JPH0798327A - 絶縁体上シリコン技術を用いた加速度計の製造方法およびそれにより得られる加速度計 - Google Patents

絶縁体上シリコン技術を用いた加速度計の製造方法およびそれにより得られる加速度計

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JPH0798327A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 優れた計測特性を有し、高密度で小型化が図
れ製造コストが低く、しかも基板面に対し垂直または平
行な感知軸を持った加速度計を得ることを目的とする。 【構成】 本発明に係る加速度計の製造方法は次の工程
を含んでいる。 ａ）シリコン基板（８）上にあって、絶縁層（２８）に
よってシリコン基板から分離された導電性の単結晶のシ
リコンフィルム（３２）を製造する工程、 ｂ）可動部材（２，６）および計測手段（１２，２０，
１６）を形成するために、シリコンフィルム（３２）お
よび絶縁層（２８）を前記基板（８）までエッチングす
る工程、 ｃ）計測手段のための電気接点（２４，２６）を製造す
る工程、 ｄ）可動部材（２，６）を自由にするために絶縁層（３
２）の部分的除去して、絶縁層（２８）の残余分が基板
と可動部材とを一体化させる工程。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、絶縁体上シリコン技術
(silicon-on-insulator technology) を用いた、基板
の面と平行な感知軸を備えた方向（指向性）加速度計の
製造方法及び／又は基板の面と垂直な感知軸を備えた方
向（指向性）加速度計の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術およびその課題】加速度計は、主として、
運動質量ｍと、加速度計が取り付けられる移動体の加速
度γのための力Ｆ＝ｍγを計測するための手段とを備え
た加速度変換器である。
【０００３】加速度は、工業的な要求のために特に航空
宇宙分野において近年益々必要とされかつ用いられてき
ているパラメータであり、自動車の分野においてもアク
ティブ・サスペンションあるいはエア・バッグのチェッ
クまたは制御のために用いられてきている。後者の使用
の発達は、前記変換器の、許容できる測定性能を確保し
つつ、製造コストにおける非常に重要な減少を要求す
る。
【０００４】概して、本発明に係る該加速度計は、前記
基板と平行な一または二の方向、及び／又は、前記基板
と垂直な方向に動く物体の加速度を計測することを要求
されるあらゆる分野において用いることができる。
【０００５】マイクロ・エレクトロニクトスの技術を用
いてミクロ機械加工されたシリコンから加速度計または
加速度計の機械的構造を製造するための多くの方法が提
案されている。
【０００６】シリコンの主たる利点は、構造体の共通な
処理工程での大量処理およびそれらの小型化を実現する
ことにある。すなわち、比較的低コストのピースであり
ながら、クリープ、ヒステリシス、経年変化等を生じな
い単結晶材料の機械的信頼性にある。この重要なコスト
削減が、許容できる測定性能を確保した上での、そのよ
うな変換器またはセンサーの広い使用を可能とする。
【０００７】加速度変換器は、半導体基板に関する感知
軸の位置によって主に２つのグループに分けられる。こ
れらは、前記基板と垂直となる感知軸を有する構造（以
下、「垂直軸構造」と称する）であり、最も広く発達
し、かつ、例えば単結晶構造体を分離するために該基板
の厚み全体をエッチングする周知のシリコン・体積・異
方性化学加工技術 (silicon-volume-anisotropic-chemi
cal-machining technology) を用いるものである。前記
基板と平行な感知軸を有した構造のもの（以下、「水平
軸構造」と称する）は、表面技術または体積技術を用い
るもので、同一平面上にあって略直交する２つの軸に反
応する加速度計を同一チップ上に一体化できるといった
利点を有する。
【０００８】文献１− Sensors and actuators , A21-A
23 (1990), p297-302, R. Rudolf氏他による「μｇ単位
までの精密加速度計」には、この体積法を用いた垂直軸
加速度計の製造が記載されている。
【０００９】この体積法を用いる並行軸変換器は、文献
２− Transducers '91 Digest of Technical papers, J
une 1991, San Francisco, J. T. Suminto 氏による
「簡単かつ高性能なピエゾ抵抗型加速度計」, p104-10
7、 および同氏出願による文献３− US-A-4 653 326 に
記載されている。
【００１０】体積技術における大きな欠点は、二面法
(double face method) の使用（高価な精密な機械と両
面研磨された基板を）；基板の結晶配向とリンクされた
変換器形状、およびそれがための形状限定；基板の厚み
によって制限される変換器の小型化（一つの次元が固定
された三次元構造）；および、支持およびガイド孔を必
要とする変換器の一以上の基板上への固定、であり、こ
れらが変換器の製造を複雑にしている。
【００１１】一般に、シリコン加速度変換器に用いられ
る基本的原理は、変位の測定、又は、フレキシブル・ビ
ームと呼ばれる可撓性機械的リンクによる支持体に取り
付けられた震動体によって付与された力の測定である。
【００１２】加速度計における最も重要な性能は、その
方向性である。この方向性は、質量体支持ビームの形状
的異方性によって得られる。これらの矩形で可変長さを
備えるビームは、その厚み方向には相当な柔軟性を有す
ると共に、幅方向には高い剛性を有している。変換器の
感度を決定するこのビームの厚みの制御が、この変換器
を製造する上で最も難しい点である。
【００１３】機械的強度と電気的特性を結合する理由
で、前記支持体と前記自由構造体（質量体）が単結晶シ
リコンより製作されることが重要（単結晶シリコンは、
クリープ，ヒステリシス，および弾性を有せず、かつ電
子部品への固定が可能であるため）である。
【００１４】平行軸変換器の場合は、前記ビームの形状
は、低速エッチング面（１１１）が基板面に対して垂直
となっている１１０オリエンテーションを有したシリコ
ン基板をエッチングすることにより得られる（文献２参
照）。この場合、異方性エッチングは良好な幾何学的な
形状を得ることを可能とするが、基板の単結晶配向に係
る形状を限定するといった問題がある。このことは、両
面が研磨された特別な基板、および二面整合法を必要と
する。加えて、これら非標準的なマイクロエレクトロニ
クス基板は、他の電子部品の同一基板への取付けを阻害
することになる。
【００１５】エッチングすべきシリコン基板は薄い（略
５００μｍ）ため、厳選されたエッチングマスクおよび
比較的大きな最終エッチングパターンを用いることが必
要であり、充分な小型化が困難である。
【００１６】感知要素の加工が済んだら、次いで、変換
器を得るべく、それを一つ以上の厚くかつ剛性のある支
持体上に取り付ける必要がある。該支持体は、一般に、
基板の性質（例えばガラス）とは異なった性質を有して
おり、変換器の性能にとって有害な特異なストレス、お
よび追加工程の困難といったものの要因となる。
【００１７】全ての段階（工程）において前面を用いる
単一面技術において、平行軸変換器を製造するため、非
常に小さい幾何学的形状及びそれに関する自由度を持っ
