JPH11186567A - 半導体力学量センサの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 検出感度の向上などを図った半導体力学量セ
ンサを容易に製造できるようにすること。 【解決手段】 梁構造体３及び固定電極４の材料となる
単結晶シリコン基板１２を、支持基板２に対し、第１及
び第２の支持アンカー３ａ及び４ａ並びにこれらの周囲
に位置されたシリコン酸化膜１３（犠牲層用薄膜）及び
ポリシリコン薄膜１７などを介して貼り合わせた状態す
る。この状態から、単結晶シリコン基板１２におけるお
もり可動電極９と固定電極４との間の検出ギャップＧ相
当位置に、縦断面形状が開口部に向かうに従って拡開し
たテーパ状の溝部２０を形成し、この溝部２０内に導電
材料２１を埋め込んだ後に当該導電材料２１をエッチン
グすることによって、検出ギャップＧを挟んで面対向す
る第１及び第２の面状電極１０及び１１を形成する。さ
らに、シリコン酸化膜１３を除去する犠牲層エッチング
を実行して、梁部７、８及びおもり可動電極９をリリー
スして可動構造とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加速度などの力学
量を梁構造体の変位に基づいて検出するようにした半導
体力学量センサ、特には、梁構造体に設けられた第１の
面状電極と固定電極に設けられた第２の面状電極との接
触により力学量の検出を行うようにした半導体力学量セ
ンサの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ガス用の流量メータに内蔵さ
れ、地震などの振動を感知したときにガス配管のバルブ
を閉塞する用途、或いは燃焼ストーブに内蔵され、地震
などの振動を感知したときに炎及び燃料を断つ用途など
に使用される加速度センサにあっては、二次元平面内に
おける多方向の加速度をほぼ同一感度で検出できるよう
に構成されたものが一般的になっている。このような加
速度センサの一例としては、従来より、例えば特開平９
−１４５７４０号公報に見られるような半導体加速度セ
ンサが知られている。

【０００３】即ち、この半導体加速度センサは、支持基
板上に固定されたアンカー部と、このアンカー部に梁部
を介して連結されて上記支持基板の表面と平行な方向へ
変位可能に設けられた環状のおもり可動電極と、このお
もり可動電極を包囲するように配置された環状の固定電
極とを備えた構成となっている。上記可動電極の外周面
及び固定電極の内周面は、環状をなす微小な検出ギャッ
プを存して面対向された面状電極としてそれぞれ機能す
るようになっており、所定レベルを越える加速度が作用
したときには、おもり可動電極が変位して両面状電極が
接触し、その接触状態の有無に応じて等方的に加速度を
検出できるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来構成の半導体
加速度センサでは、おもり可動電極及び固定電極が半導
体材料（シリコン膜）により形成されるものであって、
面状電極間の接触抵抗が比較的大きくなるという事情が
あり、このため加速度を感度良く検出できなくなる恐れ
が出てくる。このような事情に対処するためには、両面
状電極を金属膜などの導電膜により形成して、接触抵抗
を低減することが考えられる。

【０００５】しかしながら、各面状電極は、構造体であ
るおもり可動電極及び固定電極の側壁に形成されるもの
であり、しかも、それら側壁間の寸法、つまり検出ギャ
ップに対応した寸法が極めて微小（一般的には数μｍ程
度）であるため、各側壁部分に金属膜を成膜すること自
体が非常に困難になるという問題点がある。また、検出
ギャップが環状をなす両電極間の全域にわたって均一な
状態になることが、検出感度のずれを抑制する上で重要
であるため、その検出ギャップの寸法コントロールを厳
密に行うことが求められるものであるが、実際にはこの
ような要求を満たすことは非常に困難である。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、検出感度の向上などを図った半導体
力学量センサを容易に製造できるようになる半導体力学
量センサの製造方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明によ
れば、半導体基板における梁構造体及び固定電極間の検
出ギャップ相当位置、つまり互いに面対向された状態の
第１の面状電極及び第２の面状電極の形成予定位置に、
上記検出ギャップの寸法より幅広な溝部を形成してお
き、この後に行われる電極形成工程において、導電材料
を上記溝部に埋め込んだ後に当該導電材料をエッチング
することによって、導電材料より成る第１の面状電極及
び第２の面状電極を形成することになる。従って、各面
状電極間の接触抵抗を小さくできて、それらの接触に基
づいた印加力学量の検出感度を高め得るようになる。こ
の場合、上記溝部は、その寸法が幅広に形成されている
から、導電材料の埋め込みを容易に行うことができるも
のであり、第１の面状電極及び第２の面状電極間の検出
ギャップが微小に設定される状況下であってもそれらの
面状電極を容易に形成できるようになる。

