JPH11295336A

JPH11295336A - 半導体力学量センサおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH11295336A
Application number: JP10367421A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Kato; 信之加藤; Mineichi Sakai; 峰一酒井; Toshimasa Yamamoto; 山本　　敏雅; Takeshi Fukada; 毅深田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-02-12
Filing date: 1998-12-24
Publication date: 1999-10-29
Anticipated expiration: 2018-12-24
Also published as: DE19906067B4; DE19906067A1; JP4003326B2; US6240782B1

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体加速度センサなどの力学量センサにお
いて、寄生容量によってセンサ感度が低下するのを防止
する。【解決手段】シリコン基板３０の上に、貼り合わせ用
薄膜３２、絶縁膜３３、３４および導電性薄膜３５が形
成されてなる基板１と、この基板１の上面にアンカー部
によって支持された梁構造体（図には梁構造体の梁４を
示す）と、基板１の上面に第２のアンカー部によって固
定された固定電極とを有する半導体加速度センサにおい
て、第３のアンカー部５１により基板１の上面に電位取
出部５０を固定して設け、この電位取出部５０と貼り合
わせ用薄膜３２とを第３のアンカー部５１を介して電気
的に接続し、貼り合わせ用薄膜３２の電位を固定するよ
うにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、梁構造の可動部と
固定部を有し、例えば、可動部と固定部の間の容量変化
を検出することにより、加速度、ヨーレート、振動等の
力学量を検出する半導体力学量センサおよびその製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、梁構造の可動部を有する半導体力
学量センサとして、貼り合わせ基板を用いたサーボ制御
式の差動容量型加速度センサが提案されている（特開平
９−２１１０２２号公報参照）。このものは、基板（支
持用基板）上に可動部をなす梁構造体と固定部を形成し
て構成されており、梁構造体と固定部の間の容量変化を
検出することにより力学量を検出する。梁構造体は、ア
ンカー部と、このアンカー部により梁部を介して支持さ
れ加速度を受けて変位する質量部を有しており、この質
量部には可動電極が設けられている。また、固定部は、
基板上にアンカー部により固定され可動電極と対向する
形状の固定電極を有している。さらに、上記した基板
は、半導体基板の上に貼り合わせ用薄膜、絶縁膜および
導電性薄膜が形成された構造となっており、第１、第２
のアンカー部は、導電性薄膜で構成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明者等がこの加速
度センサについてさらに検討を進めたところ、導電性薄
膜と絶縁膜や貼り合わせ用薄膜との間に生じる寄生容量
がセンサの感度に大きく影響を及ぼすことが分かった。
すなわち、梁構造体と固定部の間の容量を検出する場
合、センサの出力は、（静電容量の変化分）／（全静電
容量＋寄生容量）で表されるが、上記したように貼り合
わせ用薄膜が電気的に浮遊した状態では寄生容量が大き
くなるため、センサの感度が小さくなってしまう。

【０００４】また、梁構造の可動部と固定部を有する半
導体力学量センサは、一般にエッチング等の半導体製造
技術を用いて、支持用基板の上に形成された素子形成膜
（素子形成用基板）に対して可動部と固定部を画定する
溝を形成することにより、製造されるものであるが、可
動部（梁構造体）と固定部とからなるセンサ素子部の外
周には、センサ素子部以外の素子形成膜部分、即ち外周
部が存在する。

【０００５】そして、この外周部も支持用基板の上に支
持されてはいるが、電気的に浮遊した状態であるため、
貼り合わせ用薄膜の場合と同様に、センサの出力を変動
させることがある。本発明は上記問題に鑑みたもので、
貼り合わせ用薄膜による寄生容量によってセンサ感度が
低下するのを防止することを第１の目的とする。

【０００６】また、本発明は、センサ素子部の外周部に
存在する外周部による寄生容量によってセンサ感度が低
下するのを防止することを第２の目的とする。

【０００７】

【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、半導体基板（３
０）の上に第１の導電性薄膜（３２）、絶縁膜（３３、
３４）および第２の導電性薄膜（３５）が形成されてな
る基板（１）と、この基板の上面に第１のアンカー部
（３ａ〜３ｄ）によって支持された梁構造体（２Ａ）
と、基板の上面に第２のアンカー部（１０ａ〜１０ｄ、
１２ａ〜１２ｄ、１４ａ〜１４ｄ、１６ａ〜１６ｄ）に
よって固定された固定電極（９ａ〜９ｄ、１１ａ〜１１
ｄ、１３ａ〜１３ｄ、１５ａ〜１５ｄ）とを有し、第
１、第２のアンカー部が第２の導電性薄膜により構成さ
れてなり、上記した第１の導電性薄膜の電位を固定する
ようにしたことを特徴としている。

【０００８】このように貼り合わせ用薄膜としての第１
の導電性薄膜の電位を固定することによって、貼り合わ
せ用薄膜による寄生容量を低減することができるため、
その寄生容量によるセンサ感度の低下を防止することが
できる。この場合、請求項２に記載の発明のように、第
２の導電性薄膜によって構成された第３のアンカー部
（５１）により基板の上面に電位取出部（５０）を固定
して設け、この電位取出部（５０）と第１の導電性薄膜
（３２）とを第３のアンカー部（５１）を介してに電気
的に接続するように構成することができる。

【０００９】また、請求項３に記載の発明のように、梁
構造体の配線（１０１）および固定電極の配線（１０
２、１０３）を第２の導電性薄膜にて形成し、両配線が
交差する箇所において、いずれかの配線を第１の導電性
薄膜によりバイパスして形成するようにすれば、第１の
導電性薄膜を利用して交差する箇所の配線を行うことが
できる。

【００１０】請求項４、５に記載の発明によれば、請求
項２に記載の半導体力学量センサを適切に製造すること
ができる。この場合、請求項５に記載の発明のように、
導電性薄膜（６６）の上に形成する絶縁膜（６７）を１
つにすれば、貼り合わせ用薄膜（７０）と導電性薄膜
（６６）を接続するための開口部（６９）に生じる段差
を小さくすることができ、その段差をなくすために貼り
合わせ用薄膜（７０）を平坦化する場合の工程を簡素化
することができる。

【００１１】また、請求項６記載の発明では、請求項１
に記載の半導体力学量センサにおいて、梁構造体（２
Ａ）及び固定電極（９ａ〜９ｄ、１１ａ〜１１ｄ、１３
ａ〜１３ｄ、１５ａ〜１５ｄ）の外周に、第２の導電性
薄膜（３５）に固定された外周部（２０１）が配置され
たものとした場合に、該外周部に、該外周部の電位を固
定する手段（２０２）を備えたことを特徴としている。

【００１２】それによって、請求項１の発明と同様の効
果を達成できることに加えて、梁構造体及び固定電極、
即ちセンサ素子部の外周に位置する外周部の電位を固定
することによって、外周部による寄生容量を低減するこ
とができ、その寄生容量によるセンサ感度の低下を防止
することができる。また、請求項７記載の発明は、請求
項１または６に記載のセンサにおいて、可動電極（７ａ
〜７ｄ、８ａ〜８ｄ）から、該可動電極と固定電極（９
ａ〜９ｄ、１１ａ〜１１ｄ、１３ａ〜１３ｄ、１５ａ〜
１５ｄ）との間の容量変化を出力するようした場合に、
第１の導電性薄膜の電位を固定する手段（５０、５１）
及び外周部の電位を固定する手段（２０２）において固
定する電位を該可動電極と同電位とすることを特徴とし
ている。

