JP4193232B2 - 力学量センサ - Google Patents
力学量センサ Download PDFInfo
- Publication number
- JP4193232B2 JP4193232B2 JP20683598A JP20683598A JP4193232B2 JP 4193232 B2 JP4193232 B2 JP 4193232B2 JP 20683598 A JP20683598 A JP 20683598A JP 20683598 A JP20683598 A JP 20683598A JP 4193232 B2 JP4193232 B2 JP 4193232B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- movable electrode
- fixed
- substrate
- beam structure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Pressure Sensors (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は力学量センサに係り、詳しくは、例えば加速度、ヨーレート等を検出するための力学量センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体加速度センサとして、特開平９−２１１０２２号公報等に開示されているように、加速度を受けた際に移動する梁構造体を有し、その梁構造体の動きを対向する電極（固定および可動電極）にて検出する方法が知られている。
【０００３】
本発明者らがその加速度センサについて更に検討を進めたところ、梁構造体にスティッキング（付着）や反りが生じやくすく、センサ機能が阻害されることがあることが判明した。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この発明の目的は、梁構造体にスティッキング等の不具合が生じにくい力学量センサとその製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明においては、可動電極と固定電極とが対向する面内において、可動電極の上端と固定電極の上端との間の距離をｄ１０とし、可動電極の下端と固定電極の下端との間の距離をｄ１１とするとき、ｄ１０がｄ１１よりも大きくなる態様で、可動電極および固定電極の少なくとも一方は、それら可動電極および固定電極に交差してかつ基板の上面に垂直な断面形状が、上側の辺を狭くした台形形状からなるようにした。これにより、スティッキングが起こる部位である電極対向面におけるスティッキング面積を減らし、スティッキング力を減じてリリースしやすい構造となるとともに、反りの発生要因となる応力の残留部位を少なくでき、反りの発生を抑えることができる。
【０００７】
また、請求項２に記載のように、可動電極と固定電極とが対向する面内において、それら可動電極および固定電極の少なくとも一方に順テーパと逆テーパとが当該面の上下方向に連続的に繰り返す凹凸を形成することで、同対向する面内における梁構造体の移動方向での可動電極と固定電極との離間距離を異ならせる、若しくは請求項３に記載のように、可動電極と固定電極とが対向する面内において、可動電極の上端と固定電極の上端との間の距離をｄ１とし、可動電極の下端と固定電極の下端との間の距離をｄ２とするとき、ｄ２がｄ１よりも大きくなる態様で、可動電極および固定電極の少なくとも一方は、それら可動電極および固定電極に交差してかつ基板の上面に垂直な断面形状が、下側の辺を狭くした逆台形形状からなるようにしてもよい。
これらの構成によっても、上記請求項１と同様にスティッキングが起こる部位である電極対向面におけるスティッキング面積を減らし、スティッキング力を減じてリリースしやすい構造となるとともに、反りの発生要因となる応力の残留部位を少なくでき、反りの発生を抑えることが可能となる。
さらに、請求項４に記載のように、可動電極と固定電極とが対向する面内において、可動電極の上端と固定電極の上端との間の距離をｄ２０とし、可動電極の下端と固定電極の下端との間の距離をｄ２１とし、可動電極の中央と固定電極の中央との間の距離をｄ２２とするとき、ｄ２２がｄ２０およびｄ２１よりも小さくなる態様で、可動電極と固定電極とが対向する面内において、それら可動電極および固定電極の少なくとも一方の当該面の上下方向に順テーパと逆テーパとを形成することで、同対向する面内における梁構造体の移動方向での可動電極と固定電極との離間距離を異ならせる、若しくは請求項５に記載のように、可動電極と固定電極とが対向する面内において、可動電極の上端と固定電極の上端との間の距離をｄ３０とし、可動電極の下端と固定電極の下端との間の距離をｄ３１とし、可動電極の中央と固定電極の中央との間の距離をｄ３２とするとき、ｄ３２がｄ３０およびｄ３１よりも大きくなる態様で、可動電極と固定電極とが対向する面内において、それら可動電極および固定電極の少なくとも一方の当該面の上下方向に逆テーパと順テーパとを形成することで、同対向する面内における梁構造体の移動方向での可動電極と固定電極との離間距離を異ならせるようにしてもよい。
こうした構成によっても、上記各請求項にかかる発明と同様に、スティッキングが起こる部位である電極対向面におけるスティッキング面積を減らし、スティッキング力を減じてリリースしやすい構造となるとともに、反りの発生要因となる応力の残留部位を少なくでき、反りの発生を抑えることが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、この発明を具体化した実施の形態を図面に従って説明する。
【００１２】
本実施の形態においては、半導体加速度センサに適用している。より詳しくは、サーボ制御式の差動容量型半導体加速度センサに適用している。
図１は本実施の形態に係る半導体加速度センサの平面図であり、図２は図１中のエレメント部分（梁構造体２Ａ）の拡大図であり、図３は図２におけるＡ−Ａ断面図である。
【００１３】
図３において、基板１の上面には、単結晶シリコンよりなる梁構造体２Ａが配置されている。図２，３に示すように、梁構造体２Ａは基板１側から突出する４つのアンカー部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄにより架設されており、基板１の上面において所定間隔を隔てた位置に配置されている。アンカー部３ａ〜３ｄはポリシリコン薄膜よりなる。アンカー部３ａとアンカー部３ｂとの間には梁部４が架設されており、アンカー部３ｃとアンカー部３ｄとの間には梁部５が架設されている。
【００１４】
また、梁部４と梁部５との間には長方形状をなす質量部（マス部）６が架設されている。質量部６には上下に貫通する透孔６ａが設けられている。この透孔６ａを設けることにより、犠牲層エッチングの際にエッチング液の進入を行い易くすることができる。
【００１５】
さらに、質量部６における一方の側面（図２については左側面）からは４つの可動電極７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄが突出している。この可動電極７ａ〜７ｄは棒状をなし、等間隔をおいて平行に延びている。また、質量部６における他方の側面（図２においては右側面）からは４つの可動電極８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄが突出している。この可動電極８ａ〜８ｄは棒状をなし、等間隔に平行に延びている。ここで、梁部４，５、質量部６、可動電極７ａ〜７ｄ、８ａ〜８ｄは犠牲層酸化膜３４（図３参照）の一部もしくは全部をエッチング除去することにより、可動となっている。
【００１６】
また、基板１の上面には４つの第１の固定電極９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄおよび第２の固定電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄが固定されている。第１の固定電極９ａ〜９ｄは基板１側から突出するアンカー部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄにより支持されており、梁構造体２Ａの各可動電極（棒状部）７ａ〜７ｄの一方の側面に対向して配置されている。また、第２の固定電極１１ａ〜１１ｄは基板１側から突出するアンカー部１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄにより支持されており、梁構造体２Ａの各可動電極（棒状部）７ａ〜７ｄの他方の側面に対向して配置されている。
【００１７】
同様に、基板１の上面には第１の固定電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄおよび第２の固定電極１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄが固定されている。第１の固定電極１３ａ〜１３ｄはアンカー部１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄにより支持され、かつ梁構造体２Ａの各可動電極（棒状部）８ａ〜８ｄの一方の側面に対向して配置されている。また、第２の固定電極１５ａ〜１５ｄは基板１側から突出するアンカー部１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄにより支持されており、梁構造体２Ａの各可動電極（棒状部）８ａ〜８ｄの他方の側面に対向して配置されている。
【００１８】
また、図１に示すように、基板１の上面には基板１から突出するアンカー部１７ａ，１７ｂ，１７ｃにより支持された電極取出部１８ａ，１８ｂ，１８ｃが形成され、さらにその上にはアルミ電極からなる電極パッド（ボンディングパッド）１９ａ，１９ｂ，１９ｃが形成されている。電極部２０ａ，２０ｂ，２０ｃはアンカー部１７ａ，１７ｂ，１７ｃ、電極取出部１８ａ，１８ｂ，１８ｃ、電極パッド１９ａ，１９ｂ，１９ｃから構成され、電極部２０ｄは固定部２Ｂ（図３参照）と電極パッド１９ｄから構成される。
