JPWO2016135852A1 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

半導体装置は、基板（１Ａ）と、梁（１２）と、可動構造体（１３）と、第１のストッパ部材（Ｓ１）と、第２のストッパ部材（Ｓ２）と、第３のストッパ部材（Ｓ３）とを備えている。第１のストッパ部材（Ｓ１）は、面内方向において可動構造体（１３）と第１の隙間（Ｔ１）を介して配置されている。第２のストッパ部材（Ｓ２）は、面外方向において可動構造体（１３）と第２の隙間（Ｔ２）を介して配置されている。第３のストッパ部材（Ｓ３）は、面外方向において可動構造体（１３）に対して第２のストッパ部材（Ｓ２）と反対側に配置され、かつ可動構造体（１３）との間に第３の隙間（Ｔ３）を介して配置されている。これにより、可動構造体の過剰な変位を抑制することにより可動構造体を支持する梁の損傷および破損を抑制できる半導体装置およびその製造方法を得ることができる。

Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に、加速度センサなどの半導体装置およびその製造方法に関するものである。

従来、半導体装置の製造プロセスを用いて製造された半導体加速度センサが用いられている。この半導体加速度センサの一例は、たとえば特開２００８−１３９２８２号公報（特許文献１）に開示されている。この加速度センサでは、基板にねじれ梁を介して回転可能に検出フレームが支持されている。検出フレームにリンク梁を介して基板の厚み方向に変位可能に慣性質量体が支持されている。検出フレームと対向するように基板上に検出電極が形成されている。

この加速度センサでは、基板に対して垂直方向に加速度が加えられると、慣性質量体が基板に対して垂直方向に変位する。この慣性質量体の変位がリンク梁を介して検出フレームに伝えられることによって、ねじれ梁を中心として検出フレームが回転する。この回転によって検出フレームと検出電極との距離が変化することで検出フレームと検出電極との間の静電容量が変化する。この静電容量の変化から加速度が測定される。

この加速度センサの製造方法では、基板上に検出電極が形成された後に、基板上全体に犠牲膜が堆積される。この犠牲膜上に検出フレーム（可動構造体）が形成された後に、この犠牲膜が除去され、検出フレーム（可動構造体）が変位可能な状態とされる。この後、検出フレーム（可動構造体）を覆うようにキャップが基板に支持される。

特開２００８−１３９２８２号公報

上記公報に記載された加速度センサでは、検出フレーム（可動構造体）が変位可能な状態とされた後の製造工程、検査工程、使用状態などにおいて、たとえば液体の表面張力および過大な衝撃力などの外力が作用する場合がある。このような外力が作用することにより検出フレーム（可動構造体）が過剰に変位することがある。これにより、検出フレーム（可動構造体）を支持するねじれ梁に破壊に至る応力（破壊応力）以上の応力が加わり、ねじれ梁に亀裂による損傷および破損が生じる。この結果、加速度センサの特性に変動が生じ、加速度センサの特性に悪影響が生じる。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、可動構造体の過剰な変位を抑制することにより可動構造体を支持する梁の損傷および破損を抑制できる半導体装置およびその製造方法を提供することである。

本発明の半導体装置は、基板と、梁と、可動構造体と、第１のストッパ部材と、第２のストッパ部材と、第３のストッパ部材とを備えている。基板は表面を有する。梁は基板に支持されている。可動構造体は基板の表面に対して面内方向および面外方向に変位可能に梁に支持されている。第１のストッパ部材は、基板に支持され、かつ可動構造体が静止した状態で、面内方向において可動構造体と第１の隙間を介して配置されている。第２のストッパ部材は、第１のストッパ部材に支持され、かつ可動構造体が静止した状態で、面外方向において可動構造体と第２の隙間を介して配置されている。第３のストッパ部材は、第１のストッパ部材に支持され、かつ可動構造体が静止した状態で、面外方向において可動構造体に対して第２のストッパ部材と反対側に配置され、かつ可動構造体との間に第３の隙間を介して配置されている。

本発明によれば、可動構造体が基板の表面の面内方向に変位したときに可動構造体が第１のストッパ部材に接触することにより面内方向における可動構造体の過剰な変位を抑制することができる。また、可動構造体が基板の表面の面外方向において基板側に変位したときに可動構造体が第２のストッパ部材に接触することにより面外方向における基板側への可動構造体の過剰な変位を抑制することができる。また、可動構造体が基板の表面の面外方向において可動構造体に対して第２のストッパ部材と反対側に変位したときに可動構造体が第３のストッパ部材に接触することにより面外方向における可動構造体に対して第２のストッパ部材と反対側への可動構造体の過剰な変位を抑制することができる。したがって、可動構造体の基板の表面の面内方向および面外方向の過剰な変位を抑制することにより、面内方向および面外方向において可動構造体を支持する梁に破壊応力以上の応力が加わることを抑制できる。このため、梁の損傷および破損を抑制できる。

