JP3512026B2

JP3512026B2 - 半導体力学量センサとその製造方法

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Publication number: JP3512026B2
Application number: JP2001256770A
Authority: JP
Inventors: 山本　　敏雅; 青　　建一; 竹内　　幸裕
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-08-27
Filing date: 2001-08-27
Publication date: 2004-03-29
Anticipated expiration: 2016-02-05
Also published as: JP2002148278A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、梁構造の可動部
を有する半導体力学量センサに係り、例えば、加速度、
ヨーレート、振動等の力学量を検出するための半導体力
学量センサとその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、加速度センサ等の力学量センサ
の基本原理は、たわみ梁と呼ばれる梁を用いて梁に連結
した質量部（マス部）に力学量が作用した際の変位また
は力を測定することである。

【０００３】近年、自動車のサスペンション制御、エア
バッグ用等に用いられる加速度センサ等の力学量センサ
の小型化、低価格化の要望が高まっている。このため、
特公平６−４４００８号公報にて、電極を有する梁構造
体としてポリシリコンを用いた差動容量式半導体加速度
センサが示されている。この種のセンサを図３４、３
５、３６を用いて説明する。図３４にセンサの平面図を
示すとともに、図３５に図３４におけるＸＸＸＶ−ＸＸ
ＸＶ断面図を、図３６に図３４におけるＸＸＸＶＩ−Ｘ
ＸＸＶＩ断面図を示す。

【０００４】シリコン基板１３０の上において、アンカ
ー部１３１から梁１３２が延び、この梁１３２にマス１
３３が支持され、さらに、マス１３３から可動電極１３
４が突設されている。一方、シリコン基板１３０の上に
は１つの可動電極１３４に対し２つの固定電極１３５
ａ，１３５ｂが対向するように配置されている。この可
動電極１３４と固定電極１３５ａ，１３５ｂとにより静
電容量を形成し、サーボ動作を行う。アンカー部１３１
と梁１３２とマス１３３と可動電極１３４とはポリシリ
コンで形成されており、又、マス１３３と可動電極１３
４とはシリコン基板１３０より所定の間隔を隔てて配置
されている。さらに、固定電極１３５ａ，１３５ｂは端
部のアンカー部１３６において基板１３０に固定されて
いる。これらは、シリコン基板１３０上に表面マイクロ
マシニング技術を用いて形成したものである。

【０００５】検出原理を図３５を用いて説明する。可動
電極１３４は両側の固定電極１３５ａと１３５ｂの中心
にあり、可動電極１３４と固定電極１３５ａ，１３５ｂ
間の静電容量Ｃ１，Ｃ２は等しい。又、可動電極１３４
と固定電極１３５ａ，１３５ｂ間には電圧Ｖ１，Ｖ２が
印加されており、加速度が生じていないときにはＶ１＝
Ｖ２であり、可動電極１３４は固定電極１３５ａと１３
５ｂから等しい静電気力で引かれている。ここで、加速
度が基板表面に平行な方向に作用し、可動電極１３４が
変位すると可動電極１３４と固定電極１３５ａ，１３５
ｂとの間の距離が変わり静電容量Ｃ１，Ｃ２が等しくな
くなる。このときに静電容量が等しくなるように、例え
ば可動電極１３４が固定電極１３５ａ側に変位したとす
ると、電圧Ｖ１が下がり、電圧Ｖ２が上がる。これによ
り静電気力で固定電極１３５ｂ側に可動電極１３４は引
かれる。可動電極１３４が中心位置となり静電容量Ｃ
１，Ｃ２が等しくなれば、加速度と静電気力が等しく釣
り合っており、このときの電圧Ｖ１，Ｖ２から加速度の
大きさを求めることができる。

【０００６】製造は、図３７，３８に示す工程にて行
う。図３７に示すように、シリコン基板１３７上に犠牲
層（シリコン酸化膜）１３８を堆積するとともに所定領
域に開口部１３９を設ける。そして、この開口部１３９
を含む犠牲層１３８の上にポリシリコン薄膜１４０を堆
積するとともにポリシリコン薄膜１４０を所定の形状に
パターニングする。さらに、図３８に示すように、犠牲
層１３８をエッチング除去してエアギャップ１４１を形
成しポリシリコン薄膜１４０よりなる梁構造体とする。

【０００７】ここで、特公平６−４４００８号公報に示
された加速度センサにおいては、この梁構造体に用いる
材料として多結晶シリコン薄膜を用いている。しかしな
がら、このような多結晶シリコンについては、その機械
的物性値が未知であり、単結晶シリコンに比べ機械的信
頼性に欠けるという問題がある。又、単結晶シリコン基
板上のシリコン酸化膜上に多結晶シリコンを形成する際
に発生する内部応力や応力分布による梁構造体の反りの
問題が存在する。これらの問題により梁構造体の作成が
困難になったりセンサのバネ定数が変化してしまうとい
った問題が発生している。

【０００８】これに対して、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ
ｏｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いて梁構造体とし
て単結晶シリコンを用い、これにより機械的信頼性を向
上させることができる。この種のセンサを図３９，４
０，４１を用いて説明する。図３９にセンサの平面図を
示すとともに、図４０に図３９におけるＸＸＸＸ−ＸＸ
ＸＸ断面図を、図４１に図３９におけるＸＸＸＸＩ−Ｘ
ＸＸＸＩ断面図を示す。

【０００９】この加速度センサは可撓性ビーム１４５に
よって固定支持体１４６に振動質量体１４７が接合さ
れ、振動質量体１４７が移動することができる。振動質
量体１４７はリンをドーピングした単結晶シリコンより
なる。固定支持体１４６は基板１４８の上において電気
的に絶縁された状態で固着されている。振動質量体１４
７は、互いに平行な方向に延びる可動電極１４９を備え
ている。これら部材１４５，１４６，１４７，１４９に
より梁構造体１５０が構成されている。又、可動電極１
４９に対向して固定電極１５１，１５２が配置され、可
動電極１４９と固定電極１５１，１５２との間に静電容
量を形成している。そして、前記ビーム１４５が基板１
４８の表面に平行な方向（図３９中のＹ軸方向）に変位
すると可動電極１４９が変位し、これにより静電容量が
変化する。

【００１０】次に、この加速度センサの製造方法を、図
４２〜図４６を用いて説明する。まず、図４２に示すよ
うに、基板１４８上にＳＩＭＯＸ層を形成するために、
酸素イオン（Ｏ⁺またはＯ₂ ⁺）を単結晶シリコン基板１
４８に対し１００ｋｅＶ〜１０００ｋｅＶで１０¹⁶〜１
０¹⁸ｄｏｓｅ／ｃｍ²注入し、１１５０℃〜１４００℃
で熱処理する。これによりシリコン酸化膜層１５３の厚
さが４００ｎｍ程度、表面シリコン層１５４の厚さが１
５０ｎｍ程度のＳＯＩ基板が形成される。その後、図４
３に示すように、フォトリソグラフィを経てシリコン層
１５４及びシリコン酸化膜層１５３の一部をエッチング
する。さらに、図４４に示すように、エピタキシャル成
長により単結晶シリコン層１５５を１μｍ〜１００μｍ
（通常１０〜２０μｍ）を成膜する。次いで、図４５に
示すように、測定回路との接続のための金属からなる電
極１５６を成膜した後、フォトリソグラフィを経て所定
の電極形状にする。さらに、図４６に示すように、シリ
コン層１５５に対し反応性気相ドライエッチング等を行
い固定電極１５１，１５２、可動電極１４９等を形成す
る。最後に、ＨＦ等による液相エッチングより酸化膜層
１５３をエッチング除去して梁構造体を可動とする。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このエ
ッチング工程において、梁構造体である可動電極１４９
等と基板１４８との間にエッチング液が残り、両者が固
着してしまうという問題がある。