た捨て層を用いたその他の方法が提案されている。これ
らはまた、２つの平行軸変換器を同一基板上に結合する
ことを可能にする。
【００１８】従って、最近では、機械的構造を形成する
捨て層及び所定の多結晶シリコン含有層を用いた表面加
工法による、エレクトロニクス技術と結合された平行軸
加速度変換器が注目されている。この変換器は、文献４
− Electronic Design, August 1991, p 45-56, F. Goo
denough 氏による「加速度計の微細加工された質量体
が、ＩＣ面内において『動く』；チップ上回路による制
御、及び力−均衡法 (force-balance techniques) によ
るＧの検出」に記載されている。
【００１９】この表面法の主な制約は、多結晶材料の月
並みの機械的性質、および、単結晶シリコン基板および
多結晶シリコン構造体といった二つの異なった材料を使
用することにより引き起こされる特異な熱応力である。
これらは、震動質量体を形成する多結晶シリコン層のた
め数ミクロンに限定される厚みと同様に変換器を限定
し、測定性能を不十分ものとし、該変換器の方向性、寸
法的可能性、および測定レンジを減少させる。
【００２０】加えて、移動可能な多結晶シリコン構造
は、変換器の測定性能、再生産性、および安定性を低下
させる。
【００２１】さらに、この平行軸変換器は、ビームの形
状比率（高さ／重量）が１に近似しており、方向性の観
点から見てそれほど優れておらず、よって、横方向に対
して主な感度を有している。付着厚が数ミクロンを超え
ない（一般に、２μｍ未満）多結晶シリコンの使用が、
方向性および震動体の大きさを、従って計測レンジを制
限する。
【００２２】さらに、垂直軸シリコン加速度変換器の製
造のために、震動体支持体は通常、エッチング停止法
(etch stop method) により製造される。次いで、固形
シリコン基板における高ホウ素ドーピング・エピタキシ
ャルシリコン層で停止された後面のエッチング（文献５
− J. Elctrochem. Soc., vol. 137, No. 11, November
1990, H.Seidel 氏他による「アルカリ溶解における単
結晶シリコンの異方性エッチング： II. ドーピング物
の影響」、p 3626-3632 参照）、あるいは、基板とＰ／
Ｎ結合を形成するエピタキシャルシリコン層上にエッチ
ストップがあるシリコン基板の電気科学的エッチング
（文献６− IEEE Transactions on ElectronDevices, v
ol. 36, No. 4, April 1989, B. Kloeck 氏他による
「シリコン膜の高精度厚み制御のための電気科学的エッ
チストップの研究」 p 663-669 参照）が用いられる。
【００２３】これら二つのエッチストップ法は上述した
欠点を有している。従って、それらは、基板の結晶配向
のため感知要素の形状を限定した異方性エッチング、お
よび、特殊な基板および二面整合法を必要とする背面か
らのエッチングを用いる。
【００２４】さらに、これらのエッチング停止法では、
傾斜エッチング面（オリエンテーション１００シリコン
で５４．７％）、エッチングされるシリコンの厚み、お
よび、部品の最終的に用いられる形状よりもはるかに大
きい背面に製造される形状を考慮して、特殊なエッチン
グマスクを使用する必要がある。
【００２５】垂直軸変換器を製造するため、表面技術を
用いたその他の方法が提案されている。これらの方法の
さらなる詳細は、文献７− Sensors and Actuators, A2
1-A23 (1990), p 273-277, B. Boxenhorn 氏及び P. Gr
eiff 氏による「一体型シリコン加速度計」に記載され
ている。この解決法は、略１０20 Ａｔ／ｃｍ3 といっ
た高ドーピングシリコン構造を用い、これが変換器の計
測性能を低下させる欠点がある。加えて、この変換器は
捩れによっても作動する。
【００２６】上記の欠点を除去するために、本発明は、
表面微細加工とも関連した絶縁体上シリコン技術を用
い、基板と平行な感知軸あるいは基板と垂直な感知軸を
有した加速度計の製造方法を提供する。
【００２７】絶縁体上シリコン技術 (silicon-on-insul
ator technology) はＳＯＩの省略形として周知であ
る。周知の方法の一つは、アモルフアス、あるいは単結
晶シリコン基板の熱酸化により得られる二酸化ケイ素層
に設けられた多結晶シリコン層のレーザー再結晶法を用
いる。ＳＤＢの省略形として知られる第２の方法は、少
なくとも一つが接着面上にＳiＯ2 層（例えば、熱酸化
により得られる）を有し、それら二つのシリコン基板の
うちの一つの厚さが所要の厚さに減少された二つのシリ
コン基板のシーリング (sealing) または接着 (bondin
g) の達成から成るものである（Technical Digest MNE
'90, 2nd Workshop, Berlin, November 90,p 81-86,
C. Harendt 氏他による「ウェーハ接着およびその絶縁
体上シリコン製作への応用」参照）。
【００２８】第３の周知の方法は、基板を高温で熱処理
した後に、酸素または窒素イオンの固体単結晶シリコン
内への高ドーピングに基づくものであり、単結晶シリコ
ンフィルムを支持する埋設された窒化シリコン又は二酸
化ケイ素絶縁層を形成するものである。酸素イオンドー
ピング法は、ＳＩＭＯＸとして周知である。本発明は、
これらの異なったＳＯＩ法を提供する。
【００２９】本発明の方法は、優れた計測特性、極めて
小さい寸法、故に高密度を有し、これにより製造コスト
の低減の図れる機械的な単結晶シリコン構造体を得るこ
とを可能とする。この方法はまた、基板面に対し垂直ま
たは平行な感知軸を持った加速度変換器を製造すること
を可能とするもので、高指向性の下でのサーボ制御が可
能であり、故にリニア応答を保証し、あるいは較正 (ca
libration) のための自動試験が可能である。
【００３０】本発明による方法はまた、形状および構造
に関しては完全な自由度を有し、単一面法および、全体
として非常に小さく一面が研磨された標準厚の標準シリ
コン基板を用いた、一体かつ集合的なマイクロ加速度計
の製造を実現する。
【００３１】本方法はまた、変換器を、異なるタイプの
支持体に接着するといった問題の多い工程を排除し、一
つ一つを低コストのものとすることができる。
【００３２】さらに、本発明は、基板と平行な感知軸を
有した一以上の加速度計および基板と垂直な感知軸を有
した一以上の加速度計の同一基板上への同時製造を実現
する。
【００３３】
【課題を解決するための手段およびその作用】より詳細
には、本発明は、可動要素を備えた集積加速度計の製造
方法に関するもので、次の工程を有することを特徴とし
ている。 ａ）シリコン基板上へ、絶縁層により該基板から分離さ
れた単結晶シリコンフィルムを形成する工程。 ｂ）可動要素の形状を固定するために、前記シリコンフ
ィルムおよび絶縁層を前記基板までエッチングする工
程。 ｃ）前記可動要素を自由にするために前記絶縁層を部分
的に除去し、絶縁層の残余部分により前記可動要素と前
記基板とを一体化する工程。
【００３４】この方法は、基板に対し平行な感知軸を備
えた加速度計、および基板に対し垂直な感知軸を備えた
加速度計の双方に適用できる。
【００３５】前記可動要素に生じ得る変位の検出のため
の手段は、感知構造体の中に一体化してもしなくてもよ
い。これらの手段が統合されると、それらは前記シリコ
ンフィルムの表面に製造され、部分的には上記工程ｂ）
