JP2024089804A - 慣性センサー、慣性計測装置、および慣性センサーの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性が高い慣性センサーを提供すること。
【解決手段】加速度センサー１は、基板４と、配線２９と、基板４と配線２９との間に設けられた絶縁膜５と、絶縁膜５と配線２９との間に設けられた外枠部９と、絶縁膜５と配線２９との間に設けられ、外枠部９の第１側面Ｗ１との間にトレンチ部４０を介して設けられた固定電極支持部１５と、トレンチ部４０において、外枠部９の側面に設けられた第１酸化膜２１と、トレンチ部４０において、第２半導体層の側面としての第２側面Ｗ２に設けられ、第１酸化膜２１と接触する接触領域ＣＡを有する第２酸化膜２２と、外枠部９と配線２９との間および固定電極支持部１５と配線２９との間に設けられた第３酸化膜２３ａと、第１酸化膜２１、接触領域ＣＡ、第２酸化膜２２及び第３酸化膜２３ａに囲まれたシリコンまたはシリコンゲルマニウムからなる半導体領域２３ｂと、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、慣性センサー、当該慣性センサーを備えた慣性計測装置、および当該慣性センサーの製造方法に関する。

特許文献１には、半導体基板であるシリコン基板に絶縁体充填用トレンチ溝が形成され、絶縁体充填用トレンチ溝に充填された絶縁体によって、例えば、固定電極と、その根元部での外周部とが、電気的に分離されている角速度センサーが記載されている。また、特許文献２には、シリコン基板に絶縁分離トレンチが形成され、絶縁分離トレンチの側壁に側壁絶縁膜が形成され、側壁絶縁膜が形成された絶縁分離トレンチ内に導電性材料としての埋込ポリシリコンが充填された半導体装置が記載されている。

特開平１１－２４８７３３号公報 特開２００３－４５９８８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の角速度センサーに、特許文献２に記載の技術を適用した場合には、固定電極と、その根元部での外周部との間、つまり、トレンチで分離された半導体間に導電性材料が挿入されるので、トレンチで分離された半導体間の寄生容量が増大し、角速度センサーのバイアス特性などが劣化する懸念があった。
つまり、信頼性が高い慣性センサー、慣性センサーの製造方法、および慣性計測装置が求められていた。

本願の一態様に係る慣性センサーは、基板と、配線と、前記基板と前記配線との間にあり、前記基板に接して設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜と前記配線との間に設けられた第１半導体層と、前記絶縁膜と前記配線との間に設けられ、前記第１半導体層の側面との間に隙間を介して設けられた第２半導体層と、前記隙間において、前記第１半導体層の側面に設けられた第１酸化膜と、前記隙間において、前記第２半導体層の側面に設けられ、前記第１酸化膜と接触する接触領域を有する第２酸化膜と、前記第１半導体層と前記配線との間および前記第２半導体層と前記配線との間に設けられた第３酸化膜と、前記第１酸化膜、前記接触領域、前記第２酸化膜及び前記第３酸化膜に囲まれた多結晶半導体領域と、を備える。

本願の一態様に係る慣性計測装置は、上記に記載の慣性センサーと、前記慣性センサーを制御する制御部と、を備える。

本願の一態様に係る慣性センサーの製造方法は、基板と、前記基板に絶縁膜を介して設けられた半導体層とを有する基体を準備する工程と、前記半導体層を貫通する溝を形成して、前記溝を介して対向する第１半導体層と第２半導体層とを形成する工程と、前記溝を介して対向する前記第１半導体層の側面と前記第２半導体層の側面とをウェット酸化して、互いの一部が物理的に接触した接触領域を有する第１酸化膜と第２酸化膜とを形成する工程と、前記第１酸化膜、前記接触領域、および前記第２酸化膜に多結晶半導体層を形成する工程と、前記多結晶半導体層を酸化させ、前記多結晶半導体層が酸化した多結晶半導体酸化膜と、前記第１酸化膜、前記接触領域、前記第２酸化膜、および前記多結晶半導体酸化膜に囲まれた多結晶半導体領域とを形成する工程と、を有する。

本願の一態様に係る慣性センサーの製造方法は、基板と、前記基板に絶縁膜を介して設けられた半導体層とを有する基体を準備する工程と、前記半導体層を貫通する溝を形成して、前記溝を介して対向する第１半導体層と第２半導体層とを形成する工程と、前記溝を介して対向する前記第１半導体層の側面と前記第２半導体層の側面とをウェット酸化して、互いの一部が物理的に接触した接触領域を有する第１酸化膜と第２酸化膜とを形成する工程と、前記第１酸化膜、前記接触領域、および前記第２酸化膜に第１多結晶半導体層を形成する工程と、前記第１多結晶半導体層を酸化させ、前記第１多結晶半導体層が酸化した多結晶半導体酸化膜と、前記第１酸化膜、前記接触領域、前記第２酸化膜、および前記多結晶半導体酸化膜に囲まれた多結晶半導体領域と、を形成する工程と、前記多結晶半導体酸化膜に第２多結晶半導体層を形成する工程と、前記第２多結晶半導体層を全て酸化させる工程と、を有する。

実施形態１に係る加速度センサーの平面図。 図１のｂ－ｂ断面における断面図。 図２におけるｃ部の拡大断面図。 加速度センサーの製造方法を示すフローチャート図。 製造過程における一態様の絶縁分離部の断面図。 製造過程における一態様の絶縁分離部の断面図。 製造過程における一態様の絶縁分離部の断面図。 製造過程における一態様の絶縁分離部の断面図。 製造過程における一態様の絶縁分離部の断面図。 変形例に係る絶縁分離部の拡大断面図。 変形例に係る加速度センサーの製造方法を示すフローチャート図。 半導体領域の拡大図。 変形例に係る半導体領域の拡大図。 実施形態２に係る加速度センサーの平面図。 図１３におけるｆ部の拡大断面図。 図１４のｇ－ｇ断面における断面図。 加速度センサーの製造方法を示すフローチャート図。 実施形態３に係る慣性計測装置の分解斜視図。 基板の斜視図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
また、以下の各図には、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。Ｘ軸に沿った方向を「Ｘ方向」、Ｙ軸に沿った方向を「Ｙ方向」、Ｚ軸に沿った方向を「Ｚ方向」と言う。また、各軸方向の矢印先端側を「プラス側」、矢印基端側を「マイナス側」とも言う。つまり、例えば、Ｙ方向とは、Ｙ方向プラス側とＹ方向マイナス側との両方の方向を言う。また、Ｚ方向プラス側を「上」、Ｚ方向マイナス側を「下」とも言う。また、以下では、Ｚ方向に見ることを「平面視」と言う。

さらに、以下の説明において、例えば基板に対して、「基板上に」との記載は、基板の上に接して配置される場合、基板の上に他の構造物を介して配置される場合、または基板の上に一部が接して配置され、一部が他の構造物を介して配置される場合のいずれかを表すものとする。また、ある構成の上面との記載は、当該構成のＺ方向プラス側の面を示すものとする。また、ある構成の下面との記載は、当該構成のＺ方向マイナス側の面を示すものとする。

実施形態１
＊＊＊加速度センサーの概要＊＊＊
図１は、実施形態１に係る加速度センサーの平面図である。図２は、図１のｂ－ｂ断面における断面図である。
加速度センサー１は、可動部２と、固定電極部３との間の距離に依存する静電容量の変動を用いて加速度を検出する静電容量型の加速度センサーである。
図１および図２に示すように、加速度センサー１は、基板４と、絶縁膜５と、半導体層６と、がＺ方向に沿ってこの順で積層される基体７を用いて構成される。

基板４は、基板４の主面である第１面Ｆ１と、第１面Ｆ１とは表裏関係にある第２面Ｆ２と、を有する。本実施形態では、第１面Ｆ１は、基板４のＺ方向プラス側の面であり、基板４の上面とも言う。第２面Ｆ２は、基板４のＺ方向マイナス側の面であり、基板４の下面ともいう。平面視で、基板４の中央部には、有底の凹部８が形成される。凹部８は、基板４の第１面Ｆ１に開口を有し、第１面Ｆ１から第２面Ｆ２に向かって窪む形状である。凹部８をキャビティとも言う。本実施形態では、基板４は、半導体基板であり、具体的には、単結晶シリコン基板である。

基板４の上面である第１面Ｆ１には、絶縁膜５が形成される。本実施形態では、絶縁膜５は、酸化シリコンにより形成される。また、本実施形態では、凹部８の側面および底面にも絶縁膜５が形成される。なお、本実施形態では、絶縁膜５は、第１面Ｆ１に形成されていればよく、凹部８の側面および底面の絶縁膜５は除去されていても構わない。また、本実施形態では、基板４の下面である第２面Ｆ２には絶縁膜が形成されていないが、第２面Ｆ２に絶縁膜が形成されていても構わない。
絶縁膜５を挟んで基板４の反対側には、半導体層６が形成される。半導体層６は、凹部８の周辺部において、絶縁膜５における基板４とは反対側の面である第３面Ｆ３と接合している。絶縁膜５の第３面Ｆ３を、絶縁膜５の上面とも言う。