【００１９】
基板１は図３に示すようにシリコン基板２２の上に貼合用薄膜（ポリシリコン薄膜）２３と絶縁体薄膜（シリコン酸化膜）２４と絶縁体薄膜２５と導電性薄膜（例えばリン等の不純物をドーピングしたポリシリコン薄膜）２６と絶縁体薄膜２７とを積層した構成となっており、導電性薄膜２６が絶縁体薄膜２５，２７で覆われた構造となっている。ここで、絶縁体薄膜２５，２７は前述した犠牲層をエッチングする際のエッチング液で浸食されにくい薄膜（例えばシリコン窒化膜）で構成されている。つまり、本例では、エッチング液としてＨＦ（フッ素水素液）が用いられ、シリコン窒化膜はシリコン酸化膜に比べ浸食量が小さくセンサ製造に適している。
【００２０】
導電性薄膜２６は図３に示すようにアンカー部３ａ，１０ａ，１０ｂ，１２ａを構成している。また、アンカー部３ｂ〜３ｄ、１０ｃ，１０ｄ，１２ｂ〜１２ｄ，１４ａ〜１４ｄ，１６ａ〜１６ｄ，１７ａ〜１７ｃについても導電性薄膜２６により構成されている。
【００２１】
また、導電性薄膜２６は第１の固定電極９ａ〜９ｄと電極取出部１８ａの間、第１の固定電極１３ａ〜１３ｄと電極取出部１８ａの間、第２の固定電極１１ａ〜１１ｄと電極取出部１８ｃの間、および第２の固定電極１５ａ〜１５ｄと電極取出部１８ｃの間をそれぞれ電気的に接続する配線を形成するとともに、下部電極（静電気力相殺用固定電極）２８を形成している。なお、下部電極２８は図２に示すように基板１の上面部における梁構造体２Ａと対向する領域に形成されている。
【００２２】
また、図１，図２に示すように、固定電極９ａ〜９ｄは配線パターン２９、アンカー部１７ａを通じて電極取出部１８ａと接続されており、その上面にアルミ薄膜よりなる電極パッド（ボンディングパッド）１９ａが設けられている構成となっている。また、固定電極１１ａ〜１１ｄは配線パターン３０、アンカー部１７ｃを通じて電極取出部１８ｃと接続され、その上面に電極パッド１９ｃが設けられている。固定電極１３ａ〜１３ｄは同様に配線パターン３１を通じて電極取出部１８ａおよび電極パッド１９ａと、また、固定電極１５ａ〜１５ｄは配線パターン３２を通じて電極取出部１８ｃおよび電極パッド１９ｃと接続されている。梁構造体２Ａは配線パターン３３およびアンカー部１７ｂを通じて電極取出部１８ｂおよび電極パッド１９ｂと接続されている。ここで、電極パッド１９ｄは表面電位を取るためのもので、詳しくは、１枚のシリコン基板のうち梁構造体２Ａ、固定電極（９ａ〜９ｄ，１１ａ〜１１ｄ，１３ａ〜１３ｄ，１５ａ〜１５ｄ）、電極取出部（１８ａ〜１８ｃ）を除く部分の電位を取るためのものである。
【００２３】
上記した構成において、梁構造体２Ａの可動電極７ａ〜７ｄと第１の固定電極９ａ〜９ｄとの間に第１のコンデンサが形成され、梁構造体２Ａの可動電極７ａ〜７ｄと第２の固定電極１１ａ〜１１ｄとの間に第２のコンデンサが形成される。同様に、梁構造体２Ａの可動電極８ａ〜８ｄと第１の固定電極１３ａ〜１３ｄとの間に第１のコンデンサが、また梁構造体２Ａの可動電極８ａ〜８ｄと第２の固定電極１５ａ〜１５ｄとの間に第２のコンデンサが形成される。
【００２４】
そして、第１，第２のコンデンサの容量に基づいて梁構造体２Ａに作用する加速度を検出することができるようになっている。より詳しくは、可動電極と固定電極とにより２つの差動型静電容量を形成し、２つの容量が等しくなるようにサーボ動作を行う。
【００２５】
ここで、図４に、図３の固定電極・可動電極の断面の拡大図を示す。
図４において、可動電極３５と固定電極３６とが対向する面内において、梁構造体２Ａの移動方向での離間距離ｄ１，ｄ２が異なっている。詳しくは、可動電極３５と固定電極３６とが対向する面が、対向する面内での離間距離が徐々に変化するテーパ形状となっている。つまり、図４の上端での梁構造体２Ａの移動方向での離間距離はｄ１と最も小さく、下端での梁構造体２Ａの移動方向での離間距離はｄ２と最も大きくなっている。よって、図３に示したように、可動電極（７ａ〜７ｄ，８ａ〜８ｄ）を含む梁構造体２Ａ及び固定電極（９ａ〜９ｄ，１１ａ〜１１ｄ，１３ａ〜１３ｄ，１５ａ〜１５ｄ）に適切なテーパ形状を採用することで、スティッキングを起こす電極対向面に、そのスティッキング面積が減少している。これにより、スティッキング力を減じてリリースしやすい。
【００２６】
さらに、電極形状をテーパとすることで、応力の残留部位である梁構造体２Ａの下端面の面積が少なくなり、反りの発生が抑えられる。これにより、所望のセンサ形状が得られる。詳しくは、例えば、図４において仮想線１００，２００にて描く断面形状を有する構造において、反りの原因となる残留応力が固定・可動電極３５，３６での基板１側に多く生じている場合は、図４に実線で示すように、下側の辺を狭くした台形状とする、つまり、断面長方形状をなす電極１００，２００に対し基板１側の幅Ｗを狭くすれば反りを抑えることが可能になる。
【００２７】
次に、このように構成した半導体加速度センサの製造方法を、図５〜図２０を用いて説明する。
まず、図５に示すように、第１の半導体基板として単結晶シリコン基板４０を用意する。そして、トレンチエッチングによりシリコン基板４０に溝４１を形成する。この溝４１は後記する研磨時のストッパおよびマスクの合わせマークとして利用するためのものである。
【００２８】
さらに、図６に示すように、シリコン基板４０の表面にイオン注入などにより不純物をドープし、低抵抗領域４２を形成する。そして、図７に示すように、犠牲層用薄膜としてのシリコン酸化膜４３をＣＶＤ法などにより成膜し、さらにシリコン酸化膜４３の表面を平坦化する。
【００２９】
引き続き、図８に示すように、シリコン酸化膜４３に対しフォトリソグラフィを経て一部エッチングして凹部４４を形成する。その後、図９に示すように、表面の凹凸を増大させるためと犠牲層エッチング時のエッチングストッパとするためにシリコン窒化膜（第１の絶縁体薄膜）４５を成膜する。
【００３０】
そして、図１０に示すように、シリコン酸化膜４３とシリコン窒化膜４５の積層体に対しフォトリソグラフィを経てドライエッチングなどによりアンカー部形成領域に開口部４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄを形成する。この開口部４６ａ〜４６ｄは、梁構造体と下部電極とを接続するため、および固定電極・電極取出部と配線パターンとを接続するためのものである。
【００３１】
引き続き、図１１に示すように、開口部４６ａ〜４６ｄを含むシリコン窒化膜４５の上にポリシリコン薄膜４７を成膜し、その後、リン拡散などにより不純物を導入し、さらに、フォトリソグラフィを経てアンカー部、配線、下部電極のパターン（導電性薄膜）４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄを形成する。
【００３２】
そして、図１２に示すように、ポリシリコン薄膜４７ａ〜４７ｄおよびシリコン窒化膜４５の上に、第２の絶縁体薄膜としてのシリコン窒化膜４８とシリコン酸化膜４９を順に成膜する。
【００３３】
さらに、図１３に示すように、シリコン酸化膜４９上に貼合用薄膜としてのポリシリコン薄膜５０を成膜し、図１４に示すように、貼合のためにポリシリコン薄膜５０の表面を機械的研磨などにより平坦化する。
【００３４】
その後、図１５に示すように、シリコン基板４０とは別の単結晶シリコン基板（支持基板）５１を用意し、ポリシリコン薄膜５０の表面と第２の半導体基板としてのシリコン基板５１とを貼り合わせる。
【００３５】
そして、図１６に示すようにシリコン基板４０，５１を表裏逆にして、図１７に示すように、シリコン基板４０側を機械的研磨などを行い薄膜化する。この際、溝４１内のシリコン酸化膜４３の層が出現するまで研磨を行う。このようにして、シリコン酸化膜４３の層が出現するまで研磨を行うと、研磨における硬度が変化するため、研磨の終点を容易に検出することができる。
【００３６】
この後、図１８に示すように、層間絶縁膜としてのシリコン酸化膜５２を成膜した後、イオン注入などにより不純物をドープする。このようにして低抵抗層５３をシリコン基板４０の表面に形成する。そして、コンタクト孔５４を形成し、図１９に示すように、アルミ電極５５を成膜・フォトリソグラフィを経て形成する。その後に、固定電極を含む固定部２Ｂと梁可動体２Ａを画定するための溝５６を形成する。この溝５６は、シリコン基板４０における可動電極形成部と固定電極形成部との間の不要領域に形成されるものであって、この溝５６はその内部の壁面が基板４０の表面に平行な方向で徐々に離間距離が大きくなるテーパ状にされる。この溝５６の形成に関し、より詳しくは、ドライエッチングの際の条件として所望のガス種を選択して使用することにより溝５６を図１９の断面形状にする。
【００３７】
最後に、図２０に示すように、ＨＦ系のエッチング液によりシリコン酸化膜４３，５２をエッチング除去し、可動電極を有する梁構造体を可動とする。つまり、エッチング液を用いた犠牲層エッチングにより所定領域のシリコン酸化膜４３を除去してシリコン基板４０よりなる梁構造体を可動構造体とする。この際、エッチング後の乾燥の過程で可動部が基板に付着するのを防止するため、パラジクロロベンゼン等の昇華剤を用いる。
【００３８】
このようにして、図４に示す固定電極・可動電極の断面形状を有する半導体加速度センサを形成することができる。
このように本実施形態は、下記の特徴を有する。
（イ）図４に示すように、可動電極３５と固定電極３６とが対向する面内において梁構造体２Ａの移動方向での離間距離を異ならせた。よって、スティッキングが起こる部位である電極の対向面におけるスティッキング面積を減らし、スティッキング力を減じてリリースしやすい構造を提供することができる。より詳しくは、可動電極３５と固定電極３６とが対向する面のうち少なくともいずれか一方を、対向する面内での離間距離が徐々に変化するテーパ形状とする。
