接続されている。

また慣性質量体２０２、２０３に対応する絶縁膜２０９上には、検出電極２１１、２１２が設けられている。慣性質量体２０２，２０３と検出電極２１１、２１２とは、Ｚ方向に小さな間隔を隔てて、電気的に独立している。また、検出電極２１１、２１２は、慣性質量体２０２、２０３に対応して略扇形に形成されており、それぞれ弧をなす側から外方へ延びる配線２１１ａ、２１２ａを備えている。各配線２１１ａ、２１２ａは、その先端側で、絶縁膜２０９上にアルミニウムや金などを堆積させることで形成された金属配線パッド２１７、２１８に接続されている。これら金属配線パッド２１７、２１８は、外部との電気的接続のために、所定のワイヤがボンディングされる領域となる。

さらに慣性質量体２０２、２０３に対応する絶縁膜２０９上には、各検出電極２１１、２１２の両側の径部分に沿って、モニタ電極２１３、２１４、２１５、２１６が設けられている。各モニタ電極２１３、２１４、２１５、２１６は、その一端側から外方へ延びる配線２１３ａ、２１４ａ、２１５ａ、２１６ａを備えており、各配線２１３ａ、２１４ａ、２１５ａ、２１６ａは、その先端側で、絶縁膜２０９上に設けられた金属配線パッド２２１、２２２、２２３、２２４に接続されている。

角速度センサ２１０では、慣性質量体２０２、２０３および連結フレーム２０４を隔てて左右対称に配置される駆動プレート２０５、２０６が設けられている。これらの駆動プレート２０５、２０６は、慣性質量体２０２、２０３と同様に、半導体基板２０１の上方で半導体基板２０１の表面に平行に保持されている。その保持手段として、各駆動プレート２０５、２０６の両側には、対をなす折曲げ梁２２７、２２８、２２９、２３０が形成されている。各折曲げ梁２２７、２２８、２２９、２３０は途中部で折り曲げられ、先端側でアンカー部２３１、２３２、２３３、２３４により接続されている。この折曲げ梁２２７、２２８、２２９、２３０は、Ｘ方向に柔軟で変形し易く、その他の方向には変形し難く設計されている。そして、駆動プレート２０５、２０６は、それぞれ、Ｘ方向に所定以上の弾性を有するリンク梁２０７、２０８を介して、連結フレーム２０４に接続されている。

駆動プレート２０５、２０６は、それぞれ連結フレーム２０４に接合されたリンク梁２０７、２０８の一端側に接続されている。その結果、駆動プレート２０５、２０６は、連結フレーム２０４に対して、リンク梁２０７、２０８の弾性に基づき許容される範囲で移動可能となる。また、駆動プレート２０５、２０６は静電力発生構造を備え、この構造として、平面部分にＹ方向に沿って形成された複数のスリット２０５ａ、２０６ａを有している。

他方、駆動プレート２０５、２０６の各スリット２０５ａ、２０６ａに対応して、平板状に形成された複数の駆動電極２１９、２２０が、半導体基板２０１上でＹ方向に沿って設けられている。これら駆動電極２１９、２２０は、半導体基板２０１に対して垂直に立ち上がるように、絶縁膜２０９上に形成された駆動電極結合用電極２２５、２２６に接合され、それぞれ対応するスリット２０５ａ、２０６ａ内に収まっている。この状態で、各駆動電極２１９、２２０とスリット２０５ａ、２０６ａの内壁とは互いに平行に支持されている。このようにして、駆動プレート２０５、２０６に形成されたスリット２０５ａ、２０６ａおよび該スリット２０５ａ、２０６ａの内部に収納された駆動電極２１９、２２０は、微小なギャップで隔てられた平行平板の電極対を構成している。