において形成される。この場合、前記シリコンフィルム
は好都合にも導電体であり、前記フィルム上に電気的接
点を製造する補足工程が必要である。
【００３６】前記可動要素の生じ得る変位を検出するた
めの手段としては、コンデンサを用いること好ましい。
これらの変位を検出するその他の手段として、誘導的手
段あるいは圧電的手段を用いることも可能である。
【００３７】これらのコンデンサは、前記基板から電気
的に絶縁された一以上の表面電極の助力を受けて製造さ
れる。
【００３８】本発明に係る方法は、前記構造を厚くする
ために、上記ｂ）工程で得られる構造上の導電単結晶シ
リコン層をエピタキシャル成長させる補足工程を有して
いることが好ましい。このエピタキシャル成長は少なく
とも前記可動要素の位置において実施される。これによ
り、加速度計の剛性を確保し、かつ震動質量体の減少を
図れる。
【００３９】また、加速度計の適切な導電性を保証する
ため、従ってまた可動要素に生じ得る変位の良好な検出
を保証するため、このエピタキシャル成長されたシリコ
ンはドーピングされなければならない。
【００４０】本発明による方法は、上記の全ての絶縁体
上シリコン法に適用可能である。しかし、上記ａ）工程
は、導電性単結晶シリコン基板内への酸素イオンの注入
操作および該ドーピングされた基板の熱処理操作を備え
ることが好ましい。このイオンの注入は１回あるいは多
数回にわたって行われ、各注入の後に基板の熱処理が行
われる。
【００４１】前記シリコンフィルムおよび基板は、該基
板が表面フィルムのための開始点を構成したときにＮ導
電性を得ることができる。しかし、Ｐ導電性を用いるこ
とが好ましい。
【００４２】前記可動要素は、震動質量体を支持する一
以上の可撓性ビームから成り、該ビームの一端は、電気
的に絶縁された状態で基板に結合されている。
【００４３】前記絶縁層の部分的除去を容易とするため
に、該加速度計の震動質量体には、前記絶縁層にて止め
られるようにシリコンフィルムに形成された開口が設け
られている。この操作は、前記絶縁層除去工程の直前に
おいてなされる。
【００４４】上述したように、本発明の方法は、基板面
と平行な感知軸を有した加速度計の製造、および基板面
と垂直な感知軸を有した加速度計の製造、の双方に適用
可能である。
【００４５】加速度計が基板に対して平行に動く要素を
有している場合には、本発明の方法は、部分的に前記動
体の生じ得る変位を測定するための手段から成る櫛状静
電スクリーンを形成するために、好ましくは、シリコン
フィルムおよび絶縁層をエッチングする工程を有する。
【００４６】基板と平行な感知軸、および震動質量体を
支持する少なくとも一つのビーム（該ビームと前記質量
体は基板と平行な方向に動く）を有する加速度計の製造
のため、本発明の方法は、好ましくは、次の一連の工程
を有する。 １）前記導電性シリコンフィルムを基板から分離する埋
設酸化物層を形成するための、導電性単結晶シリコン基
板への酸素イオンの注入工程、およびそれに続く、注入
された基板の熱処理工程、 ２）前記移動質量体、前記ビーム、および計測手段部を
形成するために、前記積層酸化物フィルム層を前記基板
までエッチングする工程。 ３）前記移動質量体および前記ビームをの厚みを付ける
ために、上記２）工程により得られた構造体全体を覆う
導電性シリコン層をエピタキシャル成長させる工程、 ４）前記測定手段に金属接点を設ける工程、 ５）前記移動質量体および部分的に計測手段を構成する
櫛状静電スクリーンに孔を形成するために、前記エピタ
キシャル成長された層および前記シリコンフィルムを前
記酸化物層までエッチングする工程、 ６）前記酸化物層を部分的に除去する工程。
【００４７】本発明は、また、基板に対して垂直な方向
に動く可動要素を有した加速度計の製造方法に関し、か
つ、好ましくは、単結晶基板内の埋設電極の形成工程お
よび該埋設電極の接続工程を含むものである。
【００４８】前記埋設電極は該基板と反対の導電性を有
した基板に部分的にイオンを注入することによって形成
することができる。従って、Ｎ型基板のために、Ｐ／Ｎ
結合を形成するようにＰ型イオンの注入が行われる。
【００４９】移動質量体は、シリコンフィルム内に形成
された一以上のビームによって支持されなければならな
いため、加速度計が垂直軸を有する場合には、それらビ
ームが機械的な引っ張りを受けなければならない。ま
た、例えば、Ｎ型フィルムである場合には、シリコンフ
ィルムの表面全体にＰ型イオンの注入によるドーピング
操作を実行することも好ましい。この注入は、前記可撓
性ビームの引っ張り応力を生じせしめる。
【００５０】加速度計が垂直軸を有するものである場合
には、本発明の方法は、電気容量の検出を確保するため
に、シリコンフィルムに表面電極を形成する工程、基板
を表面電極から電気的に絶縁するための付加絶縁層の形
成およびエッチング工程を含むものとなる。
【００５１】表面電極は、好ましくは導電性多結晶シリ
コンより作られ、Ｎ型あるいはＰ型のものとなる。
【００５２】本発明の方法は、震動質量体を支持し基板
と垂直な方向に動く少なくとも一つのビームを備えた垂
直軸、少なくとも一つの表面電極および少なくとも一つ
の埋設電極を有した加速度計の製造を可能とする。この
場合、この方法は、下記の一連の工程を有する。 i ）第１導電タイプを有する導電性単結晶シリコン基板
への酸素イオンの注入と、該注入された基板の熱処理工
程、さらに、これにより導電性シリコンフィルムを基板
から分離する埋設酸化物層を形成する工程、 ii ）基板に埋設電極を形成する工程、 iii ）移動質量体、ビーム、および前記埋設電極の接点
を形成するために、積層酸化物フィルム層を基板までエ
ッチングする工程、 iv ）前記移動質量体および前記ビームに、前記シリコ
ンに対して選択的に除去されるスタッドを形成する工
程、 v ）上記 iv ) 工程において得られた構造体を、付加さ
れた電気絶縁体により前記表面電極のために設けられた
位置において電気的に絶縁する工程、 vi ）多結晶シリコンを、表面電極のために設けられた
位置で厚みを付けかつ付着させるために、導電性単結晶
シリコン層を前記質量体上でエピタキシャル成長させる
工程、 vii ）前記表面電極および埋設電極のための金属接点を
得る工程、 viii ）前記移動質量体に開口を形成するために、エピ
タキシャル成長された積層シリコンフィルム層を前記酸
化物までエッチングする工程、 ix ）前記スタッド、および部分的に前記酸化物層を除
去する工程。
【００５３】絶縁スタッドまたはブロックおよび前記酸
化物層を同時に除去するために、前記スタッドは、二酸
化ケイ素よりなるものであることが好ましい。
【００５４】本発明の方法は、同一の半導体基板上に、
該基板と平行となる方向に動く可動要素を有した一以上
の加速度計と、該基板と垂直となる方向に動く可動要素
を有した一以上の加速度計とを同時に作製することを可
能とする。この場合、基板と垂直方向に動く要素を有し
た加速度計の製造に特有な工程、および特に上記 ii),
iv ), v ) 工程は、前記基板の所定の区域、すなちわ基
板に垂直な感知軸を備えた加速度計を製造するための区
域をマスキングすることによって達成される。
【００５５】
【実施例】本発明のその他の利点および特徴点は、添付
の図面を参照した下記の記載に集約されている。ただ
し、本発明は下記に限定されるものではない。下記の説
明は、ＳＩＭＯＸ法、およびＮ型単結晶基板の使用につ
いてなされているものであるが、上述したようにその他
の絶縁体上シリコン法およびＰ型基板を使用した場合に