【００１２】そこで、この発明の目的は、基板の上に梁
構造体を形成した半導体力学量センサにおいて、梁構造
体形成時に、梁構造体と基板とが固着するのを防止する
ことがきでる半導体力学量センサを提供することにあ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、基板と、半導体材料よりなり、基板の上面において
所定間隔を隔てた位置に配置され、力学量により変位す
る作用力を受ける梁構造体と、基板の上面に固定され、
梁構造体の少なくともその一部に対向して配置された固
定電極とを備えた半導体力学量センサであって、前記基
板の上面部であって、前記梁構造体の下部に相当する部
分に、前記梁構造体と電気的に接続された下部電極を配
置し、前記下部電極における前記梁構造体側表面に突起
を形成したことを特徴としている。

【００１４】このように、梁構造体の下部に突起を形成
したことにより、梁構造体の形成時に梁構造体と基板と
の付着面積が小さくなり、両者間の固着を防止すること
ができる。

【００１５】請求項２に記載の発明は、梁構造体は、単
結晶シリコンよりなることを特徴としている。このよう
に梁構造体の材料としてヤング率との物性値が既知で脆
性材料である単結晶シリコンを用いることにより、梁構
造体の信頼性を高くすることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態)以下、この
発明の第１の実施の形態を図面を用いて説明する。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力
学量センサに適用している。

【００１７】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におけるＩＩ−ＩＩ断
面図、図３は図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ断面図、図４
は図１におけるＩＶ−ＩＶ断面図、図５は図１における
Ｖ−Ｖ断面図である。

【００１８】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）よりなる梁構造体
２が配置されている。梁構造体２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，３ｂ，３ｃ，
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との間に梁部４が架設されるとともに、ア
ンカー部３ｃとアンカー部３ｄとの間に梁部５が架設さ
れている。梁部４と梁部５との間において長方形状をな
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、この透孔６ａによ
り犠牲層エッチングの際のエッチング液が進入し易くな
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，７ｂ，７ｃ，
７ｄは棒状をなし、等間隔をおいて平行に延びている。
又、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，８ｂ，８ｃ，８ｄは棒
状をなし、等間隔をおいて平行に延びている。ここで、
梁部４，５、質量部６、可動電極７ａ〜７ｄ，８ａ〜８
ｄは犠牲層酸化膜３７の一部をエッチング除去すること
により可動となっている。このエッチング領域を図１に
おいてＺ１にて示す。

【００１９】このように、梁構造体２は２つの櫛歯状の
可動電極を有している。前記基板１の上面には４つの第
１の固定電極９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄが固定され、この
固定電極９ａ〜９ｄは単結晶シリコンよりなる。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２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。又、基板１の上面
には４つの第２の固定電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１
１ｄが固定され、この固定電極１１ａ〜１１ｄは単結晶
シリコンよりなる。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，１２
ｃ，１２ｄにより支持されており、梁構造体２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。

【００２０】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、この固定
電極１３ａ〜１３ｄおよび１５ａ〜１５ｄは単結晶シリ
コンよりなる。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２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。又、第２の固定
電極１５ａ〜１５ｄはアンカー部１６ａ，１６ｂ，１６
ｃ，１６ｄにより支持され、かつ、梁構造体２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。

【００２１】前記基板１は、図２に示すように、シリコ
ン基板（半導体基板）１７の上に、下層側絶縁体薄膜１
８と導電性薄膜１９と上層側絶縁体薄膜２０とを積層し
た構成となっている。つまり、シリコン基板１７の上面
部に、下層側絶縁体薄膜１８と導電性薄膜１９と上層側
絶縁体薄膜２０との積層体２１を配置した構造となって
おり、導電性薄膜１９が絶縁体薄膜１８，２０の内部に
埋め込まれた構成となっている。下層側絶縁体薄膜１８
はシリコン酸化膜よりなり、上層側絶縁体薄膜２０はシ
リコン窒化膜よりなり、ＣＶＤ法等により形成されたも
のである。又、導電性薄膜１９はリン等の不純物をドー
ピングしたポリシリコン薄膜よりなる。

【００２２】導電性薄膜１９により、図１に示す４つの
配線パターン２２，２３，２４，２５が形成されるとと
もに、下部電極（静電気力相殺用固定電極）２６が形成
されている。配線パターン２２は第１の固定電極９ａ，
９ｂ，９ｃ，９ｄの配線であり、図１に示すように帯状
をなし、かつ、Ｌ字状に延設されている。配線パターン
２３は第２の固定電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ
の配線パターンであり、図１に示すように帯状をなし、
かつ、Ｌ字状に延設されている。同様に、配線パターン
２４は第１の固定電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ
の配線であり、配線パターン２５は第２の固定電極１５
ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄの配線であり、図１に示す
ように帯状をなし、かつ、Ｌ字状に延設されている。下
部電極２６は基板１の上面部における梁構造体２と対向
する領域に形成されている。

【００２３】そして、梁構造体２の可動電極（棒状部）
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、又、梁構造体２の可動電極（棒状部）７
ａ〜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２の可動
電極（棒状部）８ａ〜８ｄと第１の固定電極１３ａ〜１
３ｄとの間に第１のコンデンサが、又、梁構造体２の可
動電極（棒状部）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】又、基板１の上面には、単結晶シリコンよ
りなる電極取出部２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄが形
成され、電極取出部２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄは
基板１から突出するアンカー部２８ａ，２８ｂ，２８
ｃ，２８ｄにより支持されている。

【００２５】図３に示すように、上層側絶縁体薄膜２０
には開口部２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄおよび３０
が形成され、開口部２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄ内
に前述のアンカー部（不純物ドープトポリシリコン）１
０ａ〜１０ｄが配置されている。又、開口部３０内には
アンカー部（不純物ドープトポリシリコン）２８ａが配
置されている。よって、開口部２９ａ〜２９ｄおよびア
ンカー部（不純物ドープトポリシリコン）１０ａ〜１０
ｄを通して配線パターン２２と第１の固定電極９ａ〜９
ｄが電気的に接続されるとともに、開口部３０およびア
ンカー部（不純物ドープトポリシリコン）２８ａを通し
て配線パターン２２と電極取出部２７ａが電気的に接続
されている。

【００２６】図４に示すように、上層側絶縁体薄膜２０
には開口部３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ、３２が形
成されている。開口部３１ａ〜３１ｄ内には前述のアン
カー部（不純物ドープトポリシリコン）１２ａ〜１２ｄ
が、又、開口部３２内に前述のアンカー部２８ｃが配置
されている。よって、開口部３１ａ〜３１ｄおよびアン
カー部（不純物ドープトポリシリコン）１２ａ〜１２ｄ
を通して配線パターン２３と第２の固定電極１１ａ〜１
１ｄが電気的に接続されるとともに、開口部３２および
アンカー部（不純物ドープトポリシリコン）２８ｃを通
して配線パターン２３と電極取出部２７ｃが電気的に接
続されている。