本発明の実施の形態１における半導体装置としての加速度センサの構成を概略的に示す平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う概略断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う概略断面図である。 図１のＩＶ−ＩＶ線に沿う概略断面図である。 本発明の実施の形態１における半導体装置としての加速度センサに面内方向（＋Ｘ方向）に加速度が加えられた際の動作を説明するための概略断面図である。 本発明の実施の形態１における半導体装置としての加速度センサに面外方向（＋Ｚ方向）に加速度が加えられた際の動作を説明するための概略断面図である。 本発明の実施の形態１における半導体装置としての加速度センサに面外方向（−Ｚ方向）に加速度が加えられた際の動作を説明するための概略断面図である。 本発明の実施の形態１における半導体装置の製造方法の第１工程を示し、かつ図２の断面位置に対応する概略断面図である。 本発明の実施の形態１における半導体装置の製造方法の第２工程を示し、かつ図２の断面位置に対応する概略断面図である。 本発明の実施の形態１における半導体装置の製造方法の第３工程を示し、かつ図２の断面位置に対応する概略断面図である。 本発明の実施の形態１における半導体装置の製造方法の第４工程を示し、かつ図２の断面位置に対応する概略断面図である。 本発明の実施の形態１における半導体装置の製造方法の第５工程を示し、かつ図２の断面位置に対応する概略断面図である。 本発明の実施の形態１における半導体装置の製造方法の第６工程を示し、かつ図２の断面位置に対応する概略断面図である。 本発明の実施の形態１における半導体装置の製造方法の第７工程を示し、かつ図２の断面位置に対応する概略断面図である。 本発明の実施の形態１における半導体装置の製造方法の第８工程を示し、かつ図２の断面位置に対応する概略断面図である。 本発明の実施の形態１における半導体装置の製造方法の第９工程を示し、かつ図２の断面位置に対応する概略断面図である。 本発明の実施の形態１における半導体装置の製造方法の第１０工程を示し、かつ図２の断面位置に対応する概略断面図である。 本発明の実施の形態２における半導体装置としての加速度センサの構成を概略的に示す平面図である。 図１８のＸＩＸ−ＸＩＸ線に沿う概略断面図である。 本発明の実施の形態３における半導体装置としての加速度センサの構成を概略的に示す平面図である。 図２０のＸＸＩ−ＸＸＩ線に沿う概略断面図である。 図２０のＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ線に沿う概略断面図である。 図２０のＸＸＩＩＩ−ＸＸＩＩＩ線に沿う概略断面図である。 本発明の実施の形態３における半導体装置としての加速度センサに面内方向（＋Ｘ方向）に加速度が加えられた際の動作を説明するための概略断面図である。 本発明の実施の形態３における半導体装置としての加速度センサに面外方向（＋Ｚ方向）に加速度が加えられた際の動作を説明するための概略断面図である。 本発明の実施の形態３における半導体装置としての加速度センサに面外方向（−Ｚ方向）に加速度が加えられた際の動作を説明するための概略断面図である。 本発明の実施の形態３における半導体装置の製造方法の第１工程を示し、かつ図２の断面位置に対応する概略断面図である。 本発明の実施の形態３における半導体装置の製造方法の第２工程を示し、かつ図２の断面位置に対応する概略断面図である。 本発明の実施の形態３における半導体装置の製造方法の第３工程を示し、かつ図２の断面位置に対応する概略断面図である。 本発明の実施の形態３における半導体装置の製造方法の第４工程を示し、かつ図２の断面位置に対応する概略断面図である。 本発明の実施の形態３における半導体装置の製造方法の第５工程を示し、かつ図２の断面位置に対応する概略断面図である。 本発明の実施の形態３における半導体装置の製造方法の第６工程を示し、かつ図２の断面位置に対応する概略断面図である。 本発明の実施の形態４における半導体装置としての加速度センサの構成を概略的に示す平面図である。 図３３のＸＸＸＩＶ−ＸＸＸＩＶ線に沿う概略断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
まず本実施の形態の半導体装置としての加速度センサの構成について図１〜図４を用いて説明する。なお、説明の便宜のため、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向が導入されている。図１において、Ｘ方向は２つの可動構造体１３同士が互いに隣り合う方向である。Ｘ方向は図１中右方向が正の方向（＋Ｘ方向）であり、図１中左方向が負の方向（−Ｘ方向）である。Ｙ方向はＸ方向に直交する方向であって、梁１２およびリンク梁１４の延びる方向である。Ｙ方向は図１中上方向が正の方向（＋Ｙ方向）であり、図１中下方向が負の方向（−Ｙ方向）である。Ｚ方向はＸ方向およびＹ方向の双方に直交する方向であって、基板１Ａの表面１Ｓに直交する上下方向（図２に示す基板１Ａと可動構造体１３とが互いに向かい合う方向）である。Ｚ方向は図１において紙面に垂直で紙面の手前側に向かう方向が正の方向（＋Ｚ方向）であり、紙面に垂直で紙面の奥側に向かう方向が負の方向（−Ｚ方向）である。なお、Ｚ方向は、本実施の形態の加速度センサが測定対象とする加速度方向に一致する。なお、図１では見やすくするため、キャップ１７は図示されていない。

図１〜図４を参照して、本実施の形態の加速度センサは、半導体装置の製造プロセスを用いて製造された半導体加速度センサである。本実施の形態の加速度センサは、基板１Ａと、アンカー部１１と、梁１２と、可動構造体１３と、リンク梁１４と、慣性質量体１５と、第１のストッパ部材Ｓ１と、第２のストッパ部材Ｓ２と、第３のストッパ部材Ｓ３とを主に有している。

図２〜図４を参照して、基板１Ａは表面１Ｓを有している。基板１Ａは、基板本体１と、第１絶縁膜２と、導電性膜３とを有している。基板本体１上には第１絶縁膜２が形成されている。第１絶縁膜２上に導電性膜３が形成されている。また、第１絶縁膜２上には第２絶縁膜４も形成されている。基板本体１には、たとえばシリコン基板を用いることができる。第１絶縁膜２には、たとえばシリコン酸化膜を用いることができる。導電性膜３には、たとえば導電性を有する多結晶シリコン膜を用いることができる。第２絶縁膜４には、たとえばシリコン酸化膜を用いることができる。

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

図１、図３および図４を参照して、アンカー支持部３ａ上には、支持部１１ａを介在してアンカー部１１が形成されている。これによりアンカー部１１は基板１Ａに支持されている。梁１２は、アンカー部１１からＹ方向の両側に延びている。梁１２は、ねじれ梁であり、梁１２のＹ方向に延びる軸周りにねじれることができるようにアンカー部１１により支持されている。

図１および図２を参照して、可動構造体１３は基板１Ａの表面１Ｓに対して面内方向および面外方向に変位可能に梁１２に支持されている。可動構造体１３は、平面視において枠形状を有しており、枠形状の内側の２箇所で梁１２に接続されている。可動構造体１３は、梁１２を中心に回転可能なように、梁１２を介在して基板１Ａに支持されている。また可動構造体１３は、少なくともその一部が導電性を有している。可動構造体１３は、検出電極３ｂとＺ方向に対向するように配置されている。１つの可動構造体１３に２つの検出電極３ｂが対向している。２つの検出電極３ｂはそれぞれＹ方向に延びており、かつ互いにＸ方向に隣り合っている。可動構造体１３は、基板１Ａの表面１ＳからＺ方向に間隔Ａをあけて配置されている。