【００３９】
また、図４のごとく、電極の対向面をテーパ形状を形成することで、反りの発生要因となる応力の残留部位を少なくでき、反りの発生を抑えることができる。
（ロ）製造方法として、図９に示すように、シリコン基板４０上に、犠牲層用薄膜４３および絶縁体薄膜４５を積層し、図１０に示すように、犠牲層用薄膜４３と絶縁体薄膜４５との積層体におけるアンカー部形成領域４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄを開口し、図１１に示すように、開口部４６ａ〜４６ｄを含む絶縁体薄膜４５上の所定領域に導電性薄膜４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄを形成し、図１２に示すように、導電性薄膜４７ａ〜４７ｄの上を含む絶縁体薄膜４５上に絶縁体薄膜４８，４９を形成し、図１３に示すように、絶縁体薄膜４８，４９上に貼合用薄膜５０を形成するとともに、図１４に示すように、貼合用薄膜５０の表面の平坦化を行い、図１５に示すように、貼合用薄膜５０の表面とシリコン基板５１とを貼り合わせ、図１７に示すように、シリコン基板４０を所望の厚さまで研磨し、図１９のようにシリコン基板４０における可動電極形成部と固定電極形成部との間の不要領域を、対向する面内において基板の表面に平行な方向での離間距離を異ならせて除去し、図２０に示すように、ウェットエッチングにより所定領域の犠牲層用薄膜４３を除去してシリコン基板４０よりなる梁構造体を可動構造とした。その結果、（イ）のセンサ構造を得ることができ、しかも、梁構造体のアンカー部から可動電極用配線を、また、固定電極のアンカー部から固定電極用配線を延設した構造を得るための製造方法として好ましいものになる。
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態を、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００４０】
上記した第１の実施形態においては、図１９に示す溝５６の形成、即ち、固定電極を含む固定部２Ｂと梁構造体２Ａを画定するエッチングを、工程の最後部分に行ったが、本実施形態では、この工程を図５で述べたトレンチエッチングと同時に行っている。これを、図２１〜図３６を用いて詳しく説明する。
【００４１】
まず、図２１に示すように、単結晶シリコン基板４０に対し、固定電極を含む固定部２Ｂと梁構造体２Ａを画定するための溝６０を形成する。つまり、この溝６０は、シリコン基板４０における可動電極形成部と固定電極形成部との間のエアギャップ形成領域に形成されるものであって、かつ、対向する内壁での面内において基板４０の表面に平行な方向での離間距離を異ならせテーパ状にして形成する。
【００４２】
そして、図２２に示すように、シリコン基板４０の表面にイオン注入などにより不純物をドープし、低抵抗領域４２を形成し、図２３に示すように、犠牲層用薄膜としてのシリコン酸化膜４３をＣＶＤ法などにより成膜し、さらにシリコン酸化膜４３の表面を平坦化する。
【００４３】
さらに、図２４に示すように、シリコン酸化膜４３に対しフォトリソグラフィを経て一部エッチングして凹部４４を形成した後、図２５に示すように、シリコン窒化膜４５を成膜する。そして、図２６に示すように、シリコン酸化膜４３とシリコン窒化膜４５の積層体に対しアンカー部形成領域に開口部４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄを形成し、図２７に示すように、開口部４６ａ〜４６ｄを含むシリコン窒化膜４５の上にポリシリコン薄膜４７を成膜し、その後、リン拡散などにより不純物を導入し、さらに、フォトリソグラフィを経てアンカー部、配線、下部電極のパターン４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄを形成する。
【００４４】
そして、図２８に示すように、ポリシリコン薄膜４７およびシリコン窒化膜４５の上にシリコン窒化膜４８とシリコン酸化膜４９を成膜し、図２９に示すように、シリコン酸化膜４９上に貼合用薄膜としてのポリシリコン薄膜５０を成膜し、図３０に示すように貼合のためにポリシリコン薄膜５０の表面を機械的研磨などにより平坦化する。
【００４５】
その後、図３１に示すように、ポリシリコン薄膜５０の表面と第２の半導体基板としてのシリコン基板５１とを貼り合わせ、図３２に示すようにシリコン基板４０，５１を表裏逆にして、図３３に示すように、シリコン基板４０側を機械的研磨などを行い薄膜化する。この後、図３４に示すように、層間絶縁膜としてのシリコン酸化膜５２を成膜した後、イオン注入などにより不純物をドープする。そして、コンタクト孔５４を形成し、図３５に示すように、アルミ電極５５を成膜・フォトリソグラフィを経て形成し、図３６に示すように、ＨＦ系のエッチング液によりシリコン酸化膜４３，５２をエッチング除去し、可動電極を有する梁構造体を可動とする。
【００４６】
このように本実施形態は、下記の特徴を有する。
（イ）図２１に示すように、シリコン基板４０における可動電極形成部と固定電極形成部との間のエアギャップ形成領域に溝６０を、対向する内壁面内において基板の表面に平行な方向での離間距離を異ならせて形成する。そして、図２５に示すように、溝６０を含む基板４０上に、犠牲層用薄膜４３および絶縁体薄膜４５を積層し、図２６に示すように、犠牲層用薄膜４３と絶縁体薄膜４５との積層体におけるアンカー部形成領域４６ａ〜４６ｄを開口し、図２７に示すように、開口部４６ａ〜４６ｄを含む絶縁体薄膜４５上の所定領域に導電性薄膜４７ａ〜４７ｄを形成し、図２８に示すように、導電性薄膜４７ａ〜４７ｄの上を含む絶縁体薄膜４５上に絶縁体薄膜４８，４９を形成し、図２９，３０に示すように、絶縁体薄膜４８，４９上に貼合用薄膜５０を形成するとともに、貼合用薄膜５０の表面を平坦化を行い、図３１に示すように、貼合用薄膜５０の表面とシリコン基板５１とを貼り合わせ、図３３に示すように、シリコン基板４０を所望の厚さまで研磨し、図３６に示すように、ウェットエッチングにより所定領域の犠牲層用薄膜４３を除去してシリコン基板４０よりなる梁構造体を可動構造とする。その結果、図３に示すセンサ構造を得る。
【００４７】
これまで説明してきたものの他にも下記のように実施してもよい。
図４に代わる可動電極３５と固定電極３６との対向する面内における構造として、図３７に示すように、逆テーパとしてもよい。つまり、図３７の下端における梁構造体２Ａの移動方向での離間距離はｄ１１と最も小さく、上端における梁構造体２Ａの移動方向での離間距離はｄ１０と最も大きくする。このようなテーパ形状を有する溝は、ドライエッチングの際の条件として所望のガス種を選択して使用することにより得られるものである。この場合には、上端において応力の残留部位を少なくすることができ、反りの発生を抑えることができる。つまり、図３７において仮想線１００，２００にて描く断面形状を有する構造において、反りの原因となる残留応力が固定・可動電極３５，３６での反基板側に多く生じている場合は、図３７に実線で示すように、上側の辺を狭くした台形状とすると（反基板側の梁幅Ｗを狭くすると）反りを抑えることが可能になる。
【００４８】
なお、図４に示すテーパ形状とするか図３７に示すテーパ形状にするかについては、実際にセンサを製造し、その結果から反りの発生を抑制するためのテーパ形状を決定すればよい。
【００４９】
また、図３８に示すように、中央を接近させた正・逆テーパ（順テーパと逆テーパの組み合わせ）としてもよい。つまり、中央部の距離ｄ２２に対し上下両端部の距離ｄ２０，ｄ２１を大きくする、すなわちｄ２２＜ｄ２０かつｄ２２＜ｄ２１とする。
【００５０】
あるいは、図３９に示すように、上下端を接近させた正・逆テーパ（順テーパと逆テーパの組み合わせ）としてもよい。つまり、上下両端部の距離ｄ３０，ｄ３１に対し中央部の距離ｄ３２を大きくする、すなわちｄ３０＜ｄ３２かつｄ３１＜ｄ３２とする。
【００５１】
あるいは、図４０に示すように、順テーパと逆テーパを連続的に繰り返して凹凸を形成する。
ここで、図３８〜図４０に示す溝形状は、ドライエッチングの条件を変えつつ溝加工を行うことにより実現できる。例えば、変える条件としては、ガス種、ガス流量、基板温度、パワーが挙げられる。このようにして、エッチングの条件を変えながら溝加工を行うことにより離間距離ｄを異ならせることができる。
【００５２】
また、図４では可動電極３５と固定電極３６とが対向する面のうちの両方をテーパ面としたが、一方のみをテーパ面（あるいは凹凸面等）としてもよい。
また、本発明は上記した加速度センサに限らずヨーレートセンサなどの力学量センサにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態にかかる半導体加速度センサの平面構成を示す図。
【図２】 図１中のエレメント部分の拡大図。
【図３】 図２のＡ−Ａ断面図。
【図４】 実施形態にかかる加速度センサの断面の部分拡大図。