【００１３】それによって、貼り合わせ用薄膜や外周部
が可動電極と同電位になり、寄生容量に電荷がチャージ
アップしないため、センサへの出力への電荷変動の影響
をより十分に排除できる。また、請求項８記載の発明で
は、支持用基板（１、３０１）の上に形成された素子形
成膜（２００、３０２）を、該素子形成膜に形成された
溝を介して、可動部（２Ａ）を有し該可動部の変位に伴
う容量変化を検出するセンサ素子部と、該センサ素子部
の外周に配置された外周部（２０１、３１３）とに画定
し、該外周部に、該外周部の電位を固定する手段（５
０、５１、３５０〜３５２）を備えたことを特徴として
おり、外周部による寄生容量によってセンサ感度が低下
するのを防止することができる。

【００１４】また、請求項９記載の発明では、請求項８
記載のセンサにおいて、センサ素子部が複数個の容量検
出部（３０４〜３０７）を備えたものとした場合に、上
記外周部の電位を固定する手段（３５０、３５１）を、
該複数個の容量検出部の各々に対応して設けたことを特
徴としている。それによって、個々の容量検出部に任意
の電位を付与でき、各容量検出部に合わせて寄生容量に
溜まる電荷を制御できる、即ち、各容量検出部に発生す
るオフセットをより効率良く制御できる。

【００１５】また、請求項１０記載の発明では、請求項
９記載のセンサにおいて、容量検出部（３０４〜３０
７）を２個とし、且つ個々の該容量検出部が略同レベル
の大きさの容量変化を伴うものとした場合に、第１の容
量検出部（３０４、３０６）とこれに対応する外周部の
電位を固定する手段（３５０）との距離、および、第２
の容量検出部（３０５、３０７）とこれに対応する外周
部の電位を固定する手段（３５１）との距離を略同じと
したことを特徴としている。

【００１６】それによって、第１の容量検出部及び第２
の容量検出部に対応する各々の外周部の電位を固定する
手段に対して、各々印加する電圧を同じにでき、制御が
容易となる。また、請求項１１記載の発明では、第１の
容量検出部（３０４、３０６）と第２の容量検出部（３
０５、３０７）とを結ぶ線と直交する対称軸に対して、
各々の外周部の電位を固定する手段（３５０、３５１）
を対称に配置したことを特徴としており、請求項１０記
載のセンサにおける距離の関係を効率的に実現できる。

【００１７】また、請求項１２記載の発明では、請求項
９〜請求項１１記載のセンサにおいて、センサ素子部
を、各々の容量検出部（３０４〜３０７）毎に設けられ
た容量変化を引き出すためのパッド（３１０、３１１）
と、各々の該容量検出部と各々の該パッドとを電気的に
接続する導体部（３１０ａ、３１１ａ）とを含んでなる
ものとした場合に、各々の該導体部の抵抗値を略同じと
し、且つ、各々の該導体部の周囲に位置する溝（Ｓ２）
を略同じ容積で形成したことを特徴としている。

【００１８】例えば溝の幅や深さ等を調整して各々の導
体部の周囲に位置する溝の容積を略同じとすることで、
各々の導体部と外周部との寄生容量を略同じとし、且つ
各々の導体部の抵抗値を略同じとしているから、オフセ
ットを発生しにくい構造とできる上、各外周部の電位を
固定する手段に印加する電圧を同じとできるため、セン
サの制御が容易となる。

【００１９】また、請求項１３記載の発明では、請求項
８記載のセンサにおいて、センサ素子部が２個の容量検
出部（３０４〜３０７）を備え、個々の該容量検出部を
略同レベルの大きさの容量変化を伴うものとした場合
に、外周部の電位を固定する手段（３５２）を、第１の
容量検出部（３０４、３０６）と第２の容量検出部（３
０５、３０７）とを結ぶ線と直交する対称軸上に配置し
たことを特徴としている。

【００２０】それによれば、１つの外周部の電位を固定
する手段によって、これと各容量検出部との距離を同じ
にできるから、１つの外周部の電位を固定する手段に電
圧を印加することで、各容量検出部に合わせて寄生容量
に溜まる電荷を制御できる。また、各容量検出部に各
々、外周部の電位を固定する手段を設ける場合では、そ
れに対応した配線等が必要であり、また、各外周部の電
位を固定する手段の間で生じる微小な電位差によって外
周部の電位の変動が起こりうるが、本発明では、そのよ
うなことが無く、簡単で安定した制御が可能となる。

【００２１】また、請求項１４記載の発明は、請求項８
〜請求項１３記載のセンサについて、請求項７記載の技
術的思想、即ち外周部の電位を固定する手段（３５０〜
３５２）において固定する電位を可動電極と同電位とす
る構成を付加したものであり、外周部について請求項７
の発明と同様の効果が得られる。また、請求項１５記載
の発明は、請求項６〜請求項１４記載のセンサにおい
て、その外周部（２０１、３１３）において、外周部の
電位を固定する手段（２０２、３５０〜３５２）よりも
外縁側に絶縁溝（３６０）を形成し、該絶縁溝の外縁側
と内縁側とを絶縁するようにしたことを特徴としてい
る。

【００２２】それによれば、外周部の電位を固定する手
段により固定された外周部の固定電位は、外周部のうち
該絶縁溝よりも外縁側には印加されない。従って、外周
部の外縁側即ちセンサの外周部分に導電性物質等が付着
した場合でも、上記固定電位は、絶縁溝よりも外縁側を
伝わって支持用基板側へリーク電流を発生させないの
で、変動しないという効果がある。

【００２３】なお、上記した括弧内の符号は、後述する
実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す一例であ
る。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。（第１実施形態）図１に本発明の第１実施形態にかかる
加速度センサの平面図を示す。図２に、図１のＡ−Ａ断
面図を示す。

【００２５】図１、図２において、基板１の上面には、
単結晶シリコン（単結晶半導体材料、本発明でいう素子
形成膜）２００を溝により分離して形成された可動部を
なす梁構造体２Ａと固定部２Ｂが配置されている。梁構
造体２Ａは、基板１側から突出する４つのアンカー部３
ａ、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。

【００２６】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、後述する犠牲層エッチン
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。さらに、質量部６における一方の側面（図１におい
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１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、後述する犠牲層酸化
膜の一部もしくは全部をエッチング除去することによ
り、可動するようになっている。

【００２７】また、可動電極７ａ〜７ｄが形成された側
において、基板１の上面には、第１の固定電極９ａ、９
ｂ、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、１
０ｂ、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。

【００２８】同様に、可動電極８ａ〜８ｄが形成された
側において、基板１の上面には、第１の固定電極１３
ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄおよび第２の固定電極１５
ａ、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、１４
ｂ、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〜１
５ｄは、基板１側から突出するアンカー部１６ａ、１６
ｂ、１６ｃ、１６ｄにより支持されており、梁構造体２
Ａ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。

【００２９】また、基板１の上面には、電極取出部２７
ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄが形成され、電極取出部２
７ａ〜２７ｄは基板１から突出するアンカー部２８ａ、
２８ｂ、２８ｃ、２８ｄにより支持されている。基板１
は、図２に示すようにシリコン基板３０の上に、酸化膜
３１を介し、貼り合わせ用薄膜（ポリシリコン薄膜）３
２、絶縁膜（シリコン酸化膜）３３、絶縁膜３４、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）３５、および絶縁膜３６が積層され、導電
性薄膜３５が絶縁膜３４、３６の内部に埋め込まれた構
造となっている。ここで、絶縁膜３４、３６は、後述す
る犠牲層エッチングを行う際のエッチング液で浸食され
にくい薄膜で構成されている。例えば、エッチング液と
してＨＦ（フッ素水素酸）を用いる場合には、シリコン
酸化膜に比べ浸食量が小さいシリコン窒化膜を、絶縁膜
３４、３６として用いる。