この角速度センサ２１０の動作原理においては、駆動プレート２０５、２０６と駆動電極２１９、２２０との間にＡＣ電位差を与えると、駆動プレート２０５、２０６はその電位差によって発生する静電引力によりＸ方向に振動する。駆動プレート２０５、２０６を電気的に接地し、駆動電極２１９、２２０に共通のＤＣバイアス電圧を伴った同相のＡＣ電圧（Ｖｄｃ±Ｖａｃ）を印加すると、左右の駆動プレート２０５、２０６は逆相にＸ方向に沿って振動する。このとき、駆動プレート２０５、２０６がその一端側に接続されるリンク梁２０７、２０８を介して、連結フレーム２０４がＸ方向に力を受ける。左右両側のリンク梁２０７、２０８からの伝達力は、連結フレーム２０４上の異なったＹ軸上の二点間に作用するため、連結フレーム２０４およびこれに接続された慣性質量体２０２、２０３は、連結フレーム２０４上の中心の周りに回転捩れ振動を行う。この回転捩れ振動が、その共振周波数で行われる場合に、最大変位振幅および最大速度振幅が取得される。これにより、駆動ＡＣ電圧としては共振周波数を選ぶことが好ましい。

このように慣性質量体２０２、２０３が半導体基板２０１上で逆相に回転捩れ振動を行っている場合、Ｙ方向の軸周りの角速度が入力されると、慣性質量体２０２、２０３はそれぞれの速度振動ベクトル方向および角速度ベクトル方向に直交する方向（半導体基板２０１に直交するＺ方向）に、慣性力すなわちコリオリの力を受ける。その結果、慣性質量体２０２、２０３は互いに逆相の半導体基板２０１の外方への慣性力を受け、Ｘ方向中心軸の周りの回転振動が誘起される。この回転振動の変位は、角速度に比例するため、この変位を、各慣性質量体２０２、２０３とその下側に設けられた検出電極２１１、２１２との間の容量変化を通じ、Ｃ−Ｖ変換器により電気出力に変換して、角速度信号を取得することができる。

検出電極２１１、２１２と各慣性質量体２０２、２０３との間で形成される容量変化は、角速度検出時に差動変化となり、この差動変化を検出し得る回路構成を採用することにより、同相で変化するような外乱振動（Ｘ方向やＺ方向の加速度による発生する慣性質量体２０２、２０３の変位振動）の影響を受けない構成を実現することができる。

この角速度センサ２１０において、上記実施の形態１の加速度センサと同様にして、図４１に示すように、慣性質量体２０２、２０３に凸部２０２ａ、２０３ａが形成され、かつ検出電極２１１、２１２に凸部２１１ｂ、２１２ｂが形成されてもよい。また実施の形態２〜５に示す構成と同様にマイクロミラーが構成されてもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１，１０６ 支持基板、１Ａ 基板、２，２０９ 絶縁膜、３ 導電性膜、３ａ アンカー支持部、３ｂ，２１１ 検出電極、３ｂａ，３ｂｂ 検出電極部、３ｃ，５ｈ 固定電極、３ｄ，５ｆ，１０２ａ，１０５ａ，２０２ａ，２１１ｂ 凸部、４ 犠牲膜、４ａ，４ｃ 孔、５ 導電膜（シリコン活性層）、５ａ，１０４，２３１ アンカー部、５ａ₁ 第１の支持部、５ｃ₁ 第２の支持部、５ｂ，１０３ ねじれ梁、５ｃ 検出フレーム（可動電極）、５ｄ，２０７ リンク梁、５ｅ，２０２，２０２，２０３ 慣性質量体、５ｇ 梁、５ｉ 基板支持部、６，２１ 薄膜、７ 熱酸化膜、１０ａ，１０ｂ 貫通孔、１１，１１ａ，１１ｂ 多結晶シリコン膜、１０１ ミラー部、１０２ ミラー形成基板、１０５，２１９ 駆動電極、２０１ 半導体基板、２０２Ａ，２０３Ａ 補助支持梁、２０４ 連結フレーム、２０５ 駆動プレート、２０５ａ，２０６ａ スリット、２１０ 角速度センサ、２１１ａ，２１３ａ，２１４ａ，２１５ａ，２１６ａ 配線、２１３ モニタ電極、２１７，２２１ 金属配線パッド、２２５ 駆動電極結合用電極、２２７ 梁。