【図５】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図６】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図７】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図８】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図９】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図１０】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図１１】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図１２】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図１３】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図１４】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図１５】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図１６】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図１７】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図１８】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図１９】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図２０】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図２１】 第２の実施形態における加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図２２】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図２３】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図２４】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図２５】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図２６】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図２７】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図２８】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図２９】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図３０】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図３１】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図３２】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図３３】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図３４】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図３５】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図３６】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図３７】 別例の加速度センサの断面図。
【図３８】 別例の加速度センサの断面図。
【図３９】 別例の加速度センサの断面図。
【図４０】 別例の加速度センサの断面図。
【符号の説明】
１…基板、２Ａ…梁構造体、７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ…可動電極、８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ…可動電極、９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ…第１の固定電極、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ…第２の固定電極、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ…第１の固定電極、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ…第２の固定電極、４０…シリコン基板、４１…溝、４３…シリコン酸化膜、４５…シリコン窒化膜、４６ａ〜４６ｄ…開口部、４７ａ〜４７ｄ…ポリシリコン薄膜、４８…シリコン窒化膜、５０…ポリシリコン薄膜、５１…シリコン基板、５６…溝、６０…溝。
【発明の属する技術分野】
この発明は力学量センサに係り、詳しくは、例えば加速度、ヨーレート等を検出するための力学量センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体加速度センサとして、特開平９−２１１０２２号公報等に開示されているように、加速度を受けた際に移動する梁構造体を有し、その梁構造体の動きを対向する電極（固定および可動電極）にて検出する方法が知られている。
【０００３】
本発明者らがその加速度センサについて更に検討を進めたところ、梁構造体にスティッキング（付着）や反りが生じやくすく、センサ機能が阻害されることがあることが判明した。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この発明の目的は、梁構造体にスティッキング等の不具合が生じにくい力学量センサとその製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明においては、可動電極と固定電極とが対向する面内において、可動電極の上端と固定電極の上端との間の距離をｄ１０とし、可動電極の下端と固定電極の下端との間の距離をｄ１１とするとき、ｄ１０がｄ１１よりも大きくなる態様で、可動電極および固定電極の少なくとも一方は、それら可動電極および固定電極に交差してかつ基板の上面に垂直な断面形状が、上側の辺を狭くした台形形状からなるようにした。これにより、スティッキングが起こる部位である電極対向面におけるスティッキング面積を減らし、スティッキング力を減じてリリースしやすい構造となるとともに、反りの発生要因となる応力の残留部位を少なくでき、反りの発生を抑えることができる。
【０００７】
また、請求項２に記載のように、可動電極と固定電極とが対向する面内において、それら可動電極および固定電極の少なくとも一方に順テーパと逆テーパとが当該面の上下方向に連続的に繰り返す凹凸を形成することで、同対向する面内における梁構造体の移動方向での可動電極と固定電極との離間距離を異ならせる、若しくは請求項３に記載のように、可動電極と固定電極とが対向する面内において、可動電極の上端と固定電極の上端との間の距離をｄ１とし、可動電極の下端と固定電極の下端との間の距離をｄ２とするとき、ｄ２がｄ１よりも大きくなる態様で、可動電極および固定電極の少なくとも一方は、それら可動電極および固定電極に交差してかつ基板の上面に垂直な断面形状が、下側の辺を狭くした逆台形形状からなるようにしてもよい。
これらの構成によっても、上記請求項１と同様にスティッキングが起こる部位である電極対向面におけるスティッキング面積を減らし、スティッキング力を減じてリリースしやすい構造となるとともに、反りの発生要因となる応力の残留部位を少なくでき、反りの発生を抑えることが可能となる。
さらに、請求項４に記載のように、可動電極と固定電極とが対向する面内において、可動電極の上端と固定電極の上端との間の距離をｄ２０とし、可動電極の下端と固定電極の下端との間の距離をｄ２１とし、可動電極の中央と固定電極の中央との間の距離をｄ２２とするとき、ｄ２２がｄ２０およびｄ２１よりも小さくなる態様で、可動電極と固定電極とが対向する面内において、それら可動電極および固定電極の少なくとも一方の当該面の上下方向に順テーパと逆テーパとを形成することで、同対向する面内における梁構造体の移動方向での可動電極と固定電極との離間距離を異ならせる、若しくは請求項５に記載のように、可動電極と固定電極とが対向する面内において、可動電極の上端と固定電極の上端との間の距離をｄ３０とし、可動電極の下端と固定電極の下端との間の距離をｄ３１とし、可動電極の中央と固定電極の中央との間の距離をｄ３２とするとき、ｄ３２がｄ３０およびｄ３１よりも大きくなる態様で、可動電極と固定電極とが対向する面内において、それら可動電極および固定電極の少なくとも一方の当該面の上下方向に逆テーパと順テーパとを形成することで、同対向する面内における梁構造体の移動方向での可動電極と固定電極との離間距離を異ならせるようにしてもよい。
こうした構成によっても、上記各請求項にかかる発明と同様に、スティッキングが起こる部位である電極対向面におけるスティッキング面積を減らし、スティッキング力を減じてリリースしやすい構造となるとともに、反りの発生要因となる応力の残留部位を少なくでき、反りの発生を抑えることが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、この発明を具体化した実施の形態を図面に従って説明する。
【００１２】
本実施の形態においては、半導体加速度センサに適用している。より詳しくは、サーボ制御式の差動容量型半導体加速度センサに適用している。
図１は本実施の形態に係る半導体加速度センサの平面図であり、図２は図１中のエレメント部分（梁構造体２Ａ）の拡大図であり、図３は図２におけるＡ−Ａ断面図である。
【００１３】
図３において、基板１の上面には、単結晶シリコンよりなる梁構造体２Ａが配置されている。図２，３に示すように、梁構造体２Ａは基板１側から突出する４つのアンカー部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄにより架設されており、基板１の上面において所定間隔を隔てた位置に配置されている。アンカー部３ａ〜３ｄはポリシリコン薄膜よりなる。アンカー部３ａとアンカー部３ｂとの間には梁部４が架設されており、アンカー部３ｃとアンカー部３ｄとの間には梁部５が架設されている。