【０００８】請求項２記載の発明によれば、上記のよう
に半導体基板に溝部を形成する際には、当該溝部の縦断
面形状がその開口部に向かうに従って拡開したテーパ状
に形成されることになるから、これに引き続く電極形成
工程では、導電材料を成膜する際において、溝部に対す
るステップカバレージが向上するようになり、結果的に
導電材料の埋め込みをさらに容易に行い得るようにな
る。

【０００９】請求項５記載の発明によれば、梁構造体及
び固定電極を形成するための半導体基板における検出ギ
ャップの形成予定箇所に、当該検出ギャップに対応した
形状のギャップ寸法制御膜並びにこのギャップ寸法制御
膜の両側に位置した一対の電極形成用溝部を形成してお
き、この後に行われる電極形成工程において、上記電極
形成用溝部に導電材料を埋め込んだ後に前記ギャップ寸
法制御膜をエッチングにより除去することによって、導
電材料より成る第１の面状電極及び第２の面状電極を形
成することになる。従って、各面状電極間の接触抵抗を
小さくできて、それらの接触に基づいた印加力学量の検
出感度を高め得るようになる。また、上記検出ギャップ
の寸法を、ギャップ寸法制御膜によって厳密にコントロ
ールできるため、検出感度のずれを確実に抑制できるよ
うになり、しかも、そのギャップ寸法制御膜自体は極め
て容易に製造可能であるから、各面状電極を容易に形成
できるようになる。

【００１０】請求項６記載の発明によれば、上記ギャッ
プ寸法制御膜が犠牲層用薄膜と同一の材料によって形成
されているから、整形工程において犠牲層用薄膜をウエ
ットエッチングにより除去する際に当該ギャプ寸法制御
膜も同時に除去できることになり、製造工程を簡略化で
きるようになる。

【００１１】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下、本発
明を半導体加速度センサに適用した第１実施例について
図１ないし図４を参照しながら説明する。図１は半導体
加速度センサの摸式的な縦断面図、図２は同センサの横
断面図である。図１及び図２において、半導体力学量セ
ンサとしての半導体加速度センサ（以下、単に加速度セ
ンサと呼ぶ）１は、基本的には、単結晶シリコンより成
る支持基板２上に、同じく単結晶シリコンより成る梁構
造体３及び固定電極４をそれぞれに対応した第１の支持
アンカー３ａ及び第２の支持アンカー４ａ、絶縁分離膜
として機能するシリコン酸化膜５並びに後述する各薄膜
を介して支持したＳＯＩ構造となっている。上記梁構造
体３は、第１の支持アンカー３ａにより支持された円柱
形状のアンカー部６と、アンカー部６と一体に連結され
た例えば２本の梁部７及び８と、これら梁部７及び８に
より保持されたおもり可動電極９とを備えた構成となっ
ている。

【００１２】この場合、前記梁部７及び８は、その平面
形状が互いにオーバーラップするスパイラル形状に形成
されたもので、各一端が、アンカー部６の周壁における
点対称位置に一体に連結され、以て支持基板２の表面と
ほぼ平行する方向へ延出した形態に支持されている。上
記梁部７及び８は、その縦断面形状の横方向寸法に対す
る縦方向寸法の比が十分に大きく設定されており、これ
により支持基板２の表面とほぼ平行する方向へ弾性変形
可能に構成されている。

【００１３】前記おもり可動電極９は、環状（短円筒形
状）に形成されたもので、その内周面が前記梁部７及び
８の自由端側に一体に連結されることによって、支持基
板２上に当該支持基板２の表面と所定間隔を存して平行
し、且つ力学量である加速度の印加に応じて支持基板２
と平行な二次元平面方向へ自由に変位するように保持さ
れている。そして、このおもり可動電極９の円筒状外周
面には、支持基板２に対し垂直な状態の第１の面状電極
１０が形成されている。

【００１４】固定電極４は、おもり可動電極９に対応し
た領域を円柱形状にくりぬいた形状のもので、支持基板
２上の周辺部に配置されている。そして、この固定電極
４の円筒状内周面には、前記おもり可動電極９側の第１
の面状電極１０と所定の検出ギャップＧを存して面対向
した状態の第２の面状電極１１が形成されている。尚、
上記検出ギャップＧの寸法は例えば数μｍ程度に設定さ
れるものであり、また、各面状電極１０及び１１の上下
方向の寸法は例えば数十μｍに設定される。