リンク梁１４は、可動構造体１３の枠形状の外側の２箇所に接続されている。リンク梁１４のＹ方向に延びる軸は、梁１２のＹ方向に延びる軸とＸ方向においてずれている。

上記のアンカー部１１、梁１２、可動構造体１３およびリンク梁１４のセットが、たとえば２セット設けられている。これらの２セットは、平面視において各セットの間においてＹ方向に延びる仮想の中心線Ｃ−Ｃに対して互いに線対称となるように配置されている。

慣性質量体１５は、平面視において上記２セットの周囲を取り囲むように枠形状を有している。この慣性質量体１５は、枠形状の内側においてリンク梁１４に接続されている。これにより、１つの慣性質量体１５は、上記２セットの可動構造体１３の各々にリンク梁１４を介在して接続されている。また、慣性質量体１５は、少なくともその一部が導電性を有している。慣性質量体１５は、固定電極３ｃとＺ方向に対向するように配置されている。固定電極３ｃは平面視において枠形状を有している。

封止部１６は、平面視において慣性質量体１５の周囲を取り囲むように枠形状を有している。この封止部１６は基板１Ａ上に第２絶縁膜４および第３絶縁膜５を介して支持されている。第２絶縁膜４上に第３絶縁膜５が形成されている。第３絶縁膜５には、たとえば窒化シリコン膜を用いることができる。

上記のアンカー部１１、梁１２、可動構造体１３、リンク梁１４、慣性質量体１５および封止部１６は、一体の導電性膜１０から形成されており、たとえば導電性を有する多結晶シリコン膜からなっている。

封止部１６上にキャップ１７が設けられている。キャップ１７は封止部１６で取り囲まれた領域を覆うように形成されている。キャップ１７は、たとえばガラスからなっている。キャップ１７は封止部１６およびキャップ１７により取り囲まれた領域へのモールド樹脂などの侵入を防ぐためのものである。これにより、当該領域内で可動状態にある可動構造体１３などが保護される。

第１のストッパ部材Ｓ１は基板１Ａに支持されている。第１のストッパ部材Ｓ１は導電性膜３上に形成されている。アンカー支持部３ａ上に支持部Ｓ１ａを介在して第１のストッパ部材Ｓ１が形成されている。第１のストッパ部材Ｓ１は、可動構造体１３が静止した状態で、面内方向において可動構造体１３と第１の隙間Ｔ１を介して配置されている。第１のストッパ部材Ｓ１は、Ｘ方向およびＹ方向の両方において可動構造体１３との間に第１の隙間Ｔ１を介して配置されている。本実施の形態では、第１のストッパ部材Ｓ１は、面内方向の全方向において可動構造体１３との間に第１の隙間Ｔ１を介して配置されている。つまり、第１のストッパ部材Ｓ１の面内方向の全周に渡って第１の隙間Ｔ１が設けられている。面内方向において第１のストッパ部材Ｓ１と可動構造体１３との間には他の部材は配置されていない。

本実施の形態では、１つの可動構造体１３に対して４つの第１のストッパ部材Ｓ１が設けられている。４つの第１のストッパ部材Ｓ１はＹ方向にアンカー部１１を挟んで２つずつ設けられている。Ｙ方向にアンカー部１１を挟んで設けられた第１のストッパ部材Ｓ１の２つの組の各々では、２つの第１のストッパ部材Ｓ１はＸ方向に並んで配置されている。これらの２つ第１のストッパ部材Ｓ１はそれぞれＸ方向において梁１２の両側に配置されている。第１のストッパ部材Ｓ１は梁１２の近傍に配置されている。

第１のストッパ部材Ｓ１は、アンカー部１１、梁１２、可動構造体１３、リンク梁１４、慣性質量体１５および封止部１６と同様に導電性膜１０から形成されており、たとえば導電性を有する多結晶シリコン膜からなっている。

第２のストッパ部材Ｓ２は第１のストッパ部材Ｓ１に支持されている。第２のストッパ部材Ｓ２は、Ｘ方向において梁１２の両側に並んだ２つの第１のストッパ部材Ｓ１同士をつなぐように２つの第１のストッパ部材Ｓ１に渡って設けられている。第２のストッパ部材Ｓ２は、これら２つの第１のストッパ部材Ｓ１の各々の支持部Ｓ１ａに接続されている。本実施の形態では、１つの可動構造体１３に対して２つの第２のストッパ部材Ｓ２が設けられている。

第２のストッパ部材Ｓ２は、可動構造体１３が静止した状態で、面外方向において可動構造体１３と第２の隙間Ｔ２を介して配置されている。第２のストッパ部材Ｓ２はＺ方向において可動構造体１３と基板１Ａとの間に配置されている。本実施の形態では、第２のストッパ部材Ｓ２は＋Ｚ方向において可動構造体１３との間に第２の隙間Ｔ２を介して配置されている。第２のストッパ部材Ｓ２は梁１２の近傍に配置されている。第２のストッパ部材Ｓ２は導電性膜２０から形成されており、たとえば導電性を有する多結晶シリコン膜からなっている。

第３のストッパ部材Ｓ３は第１のストッパ部材Ｓ１に支持されている。第３のストッパ部材Ｓ３は、Ｘ方向において梁１２の両側に並んだ２つの第１のストッパ部材Ｓ１同士を繋ぐように２つの第１のストッパ部材Ｓ１に渡って設けられている。第３のストッパ部材Ｓ３は、コンタクト部Ｓ３ａでこれら第１のストッパ部材Ｓ１の表面に接続されている。第１のストッパ部材Ｓ１は第３のストッパ部材Ｓ３の土台としての役割を有している。本実施の形態では、１つの可動構造体１３に対して２つの第３のストッパ部材Ｓ３が設けられている。