【００１４】
また、梁部４と梁部５との間には長方形状をなす質量部（マス部）６が架設されている。質量部６には上下に貫通する透孔６ａが設けられている。この透孔６ａを設けることにより、犠牲層エッチングの際にエッチング液の進入を行い易くすることができる。
【００１５】
さらに、質量部６における一方の側面（図２については左側面）からは４つの可動電極７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄが突出している。この可動電極７ａ〜７ｄは棒状をなし、等間隔をおいて平行に延びている。また、質量部６における他方の側面（図２においては右側面）からは４つの可動電極８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄが突出している。この可動電極８ａ〜８ｄは棒状をなし、等間隔に平行に延びている。ここで、梁部４，５、質量部６、可動電極７ａ〜７ｄ、８ａ〜８ｄは犠牲層酸化膜３４（図３参照）の一部もしくは全部をエッチング除去することにより、可動となっている。
【００１６】
また、基板１の上面には４つの第１の固定電極９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄおよび第２の固定電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄが固定されている。第１の固定電極９ａ〜９ｄは基板１側から突出するアンカー部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄにより支持されており、梁構造体２Ａの各可動電極（棒状部）７ａ〜７ｄの一方の側面に対向して配置されている。また、第２の固定電極１１ａ〜１１ｄは基板１側から突出するアンカー部１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄにより支持されており、梁構造体２Ａの各可動電極（棒状部）７ａ〜７ｄの他方の側面に対向して配置されている。
【００１７】
同様に、基板１の上面には第１の固定電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄおよび第２の固定電極１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄが固定されている。第１の固定電極１３ａ〜１３ｄはアンカー部１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄにより支持され、かつ梁構造体２Ａの各可動電極（棒状部）８ａ〜８ｄの一方の側面に対向して配置されている。また、第２の固定電極１５ａ〜１５ｄは基板１側から突出するアンカー部１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄにより支持されており、梁構造体２Ａの各可動電極（棒状部）８ａ〜８ｄの他方の側面に対向して配置されている。
【００１８】
また、図１に示すように、基板１の上面には基板１から突出するアンカー部１７ａ，１７ｂ，１７ｃにより支持された電極取出部１８ａ，１８ｂ，１８ｃが形成され、さらにその上にはアルミ電極からなる電極パッド（ボンディングパッド）１９ａ，１９ｂ，１９ｃが形成されている。電極部２０ａ，２０ｂ，２０ｃはアンカー部１７ａ，１７ｂ，１７ｃ、電極取出部１８ａ，１８ｂ，１８ｃ、電極パッド１９ａ，１９ｂ，１９ｃから構成され、電極部２０ｄは固定部２Ｂ（図３参照）と電極パッド１９ｄから構成される。
【００１９】
基板１は図３に示すようにシリコン基板２２の上に貼合用薄膜（ポリシリコン薄膜）２３と絶縁体薄膜（シリコン酸化膜）２４と絶縁体薄膜２５と導電性薄膜（例えばリン等の不純物をドーピングしたポリシリコン薄膜）２６と絶縁体薄膜２７とを積層した構成となっており、導電性薄膜２６が絶縁体薄膜２５，２７で覆われた構造となっている。ここで、絶縁体薄膜２５，２７は前述した犠牲層をエッチングする際のエッチング液で浸食されにくい薄膜（例えばシリコン窒化膜）で構成されている。つまり、本例では、エッチング液としてＨＦ（フッ素水素液）が用いられ、シリコン窒化膜はシリコン酸化膜に比べ浸食量が小さくセンサ製造に適している。
【００２０】
導電性薄膜２６は図３に示すようにアンカー部３ａ，１０ａ，１０ｂ，１２ａを構成している。また、アンカー部３ｂ〜３ｄ、１０ｃ，１０ｄ，１２ｂ〜１２ｄ，１４ａ〜１４ｄ，１６ａ〜１６ｄ，１７ａ〜１７ｃについても導電性薄膜２６により構成されている。
【００２１】
また、導電性薄膜２６は第１の固定電極９ａ〜９ｄと電極取出部１８ａの間、第１の固定電極１３ａ〜１３ｄと電極取出部１８ａの間、第２の固定電極１１ａ〜１１ｄと電極取出部１８ｃの間、および第２の固定電極１５ａ〜１５ｄと電極取出部１８ｃの間をそれぞれ電気的に接続する配線を形成するとともに、下部電極（静電気力相殺用固定電極）２８を形成している。なお、下部電極２８は図２に示すように基板１の上面部における梁構造体２Ａと対向する領域に形成されている。
【００２２】
また、図１，図２に示すように、固定電極９ａ〜９ｄは配線パターン２９、アンカー部１７ａを通じて電極取出部１８ａと接続されており、その上面にアルミ薄膜よりなる電極パッド（ボンディングパッド）１９ａが設けられている構成となっている。また、固定電極１１ａ〜１１ｄは配線パターン３０、アンカー部１７ｃを通じて電極取出部１８ｃと接続され、その上面に電極パッド１９ｃが設けられている。固定電極１３ａ〜１３ｄは同様に配線パターン３１を通じて電極取出部１８ａおよび電極パッド１９ａと、また、固定電極１５ａ〜１５ｄは配線パターン３２を通じて電極取出部１８ｃおよび電極パッド１９ｃと接続されている。梁構造体２Ａは配線パターン３３およびアンカー部１７ｂを通じて電極取出部１８ｂおよび電極パッド１９ｂと接続されている。ここで、電極パッド１９ｄは表面電位を取るためのもので、詳しくは、１枚のシリコン基板のうち梁構造体２Ａ、固定電極（９ａ〜９ｄ，１１ａ〜１１ｄ，１３ａ〜１３ｄ，１５ａ〜１５ｄ）、電極取出部（１８ａ〜１８ｃ）を除く部分の電位を取るためのものである。
【００２３】
上記した構成において、梁構造体２Ａの可動電極７ａ〜７ｄと第１の固定電極９ａ〜９ｄとの間に第１のコンデンサが形成され、梁構造体２Ａの可動電極７ａ〜７ｄと第２の固定電極１１ａ〜１１ｄとの間に第２のコンデンサが形成される。同様に、梁構造体２Ａの可動電極８ａ〜８ｄと第１の固定電極１３ａ〜１３ｄとの間に第１のコンデンサが、また梁構造体２Ａの可動電極８ａ〜８ｄと第２の固定電極１５ａ〜１５ｄとの間に第２のコンデンサが形成される。
【００２４】
そして、第１，第２のコンデンサの容量に基づいて梁構造体２Ａに作用する加速度を検出することができるようになっている。より詳しくは、可動電極と固定電極とにより２つの差動型静電容量を形成し、２つの容量が等しくなるようにサーボ動作を行う。
【００２５】
ここで、図４に、図３の固定電極・可動電極の断面の拡大図を示す。
図４において、可動電極３５と固定電極３６とが対向する面内において、梁構造体２Ａの移動方向での離間距離ｄ１，ｄ２が異なっている。詳しくは、可動電極３５と固定電極３６とが対向する面が、対向する面内での離間距離が徐々に変化するテーパ形状となっている。つまり、図４の上端での梁構造体２Ａの移動方向での離間距離はｄ１と最も小さく、下端での梁構造体２Ａの移動方向での離間距離はｄ２と最も大きくなっている。よって、図３に示したように、可動電極（７ａ〜７ｄ，８ａ〜８ｄ）を含む梁構造体２Ａ及び固定電極（９ａ〜９ｄ，１１ａ〜１１ｄ，１３ａ〜１３ｄ，１５ａ〜１５ｄ）に適切なテーパ形状を採用することで、スティッキングを起こす電極対向面に、そのスティッキング面積が減少している。これにより、スティッキング力を減じてリリースしやすい。
【００２６】
さらに、電極形状をテーパとすることで、応力の残留部位である梁構造体２Ａの下端面の面積が少なくなり、反りの発生が抑えられる。これにより、所望のセンサ形状が得られる。詳しくは、例えば、図４において仮想線１００，２００にて描く断面形状を有する構造において、反りの原因となる残留応力が固定・可動電極３５，３６での基板１側に多く生じている場合は、図４に実線で示すように、下側の辺を狭くした台形状とする、つまり、断面長方形状をなす電極１００，２００に対し基板１側の幅Ｗを狭くすれば反りを抑えることが可能になる。
【００２７】
次に、このように構成した半導体加速度センサの製造方法を、図５〜図２０を用いて説明する。
まず、図５に示すように、第１の半導体基板として単結晶シリコン基板４０を用意する。そして、トレンチエッチングによりシリコン基板４０に溝４１を形成する。この溝４１は後記する研磨時のストッパおよびマスクの合わせマークとして利用するためのものである。
【００２８】
さらに、図６に示すように、シリコン基板４０の表面にイオン注入などにより不純物をドープし、低抵抗領域４２を形成する。そして、図７に示すように、犠牲層用薄膜としてのシリコン酸化膜４３をＣＶＤ法などにより成膜し、さらにシリコン酸化膜４３の表面を平坦化する。
【００２９】
引き続き、図８に示すように、シリコン酸化膜４３に対しフォトリソグラフィを経て一部エッチングして凹部４４を形成する。その後、図９に示すように、表面の凹凸を増大させるためと犠牲層エッチング時のエッチングストッパとするためにシリコン窒化膜（第１の絶縁体薄膜）４５を成膜する。
【００３０】
そして、図１０に示すように、シリコン酸化膜４３とシリコン窒化膜４５の積層体に対しフォトリソグラフィを経てドライエッチングなどによりアンカー部形成領域に開口部４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄを形成する。この開口部４６ａ〜４６ｄは、梁構造体と下部電極とを接続するため、および固定電極・電極取出部と配線パターンとを接続するためのものである。
【００３１】