【００２７】同様に、上層側絶縁体薄膜２０における開
口部（図示略）および前記第１の固定電極のアンカー部
１４ａ〜１４ｄを通して第１の固定電極の配線パターン
２４と第１の固定電極１３ａ〜１３ｄが電気的に接続さ
れるとともに、アンカー部２８ｂを通して配線パターン
２４と電極取出部２７ｂが電気的に接続されている。
又、上層側絶縁体薄膜２０における開口部（図示略）お
よび前記第２の固定電極のアンカー部１６ａ〜１６ｄを
通して第２の固定電極の配線パターン２５と第２の固定
電極１５ａ〜１５ｄが電気的に接続されるとともに、ア
ンカー部２８ｄを通して配線パターン２５と電極取出部
２７ｄが電気的に接続されている。

【００２８】又、図２に示すように、上層側絶縁体薄膜
２０には開口部３３が形成され、開口部３３内に前述の
アンカー部（不純物ドープトポリシリコン）３ａ〜３ｄ
が配置されている。よって、梁構造体のアンカー部３ａ
〜３ｄを通して下部電極２６と梁構造体２とが電気的に
接続されている。

【００２９】このように、基板１は、ポリシリコンより
なる配線パターン２２〜２５および下部電極２６をＳＯ
Ｉ層の下に埋め込んだ構成となっており、この構造は、
表面マイクロマシニング技術を用いて形成したものであ
る。

【００３０】一方、図１，２に示すように、シリコン基
板（半導体基板）１７のアンカー部３ａの上方にはアル
ミ薄膜よりなる電極（ボンディングパッド）３４が設け
られている。又、図１，３，４に示すように、電極取出
部２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄの上面にはアルミ薄
膜よりなる電極（ボンディングパッド）３５ａ，３５
ｂ，３５ｃ，３５ｄがそれぞれ設けられている。尚、電
極取出部２７ａ〜２７ｄの上面には層間絶縁膜３８及び
シリコン窒化膜３６が形成されている。この膜３８，３
６は、図１においてＺ１以外の領域に形成されている。

【００３１】そして、梁構造体２の可動電極７ａ〜７ｄ
と第１の固定電極９ａ〜９ｄとの間に形成された第１の
コンデンサの容量（および可動電極８ａ〜８ｄと第１の
固定電極１３ａ〜１３ｄとの間に形成される第１のコン
デンサの容量）、および、梁構造体２の可動電極７ａ〜
７ｄと第２の固定電極１１ａ〜１１ｄとの間に形成され
た第２のコンデンサの容量（および可動電極８ａ〜８ｄ
と第２の固定電極１５ａ〜１５ｄとの間に形成される第
２のコンデンサの容量）に基づいて梁構造体２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。

【００３２】又、梁構造体２と下部電極２６とを等電位
にすることにより梁構造体２と基板１との間に生じる静
電気力を相殺する。つまり、下部電極２６はアンカー部
３ａ〜３ｄを通して梁部４，５および質量部６と結合さ
れているため電気的に等電位であり、梁部４，５および
質量部６が静電気力により基板１に付着することが防止
できる。即ち、梁構造体２はシリコン基板１７に対して
絶縁されているため、梁構造体２とシリコン基板１７間
のわずかな電位差によっても梁構造体２が基板１７側に
付着しようとするが、それを防止することができる。

【００３３】以上のように絶縁体分離された配線パター
ン２２〜２５と下部電極２６を用いることで、アルミ電
極（ボンディングパッド）３４，３５ａ〜３５ｄを基板
表面から取り出すことができ、加速度センサの製造プロ
セスを容易にすることが可能となる。

【００３４】次に、この加速度センサの検出原理を図１
を用いて説明する。可動電極７ａ〜７ｄ（８ａ〜８ｄ）
は両側の固定電極９ａ〜９ｄ（１３ａ〜１３ｄ）と１１
ａ〜１１ｄ（１５ａ〜１５ｄ）の中心に位置し、可動電
極と固定電極間の静電容量Ｃ１，Ｃ２は等しい。又、可
動電極７ａ〜７ｄ（８ａ〜８ｄ）と固定電極９ａ〜９ｄ
（１３ａ〜１３ｄ）間には電圧Ｖ１が、可動電極７ａ〜
７ｄ（８ａ〜８ｄ）と固定電極１１ａ〜１１ｄ（１５ａ
〜１５ｄ）間には電圧Ｖ２が印加されている。そして、
加速度が生じていないときにはＶ１＝Ｖ２であり、可動
電極７ａ〜７ｄ（８ａ〜８ｄ）は固定電極９ａ〜９ｄ
（１３ａ〜１３ｄ）と１１ａ〜１１ｄ（１５ａ〜１５
ｄ）から等しい静電気力で引かれている。ここで、加速
度が基板表面に平行な方向に作用し、可動電極７ａ〜７
ｄ（８ａ〜８ｄ）が変位すると可動電極と固定電極との
間の距離が変わり静電容量Ｃ１，Ｃ２が等しくなくな
る。このときに静電気力が等しくなるように、例えば可
動電極７ａ〜７ｄ（８ａ〜８ｄ）が固定電極９ａ〜９ｄ
（１３ａ〜１３ｄ）側に変位したとすると、電圧Ｖ１が
下がり、電圧Ｖ２が上がる。これにより静電気力で固定
電極１１ａ〜１１ｄ（１５ａ〜１５ｄ）側に可動電極７
ａ〜７ｄ（８ａ〜８ｄ）は引かれる。可動電極７ａ〜７
ｄ（８ａ〜８ｄ）が中心位置に戻り静電容量Ｃ１，Ｃ２
が等しくなれば、加速度と静電気力が等しく釣り合って
おり、このときの電圧Ｖ１，Ｖ２から加速度の大きさを
求めることができる。

【００３５】このように、第１のコンデンサと第２のコ
ンデンサにおいて、力学量の作用による変位に対して、
可動電極が変位しないように第１と第２のコンデンサを
形成している固定電極の電圧を制御し、その電圧の変化
で加速度を検出する。

【００３６】次に、この加速度センサの製造工程を図６
〜１６を用いて説明する。尚、図６〜１６は、図１にお
けるＡ−Ａ断面での製造工程を示す概略断面図である。
まず、図６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４０を用意し、シリコン基板４０に犠
牲層用薄膜としてのシリコン酸化膜４１を熱酸化、ＣＶ
Ｄ法等により成膜する。そして、図７に示すように、シ
リコン酸化膜４１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４２を形成する。さらに、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
ストッパとなるシリコン窒化膜（第１の絶縁体薄膜）４
３を成膜する。その後、シリコン酸化膜４１とシリコン
窒化膜４３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等によりアンカー部形成領域に開口
部４４ａ，４４ｂ，４４ｃを形成する。この開口部４４
ａ〜４４ｃは、梁構造体と基板（下部電極）とを接続す
るため、および、固定電極（及び電極取出部）と配線パ
ターンとを接続するためのものである。