第３のストッパ部材Ｓ３は、可動構造体１３が静止した状態で、面外方向において可動構造体１３に対して第２のストッパ部材Ｓ２と反対側に配置され、かつ可動構造体１３との間に第３の隙間Ｔ３を介して配置されている。第３のストッパ部材Ｓ３はＺ方向において可動構造体１３とキャップ１７との間に配置されている。本実施の形態では、第３のストッパ部材Ｓ３は−Ｚ方向において可動構造体１３との間に第３の隙間Ｔ３を介して配置されている。第３のストッパ部材Ｓ３は梁１２の近傍に配置されている。第３のストッパ部材Ｓ３は導電性膜３０から形成されており、たとえば導電性を有する多結晶シリコン膜からなっている。図３に示すように、第２のストッパ部材Ｓ２と第３のストッパ部材Ｓ３とは可動構造体１３を挟むように配置されている。

第１の隙間Ｔ１、第２の隙間Ｔ２および第３の隙間Ｔ３はそれぞれ可動構造体１３が基板１Ａの表面１Ｓの面内方向および面外方向に変位することで梁１２が破壊される応力を生じる変位量よりも小さい寸法を有している。

本実施の形態の加速度センサは外部と電気的に接続するための電極パッド１８を有している。電極パッド１８は検出電極３ｂ、固定電極３ｃ、可動構造体１３および慣性質量体１５と配線１９を介して電気的に接続されている。電極パッド１８はたとえばアルミニウムからなっている。

次に、図１および図２を参照して、本実施の形態の加速度センサの動作原理について説明する。

本実施の形態の加速度センサでは、基板１Ａに対して垂直方向に加速度が加えられると、慣性質量体１５が基板１Ａに対して上下方向（Ｚ方向）に変位する。この慣性質量体１５の変位がリンク梁１４を介して可動構造体１３に伝えられることによって、梁１２のＹ方向に延びる軸を中心として可動構造体１３が回転する。この回転によって可動構造体１３と検出電極３ｂとの距離が変化し、可動構造体１３と検出電極３ｂとの間の静電容量が変化する。静電容量が容量−電圧変換回路によって加速度に比例する電圧に変換されることで加速度が検出される。

次に、図１および図５〜図７を参照して、本実施の形態の加速度センサに基板１Ａの表面１Ｓの面内方向および面外方向に外力が加えられた状態について説明する。この外力としては、液体の表面張力および過大な衝撃力などがある。ここでは、本実施の形態の加速度センサに外力として加速度が加えられた場合について説明する。

主に図５を参照して、本実施の形態の加速度センサに面内方向において図中矢印＋Ｘ方向に加速度が加えられると、可動構造体１３は図中矢印＋Ｘ方向と逆方向（−Ｘ方向）に変位する。この際、変位した可動構造体１３が第１のストッパ部材Ｓ１に接触することで可動構造体１３が第１の隙間Ｔ１の寸法よりも変位することが抑制される。

主に図６を参照して、本実施の形態の加速度センサに面外方向において図中矢印＋Ｚ方向に加速度が加えられると、慣性質量体１５は図中矢印＋Ｚ方向と逆方向（−Ｚ方向）に変位する。この慣性質量体１５の変位がリンク梁１４を介して可動構造体１３に伝えられることによって、梁１２のＹ方向に延びる軸を中心として可動構造体１３が回転する。これにより、可動構造体１３の第２のストッパ部材Ｓ２と対向する部分は−Ｚ方向に変位する。−Ｚ方向に変位した可動構造体１３が第２のストッパ部材Ｓ２に接触することで可動構造体１３が第２の隙間Ｔ２の寸法よりも変位することが抑制される。

主に図７を参照して、本実施の形態の加速度センサに面外方向において図中矢印−Ｚ方向に加速度が加えられると、慣性質量体１５は図中矢印−Ｚ方向と逆方向（＋Ｚ方向）に変位する。この慣性質量体１５の変位がリンク梁１４を介して可動構造体１３に伝えられることによって、梁１２のＹ方向に延びる軸を中心として可動構造体１３が回転する。これにより、可動構造体１３の第３のストッパ部材Ｓ３と対向する部分は＋Ｚ方向に変位する。＋Ｚ方向に変位した可動構造体１３が第３のストッパ部材Ｓ３に接触することで可動構造体１３が第３の隙間Ｔ３の寸法よりも変位することが抑制される。

次に、本実施の形態の半導体装置の製造方法として加速度センサの製造方法について、図８〜図１７を用いて説明する。

図８を参照して、たとえばシリコンよりなる基板本体１の表面上にたとえばシリコン酸化膜よりなる第１絶縁膜２が形成される。第１絶縁膜２上にたとえば多結晶シリコンよりなる導電性膜３が形成される。この導電性膜３がフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてパターニングされることにより、この導電性膜３からアンカー支持部３ａ、検出電極３ｂおよび固定電極３ｃが形成される。これにより、基板本体１と、第１絶縁膜２と、パターニングされた導電性膜３とからなる基板１Ａが形成される。

図９を参照して、アンカー支持部３ａと、検出電極３ｂと、固定電極３ｃとの間の領域にたとえばシリコン酸化膜よりなる第２絶縁膜４が形成される。第２絶縁膜４は、アンカー支持部３ａ、検出電極３ｂおよび固定電極３ｃの表面とほぼ段差なく平坦化されるように形成される。その後、アンカー支持部３ａ、検出電極３ｂおよび固定電極３ｃならびに第２絶縁膜４の表面を覆うように、たとえば窒化シリコン膜よりなる第３絶縁膜５が形成される。この第３絶縁膜５がフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてパターニングされることにより、アンカー支持部３ａ、検出電極３ｂおよび固定電極３ｃが選択的に第３絶縁膜５から露出される。

図１０を参照して、選択的に第３絶縁膜５から露出されたアンカー支持部３ａ、検出電極３ｂおよび固定電極３ｃならびに第３絶縁膜５を覆うように、たとえばリン酸ガラス（ＰＳＧ：Phospho Silicate Glass）などからなる第１犠牲膜Ｌ１が膜厚ｂとなるように形成される。その後、第１犠牲膜Ｌ１上にたとえば多結晶シリコンよりなる導電性膜２０が形成される。この導電性膜２０がフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてパターニングされることにより、第２のストッパ部材Ｓ２が形成される。また、第１犠牲膜Ｌ１が選択的に導電性膜２０から露出される。