ついても考慮できるものである。
【００５６】１）基板と平行な感知軸を備えた加速度計 次に、図１ないし図３を参照して、基板と平行な感知軸
を備えた加速度計の一実施例による製造について説明す
る。
【００５７】この加速度計は、可撓性ビーム６によって
固定支持体４に接合され、移動することのできる、リン
のドーピングされた単結晶シリコン震動質量体２を有す
る。この質量体２は、透孔９および突出部７を有してい
て、前記ビームへの固定が保証されている。これら透孔
については以降に詳細に説明する。
【００５８】前記固定支持体４は電気的に絶縁された状
態で基盤８と一体となっている。該固定支持体４および
前記ビーム６は、Ｐ型単結晶シリコンから成り、一方、
前記基盤８は、Ｎ型単結晶シリコンより成る。
【００５９】図１において、該加速度計は、前記震動質
量体２の何れの面にも２つの固定支持体４を有してお
り、固定支持体４は該固定支持体４に対して垂直となっ
た２つのビーム６によって結合されている。従って、こ
の構造は、前記基板８の面に平行な２本の直交軸Ｘおよ
びＹに対して対称形となっている。
【００６０】しかし、上記基板における左方上部の隅部
のみを有した加速度計を得ることも可能であり、かつ機
能することができる。
【００６１】図１における加速度計の前記震動質量体２
は、前記Ｙ軸の何れの側にも、Ｘ軸と平行な方向に向い
た歯状の電極１２を備えている。それらは、２つの第１
可動櫛状体１４を構成している。各第１櫛状体１４に対
向して、かつそれとずれた位置に、第２の固定櫛状体１
６，１７が位置している。これら第２の固定櫛状体１
６，１７の歯部１８，１５がＸの方向と平行となり、前
記櫛状体１４の歯部１２の間に位置されている。これら
櫛状体１６，１７もまた、リンのドーピングされた単結
晶シリコンから成り、これら櫛状体１６，１７の基部１
９，２１によって前記基板８に結合されている（図
３）。
【００６２】前記歯部１２および前記歯部１８，１５
は、それらの導電性に基づいて、電気容量可変コンデン
サ面を構成する。従って、前記ビーム６がＹ軸の方に前
記基板８と平行に移動すると、前記歯部１８，１５が不
動であるのに対し、前記移動歯部１２は前記Ｙ方向に移
動する。これにより、前記歯部１２とこれに対向した前
記歯部１８，１５との離間距離が変化し、対応するコン
デンサの電気容量が変化する。
【００６３】各コンデンサの電気容量の変化は、Ｙ方向
における変位に比例する。従って、該容量変化を測定す
ることにより、前記ビームのＹ方向における変位を知る
ことができる。側端部に位置したものを除き、各歯部１
２には、互いに反対方向に変化する２つの可変容量が対
応している。
【００６４】さらに、各歯部１２について単一の電気容
量値を決めるするために、また、Ｙ方向に対して対称で
ある結果として、前記Ｙ方向と平行な歯部２２より主と
して構成された静電スクリーン２０が前記方向の何れの
側にも設けられている。各歯部２２は、移動歯部１２と
固定歯部１８，１５との間に位置している。
【００６５】各静電スクリーンは導電性材料より成り、
例えば、好ましくはリンのドーピングされた単結晶シリ
コンから成り、このことは同時に、前記質量体、前記ビ
ーム６、および前記電極１８，１５についても言えるこ
とである。
【００６６】図２に示すように、前記静電スクリーンの
前記固定電極２２は、前記基板８に直接取付けられてお
り、よってこの基板８とは電気的に接続されている。し
かし、図３に示すように、前記ビーム６の前記固定支持
体４、および、前記固定櫛状体１６，１７の前記基部１
９は、エッチングされた二酸化ケイ素層２８により基板
８とは電気的に絶縁されている。
【００６７】前記震動質量体２は前記基板８の上部に懸
架されている。符号４０は、前記震動質量体２を基板８
から離間させる間隔を示している。
【００６８】前記電極又は歯部１２，１８，１５および
前記静電スクリーン２０の配置により、Ｙ方向に前記ビ
ーム６により支持された前記質量体２の変位の差動測定
および該測定のサーボ制御が可能となっている。
【００６９】前記コンデンサ１２〜１８の電気容量の変
化を測定するために、前記櫛状体１７，１６には、それ
ぞれリファレンス接点２３，２４が設けられている。さ
らに、測定用電気接点２６が、上記差動測定を確保する
ために、前記固定支持体４の一方に設けられている。
【００７０】Ｙ方向に加速度が働いている状況では、前
記震動質量体２は力（Ｆ＝ｍγ）を受け、これにより該
質量体２は、前記ビーム６の剛性に従い、Ｙ軸と平行と
なる距離ｌだけ動く。前記震動質量体２と一体とされた
これら電極１２と、前記「噛み合った」櫛状体１６，１
７，１４の固定電極１８，１５（過付加時には接触支持
部 (abutment) として機能する）との間の電気容量が逆
に変化する。
【００７１】静電スクリーン２０の歯部２２が、固定電
極１８，１５の面と可動電極１２の面との間に介在され
ているので、それぞれに動く歯部を有した単一の容量可
変コンデンサが形成され、そのため、寄生容量効果を排
除することができる。
【００７２】前記３つの一連の電極１２，１８（又は１
５），２２は電気的に絶縁されており、かつ、前記震動
質量体２（前記接点２６を介して）、および前記電極１
８，１５の一方（それぞれ前記接点２４，２３を介し
て）との間に電場Ｅが付与されている状況にあって、静
電力が生ずる。
【００７３】測定サーボ制御のため、前記接点２４又は
２３と接点２６との間には、加速中の前記震動質量体の
Ｙ方向に沿った変位によって生じた前記差動容量変化を
検出する測定装置が接続される。この容量計測型の装置
は、交流測定信号を低電流で発生する。
【００７４】これに続いて、前記接点２４（又は２３）
および２６を介して、前記電極１２と電極１８又は１５
との間に（容量減少を受ける）連続的な分極 (polariza
tion) が付与される。これにより、Ｙについての加速度
によって生じさせられたのと等しい静電力が働き、前記
質量体を平衡位置に持っていき、すなわち各可変コンデ
ンサを初期容量とする。
【００７５】従って、この分極は、Ｙに関する方向の加
速度の模写 (image) であり、極めてリニアな特性を有
した変換器を得ること、およびその自動試験のための使
用が可能であるとなる。
【００７６】Ｘ方向における加速度を独立して測定する
ためには、図１ないし図３に示す型の加速度計を、前記
ビーム６および歯部１２，１８，２２がＹ軸と平行とな
るようにそれを直交方向に向けるようにして、前記同一
の基板８に形成するだけでよい。この場合は、前記震動
質量体のＸと平行な変位によって、Ｘ方向における加速
度を検出することが可能となる。
【００７７】２）基板と平行な軸を備えた加速度計の製
造 図４に示す製造の第１段階は、基板８上に絶縁体上シリ
コン型の積層を形成する工程から成る。そのため、酸素
イオン（Ｏ+ またはＯ2 + ）３０を、任意のオリエンテ
ーション（１００，１１０，１０１）を有する窒素ドー
ピング単結晶シリコン基板８に、１０16 ないし１０18
イオン／ｃｍ注入し、かつその注入された基板を１１５
０°ないし１４００°で熱処理する。この酸素注入と前
記熱処理は何度か繰り返される。前記注入の際のエネル
ギーは、１００ｋｅｖないし１０００ｋｅｖである。
【００７８】熱処理の前に行われるこの単一注入あるい
は多段注入により、埋設された均質な酸化物層２８、お
よびＮ単結晶シリコン表面層３２が前基板８の全表面に
形成される。
【００７９】例えば、前記二酸化ケイ素層２８の厚みが
略４００ｎｍであり、かつ前記表面シリコン層３２の厚