【００３７】引き続き、図８に示すように、開口部４４
ａ〜４４ｃを含むシリコン窒化膜４３上に導電性薄膜と
なるポリシリコン薄膜４５を成膜し、その後、リン拡散
等により不純物を導入し、フォトリソグラフィを経てシ
リコン窒化膜４３上の所定領域に配線パターン４５ａと
下部電極４５ｂとアンカー部４５ｃを形成する。さら
に、図９に示すように、ポリシリコン薄膜（４５）の上
を含むシリコン窒化膜４３上に第２の絶縁体薄膜として
のシリコン酸化膜４６をＣＶＤ法等により成膜する。

【００３８】さらに、図１０に示すように、シリコン酸
化膜４６の上に貼合用薄膜としてのポリシリコン薄膜４
７を成膜し、ポリシリコン薄膜４７に対し貼り合わせの
ために表面を機械的研磨等により平坦化する。

【００３９】そして、図１１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）４８を
用意し、ポリシリコン薄膜４７の表面と第２の半導体基
板としてのシリコン基板４８とを貼り合わせる。

【００４０】さらに、図１２に示すように、シリコン基
板４０，４８を表裏逆にして、シリコン基板４０側を機
械的研磨等を行い所望の厚さ（例えば１〜２μｍ）まで
薄膜化する。その後、シリコン基板４０に対しフォトリ
ソ技術を用いてトレンチエッチングにより一定の幅で溝
を掘り、さらにその後に、梁構造体を形成するための溝
パターン４９を形成する。このように、シリコン基板４
０における不要領域（４９）を除去して所望の形状にす
る。又、ここで、シリコン基板４０に対し後に静電容量
を検出するための電極とするためにリン拡散等により不
純物を導入する。

【００４１】この工程（シリコン基板４０における不要
領域を除去して所望の形状にする工程）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シリコン基板
４０が薄い（例えば１〜２μｍ）ものであるので、シリ
コン基板４０の下でのシリコン酸化膜４１の開口部（図
７の４４ａ〜４４ｃ）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。

【００４２】この後、図１３に示すように、シリコン酸
化膜５０をＣＶＤ法等により成膜し、ドライエッチング
等によりエッチバックを行い基板表面を平坦化する。さ
らに、図１４に示すように、層間絶縁膜５１を成膜し、
フォトリソグラフィを経てドライエッチング等によりコ
ンタクトホール５２を形成する。そして、層間絶縁膜５
１の上の所定領域にシリコン窒化膜７６を形成する。

【００４３】さらに、図１５に示すように、アルミ電極
５３を成膜・フォトリソグラフィを経て形成し、その
後、パッシベーション膜５４を成膜・フォトリソグラフ
ィを経て形成する。

【００４４】最後に、図１６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４１，５０をエッチン
グ除去し、可動電極部５５等を有する梁構造体５６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４１を除去してシ
リコン基板４０を可動構造とする。この際、エッチング
後の乾燥の過程で可動部が基板に固着するのを防止する
ため、バラジクロルベンゼン等の昇華剤を用いる。

【００４５】この工程（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４１を除去し
てシリコン基板４０を可動構造とする工程）において、
可動部におけるアンカー部４５ｃは導電性薄膜（ポリシ
リコン）よりなり、アンカー部４５ｃにおいてエッチン
グが停止し、バラツキが無くなる。即ち、犠牲層用薄膜
としてシリコン酸化膜を用い、導電性薄膜としてポリシ
リコン薄膜を用い、ＨＦ系エッチング液を用いた本例に
おいては、シリコン酸化膜はＨＦにて溶けるがポリシリ
コン薄膜は溶けないので、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なる時
間管理にて行う必要はなく製造が容易となる。

【００４６】即ち、犠牲層エッチングに際しては、図４
２に示すＳＯＩ基板を用いた場合においては梁の長さが
エッチング時間によって変化してしまうが、本実施の形
態ではエッチング時間に関係なくアンカー部までエッチ
ングしたところで選択的にエッチングが終了するため、
梁の長さは常に一定となる。

【００４７】このようにアンカー部を形成することがで
きることから梁構造体をリリースする際の犠牲層エッチ
ング工程で時間制御による終点制御を行う必要がなくバ
ネ定数等の制御を容易にすることが可能となる。

【００４８】又、この犠牲層エッチング工程において、
図７の凹部４２により図１６に示す突起５７が形成され
ているので、梁構造体がリリースされた後におけるエッ
チング液の置換工程において液可動部と基板との間に純
水等のリンス液（置換液）の液滴が残るがこの液滴の付
着面積を減らして液滴による表面張力を小さくしてリン
ス液の蒸発の際に可動部が基板に固着するのが防止され
る。

【００４９】このようにして、埋め込みＳＯＩ基板を用
い、配線パターン４５ａおよび下部電極４５ｂを絶縁体
分離により形成して、サーボ制御式加速度センサを形成
することができる。

【００５０】このように本実施の形態においては、下記
（ロ）〜（ヘ）の特徴を有する。

【００５１】（イ）梁構造体２は、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、加速度（力学量）
により変位する作用力を受ける。又、固定電極９ａ〜９
ｄ，１１ａ〜１１ｄ，１３ａ〜１３ｄ，１５ａ〜１５ｄ
は、基板１の上面に固定され、かつ、梁構造体２の一部
である可動電極７ａ〜７ｄ，８ａ〜８ｄに対向して配置
される。この種のセンサにおいて、基板１の上面部に、
図２に示す下層側絶縁体薄膜１８と導電性薄膜１９と上
層側絶縁体薄膜２０との積層体２１を配置し、導電性薄
膜１９により配線２２〜２５と電極２６を形成し、この
配線２２〜２５と電極２６を、上層側絶縁体薄膜２０に
形成した開口部２９ａ〜２９ｄ，３１ａ〜３１ｄ，３
０，３２，３３を通して基板１の上に配置した固定電極
９ａ〜９ｄ，１１ａ〜１１ｄ，１３ａ〜１３ｄ，１５ａ
〜１５ｄ，梁構造体２，電極取出部２７ａ〜２７ｄ（電
気接続部材）に対し電気的に接続した。このように、基
板１の上面部に絶縁膜を配置し、その中に薄膜の配線ま
たは電極を埋設して、基板側の配線または電極として埋
め込みの薄膜（ポリシリコン層）を用いたＳＯＩ基板
（埋め込みＳＯＩ基板) としている。この構造を用いる
ことで、絶縁体分離による配線または電極を形成でき、
図４８に示す不純物拡散層１６１を用いた場合（ｐｎ接
合分離による場合）に比べ、接合リークの低減を図るこ
とができる。特に、高温域における接合リークの低減を
図ることができる。