図１１を参照して、選択的に導電性膜２０から露出された第１犠牲膜Ｌ１および第２のストッパ部材Ｓ２を覆うように、たとえばリン酸ガラス（ＰＳＧ）などからなる第２犠牲膜Ｌ２が形成される。第２犠牲膜Ｌ２は、第２のストッパ部材Ｓ２直上で膜厚ｔ２となるように形成される。この膜厚ｔ２は上記の第２の隙間Ｔ２のＺ方向の厚さになる。また、第２犠牲膜Ｌ２は、第１犠牲膜Ｌ１および第２犠牲膜Ｌ２の合計で膜厚ａとなるように形成される。この膜厚ａは、上記の基板１Ａの表面１Ｓから可動構造体１３までのＺ方向の間隔Ａとなる。

図１２を参照して、第１犠牲膜Ｌ１および第２犠牲膜Ｌ２がフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてパターニングされることにより、第１犠牲膜Ｌ１および第２犠牲膜Ｌ２には、第１犠牲膜Ｌ１および第２犠牲膜Ｌ２を貫通してアンカー支持部３ａに達する孔ＯＰが形成される。

図１３を参照して、第２犠牲膜Ｌ２およびアンカー支持部３ａを覆うように、たとえば多結晶シリコンよりなる導電性膜１０が成膜される。この導電性膜１０は孔ＯＰ内を埋め込むように形成される。導電性膜１０の孔ＯＰ内を埋め込む部分は第１のストッパ部材Ｓ１の支持部Ｓ１ａを構成する。また、この部分は封止部１６の一部を構成する。また、この部分は図３および図４に示すアンカー部１１の支持部１１ａも構成する。この導電性膜１０がフォトリソグラフィ技術および異方性エッチング技術を用いてパターニングされることにより、アンカー部（図示せず）、梁（図示せず）、可動構造体１３、リンク梁（図示せず）、慣性質量体１５、封止部１６および第１のストッパ部材Ｓ１が形成される。可動構造体１３と、第１のストッパ部材Ｓ１とのパターン間距離ｔ１は上記の第１の隙間Ｔ１の幅になる。

図１４を参照して、アンカー部（図示せず）、梁（図示せず）、可動構造体１３、リンク梁（図示せず）、慣性質量体１５、封止部１６、第１のストッパ部材Ｓ１および第２犠牲膜Ｌ２を覆うように、たとえばＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate）膜などの絶縁酸化膜からなる第３犠牲膜Ｌ３が形成される。第３犠牲膜Ｌ３は可動構造体１３直上で膜厚ｔ３となるように形成される。この膜厚ｔ３は上記の第３の隙間Ｔ３のＺ方向の厚さになる。

図１５を参照して、第３犠牲膜Ｌ３がフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてパターニングされることにより、第１のストッパ部材Ｓ１が選択的に第３犠牲膜Ｌ３から露出される。

図１６を参照して、選択的に第３犠牲膜Ｌ３から露出された第１のストッパ部材Ｓ１および第３犠牲膜Ｌ３を覆うように導電性膜３０が形成される。この導電性膜３０は第３犠牲膜Ｌ３のパターニングされた領域を埋め込むように形成される。この導電性膜３０がフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてパターニングされることにより、第３のストッパ部材Ｓ３が形成される。第３犠牲膜Ｌ３のパターニングされた領域に埋め込まれた導電性膜３０がコンタクト部Ｓ３ａを構成する。

図１７を参照して、フッ酸溶液などによるウェットエッチング処理が施されて、第１犠牲膜Ｌ１、第２犠牲膜Ｌ２および第３犠牲膜Ｌ３からなる犠牲層が除去される。これにより、基板１Ａとの間に隙間を介して、梁（図示せず）、可動構造体１３、リンク梁（図示せず）および慣性質量体１５が基板１Ａに支持された支持構造が形成される。この後、図２に示すキャップ１７が封止部１６にたとえば陽極接合により接合される。続いて、アセンブリおよびモールド樹脂による封止が施されるとことでパッケージングが実施される。

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態の半導体装置としての加速度センサによれば、図５に示すように、可動構造体１３が基板１Ａの表面１Ｓの面内方向に変位したときに可動構造体１３が第１のストッパ部材Ｓ１に接触することにより面内方向における可動構造体１３の過剰な変位を抑制することができる。また、図６に示すように、可動構造体１３が基板１Ａの表面１Ｓの面外方向において基板１Ａ側に変位したときに可動構造体１３が第２のストッパ部材Ｓ２に接触することにより面外方向における基板１Ａ側への可動構造体１３の過剰な変位を抑制することができる。また、図７に示すように、可動構造体１３が基板１Ａの表面１Ｓの面外方向において可動構造体１３に対して第２のストッパ部材Ｓ２と反対側に変位したときに可動構造体１３が第３のストッパ部材Ｓ３に接触することにより面外方向における第２のストッパ部材Ｓ２と反対側への可動構造体１３の過剰な変位を抑制することができる。したがって、可動構造体１３の面内方向および面外方向の過剰な変位を抑制することにより、可動構造体１３を支持する梁１２に破壊応力以上の応力が加わることを抑制できる。このため、梁１２の損傷および破損を抑制できる。よって、梁１２の損傷および破損により加速度センサの特性に変動が生じることを抑制できる。

また、上記の加速度センサによれば、図５に示すように、第１のストッパ部材Ｓ１により可動構造体１３が基板１Ａの表面１Ｓの面内方向において第１の隙間Ｔ１よりも大きく変位することは抑制される。また、図６および図７に示すように、第２のストッパ部材Ｓ２および第３のストッパ部材Ｓ３により可動構造体１３が基板１Ａの表面１Ｓの面外方向において第２の隙間Ｔ２および第３の隙間Ｔ３よりも大きく変位することは抑止される。

そして、第１の隙間Ｔ１、第２の隙間Ｔ２および第３の隙間Ｔ３はそれぞれ可動構造体１３が基板１Ａの表面１Ｓの面内方向および面外方向に変位することで梁１２が破壊される応力を生じる変位量よりも小さい寸法を有している。このため、可動構造体１３が基板１Ａの表面１Ｓの面内方向および面外方向に変位しても可動構造体１３を支持する梁１２に破壊応力以上の応力は生じない。このため、梁１２の損傷および破損を抑制できる。