【００１５】この場合、上記第１の面状電極１０と第２
の面状電極１１は、金或いは銀などの導電材料によって
形成され、以て互いの間の接触抵抗が比較的小さくなる
ように構成されている。また、梁構造体３及び固定電極
４には、少なくともその表面にリンなどの不純物を導入
したり、或いは表面に導電性の材料を蒸着やメッキなど
の手段により成膜することによって、それらの抵抗率を
引き下げるようにしている。さらに、第１の面状電極１
０及び第２の面状電極１１間の距離は、おもり可動電極
９に加速度が印加されていない状態でほぼ均一な状態と
なるように保たれており、これにより上記各面状電極１
０及び１１間の検出ギャップＧは等幅の円環状を呈する
ようになっている。

【００１６】図３及び図４には上述のように構成された
加速度センサ１の製造工程が摸式的に示されており、以
下これについて前記図１も参照しながら説明する。ま
ず、図３（ａ）に示すように、前記梁構造体３及び固定
電極４のための単結晶シリコン基板１２（本発明でいう
半導体基板に相当）を用意し、この単結晶シリコン基板
１２に対しトレンチエッチングによりアライメント用の
溝１２ａを形成する。その後、溝１２ａを含む単結晶シ
リコン基板１２上の全域に犠牲層用薄膜としてのシリコ
ン酸化膜１３をＣＶＤ法などにより成膜する。さらに、
シリコン酸化膜１３の一部領域をフォトリソグラフィを
経て一部エッチングすることにより、凹部１３ａを形成
する。尚、この凹部１３ａは、後述する犠牲層エッチン
グ工程により梁構造体３をリリースする際に、エッチン
グ液による表面張力などにより梁構造体３が支持基板２
に付着したままになる事態を防止する付着面積制限突起
（図１に符号１３ｂを付して示す）を形成するために設
けられるものである。

【００１７】次に、図３（ｂ）に示す状態まで加工す
る。具体的には、まず、シリコン酸化膜１３上に、犠牲
層エッチングの際にエッチングストッパとなるシリコン
窒化膜１４を成膜する。そして、このシリコン窒化膜１
４とシリコン酸化膜１３との積層体に対して、フォトリ
ソグラフィを経てドライエッチングなどを施すことによ
り、前記第１及び第２の支持アンカー３ａ及び４ａに対
応した形状の開口部を形成する。この後、シリコン窒化
膜１４上に上記開口部を埋めるようにしてポリシリコン
薄膜１５を成膜すると共に、その成膜中または成膜後に
当該ポリシリコン薄膜１５に対しリン拡散などにより不
純物を導入することにより導電性を持たせる。

【００１８】さらに、ポリシリコン薄膜１５をフォトリ
ソグラフィ技術を用いてパターニングすることによっ
て、第１及び第２の支持アンカー３ａ及び４ａ、並びに
最終的に梁構造体３に下方から対向した形態となる下部
電極３ｂを上記第１の支持アンカー３ａと一体的に形成
する。これにより、最終的には、梁構造体３と下部電極
３ｂとは、支持アンカー３ａを介して互いに電気的に接
続された状態（つまり等電位状態）となる。次いで、シ
リコン窒化膜１４及びポリシリコン薄膜１５を覆うよう
にしてシリコン窒化膜１６を成膜し、さらにシリコン窒
化膜１６上に絶縁分離膜として機能する前記シリコン酸
化膜５を成膜すると共に、そのシリコン酸化膜５上に貼
り合わせ用薄膜としてのポリシリコン薄膜１７を成膜
し、このポリシリコン薄膜１７を表面研磨して平坦化す
る。

【００１９】次に、図３（ｃ）に示す状態まで加工す
る。具体的には、まず、単結晶シリコンより成る支持基
板２を用意して、この支持基板２の表面並びに前記単結
晶シリコン基板１２側のポリシリコン薄膜１７の表面に
親水化処理を施し、両者を親水化処理面で貼り合わせ
る。次いで、それら単結晶シリコン基板１２及び支持基
板２の一体物を表裏逆にして、単結晶シリコン基板１２
側に化学機械研磨などを施すことにより当該単結晶シリ
コン基板１２を薄膜化する。この際、単結晶シリコン基
板１２に予めトレンチエッチングしておいた溝１２ａ内
のシリコン酸化膜１３を研磨の終了検知のための研磨ス
トッパとして機能させることができる。尚、上記支持基
板２の材料には高品位の単結晶シリコン基板を用いる必
要がないものである。