半導体層６は、絶縁膜５とは反対側の面である第４面Ｆ５を有する。半導体層６の第４面Ｆ５を、半導体層６の上面とも言う。半導体層６は、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウムなどの半導体により形成される。半導体層６は、ホウ素（Ｂ）やリン（Ｐ）などの不純物をドープした単結晶半導体により形成されることが好ましい。不純物をドープすることにより半導体層６にキャリアを発生させ、抵抗率を下げることができる。例えば、ホウ素原子１個をドープした単結晶シリコンでは、ホウ素はシリコンの格子間に配置され、キャリアとして正孔（ホール）1個が発生する。キャリアのタイプが正孔である半導体はＰ型半導体と呼ばれる。ドープされたホウ素濃度と発生キャリア濃度に応じて、単結晶Ｐ型シリコンの抵抗率は０．００１～１００Ωｃｍとダイナミックに変化する。室温に於けるＰ型半導体（シリコン）の抵抗率が０．００１Ωｃｍの場合、正孔キャリア濃度１×１０²⁰ｃｍ^-3程度、抵抗率が０．２Ωｃｍの場合、正孔キャリア濃度１×１０¹⁷ｃｍ^-3程度、抵抗率が１００Ωｃｍの場合、正孔キャリア濃度１×１０¹⁴ｃｍ^-3程度となる。一般的に、固体物性に於いて、半導体のキャリア濃度が１×１０²⁰ｃｍ^-3～１×１０¹⁷ｃｍ^-3の範囲は、半金属の領域である。別の呼び方では縮退半導体とも呼ばれる。後述するように、半導体層６は櫛歯状の電極指を形成し、その静電容量変化を利用するため、半金属の特性を有した方が好適である。本実施形態では、半導体層６は、ホウ素をドープすることにより抵抗率を０．００１～０．２Ωｃｍとした単結晶シリコンを用いた。従って半導体層６のキャリア濃度は１×１０²⁰ｃｍ^-3～１×１０¹⁷ｃｍ^-3である。また、本実施形態では、基体７は、キャビティである凹部８を有するＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板である。

半導体層６を用いて、可動部２、固定電極部３、外枠部９および弾性部１３が形成される。本実施形態では、平面視で、可動部２は、凹部８の内側に形成される。可動部２を挟んで、可動部２のＸ方向の両側には、複数の固定電極部３が形成される。
外枠部９は、可動部２および固定電極部３を囲む略矩形の枠体である。外枠部９は、凹部８の周辺部において、絶縁膜５の上面である第３面Ｆ３に形成される。可動部２と、外枠部９と、は弾性部１３を介して連結している。

可動部２は、可動電極支持部１０と、可動電極支持部１０に支持される複数の可動電極指１１とを有する。本実施形態では、可動部２は、Ｙ方向に変位可能な振動子である。可動電極支持部１０は、Ｙ方向を長辺とする矩形状を有する。可動電極支持部１０のＹ方向の両端には弾性部１３が形成される。可動電極支持部１０のＸ方向の両側面には、可動電極指１１が形成される。可動電極指１１は、可動電極支持部１０から固定電極部３に向かって自由端が延出する片持ち梁形状である。

固定電極部３は、固定電極支持部１５と、固定電極指１６とを有する。
固定電極支持部１５は、凹部８の周辺部において、絶縁膜５の上面である第３面Ｆ３に形成される。固定電極指１６は、固定電極支持部１５から可動部２に向かって自由端が延出する片持ち梁形状である。
Ｘ方向プラス側に延出する可動電極指１１と、Ｘ方向マイナス側に延出する固定電極指１６とは、間隔を隔てて対向して配置される。同様に、Ｘ方向マイナス側に延出する可動電極指１１と、Ｘ方向プラス側に延出する固定電極指１６とは、間隔を隔てて対向して配置される。可動部２が静止している状態において、可動電極指１１の側面と、固定電極指１６の側面とは、所定の間隔を有する。

外枠部９のＹマイナス方向側の部分には、電極パッド２７および電極パッド２８が設けられている。
電極パッド２７は、外枠部９の角部に設けられている。電極パッド２７からは、Ｙプラス方向に配線２９が延出している。延出した配線２９は、固定電極支持部１５の方向（Ｘプラス方向）に分岐しコンタクト部２６に接続する。図２に示すように、コンタクト部２６は、第２酸化膜２２および第３酸化膜２３ａを貫通して固定電極支持部１５に電気的に接続する。換言すれば、電極パッド２７は、配線２９およびコンタクト部２６を介して固定電極支持部１５に電気的に接続している。なお、２個の電極パッド２７は、いずれも同様に、配線２９およびコンタクト部２６を介して固定電極支持部１５に電気的に接続する。一方、電極パッド２８はコンタクト部２６を介して可動電極支持部１０に電気的に接続する。可動電極支持部１０は可動電極指１１と同じ電位を保つので、可動電極指の電位は電極パッド２８の電位と等しくなる。換言すれば、電極パッド２８は、コンタクト部２６を介して可動電極指１１に電気的に接続している。

外枠部９は、図示しない配線により、例えば、電気的に接地されている。
外枠部９と固定電極支持部１５とは、電気的に絶縁されており、外枠部９と固定電極支持部１５との間には電位差が生じている。
図２に示すように、外枠部９と固定電極支持部１５との間には、トレンチ部４０が設けられ、トレンチ部４０内に設けられた絶縁分離部２０によって、外枠部９と固定電極支持部１５とは、絶縁されている。

このような加速度センサー１は、次のようにして加速度を検出することができる。なお、本実施形態では、加速度センサー１は、Ｙ方向の加速度を検出する。Ｙ方向の加速度が印加されると、可動部２が基体７に対してＹ方向に変位する。そのため、可動部２が有する可動電極指１１と、固定電極部３が有する固定電極指１６と、の間の静電容量が変化する。この静電容量の変化に基づいて、Ｙ方向の加速度を検出することができる。なお、Ｙ方向の加速度検出に限定するものではなく、任意の方向の加速度を検出することが可能であり、例えば、加速度センサー１を平面的に９０度回転させることにより、Ｘ方向の加速度を検出することができる。

＊＊＊絶縁分離部の構成＊＊＊
図３は、図２におけるｃ部の拡大断面図である。
図３に示すように、絶縁分離部２０は、トレンチ部４０内に設けられた第１酸化膜２１、第２酸化膜２２、第３酸化膜２３ａなどから構成される。
トレンチ部４０は、半導体層６に設けられている。トレンチ部４０は、半導体層６を貫通するとともに、絶縁膜５を底とする有底の溝である。
半導体層６は、トレンチ部４０により、第１半導体層としての外枠部９と、第２半導体層としての固定電極支持部１５とに分割される。換言すると、トレンチ部４０は、外枠部９と固定電極支持部１５との間に設けられた隙間であり、外枠部９と固定電極支持部１５とは、トレンチ部４０を介して、対向して設けられる。

第１酸化膜２１は、第１半導体層としての外枠部９を熱酸化して設けられた熱酸化膜であり、トレンチ部４０を埋め込むように設けられる。本実施形態において、第１酸化膜２１は、熱酸化シリコンである。
第１酸化膜２１は、絶縁膜５を底として、トレンチ部４０における外枠部９側の第１側面Ｗ１に沿って設けられ、外枠部９の上面にも延在している。以下、第１酸化膜２１において、外枠部９の上面に延在した部分を第１酸化膜２１ｂと称する。

第２酸化膜２２は、第２半導体層としての固定電極支持部１５を熱酸化して設けられた熱酸化膜であり、トレンチ部４０を埋め込むように設けられる。本実施形態において、第２酸化膜２２は、熱酸化シリコンである。
第２酸化膜２２は、絶縁膜５を底として、トレンチ部４０における固定電極支持部１５側の第２側面Ｗ２に沿って設けられ、固定電極支持部１５の上面にも延在している。以下、第２酸化膜２２において、固定電極支持部１５の上面に延在した部分を第２酸化膜２２ｂと称する。

トレンチ部４０内において、第１酸化膜２１と第２酸化膜２２とは、物理的に接触している。以下、第１酸化膜２１と第２酸化膜２２とが、物理的に接触している領域を接触領域ＣＡと称する。

接触領域ＣＡの上方の第１酸化膜２１と第２酸化膜２２との間には、凹部４１が形成されている。凹部４１は、第１酸化膜２１、第２酸化膜２２の上面から接触領域ＣＡに至るまで、間隔が段々と狭まっていく。凹部４１は別の見方をすれば、Ｖ溝、シーム、ノッチ、などと表現することができる。

凹部４１は、第３酸化膜２３ａと半導体領域２３ｂとにより充填される。
第３酸化膜２３ａは、熱酸化膜であり、本実施形態において、第３酸化膜２３ａは、熱酸化シリコンである。
半導体領域２３ｂは、シリコンからなる。半導体領域２３ｂのシリコンは多結晶である。半導体領域２３ｂの不純物濃度は半導体層６の不純物濃度と比して低い。例えば、シリコンの不純物濃度は１×１０¹⁷ｃｍ^-3以下である。
なお、半導体領域２３ｂはシリコンゲルマニウムであってもよい。半導体領域２３ｂがシリコンゲルマニウムの場合、第３酸化膜２３ａは熱酸化シリコンゲルマニウムである。