【００３０】アンカー部３ａ、３ｂは、図２に示すよう
に、導電性薄膜３５で構成されており、この図２に示さ
れない他のアンカー部３ｃ、３ｄ、１０ａ〜１０ｄ、１
２ａ〜１２ｄ、１４ａ〜１４ｄ、１６ａ〜１６ｄ、２８
ａ〜２８ｄも同様に、導電性薄膜３５で構成されてい
る。また、導電性薄膜３５は、第１の固定電極９ａ〜９
ｄと電極取出部２７ａの間、第１の固定電極１３ａ〜１
３ｄと電極取出部２７ｂの間、第２の固定電極１１ａ〜
１１ｄと電極取出部２７ｃの間、および第２の固定電極
１５ａ〜１５ｄと電極取出部２７ｄ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）２６を形成している。この下部
電極２６は、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。

【００３１】また、図１、図２に示すように、電極取出
部３ａの上方には、アルミ薄膜よりなる電極パッド（ボ
ンディングパッド）４３が設けられている。また、電極
取出部２７ａ〜２７ｄの上面には、アルミ薄膜よりなる
電極パッド（ボンディングパッド）４４ａ、４４ｂ、４
４ｃ、４４ｄがそれぞれ設けられている。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の間に第１のコンデンサが、また梁
構造体２Ａの可動電極７ａ〜７ｄと第２の固定電極１１
ａ〜１１ｄの間に第２のコンデンサがそれぞれ形成され
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の間に第２のコンデンサがそれぞれ形
成される。

【００３２】そして、第１、第２のコンデンサの容量に
基づき、図示しない制御回路によって、梁構造体２Ａに
作用する加速度が検出される。具体的には、可動電極と
固定電極により２つの差動型静電容量を形成し、図１２
の回路により、加速度が検出される。また、本実施形態
では、図１、図２に示すように、貼り合わせ用薄膜３２
の電位を固定するために、電位取出部５０が形成され、
この電位取出部５０は基板１から突出するアンカー部５
１により支持されている。このアンカー部５１も導電性
薄膜３５で構成されている。また、この電位取出部５０
が形成されている部位においてシリコン酸化膜３３、絶
縁膜３４に開口部５２が形成されており、その部分で貼
り合わせ用薄膜３２は、アンカー部５１を介し電位取出
部５０に電気的に接続されている。また、電位取出部５
０の上方には、アルミ薄膜よりなる電極パッド（ボンデ
ィングパッド）５３が設けられている。このことによ
り、貼り合わせ用薄膜３２の電位を固定することができ
るため、寄生容量を低減し、センサ感度の減少を防止す
ることができる。

【００３３】次に、上記した半導体加速度センサの製造
方法について、図１中のＢ−Ｂ断面を用いた工程図に従
って説明する。まず、図３（ａ）に示すように、第１の
半導体基板としての単結晶シリコン基板６０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６
０に溝６１を形成する。この溝６１は、梁構造体２Ａと
固定部２Ｂを画定するためのものである。

【００３４】次に、図３（ｂ）に示すように、犠牲層用
薄膜としてのシリコン酸化膜６２をＣＶＤ法などにより
成膜し、さらにシリコン酸化膜６２の表面を平坦化す
る。次に、図３（ｃ）に示すように、シリコン酸化膜６
２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６３を形成する。その後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６４を成膜する。

【００３５】そして図３（ｄ）に示すように、シリコン
酸化膜６２とシリコン窒化膜６４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６５ａ、６５ｂ、６５ｃ、６５
ｄ、６５ｅを形成する。この開口部６５ａ〜６５ｅ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
および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。

【００３６】引き続き、図３（ｅ）に示すように、開口
部６５ａ〜６５ｅを含むシリコン窒化膜６４の上にポリ
シリコン薄膜を成膜し、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６６ａ、６６ｂ、６
６ｃ、６６ｄ、６６ｅ、６６ｆ、６６ｇを形成する。こ
のように、開口部６５ａ〜６５ｅを含むシリコン窒化膜
６４上の所定領域に導電性薄膜として不純物ドープトポ
リシリコン薄膜６６（６６ａ〜６６ｇ）を形成する。ポ
リシリコン薄膜の膜厚は１〜２μｍ程度である。

【００３７】この工程（開口部を含むシリコン窒化膜６
４上の所定領域に不純物ドープトポリシリコン６６を形
成する工程）において、ステッパの下部パターン分解能
を満たす程度にポリシリコン薄膜６６が薄い（１〜２μ
ｍ）ので、ポリシリコン薄膜６６の下でのシリコン窒化
膜６４の開口部６５ａ〜６５ｅの形状を透視することが
でき、フォトマスク合わせを正確に行うことができる。

【００３８】そして図４（ａ）に示すように、ポリシリ
コン薄膜６６およびシリコン窒化膜６４の上にシリコン
窒化膜６７を成膜し、さらにその上にシリコン酸化膜６
８を成膜する。この後、図４（ｂ）に示すように、フォ
トリソグラフィを経て、シリコン酸化膜６８とシリコン
窒化膜６７に対し開口部６９をドライエッチング等によ
り形成する。

【００３９】そして、図４（ｃ）に示すように、開口部
６９を含むシリコン酸化膜６８上に貼り合わせ用薄膜と
してのポリシリコン薄膜７０を成膜する。このポリコン
薄膜７０は開口部６９によりポリシリコン薄膜６６ａに
繋がっているため、これにより電気的にポリシリコン薄
膜７０の電位を取り出すことができる。次に、図４
（ｄ）に示すように、貼り合わせのためにポリシリコン
薄膜７０の表面を機械的研磨などにより平坦化し、ポリ
シリコン薄膜７０上に貼り合わせを容易にするためにシ
リコン酸化膜７１を成膜する。

【００４０】次に、図４（ｅ）に示すように、第２の半
導体基板としての単結晶シリコン基板（支持基板）７２
を用意し、ポリシリコン薄膜７０の表面とシリコン基板
７２とを貼り合わせる。そして、図５（ａ）に示すよう
にシリコン基板６０、７２を表裏逆にし、図５（ｂ）に
示すように、シリコン基板６０側を機械的研磨などを行
い薄膜化する。この際、溝６１内のシリコン酸化膜６２
の層が出現するまで研磨を行う。このようにシリコン酸
化膜６２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。

【００４１】この後、図５（ｃ）に示すように、アルミ
電極８２を成膜・フォトリソグラフィを経て形成する。
最後に、図５（ｄ）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６２をエッチング除去し、可動
電極を有する梁構造を可動とする。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６２を除去してシリコン基板６０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。

【００４２】このようにして、埋込ＳＯＩ基板を用い、
配線パターンおよび下部電極を絶縁体分離により形成し
た半導体加速度センサを形成することができる。なお、
上記した実施形態においては、犠牲層用薄膜としてシリ
コン酸化膜６２を用い、導電性薄膜としてシリコン薄膜
６６を用いているから、犠牲層エッチング工程におい
て、ＨＦ系エッチング液を用いた場合、シリコン酸化膜
６２はＨＦにて溶けるが、ポリシリコン薄膜６６は溶け
ないので、ＨＦ系エッチング液の濃度や温度を正確に管
理したり、エッチングの終了を正確に時間管理にて行う
必要がなく、製造が容易になる。

【００４３】なお、本第１実施形態においては、以下の
ような変形例も可能である。上記した製造方法において
は、アンカー部の下にシリコン窒化膜６７（図２におけ
るシリコン窒化膜３４）を形成することによって、犠牲
層エッチング時に上層側のシリコン窒化膜６４（図２に
おけるシリコン窒化膜３６）がオーバーエッチングされ
ても、アンカー部が剥がれるのを防止することができ
る。但し、シリコン酸化膜６８をなくすようにすれば、
シリコン酸化膜６４を省略することができる。この場
合、ポリシリコン薄膜６６にシリコン窒化膜６７のみが
形成されるので、開口部６９における貼り合わせのため
のポリシリコン薄膜７０の段差が小さくなり、平坦化研
磨を容易にすることができる。この場合の構造を図２に
対比して図６に示す。