【００２０】この後には、図４（ｄ）に示す状態まで加
工する。具体的には、まず、単結晶シリコン基板１２上
にアルミ薄膜を成膜した後にパターニングすることによ
って、ワイヤボンディング用のアルミ電極１８群を形成
する。この場合、各アルミ電極１８は、最終的にアンカ
ー部６及び固定電極４の各上面に位置するように形成さ
れるものである。尚、固定電極４上のアルミ電極１８
は、当該固定電極４上において均一に分布した配置状態
となるように、例えば環状に形成することができる。こ
の後、単結晶シリコン基板１２上の全体をマスキング部
材１９により覆った状態とした上で、当該単結晶シリコ
ン基板１２のための基板エッチング工程を行うことによ
り、アンカー部６、梁部７及び８、おもり可動電極９を
含む梁構造体３、並びに固定電極４のための構造体を形
成する。

【００２１】この基板エッチング工程においては、単結
晶シリコン基板１２におけるおもり可動電極９と固定電
極４との間の前記検出ギャップＧ相当位置に、当該検出
ギャップＧ（図１参照）の寸法より幅広な溝部２０を形
成する。具体的には、上記溝部２０は、その縦断面形状
が上方の開口部に向かうに従って拡開したテーパ状とな
るように形成される。

【００２２】この後には、図４（ｅ）に示すように、フ
ッ酸系のエッチング液でエッチングされない金或いは銀
などより成る導電材料２１を前記溝部２０内に埋め込ん
だ状態で成膜する。さらに、図４（ｆ）に示すように、
導電材料２１に対しドライエッチングを施すという電極
形成工程を実行することにより検出ギャップＧを形成
し、以て第１の面状電極１０及び第２の面状電極１１を
完成させると共に、シリコン酸化膜１３を、フッ酸系の
エッチング液により除去するという犠牲層エッチングに
よる整形工程を実行することにより、梁部７、８及びお
もり可動電極９をリリースして可動構造とし、以て加速
度センサ１の基本構造を完成させる。つまり、犠牲層用
薄膜となるシリコン酸化膜１３をウエットエッチングす
ることによって、第１の支持アンカー３ａ及び第２の支
持アンカー４ａによりそれぞれ支持された状態の梁構造
体３及び固定電極４を形成する。

【００２３】この場合、各支持アンカー３ａ、４ａは、
フッ酸系エッチング液に対し耐性があるポリシリコン薄
膜１５により形成されているから、上記のような犠牲層
エッチング時には支持アンカー３ａ、４ａにおいてエッ
チングが停止するようになり、そのエッチング状態のば
らつきがなくなる。このため、犠牲層エッチングに当た
っては、フッ酸系エッチング液の濃度や温度を正確に管
理したり、エッチングの終了時期の制御のために厳密な
時間管理を行うなどの必要がなくなり、製造が容易にな
る。

【００２４】このように加速度センサ１の基本構造を完
成させた後には、アルミ電極１８と外部接続用端子との
間をワイヤボンディングすることによって、おもり可動
電極９と固定電極４との間に電位差を付与できるように
構成すると共に、パッケージングなどの後加工を行って
最終的に加速度センサ１を完成させる。

【００２５】尚、上記のようなワイヤボンディング手段
は必ずしも必要ではなく、例えば、不純物を導入したポ
リシリコン薄膜１５を利用して配線パターンを形成する
構成、具体的には、ポリシリコン薄膜１５をパターニン
グする際に、第１の支持アンカー３ａ及び第２の支持ア
ンカー４ａの基部パターンをそれぞれ異なる外部接続用
端子に接続するための配線パターンを形成する構成とす
れば、上記のようなワイヤボンディング手段を用いる必
要がなくなる。通常、ワイヤボンディングのための電極
パッドには、φ２００μｍ程度の大きさが必要になる
が、上記のような内部配線パターンを用いる構成とすれ
ば、アンカー部６上面の直径を十数μｍから数十μｍ程
度まで縮小できるため、加速度センサ１を小形化するこ
とが可能になる。

【００２６】上記した本実施例によれば、梁構造体３及
び固定電極４を形成するための基板エッチング工程にお
いて、梁構造体３及び固定電極４間の検出ギャップＧ相
当位置、つまり互いに面対向された状態の第１の面状電
極１０及び第２の面状電極１１の形成予定位置に溝部２
０を形成しておき、この後に行われる電極形成工程にお
いては、導電材料２１を上記溝部２０に埋め込んだ状態
で成膜した後に当該導電材料２１をドライエッチングす
ることによって、導電材料２１より成る第１の面状電極
１０及び第２の面状電極１１を形成することになる。従
って、各面状電極１０及び１１間の接触抵抗を小さくで
きて、それらの接触に基づいた印加加速度の検出感度を
高め得るようになる。