みが略１５０ｎｍである場合には、２００ｋｅｖのエネ
ルギーで、１０18 イオン／ｃｍの酸素注入を３回行
う。
【００８０】これに続いて、前記シリコンフィルム３２
の全体に、該フィルム３２に引っ張り応力を付与する
（例えば、図１２に示す如くホウ素イオンを略３０ｋｅ
ｖの比較的低いエネルギーで注入することによって）た
めに、該フィルム３２の表面浸透のみが達成されるよう
に、数１０14 Ａｔ／ｃｍ2 （通常は、２×１０14）の
量でＰ型のドーピングが行われる。基板がはじめからＰ
型のものである場合には、この注入は不要である。
【００８１】続いて図５に示される段階は、前記層３２
および２８を、前記静電スクリーン２０および前記震動
質量体２の概略形状を固定することを可能とする所定の
パターンに従って、前記基板８までエッチングする工程
から成る。
【００８２】このエッチングは、例えば、前記シリコン
３２および酸化物２８にそれぞれＳＦ6 およびＣＨＦ3
を用いた、活性イオンエッチングによってなされる。こ
のエッチングは、周知の写真製版法により、特に所要の
パターンを描く樹脂マスク３４を用いて、前記基板の結
晶配向とは独立してなされる。
【００８３】化学的エッチングによる前記マスク３４の
除去に続いて、該加速度計に要求される感度および該構
造（特に前記ビーム８）の剛性に応じて、また適切な震
動質量体を得る為に、リンのドーピングされた単結晶シ
リコン層３６の全体に、１μｍないし１００μｍの厚さ
（通常は１０ないし２０μｍ）でエピタキシャル成長が
行われる。このエピタキシャル成長は気相雰囲気で行わ
れる。得られた構造を図６に示してある。
【００８４】次いで、前記測定回路との接続をなす前記
接点２３，２４，２６を形成するために、得られた構造
体への金属層の付着がなされる。この金属被覆は、略
０.５μｍの厚みを有しており、アルミニウム、金、あ
るいは、Ｔｉ−Ｎｉ−Ａｕ型の積層より成り、一般に
は、前記酸化ケイ素のエッチング工程中における耐性を
有したものから成る。前記三層金属被覆においては、チ
タニウム層が前記シリコンのオーム接触として、かつ前
記ニッケルは拡散隔膜として機能し、金が電気導通を保
証するものとなる。
【００８５】この金属層はその後、前記接点２３，２
４，２６を前記シリコン部分１９，２１および前記固定
支持体４にそれぞれ形成するために、エッチングされ
る。三層金属被膜においては、たとえば前記金のエッチ
ングにはヨウ素とヨウ化カリウムの混合液、前記ニッケ
ルのエッチングには、 (ＮＨ4 )2 Ｓ2Ｏ8 のＨ2ＳＯ4
溶液、前記チタニウムのエッチングには１体積％のＨＦ
溶液、といったように、液相化学エッチング (wet chem
ical etching) を用いることができる。エッチングより
より得られた構造体を図７に示す。
【００８６】図８に示すように、次に、前記エピタキシ
ャル層３６、さらに前記シリコン層３２のエッチング
が、前記シリカ層２８さらに前記基板８まで、前記静電
スクリーンとともに行われる。このエッチングは、例え
ば、前記シリコンには、ＣＣｌ4＋Ｎ2 の混合液、また
前記酸化物にはＣＨＦ3 を用いた活性イオンエッチング
等の、異方性気相エッチングである。これは、適当な形
状のＳiＯ2または樹脂マスク３７を用いた標準的な写真
製版処理によってなされる。
【００８７】このマスクは、前記静電スクリーンの歯
部、前記震動質量体の歯部１２、および前記固定歯部１
８，１５のの形状を規定している。さらに、図１に示す
ように、前記エッチングは、前記震動質量体２の基部の
シリコン部分の全体にわたって孔９を形成する（図
３）。
【００８８】前記マスク３７を除去した後、前記シリカ
層２８をフッ酸をベースとした溶液中で、該構造体のの
エッジおよび前記孔９からエッチングすることにより、
該加速度計の移動要素すなわち櫛状部１４を備えた前記
震動質量体２および前記可撓性ビーム６を自由にする。
それにより得られたものを図２および図３に示してあ
る。
【００８９】このエッチングは、前記ビーム６が、前記
基板と絶縁はされるが該基板８により部分的に支持され
るように行う。前記孔９は、特に前記固定支持体４およ
び固定電極１８，１５を備えた前記櫛状体１６，１７の
前記基部１９，２１の下方における自由となるべきでな
い領域が如何なる過腐食も生じないようにしながら、前
記震動質量体２の下の埋設層２８の急速なエッチングを
可能とするために形成されいる。これ後に、この構造体
を引き上げ、乾燥させる。
【００９０】このＳＩＭＯＸ法は、均一な厚みの捨て酸
化物層２８の形成を可能とするとともに、該捨て層が除
去された後には空隙４０（図３）を形成して該単結晶シ
リコン構造を自由とする。前記空隙は、前記基板８と前
記シリコン層３２との隙間を幅狭に制御し、その底部
は、過付加時における接合点として用いられる。
【００９１】３）基板と垂直となる感知軸を備えた加速
度計 以下の記載においては、図１ないし図８を参照とした上
記説明した部材と同様の作用をなす部材には符号の後に
「ａ」を付して説明することとする。なお、この加速度
計は、上述のものと同一の基板に同時に製造し得るもの
であるので、材料およびそれらの形成手順およびエッチ
ングについては上記同様である。この加速度計は、図９
に平面図で、また、図１０には図９のＸ−Ｘ線に沿った
断面図で示してある。
【００９２】上記同様に、該加速度計は基板と垂直なＺ
方向における加速度の方向のためのもので、対称形をし
ているが、その左方上方部のみを用いることも可能であ
る。
【００９３】この加速度計は、ＸＹ平面内に、孔９ａを
備えた正方形状の震動質量体２ａを有している。この震
動質量体２ａは、ビーム６ａにより、基板８に結合され
た支持部材４ａに連結されている。ただし、この支持部
材４ａは酸化物層２８によって基板８とは絶縁されてい
る。
【００９４】前記震動質量体２ａは、Ｚ方向に動くダイ
アフラム１２ａを有している。ここでは、４つのダイア
フラムが該震動質量体２ａの側に設けられている。これ
らダイアフラム１２ａは、電気容量の検出および該測定
のサーボ制御のための移動電極として機能する。前記ビ
ーム６ａと同じように、これらダイアフラム１２ａは単
結晶シリコンから成り、１ミクロン以下の厚み（例え
ば、０.２２μｍ）を有している。
【００９５】これら移動電極１２ａの何れの側にも、上
部固定電極１８ａが設けられており、その突出部１８ｂ
が上部接触支持部となる。これら電極１８ａはリンのド
ーピングされた多結晶シリコンより成る。
【００９６】前記電極１８ａと前記電極１２ａとを離間
させる均一な空隙４０ａが形成されている。また、前記
電極１２ａと前記電極２０ａを離間させる均一な空隙４
０ｂが形成されている。これらの電極１８ａは、基板８
とは絶縁された支持部材１９ａによって支持されてい
る。
【００９７】前記電極１８ａの上部には、金属接点２４
ａが形成されており、かつ、前記ビームの前記支持体４
ａの上部には測定用金属接点２６ａが形成されている。
【００９８】不要ではあるが、前記震動質量体２ａの下
部にはＰ型埋設電極２０ａが設けられていることが好ま
しい。埋設電極２０ａを用いると、寄生電気容量が消滅
するまで測定が可能となるので、好ましい。しかしなが
ら、該加速度計は、この埋設電極なしでも機能する。こ
の場合、Ｐ型半導体である基板によって置き換えられ
る。
【００９９】前記電極２０ａの接触は、前記基板および
その表面にある金属接点２３ａに挿入された電気連結子
２１により側方よりなされる。
【０１００】次に、Ｚ方向に沿った感知軸を備えたこの
加速度計の動作について説明する。Ｚ方向に沿った加速