【００４４】また、本実施形態では、電極取出部３ａ、
２７ａ〜２７ｄ、電位取出部５０の上面に電極パッド４
３、４４ａ〜４４ｄ、５３を設けるものを示したが、図
７に示すように、センサチップの片側に電極パッド１０
４〜１０８を設けるようにしてもよい。この場合、電極
パッド１０４は、導電性薄膜３５を用いた配線１０１に
よって梁構造体２Ａと電気的に接続される。また、電極
パッド１０５は、導電性薄膜３５を用いた配線１０２に
よって固定電極９ａ〜９ｄ、１３ａ〜１３ｄと電気的に
接続され、電極パッド１０６は、導電性薄膜３５を用い
た配線１０３によって固定電極１１ａ〜１１ｄ、１５ａ
〜１５ｄと電気的に接続される。

【００４５】また、電極パッド１０７は、その下のアン
カー部をなす導電性薄膜３５を介し貼り合わせ用薄膜３
２と電気的に接続されており、電極パッド１０８は、表
面側のシリコン基板の電位を固定するために設けられて
いる。このように構成した場合、図に示すように、配線
１０１と１０２が交差する箇所が生じる。このとき、図
８（ａ）、（ｂ）に示すように、その交差箇所を絶縁膜
１０８で囲み、配線１０１を、シリコン基板をバイパス
して形成する、すなわちシリコン基板を介した架設構造
とすることが考えられる。なお、図８において（ｂ）は
（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。このような構造とするた
めには、図３（ａ）の工程において配線が交差する箇所
を囲むように溝を形成し、図３（ｂ）の工程でその溝を
シリコン酸化膜で埋め、図３（ｄ）の工程で配線をバイ
パスさせるところに開口部を形成するようにすればよ
い。しかしながら、このような方法を用いると、余分な
溝をシリコン基板に形成することになるため、エッチン
グ液の進入等による断線や構造体の側壁加工精度に変化
が生じる。

【００４６】そこで、図９（ａ）、（ｂ）に示すよう
に、シリコン酸化膜３３およびシリコン窒化膜３４に開
口部を設け、配線１０１を、貼り合わせ用薄膜３２によ
りバイパスする形で形成すれば、上記したようにシリコ
ン基板に余分な溝を形成する必要がないため、構造体の
側壁加工精度の変化を抑えることができる。なお、図９
において（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。

【００４７】（第２実施形態）本第２実施形態に係る加
速度センサを図１０に示す。本センサの平面構成は上記
図１と同じであり、図１０は本センサを上記図２と同じ
断面にて示したものである。本センサは上記第１実施形
態を変形したものであり、上記第１実施形態と異なる点
は酸化膜３１を備えない点である。以下、この点につい
て述べる。上記図２に対して酸化膜３１が無い場合、貼
り合わせ用薄膜３２は、シリコン基板３０と接合され電
気的に接続されているものの、シリコン基板３０がチッ
プ化された後、実装された時にパッケージとシリコン基
板３０は、シリコン基板３０裏面（図１０の下側）にあ
る自然酸化膜等の影響から非常に高い接触抵抗を持つと
考えられる。

【００４８】そこで、本実施形態のように、酸化膜３１
が無い場合も、貼り合わせ用薄膜３２の電位（及び接続
されたシリコン基板３０の電位）を取り出すことで、寄
生容量を低減でき、センサ感度を防止することができ
る。（第３実施形態）上述した第１及び第２実施形態を含
め、センサ構造に寄生する寄生容量について検討した。
本第３実施形態は、この検討に基づいたものである。本
実施形態では、可動電極と寄生容量を形成するセンサ構
造の各部位について検証し、寄生容量の影響を排除する
点をより詳細に説明する。

【００４９】図１１は、上記両実施形態のセンサにおけ
る寄生容量の等価回路を説明する説明図である。図１１
において、支持Ｓｉ基板はシリコン基板３０、素子形成
膜は梁構造体２Ａと固定電極９ａ〜９ｄ、１１ａ〜１１
ｄ、１３ａ〜１３ｄ、１５ａ〜１５ｄ（つまりセンサ素
子部）との外周に溝Ｓ１を介して位置する外周部２０１
（図１及び図２参照）を示し、下部電極は上記の下部電
極２６を示し、ストッパとは図示されていないもので、
可動電極７ａ〜７ｄ、８ａ〜８ｄが過度に動くことを防
止するものである。

【００５０】ここで、外周部２０１は、図２に示す様
に、第２の導電性薄膜３５に固定された単結晶シリコン
２００からなり、単結晶シリコン２００における固定部
２Ｂの一部である。また、図１１中、固定電極１は第１
の固定電極９ａ〜９ｄ、１３ａ〜１３ｄを示し、固定電
極２は第２の固定電極１１ａ〜１１ｄ、１５ａ〜１５ｄ
を示し、可動電極は可動電極７ａ〜７ｄ、８ａ〜８ｄを
示し、Ｃ１’、Ｃ２’は、各々上記第１のコンデンサの
容量、第２のコンデンサの容量を示し、Ｃ１〜Ｃ１５は
各部位間に生ずる寄生容量である。これら寄生容量は、
単に電極部だけでなく配線につくものも含まれている。

【００５１】そして、上記両実施形態のセンサにおいて
は、可動電極と固定電極との間の容量変化を可動電極か
らの出力として得るものであるが、その検出原理につい
て、図１２を用いて説明する。なお、図１２において
も、固定電極１、固定電極２、可動電極、Ｃ１’、Ｃ
２’は、上記図１１と同様に定義されている。図１２に
示す検出回路はスイッチトキャパシタ回路と呼ばれる回
路であり、初めキャパシタＣｆをスイッチＳＷにより短
絡しておく。このとき、固定電極１、２に印加する電圧
は、それぞれＶと０ボルトであり、可動電極はＯＰアン
プ（図１２中、ＯＰＡで図示）によりＶ／２が印加され
ている。次に、スイッチＳＷをオフとした後に固定電極
１、２に印加する電圧を反転させると固定電極１、２と
可動電極間の電荷のバランスが変化し、その変化量がキ
ャパシタＣｆにチャージされる。このときのキャパシタ
Ｃｆの値が容量変化として電圧に変換されて出力され
る。

【００５２】従って、図１１に示す様に、可動電極に対
して生ずる寄生容量Ｃ１〜Ｃ１０及びＣ１２のうち、電
位が固定されていない寄生容量が出力に影響する。具体
的には電位変動により寄生容量にチャージされる電荷量
が変化するため、その影響でキャパシタＣｆにチャージ
される電荷量が変動し、出力が変動してしまう。このと
き、可動電極と寄生容量を形成する部位のうち、下部電
極は可動電極が基板１に貼り付かないことを目的とし、
また、ストッパも可動電極の可動範囲を規制するもので
あり、可動電極と接触の可能性があるため、接触した際
にも可動電極が貼り付くことを防止することを目的とし
ており、これらストッパ、下部電極は可動電極と同じ電
位が与えられている。従って、寄生容量Ｃ４、Ｃ１２の
チャージ量は変化しないため出力に影響しない。

【００５３】また、固定電極と可動電極の配線間に形成
される寄生容量Ｃ５、Ｃ６、Ｃ８も固定電極に所定電位
が印加されるものであるため、出力には影響がない。従
って、残りの寄生容量、すなわち、貼合Ｐｏｌｙ−Ｓｉ
（貼り合わせ用薄膜３２）と素子形成膜（外周部２０
１）とが可動電極と形成する寄生容量Ｃ１、Ｃ７、Ｃ１
０及びＣ２、Ｃ３、Ｃ９が、出力に影響する。