【００５２】（ロ）特に、基板１の上面部に、下層側絶
縁体薄膜１８と導電性薄膜１９と上層側絶縁体薄膜２０
との積層体２１を配置し、導電性薄膜１９により第１の
固定電極の配線パターン２２，２４と第２の固定電極の
配線パターン２３，２５を形成し、上層側絶縁体薄膜２
０における開口部２９ａ〜２９ｄ，３１ａ〜３１ｄおよ
び固定電極のアンカー部を通して第１，第２の固定電極
用配線パターン２２〜２５と第１，第２の固定電極９ａ
〜９ｄ，１１ａ〜１１ｄ，１３ａ〜１３ｄ，１５ａ〜１
５ｄを電気的に接続した。このように、基板１の上面部
に絶縁膜を配置し、その中に薄膜の配線パターン２２〜
２５を埋設し、この配線パターン２２〜２５を用いて第
１の固定電極用通電ラインと第２の固定電極用通電ライ
ンを交差させることができる。

【００５３】このように、基板側の配線として埋め込み
の薄膜（ポリシリコン層）を用いたＳＯＩ基板（埋め込
みＳＯＩ基板) を用いることで、絶縁体分離による配線
を形成できる。よって、絶縁体薄膜で分離された導電性
薄膜を形成でき、図４８に示す不純物拡散層１６１を用
いた場合（ｐｎ接合分離による場合）に比べ、接合リー
クの低減を図ることができる。特に、高温域における接
合リークの低減を図ることができる。

【００５４】さらに、基板１の上面部に、下層側絶縁体
薄膜１８と導電性薄膜１９と上層側絶縁体薄膜２０との
積層体２１を配置し、導電性薄膜１９により第１の固定
電極の配線パターン２２，２４と第２の固定電極の配線
パターン２３，２５を形成するとともに導電性薄膜１９
による下部電極（静電気力相殺用固定電極）２６を形成
し、上層側絶縁体薄膜２０における開口部２９ａ〜２９
ｄ，３１ａ〜３１ｄおよび第１，第２の固定電極のアン
カー部１０ａ〜１０ｄ，１２ａ〜１２ｄを通して第１，
第２の固定電極の配線パターン２２〜２５と第１，第２
の固定電極９ａ〜９ｄ，１１ａ〜１１ｄ，１３ａ〜１３
ｄ，１５ａ〜１５ｄを電気的に接続し、さらに、上層側
絶縁体薄膜２０における開口部３３および梁構造体のア
ンカー部３ａ〜３ｄを通して下部電極２６と梁構造体２
とを電気的に接続した。このように、基板１の上面部に
絶縁膜を配置し、その中に薄膜の配線パターン２２〜２
５および下部電極２６を埋設し、この配線パターンを用
いて第１の固定電極用通電ラインと第２の固定電極用通
電ラインを交差させることができるとともに、梁構造体
（可動部）と下部電極とを等電位にして梁構造体（可動
部）と基板との間に生じる静電気力を相殺することがで
き、梁構造体（可動部）と基板間のわずかな電位差によ
る梁構造体（可動部）の基板への付着を防止することが
できる。

【００５５】（ニ）梁構造体２の材料としてヤング率等
の物性値が既知で脆性材料である単結晶シリコンを用い
ているため梁構造体の信頼性を高くすることができる。

【００５６】（ホ）導電性薄膜１９としてポリシリコン
薄膜を用いて絶縁体薄膜で周囲を分離することにより、
ｐｎ接合分離の場合のような高温域でのリーク電流等の
影響をより小さくすることができる。

【００５７】（ヘ）サーボ機構（サーボ制御）を採用し
たので、加速度の作用による梁構造体の変位を最小限に
抑えることができ、従って、センサの信頼性を高めるこ
とができる。

【００５８】本実施の形態の応用例としては、上述した
例では導電性薄膜１９により第１の固定電極の配線パタ
ーン２２，２４と第２の固定電極の配線パターン２３，
２５とを形成したが、いずれか一方のみを導電性薄膜１
９により形成し、他方はアルミ配線にて電気的に接続し
たり櫛歯状電極として電気的に接続してもよい。又、上
述した例では固定電極の配線パターンおよび下部電極
を、埋め込み導電性薄膜にて形成したが、下部電極を用
いないセンサに具体化してもよい。

【００５９】（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図面に基
づき説明する。

【００６０】図１７〜２７は本実施の形態に係る半導体
加速度センサの製造におけるプロセスフローを示した断
面図である。まず、図１７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、シリコン基板６０にトレンチエッチングにより一定
の幅で溝を形成し、その後に梁構造体を形成するための
溝パターン６１を形成する。つまり、シリコン基板６０
における所定領域に溝（６１）を形成する。ここで、後
に静電容量を検出するための電極とするためにリン拡散
等により不純物を導入する。その後、図１８に示すよう
に、溝（６１）を含むシリコン基板６０の上に犠牲層用
薄膜としてのシリコン酸化膜６２をＣＶＤ法等により成
膜し、さらに、シリコン酸化膜６２の表面を平坦化す
る。

【００６１】さらに、図１９に示すように、シリコン酸
化膜６２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。これは、犠牲層エッチング
工程において梁構造体がリリースされた後に表面張力等
で基板に付着するのを防ぐべく付着面積を減らすためで
ある。さらに、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なるシリコン窒化膜
（第１の絶縁体薄膜）６４を成膜する。そして、シリコ
ン窒化膜６４とシリコン酸化膜６２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等によりアン
カー部形成領域に開口部６５ａ，６５ｂ，６５ｃを形成
する。この開口部６５ａ〜６５ｃは、梁構造体と基板
（下部電極）とを接続するため、および固定電極（及び
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。

【００６２】引き続き、図２０に示すように、開口部６
５ａ〜６５ｃを含むシリコン窒化膜６４の上にポリシリ
コン薄膜６６を成膜し、その後、リン拡散等により不純
物を導入し、さらに、フォトリソグラフィを経て配線パ
ターン６６ａと下部電極６６ｂとアンカー部６６ｃを形
成する。このように、開口部６５ａ〜６５ｃ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の不純
物ドープトポリシリコン薄膜（６６）を形成する。ポリ
シリコン薄膜の膜厚は１〜２μｍ程度である。

【００６３】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薄膜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〜
２μｍ）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〜６５ｄ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。

【００６４】そして、図２１に示すように、ポリシリコ
ン薄膜（６６）の上を含むシリコン窒化膜６４の上に第
２の絶縁体薄膜としてのシリコン酸化膜６７を成膜す
る。さらに、図２２に示すように、シリコン酸化膜６７
の上に貼合用薄膜としてのポリシリコン薄膜６８を成膜
し、貼り合わせのためにポリシリコン薄膜６８の表面を
機械的研磨等により平坦化する。

【００６５】次に、図２３に示すように、シリコン基板
６０とは別の単結晶シリコン基板（支持基板）６９を用
意し、ポリシリコン薄膜６８の表面と第２の半導体基板
としてのシリコン基板６９とを貼り合わせる。

【００６６】さらに、図２４に示すように、シリコン基
板６０，６９を表裏逆にして、シリコン基板６０側を機
械的研磨等を行い薄膜化する。つまり、シリコン基板６
０を所望の厚さまで研磨する。この際、図１７に示した
ように、トレンチエッチングにより形成した溝深さまで
研磨を行うと、シリコン酸化膜６２の層が出現するため
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。

【００６７】この後、図２５に示すように、層間絶縁膜
７０を成膜し、フォトリソグラフィを経てドライエッチ
ング等によりコンタクトホール７１を形成する。そし
て、層間絶縁膜７０の上の所定領域にシリコン窒化膜７
７を形成する。