Claims (9)

1. 基板との間に隙間を介して配置された可動構造体を第１および第２の支持部の各々で前記基板に対して支持した支持構造を形成する工程と、
   前記基板から前記可動構造体に向かう上下方向における前記第２の支持部の少なくとも一部において、前記第２の支持部の前記上下方向に直交する幅方向の全体が酸化するように酸化膜を形成する工程と、
   前記酸化膜を除去することにより、前記第２の支持部が形成されていた箇所において前記基板から前記可動構造体を浮かせ、前記基板および前記可動構造体の少なくとも一方の前記第２の支持部が接続されていた箇所に凸部を形成し、かつ前記基板に対して前記可動構造体を前記第１の支持部で支持する工程とを備えた、マイクロデバイスの製造方法。
2. 前記第１および第２の支持部は多結晶シリコンを含む材質から形成される、請求項１に記載のマイクロデバイスの製造方法。
3. 前記支持構造が形成された状態において、前記第１の支持部の前記幅方向の寸法は、前記第２の支持部の前記幅方向の寸法よりも大きい、請求項１または２に記載のマイクロデバイスの製造方法。
4. 前記基板は電極用導電膜を含み、かつ前記可動構造体は前記電極用導電膜と前記第２の支持部で接続されるように形成され、
   前記第２の支持部の前記幅方向の全体に形成された前記酸化膜が除去されることにより、前記可動構造体および前記電極用導電膜の各々に前記凸部が形成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載のマイクロデバイスの製造方法。
5. 熱酸化されない材質よりなる酸化防止層で前記基板および前記可動構造体のいずれか一方を覆った状態で、前記第１および第２の支持部の各々により前記可動構造体が前記基板に対して支持された前記支持構造が形成され、
   前記酸化膜は前記酸化防止層が形成された状態で形成され、
   前記酸化膜を除去することにより前記凸部は前記酸化防止層で覆われていない前記基板および前記可動構造体のいずれか他方のみに形成される、請求項１〜４のいずれか１項に記載のマイクロデバイスの製造方法。
6. 前記支持構造が形成された状態において、前記第２の支持部が前記上下方向に沿ってテーパー形状となるように形成される、請求項１〜５のいずれか１項に記載のマイクロデバイスの製造方法。
7. 前記支持構造を形成する工程は、
   前記基板と、前記基板上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成された可動構造体用導電層とを含むＳＯＩ基板を準備する工程と、
   それぞれが前記可動構造体用導電層と前記絶縁層とを貫通して前記基板に達する第１および第２の孔を形成する工程と、
   前記第１および第２の孔の各々の内部に充填層を形成して、前記第１の孔内の前記充填層により前記第１の支持部を形成し、前記第２の孔内の前記充填層により前記第２の支持部を形成する工程と、
   前記第１および第２の支持部が形成された後に前記絶縁層を除去する工程とを備えた、請求項１〜６のいずれか１項に記載のマイクロデバイスの製造方法。
8. 前記酸化膜を除去して前記凸部を形成した後、前記凸部の先端部を丸める工程をさらに備えた、請求項１〜７のいずれか１項に記載のマイクロデバイスの製造方法。
9. 表面を有する基板と、
   前記基板の前記表面上に支持された支持部と、
   前記基板の前記表面との間に隙間を生じるように前記支持部に接続された可動構造体とを備え、
   前記可動構造体の前記基板と対向する表面には第１の凸部が設けられており、かつ前記基板の前記第１の凸部と対向する位置に第２の凸部が設けられている、マイクロデバイス。

Images