【００５４】上記第１及び第２実施形態では、これら寄
生容量のうち、寄生容量Ｃ１、Ｃ７、Ｃ１０の影響をな
くすべく、貼合Ｐｏｌｙ−Ｓｉの電位を固定するように
したものである。本第３実施形態では、素子形成膜（外
周部２０１）の電位を固定するようにして、寄生容量の
影響をなくすようにしたことを特徴としている。素子形
成膜即ち外周部２０１と可動電極とで形成される寄生容
量は、主に、上記図１に示す梁部４、５に空隙Ｓ１を介
して隣接する領域にて形成される。この空隙Ｓ１は１０
μｍ以下のオーダーである。空隙Ｓ１の間隔が狭いこと
により、寄生容量の影響が大きくでるようになる。

【００５５】そこで、上記図１及び図２に示す様に、外
周部２０１に、外周部２０１の電位を固定する手段とし
てのパッド２０２を設ける。このパッド２０２に図示し
ない制御回路から電圧を印加し、外周部２０１の電位
（素子形成膜電位）を固定することで、外周部２０１と
可動電極とで形成される寄生容量のチャージ量変化がな
くなり、その寄生容量による出力電圧の変動を抑制する
ことができる。なお、パッド２０２はアルミ薄膜等より
なるものとできる。

【００５６】尚、当然ではあるが、より好ましい形態と
して、本実施形態にて説明した外周部２０１の電位を取
ることと、上記第１及び第２実施形態にて説明した貼り
合わせ用薄膜３２の電位を取ることを同時に実施するこ
とで、寄生容量の影響を十分排除できる。また、さらに
好ましい形態として、外周部２０１あるいは貼り合わせ
用薄膜３２の固定する電位としては、可動電極７ａ〜７
ｄ、８ａ〜８ｄに印加される電位、つまり図１２に示す
ＯＰアンプの非反転入力端子に印加されているＶ／２を
印加することが望まれる。それは、外周部２０１や貼り
合わせ用薄膜３２が可動電極と同電位であれば寄生容量
に電荷がチャージアップしないため、出力への電荷変動
の影響により十分に排除できるためである。なお、ＯＰ
アンプの非反転入力端子印加電圧は０〜Ｖの間であれば
良い。

【００５７】（第４実施形態）上記第３実施形態では、
主として、外周部の電位を固定する手段（以下、外周部
電位固定手段という）を設けることについて述べたが、
本実施形態は、この外周部電位固定手段を、上記実施形
態とは異なる構成を有する加速度センサ、即ち、ＳＯＩ
ウエハを用いた容量式加速度センサに適用したものであ
る。

【００５８】ここで、この種の考えられる加速度センサ
Ｊ１を図１３に示す。図１３において、（ａ）は平面
図、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）
中のＢ−Ｂ断面図である。このセンサＪ１は、支持用基
板としての第１のシリコン基板３０１と素子形成膜とし
ての第２のシリコン基板３０２とがＳｉＯ₂からなる絶
縁膜３０３を介して貼り合わされてなるＳＯＩウェハ３
００を加工したものである。

【００５９】そして、上記実施形態と同様、第２のシリ
コン基板（素子形成膜）３０２において、可動電極３０
４、３０５、固定電極３０６、３０７、アンカー部３０
８、３０９、固定電極に対して電位を印加するパッド３
１０、３１１、可動電極からの出力を取り出すパッド３
１２、及び各配線（導体部）３１０ａ、３１１ａ等のセ
ンサ構造に必要な構造、即ちセンサ素子部が形成され、
このセンサ素子部の外周には溝Ｓ２を介して外周部３１
３が存在する。

【００６０】具体的には、２箇所のアンカー部３０８、
３０９が、第１のシリコン基板３０１に絶縁膜３０３を
介して支持されている。各アンカー部３０８、３０９に
は折り曲げ形状の梁３１４、３１５が懸架されている。
さらに各梁３１４、３１５の間にはこれら各梁３１４、
３１５に接続された長方形状の質量部３１６が存在して
いる。

【００６１】この質量部３１６から両側に棒状の可動電
極３０４、３０５が伸びており、各可動電極３０４、３
０５には、それぞれ固定電極３０６、３０７が対向して
配置されている。ここで、図１３中、質量部３１６の左
側において互いに対向する可動電極３０４及び固定電極
３０６により第１の容量検出部が構成され、質量部３１
６の右側において互いに対向する可動電極３０５及び固
定電極３０７により第２の容量検出部が構成される。つ
まり、本実施形態では、センサ素子部は２個の容量検出
部を有する。

【００６２】そして、本実施形態においても、上記実施
形態と同様、可動電極３０４、３０５、梁３１４、３１
５及び質量部３１６により、可動部としての梁構造体２
Ａが構成される。また、可動電極３０４、３０５はアン
カー部３０９を介して可動電極パッド３１２に電気的に
接続され、固定電極３０６は配線３１０ａを介して固定
電極パッド３１０に電気的に接続され、固定電極３０７
は配線３１１ａを介して固定電極パッド３１１に電気的
に接続されている。

【００６３】また、第１のシリコン基板３０１及び絶縁
膜３０３は、その内周部が除去された空洞部３００ａを
有する。図１３にて示す様に、この空洞部３００ａは、
可動電極３０４、３０５及び質量部３１６の下部、及
び、固定電極３０６、３０７が可動電極と重なる領域の
下部に形成されている。なお、図１３（ａ）にて破線で
示す枠は第１のシリコン基板３０１の開口部を示す。

【００６４】このセンサＪ１に対して、基板３０１の水
平面方向に加速度が印加されると、質量部３１６が同じ
水平方向に変位する。変位量は、質量部３１６の質量と
梁３１４、３１５の復元力、各電極間の静電引力で決定
される。変位量は容量の変化となるため、上記容量検出
部における電極間の電荷量が変化することで、上記実施
形態と同様、加速度を検出することができる。

【００６５】尚、このようなセンサ構造の製造方法とし
ては、ＳＯＩウェハ３００における第２のシリコン基板
３０２の表面からドライエッチング等によりエッチング
を施し、可動電極、固定電極、パッド等を作成し、その
後、第１のシリコン基板３０１側からＫＯＨ等のアルカ
リ溶液により異方性エッチングを施し、可動電極、固定
電極が固定されている絶縁膜３０３をエッチング除去
し、可動電極を含む梁構造体２Ａを可動状態とすること
で形成できる。

【００６６】ところで、上記のように、この加速度セン
サＪ１においては、空洞部３００ａが存在するため、支
持用基板としての第１のシリコン基板３０１が可動電極
や固定電極の下部には存在していない。従って、可動電
極、固定電極の下部に貼り合わせ用薄膜が存在しないた
め、上記実施形態にて説明してきた貼り合わせ用薄膜３
２と可動電極とで形成されたような寄生容量は存在しな
い。

【００６７】しかしながら、このＳＯＩ基板を用いた容
量式加速度センサＪ１の場合も、電極以外の部分につい
ては、電位が固定されていない（フローティング）状態
のままであり、可動電極、固定電極間の容量検出部の容
量以外に、外周部３１３による寄生容量が存在する。そ
のため、この寄生容量に蓄積される電荷を制御しない
と、容量のカップリングにより、容量検出部の容量の電
荷が変動し、精度よく加速度を検出できなかったり、出
力電圧が変動するといった不具合が生じる。

【００６８】この不具合について、図１４を用いて具体
的に説明する。図１４は、図１３に示す加速度センサＪ
１における等価回路を示す説明図である。図１４中、固
定電極１は固定電極３０６側、固定電極２は固定電極３
０７側、可動電極は可動電極３０４、３０５を示し、固
定電極と可動電極間の容量（容量検出部の容量）はＣ
１’、Ｃ２’で示し、Ｒ１〜Ｒ５は各部の抵抗値を示
す。この容量Ｃ１’、Ｃ２’が加速度により変化するこ
とになる。