度が生じると、前記震動質量体２ａには、力（Ｆ＝ｍ
γ）が付与され、この質量体２ａが前記ビーム６の剛性
に応じてＺ方向と平行な距離ｌだけ動く。これにより、
この震動質量体と結合された前記電極１２ａと、前記上
部接合部１８ｂおよび前記基板８によって構成された電
極との間の電気容量が互いに反対方向に変化する。
【０１０１】前記３つの型の電極１２ａ，１８ｂ，２０
ａは電気的に絶縁されており、前記震動質量体２ａ（前
記接点２６ａを介して）と前記電極１８ｂ，２０ａの一
方（各々前記接点２４ａ，２３ａを介して）との間に電
場Ｅが付与された状況では、静電気力が生ずる。
【０１０２】サーボ制御のために、前記接点２４ａ，２
３ａ，２６ａに接続され、加速度が付与されたときの前
記震動質量体のＺ方向の変位による電気容量の差動変化
を検出する測定装置が再度用いられる。
【０１０３】上記同様に、この装置は、前記電極１２ａ
および１８ｂに対応した電極２４ａ，２６ａを介して与
えられた連続的な分極に載せられた低電流の交流測定信
号を発生し、それはＺ方向の加速度により生じた力に等
しい力を生じ、前記質量体を平衡位置に持ってくる。
【０１０４】４）基板と垂直な感知軸を備えた加速度計
の製造 図１１に示す第一段階は、図４に関して述べたのと同様
の方法によって、前記Ｎ型基板８上に、前記単結晶シリ
コン３２および酸化物層２８から形成される積層を形成
する工程から成るものである。
【０１０５】図１１Ａおよび図１１Ｂに示す次の段階
は、前記基板８内の埋設電極の製造に関するものであ
る。この埋設電極を得るため、前記基板に形成されるべ
き前記電極２０ａおよびその接点２１の模写を作る写真
製版用マスク４２が、周知の方法によって形成される。
接点２１は、その後の接続のために該加速度計の感知領
域の外側に形成される。
【０１０６】前記マスク４２を通して、前記埋設酸化物
層２８の下側に、ホウ素４４の高エネルギー深注入を行
う。注入条件としては、良好な導電性を有したＰ型ドー
ピング領域および前記埋設層２８の真下に略０.３μｍ
の厚みを得るため、例えばエネルギー２４０ｋｅｖ、ド
ーピング量５×１０14 Ａｔ／ｃｍ2 であり、この注入
は前記樹脂４２に覆われない領域において行われる。前
記埋設層は、余計な領域への注入を阻止するために十分
な厚みを有していなければならない。例えば、２μｍの
厚みの感光性樹脂を用いることができる。この注入が行
われたら、前記マスク４２を例えば化学エッチングによ
り除去する。
【０１０７】前記可動構造体２ａは前記薄いシリコンフ
ィルム３２より成る前記ビーム６ａにより支持されなけ
ればならないので、これら可撓性支持体は機械的に引っ
張られている必要がある。この引張り応力は前記シリコ
ンがＰ型のものであるときに得ることができる。前記シ
リコンフィルム３２がＮ型のものである場合には、リン
をドーピングする必要がある。このドーピングは、図１
２に示すように、前記シリコンフィルム３２の表面全体
にＰ型のイオンを注入することによりなされる。この注
入４６は、上記の条件の下でホウ素イオンによって行う
ことができる。
【０１０８】図１３Ａおよび図１３Ｂに示す次の段階
は、前記シリコンフィルム３２および前記酸化物層２８
より形成された積層を、適当な形状とされたマスク３４
ａを用いて、前記基板８までエッチングする工程から成
る。このマスク３４ａは特に前記震動質量体２ａ、前記
ビーム６ａ、および前記埋設電極２０ａとの後の接続の
ための前記接点孔２５の形状を決定する。この、二層の
エッチングは、図５において説明したものと同一条件で
行われる。
【０１０９】図１４Ａおよび図１４Ｂに示す次の段階
は、前記仕上げられた構造上に、例えば、前記埋設酸化
物層２８と略同じ厚みを有したＳiＯ2 から成る絶縁層
４８を形成する工程を含むものである。前記酸化物層
は、マスク５０を用いて、周知の写真製版技術によって
エッチングされる。前記絶縁層４８は、プラズマを用い
た化学気相蒸着 (plasma assisted chemical vapour de
position) によって形成され、例えば、フッ化水素酸溶
液を用いた化学エッチング、あるいＣＨＦ3 を用いたド
ライエッチング（ＧＩＲ）によってエッチングされる。
【０１１０】前記エッチングされた層４８は、該処理の
残余部分に形成されるべき前記ビーム６ａを保護し、か
つ、前記空隙４０ａを前記可動電極１２ａとその上部の
固定電極１８ａとの間に形成する。
【０１１１】図１５ａおよび図１５Ｂに示すように、前
記樹脂マスク５０を除去した後に、さらに前記保護層４
８および前記酸化物層２８に対応して選択的にエッチン
グされるべき電気絶縁層６０が、前記仕上げられた構造
の上に設けられる。この層６０は、窒化ケイ素または窒
化酸化ケイ素で形成することができ、低圧化学気相蒸着
によって略０.５μｍ以上の厚みに形成される。
【０１１２】前記層６０は次いで、適当な形状の新しい
樹脂マスク６２を用いてエッチングされる。このマスク
６２は、前記導電性基板８および前記シリコンフィルム
３２を前記電極１８ａおよび前記接点孔２５と電気的に
絶縁するために、前記層６０内に形成される前記絶縁体
の寸法を定める。この層６０は、ＣＨＦ3＋ＳＦ6の混合
液を用いた活性イオンエッチングよって前記シリコン３
２の面が露出するところまでエッチングされる。
【０１１３】前記マスク６２が除去された後、その処理
されたものを、図１６Ａおよび１６Ｂに示した方法によ
って導電性シリコンにより覆う。これにより、前記震動
質量体２ａがより厚くなり、上方の電極１８ａが形成さ
れる。
【０１１４】この段階は、リンのドーピングされたシリ
コン層を前記基板の全表面で１μｍ〜１００μｍの厚さ
でエピタキシャル成長させる過程、あるいは、付加的
に、この仕上げられた表面に、この方法のために当面は
その厚みを２〜３μｍに抑さえられたリンのドーピング
された多晶シリコン層を形成する過程から成る。
【０１１５】シリコンのエピタキシャル成長（それが如
何なる方法によりなされたものであろうと）により、単
結晶シリコンの接触している領域全体にわたる単結晶材
料３６ａの形成、および前記窒化ケイ素層６０あるいは
前記絶縁スタッド４８を覆う領域内の多結晶材料３６ｂ
の形成が得られる。従って、前記震動質量体２ａ、およ
び前記ビーム６ａのための形成領域６４といった、この
構造体の重要な要素が単結晶シリコンにより形成され
る。
【０１１６】次いで、得られたものの上に、異なった金
属接点２６ａ，２３，２４ａを所要のパターンに従って
形成するためにエッチングされた金属層が、電気的接続
のために形成される。
【０１１７】この金属層は、金より成る単一層、あるい
はチタン−ニッケル−金の多層体より形成することがで
きる。次いで、この接点の形状が、適当な樹脂マスクを
用いた化学エッチングによって形成される。前記多層体
は、フッ化水素酸をベースとした溶液を用いたシリカの
エッチングに耐えられるものでなければならない。
【０１１８】図１７Ａおよび図１７Ｂに示す次の処理段
階は、前記可撓性ビーム６ａ、該ビームの固定６４、前
記可動電極１２ａ、および前記支持点１８ｂを備えた前
記電極１８の寸法を決める適当なマスク６６を用いなが
ら、前記シリコン３６ａ，３６ｂ，３２をエッチングす
る過程を備える。このエッチングによって透孔９ａが形
成され、これによって該構造体の最適な機械的減衰動作
が得られる。
【０１１９】基本的な該構造の寸法を変更することな
く、前記透孔の密度によって、広い加速度レンジにおけ
る該加速度計のカットオフ周波数を調整することが可能
である。
【０１２０】これらのエッチングは、前記震動質量体２