【００６８】さらに、図２６に示すように、アルミ電極
７２を成膜・フォトリソグラフィを経て形成し、その
後、パッシベーション膜７３を成膜・フォトリソグラフ
ィを経て形成する。

【００６９】最後に、図２７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７４を有する梁構造体７５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固着するのを防止するため、バラ
ジクロルベンゼン等の昇華剤を用いる。

【００７０】この工程（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を可動構造とする工程）において、
可動部におけるアンカー部６６ｃは導電性薄膜よりな
り、アンカー部６６ｃにおいてエッチングが停止し、バ
ラツキが無くなる。即ち、犠牲層用薄膜としてシリコン
酸化膜を用い、導電性薄膜としてポリシリコン薄膜を用
いた本例において、ＨＦ系エッチング液を用いた場合に
は、シリコン酸化膜はＨＦにて溶けるがポリシリコン薄
膜は溶けないので、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なる時間管理
にて行う必要はなく製造が容易となる。

【００７１】このようにアンカーを形成することができ
ることから梁構造体をリリースする際の犠牲層エッチン
グ工程で時間制御による終点制御を行う必要がなくバネ
定数等の制御を容易にすることが可能となる。

【００７２】このようにして、埋め込み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
成して、サーボ制御式加速度センサを形成することがで
きる。

【００７３】（第３の実施の形態)次に、第３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。

【００７４】図２８には、本実施の形態における半導体
加速度の平面図を示す。図１に示した第１の実施の形態
においては、質量部６は、アンカー部３ａ〜３ｄに対し
て直線的に延びる梁４，５で支持されるような構造とな
っているが、本実施の形態においては、図２８で示すよ
うな折れ曲がった梁構造としている。

【００７５】こうすることで、膜に圧縮応力が残留した
場合において、梁構造体２に用いている膜の残留応力の
影響で梁が座屈することを回避できる。又、膜に引張応
力が残留した場合において、梁のバネ定数が設計値とず
れてしまうことを回避できる。その結果、設計値通りの
センサを形成することができる。

【００７６】（第４の実施の形態)次に、第４の実施の
形態を図面に基づき説明する。

【００７７】本実施の形態においては、励振式のヨーレ
ートセンサに適用しており、より詳しくは梁構造体（可
動構造体）を２つ備え、両梁構造体（可動構造体）を逆
相にて励振させ、差動検出を行うものである。

【００７８】図２９は本実施の形態に係るヨーレートセ
ンサの平面図であり、図３０は図２９におけるＸＸＸ−
ＸＸＸ断面図であり、図３１は図２９におけるＸＸＸＩ
−ＸＸＸＩ断面図であり、図３２は図２９におけるＸＸ
ＸＩＩ−ＸＸＸＩＩ断面図である。

【００７９】図３０において、基板８０の上面には、単
結晶シリコン（単結晶半導体材料）よりなる梁構造体８
１および梁構造体８２（図２９参照）が隣接して配置さ
れている。梁構造体８１は、基板８０側から突出する４
つのアンカー部８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄにより
架設されており、基板８０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８３ａ〜８３ｄ
はポリシリコン薄膜よりなる。アンカー部８３ａとアン
カー部８３ｃとの間に梁部８４が架設されるとともに、
アンカー部８３ｂとアンカー部８３ｄとの間に梁部８５
が架設されている。梁部８４と梁部８５との間において
長方形状をなす質量部（マス部）８６が架設されてい
る。質量部８６には上下に貫通する透孔８６ａが設けら
れている。さらに、質量部８６における一方の側面（図
２９においては左側面）からは多数の励振用可動電極８
７が突出している。この各可動電極８７は棒状をなし、
等間隔をおいて平行に延びている。又、質量部８６にお
ける他方の側面（図２９においては右側面）からは多数
の励振用可動電極８８が突出している。この各可動電極
８８は棒状をなし、等間隔をおいて平行に延びている。
ここで、梁部８４，８５、質量部８６、可動電極８７，
８８は犠牲層酸化膜８９の一部をエッチング除去するこ
とにより可動となっている。このエッチング領域を図２
９においてＺ２にて示す。

【００８０】このように、梁構造体８１は、２つの櫛歯
状の可動電極、即ち、第１の可動電極としての可動電極
８７と第２の可動電極としての可動電極８８とを有して
いる。

【００８１】この梁構造体８１と同様の構成が、梁構造
体８２にも採用されており、同一の符号を付すことによ
りその説明は省略する。前記基板８０の上面には、励振
用固定電極としての櫛歯電極９０，９１，９２が配置さ
れている。櫛歯電極９０は片側に棒状電極部９０ａを有
し、櫛歯電極９１は両側に棒状電極部９１ａ，９１ｂを
有し、櫛歯電極９２は片側に棒状電極部９２ａを有す
る。この各櫛歯電極９０，９１，９２は単結晶シリコン
よりなる。各櫛歯電極９０，９１，９２は基板８０側か
ら突出するアンカー部９３，９４，９５により支持・固
定されている。櫛歯電極９０の棒状電極部９０ａは、梁
構造体８１の各可動電極（棒状部）８７の間に対向・配
置されている。櫛歯電極９１の棒状電極部９１ａは、梁
構造体８１の各可動電極（棒状部）８８の間に対向・配
置されている。櫛歯電極９１の棒状電極部９１ｂは、梁
構造体８２の各可動電極（棒状部）８７の間に対向・配
置されている。櫛歯電極９２の棒状電極部９２ａは、梁
構造体８２の各可動電極（棒状部）８８の間に対向・配
置されている。

【００８２】本実施の形態では、櫛歯電極９０が第１の
励振用固定電極を構成し、櫛歯電極９１が第２の励振用
固定電極を構成している。又、図２９に示すように、基
板８０の上面部において梁構造体８１の一部（主に質量
部８６）と対向する領域には、力学量検出用固定電極と
しての下部電極（ヨーレート検出用固定電極）１０１が
配置されている。同様に、基板８０の上面部において梁
構造体８２の一部（主に質量部８６）と対向する領域に
は、力学量検出用固定電極としての下部電極（ヨーレー
ト検出用固定電極）１０２が配置されている。梁構造体
８１と下部電極１０１との間に第１のコンデンサが、
又、梁構造体８２と下部電極１０２との間に第２のコン
デンサが形成される。

【００８３】そして、梁構造体８１の可動電極８７と櫛
歯電極９０との間、および、梁構造体８１の可動電極８
８と櫛歯電極９１との間に逆相の静電気力を加えること
により梁構造体８１を強制振動（励振）させることがで
きる。又、梁構造体８２の可動電極８７と櫛歯電極９１
との間、および、梁構造体８２の可動電極８８と櫛歯電
極９２との間に逆相の静電気力を加えることにより梁構
造体８２を強制振動（励振）させることができる。さら
に、この励振中において、梁構造体８１，８２と下部電
極１０１，１０２との間に形成されるコンデンサの容量
（静電容量Ｃｏ）に基づいて梁構造体８１，８２に作用
するヨーレートを検出することができるようになってい
る。