【００２７】この場合、上記溝部２０は、各面状電極間
１０及び１１の検出ギャップＧの寸法より幅広で尚且つ
縦断面形状がその開口部に向かうに従って拡開したテー
パ状に形成されているから、導電材料２１の成膜時のス
テップカバレージが向上することになって、その埋め込
みを容易に行うことができるものであり、結果的に、第
１の面状電極１０及び第２の面状電極１１間の検出ギャ
ップＧが微小に設定される状況下であってもそれらの面
状電極１０及び１１を極めて容易に形成できるようにな
る。

【００２８】尚、本実施例では、おもり可動電極９が環
状に形成されているから、その内側及び外側領域を有効
に使用することができ、全体の面積を減少させることが
できる。つまり、本実施例のように、環状のおもり可動
電極９の内側にアンカー部６及び梁部７、８を配置する
構成とした場合には、それらのための領域を別途に用意
する必要がなくなり、全体の面積を効果的に減少させる
ことができる。また、第１の面状電極１０及び第２の面
状電極１１が環状に形成されると共に、それら面状電極
１０及び１１間の距離は、おもり可動電極９に加速度が
印加されていない状態でほぼ均一な状態となるように保
たれているから、支持基板２の表面に平行した二次元平
面において等方的な加速度検出を確実に行い得るもので
ある。

【００２９】（第２の実施の形態）図５ないし図７には
本発明の第２実施例が示されており、以下これについて
前記第１実施例と異なる部分のみ説明する。図５は半導
体加速度センサの摸式的な縦断面図である。図５におい
て、本実施例による半導体加速度センサ（以下、単に加
速度センサと呼ぶ）１′は、基本的には、第１実施例に
おける加速度センサ１と同一構成のものであるが、この
第２実施例では、おもり可動電極９側の第１の面状電極
１０′及び固定電極４側の第２の面状電極１１′の形状
が第１実施例と異なる。

【００３０】図６及び図７には上述のように構成された
加速度センサ１′の製造工程が摸式的に示されており、
以下これについて前記図５も参照しながら説明する。ま
ず、図６（ａ）に示すように、梁構造体３及び固定電極
４のための単結晶シリコン基板１２を用意し、この単結
晶シリコン基板１２に対しトレンチエッチングによりア
ライメント用の溝１２ａ及びギャップ寸法制御用の溝１
２ｂを形成する。この場合、上記溝１２ｂは、単結晶シ
リコン基板１２における検出ギャップＧの形成予定箇所
に、当該検出ギャップＧの形状に対応した環状に形成さ
れるものである。その後、溝１２ａ及び１２ｂを含む単
結晶シリコン基板１２上の全域に犠牲層用薄膜としての
シリコン酸化膜１３をＣＶＤ法などにより成膜し、さら
に、シリコン酸化膜１３の一部領域をフォトリソグラフ
ィを経て一部エッチングすることにより、凹部１３ａを
形成する。

【００３１】この場合、上記溝１２ｂに埋め込まれたシ
リコン酸化膜１３は、検出ギャップＧに対応した形状
（環状）のギャップ寸法制御膜２２として機能すること
になる。尚、溝１２ａ及び１２ｂの深さ寸法を一致させ
る構成とすれば、上記ギャップ寸法制御膜２２を、単結
晶シリコン基板１２を後述のように化学機械研磨する際
の研磨ストッパとしても機能させ得ることになる。

【００３２】次に、図６（ｂ）に示す状態まで加工す
る。具体的には、まず、シリコン酸化膜１３上に、犠牲
層エッチング時にエッチングストッパとなるシリコン窒
化膜１４を成膜する。そして、このシリコン窒化膜１４
とシリコン酸化膜１３との積層体に対し、フォトリソグ
ラフィを経てドライエッチングなどを施すことにより、
前記第１及び第２の支持アンカー３ａ及び４ａに対応し
た形状の開口部を形成する。この後、シリコン窒化膜１
４上に上記開口部を埋めるようにしてポリシリコン薄膜
１５を成膜すると共に、その成膜中または成膜後に当該
ポリシリコン薄膜１５に対しリン拡散などにより不純物
を導入することにより導電性を持たせる。