ａの下にある前記埋設酸化物層２８まで行われる。この
エッチングに用いられる前記マスク６６としては、感光
樹脂マスク、あるいは付加的に、所要形状にエッチング
された酸化物付着物を用いることができる。エッチング
は、ＳＦ6 を用いた気相エッチング、あるいは、ＣＣｌ
4 ＋Ｎ2 の混合ガスにより成される。
【０１２１】これに続いて、該加速度計の前記移動部
材、特に前記ビーム６ａ、前記震動質量体２ａ、および
前記電極１２ａを自由とするように、前記絶縁スタッド
４８の除去、および前記埋設層２８の部分的除去がなさ
れる。除去は、ＨＦベースの溶液中で、前記構造体の縁
部および前記透孔９ａからなされる。その後、構造体は
引き上げられ、乾燥される。
【０１２２】前記ＳＩＭＯＸ法により、所要の良好な形
状を有した空隙４０ｂ（図１０）を形成することが可能
であり、これにより、高い電気容量値が得られる。さら
に、前記感知質量体から離れた前記可撓性ビーム６ａが
略０.２μｍの厚さの表面シリコン層に形成されるの
で、この加速度計は高感度のものとなる。
【０１２３】この発明によれば、図９ないし図１７Ｂで
述べた基板と垂直となるＺ軸方向の加速度を感知する加
速度計と、図１ないし図８で述べた基板と平行となる感
知軸を備えた加速度とを、同一の基板に製造することが
可能である。
【０１２４】異なった加速度計を同時に製造することが
できる。この場合、前記Ｘ軸あるいはＹ軸に従って感知
する何れかの加速度計を製造するために用いられる基板
の領域を、前記埋設電極を注入（図１１Ａおよび図１１
Ｂ）する間マスキングする必要がある。
【０１２５】その他の工程は、例えば絶縁スタッドおよ
び窒化ケイ素６０の形成においても、それらの形状が適
当なマスク５０，６２を通して決められるため、完成さ
れた基板において同時に行われる。
【０１２６】従って、本発明の方法は、簡単で再現可能
な方法での大量生産を可能とし、よって、製造コストを
低減して、種々の分野での応用が可能となる。
【０１２７】上記加速度計の実施例は図面を参照したも
のに限られるものであり、その他の形状も考えられる。
【０１２８】簡略化した方法では、本発明により製造さ
れた加速度計は、図１８に示したように、ドーピング単
結晶シリコンより成り、絶縁層２８を介してエッチング
され、一端において基板８に結合された可撓性ビーム６
を有する。前記ビームが幅広で厚いために十分に重いと
きは、このビームが震動質量体と成り得る。しかし、前
記ビーム６には、同じく単結晶シリコンから成る付加的
な質量体２を設けることが望ましい。
【０１２９】また、前記ビーム６の変形を計測するため
の手段が設けられている。この手段は、前記基板８と一
体であってもそうでなくともよい。
【０１３０】以上述べたように、本発明の方法は、その
原理を概略すれば、絶縁体上シリコン技術を用いて、シ
リコンフィルム３２を基板８上に、電気絶縁層２８によ
って前記基板から離して製造し、次に、前記ビーム６上
に、厚みを増すために、単結晶シリコン層のエピタキシ
ャル成長させ、次いで、前記可動ビーム６および前記可
動質量体を形成するために前記基板８までエッチング
し、さらに、該ビームおよび可動質量体２を自由にする
ために前記絶縁層２８を部分的に除去する、ものであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】基板と平行な感知軸を有した、本発明の方法に
より製造される加速度計の概略平面図である。
【図２】図１における II - II 線に沿う矢視図であ
る。
【図３】図１における III - III 線に沿う矢視図であ
る。
【図４】図１の加速度計の本発明による一製造工程の概
略を示すもので、図１の II -II 線に沿った矢視図であ
る。
【図５】図１の加速度計の本発明による別の製造工程の
概略を示すもので、図１の II- II 線に沿った矢視図で
ある。
【図６】図１の加速度計の本発明による別の製造工程の
概略を示すもので、図１の II- II 線に沿った矢視図で
ある。
【図７】図１の加速度計の本発明による別の製造工程の
概略を示すもので、図１の III- III 線に沿った矢視図
である。
【図８】図１の加速度計の本発明による別の製造工程の
概略を示すもので、図１の II- II 線に沿った矢視図で
ある。
【図９】本発明に係る方法により製造される、基板に垂
直な感知軸を有した加速度計の平面図である。
【図１０】図９における X - X 線に沿う矢視図であ
る。
【図１１】図９および図１０に示した加速度計の一製造
工程を示したもので、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図
である。
【図１２】図９および図１０に示した加速度計の別の製
造工程を示した断面図である。
【図１３】図９および図１０に示した加速度計の別の製
造工程を示したもので、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面
図である。
【図１４】図９および図１０に示した加速度計の別の製
造工程を示したもので、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面
図である。
【図１５】図９および図１０に示した加速度計の別の製
造工程を示したもので、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面
図である。
【図１６】図９および図１０に示した加速度計の別の製
造工程を示したもので、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面
図である。
【図１７】図９および図１０に示した加速度計の別の製
造工程を示したもので、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面
図である。
【図１８】加速度計の原理を示す断面図である。
【符号の説明】
２，２ａ 震動質量体 ４，４ａ 固定支持体 ６，６ａ 可撓性ビーム ９，９ａ 透孔 １２ 電極（歯部） １２ａ ダイアフラム １４ 第１の可動櫛状体 １５ 歯部 １６，１７ 第２の可動櫛状体 １８ 歯部 １８ａ 上部固定電極 ２０ 静電スクリーン ２３，２３ａ，２４，２４ａ 接点 ２５ 接点孔 ２６，２６ａ 測定用接点 ２８ 二酸化ケイ素層 ３２ Ｎ単結晶シリコン表面層 ３４，３４ａ マスク ３６ａ 単結晶材料 ３６ｂ 多結晶材料 ３７ マスク ４０，４０ａ，４０ｂ 空隙 ４２ マスク ４８ スタッド（絶縁層） ６０ 絶縁層 ６２ マスク ６４ 形成領域 ６６ マスク
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年７月５日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１１】

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 下記の工程を有することを特徴とする、
    可動要素を有した集積加速度計の製造方法。 （ａ）シリコン基板上にあって、絶縁層によって該基板
    と分離された単結晶シリコンフィルムを製造する工程、
    （ｂ）前記可動要素を形成するために、前記シリコンフ
    ィルムおよび絶縁層を前記基板までエッチングする工
    程、および、（ｃ）前記可動要素を自由とするために前
    記絶縁層を部分的に除去し、該除去による該絶縁層の残
    余部分によって前記可動要素と前記基板を結合する工