【００８４】前記基板８０は、図３１に示すように、シ
リコン基板（半導体基板）９６の上に、下層側絶縁体薄
膜９７と導電性薄膜９８と上層側絶縁体薄膜９９とを積
層した構成となっている。つまり、シリコン基板９６の
上面部に、下層側絶縁体薄膜９７と導電性薄膜９８と上
層側絶縁体薄膜９９との積層体１００を配置した構造と
なっており、導電性薄膜９８が絶縁体薄膜９７，９９の
内部に埋め込まれた構成となっている。下層側絶縁体薄
膜９７はシリコン酸化膜よりなり、上層側絶縁体薄膜９
９はシリコン窒化膜よりなり、ＣＶＤ法等により形成さ
れたものである。又、導電性薄膜９８は不純物ドープト
ポリシリコン薄膜よりなる。

【００８５】導電性薄膜９８により、図２９に示す下部
電極（ヨーレート検出用固定電極）１０１，１０２およ
び配線パターン１０３，１０４が形成されている。又、
図２９，３１に示すように、基板８０の上面には、単結
晶シリコンよりなる電極取出部１０５，１０６が形成さ
れ、電極取出部１０５，１０６は基板８０から突出する
アンカー部１０７，１０８により支持されている。本実
施の形態では電極取出部１０５，１０６にて電気接続部
材が構成されている。

【００８６】図３１に示すように、上層側絶縁体薄膜９
９には開口部１０９が形成され、開口部１０９内に前述
のアンカー部（不純物ドープトポリシリコン）１０７が
配置されている。よって、開口部１０９およびアンカー
部（不純物ドープトポリシリコン）１０７を通して下部
電極１０１が配線パターン１０３を介して電極取出部１
０５と電気的に接続されている。同様の構成が電極取出
部１０６においても採用されており、アンカー部（不純
物ドープトポリシリコン）１０８を通して下部電極１０
２が配線パターン１０４を介して電極取出部１０６と電
気的に接続されている。

【００８７】尚、図２９に示すように、櫛歯電極９０，
９１，９２のアンカー部９３，９４，９５および梁構造
体８１，８２のアンカー部８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８
３ｄにおいても、導電性薄膜９８よりなる埋込部１１０
が形成されている。

【００８８】このように、基板８０は、ポリシリコンよ
りなる下部電極１０１，１０２およびを配線パターン１
０３，１０４をＳＯＩ層の下に埋め込んだ構成となって
おり、この構造は、表面マイクロマシニング技術を用い
て形成したものである。

【００８９】一方、図３２に示すように、櫛歯電極９
０，９１，９２の上面にはアルミ薄膜よりなる電極（ボ
ンディングパッド）１１１，１１２，１１３が設けられ
ている。又、梁構造体８１，８２のアンカー部８３ａの
上面にはアルミ薄膜よりなる電極（ボンディングパッ
ド）１１４，１１５が設けられている。又、図３１に示
すように、電極取出部１０５，１０６の上面にはアルミ
薄膜よりなる電極（ボンディングパッド）１１６がそれ
ぞれ設けられている。尚、電極取出部１０５，１０６の
上には層間絶縁膜１１８及びシリコン窒化膜１１７が形
成されている。

【００９０】以上のように絶縁体分離された下部電極１
０１，１０２と配線パターン１０３，１０４とを用いる
ことで、アルミ電極（ボンディングパッド）１１６を基
板表面から取り出すことができる。

【００９１】次に、このヨーレートセンサの検出原理を
図３２を用いて説明する。櫛歯電極（励振用固定電極）
９０，９１，９２と励振用可動電極８７，８８との間に
電圧を印加する。これにより、梁構造体８１，８２の質
量部８６を基板の表面に平行な方向（図２９中、Ｙ方
向）に振動させる。このとき、基板の表面に平行な方向
で、かつ、振動方向（Ｙ方向）に垂直な方向にヨーΩが
発生すると、梁構造体８１，８２の質量部８６に対し基
板の表面に垂直な方向のコリオリ力が生じる（図２９参
照) 。コリオリ力によって梁構造体８１，８２の質量部
８６が変位したのを静電容量Ｃｏの変化として検出す
る。

【００９２】ここで、コリオリ力ｆｃは梁構造体８１，
８２の質量部８６の質量ｍ、振動の速度Ｖ、ヨーΩに依
存し、以下の式で表される。

【００９３】ｆｃ＝２ｍＶΩ・・・（１）基板表面に平行な方向の振動において梁構造体８１，８
２の質量部８６の速度は固定端側では「０」、中心で最
大となることから、コリオリ力も同様となり図３３に示
すように、基板の表面に垂直な方向の変位も固定端側で
は「０」、中心で最大となって梁構造体８１，８２の質
量部８６は楕円を描く。ここで、梁構造体８１，８２の
質量部８６（即ち、２つの質量部８６）は振動の位相を
１８０度ずらすことにより、変位方向が逆となり差動検
出が可能となる。梁構造体８１，８２の質量部８６が単
独であると（差動励振を行わないと）コリオリ力と振動
その他による加速度が分離できないが、差動検出を行う
ことで加速度によるノイズ成分をキャンセルできる。一
般にコリオリ力は微小であるため共振の効果を利用す
る。具体的には（１）式に示した速度Ｖを大きくするた
めに梁構造体８１，８２の質量部８６の励振（基板の表
面に平行な方向) を共振周波数とし振幅を大きくする。
ここで、コリオリ力は振動と同周期で発生するので検出
（基板の表面に垂直な）方向も励振と等しい共振周波数
とすれば、コリオリ力による変位も増大させることがで
きる。

【００９４】ここで、コリオリ力によるギャップ変化に
よりそれぞれの静電容量が図３３のように、一方が「Ｃ
ｏ＋ΔＣ」、他方が「Ｃｏ−ΔＣ」になったとすると、
コリオリ力によるギャップ変化が初期値に比べ十分小さ
ければ、差動検出によりコリオリ力ｆｃは、ｆｃ∝２ΔＣとなり、ヨーΩは、 Ω∝２ΔＣとして、２つの静電容量の変化分から、ヨーを検出する
ことができる。

【００９５】このヨーレートセンサの製造方法は、第
１，２の実施の形態と同様の方法で作成することができ
る。このように、本実施の形態は、下記の特徴を有す
る。

【００９６】基板８０の上面部に、下層側絶縁体薄膜９
７と導電性薄膜９８と上層側絶縁体薄膜９９との積層体
１００を配置し、導電性薄膜９８により下部電極（力学
量検出用固定電極）１０１（１０２）および下部電極の
配線パターン１０３（１０４）を形成し、上層側絶縁体
薄膜９９における開口部１０９から配線パターン１０３
（１０４）を通して下部電極１０１（１０２）を基板８
０の上の電極取出部（電気接続部材）１０５（１０６）
に対し電気的に接続した。このように、基板８０の上面
部に絶縁膜を配置し、その中に薄膜の下部電極（力学量
検出用固定電極）および配線パターンを埋設することに
より、絶縁体分離による配線または電極を形成でき、図
４８に示す不純物拡散層１６１を用いた場合（ｐｎ接合
分離による場合）に比べ、接合リークの低減を図ること
ができる。特に、高温域における接合リークの低減を図
ることができる。