【００３３】さらに、ポリシリコン薄膜１５をフォトリ
ソグラフィ技術を用いてパターニングすることによっ
て、第１及び第２の支持アンカー３ａ及び４ａ、並びに
最終的に梁構造体３に下方から対向した形態となる下部
電極３ｂを上記第１の支持アンカー３ａと一体的に形成
する。これにより、最終的には、梁構造体３と下部電極
３ｂとは、支持アンカー３ａを介して互いに電気的に接
続された状態（等電位状態）となる。次いで、シリコン
窒化膜１４及びポリシリコン薄膜１５を覆うようにして
シリコン窒化膜１６を成膜し、さらにシリコン窒化膜１
６上に絶縁分離膜として機能するシリコン酸化膜５を成
膜すると共に、そのシリコン酸化膜５上に貼り合わせ用
薄膜としてのポリシリコン薄膜１７を成膜し、このポリ
シリコン薄膜１７を表面研磨して平坦化する。

【００３４】次に、図６（ｃ）に示す状態まで加工す
る。具体的には、まず、単結晶シリコンより成る支持基
板２を用意して、この支持基板２の表面並びに前記単結
晶シリコン基板１２側のポリシリコン薄膜１７の表面に
親水化処理を施し、両者を親水化処理面で貼り合わせ
る。次いで、それら単結晶シリコン基板１２及び支持基
板２の一体物を表裏逆にして、単結晶シリコン基板１２
側に化学機械研磨などを施すことにより当該単結晶シリ
コン基板１２を薄膜化する。

【００３５】この後には、図７（ｄ）に示す状態まで加
工する。具体的には、まず、単結晶シリコン基板１２上
にアルミ薄膜を成膜した後にパターニングすることによ
って、ワイヤボンディング用のアルミ電極１８群を形成
する。この場合、各アルミ電極１８は、最終的にアンカ
ー部６及び固定電極４の各上面に位置するように形成さ
れるものである。この後、単結晶シリコン基板１２上の
全体をマスキング部材１９により覆った状態とした上
で、当該単結晶シリコン基板１２のための基板エッチン
グ工程を行うことにより、アンカー部６、梁部７及び
８、おもり可動電極９を含む梁構造体３、並びに固定電
極４のための構造体を形成すると共に、前記ギャップ寸
法制御膜２２の両側に位置した一対の面状電極形成用溝
部２３ａ、２３ｂを同心状に形成する。

【００３６】次いで、図７（ｅ）に示すように、フッ酸
系のエッチング液でエッチングされない金或いは銀など
より成る導電材料２１を前記電極形成用溝部２３ａ、２
３ｂ内に埋め込んだ状態で成膜した後に、表面研磨して
前記ギャップ寸法制御膜２２の表面を出す。その後、図
７（ｆ）に示すように、ギャップ寸法制御膜２２を含む
シリコン酸化膜１３を、フッ酸系のエッチング液により
除去するという犠牲層エッチングを含む電極形成及び整
形工程を実行することにより、梁部７、８及びおもり可
動電極９をリリースして可動構造とすると共に、ギャッ
プ寸法制御膜２２の除去に応じて形成される検出ギャッ
プＧを挟んで面対向する第１の面状電極１０′及び第２
の面状電極１１′を形成し、以て加速度センサ１′の基
本構造を完成させる。つまり、犠牲層用薄膜となるシリ
コン酸化膜１３及び検出ギャップＧのためのギャップ寸
法制御膜２２をウエットエッチングすることによって、
第１の支持アンカー３ａ及び第２の支持アンカー４ａに
よりそれぞれ支持された状態の梁構造体３及び固定電極
４を形成すると共に、第１の面状電極１０′及び第２の
面状電極１１′を形成する。

【００３７】このように加速度センサ１′の基本構造を
完成させた後には、アルミ電極１８と外部接続用端子と
の間をワイヤボンディングすることによって、おもり可
動電極９と固定電極４との間に電位差を付与できるよう
に構成すると共に、パッケージングなどの後加工を行っ
て最終的に加速度センサ１′を完成させる。

【００３８】上記した本実施例によれば、梁構造体３及
び固定電極４を形成するための単結晶シリコン基板１２
における検出ギャップＧの形成予定箇所に、当該検出ギ
ャップＧに対応した形状のギャップ寸法制御膜２２並び
にこのギャップ寸法制御膜２２の両側に位置した一対の
電極形成用溝部２３ａ、２３ｂを形成しておき、この後
に行われる電極形成工程において、上記電極形成用溝部
２３ａ、２３ｂに導電材料２１を埋め込んだ後にギャッ
プ寸法制御膜２２をウエットエッチングにより除去する
ことによって、導電材料２１より成る第１の面状電極１
０′及び第２の面状電極１１′を形成することになる。