本実施の形態の半導体装置の製造方法としての加速度センサの製造方法は以下の工程を備えている。梁１２と、可動構造体１３と、第１のストッパ部材Ｓ１と、第２のストッパ部材Ｓ２と、第３のストッパ部材Ｓ３と、第１〜３の犠牲膜とが形成される。梁１２は表面１Ｓを有する基板１Ａに支持される。可動構造体１３は梁１２に支持される。第１のストッパ部材Ｓ１は、基板１Ａに支持されかつ表面１Ｓに対して面内方向において可動構造体１３と間隔をおいて配置される。第２のストッパ部材Ｓ２は第１のストッパ部材Ｓ１に支持されかつ表面１Ｓに対して面外方向において可動構造体１３と間隔をおいて配置される。第３のストッパ部材Ｓ３は第１のストッパ部材Ｓ１に支持されかつ面外方向において可動構造体１３に対して第２のストッパ部材Ｓ２と反対側に配置されかつ可動構造体１３と間隔をおいて配置される。第１犠牲膜Ｌ１（第１の犠牲膜）は可動構造体１３と第１のストッパ部材Ｓ１との間に形成される。第２犠牲膜Ｌ２（第２の犠牲膜）は可動構造体１３と第２のストッパ部材Ｓ２との間に形成される。第３犠牲膜Ｌ３（第３の犠牲膜）は可動構造体１３と第３のストッパ部材Ｓ３との間に形成される。エッチング処理を施すことにより第１の犠牲膜、第２の犠牲膜および第３の犠牲膜を除去して、第１〜３の隙間Ｔ１〜Ｔ３が形成される。第１の隙間Ｔ１は可動構造体１３と第１のストッパ部材Ｓ１との間に形成される。第２の隙間Ｔ２は可動構造体１３と第２のストッパ部材Ｓ２との間に形成される。第３の隙間Ｔ３は可動構造体１３と第３のストッパ部材Ｓ３との間に形成される。

上記の加速度センサの製造方法によれば、導電性膜１０をパターニングする際の第１のストッパ部材Ｓ１と可動構造体１３とのパターン間距離ｔ１により第１の隙間Ｔ１を設定できる。また、第２犠牲膜Ｌ２の膜厚ｔ２により第２の隙間Ｔ２を設定できる。また、第３犠牲膜Ｌ３の可動構造体１３直上の膜厚ｔ３により第３の隙間Ｔ３を設定できる。このため、第１の隙間Ｔ１、第２の隙間Ｔ２および第３の隙間Ｔ３を別々に設定できる。したがって、設計の自由度を向上することができる。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２の半導体装置としての加速度センサについて説明する。以下、特に説明しない限り、本実施の形態の構成および製造方法は、実施の形態１の構成および製造方法とほぼ同じであるため、同一の要素には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

図１８および図１９を参照して、本実施の形態の加速度センサは、図１および図２に示す実施の形態１の加速度センサと比較して、第１のストッパ部材Ｓ１、第２のストッパ部材Ｓ２および第３のストッパ部材Ｓ３の配置が主に異なっている。なお、図１８では見やすくするため、キャップ１７は図示されていない。

実施の形態１の加速度センサでは、第１のストッパ部材Ｓ１はＹ方向に梁１２とずれた位置に配置されている。これに対して、本実施の形態の加速度センサでは、第１のストッパ部材Ｓ１はＹ方向に梁１２と重なる位置に配置されている。さらに、第１のストッパ部材Ｓ１はＸ方向に梁１２を挟むように設けられている。

また、実施の形態１の加速度センサでは、第２のストッパ部材Ｓ２はＹ方向に梁１２とずれた位置に配置されている。これに対して、本実施の形態の加速度センサでは、第２のストッパ部材Ｓ２はＹ方向に梁１２と重なる位置に配置されている。さらに第２のストッパ部材Ｓ２はＸ方向に梁１２を跨ぐように設けられている。つまり、第２のストッパ部材Ｓ２はＺ方向に梁１２と重なるように配置されている。

また、実施の形態１の加速度センサでは、第３のストッパ部材Ｓ３はＹ方向に梁１２とずれた位置に配置されている。これに対して、本実施の形態の加速度センサでは、第３のストッパ部材Ｓ３はＹ方向に梁１２と重なる位置に配置されている。さらに第３のストッパ部材Ｓ３はＸ方向に梁１２を跨ぐように設けられている。つまり、第３のストッパ部材Ｓ３はＺ方向に梁１２と重なるように配置されている。

本実施の形態によれば、第２のストッパ部材Ｓ２および第３のストッパ部材Ｓ３の各々をＺ方向において梁１２の近傍に配置することができる。このため、Ｚ方向において梁１２に破壊応力以上の応力が加わることを効果的に抑制できる。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３の半導体装置としての加速度センサについて説明する。以下、特に説明しない限り、本実施の形態の構成および製造方法は、実施の形態１の構成および製造方法とほぼ同じであるため、同一の要素には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

図２０および図２１を参照して、実施の形態１では、導電性膜３０から形成された第１のストッパ部材Ｓ１と導電性膜３０から形成された第３のストッパ部材Ｓ３とは積層構造を構成する。なお、図２０では見やすくするため、キャップ１７は図示されていない。これに対して、本実施の形態では、第１のストッパ部材Ｓ１と第３のストッパ部材Ｓ３とは同一の膜で形成されている。第１のストッパ部材Ｓ１および第３のストッパ部材Ｓ３は可動構造体１３を囲い込むように形成されている。なお、図２２および図２３を参照して、本実施の形態は、図３および図４に示す実施の形態１の構成と同様の構成を有している。

次に、図２０および図２４〜図２６を参照して、本実施の形態の加速度センサに基板１Ａの表面１Ｓの面内方向および面外方向に外力が加えられた状態について説明する。この外力としては、液体の表面張力および過大な衝撃力などがある。ここでは、本実施の形態の加速度センサに外力として加速度が加えられた場合について説明する。