【００９７】このように、基板側の下部電極１０１，１
０２およびその配線として埋め込みの薄膜（ポリシリコ
ン層）を用いたＳＯＩ基板（埋め込みＳＯＩ基板）を用
いることで、絶縁体分離による電極およびその配線を形
成できる。

【００９８】この発明は上記各実施の形態に限定される
ものではなく、例えば、上記実施例では、静電サーボ方
式を用いて加速度を検出したが（加速度による変位に対
して電圧を印加して変位しないような静電気力を印加す
ることによって検出したが）、変位を直接容量変化とし
て検出するセンサに具体化してもよい。

【００９９】又、加速度、ヨーレートの他にも、振動等
の力学量を検出する半導体力学量センサに具体化でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態の加速度センサを示す平面
図。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ断面図。

【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図。

【図４】図１のＩＶ−ＩＶ断面図。

【図５】図１のＶ−Ｖ断面図。

【図６】第１の実施の形態の加速度センサの製造方法を
示す断面図。

【図７】第１の実施の形態の加速度センサの製造方法を
示す断面図。

【図８】第１の実施の形態の加速度センサの製造方法を
示す断面図。

【図９】第１の実施の形態の加速度センサの製造方法を
示す断面図。

【図１０】第１の実施の形態の加速度センサの製造方法
を示す断面図。

【図１１】第１の実施の形態の加速度センサの製造方法
を示す断面図。

【図１２】第１の実施の形態の加速度センサの製造方法
を示す断面図。

【図１３】第１の実施の形態の加速度センサの製造方法
を示す断面図。

【図１４】第１の実施の形態の加速度センサの製造方法
を示す断面図。

【図１５】第１の実施の形態の加速度センサの製造方法
を示す断面図。

【図１６】第１の実施の形態の加速度センサの製造方法
を示す断面図。

【図１７】第２の実施の形態の加速度センサの製造方法
を示す断面図。

【図１８】第２の実施の形態の加速度センサの製造方法
を示す断面図。

【図１９】第２の実施の形態の加速度センサの製造方法
を示す断面図。

【図２０】第２の実施の形態の加速度センサの製造方法
を示す断面図。

【図２１】第２の実施の形態の加速度センサの製造方法
を示す断面図。

【図２２】第２の実施の形態の加速度センサの製造方法
を示す断面図。

【図２３】第２の実施の形態の加速度センサの製造方法
を示す断面図。

【図２４】第２の実施の形態の加速度センサの製造方法
を示す断面図。

【図２５】第２の実施の形態の加速度センサの製造方法
を示す断面図。

【図２６】第２の実施の形態の加速度センサの製造方法
を示す断面図。

【図２７】第２の実施の形態の加速度センサの製造方法
を示す断面図。

【図２８】第３の実施の形態の加速度センサの平面図。

【図２９】第４の実施の形態のヨーレートセンサの平面
図。

【図３０】図２９のＸＸＸ−ＸＸＸ断面図。

【図３１】図２９のＸＸＸＩ−ＸＸＸＩ断面図。

【図３２】図２９のＸＸＸＩＩ−ＸＸＸＩＩ断面図（Ω
＝０の場合)。

【図３３】第４の実施の形態のヨーレートセンサの作用
を説明するための断面図（Ω≠０の場合)。

【図３４】従来の加速度センサを示す平面図。

【図３５】図３４のＸＸＸＶ−ＸＸＸＶ断面図。

【図３６】図３４のＸＸＸＶＩ−ＸＸＸＶＩ断面図。

【図３７】従来の加速度センサの製造方法を示す断面
図。

【図３８】従来の加速度センサの製造方法を示す断面
図。

【図３９】従来の加速度センサを示す平面図。

【図４０】図３９のＸＸＸＸ−ＸＸＸＸ断面図。

【図４１】図３９のＸＸＸＸＩ−ＸＸＸＸＩ断面図。

【図４２】従来の加速度センサの製造方法を示す断面
図。

【図４３】従来の加速度センサの製造方法を示す断面
図。

【図４４】従来の加速度センサの製造方法を示す断面
図。

【図４５】従来の加速度センサの製造方法を示す断面
図。

【図４６】従来の加速度センサの製造方法を示す断面
図。

【符号の説明】

１…基板、２…電気接続部材としての梁構造体、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、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ…アンカー部、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ…第２の固定電極、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ…アンカー部、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ…第１の固定電極、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ…アンカー部、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ…第２の固定電極、１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ…アンカー部、１７…半導体基板としてのシリコン基板、１８…下層側絶縁体薄膜、１９…導電性薄膜、２０…上層側絶縁体薄膜、２１…積層体、２２，２３，２４，２５…配線パターン、２６…静電気力相殺用固定電極としての下部電極、２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ…電気接続部材として
の電極取出部、２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄ…開口部、３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ…開口部、３２…開口部、３３…開口部、４０…第１の半導体基板としての単結晶シリコン基板、４１…犠牲層用薄膜としてのシリコン酸化膜、４３…第１の絶縁体薄膜としてのシリコン窒化膜、４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ…開口部、４５…導電性薄膜としてのポリシリコン薄膜、４６…第２の絶縁体薄膜としてのシリコン酸化膜、４６…貼合用薄膜としてのポリシリコン薄膜、４８…第２の半導体基板としての単結晶シリコン基板、４９…溝パターン（溝）、６０…第１の半導体基板としてのシリコン基板、６１…溝パターン（溝）、６２…犠牲層用薄膜としてのシリコン酸化膜、６４…第１の絶縁体薄膜としてのシリコン窒化膜、６５ａ，６５ｂ，６５ｃ…開口部、６６…導電性薄膜としてのポリシリコン薄膜、６７…第２の絶縁体薄膜としてのシリコン酸化膜、６８…貼合用薄膜としてのポリシリコン薄膜、６９…第２の半導体基板としての単結晶シリコン基板、８０…基板、８１…梁構造体、８２…梁構造体、８７…第１の可動電極としての励振用可動電極、８８…第２の可動電極としての励振用可動電極、９０…第１の励振用固定電極としての櫛歯電極、９１…第２の励振用固定電極としての櫛歯電極、９７…下層側絶縁体薄膜、９８…導電性薄膜、９９…上層側絶縁体薄膜、１００…積層体、１０１…下部電極、１０２…下部電極、１０３…配線パータン、１０４…配線パータン、１０５…電気接続部材としての電極取出部、１０６…電気接続部材としての電極取出部、１０９…開口部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平６−213924（ＪＰ，Ａ) 特開平４−337468（ＪＰ，Ａ) 特開平６−347474（ＪＰ，Ａ) 特開平６−151889（ＪＰ，Ａ) 特開平７−183543（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01P 15/125 - 15/13

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、半導体材料よりなり、前記基板の上面において所定間隔
を隔てた位置に配置され、力学量により変位する作用力
を受ける梁構造体と、前記基板の上面に固定され、前記梁構造体の少なくとも
その一部に対向して配置された固定電極とを備えた半導体力学量センサであって、前記基板の上面部であって、前記梁構造体の下部に相当
する部分に、前記梁構造体と電気的に接続された下部電
極を配置し、前記下部電極における前記梁構造体側表面
に突起を形成したことを特徴とする半導体力学量セン
サ。
【請求項２】前記梁構造体は、単結晶シリコンよりな
る請求項１に記載の半導体力学量センサ。