半導体領域２３ｂは、凹部４１の最深部、換言すると、第１酸化膜２１、接触領域ＣＡ、第２酸化膜２２、および第３酸化膜２３ａに囲まれた領域に設けられる。半導体領域２３ｂは、第１酸化膜２１、第２酸化膜２２、および第３酸化膜２３ａのそれぞれと物理的に接触して、第１酸化膜２１、第２酸化膜２２、および第３酸化膜２３ａを強力に結びつける。
したがって、半導体領域２３ｂを設けることで、第１酸化膜２１と第２酸化膜２２との境界、第１酸化膜２１と第３酸化膜２３ａとの境界、および第２酸化膜２２と第３酸化膜２３ａとの境界に、温度サイクルなどの熱ストレス等によるクラックが生じることを抑制することができる。これによって、前述したクラックを原因する配線２９の断線や抵抗値の上昇を抑制することができ、加速度センサー１の信頼性を高めることができる。

また、半導体領域２３ｂは、トレンチ部４０の第４面Ｆ５側の入口付近に設けられる。すなわち、半導体領域２３ｂは第３酸化膜２３ａと接触領域ＣＡの間に位置する。そして、接触領域ＣＡのＺ方向に沿った長さは、半導体領域２３ｂのＺ方向に沿った長さより長い。入口付近とは、第４面Ｆ５から第３面Ｆ３までの距離を１とした時に、第４面から第３面Ｆ３に向かって１／３～１／２程度の距離を言う。半導体領域２３ｂの形状は、閉曲面であり、丸く太い部分と、太い部分から細く伸びる細い部分を有する涙形である。そして、半導体領域２３ｂは、トレンチ部４０の第４面Ｆ５側が涙形の太い部分、接触領域ＣＡ側が涙形の細い部分になるように、設けられる。

ここで、半導体領域２３ｂは、シリコンからなるため、熱酸化シリコンからなる第１酸化膜２１、第２酸化膜２２、および第３酸化膜２３ａよりも誘電率が高い。したがって、半導体領域２３ｂによって、外枠部９と固定電極支持部１５との間のフリンジ容量などの寄生容量が増えて、加速度センサー１の性能に悪影響を与えることが懸念される。

しかし、半導体領域２３ｂの大きさは、第１酸化膜２１および第２酸化膜２２に比べて十分小さく、また、半導体領域２３ｂは、トレンチ部４０の第４面Ｆ５側の入口付近に設けられる。さらには、半導体領域２３ｂは、涙形の細く伸びた部分が、接触領域ＣＡ側になるように、設けられる。したがって、半導体領域２３ｂによる寄生容量の増加は、抑制され、加速度センサー１の性能への影響も抑制される。

接触領域ＣＡの下方には、空隙部４３が形成されている。
空隙部４３は、絶縁膜５と第１酸化膜２１と第２酸化膜２２と接触領域ＣＡに囲まれる部分に形成されている。空隙部４３があると、この空隙部４３における誘電率は真空の誘電率ε0となる。真空の誘電率ε0は８．８５×１０^-12［Ｆ／ｍ］である。一般に、真空の誘電率ε0に対する酸化膜の比誘電率は３．８～３．９であるから、比誘電率が１である空隙部４３の存在によりフリンジ容量は低減する。即ち、第１半導体層としての外枠部９と第２半導体層としての固定電極支持部１５との間における寄生容量を低減することができる。

また、空隙部４３直下における絶縁膜５の膜厚は、周囲の膜厚よりも、厚くなっている。この部分の絶縁膜５が厚くなる理由は、熱酸化処理により酸化する際に、酸素原子が絶縁膜５内に侵入、且つ拡散し、基板４と反応して熱酸化膜となるからである。この部分の絶縁膜５が厚いことにより、第１半導体層としての外枠部９と第２半導体層としての固定電極支持部１５との間における寄生容量を低減することができる。
また、外枠部９における上下の角部には角Ｒが形成されている。同様に、固定電極支持部１５における上下の角部にも角Ｒが形成されている。換言すれば、トレンチ部４０の上部の周縁部、および、下部の周縁部には角Ｒが形成されている。これらの角Ｒは、十分な時間の熱酸化処理を施すことにより形成され、これにより、フリンジ容量などの寄生容量の対称性が良好となる。また、これらの角Ｒは、固定電極支持部１５から外枠部９や基板４へと向かう電気力線の集中を緩和する機能を持ち、電界集中を回避することが出来る。従って、酸化膜の耐圧性能を向上させ、信頼性の高い加速度センサー１を提供することができる。

第３酸化膜２３ａの上面には、配線２９が形成される。
配線２９は、好適例として金属多層膜により形成される。換言すれば、配線２９は、第３酸化膜２３ａ上に設けられ、固定電極支持部１５と電気的に接続される。金属多層膜は、第３酸化膜２３ａとの密着性を確保できる材料により形成されることが好ましく、例えば、チタン、窒化チタン、アルミニウム、銅などを主成分とする金属多層膜を用いる。なお、電極パッド２７および電極パッド２８も、同様の材質で構成される。

配線２９と固定電極支持部１５との間には、両者間を電気的に接続するコンタクト部２６が設けられている。コンタクト部２６は、固定電極支持部１５の上面において第２酸化膜２２ｂと第３酸化膜２３ａとを貫通して、配線２９と固定電極支持部１５とを接続する。コンタクト部２６は、ビアホールであり、例えば、アルミニウム、銅、タングステンなどの金属を含む導電性材料から構成される。

＊＊＊加速度センサーの製造方法＊＊＊
図４は、加速度センサーの製造方法を示すフローチャート図である。図５～図９は、製造過程における絶縁分離部の断面図であり、図３に対応している。ここでは、加速度センサー１の製造方法について、絶縁分離部２０を主体に説明する。

ステップＳ１０では、基体７（図１）を準備する。上述したように、基体７は、半導体層６、および、キャビティである凹部８を有するＳＯＩ基板である。換言すれば、この工程では、基板４と、基板４の主面である第１面Ｆ１に設けられた絶縁膜５と、絶縁膜５における基板４とは反対側の面に形成される半導体層６と、を有する基体７を準備する。

ステップＳ１１では、半導体層６にトレンチ部４０を形成する。詳しくは、図５に示すように、トレンチ部４０となる部分が開口したハードマスク４８を形成し、ＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）法を用いてトレンチ部４０を形成する。これにより、図５に示すように、半導体層６を貫通し、絶縁膜５を底とした、半導体層６を２つに分割するトレンチ部４０が形成される。
なお、好適例では、ハードマスク４８は、半導体層６の表面に熱酸化膜を形成し、当該熱酸化膜をパターニングしたマスクを用いる。または、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）膜を形成し、当該ＣＶＤ膜をパターニングしたマスクを用いても良い。トレンチ部４０のサイズは、例えば、幅２μｍ×深さ３０μｍ程度である。換言すれば、この工程では、半導体層６の一部を除去することにより、トレンチ部４０と、トレンチ部４０を介して対向する第１半導体層としての外枠部９および第２半導体層としての固定電極支持部１５とを形成する。尚、トレンチ部４０は凹部８が存在しない部分に形成する。

トレンチ部４０の第１側面Ｗ１および第２側面Ｗ２には、サイドエッチＳＥが形成される。
サイドエッチＳＥは、トレンチ部４０の第４面Ｆ５側の入口付近に形成される。サイドエッチＳＥは、本来、形成されないことが好ましい。サイドエッチＳＥが形成されると、凹部４１は、先端が鋭角なＶ溝になるからである。また、サイドエッチＳＥは、ＳＯＩ基板における基体７の位置によっても、その大きさや深さにバラツキが生じることが分かっている。したがって、サイドエッチＳＥの形成によって、半導体層６には、深いＶ溝の凹部４１や、異なる大きさや深さの凹部４１が形成されることになる。
本実施形態では、凹部４１が深いＶ溝になってしまった場合や、凹部４１の深さや大きさにバラツキが生じてしまった場合であっても、凹部４１を確実に埋めることができるように、工夫されている。詳しくは、後述するステップＳ１４およびステップＳ１５において説明する。

ステップＳ１２では、トレンチ部４０を酸化物で埋め込む。好適例では、ウェット酸化処理を施す。例えば、パイロジェニック酸化法を用いて、１１００℃、１０時間以上の熱酸化処理を行う。例えば、熱酸化処理により、幅２μｍのトレンチ部４０の第１側面Ｗ１および第２側面Ｗ２から、１μｍ以上の厚さの酸化膜が形成されると、両側から形成された酸化膜が物理的に接触し、トレンチ部４０を埋め込むことができる。これにより、図６に示すように、トレンチ部４０内が、第１酸化膜２１、第２酸化膜２２により充填される。この際、半導体層６の上面には、第１酸化膜２１、第２酸化膜２２が、第１側面Ｗ１および第２側面Ｗ２における厚さと略同じ厚さで形成される。

本実施形態において、第１酸化膜２１及び第２酸化膜２２は、熱酸化シリコンである。熱酸化シリコンは、例えば、ＣＶＤ法による酸化シリコンと比べ、高品質であり、耐圧の高い絶縁体である。これにより、絶縁特性を向上できるため、絶縁分離部２０の信頼性を高めることができる。