引き続き、図１１に示すように、開口部４６ａ〜４６ｄを含むシリコン窒化膜４５の上にポリシリコン薄膜４７を成膜し、その後、リン拡散などにより不純物を導入し、さらに、フォトリソグラフィを経てアンカー部、配線、下部電極のパターン（導電性薄膜）４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄを形成する。
【００３２】
そして、図１２に示すように、ポリシリコン薄膜４７ａ〜４７ｄおよびシリコン窒化膜４５の上に、第２の絶縁体薄膜としてのシリコン窒化膜４８とシリコン酸化膜４９を順に成膜する。
【００３３】
さらに、図１３に示すように、シリコン酸化膜４９上に貼合用薄膜としてのポリシリコン薄膜５０を成膜し、図１４に示すように、貼合のためにポリシリコン薄膜５０の表面を機械的研磨などにより平坦化する。
【００３４】
その後、図１５に示すように、シリコン基板４０とは別の単結晶シリコン基板（支持基板）５１を用意し、ポリシリコン薄膜５０の表面と第２の半導体基板としてのシリコン基板５１とを貼り合わせる。
【００３５】
そして、図１６に示すようにシリコン基板４０，５１を表裏逆にして、図１７に示すように、シリコン基板４０側を機械的研磨などを行い薄膜化する。この際、溝４１内のシリコン酸化膜４３の層が出現するまで研磨を行う。このようにして、シリコン酸化膜４３の層が出現するまで研磨を行うと、研磨における硬度が変化するため、研磨の終点を容易に検出することができる。
【００３６】
この後、図１８に示すように、層間絶縁膜としてのシリコン酸化膜５２を成膜した後、イオン注入などにより不純物をドープする。このようにして低抵抗層５３をシリコン基板４０の表面に形成する。そして、コンタクト孔５４を形成し、図１９に示すように、アルミ電極５５を成膜・フォトリソグラフィを経て形成する。その後に、固定電極を含む固定部２Ｂと梁可動体２Ａを画定するための溝５６を形成する。この溝５６は、シリコン基板４０における可動電極形成部と固定電極形成部との間の不要領域に形成されるものであって、この溝５６はその内部の壁面が基板４０の表面に平行な方向で徐々に離間距離が大きくなるテーパ状にされる。この溝５６の形成に関し、より詳しくは、ドライエッチングの際の条件として所望のガス種を選択して使用することにより溝５６を図１９の断面形状にする。
【００３７】
最後に、図２０に示すように、ＨＦ系のエッチング液によりシリコン酸化膜４３，５２をエッチング除去し、可動電極を有する梁構造体を可動とする。つまり、エッチング液を用いた犠牲層エッチングにより所定領域のシリコン酸化膜４３を除去してシリコン基板４０よりなる梁構造体を可動構造体とする。この際、エッチング後の乾燥の過程で可動部が基板に付着するのを防止するため、パラジクロロベンゼン等の昇華剤を用いる。
【００３８】
このようにして、図４に示す固定電極・可動電極の断面形状を有する半導体加速度センサを形成することができる。
このように本実施形態は、下記の特徴を有する。
（イ）図４に示すように、可動電極３５と固定電極３６とが対向する面内において梁構造体２Ａの移動方向での離間距離を異ならせた。よって、スティッキングが起こる部位である電極の対向面におけるスティッキング面積を減らし、スティッキング力を減じてリリースしやすい構造を提供することができる。より詳しくは、可動電極３５と固定電極３６とが対向する面のうち少なくともいずれか一方を、対向する面内での離間距離が徐々に変化するテーパ形状とする。
【００３９】
また、図４のごとく、電極の対向面をテーパ形状を形成することで、反りの発生要因となる応力の残留部位を少なくでき、反りの発生を抑えることができる。
（ロ）製造方法として、図９に示すように、シリコン基板４０上に、犠牲層用薄膜４３および絶縁体薄膜４５を積層し、図１０に示すように、犠牲層用薄膜４３と絶縁体薄膜４５との積層体におけるアンカー部形成領域４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄを開口し、図１１に示すように、開口部４６ａ〜４６ｄを含む絶縁体薄膜４５上の所定領域に導電性薄膜４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄを形成し、図１２に示すように、導電性薄膜４７ａ〜４７ｄの上を含む絶縁体薄膜４５上に絶縁体薄膜４８，４９を形成し、図１３に示すように、絶縁体薄膜４８，４９上に貼合用薄膜５０を形成するとともに、図１４に示すように、貼合用薄膜５０の表面の平坦化を行い、図１５に示すように、貼合用薄膜５０の表面とシリコン基板５１とを貼り合わせ、図１７に示すように、シリコン基板４０を所望の厚さまで研磨し、図１９のようにシリコン基板４０における可動電極形成部と固定電極形成部との間の不要領域を、対向する面内において基板の表面に平行な方向での離間距離を異ならせて除去し、図２０に示すように、ウェットエッチングにより所定領域の犠牲層用薄膜４３を除去してシリコン基板４０よりなる梁構造体を可動構造とした。その結果、（イ）のセンサ構造を得ることができ、しかも、梁構造体のアンカー部から可動電極用配線を、また、固定電極のアンカー部から固定電極用配線を延設した構造を得るための製造方法として好ましいものになる。
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態を、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００４０】
上記した第１の実施形態においては、図１９に示す溝５６の形成、即ち、固定電極を含む固定部２Ｂと梁構造体２Ａを画定するエッチングを、工程の最後部分に行ったが、本実施形態では、この工程を図５で述べたトレンチエッチングと同時に行っている。これを、図２１〜図３６を用いて詳しく説明する。
【００４１】
まず、図２１に示すように、単結晶シリコン基板４０に対し、固定電極を含む固定部２Ｂと梁構造体２Ａを画定するための溝６０を形成する。つまり、この溝６０は、シリコン基板４０における可動電極形成部と固定電極形成部との間のエアギャップ形成領域に形成されるものであって、かつ、対向する内壁での面内において基板４０の表面に平行な方向での離間距離を異ならせテーパ状にして形成する。
【００４２】
そして、図２２に示すように、シリコン基板４０の表面にイオン注入などにより不純物をドープし、低抵抗領域４２を形成し、図２３に示すように、犠牲層用薄膜としてのシリコン酸化膜４３をＣＶＤ法などにより成膜し、さらにシリコン酸化膜４３の表面を平坦化する。
【００４３】
さらに、図２４に示すように、シリコン酸化膜４３に対しフォトリソグラフィを経て一部エッチングして凹部４４を形成した後、図２５に示すように、シリコン窒化膜４５を成膜する。そして、図２６に示すように、シリコン酸化膜４３とシリコン窒化膜４５の積層体に対しアンカー部形成領域に開口部４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄを形成し、図２７に示すように、開口部４６ａ〜４６ｄを含むシリコン窒化膜４５の上にポリシリコン薄膜４７を成膜し、その後、リン拡散などにより不純物を導入し、さらに、フォトリソグラフィを経てアンカー部、配線、下部電極のパターン４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄを形成する。
【００４４】
そして、図２８に示すように、ポリシリコン薄膜４７およびシリコン窒化膜４５の上にシリコン窒化膜４８とシリコン酸化膜４９を成膜し、図２９に示すように、シリコン酸化膜４９上に貼合用薄膜としてのポリシリコン薄膜５０を成膜し、図３０に示すように貼合のためにポリシリコン薄膜５０の表面を機械的研磨などにより平坦化する。
【００４５】
その後、図３１に示すように、ポリシリコン薄膜５０の表面と第２の半導体基板としてのシリコン基板５１とを貼り合わせ、図３２に示すようにシリコン基板４０，５１を表裏逆にして、図３３に示すように、シリコン基板４０側を機械的研磨などを行い薄膜化する。この後、図３４に示すように、層間絶縁膜としてのシリコン酸化膜５２を成膜した後、イオン注入などにより不純物をドープする。そして、コンタクト孔５４を形成し、図３５に示すように、アルミ電極５５を成膜・フォトリソグラフィを経て形成し、図３６に示すように、ＨＦ系のエッチング液によりシリコン酸化膜４３，５２をエッチング除去し、可動電極を有する梁構造体を可動とする。
【００４６】
このように本実施形態は、下記の特徴を有する。
（イ）図２１に示すように、シリコン基板４０における可動電極形成部と固定電極形成部との間のエアギャップ形成領域に溝６０を、対向する内壁面内において基板の表面に平行な方向での離間距離を異ならせて形成する。そして、図２５に示すように、溝６０を含む基板４０上に、犠牲層用薄膜４３および絶縁体薄膜４５を積層し、図２６に示すように、犠牲層用薄膜４３と絶縁体薄膜４５との積層体におけるアンカー部形成領域４６ａ〜４６ｄを開口し、図２７に示すように、開口部４６ａ〜４６ｄを含む絶縁体薄膜４５上の所定領域に導電性薄膜４７ａ〜４７ｄを形成し、図２８に示すように、導電性薄膜４７ａ〜４７ｄの上を含む絶縁体薄膜４５上に絶縁体薄膜４８，４９を形成し、図２９，３０に示すように、絶縁体薄膜４８，４９上に貼合用薄膜５０を形成するとともに、貼合用薄膜５０の表面を平坦化を行い、図３１に示すように、貼合用薄膜５０の表面とシリコン基板５１とを貼り合わせ、図３３に示すように、シリコン基板４０を所望の厚さまで研磨し、図３６に示すように、ウェットエッチングにより所定領域の犠牲層用薄膜４３を除去してシリコン基板４０よりなる梁構造体を可動構造とする。その結果、図３に示すセンサ構造を得る。
【００４７】
これまで説明してきたものの他にも下記のように実施してもよい。