主に図２４を参照して、本実施の形態の加速度センサに面内方向において図中矢印＋Ｘ方向に加速度が加えられると、可動構造体１３は図中矢印＋Ｘ方向と逆方向（−Ｘ方向）に変位する。この際、変位した可動構造体１３が第１のストッパ部材Ｓ１に接触することで可動構造体１３が第１の隙間Ｔ１の寸法よりも変位することが抑制される。

主に図２５を参照して、本実施の形態の加速度センサに面外方向において図中矢印＋Ｚ方向に加速度が加えられると、慣性質量体１５は図中矢印＋Ｚ方向と逆方向（−Ｚ方向）に変位する。この慣性質量体１５の変位がリンク梁１４を介して可動構造体１３に伝えられることによって、梁１２のＹ方向に延びる軸を中心として可動構造体１３が回転する。これにより、可動構造体１３の第２のストッパ部材Ｓ２と対向する部分は−Ｚ方向に変位する。−Ｚ方向に変位した可動構造体１３が第２のストッパ部材Ｓ２に接触することで可動構造体１３が第２の隙間Ｔ２の寸法よりも変位することが抑制される。

主に図２６を参照して、本実施の形態の加速度センサに面外方向において図中矢印−Ｚ方向に加速度が加えられると、慣性質量体１５は図中矢印−Ｚ方向と逆方向（＋Ｚ方向）に変位する。この慣性質量体１５の変位がリンク梁１４を介して可動構造体１３に伝えられることによって、梁１２のＹ方向に延びる軸を中心として可動構造体１３が回転する。これにより、可動構造体１３の第３のストッパ部材Ｓ３と対向する部分は＋Ｚ方向に変位する。＋Ｚ方向に変位した可動構造体１３が第３のストッパ部材Ｓ３に接触することで可動構造体１３が第３の隙間Ｔ３の寸法よりも変位することが抑制される。

次に、本実施の形態の半導体装置の製造方法として加速度センサの製造方法について、図２７〜図３２を用いて説明する。

図２７を参照して、本実施の形態の加速度センサの製造方法は、第２犠牲膜Ｌ２が形成されるまでは実施の形態１の製造方法と同様である。第２犠牲膜Ｌ２が形成された後に、第１犠牲膜Ｌ１および第２犠牲膜Ｌ２がフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてパターニングされることにより、第１犠牲膜Ｌ１および第２犠牲膜Ｌ２には、第１犠牲膜Ｌ１および第２犠牲膜Ｌ２を貫通して第２絶縁膜４に達する孔ＯＰが形成される。

図２８を参照して、第２犠牲膜Ｌ２および第２絶縁膜４を覆うように、たとえば多結晶シリコンよりなる導電性膜１０が成膜される。この導電性膜１０は孔ＯＰ内を埋め込むように形成される。導電性膜１０の孔ＯＰ内を埋め込む部分は封止部１６の一部を構成する。また、この部分は図２２および図２３に示すアンカー部１１の支持部１１ａも構成する。この導電性膜１０がフォトリソグラフィ技術および異方性エッチング技術を用いてパターニングされることにより、アンカー部（図示せず）、梁（図示せず）、可動構造体１３、リンク梁（図示せず）、慣性質量体１５および封止部１６が形成される。

図２９を参照して、アンカー部（図示せず）、梁（図示せず）、可動構造体１３、リンク梁（図示せず）、慣性質量体１５、封止部１６および第２犠牲膜Ｌ２を覆うように、たとえばＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate）膜などの絶縁酸化膜からなる第３犠牲膜Ｌ３が形成される。第３犠牲膜Ｌ３は、可動構造体１３の側壁に接する部分を有しており、当該部分で膜厚ｔ１となるように形成される。この膜厚ｔ１は上記の第１の隙間Ｔ１の幅になる。また、第３犠牲膜Ｌ３は可動構造体１３直上で膜厚ｔ３となるように形成される。この膜厚ｔ３は上記の第３の隙間Ｔ３のＺ方向の厚さになる。本実施の形態では、膜厚ｔ１と膜厚ｔ３とは、第３犠牲膜Ｌ３の膜厚であるため、同じ寸法となる。このため、第１の隙間Ｔ１と第３の隙間Ｔ３とは同じ寸法となる。

図３０を参照して、第１犠牲膜Ｌ１、第２犠牲膜Ｌ２および第３犠牲膜Ｌ３がフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてパターニングされることにより、第１犠牲膜Ｌ１、第２犠牲膜Ｌ２および第３犠牲膜Ｌ３には、第１犠牲膜Ｌ１、第２犠牲膜Ｌ２および第３犠牲膜Ｌ３を貫通してアンカー支持部３ａに達する孔ＯＰが形成される。

図３１を参照して、第３犠牲膜Ｌ３およびアンカー支持部３ａを覆うように、たとえば多結晶シリコンよりなる導電性膜３０が成膜される。この導電性膜３０は孔ＯＰ内を埋め込むように形成される。導電性膜３０の孔ＯＰ内を埋め込む部分は第１のストッパ部材Ｓ１の支持部Ｓ１ａを構成する。この導電性膜３０がフォトリソグラフィ技術および異方性エッチング技術を用いてパターニングされることにより、第１のストッパ部材Ｓ１および第３のストッパ部材Ｓ３が形成される。

図３２を参照して、フッ酸溶液などによるウェットエッチング処理が施されて、第１犠牲膜Ｌ１、第２犠牲膜Ｌ２および第３犠牲膜Ｌ３からなる犠牲層が除去される。これにより、基板１Ａとの間に隙間を介して、梁（図示せず）、可動構造体１３、リンク梁（図示せず）および慣性質量体１５が基板１Ａに支持された支持構造が形成される。この後、図２に示すキャップ１７が封止部１６にたとえば陽極接合により接合される。続いて、アセンブリおよびモールド樹脂による封止が施されるとことでパッケージングが実施される。

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態の半導体装置としての加速度センサは、図２１に示すように、第１のストッパ部材Ｓ１と第３のストッパ部材Ｓ３とは同一の第３犠牲膜Ｌ３で形成されている。このため、第１のストッパ部材Ｓ１と第３のストッパ部材Ｓ３とを同一の膜で形成できる。