また、第１酸化膜２１と第２酸化膜２２とが物理的に接触した接触領域ＣＡの上部には、凹部４７が形成される。例えば、幅２μｍのトレンチ部４０について、１１００℃、１８．５時間のパイロジェニック酸化法にて酸化したところ、開口幅０．６μｍ、深さ１．２９μｍの凹部４７が形成された。この時、熱酸化処理により、上述した空隙部４３、絶縁膜５の膜厚が厚い部分や、角Ｒも形成された。なお、好適例では、トレンチ部４０形成時に残ったハードマスク４８を取り除かずに、そのまま熱酸化処理を施す。これにより、開口幅が拡がり埋め込み易い形状になることが判っている。例えば、０．８８μｍ程度のハードマスク４８を残したまま、幅２μｍのトレンチ部４０について同じ酸化条件にて熱酸化処理を行うと開口幅２．３３μｍ、深さ２．２３μｍの凹部４７が形成された。

ステップＳ１３では、トレンチ部４０および半導体層６の上面に形成された、第１酸化膜２１および第２酸化膜２２をエッチバックする。好適例では、第１酸化膜２１および第２酸化膜２２をドライエッチングする。この際、ウェットエッチングを用いると等方エッチングとなるため、凹部４７（図６）が大きく開いてしまうが、ドライエッチングにすることで、開口幅を保ったままエッチバックすることができる。エッチバックにより、第１酸化膜２１、第２酸化膜２２が薄くなり、それに伴い凹部４７（図６）の位置も下がり、凹部４１（図７）となる。これにより、図７に示すように、半導体層６の上面に、薄膜化された第１酸化膜２１ｂ、第２酸化膜２２ｂが形成される。

本実施形態では好適例として、第１酸化膜２１及び第２酸化膜２２の第１側面Ｗ１及び第２側面Ｗ２における厚さを熱酸化膜の側面厚さｔ２とし、エッチバック後の第１酸化膜２１ｂ及び第２酸化膜２２ｂの厚さを熱酸化膜の上面厚さｔ１としたときに、下記の数式（１）を満たすように設定している。なお、熱酸化膜をエッチバックしないと、第１酸化膜２１及び第２酸化膜２２が厚すぎて、後述するコンタクト部２６が接触不良を起こす虞があった。逆に、エッチバックし過ぎて、半導体層６が露出すると段差が形成されてしまい、後々まで凹凸が残ってしまう虞があった。

０ ＜ 熱酸化膜の上面厚さｔ１ ＜ 熱酸化膜の側面厚さｔ２ ……式（１）

ステップＳ１４では、多結晶半導体層２３を形成する。凹部４１を含む第１酸化膜２１、第２酸化膜２２の上に、多結晶シリコンをＬＰＣＶＤ（Low-Pressure Chemical Vapor Deposition）法により堆積させる。この方法を採用することにより、図８に示すように、多結晶半導体層２３を凹部４１に確実に埋め込むことができる。例えば、凹部４１が深いＶ溝になってしまった場合や、凹部４１の深さや大きさにバラツキが生じてしまった場合であっても、多結晶半導体層２３を凹部４１に確実に埋めることができる。即ち、接触領域ＣＡの上部には多結晶半導体層２３が均一に存在しており、空隙が存在しない構成とすることができる。

ステップＳ１５では、多結晶半導体層２３に酸化処理を施す。多結晶半導体層２３に、例えば、パイロジェニック酸化法を用いて、１１００℃、８時間の熱酸化処理を行う。
図９に示すように、この熱酸化処理により、多結晶半導体層２３は酸化され、多結晶半導体酸化膜としての第３酸化膜２３ａが形成される。本実施形態において、第３酸化膜２３ａは熱酸化シリコンである。なお、第３酸化膜２３ａは、熱酸化シリコンゲルマニウムであってもよい。この場合、多結晶半導体層２３は、多結晶シリコンゲルマニウムで形成する。

また、凹部４１の最深部、換言すると、第１酸化膜２１、接触領域ＣＡ、第２酸化膜２２、および第３酸化膜２３ａに囲まれた領域には、多結晶半導体領域としての半導体領域２３ｂが設けられる。半導体領域２３ｂは、多結晶半導体層２３が、酸化されないで、残った部分である。本実施形態において、半導体領域２３ｂは、シリコンからなる。なお、多結晶半導体層２３が多結晶シリコンゲルマニウムの場合、半導体領域２３ｂはシリコンゲルマニウムである。多結晶半導体層２３をシリコンゲルマニウムにした場合、その成膜温度を低くすることができる。一般的なＬＰＣＶＤ法による多結晶シリコンの成膜温度が６００℃以上であるのに対し、多結晶シリコンゲルマニウムは５００℃前後で成膜することが可能である。これによりＳＯＩ基板４や凹部４１の熱履歴を低減することができる。
このように、多結晶半導体層２３に酸化処理を施すことで、凹部４１は、第３酸化膜２３ａおよび半導体領域２３ｂによって、埋められる。そして、凹部４１上の第３酸化膜２３ａの上面を、略平坦にすることができる。

ステップＳ１６では、第３酸化膜２３ａの上に配線２９を形成する。まず、配線２９の形成に先立ち、コンタクト部２６（図３）が形成される。そして、第３酸化膜２３ａおよびコンタクト部２６の上に、例えば、ＣＶＤ法や、蒸着法を用いて配線層が形成され、当該配線層をパターニングすることにより、図３（図１）に示す、配線２９が形成される。なお、配線２９の形成時には、他の図示しない配線や、電極パッド２７，２８（図１）なども一緒に形成される。

ステップＳ１７では、可動部２（図１）、固定電極部３および外枠部９などの外形が形成される。上述したように、可動部２、固定電極部３および外枠部９などは、半導体層６を用いて形成される。本実施形態では、可動部２、固定電極部３および外枠部９などの各部のそれぞれの外形に応じて、ドライエッチング法などを用いて半導体層６の不要部分を除去する。場合によっては不要となる絶縁膜５を除去しても良い。これにより、図１に示す加速度センサー１が形成される。

＊＊＊変形例＊＊＊
前述した実施形態は多様に変形され得る。以下に、具体的な変形の態様を例示する。

＊＊＊変形例１＊＊＊
＊＊＊絶縁分離部の変形例＊＊＊
図１０は、変形例に係る絶縁分離部２０の構成を示す拡大断面図であり、図３に対応している。図１１は、変形例に係る加速度センサーの製造方法を示すフローチャート図である。
図１０に示すように、変形例に係る絶縁分離部２０は、第３酸化膜２３ａの上面に第２絶縁膜としての平坦化絶縁膜２４が設けられ、配線２９は、平坦化絶縁膜２４の上面に設けられている点で、上述した実施形態と異なる。なお、上述した実施形態と同じ構成には、同じ符号を付して、説明を省略する。

平坦化絶縁膜２４は、好適例では低誘電率層である。低誘電率層とは、熱酸化膜の比誘電率３．９以下の材料で形成された絶縁層であり、好ましくはスピン・オン・グラス（ＳＯＧ）材料を用いる。ＳＯＧ材料は、シロキサンを主成分とするＳＯＧ溶液をスピンコート法により塗布・成膜できる低誘電率材料であり、例えば、シリカガラス、アルキルシロキサンポリマー、アルキルシルセスキオキサンポリマー、水素化シルセスキオキサンポリマー、水素化アルキルシルセスキオキサンポリマーなどを用いることができる。平坦化絶縁膜２４の上面は、平坦化されている。

平坦化絶縁膜２４を設けることで、凹部４１上の配線２９が設けられる面の平坦性を向上させることができる。平坦化絶縁膜２４の比誘電率は、好適例では、２．９～３．４であるが、３．９以下であれば良い。なお、誘電率が２．０以下のＳＯＧ材料を用いる場合は、平坦化絶縁膜２４の機械的強度が低くなってしまう虞があるため注意を要する。また、メチル基を有する有機系ＳＯＧ材料では、脱ガスがデバイス性能に影響を及ぼすことがあるので用途に応じて使い分ける必要がある。

＊＊＊加速度センサーの製造方法＊＊＊
図１１に示すように、変形例に係る加速度センサー１の製造方法では、多結晶半導体層２３を酸化する工程Ｓ１５と、配線２９を形成する工程Ｓ１６との間に、平坦化絶縁膜２４を形成する工程Ｓ１５５が追加されている点で、上述した実施形態と異なる。なお、上述した実施形態と同じ工程には、同じ符号を付して、説明を省略する。
ステップＳ１５５では、第３酸化膜２３ａ上に、平坦化絶縁膜２４を形成する。詳しくは、アルキルシルセスキオキサンポリマーを主成分とするＳＯＧ溶液をスピンコート法で塗布し、熱処理により硬化させる。加熱温度は、３００℃以上５００℃以下が好ましく、３００℃以上４５０℃以下であることがより好ましい。好適例では、塗布およびベーク処理を複数回行う。