    程。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の方法において、前記ｂ）
    工程で得られた構造体の上で、導電性単結晶シリコン層
    が、少なくとも前記移動要素の部分においてエピタキシ
    ャル成長されることを特徴とする方法。
  3. 【請求項３】 前記基板上に結合された前記可動要素の
    変位を測定するための手段を備えた加速度計のための請
    求項１記載の方法において、これら変位測定手段を部分
    的に前記ｂ）工程において前記シリコンフィルム及び／
    又は前記エピタキシャル層に形成して導電性を有せし
    め、かつ前記測定手段のために電気接点を前記導電性シ
    リコン上に形成することを特徴とする方法。
  4. 【請求項４】 請求項１記載の方法において、前記シリ
    コンフィルムがＮ型のものであることを特徴とする方
    法。
  5. 【請求項５】 請求項１記載の方法において、前記工程
    ａ）が導電性単一シリコン基板に酸素イオンを注入する
    工程と、該注入された基板を熱処理する工程と、からな
    ることを特徴とする方法。
  6. 【請求項６】 震動質量体を支持する少なくとも一つの
    可撓性ビームを有した加速度計を製造するための請求項
    １記載の方法において、前記絶縁層の除去を容易とする
    ために、前記震動質量体には透孔が形成されていること
    を特徴とする方法。
  7. 【請求項７】 前記基板と平行な方向に動く可動要素を
    有した加速度計の製造のための請求項３記載の方法にお
    いて、前記シリコン層が前記構造体上でエピタキシャル
    成長され、かつ、前記計測手段の一部を形成する櫛状静
    電スクリーンを形成するために前記エピタキシャル成長
    されたシリコン層をエッチングする工程を有することを
    特徴とする方法。
  8. 【請求項８】 前記基板と平行な方向（Ｙ）に沿って可
    動な震動質量体とこの質量体を支持する少なくとも一つ
    のビームを備える加速度計の製造のための請求項２記載
    の方法において、下記の一連の工程を有することを特徴
    とする方法。 １）導電静単結晶シリコン基板に酸素イオンを注入し、
    次いで該注入された基板を熱処理し、前記導電性シリコ
    ンフイルムを前記基板から離間させる埋設酸化物層を形
    成する工程、 ２）前記可動質量体、前記ビーム、および前記測定手段
    の部分を形成するために、前記酸化フィルム積層を前記
    基板までエッチングする工程、 ３）前記可動質量体および前記ビームの厚みを得るため
    に、導電性シリコン層を上記２）で得られた前記構造体
    の全体わたってエピタキシャル成長させる工程と、 ４）前記測定手段の上に金属接点を形成する工程と、 ５）前記可動質量体に透孔を、かつ部分的に前記測定手
    段を構成する櫛状静電スクリーンを形成するために、前
    記エピタキシャル層と前記シリコンフィルム層を前記酸
    化物層までエッチングする工程と、 ６）前記酸化物層を部分的に除去する工程。
  9. 【請求項９】 前記基板と直交する方向（Ｚ）に沿って
    動く可動要素を有した加速度計の製造のための請求項１
    記載の方法において、前記単結晶基板の中に埋設電極を
    形成する工程と、前記電極を接続する工程と、有するこ
    とを特徴とする方法。
  10. 【請求項１０】 請求項９記載の方法において、前記シ
    リコンフィルムの上に少なくとも一つの表面電極を形成
    する工程、および、前記基板を前記表面電極から絶縁す
    るために絶縁層を設けてエッチングする工程を有するこ
    とを特徴とする方法。
  11. 【請求項１１】 請求項１０記載の方法において、前記
    表面電極は導電性多結晶シリコンからなることを特徴と
    する方法。
  12. 【請求項１２】 請求項１０記載の方法において、前記
    表面電極の空隙を形成するために、捨てスタッドが、エ
    ピタキシャル成長により設けられる前に前記シリコンフ
    ィルムに形成されていることを特徴とする方法。
  13. 【請求項１３】 前記基板と直交する方向に移動可能と
    された震動質量体、同じく基板と直交する方向に移動可
    能とされ、前記質量体を支持する少なくとも一つのビー
    ム、少なくとも一つの表面電極、および少なくとも一つ
    の埋設電極を有した加速度計の製造のための請求項２記
    載の方法において、下記の一連の工程を有することを特
    徴とする方法。 i ）第一の導電タイプを有した導電性単結晶シリコン基
    板に炭素イオンを注入し、該注入された基板を熱処理
    し、前記導電性シリコンフィルムを前記基板から分離さ
    せる埋設酸化物層を形成する工程、 ii ）前記基板内に埋設電極を形成する工程、 iii ）前記可動質量体、前記ビーム、および前記埋設電
    極の接点を形成するために、前記積層酸化物フィルム層
    を前記基板までエッチングする工程、 iv ）前記可動質量体および前記ビーム上に、前記シリ
    コンと関連して選択的に除去し得るスタッドを形成する
    工程、 v ）上記 iv ）の工程で得られた構造体における前記表
    面電極のために設けられる部位を、付加的な電気絶縁体
    により電気的に絶縁する工程、 vi ）前記質量体の上の導電性単結晶シリコンを、前記
    表面電極が設けられる部位において、厚みを付けかつ多
    結晶シリコンを設けるために、エピタキシャル成長させ
    る工程、 vii ）前記表面電極および前記埋設電極のための接点を
    形成する工程、 viii ）前記可動質量体に開孔を形成するために、前記
    エピタキシャルされたシリコン−シリコンフィルムを前
    記酸化物層までエッチングする工程、 ix ）前記スタッド、および前記酸化物層の一部を除去
    する工程。
  14. 【請求項１４】 請求項１３記載の方法において、前記
    スタッドが二酸化シリコンより成ることを特徴とする方
    法。
  15. 【請求項１５】 請求項９記載の方法において、前記電
    極が、前記基板内への、該基板とは反対の導電性型を有
    したイオンの部分的注入によって得られることを特徴と
    する方法。
  16. 【請求項１６】 請求項１記載の方法において、前記シ
    リコンフィルムがＮ型シリコンフィルムである場合に、
    該シリコンフイルムの全体にＰ型のイオンを注入する工
    程を有することを特徴とする方法。
  17. 【請求項１７】 請求項１記載の方法において、前記絶
    縁層が液層等法性エッチングによって除去されることを
    特徴とする方法。
  18. 【請求項１８】 請求項１記載の方法によって得られる
    加速度計であって、前記基板と直交する方向に感知軸を
    有する少なくとも一つの第１の可動要素と、基板と平行
    な方向に感知軸を有する少なくとも一つの第２の可動要
    素とを一体に有していることを特徴とする加速度計。
  19. 【請求項１９】 請求項９記載の方法によって得られる
    加速度計であって、前記基板と直交する感知軸を有した
    少なくとも一つの可動要素を有していることを特徴とす
    る加速度計。
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