本実施の形態の半導体装置の製造方法としての加速度センサの製造方法は、第１のストッパ部材Ｓ１と第３にストッパ部材Ｓ３とは同一の第３犠牲膜で同時に形成される。このため、第１のストッパ部材Ｓ１と第３のストッパ部材Ｓ３とを同一の膜で同時に形成できる。

（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４の半導体装置としての加速度センサについて説明する。以下、特に説明しない限り、本実施の形態の構成および製造方法は、実施の形態３の構成および製造方法とほぼ同じであるため、同一の要素には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

図３３および図３４を参照して、本実施の形態の加速度センサは、図２０および図２１に示す実施の形態３の加速度センサと比較して、第１のストッパ部材Ｓ１および第３のストッパ部材Ｓ３の構成が主に異なっている。なお、図３３では見やすくするため、キャップ１７は図示されていない。

実施の形態３の加速度センサでは、第１のストッパ部材Ｓ１はＹ方向に梁１２とずれた位置に配置されている。これに対して、本実施の形態の加速度センサでは、第１のストッパ部材Ｓ１はＹ方向に梁１２と重なる位置に配置されている。さらに、第１のストッパ部材Ｓ１はＸ方向に梁１２を挟むように設けられている。

また、実施の形態３の加速度センサでは、第２のストッパ部材Ｓ２はＹ方向に梁１２とずれた位置に配置されている。これに対して、本実施の形態の加速度センサでは、第２のストッパ部材Ｓ２はＹ方向に梁１２と重なる位置に配置されている。さらに第２のストッパ部材Ｓ２はＸ方向に梁１２を跨ぐように設けられている。つまり、第２のストッパ部材Ｓ２はＺ方向に梁１２と重なるように配置されている。

また、実施の形態３の加速度センサでは、第３のストッパ部材Ｓ３はＹ方向に梁１２とずれた位置に配置されている。これに対して、本実施の形態の加速度センサでは、第３のストッパ部材Ｓ３はＹ方向に梁１２と重なる位置に配置されている。さらに第３のストッパ部材Ｓ３はＸ方向に梁１２を跨ぐように設けられている。つまり、第３のストッパ部材Ｓ３はＺ方向に梁１２と重なるように配置されている。

本実施の形態によれば、第２のストッパ部材Ｓ２および第３のストッパ部材Ｓ３の各々をＺ方向において梁１２の近傍に配置することができる。このため、Ｚ方向において梁１２に破壊応力以上の応力が加わることを効果的に抑制できる。

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

１ 基板本体、１Ａ 基板、１Ｓ 表面、２ 第１絶縁膜、３，１０，２０，３０ 導電性膜、３ａ アンカー支持部、３ｂ 検出電極、３ｃ 固定電極、４ 第２絶縁膜、５ 第３絶縁膜、１１ アンカー部、１２ 梁、１３ 可動構造体、１４ リンク梁、１５ 慣性質量体、１６ 封止部、１７ キャップ、１８ 電極パッド、１９ 配線、Ｌ１ 第１犠牲膜、Ｌ２ 第２犠牲膜、Ｌ３ 第３犠牲膜、ＯＰ 孔、Ｓ１ 第１のストッパ部材、Ｓ２ 第２のストッパ部材、Ｓ３ 第３のストッパ部材、Ｔ１ 第１の隙間、Ｔ２ 第２の隙間、Ｔ３ 第３の隙間。

Claims (5)

1. 表面を有する基板と、
   前記基板に支持された梁と、
   前記基板の前記表面に対して面内方向および面外方向に変位可能に前記梁に支持された可動構造体と、
   前記基板に支持され、かつ前記可動構造体が静止した状態で、前記面内方向において前記可動構造体と第１の隙間を介して配置された第１のストッパ部材と、
   前記第１のストッパ部材に支持され、かつ前記可動構造体が静止した状態で、前記面外方向において前記可動構造体と第２の隙間を介して配置された第２のストッパ部材と、
   前記第１のストッパ部材に支持され、かつ前記可動構造体が静止した状態で、前記面外方向において前記可動構造体に対して前記第２のストッパ部材と反対側に配置され、かつ前記可動構造体との間に第３の隙間を介して配置された第３のストッパ部材とを備えた、半導体装置。
2. 前記第１の隙間、前記第２の隙間および前記第３の隙間はそれぞれ前記可動構造体が前記面内方向および前記面外方向に変位することで前記梁が破壊される応力を生じる変位量よりも小さい寸法を有している、請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記第１のストッパ部材と前記第３のストッパ部材とは同一の膜で形成されている、請求項１または２に記載の半導体装置。
4. 表面を有する基板に支持された梁と、前記梁に支持された可動構造体と、前記基板に支持されかつ前記表面に対して面内方向において前記可動構造体と間隔をおいて配置された第１のストッパ部材と、前記第１のストッパ部材に支持されかつ前記表面に対して面外方向において前記可動構造体と間隔をおいて配置された第２のストッパ部材と、前記第１のストッパ部材に支持されかつ前記面外方向において前記可動構造体に対して前記第２のストッパ部材と反対側に配置されかつ前記可動構造体と間隔をおいて配置された第３のストッパ部材と、前記可動構造体と前記第１のストッパ部材との間に形成された第１の犠牲膜と、前記可動構造体と前記第２のストッパ部材との間に形成された第２の犠牲膜と、前記可動構造体と前記第３のストッパ部材との間に形成された第３の犠牲膜とを形成する工程と、
   エッチング処理を施すことにより前記第１の犠牲膜、前記第２の犠牲膜および前記第３の犠牲膜を除去して、前記可動構造体と前記第１のストッパ部材との間に第１の隙間を形成し、前記可動構造体と前記第２のストッパ部材との間に第２の隙間を形成し、前記可動構造体と前記第３のストッパ部材との間に第３の隙間を形成する工程とを備えた、半導体装置の製造方法。
5. 前記第１のストッパ部材と前記第３のストッパ部材とは同一の膜で同時に形成される、請求項４に記載の半導体装置の製造方法。

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