＊＊＊変形例２＊＊＊
＊＊＊半導体領域の変形例＊＊＊
図１２Ａは、半導体領域の拡大図であり、図１２Ｂは、変形例に係る半導体領域の拡大図である。
図１２Ａに示すように、半導体領域２３ｂは絶縁分離部２０中に閉曲面として存在し、その断面形状は、涙形である。涙形は、水滴を表す形状であり、しずく形またはティアドロップと言い換えることができる。涙形は、円または楕円と三角形とを組み合わせたような形状を有する。本実施形態では、半導体領域２３ｂは、三角形の部分が、細く伸びて、先端が鋭角に尖ったＶ字の形状を有する。
また、半導体領域２３ｂの断面形状は、図１２Ｂに示した形状であってもよい。図１２Ｂに示した形状は、糸巻形と三角形とを組み合わせたような形状を有する。なお、半導体領域２３ｂの断面形状は、四角形と三角形とを組み合わせたような形状、または、三角形のみからなる形状であってもよい。

以上、述べた通り、本実施形態の加速度センサー１、加速度センサー１の製造方法によれば、以下の効果を得ることができる。
慣性センサーとしての加速度センサー１は、基板４と、配線２９と、基板４と配線２９との間にあり、基板４に接して設けられた絶縁膜５と、絶縁膜５と配線２９との間に設けられた第１半導体層としての外枠部９と、絶縁膜５と配線２９との間に設けられ、外枠部９の側面としての第１側面Ｗ１との間に隙間としてのトレンチ部４０を介して設けられた第２半導体層としての固定電極支持部１５と、トレンチ部４０において、外枠部９の側面に設けられた第１酸化膜２１と、トレンチ部４０において、第２半導体層の側面としての第２側面Ｗ２に設けられ、第１酸化膜２１と接触する接触領域ＣＡを有する第２酸化膜２２と、外枠部９と配線２９との間および固定電極支持部１５と配線２９との間に設けられた第３酸化膜２３ａと、第１酸化膜２１、接触領域ＣＡ、第２酸化膜２２及び第３酸化膜２３ａに囲まれた半導体領域２３ｂと、を備える。

これによれば、第１半導体層としての外枠部９と第２半導体層としての固定電極支持部１５との間は、熱酸化膜である第１酸化膜２１、第２酸化膜２２、および第３酸化膜２３ａにより埋め込まれる。したがって、外枠部９と固定電極支持部１５との間におけるフリンジ容量などの寄生容量を低減することができ、バイアス特性が良好な加速度センサー１を提供することができる。
さらには、第１酸化膜２１、接触領域ＣＡ、第２酸化膜２２及び第３酸化膜２３ａに囲まれたシリコンまたはシリコンゲルマニウムからなる半導体領域２３ｂを有するため、第１酸化膜２１と第２酸化膜２２との境界、第１酸化膜２１と第３酸化膜２３ａとの境界、および第２酸化膜２２と第３酸化膜２３ａとの境界に、クラックが発生することを抑制することができる。したがって、クラックの発生を原因とした配線２９の断線や抵抗値の上昇を抑制することができ、加速度センサー１の信頼性を高めることができる。

また、半導体領域２３ｂのシリコンは多結晶であり、不純物濃度は１×１０¹⁷ｃｍ^-3以下である。
このように、半導体領域２３ｂに、不純物濃度が１×１０¹⁷ｃｍ^-3以下の多結晶のシリコン、所謂、純粋なシリコンを用いることで、上述した半導体領域２３ｂのクラックの抑制効果を高めることができる。

また、第３酸化膜２３ａと配線２９との間に設けられた第２絶縁膜としての平坦化絶縁膜２４と、を備え、平坦化絶縁膜２４の比誘電率は、３．９以下である。
平坦化絶縁膜２４は、必要な強度と、平坦化性能とを備えているため、平坦化絶縁膜２４を備えることで、特に、熱ストレスによる配線２９の断線や抵抗値の上昇という不具合の抑制効果をさらに高めることができる。

また、第１半導体層としての外枠部９及び第２半導体層としての固定電極支持部１５は、単結晶シリコンであり、第１酸化膜２１及び第２酸化膜２２は、熱酸化シリコンである。
熱酸化シリコンは、例えば、ＣＶＤ法による酸化シリコンと比べ、高品質であり、耐圧の高い絶縁体である。これにより、絶縁特性を向上できるため、絶縁分離部２０の信頼性を高めることができる。

また、半導体領域２３ｂは、絶縁分離部２０中に閉曲面として存在し、接触領域ＣＡ側が細い涙形の断面形状を有する。
このように、半導体領域２３ｂが、接触領域ＣＡ側が細い涙形の断面形状を有するため、接触領域ＣＡ側が太い涙形の断面形状を有する場合に比べて、半導体領域２３ｂによる外枠部９と固定電極支持部１５との間のフリンジ容量などの寄生容量の増加を抑制することができる。

慣性センサーとしての加速度センサー１の製造方法は、基板４と、基板４に絶縁膜５を介して設けられた半導体層６とを有する基体７を準備する工程としてのステップＳ１０と、半導体層６を貫通する溝としてのトレンチ部４０を形成して、トレンチ部４０を介して対向する第１半導体層としての外枠部９と第２半導体層としての固定電極支持部１５とを形成する工程としてのステップＳ１１と、トレンチ部４０を介して対向する外枠部９の側面としての第１側面Ｗ１と固定電極支持部１５の側面としての第２側面Ｗ２とをウェット酸化して、互いの一部が物理的に接触した接触領域ＣＡを有する第１酸化膜２１と第２酸化膜２２と形成する工程としてのステップＳ１２と、第１酸化膜２１、接触領域ＣＡ、および第２酸化膜２２に多結晶半導体層２３を形成する工程としてのステップＳ１４と、多結晶半導体層２３を酸化させ、多結晶半導体層２３が酸化した多結晶半導体酸化膜としての第３酸化膜２３ａと、第１酸化膜２１、接触領域ＣＡ、第２酸化膜２２、および第３酸化膜２３ａに囲まれた多結晶半導体領域としての半導体領域２３ｂとを形成する工程としてのステップＳ１５と、を有する。

この方法によれば、第１半導体層としての外枠部９と第２半導体層としての固定電極支持部１５との間は、熱酸化膜である第１酸化膜２１、第２酸化膜２２、および第３酸化膜２３ａにより埋め込まれる。したがって、外枠部９と固定電極支持部１５との間におけるフリンジ容量などの寄生容量を低減することができ、バイアス特性が良好な加速度センサー１を提供することができる。
さらには、第１酸化膜２１、接触領域ＣＡ、第２酸化膜２２及び第３酸化膜２３ａに囲まれた半導体領域２３ｂを有するため、第１酸化膜２１と第２酸化膜２２との境界、第１酸化膜２１と第３酸化膜２３ａとの境界、および第２酸化膜２２と第３酸化膜２３ａとの境界に、クラックが発生することを抑制することができる。したがって、クラックの発生を原因とした配線２９の断線や抵抗値の上昇を抑制することができ、加速度センサー１の信頼性を高めることができる。

また、加速度センサー１の製造方法において、多結晶半導体領域としての半導体領域２３ｂは、シリコンまたはシリコンゲルマニウムからなる。
半導体領域２３ｂを、シリコンまたはシリコンゲルマニウムとすることで、クラックの抑制効果の高い半導体領域２３ｂとすることができる。

また、加速度センサー１の製造方法において、多結晶半導体領域としての半導体領域２３ｂは、絶縁分離部２０中に閉曲面として存在し、接触領域ＣＡ側が細い涙形の断面形状を有する。
このように、半導体領域２３ｂが、接触領域ＣＡ側が細い涙形の断面形状を有するため、接触領域ＣＡ側が太い涙形の断面形状を有する場合に比べて、半導体領域２３ｂによる外枠部９と固定電極支持部１５との間のフリンジ容量などの寄生容量の増加を抑制することができる。

実施形態２
＊＊＊絶縁分離部の応用＊＊＊
図１３は、実施形態２に係る加速度センサーの平面図である。
上記実施形態では、半導体層６の絶縁分離、および、配線２９の信頼性確保などを意図して絶縁分離部２０を用いる事例について説明したが、この用途に限定するものではなく、例えば、絶縁分離部を、配線の立体交差に用いても良い。

＊＊＊加速度センサーの概要＊＊＊
図１３に示す、本実施形態の加速度センサー５１は、Ｚ軸方向の加速度を検出する加速度センサーであり、揺動軸６１を軸として可動体５５が揺動する、いわゆる片側シーソー構造を採用している。
加速度センサー５１は、固定部８０と、固定部８０の中心を通りＸ軸に沿った揺動軸６１まわりに揺動可能な可動体５５と、固定部８０と可動体５５とを接続する第１回転バネ５４ａ、第２回転バネ５４ｂなどから構成される。固定部８０は、不図示の基体から突出した台座部に固定されている。当該台座部の周囲はキャビティとなっており、可動体５５が揺動可能な構成となっている。