【００６９】このＳＯＩウェハを用いた構造の場合、Ｃ
Ｋ１、ＣＫ２、ＣＫ３の記号で示したような外周部３１
３による寄生容量が存在する。よって、この寄生容量Ｃ
Ｋ１〜ＣＫ３の電荷が変動しないようにする必要があ
る。しかし、従来構造では、寄生容量の片方の電位（つ
まり外周部３１３の電位）がフローティングの為、寄生
容量ＣＫ１〜ＣＫ３に蓄積される電荷が外乱により変化
し出力に影響を与えることが判明した。

【００７０】従って、上記のＳＯＩウェハを用いた容量
式加速度センサＪ１においては、外周部３１３と可動及
び固定電極３０４〜３０７との間にて形成される寄生容
量にのみ着目し、上述の実施形態のように外周部３１３
の電位を固定すればよいこととなる。本第４実施形態で
は、外周部電位固定手段を用いた種々の例を示すもので
ある。

【００７１】なお、以下に示す各例は、上記の加速度セ
ンサＪ１を変形したものであり、これと異なる部分につ
いて述べ、同一部分には図中、同一符号を付して説明を
省略することとする。また、以下に示す各図において
は、図１３と同様、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）中
のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）中のＢ−Ｂ断面図を示
す。

【００７２】図１５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に本実施形
態の第１の例としての加速度センサの構成を示し、図１
６にこの加速度センサにおける等価回路を示す。この加
速度センサは、素子形成膜としての第２のシリコン基板
３０２における外周部３１３に、外周部３１３の電位を
固定する手段としてのパッド３５０、３５１が形成され
ている。このパッド３５０、３５１も上記実施形態と同
様、例えばアルミ薄膜等から構成することができる。

【００７３】このパッド３５０、３５１により、上記実
施形態と同様にして、外周部３１３の電位（素子形成膜
電位）が固定されるため、寄生容量ＣＫ１〜ＣＫ３はあ
る電位で固定され、外乱ノイズの影響を受け難くでき
る。ここで、パッド３５０、３５１は、２つの容量検出
部の各々に対応して設けられている。２つの容量検出部
のうち、固定電極３０６側を第１の容量検出部、固定電
極３０７側を第２の容量検出部とする。パッド３５０
は、外周部３１３と第１の容量検出部との間の寄生容量
ＣＫ１、ＣＫ３について、パッド３５１は、外周部３１
３と第２の容量検出部との間の寄生容量ＣＫ２、ＣＫ３
について、それぞれ寄生容量を低減する。

【００７４】このように、外周部電位固定手段としての
パッドが個々の容量検出部に対応して設けられているた
め、個々の容量検出部に任意の電位を付与でき、各容量
検出部に合わせて寄生容量に溜まる電荷を制御できる。
即ち、各容量検出部に発生するオフセットをより効率良
く制御できる。また、本例では、２つの容量検出部は略
同レベルの大きさの容量変化を伴うようになっている。
このことは、具体的には、図１６に示す各容量検出部の
容量Ｃ１’とＣ２’の容量変化の大きさが同じとなるよ
うに、梁構造（例えば梁の形状や各電極の数等）を設定
することで可能である。

【００７５】そして、第１の容量検出部（３０４、３０
６）とこれに対応するパッド３５０との距離、および、
第２の容量検出部（３０５、３０７）とこれに対応する
パッド３５１との距離は略同じとしており、第１の容量
検出部及び第２の容量検出部に対応する各々のパッド３
５０、３５１に印加する電圧を同じにできる。つまり、
固定電極１との寄生容量（ＣＫ１）に印加される電圧と
固定電極２との寄生容量（ＣＫ２）に印加される電圧を
等しくすることができる。

【００７６】具体的には、各パッド３５０、３５１は、
図１５に示す様に、第１の容量検出部と第２の容量検出
部とを結ぶ線と直交する対称軸（図示例ではセンサチッ
プの中心線Ｂ−Ｂに相当）に対し、左右対称に配置され
ている。左右対称でない場合、図１６においてＲ４とＲ
５が異なることになる。よって、寄生容量ＣＫ１とＣＫ
２に印加される電圧が異なることになり、オフセット電
圧に影響を与える。

【００７７】また、本例のセンサ素子部においては、各
々の容量検出部毎に、容量変化を引き出すためのパッド
としての固定電極パッド３１０、３１１を設け、各々の
容量検出部と各々のパッド３１０、３１１とを電気的に
接続する導体部としての配線３１０ａ、３１１ａとが備
えられている。ここにおいて、各々の配線３１０ａ、３
１１ａの抵抗値を略同じとし、且つ、各々の配線３１０
ａ、３１１ａの周囲に位置する溝Ｓ２を、例えば溝の幅
や深さ等を調整することにより略同じ容積で形成してい
る。

【００７８】このように、各々の配線３１０ａ、３１１
ａの周囲に位置する溝Ｓ２の容積を略同じとすること
で、図１６に示す寄生容量ＣＫ１とＣＫ２を略同じと
し、且つ抵抗値Ｒ１とＲ２を略同じとでき、オフセット
を発生しにくい構造とできる上、各パッド３５０、３５
１に印加する電圧を同じとできるため、センサの制御が
容易となる。

【００７９】次に、本実施形態の第２の例を図１７
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。本例の加速度センサに
おいては、外周部電位固定手段としてのパッド３５２が
１つであり、このパッド３５２が、上記対称軸（図示例
ではセンサチップの中心線Ｂ−Ｂに相当）上に配置され
ていることが特徴である。パッド３５２を該対称軸上に
配置したため、上記図１５に示す第１の例と比べて以下
の利点がある。

【００８０】上記第１の例では回路チップ（制御回路）
とのワイヤボンド配線数がパッド３１０〜３１２、３５
０及び３５１に対応して５本であるのに対し、本第２の
例ではパッド３１０〜３１２及び３５２に対応して４本
になり、製造上の作業時間が短縮される。また、本例で
は外周部電位固定手段としてのパッド３５２が一つであ
るため、外周部３１３の電位が安定しやすい。第１の例
の場合、外周部電位固定手段としてのパッド３５０、３
５１が２箇所存在するため、この２箇所で微小な電位差
が生じると、この間で電流が発生し、外周部３１３の電
位が変動する。

【００８１】次に、この第２の例の変形として本実施形
態の第３の例を図１８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。
この加速度センサでは、外周部３１３において、外周部
電位固定手段としてのパッド３５２よりも外縁側に絶縁
溝３６０を形成し、絶縁溝３６０の外縁側と内縁側とを
絶縁するようにしたことを特徴としている。それによっ
て、パッド３５２により固定された外周部３１３の電位
は、外周部３１３のうち絶縁溝３６０よりも外縁側には
印加されない。よって、外周部３１３の外縁側即ちセン
サの外周側面に、Ｓｉのかすや導電性の物質等が付着し
ても、上記固定された外周部３１３の電位は、絶縁溝３
６０よりも外縁側を伝わって支持用基板３０１側へリー
ク電流を発生させないので、変動しないという効果があ
る。

【００８２】また、この加速度センサは、ウェハ内に複
数個の単位で形成された後、ダイシングカットにより、
チップ単位に切断されるのであるが、このセンサチップ
外周の絶縁溝３６０の効果として、ウエハをチップに切
断する時のブレードの位置合わせマークとして使用でき
る。更にダイシングカット時のチッピングの進行を止め
ることができる。