図４に代わる可動電極３５と固定電極３６との対向する面内における構造として、図３７に示すように、逆テーパとしてもよい。つまり、図３７の下端における梁構造体２Ａの移動方向での離間距離はｄ１１と最も小さく、上端における梁構造体２Ａの移動方向での離間距離はｄ１０と最も大きくする。このようなテーパ形状を有する溝は、ドライエッチングの際の条件として所望のガス種を選択して使用することにより得られるものである。この場合には、上端において応力の残留部位を少なくすることができ、反りの発生を抑えることができる。つまり、図３７において仮想線１００，２００にて描く断面形状を有する構造において、反りの原因となる残留応力が固定・可動電極３５，３６での反基板側に多く生じている場合は、図３７に実線で示すように、上側の辺を狭くした台形状とすると（反基板側の梁幅Ｗを狭くすると）反りを抑えることが可能になる。
【００４８】
なお、図４に示すテーパ形状とするか図３７に示すテーパ形状にするかについては、実際にセンサを製造し、その結果から反りの発生を抑制するためのテーパ形状を決定すればよい。
【００４９】
また、図３８に示すように、中央を接近させた正・逆テーパ（順テーパと逆テーパの組み合わせ）としてもよい。つまり、中央部の距離ｄ２２に対し上下両端部の距離ｄ２０，ｄ２１を大きくする、すなわちｄ２２＜ｄ２０かつｄ２２＜ｄ２１とする。
【００５０】
あるいは、図３９に示すように、上下端を接近させた正・逆テーパ（順テーパと逆テーパの組み合わせ）としてもよい。つまり、上下両端部の距離ｄ３０，ｄ３１に対し中央部の距離ｄ３２を大きくする、すなわちｄ３０＜ｄ３２かつｄ３１＜ｄ３２とする。
【００５１】
あるいは、図４０に示すように、順テーパと逆テーパを連続的に繰り返して凹凸を形成する。
ここで、図３８〜図４０に示す溝形状は、ドライエッチングの条件を変えつつ溝加工を行うことにより実現できる。例えば、変える条件としては、ガス種、ガス流量、基板温度、パワーが挙げられる。このようにして、エッチングの条件を変えながら溝加工を行うことにより離間距離ｄを異ならせることができる。
【００５２】
また、図４では可動電極３５と固定電極３６とが対向する面のうちの両方をテーパ面としたが、一方のみをテーパ面（あるいは凹凸面等）としてもよい。
また、本発明は上記した加速度センサに限らずヨーレートセンサなどの力学量センサにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態にかかる半導体加速度センサの平面構成を示す図。
【図２】 図１中のエレメント部分の拡大図。
【図３】 図２のＡ−Ａ断面図。
【図４】 実施形態にかかる加速度センサの断面の部分拡大図。
【図５】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図６】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図７】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図８】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図９】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図１０】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図１１】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図１２】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図１３】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図１４】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図１５】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図１６】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図１７】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図１８】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図１９】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図２０】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図２１】 第２の実施形態における加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図２２】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図２３】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図２４】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図２５】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図２６】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図２７】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図２８】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図２９】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図３０】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図３１】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図３２】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図３３】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図３４】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図３５】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図３６】 加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図３７】 別例の加速度センサの断面図。
【図３８】 別例の加速度センサの断面図。
【図３９】 別例の加速度センサの断面図。
【図４０】 別例の加速度センサの断面図。
【符号の説明】
１…基板、２Ａ…梁構造体、７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ…可動電極、８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ…可動電極、９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ…第１の固定電極、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ…第２の固定電極、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ…第１の固定電極、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ…第２の固定電極、４０…シリコン基板、４１…溝、４３…シリコン酸化膜、４５…シリコン窒化膜、４６ａ〜４６ｄ…開口部、４７ａ〜４７ｄ…ポリシリコン薄膜、４８…シリコン窒化膜、５０…ポリシリコン薄膜、５１…シリコン基板、５６…溝、６０…溝。
Claims (5)
- 基板と、
前記基板の上面に所定間隔を隔てて基板の表面に平行な方向に移動可能に支持され、可動電極を有する梁構造体と、
前記基板の上面に固定され、前記梁構造体の可動電極に対向して配置され、力学量の印加に伴う梁構造体の変位を前記可動電極と共に検出するための固定電極と、
を備えた力学量センサであって、
前記可動電極と前記固定電極とが対向する面内において、可動電極の上端と固定電極の上端との間の距離をｄ１０とし、可動電極の下端と固定電極の下端との間の距離をｄ１１とするとき、それら距離ｄ１０およびｄ１１が
ｄ１１＜ｄ１０
となる態様で、前記可動電極および前記固定電極の少なくとも一方は、それら可動電極および固定電極に交差してかつ基板の上面に垂直な断面形状が、上側の辺を狭くした台形形状からなることを特徴とする力学量センサ。 - 基板と、
前記基板の上面に所定間隔を隔てて基板の表面に平行な方向に移動可能に支持され、可動電極を有する梁構造体と、
前記基板の上面に固定され、前記梁構造体の可動電極に対向して配置され、力学量の印加に伴う梁構造体の変位を前記可動電極と共に検出するための固定電極と、
を備えた力学量センサであって、
前記可動電極と前記固定電極とが対向する面内において、それら可動電極および固定電極の少なくとも一方に順テーパと逆テーパとが当該面の上下方向に連続的に繰り返す凹凸を形成することで、同対向する面内における前記梁構造体の移動方向での可動電極と固定電極との離間距離を異ならせたことを特徴とする力学量センサ。 - 基板と、
前記基板の上面に所定間隔を隔てて基板の表面に平行な方向に移動可能に支持され、可動電極を有する梁構造体と、
前記基板の上面に固定され、前記梁構造体の可動電極に対向して配置され、力学量の印加に伴う梁構造体の変位を前記可動電極と共に検出するための固定電極と、
を備えた力学量センサであって、
前記可動電極と前記固定電極とが対向する面内において、可動電極の上端と固定電極の上端との間の距離をｄ１とし、可動電極の下端と固定電極の下端との間の距離をｄ２とするとき、それら距離ｄ１およびｄ２が
ｄ１＜ｄ２