可動体５５は、第１回転バネ５４ａからＹプラス方向に延在する第１バー５２ａと、第２回転バネ５４ｂからＹプラス方向に延在する第２バー５２ｂと、第１バー５２ａと第２バー５２ｂとを接続する第３バー５３とを有する。
第３バー５３には、櫛歯状の４つの可動電極群７３ａ～７３ｄが設けられている。可動電極群７３ａは、中心線６０のＸマイナス側において、第３バー５３からＹプラス方向に延在する７本の可動電極７１ｃから構成される。可動電極群７３ｂは、中心線６０のＸマイナス側において、第３バー５３からＹマイナス方向に延在する７本の可動電極７１ｃから構成される。なお、７本に限定するものではなく、可動電極７１ｃの本数は複数本であれば良い。
可動電極群７３ｃ，７３ｄは、中心線６０を対称軸として、Ｘプラス側において可動電極群７３ａ，７３ｂの左右対称となる位置に設けられている。

そして、不図示の基体には、可動電極群７３ａ～７３ｄと対向する固定電極群７４ａ～７４ｄが設けられている。
固定電極群７４ａは、基体に固定された支持部７５ａと、支持部７５ａからＹマイナス方向に延在する６本の固定電極７２とから構成される。固定電極群７４ｂは、基体に固定された支持部７５ｂと、支持部７５ｂからＹプラス方向に延在する６本の固定電極７２とから構成される。なお、６本に限定するものではなく、固定電極７２の本数は、可動電極７１ｃの本数に対応した本数であれば良い。
固定電極群７４ｃ，７４ｄは、中心線６０を対称軸として、Ｘプラス側において固定電極群７４ａ，７４ｂの左右対称となる位置に設けられている。

固定電極群７４ａと可動電極群７３ａとによる検出部、および、固定電極群７４ｂと可動電極群７３ｂとによる検出部を合せて、Ｎ型検出部７６ｎという。Ｎ型検出部７６ｎでは、対向配置された固定電極７２と可動電極７１ｃとにより平行平板型の容量が形成される。当該容量は、加速度による可動電極７１ｃの変位に伴い、固定電極７２との間における重なり面積の変化に応じて変化する。
同様に、固定電極群７４ｃと可動電極群７３ｃとによる検出部、および、固定電極群７４ｄと可動電極群７３ｄとによる検出部を合せて、Ｐ型検出部７６ｐという。Ｐ型検出部７６ｐでは、対向配置された固定電極７２ｃと可動電極７１とにより平行平板型の容量が形成される。当該容量は、加速度による可動電極７１の変位に伴い、固定電極７２ｃとの間における重なり面積の変化に応じて変化する。

Ｎ型検出部７６ｎの可動電極７１ｃは、Ｐ型検出部７６ｐの可動電極７１よりも、Ｚ方向の厚さが薄くなっている。詳しくは、可動電極７１ｃは、根元の第３バー５３と同じ厚さから延在方向の途中で階段状に切り欠かれて薄くなっている。これにより、７本の可動電極７１ｃ共に、固定電極７２と対向する部分においては、Ｚプラス側における厚みが薄くなっている。
Ｐ型検出部７６ｐの固定電極７２ｃは、Ｎ型検出部７６ｎの固定電極７２よりも、Ｚ方向の厚さが薄くなっている。詳しくは、固定電極７２ｃは、支持部７５ｃ，７５ｄ側の根元における厚さから延在方向の途中で階段状に切り欠かれて薄くなっている。これにより、６本の固定電極７２ｃ共に、可動電極７１と対向する部分においては、Ｚプラス側における厚みが薄くなっている。

このような構成により、Ｚプラス方向に加速度が生じた場合は、Ｎ型検出部７６ｎでは重なり面積が減少し、Ｐ型検出部７６ｐでは重なり面積が維持される。また、Ｚマイナス方向の加速度が生じた場合は、Ｎ型検出部７６ｎでは重なり面積が維持され、Ｐ型検出部７６ｐでは重なり面積が減少する。
このような相関関係に基づき、加速度センサー５１では、Ｎ型検出部７６ｎおよびＰ型検出部７６ｐにおける重なり面積の変化を、静電容量の変化として検出することにより、Ｚプラス／マイナス方向における加速度を検出することができる。

＊＊＊絶縁分離部の配線への適用＊＊＊
ここでは、絶縁分離部２０を適用した配線の立体交差事例について説明する。なお、実際には他にも多くの配線が設けられているが、絶縁分離部２０の適用配線を抜粋して説明する。
前述したように、Ｎ型検出部７６ｎにおける固定電極群７４ａと固定電極群７４ｂとは対となるため、両者間は配線８１で電気的に接続されている。配線８１は、固定電極群７４ａの支持部７５ａから外枠６５を大きくクランク状に通り、中心線６０に沿ってＹプラス方向に延在し、固定電極群７４ｂの支持部７５ｂに接続している。また、配線８１は、途中で分岐して電極パッド９２にも接続している。電極パッド９２からは、Ｎ型検出部７６ｎによる検出電圧が出力される。

ここで、支持部７５ａと外枠６５との間には絶縁分離部２０が設けられており、配線８１は絶縁分離部２０の上に形成されている。同様に、支持部７５ｂと半導体部９６との間には絶縁分離部２０が設けられており、配線８１は絶縁分離部２０の上に形成されている。なお、半導体部９６は、外枠６５と中心線６０に沿った部分で連結している。このように、絶縁分離部２０は、加速度センサー５１の各部で用いられている。

支持部７５ａのＸマイナス方向には、半導体部９０が設けられている。半導体部９０は、例えば、ストッパー部であり、可動体５５の面内変位を制限する部位である。半導体部９０には、配線８２ａにより可動体５５と同じ電位が印加される。
配線８２ａは、半導体部９０から外枠６５を通り、配線８１を跨いで、配線８２ｂに接続し、配線８２ｂは電極パッド９１に接続している。半導体部９０と外枠６５との間には絶縁分離部２０が設けられており、配線８２ａは絶縁分離部２０の上に形成されている。

図１４は、図１３のｆ部の拡大図である。図１５は、図１４のｇ－ｇ断面における断面図である。
ここでは、上記の配線８１と、配線８２ａ，８２ｂとの間における絶縁分離部２０を用いた立体交差事例を説明する。
図１４に示すように、本実施形態において、トレンチ部４０は、長円のリング形状、尚且つ閉ループ状に形成される。また、トレンチ部４０に形成される絶縁分離部２０も、同様に、長円のリング形状、尚且つ閉ループ状に形成される。絶縁分離部２０で囲われた長円の内側には、配線８１と、配線８２ａ，８２ｂとの交差部分が設けられている。
これにより、図１４および図１５に示すように、絶縁分離部２０により区画された半導体部６８は、周囲の外枠６５の半導体層とは分割され、電気的に独立した部位となる。

また、絶縁分離部２０を閉ループ状とすることで、絶縁分離の端部を減らし、歩留まりを向上させることができる。また、第１酸化膜２１と第２酸化膜２２との接触領域ＣＡが解放されることがないので、空隙部４３や半導体領域２３ｄの大きさを極小化することができる。

２つの配線を立体交差させる場合、この半導体部６８を配線として利用する。詳しくは、図１５に示すように、配線８２ａ、コンタクト部２６、半導体部６８、コンタクト部２６、配線８２ｂの経路で、電気導通経路が構成される。このような立体交差構成を立体交差部２０ｃという。立体交差部２０ｃは、配線８１、配線８２ａ，８２ｂに適用することに限定するものではなく、電位の異なる２本の配線が交差する部分に適用することができる。多結晶半導体領域としての半導体領域２３ｄは、絶縁分離部２０に沿って閉曲面として存在し、接触領域ＣＡ側が細い涙形の断面形状を有する。従って、図１５中の２箇所に存在する半導体領域２３ｄは閉曲面として繋がっており、断面形状は涙型である。これによって、図１４に示すように、絶縁分離部２０の上部に複数の配線が通っても、配線にクラックが生じることはなく、信頼性に優れている。なお、半導体部６８には、コンタクト部２６が２カ所形成されるため、この２つのコンタクト部から、それぞれ異なる電位を半導体部６８に伝達する構成とすることもできる。

図１３に戻る。
加速度センサー５１は、中心線６０を対称軸として略左右対称の構成を備えており、同一の部位には、同一の付番を付している。中心線６０のＸプラス側（右側）にも、半導体部９０が設けられており、Ｘマイナス側（左側）の半導体部９０と同じ電位が印加されている。半導体部９０と電気的に繋がる右側の配線８２ｂは、外枠６５を通り、立体交差部２０ｃを介して配線８３ｃに接続する。配線８３ｃは、立体交差部２０ｃを介して配線８３ｂと接続する。配線８３ｂは、立体交差部２０ｃを介して配線８３ａと接続し、配線８３ａは立体交差部２０ｃを介して左側の配線８２ｂと接続する。このように、立体交差部２０ｃは複数ヶ所で用いられる。
また、配線８３ａは、途中で分岐し、絶縁分離部２０の上を通って固定部８０にも接続している。固定部８０は、第１回転バネ５４ａを介して第１バー５２ａと接続している。換言すれば、電極パッド９１は、配線８３ａを介して可動体５５に電位を与えている。なお、図１３では、配線８３ｃも途中で分岐し、絶縁分離部２０の上を通って固定部８０に接続しているが、電気的には、配線８３ａ,８３ｃのいずれか一方が、固定部８０に接続していれば良い。

＊＊＊加速度センサーの製造方法＊＊＊
図１６は、実施形態２に係る加速度センサーの製造方法を示すフローチャート図である。ここでは、加速度センサー５１の製造方法について、絶縁分離部２０を主体に説明する。実施形態２に係る加速度センサー５１の製造方法は、多結晶半導体層２３を形成する工程と多結晶半導体層２３を酸化する工程とをｎ回繰り返す工程を含む点で、実施形態１と異なる。本実施形態では、ｎが３の例を説明する。なお、実施形態１と同じ工程には、同じ符号を付して、説明を省略する。

ステップＳ１４１では、多結晶半導体層２３を形成する。凹部４１を含む第１酸化膜２１、第２酸化膜２２の上に、多結晶シリコンをＬＰＣＶＤ法により堆積させる。この方法を採用することにより、多結晶半導体層２３を凹部４１に確実に埋め込むことができる。形成する多結晶半導体層２３の層厚は、実施形態１の約ｎ分の一である。実施形態１において、堆積させる多結晶シリコンの層厚は、約０．６μｍであるため、実施形態２において、１回の工程で堆積させる多結晶半導体層２３の層厚は、約三分の一の約０．２μｍである。

ステップＳ１５１では、多結晶半導体層２３に酸化処理を施す。多結晶半導体層２３に、例えば、パイロジェニック酸化法を用いて、１１００℃、約３時間弱の熱酸化処理を行う。実施形態１では、熱酸化処理の処理時間が、約８時間であったため、実施形態２では、１回の工程の処理時間は、実施形態１の約三分の一である。

多結晶半導体層２３を熱酸化処理することで、第３酸化膜２３ｃが形成される。なお、１回の熱酸化処理で形成される第３酸化膜２３ｃの膜厚は、図１５に示した第３酸化膜２３ｃの膜厚の約三分の一である。

また、凹部４１の最深部、換言すると、第１酸化膜２１、接触領域ＣＡ、第２酸化膜２２、および第３酸化膜２３ｃに囲まれた領域には、半導体領域２３ｄが設けられる。
半導体領域２３ｄの大きさは、実施形態１の半導体領域２３ｂよりも小さい。形成する多結晶半導体層２３の膜厚が、実施形態１の約ｎ分の一であるため、酸化されないで、凹部４１の最深部に設けられる半導体領域２３ｄの大きさも、実施形態１のｎ分の一程度の大きさになる。

また、半導体領域２３ｄは、絶縁分離部２０に沿って形成されるため、絶縁分離部２０と同様に、閉ループのリング形状に設けられる。絶縁分離部２０が、閉ループのリング形状であるため第１酸化膜２１と第２酸化膜２２との接触領域ＣＡが解放されることがないので、半導体領域２３ｄの大きさを極小化することができる。

このように、本実施形態では、半導体領域２３ｄの大きさを、実施形態１の半導体領域２３ｂより小さくすることができるため、半導体領域２３ｄによる寄生容量を、実施形態１よりも小さくすることができ、加速度センサー５１の特性への影響をより抑制することができる。

ステップＳ１５２では、ステップＳ１４１とステップＳ１５１とをｎ回繰り返したか否かを判定する。本実施形態では、ｎは３であるため、繰り返し回数が、３回に達するまで、ステップＳ１４１とステップＳ１５１とを繰り返し、３回に達すると、ステップＳ１６に移行する。

半導体領域２３ｄの大きさは、ステップＳ１４１とステップＳ１５１とを３回繰り返した後でも、実施形態１の半導体領域２３ｂよりも小さい。なぜならば、１回目の繰り返し工程によって、凹部４１の最深部の先端が鋭角に尖ったＶ字形状の部分が埋められる。したがって、２回目および３回目の工程では、凹部４１の底がなだらかになっているため、多結晶半導体層２３の酸化が進み、半導体領域２３ｄが形成されにくいからである。

ステップＳ１４１とステップＳ１５１とを３回繰り返すことで、凹部４１上の第３酸化膜２３ｃの上面を、略平坦にすることができる。
なお、ステップＳ１４１とステップＳ１５１とを繰り返す回数は、好適例では３回であるが、ステップＳ１４１とステップＳ１５１とを繰り返す回数ｎは、３に限定されない。例えば、２回、又は、４回、もしくは、それ以上としてもよい。
本実施形態において、１回目のステップＳ１４１において、形成される多結晶半導体層２３が、第１多結晶半導体層に対応し、２回目のステップＳ１４１において、形成される多結晶半導体層２３が、第２多結晶半導体層に対応する。

以上、述べた通り、本実施形態の加速度センサー５１、加速度センサー５１の製造方法によれば、上記実施形態での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
これによれば、Ｚ軸方向の加速度を検出する加速度センサー５１にも、絶縁分離部２０を適用することができる。さらに、絶縁分離部２０により、電位の異なる２本の配線が交差する部分で、立体交差を実現することができる。
従って、信頼性が高い加速度センサー５１を提供することができる。また、信頼性が高い配線の立体交差構造を提供することができる。

慣性センサーとしての加速度センサー５１の製造方法は、基板４と、基板４に絶縁膜５を介して設けられた半導体層６とを有する基体７を準備する工程としてのステップＳ１０と、半導体層６を貫通する溝としてのトレンチ部４０を形成して、トレンチ部４０を介して対向する第１半導体層としての外枠６５と第２半導体層としての半導体部６８とを形成する工程としてのステップＳ１１と、トレンチ部４０を介して対向する外枠６５の側面としての第１側面Ｗ１と半導体部６８の側面としての第２側面Ｗ２とをウェット酸化して、互いの一部が物理的に接触した接触領域ＣＡを有する第１酸化膜２１と第２酸化膜２２と形成する工程としてのステップＳ１２と、第１酸化膜２１、接触領域ＣＡ、および第２酸化膜２２に第１多結晶半導体層としての多結晶半導体層２３を形成する工程としてのステップＳ１４１と、第１多結晶半導体層としての多結晶半導体層２３を酸化させ、第１多結晶半導体層としての多結晶半導体層２３が酸化した多結晶半導体酸化膜としての第３酸化膜２３ｃと、第１酸化膜２１、接触領域ＣＡ、第２酸化膜２２、および第３酸化膜２３ｃに囲まれた多結晶半導体領域としての半導体領域２３ｄとを形成する工程としてのステップＳ１５１と、第３酸化膜２３ｃに第２多結晶半導体層としての多結晶半導体層２３を形成する工程としての２回目のステップＳ１４１と、第２多結晶半導体層としての多結晶半導体層２３を全て酸化させる工程としての２回目のステップＳ１５１と、を有する。

この方法によれば、第１半導体層としての外枠６５と第２半導体層としての半導体部６８との間は、熱酸化膜である第１酸化膜２１、第２酸化膜２２、および第３酸化膜２３ｃにより埋め込まれる。よって、外枠６５と半導体部６８との間におけるフリンジ容量などの寄生容量を低減することができるので、バイアス特性が良好な加速度センサー５１を提供することができる。
さらには、多結晶半導体層２３を形成する工程と多結晶半導体層２３を酸化させる工程とを複数に分けて行うので、半導体領域２３ｄの大きさを極小化することができるので、外枠６５と半導体部６８との間におけるフリンジ容量などの寄生容量が増加することを抑制することができる。
さらには、第１酸化膜２１、接触領域ＣＡ、第２酸化膜２２及び第３酸化膜２３ｃに囲まれた半導体領域２３ｄを有するため、第１酸化膜２１と第２酸化膜２２との境界、第１酸化膜２１と第３酸化膜２３ｃとの境界、および第２酸化膜２２と第３酸化膜２３ｃとの境界に、クラックが発生することを抑制することができる。
したがって、クラックの発生を原因とした配線２９の断線や抵抗値の上昇を抑制することができ、加速度センサー５１の信頼性を高めることができる。

また、加速度センサー５１の製造方法は、多結晶半導体領域としての半導体領域２３ｄは、シリコンまたはシリコンゲルマニウムからなり、不純物濃度は１×１０¹⁷ｃｍ^―3以下である。
半導体領域２３ｄを、シリコンまたはシリコンゲルマニウムとすることで、クラックの抑制効果の高い半導体領域２３ｄとすることができる。

また、加速度センサー５１の製造方法は、多結晶半導体領域としての半導体領域２３ｄは、絶縁分離部２０中に閉曲面として存在し、接触領域ＣＡ側が細い涙形の断面形状を有する。
このように、半導体領域２３ｄが、接触領域ＣＡ側が細い涙形の形断面状を有するため、接触領域ＣＡ側が太い涙形の断面形状を有する場合に比べて、半導体領域２３ｄによる外枠６５と半導体部６８との間のフリンジ容量などの寄生容量の増加を抑制することができる。

実施形態３
＊＊＊慣性計測装置の概要＊＊＊
図１７は、慣性計測装置の分解斜視図である。図１８は、基板の斜視図である。
本実施形態の慣性計測装置２０００は、上記の加速度センサー１を搭載している。

慣性計測装置２０００は、自動車や、ロボットなどの運動体の姿勢や、挙動などの慣性運動量を検出する装置である。慣性計測装置２０００は、加速度センサーや角速度センサーなどの慣性センサーを備え、いわゆるモーションセンサーとして機能する。