【００８３】なお、この絶縁溝３６０は、一本のみなら
ず、複数溝でも同様の効果が得られる。また、上記第１
及び第２の例及び上記第１〜第３実施形態に述べた加速
度センサに適用することも可能である。また第２の例に
おいて、図１７（ｂ）、（ｃ）に示す第１のシリコン基
板３０１の幅、即ちセンサチップにおけるフレーム幅Ｆ
１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４を同じとすれば、センサチップに
発生する温度変化による歪みが均一となり、温度特性が
安定する効果がある。このことは、上記第１及び第３の
例でも同様である。

【００８４】また、図１９に示す本実施形態の第４の例
のように、可動部（梁構造体）の下に支持用基板として
の第１のシリコン基板３０１が存在したものであって
も、本実施形態の各例は適用可能であり、同様な効果が
得られる。なお、図１９は、上記図１５、１７、１８の
（ｂ）に対応した断面を示す。また、本実施形態におい
ても、上記第３実施形態にて述べたように、外周部電位
固定手段としてのパッド３５０〜３５２に印加する電圧
を可動電極と同じとし、外周部３１３の電位を可動電極
と同電位とすることが好ましい。

【００８５】なお、本発明は、上記した半導体加速度セ
ンサに限らず、半導体ヨーレートセンサなどの他の半導
体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】本発明の第１実施形態に係る半導体加速度セン
サの平面構成を示す図である。