となる態様で、前記可動電極および前記固定電極の少なくとも一方は、それら可動電極および固定電極に交差してかつ基板の上面に垂直な断面形状が、下端の辺を狭くした逆台形形状からなることを特徴とする力学量センサ。 - 基板と、
前記基板の上面に所定間隔を隔てて基板の表面に平行な方向に移動可能に支持され、可動電極を有する梁構造体と、
前記基板の上面に固定され、前記梁構造体の可動電極に対向して配置され、力学量の印加に伴う梁構造体の変位を前記可動電極と共に検出するための固定電極と、
を備えた力学量センサであって、
前記可動電極と前記固定電極とが対向する面内において、可動電極の上端と固定電極の上端との間の距離をｄ２０とし、可動電極の下端と固定電極の下端との間の距離をｄ２１とし、可動電極の中央と固定電極の中央との間の距離をｄ２２とするとき、それら距離ｄ２０およびｄ２１およびｄ２２が
ｄ２２＜ｄ２０かつｄ２２＜ｄ２１
となる態様で、可動電極と固定電極とが対向する面内において、それら可動電極および固定電極の少なくとも一方の当該面の上下方向に順テーパと逆テーパとを形成することで、 同対向する面内における梁構造体の移動方向での可動電極と固定電極との離間距離を異ならせたことを特徴とする力学量センサ。 - 基板と、
前記基板の上面に所定間隔を隔てて基板の表面に平行な方向に移動可能に支持され、可動電極を有する梁構造体と、
前記基板の上面に固定され、前記梁構造体の可動電極に対向して配置され、力学量の印加に伴う梁構造体の変位を前記可動電極と共に検出するための固定電極と、
を備えた力学量センサであって、
前記可動電極と前記固定電極とが対向する面内において、可動電極の上端と固定電極の上端との間の距離をｄ３０とし、可動電極の下端と固定電極の下端との間の距離をｄ３１とし、可動電極の中央と固定電極の中央との間の距離をｄ３２とするとき、それら距離ｄ３０およびｄ３１およびｄ３２が
ｄ３０＜ｄ３２かつｄ３１＜ｄ３２
となる態様で、可動電極と固定電極とが対向する面内において、それら可動電極および固定電極の少なくとも一方の当該面の上下方向に逆テーパと順テーパとを形成することで、同対向する面内における梁構造体の移動方向での可動電極と固定電極との離間距離を異ならせたことを特徴とする力学量センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20683598A JP4193232B2 (ja) | 1998-07-22 | 1998-07-22 | 力学量センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20683598A JP4193232B2 (ja) | 1998-07-22 | 1998-07-22 | 力学量センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000040830A JP2000040830A (ja) | 2000-02-08 |
| JP4193232B2 true JP4193232B2 (ja) | 2008-12-10 |
Family
ID=16529864
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20683598A Expired - Fee Related JP4193232B2 (ja) | 1998-07-22 | 1998-07-22 | 力学量センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4193232B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7371600B2 (en) | 2001-06-13 | 2008-05-13 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Thin-film structure and method for manufacturing the same, and acceleration sensor and method for manufacturing the same |
| JP4000936B2 (ja) | 2002-07-26 | 2007-10-31 | 株式会社デンソー | 容量式力学量センサを有する検出装置 |
| JP6587870B2 (ja) | 2015-09-01 | 2019-10-09 | アズビル株式会社 | 微細機械装置およびその製造方法 |
| JP6511368B2 (ja) | 2015-09-01 | 2019-05-15 | アズビル株式会社 | 微細機械装置 |
| JP6581849B2 (ja) | 2015-09-01 | 2019-09-25 | アズビル株式会社 | 微細機械装置 |
| JP6588773B2 (ja) | 2015-09-01 | 2019-10-09 | アズビル株式会社 | 微細機械装置およびその製造方法 |
-
1998
- 1998-07-22 JP JP20683598A patent/JP4193232B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000040830A (ja) | 2000-02-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4603740B2 (ja) | 精密機械的な構造要素、及びその製造方法 | |
| US6065341A (en) | Semiconductor physical quantity sensor with stopper portion | |
| US7919346B2 (en) | Micromechanical component and manufacturing method | |
| JPH0918015A (ja) | 半導体力学量センサの製造方法 | |
| JP4193232B2 (ja) | 力学量センサ | |
| JP4117450B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| US7326586B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor physical quantity sensor | |
| KR20010074906A (ko) | 마이크로 기계 부품 및 그의 제조 방법 | |
| JPH11230986A (ja) | 半導体力学量センサ | |
| JP4214565B2 (ja) | 半導体力学量センサの製造方法 | |
| JP4134384B2 (ja) | 半導体力学量センサの製造方法 | |
| KR100555616B1 (ko) | 박막구조체 및 그 제조방법과, 가속도 센서 및 그 제조방법 | |
| US7041593B2 (en) | Method for manufacturing thin-film structure | |
| EP0869556B1 (en) | Microstructure and methods for fabricating such structure | |
| JP4122572B2 (ja) | 半導体力学量センサの製造方法 | |
| JPH06163934A (ja) | 半導体加速度センサ及びその製造方法 | |
| JP4214572B2 (ja) | 半導体力学量センサの製造方法 | |
| JP4151119B2 (ja) | 半導体力学量センサとその製造方法 | |
| JP4158234B2 (ja) | 半導体力学量センサとその製造方法 | |
| JP3424550B2 (ja) | 半導体力学量センサの製造方法 | |
| JP4569167B2 (ja) | 外力検知センサの製造方法 | |
| JP4731025B2 (ja) | シリンダ型キャパシタ及びシリンダ型キャパシタの製造方法 | |
| JP3562233B2 (ja) | 半導体力学量センサの製造方法 | |
| JP2003273369A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JPH06151890A (ja) | 加速度センサの製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040817 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080311 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080507 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080610 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080806 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080902 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080915 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111003 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121003 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121003 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131003 Year of fee payment: 5 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |