(57)【要約】      （修正有）【課題】耐衝撃性能が高く薄いＭＥＭＳセンサを提供する。【解決手段】枠形の支持部Ｓの内側に位置する錘部Ｍと、支持部と錘部に連結され錘部の運動に伴って変形する可撓部Ｆと、前記錘部の運動範囲を制限するストッパ部とを備えるＭＥＭＳセンサの製造方法であって、ＳＯＩウエハのベース層をエッチングし、ベース層を前記支持部と錘部とに分断する溝Ｔを形成する工程と、該溝の内外にかかる位置において前記ＳＯＩ層を貫通し、かつ前記溝の外側において上昇ストッパ部３０ａが形成されるように、ＳＯＩウエハのＳＯＩ層および絶縁層をエッチングする工程と、前記上昇ストッパ部内にストッパ層を形成する工程と、前記ストッパ層と錘部との間に空隙Ｇ２が形成されるとともに、それにより前記錘部の運動範囲を制限する上昇ストッパ部としての機能が前記ストッパ層に顕在化するように前記絶縁層を等方性エッチングする工程とを含む。【選択図】図１
2010171422.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
枠形の支持部と、前記支持部の内側に位置する錘部と、前記支持部に結合し前記錘部に連結され前記錘部の運動に伴って変形する梁形の可撓部と、前記錘部の運動範囲を制限するストッパ部とを備えるＭＥＭＳセンサの製造方法であって、
ベース層と、単結晶シリコンからなり前記ベース層より薄いＳＯＩ層と、前記ベース層と前記ＳＯＩ層との間にある絶縁層とからなるＳＯＩウエハの前記ベース層に環状の溝が形成されるとともに前記溝から外側の前記支持部となる部分と前記溝から内側の前記錘部となる部分とに前記ベース層が分断されるように、前記ベース層をエッチングする工程と、
前記溝より内側から前記溝より外側までにかかる位置において前記ＳＯＩ層を貫通するとともに前記溝より外側において前記絶縁層を貫通する凹部である上昇ストッパモールド部が形成されるように、前記ＳＯＩ層および前記絶縁層をエッチングする工程と、
前記上昇ストッパモールド部内に単結晶シリコンよりも靱性が高いストッパ層を形成する工程と、
前記支持部と前記可撓部とに連続する前記ＳＯＩ層のパターンが形成されるように前記ＳＯＩ層をエッチングする工程と、
前記上昇ストッパモールド部内に形成された前記ストッパ層と前記錘部との間に空隙が形成されるとともに、前記空隙が形成されることによって、前記支持部に結合され前記錘部に接触して前記錘部から前記可撓部に向かう方向において前記錘部の運動範囲を制限する上昇ストッパ部としての機能が前記上昇ストッパモールド部内に形成された前記ストッパ層に顕在化するように前記絶縁層を等方性エッチングする工程と、
を含むＭＥＭＳセンサの製造方法。
【請求項２】
前記ＳＯＩ層および前記絶縁層をエッチングする工程において、前記溝より内側から前記溝より外側までにかかる位置において前記ＳＯＩ層を貫通するとともに前記溝より外側において前記絶縁層を貫通する環状の前記上昇ストッパモールド部と、前記上昇ストッパモールド部より内側に位置し前記ＳＯＩ層と前記絶縁層とを貫通する凹部である連結モールド部とを同時に形成し、
前記ストッパ層を形成する工程において、前記連結モールド部内と前記上昇ストッパモールド部内とに前記絶縁層とは異質の前記ストッパ層を同時に形成し、
前記絶縁層を等方性エッチングする工程において、前記上昇ストッパモールド部内と前記連結モールド部内とに形成された前記ストッパ層をエッチングストッパとして用いて前記絶縁層を等方性エッチングすることによって、前記錘部と前記可撓部との間に空隙を形成するとともに前記錘部と前記可撓部とを連結する連結部としての機能を前記連結モールド部内に形成された前記ストッパ層に顕在化する、
ことを含む請求項１に記載のＭＥＭＳセンサの製造方法。
【請求項３】
前記ストッパ層の表面に前記ストッパ層と異質のコア層を積層することによって前記上昇ストッパモールド部と前記連結モールド部とを埋める工程をさらに含む、
請求項２に記載のＭＥＭＳセンサの製造方法。
【請求項４】
枠形の支持部と、前記支持部の内側に位置する錘部と、前記支持部に結合し前記錘部に連結され前記錘部の運動に伴って変形する梁形の可撓部と、前記錘部の運動範囲を制限するストッパ部とを備えるＭＥＭＳセンサの製造方法であって、
ベース層と、単結晶シリコンからなり前記ベース層より薄いＳＯＩ層と、前記ベース層と前記ＳＯＩ層との間にある絶縁層とからなるＳＯＩウエハの前記ベース層に環状の溝が形成されるとともに前記溝から外側の前記支持部となる部分と前記溝から内側の前記錘部となる部分とに前記ベース層が分断されるように、前記ベース層をエッチングする工程と、
前記溝より内側から前記溝より外側までにかかる位置において前記ＳＯＩ層を貫通するとともに前記溝より内側において前記絶縁層を貫通する凹部である下降ストッパモールド部が形成されるように、前記ＳＯＩ層および前記絶縁層をエッチングする工程と、
前記下降ストッパモールド部内に単結晶シリコンよりも靱性が高いストッパ層を形成する工程と、
前記支持部と前記可撓部とに連続する前記ＳＯＩ層のパターンが形成されるように前記ＳＯＩ層をエッチングする工程と、
前記下降ストッパモールド部内に形成された前記ストッパ層と前記支持部との間に空隙が形成されるとともに、前記空隙が形成されることによって、前記錘部とともに運動し前記支持部に接触して前記可撓部から前記錘部に向かう方向において前記錘部の運動範囲を制限する下降ストッパ部としての機能が前記下降ストッパモールド部内に形成された前記ストッパ層に顕在化するように前記絶縁層を等方性エッチングする工程と、
を含むＭＥＭＳセンサの製造方法。
【請求項５】
前記ＳＯＩ層および前記絶縁層をエッチングする工程において、前記溝より内側から前記溝より外側までにかかる位置において前記ＳＯＩ層を貫通するとともに前記溝より外側において前記絶縁層を貫通する環状の上昇ストッパモールド部と、前記上昇ストッパモールド部より内側に位置し前記ＳＯＩ層と前記絶縁層とを貫通する凹部である連結モールド部と、前記溝より内側から前記溝より外側までにかかる位置において前記ＳＯＩ層を貫通するとともに前記溝より内側において前記絶縁層を貫通する凹部である前記下降ストッパモールド部とを同時に形成し、
前記ストッパ層を形成する工程において、前記連結モールド部内と前記上昇ストッパモールド部内と前記下降ストッパモールド部内とに前記絶縁層とは異質の前記ストッパ層を同時に形成し、
前記絶縁層を等方性エッチングする工程において、前記連結モールド部内と前記上昇ストッパモールド部内と前記下降ストッパモールド部内とに形成された前記ストッパ層をエッチングストッパとして用いて前記絶縁層を等方性エッチングすることによって、前記錘部と前記可撓部との間に空隙を形成するとともに前記錘部と前記可撓部とを連結する連結部としての機能を前記連結モールド部内に形成された前記ストッパ層に顕在化する、
請求項４に記載のＭＥＭＳセンサの製造方法。
【請求項６】
枠形の支持部と、
前記支持部の内側に位置する錘部と、
前記支持部に結合し前記錘部に連結され前記錘部の運動に伴って変形する梁形の可撓部と、
前記支持部と結合し空隙を挟んで前記錘部と対向し前記錘部と接触することによって前記錘部より前記可撓部側において前記錘部の運動範囲を制限する上昇ストッパ部と、
を備え、
前記可撓部は単結晶シリコン層を含み、
前記上昇ストッパ部は単結晶シリコンよりも靱性が高く前記単結晶シリコン層を貫通し前記錘部と対向しているストッパ層を含む、
ＭＥＭＳセンサ。
【請求項７】
前記上昇ストッパ部の前記錘部と対向する領域に通孔が形成されている、
請求項６に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項８】
枠形の支持部と、
前記支持部の内側に位置する錘部と、
前記支持部に結合し前記錘部に連結され前記錘部の運動に伴って変形する梁形の可撓部と、
前記錘部と結合し空隙を挟んで前記支持部と対向し前記支持部と接触することによって前記可撓部から前記錘部に向かう方向において前記錘部の運動範囲を制限する下降ストッパ部と、
を備え、
前記可撓部は単結晶シリコン層を含み、
前記下降ストッパ部は単結晶シリコンよりも靱性が高く前記単結晶シリコン層を貫通し前記支持部と対向しているストッパ層を含む、
ＭＥＭＳセンサ。
【請求項９】
前記錘部と前記可撓部とに結合し前記錘部と前記可撓部とを連結している連結部を備え、
前記連結部の表面は酸化シリコンとは異質の前記ストッパ層によって構成されている、
請求項６から８のいずれか一項に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項１０】
前記上昇ストッパ部は前記ストッパ層を含む複層構造である、
請求項６から９のいずれか一項に記載のＭＥＭＳセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）センサおよびＭＥＭＳセンサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、錘部が連結された可撓部の変位を電気信号に変換する、加速度センサ、振動ジャイロスコープ、振動センサなどのＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）センサが知られている（特許文献１〜１１参照）。特許文献１〜４には梁部と錘部とが空隙を間に挟んで対向するＭＥＭＳセンサが記載されている。特許文献１〜４に記載された構造を採用すると、梁部と錘部とを空隙を間に挟んで対向させない構造を採用する場合に比べて梁部の剛性を高めずに感度を維持しつつＭＥＭＳセンサを小型化することができる。特許文献５〜１１には錘部の運動範囲を制限するとともに可撓部の変形量を制限することで耐衝撃性能を高めたＭＥＭＳセンサが記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−３４２００６号公報
【特許文献２】特開平８−２７４３４９号公報
【特許文献３】特開平８−２４８０６１号公報
【特許文献４】特開平９−１５２５７号公報
【特許文献５】特開２００３−２７０２６２号公報
【特許文献６】特開２００４−２３３０７２号公報
【特許文献７】特開２００６−１５３５１９号公報
【特許文献８】特開２００６−２０８２７２号公報
【特許文献９】特開２００６−３１７１８０号公報
【特許文献１０】特開２００６−３１７１８１号公報
【特許文献１１】特開２００６−６４５３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献５〜１０に記載されているように積層構造体であるダイと対向する板状の部品によって錘部の運動範囲を制限するとともに可撓部の変形量を制限する構造では、パッケージが厚くなるという問題がある。
【０００５】
また特許文献１１に記載されているようにダイを構成している薄い単結晶シリコン層の一部によって錘部の運動範囲を制限するとともに可撓部の変形量を制限する構造では、パッケージを薄くできるものの、靱性が低い薄い単結晶シリコン層のストッパとして機能する部分が損傷しやすいという問題がある。また特許文献１１に記載されているように錘部を構成している厚い層によって薄い単結晶シリコン層のストッパとして機能する部分を補強する構造では、錘部を構成している厚い層を薄い単結晶シリコン層を補強する部分に割り当てる分だけ錘部が小さくなるとともに感度が低下するという問題がある。
【０００６】
本発明は耐衝撃性能が高く薄いＭＥＭＳセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）上記目的を達成するためのＭＥＭＳセンサの製造方法は、枠形の支持部と、前記支持部の内側に位置する錘部と、前記支持部に結合し前記錘部に連結され前記錘部の運動に伴って変形する梁形の可撓部と、前記錘部の運動範囲を制限するストッパ部とを備えるＭＥＭＳセンサの製造方法であって、ベース層と、単結晶シリコンからなり前記ベース層より薄いＳＯＩ（Silicon On