【図２】図１中のＡ−Ａ断面図である。

【図３】図１に示す半導体加速度センサの製造方法を示
す工程図である。

【図４】図３に続く工程を示す工程図である。

【図５】図４に続く工程を示す工程図である。

【図６】上記第１実施形態の変形例にかかる半導体加速
度センサの断面構成を示す図である。

【図７】上記第１実施形態の他の変形例にかかる半導体
加速度センサの平面構成を示す図である。

【図８】図７に示す他の変形例において、配線１０１と
配線１０２を交差させる箇所の第１の構成例を示す図で
ある。

【図９】図７に示す他の変形例おいて、配線１０１と配
線１０２を交差させる箇所の第２の構成例を示す図であ
る。

【図１０】本発明の第２実施形態に係る半導体加速度セ
ンサの断面構成を示す図である。

【図１１】上記第１及び第２実施形態に係る半導体加速
度センサにおける寄生容量の等価回路の説明図である。

【図１２】上記第１及び第２実施形態に係る半導体加速
度センサにおける検出原理の説明図である。

【図１３】ＳＯＩウエハを用いた容量式加速度センサを
示す図である。

【図１４】図１３に示す加速度センサにおける等価回路
を示す説明図である。

【図１５】本発明の第３実施形態に係る半導体加速度セ
ンサの第１の例を示す図である。

【図１６】図１５に示す加速度センサにおける等価回路
を示す説明図である。

【図１７】上記第３実施形態に係る半導体加速度センサ
の第２の例を示す図である。

【図１８】上記第３実施形態に係る半導体加速度センサ
の第３の例を示す図である。

【図１９】上記第３実施形態に係る半導体加速度センサ
の第４の例を示す図である。

【符号の説明】

１…基板、２Ａ…梁構造体、２Ｂ…固定部、３ａ〜３ｄ
…第１のアンカー部、４、５…梁部、６、３１６…質量
部、７ａ〜７ｄ、８ａ〜８ｄ、３０４、３０５…可動電
極、９ａ〜９ｄ、１１ａ〜１１ｄ、１３ａ〜１３ｄ、１
５ａ〜１５ｄ、３０６、３０７…固定電極、１０ａ〜１
０ｄ、１２ａ〜１２ｄ、１４ａ〜１４ｄ、１６ａ〜１６
ｄ…第２のアンカー部、５０、５１、２０２、３５０〜
３５２…パッド、６０…第１の半導体基板、６１…溝、
６２…犠牲層薄膜としてのシリコン酸化膜、６４、６７
…シリコン窒化膜、６５ａ〜６５ｅ…開口部、６６…導
電性薄膜としてポリシリコン薄膜、７０…貼り合わせ用
薄膜としてのポリシリコン薄膜、７２…第２の半導体基
板、２００…単結晶シリコン、２０１、３１３…外周
部、３０２…第２のシリコン基板、３１０、３１１…固
定電極パッド、３１０ａ、３１１ａ…配線、３６０…絶
縁溝、Ｓ２…溝。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者深田毅愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板（３０）の上に第１の導電性
薄膜（３２）、絶縁膜（３３、３４）および第２の導電
性薄膜（３５）が形成されてなる基板（１）と、前記第２の導電性薄膜によって構成された第１のアンカ
ー部（３ａ〜３ｄ）により前記基板の上面に支持され、
可動電極（７ａ〜７ｄ、８ａ〜８ｄ）を有する梁構造体
（２Ａ）と、前記第２の導電性薄膜によって構成された第２のアンカ
ー部（１０ａ〜１０ｄ、１２ａ〜１２ｄ、１４ａ〜１４
ｄ、１６ａ〜１６ｄ）により前記基板の上面に固定さ
れ、前記可動電極に対向して配置された固定電極（９ａ
〜９ｄ、１１ａ〜１１ｄ、１３ａ〜１３ｄ、１５ａ〜１
５ｄ）と、前記第１の導電性薄膜（３２）の電位を固定する手段
（５０、５１）と、を備えたことを特徴とする半導体力
学量センサ。
【請求項２】半導体基板（３０）の上に第１の導電性
薄膜（３２）、絶縁膜（３３、３４）および第２の導電
性薄膜（３５）が形成されてなる基板（１）と、前記第２の導電性薄膜によって構成された第１のアンカ
ー部（３ａ〜３ｄ）により前記基板の上面に支持され、
可動電極（７ａ〜７ｄ、８ａ〜８ｄ）を有する梁構造体
（２Ａ）と、前記第２の導電性薄膜によって構成された第２のアンカ
ー部（１０ａ〜１０ｄ、１２ａ〜１２ｄ、１４ａ〜１４
ｄ、１６ａ〜１６ｄ）により前記基板の上面に固定さ
れ、前記可動電極に対向して配置された固定電極（９ａ
〜９ｄ、１１ａ〜１１ｄ、１３ａ〜１３ｄ、１５ａ〜１
５ｄ）と、前記第２の導電性薄膜によって構成された第３のアンカ
ー部（５１）により前記基板の上面に固定された電位取
出部（５０）とを備え、前記第１の導電性薄膜（３２）が、前記第３のアンカー
部（５１）を介して前記電位取出部（５０）に電気的に
接続されていることを特徴とする半導体力学量センサ。
【請求項３】前記梁構造体の配線（１０１）および前
記固定電極の配線（１０２、１０３）が、前記第２の導
電性薄膜によって形成されており、前記梁構造体の配線
と前記固定電極の配線が交差する箇所において、いずれ
かの配線が前記第１の導電性薄膜によりバイパスして形
成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の
半導体力学量センサ。
【請求項４】基板（１）と、第１のアンカー部（３ａ〜３ｄ）により前記基板の上面
に支持され、可動電極（７ａ〜７ｄ、８ａ〜８ｄ）を有
する梁構造体（２Ａ）と、第２のアンカー部（１０ａ〜１０ｄ、１２ａ〜１２ｄ、
１４ａ〜１４ｄ、１６ａ〜１６ｄ）により前記基板の上
面に固定され、前記可動電極に対向して配置された固定
電極（９ａ〜９ｄ、１１ａ〜１１ｄ、１３ａ〜１３ｄ、
１５ａ〜１５ｄ）を有する固定部（２Ｂ）とを備えた半導体力学量センサの製造方法であって、第１の半導体基板（６０）上に前記梁構造体および前記
固定部を画定するための溝（６１）を形成し、この溝を
含む前記第１の半導体基板の表面に犠牲層用薄膜（６
２）および第１の絶縁膜（６４）を形成する工程と、前記犠牲層用薄膜および第１の絶縁膜に対し、前記第
１、第２のアンカー部を形成する領域に開口部（６５ａ
〜６５ｅ）を形成する工程と、前記開口部および前記第１の絶縁膜上の所定領域に前記
第１、第２のアンカー部を構成する導電性薄膜（６６）
を形成した後、その上に前記第１の絶縁膜と同一材料の
第２の絶縁膜（６７）と、この第２の絶縁膜と異なる絶
縁材料からなる第３の絶縁膜（６８）を形成する工程
と、前記第２、第３の絶縁膜に対し、貼り合わせ用薄膜（７
０）の電位を取り出す領域に開口部（６９）を形成する
工程と、前記開口部および前記第３の絶縁膜上に貼り合わせ用薄
膜（７０）を形成する工程と、前記貼り合わせ用薄膜の表面と第２の半導体基板を貼り
合わせる工程と、前記溝内の前記犠牲層用薄膜が露出するまで前記第１の
半導体基板を研磨する工程と、この後、前記第１の絶縁膜をエッチングストッパとして
前記犠牲層用薄膜をエッチング除去し、前記第１の半導
体基板に前記梁構造体および前記固定部を形成する工程
とを有することを特徴とする半導体力学量センサの製造
方法。
【請求項５】基板（１）と、第１のアンカー部（３ａ〜３ｄ）により前記基板の上面
に支持され、可動電極（７ａ〜７ｄ、８ａ〜８ｄ）を有
する梁構造体（２Ａ）と、第２のアンカー部（１０ａ〜１０ｄ、１２ａ〜１２ｄ、
１４ａ〜１４ｄ、１６ａ〜１６ｄ）により前記基板の上
面に固定され、前記可動電極に対向して配置された固定
電極（９ａ〜９ｄ、１１ａ〜１１ｄ、１３ａ〜１３ｄ、
１５ａ〜１５ｄ）を有する固定部（２Ｂ）とを備えた半
導体力学量センサの製造方法であって、第１の半導体基板（６０）上に前記梁構造体および前記
固定部を画定するための溝（６１）を形成し、この溝を
含む前記第１の半導体基板の表面に犠牲層用薄膜（６
２）を形成する工程と、前記犠牲層用薄膜に対し、前記第１、第２のアンカー部
を形成する領域に開口部（６５ａ〜６５ｅ）を形成する
工程と、前記開口部および前記犠牲層用薄膜上の所定領域に前記
第１、第２のアンカー部を構成する導電性薄膜（６６）
を形成した後、その上に絶縁膜（６７）を形成する工程
と、前記絶縁膜に対し、貼り合わせ用薄膜（７０）の電位を
取り出す領域に開口部（６９）を形成する工程と、前記開口部および前記絶縁膜上に前記貼り合わせ用薄膜
（７０）を形成する工程と、前記貼り合わせ用薄膜の表面と第２の半導体基板を貼り
合わせる工程と、前記溝内の前記犠牲層用薄膜が露出するまで前記第１の
半導体基板を研磨する工程と、この後、前記犠牲層用薄膜をエッチング除去して前記第
１の半導体基板に前記梁構造体および前記固定部を形成
する工程とを有することを特徴とする半導体力学量セン
サの製造方法。
【請求項６】前記梁構造体（２Ａ）及び前記固定電極
（９ａ〜９ｄ、１１ａ〜１１ｄ、１３ａ〜１３ｄ、１５
ａ〜１５ｄ）の外周には、前記第２の導電性薄膜（３
５）に固定された外周部（２０１）が配置されており、この外周部には、前記外周部の電位を固定する手段（２
０２）が備えられていることを特徴とする請求項１に記
載の半導体力学量センサ。
【請求項７】前記可動電極（７ａ〜７ｄ、８ａ〜８
ｄ）から、前記可動電極と前記固定電極（９ａ〜９ｄ、
１１ａ〜１１ｄ、１３ａ〜１３ｄ、１５ａ〜１５ｄ）と
の間の容量変化を出力するようになっており、前記固定する手段（５０、５１、２０２）において固定
する電位を前記可動電極と同電位とすることを特徴とす
る請求項１または６に記載の半導体力学量センサ。
【請求項８】支持用基板（１、３０１）とこの支持用
基板の上に形成された素子形成膜（２００、３０２）と
から構成され、前記素子形成膜は、前記素子形成膜に形成された溝を介
して、可動部（２Ａ）を有し該可動部の変位に伴う容量
変化を検出するセンサ素子部と、該センサ素子部の外周
に配置された外周部（２０１、３１３）とに画定されて
おり、前記外周部には、前記外周部の電位を固定する手段（５
０、５１、３５０〜３５２）が備えられていることを特
徴とする半導体力学量センサ。
【請求項９】前記センサ素子部は、複数個の容量検出
部（３０４〜３０７）を備えており、前記外周部の電位
を固定する手段（３５０、３５１）は、前記複数個の容
量検出部の各々に対応して設けられていることを特徴と
する請求項８に記載の半導体力学量センサ。
【請求項１０】前記容量検出部（３０４〜３０７）は
２個であり、個々の前記容量検出部は略同レベルの大き
さの容量変化を伴うものであり、第１の容量検出部（３０４、３０６）とこれに対応する
前記外周部の電位を固定する手段（３５０）との距離、
および、第２の容量検出部（３０５、３０７）とこれに
対応する前記外周部の電位を固定する手段（３５１）と
の距離は略同じであることを特徴とする請求項９に記載
の半導体力学量センサ。
【請求項１１】前記第１の容量検出部（３０４、３０
６）と前記第２の容量検出部（３０５、３０７）とを結
ぶ線と直交する対称軸に対して、各々の前記外周部の電
位を固定する手段（３５０、３５１）は対称に配置され
ていることを特徴とする請求項１０に記載の半導体力学
量センサ。
【請求項１２】前記センサ素子部は、各々の前記容量
検出部（３０４〜３０７）毎に設けられた容量変化を引
き出すためのパッド（３１０、３１１）と、各々の前記
容量検出部と各々の前記パッドとを電気的に接続する導
体部（３１０ａ、３１１ａ）とを含んでなり、各々の前記導体部の抵抗値が略同じであり、且つ、各々
の前記導体部の周囲に位置する前記溝（Ｓ２）は略同じ
容積で形成されていることを特徴とする請求項９ないし
１１のいずれか１つに記載の半導体力学量センサ。
【請求項１３】前記センサ素子部は２個の容量検出部
（３０４〜３０７）を備え、個々の前記容量検出部は略
同レベルの大きさの容量変化を伴うものであり、前記外周部の電位を固定する手段（３５２）は、前記第
１の容量検出部（３０４、３０６）と前記第２の容量検
出部（３０５、３０７）とを結ぶ線と直交する対称軸上
に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の半
導体力学量センサ。
【請求項１４】前記容量検出部（３０４〜３０７）
は、前記可動部（２Ａ）に設けられた可動電極（３０
４、３０５）と、前記可動電極と対向配置され前記支持
用基板（３０１）に固定支持された固定電極（３０６、
３０７）とから構成され、前記可動電極から、前記可動電極と前記固定電極との間
の容量変化を出力するようになっており、前記外周部の電位を固定する手段（３５０〜３５２）に
おいて固定する電位を前記可動電極と同電位とすること
を特徴とする請求項８ないし１３のいずれか１つに記載
の半導体力学量センサ。
【請求項１５】前記外周部（２０１、３１３）におい
て、前記外周部の電位を固定する手段（２０２、３５０
〜３５２）よりも外縁側には絶縁溝（３６０）が形成さ
れ、該絶縁溝の外縁側と内縁側とは絶縁されていること
を特徴とする請求項６ないし１４のいずれか１つに記載
の半導体力学量センサ。