【００３９】従って、本実施例においても、各面状電極
１０′及び１１′間の接触抵抗を小さくできて、それら
の接触に基づいた印加加速度の検出感度を高め得るよう
になる。また、上記検出ギャップＧの寸法を、ギャップ
寸法制御膜２２によって厳密にコントロールできるた
め、検出感度のずれを確実に抑制できるようになり、し
かも、そのギャップ寸法制御膜２２自体は、単結晶シリ
コン基板１２に対し予めトレンチエッチングを施すだけ
で容易に製造可能であるから、各面状電極を容易に形成
できるようになる。しかも、本実施例では、上記ギャッ
プ寸法制御膜２２が犠牲層用薄膜であるシリコン酸化膜
１３と同一の材料によって形成されているから、犠牲層
エッチング時において、当該ギャプ寸法制御膜２２も同
時に除去できることになり、製造工程を簡略化できるよ
うになる。

【００４０】（その他の実施の形態）その他、本発明は
上記した各実施例に限定されるものではなく、次のよう
な変形または拡張が可能である。環状のおもり可動電極
の外側にアンカー部を設けると共に、このアンカー部に
おもり可動電極を梁部を介して支持し、そのおもり可動
電極の内側に感度調整用固定電極及び検出用固定電極を
配置する構成とすることも可能である。この構成によれ
ば、各固定電極の配置のために別途に特別な領域を用意
する必要がなくなり、全体の面積を減少させることがで
きる。梁部の数は各実施例で説明した２本に限らず、例
えば３本以上設けても良く、また、１本で済ませること
も可能である。

【００４１】ＳＯＩ構造とするための絶縁分離膜として
シリコン酸化膜５を設ける構成としたが、支持基板２自
体をガラス基板などの絶縁材料により形成する構成とす
れば、シリコン酸化膜５は不要となる。二次元平面内で
の加速度を検出するために、検出ギャップＧが環状とな
るように構成したが、これ以外の形状の検出ギャップを
備えた半導体加速度センサにも適用できるものであり、
例えば一次元方向の加速度のみを検出するセンサにも適
用できる。さらに、加速度センサに限らず、振動などの
力学量を検出する半導体力学量センサに適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による半導体加速度センサ
の摸式的な縦断面図