図１７に示すように、慣性計測装置２０００は、平面形状が略正方形の直方体である。
慣性計測装置２０００は、アウターケース３０１と、接合部材３１０と、慣性センサーが実装されたセンサーモジュール３２５と、を有する。

アウターケース３０１の外形は、慣性計測装置２０００の全体形状と同様に、平面形状が略正方形の直方体であり、正方形の対角線方向に位置する２箇所の頂点近傍に、それぞれネジ穴３０２が形成されている。この２箇所のネジ穴３０２に２本のネジを通して、自動車などの被装着体の被装着面に慣性計測装置２０００を固定することができる。

また、アウターケース３０１は、箱状であり、その内部にセンサーモジュール３２５が収納されている。具体的には、アウターケース３０１の内部に、接合部材３１０を介在させて、センサーモジュール３２５を挿入した構成となっている。

センサーモジュール３２５は、インナーケース３２０と、基板３１５と、を有する。インナーケース３２０は、基板３１５を支持する部材であり、インナーケース３２０の下面には接着剤を介して基板３１５が接合されている。

また、インナーケース３２０は、アウターケース３０１の内部に収まる形状となっている。インナーケース３２０には、基板３１５との接触を防止するための凹部３３１や後述するコネクター３１６を露出させるための開口３２１が形成されている。インナーケース３２０は、接合部材３１０を介してアウターケース３０１に接合されている。

次に、慣性センサーが実装された基板３１５について説明する。
図１８に示すように、基板３１５の上面であるインナーケース３２０側の面には、加速度センサー１、コネクター３１６、Ｚ軸まわりの角速度を検出する角速度センサー３１７ｚなどが実装されている。基板３１５の側面には、Ｘ軸まわりの角速度を検出する角速度センサー３１７ｘやＹ軸まわりの角速度を検出する角速度センサー３１７ｙが実装されている。

なお、加速度センサー１は、必要に応じて、例えば、Ｘ方向およびＹ方向の２方向の加速度を検出可能な加速度センサー、もしくはＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向の３方向の加速度を検出可能な加速度センサーとしても構わない。

また、基板３１５の下面であるアウターケース３０１側の面には、制御部としての制御ＩＣ３１９が実装されている。制御ＩＣ３１９は、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）であり、不揮発性メモリーを含む記憶部や、Ａ／Ｄコンバーターなどを内蔵しており、慣性計測装置２０００の各部を制御する。記憶部には、加速度、および角速度を検出するための順序と内容を規定したプログラムや、検出データをデジタル化してパケットデータに組込むプログラム、付随するデータなどが記憶されている。なお、基板３１５には、その他にも複数の電子部品が実装されている。

このような慣性計測装置２０００によれば、上述した慣性センサーの一例としての加速度センサー１を用いているため、加速度センサー１に係る効果を享受した慣性計測装置２０００を提供することができる。

以上、好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されない。また、本発明の各部の構成は、上述の実施形態の同様の機能を発揮する任意の構成に置換でき、また、任意の構成を付加できる。

１…加速度センサー、２…可動部、３…固定電極部、４…基板、５…絶縁膜、６…半導体層、７…基体、８…凹部、９…外枠部、１０…可動電極支持部、１１…可動電極指、１３…弾性部、１５…固定電極支持部、１６…固定電極指、２０…絶縁分離部、２０ｃ…立体交差部、２１…第１酸化膜、２１ｂ…第１酸化膜、２２…第２酸化膜、２２ｂ…第２酸化膜、２３…多結晶半導体層、２３ａ…第３酸化膜、２３ｂ…半導体領域、２３ｃ…第３酸化膜、２３ｄ…半導体領域、２４…平坦化絶縁膜、２６…コンタクト部、２７，２８…電極パッド、２９…配線、４０…トレンチ部、４１…凹部、４３…空隙部、４７…凹部、４８…ハードマスク、５１…加速度センサー、５２ａ…第１バー、５２ｂ…第２バー、５３…第３バー、５４ａ…第１回転バネ、５４ｂ…第２回転バネ、５５…可動体、６０…中心線、６１…揺動軸、６５…外枠、６８…半導体部、７１，７１ｃ…可動電極、７２，７２ｃ…固定電極、７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄ…可動電極群、７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄ…固定電極群、７５ａ，７５ｂ，７５ｃ…支持部、７６ｎ…Ｎ型検出部、７６ｐ…Ｐ型検出部、８０…固定部、８１，８２，８２ａ，８２ｂ，８３ａ，８３ｂ，８３ｃ…配線、９０…半導体部、９１，９２…電極パッド、９６…半導体部、３０１…アウターケース、３０２…ネジ穴、３１０…接合部材、３１５…基板、３１６…コネクター、３１７ｘ…角速度センサー、３１７ｙ…角速度センサー、３１７ｚ…角速度センサー、３１９…制御ＩＣ、３２０…インナーケース、３２１…開口、３２５…センサーモジュール、３３１…凹部、２０００…慣性計測装置、Ｆ１…第１面、Ｆ２…第２面、Ｆ３…第３面、Ｆ５…第４面、Ｗ１…第１側面、Ｗ２…第２側面、ＣＡ…接触領域、ＳＥ…サイドエッチ。

Claims (10)

1. 基板と、
   配線と、
   前記基板と前記配線との間にあり、前記基板に接して設けられた絶縁膜と、
   前記絶縁膜と前記配線との間に設けられた第１半導体層と、
   前記絶縁膜と前記配線との間に設けられ、前記第１半導体層の側面との間に隙間を介して設けられた第２半導体層と、
   前記隙間において、前記第１半導体層の側面に設けられた第１酸化膜と、
   前記隙間において、前記第２半導体層の側面に設けられ、前記第１酸化膜と接触する接触領域を有する第２酸化膜と、
   前記第１半導体層と前記配線との間および前記第２半導体層と前記配線との間に設けられた第３酸化膜と、
   前記第１酸化膜、前記接触領域、前記第２酸化膜及び前記第３酸化膜に囲まれた多結晶半導体領域と、を備える
   慣性センサー。
2. 前記多結晶半導体領域はシリコンまたはシリコンゲルマニウムであり、キャリア濃度は１×１０¹⁷ｃｍ^-3以下である、
   請求項１に記載の慣性センサー。
3. 前記第３酸化膜と前記配線との間に設けられた第２絶縁膜と、を備え、
   前記第２絶縁膜の比誘電率は３．９以下である、
   請求項１に記載の慣性センサー。
4. 前記第１半導体層および前記第２半導体層は、単結晶シリコンであり、
   前記第１酸化膜および前記第２酸化膜は、熱酸化シリコンである、
   請求項１に記載の慣性センサー。
5. 前記多結晶半導体領域は、閉曲面であり、前記接触領域側が細い涙形の断面形状を有する、
   請求項１に記載の慣性センサー。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の慣性センサーと、
   前記慣性センサーを制御する制御部と、を備える
   慣性計測装置。
7. 基板と、前記基板に絶縁膜を介して設けられた半導体層とを有する基体を準備する工程と、
   前記半導体層を貫通する溝を形成して、前記溝を介して対向する第１半導体層と第２半導体層とを形成する工程と、
   前記溝を介して対向する前記第１半導体層の側面と前記第２半導体層の側面とをウェット酸化して、互いの一部が物理的に接触した接触領域を有する第１酸化膜と第２酸化膜とを形成する工程と、
   前記第１酸化膜、前記接触領域、および前記第２酸化膜に多結晶半導体層を形成する工程と、
   前記多結晶半導体層を酸化させ、前記多結晶半導体層が酸化した多結晶半導体酸化膜と、前記第１酸化膜、前記接触領域、前記第２酸化膜、および前記多結晶半導体酸化膜に囲まれた多結晶半導体領域とを形成する工程と、を有する、
   慣性センサーの製造方法。
8. 基板と、前記基板に絶縁膜を介して設けられた半導体層とを有する基体を準備する工程と、
   前記半導体層を貫通する溝を形成して、前記溝を介して対向する第１半導体層と第２半導体層とを形成する工程と、
   前記溝を介して対向する前記第１半導体層の側面と前記第２半導体層の側面とをウェット酸化して、互いの一部が物理的に接触した接触領域を有する第１酸化膜と第２酸化膜とを形成する工程と、
   前記第１酸化膜、前記接触領域、および前記第２酸化膜に第１多結晶半導体層を形成する工程と、
   前記第１多結晶半導体層を酸化させ、前記第１多結晶半導体層が酸化した多結晶半導体酸化膜と、前記第１酸化膜、前記接触領域、前記第２酸化膜、および前記多結晶半導体酸化膜に囲まれた多結晶半導体領域と、を形成する工程と、
   前記多結晶半導体酸化膜に第２多結晶半導体層を形成する工程と、
   前記第２多結晶半導体層を全て酸化させる工程と、を有する、
   慣性センサーの製造方法。
9. 前記多結晶半導体領域は、シリコンまたはシリコンゲルマニウムからなり、不純物濃度は１×１０¹⁷ｃｍ^-3以下である、
   請求項７または請求項８に記載の慣性センサーの製造方法。
10. 前記多結晶半導体領域は、閉曲面であり、前記接触領域側が細い涙形の断面形状を有する、
    請求項７または請求項８に記載の慣性センサーの製造方法。

Images