【図２】半導体加速度センサの要部での横断面図

【図３】半導体加速度センサの製造工程を摸式的に示す
図その１

【図４】半導体加速度センサの製造工程を摸式的に示す
図その２

【図５】本発明の第２実施例による半導体加速度センサ
の摸式的な縦断面図

【図６】半導体加速度センサの製造工程を摸式的に示す
図その１

【図７】半導体加速度センサの製造工程を摸式的に示す
図その２

【符号の説明】

１、１′は半導体加速度センサ（半導体力学量セン
サ）、２は支持基板、３は梁構造体、３ａは第１の支持
アンカー、４は固定電極、４ａは第２の支持アンカー、
６はアンカー部、７、８は梁部、９はおもり可動電極、
１０、１０′は第１の面状電極、１１、１１′は第２の
面状電極、１２は単結晶シリコン基板（半導体基板）、
１３はシリコン酸化膜（犠牲層用薄膜）、２０は溝部、
２１は導電材料、２２はギャップ寸法制御膜、２３ａ、
２３ｂは電極形成用溝部、Ｇは検出ギャップを示す。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 支持基板と、 この支持基板上に第１の支持アンカーを介して支持さ
   れ、力学量の作用に応じて前記支持基板の表面と平行す
   る方向へ弾性変形可能に設けられた半導体材料製の梁構
   造体と、 この梁構造体の側面に前記支持基板に対し垂直な状態で
   形成された第１の面状電極と、 前記支持基板上に第２の支持アンカーを介して支持され
   た半導体材料製の固定電極と、 この固定電極の側面に前記第１の面状電極と所定の検出
   ギャップを存して面対向するように形成された第２の面
   状電極と、 前記第１の面状電極及び第２の面状電極間の接触に基づ
   いて前記印加力学量が所定レベルを越えた状態を検出す
   る検出手段とを備えた半導体力学量センサを製造する際
   に、 前記梁構造体及び固定電極の材料となる半導体基板を、
   前記支持基板に対して前記第１及び第２の支持アンカー
   並びにこれら支持アンカーの周囲に位置された犠牲層用
   薄膜などを介して貼り合わせた状態とした上で、 前記半導体基板をエッチングすることによって前記梁構
   造体及び固定電極を形成する基板エッチング工程と、前
   記犠牲層用薄膜をウエットエッチングにより除去するこ
   とによって前記第１及び第２の支持アンカーによりそれ
   ぞれ支持された状態の前記梁構造体及び固定電極を形成
   する整形工程とを順次実行するようにした製造方法にお
   いて、 前記半導体基板における前記梁構造体及び固定電極間の
   前記検出ギャップ相当位置に、当該検出ギャップの寸法
   より幅広な溝部を予め形成しておき、 前記溝部内に導電材料を埋め込んだ後に当該導電材料を
   エッチングすることによって、前記検出ギャップを挟ん
   で面対向する第１の面状電極及び第２の面状電極を形成
   する電極形成工程を実行することを特徴とする半導体力
   学量センサの製造方法。
2. 【請求項２】 前記溝部の縦断面形状をその開口部に向
   かうに従って拡開したテーパ状に形成することを特徴と
   する請求項１記載の半導体力学量センサの製造方法。
3. 【請求項３】 前記梁構造体は、前記支持基板上に前記
   第１の支持アンカーを介して支持されたアンカー部と、
   一端側が前記アンカー部と一体に連結されて前記支持基
   板の表面と平行する方向へ弾性変形可能に設けられた梁
   部と、この梁部の自由端側に一体に連結され側面に前記
   第１の面状電極が形成されるおもり可動電極とを備えた
   構成とされたものであることを特徴とする請求項１また
   は２記載の半導体力学量センサの製造方法。
4. 【請求項４】 前記第１の面状電極及び第２の面状電極
   は環状に形成されることを特徴とする請求項１ないし３
   のいずれかに記載の半導体力学量センサの製造方法。
5. 【請求項５】 支持基板と、 この支持基板上に第１の支持アンカーを介して支持さ
   れ、力学量の作用に応じて前記支持基板の表面と平行す
   る方向へ弾性変形可能に設けられた半導体材料製の梁構
   造体と、 この梁構造体の側面に前記支持基板に対し垂直な状態で
   形成された第１の面状電極と、 前記支持基板上に第２の支持アンカーを介して支持され
   た半導体材料製の固定電極と、 この固定電極の側面に前記第１の面状電極と所定の検出
   ギャップを存して面対向するように形成された第２の面
   状電極と、 前記第１の面状電極及び第２の面状電極間の接触に基づ
   いて前記印加力学量が所定レベルを越えた状態を検出す
   る検出手段とを備えた半導体力学量センサを製造する際
   に、 前記梁構造体及び固定電極の材料となる半導体基板を、
   前記支持基板に対して前記第１及び第２の支持アンカー
   並びにこれら支持アンカーの周囲に位置された犠牲層用
   薄膜などを介して貼り合わせた状態とした上で、 前記半導体基板をエッチングすることによって前記梁構
   造体及び固定電極を形成する基板エッチング工程と、前
   記犠牲層用薄膜をウエットエッチングにより除去するこ
   とによって前記第１及び第２の支持アンカーによりそれ
   ぞれ支持された状態の前記梁構造体及び固定電極を形成
   する整形工程とを順次実行するようにした製造方法にお
   いて、 前記半導体基板における前記検出ギャップの形成予定箇
   所に、当該検出ギャップに対応した形状のギャップ寸法
   制御膜並びにこのギャップ寸法制御膜の両側に位置した
   一対の電極形成用溝部を予め形成しておき、 前記電極形成用溝部内に導電材料を埋め込んだ後に前記
   ギャップ寸法制御膜をエッチングにより除去することに
   よって、前記検出ギャップを挟んで面対向する第１の面
   状電極及び第２の面状電極を形成する電極形成工程を実
   行することを特徴とする半導体力学量センサの製造方
   法。
6. 【請求項６】 前記ギャップ寸法制御膜を、前記犠牲層
   用薄膜と同一の材料によって形成したことを特徴とする
   請求項５記載の半導体力学量センサの製造方法。
7. 【請求項７】 前記梁構造体は、前記支持基板上に前記
   第１の支持アンカーを介して支持されたアンカー部と、
   一端側が前記アンカー部と一体に連結されて前記支持基
   板の表面と平行する方向へ弾性変形可能に設けられた梁
   部と、この梁部の自由端側に一体に連結され側面に前記
   第１の面状電極が形成されるおもり可動電極とを備えた
   構成とされたものであることを特徴とする請求項５また
   は６記載の半導体力学量センサの製造方法。
8. 【請求項８】 前記第１の面状電極及び第２の面状電極
   は環状に形成されることを特徴とする請求項５ないし７
   のいずれかに記載の半導体力学量センサの製造方法。