Insulator）層と、前記ベース層と前記ＳＯＩ層との間にある絶縁層とからなるＳＯＩウエハの前記ベース層に環状の溝が形成されるとともに前記溝から外側の前記支持部となる部分と前記溝から内側の前記錘部となる部分とに前記ベース層が分断されるように、前記ベース層をエッチングする工程と、前記溝より内側から前記溝より外側までにかかる位置において前記ＳＯＩ層を貫通するとともに前記溝より外側において前記絶縁層を貫通する凹部である上昇ストッパモールド部が形成されるように、前記ＳＯＩ層および前記絶縁層をエッチングする工程と、前記上昇ストッパモールド部内に単結晶シリコンよりも靱性が高いストッパ層を形成する工程と、前記支持部と前記可撓部とに連続する前記ＳＯＩ層のパターンが形成されるように前記ＳＯＩ層をエッチングする工程と、前記上昇ストッパモールド部内に形成された前記ストッパ層と前記錘部との間に空隙が形成されるとともに、前記空隙が形成されることによって、前記支持部に結合され前記錘部に接触して前記錘部から前記可撓部に向かう方向において前記錘部の運動範囲を制限する上昇ストッパ部としての機能が前記上昇ストッパモールド部内に形成された前記ストッパ層に顕在化するように前記絶縁層を等方性エッチングする工程と、を含む。
【０００８】
本発明によると、ＳＯＩ層および絶縁層を貫通する凹部である上昇ストッパモールド部をエッチングにより形成し、上昇ストッパモールド部内に単結晶シリコン層よりも靱性が高いストッパ層を形成した後に、ストッパ層と錘部との間に空隙を形成することによって錘部から可撓部に向かう方向において錘部の運動範囲を制限する上昇ストッパ部としての機能をストッパ層に顕在化する。したがって、錘部の運動範囲を制限しない場合に比べて耐衝撃性能が高くなり、錘部の運動範囲を単結晶シリコンからなる部分で制限する場合に比べても耐衝撃性能が高くなる。また可撓部となる単結晶シリコン層に埋め込まれたストッパ層によって錘部の運動範囲を制限するため、積層構造体であるダイと対向する板状の部品によって錘部の運動範囲を制限する場合に比べて薄いＭＥＭＳセンサを製造することができる。
【０００９】
（２）上記目的を達成するためのＭＥＭＳセンサの製造方法において、前記ＳＯＩ層および前記絶縁層をエッチングする工程において、前記溝より内側から前記溝より外側までにかかる位置において前記ＳＯＩ層を貫通するとともに前記溝より外側において前記絶縁層を貫通する環状の前記上昇ストッパモールド部と、前記上昇ストッパモールド部より内側に位置し前記ＳＯＩ層と前記絶縁層とを貫通する凹部である連結モールド部とを同時に形成し、前記ストッパ層を形成する工程において、前記連結モールド部内と前記上昇ストッパモールド部内とに前記絶縁層とは異質の前記ストッパ層を同時に形成し、前記絶縁層を等方性エッチングする工程において、前記上昇ストッパモールド部内と前記連結モールド部内とに形成された前記ストッパ層をエッチングストッパとして用いて前記絶縁層を等方性エッチングすることによって、前記錘部と前記可撓部との間に空隙を形成するとともに前記錘部と前記可撓部とを連結する連結部としての機能を前記連結モールド部内に形成された前記ストッパ層に顕在化してもよい。
本発明によると、ＳＯＩウエハの絶縁層を等方性エッチングすることによって可撓部と錘部との間の空隙と上昇ストッパモールド部と錘部との間の空隙を形成する。したがって、可撓部と錘部とが空隙を挟んで対向する感度の高いＭＥＭＳセンサを製造できる。また本発明によると、ストッパ層を絶縁層とは異質に形成し、上昇ストッパ部と連結部となるストッパ層自体をエッチングストッパとして用いて絶縁層をエッチングするため、錘部と可撓部との間の空隙と錘部と上昇ストッパモールド部との間の空隙を正確な寸法に形成することができる。したがってＭＥＭＳセンサの特性のばらつきを低減することができる。
【００１０】
（３）上記目的を達成するためのＭＥＭＳセンサの製造方法において、前記ストッパ層の表面に前記ストッパ層と異質のコア層を積層することによって前記上昇ストッパモールド部と前記連結モールド部とを埋める工程をさらに含んでもよい。
本発明によると上昇ストッパ部と連結部とを複層構造にすることによって、応力、製造コスト、強度等のバランスを最適化することができる。
【００１１】
（４）上記目的を達成するためのＭＥＭＳセンサの製造方法は、枠形の支持部と、前記支持部の内側に位置する錘部と、前記支持部に結合し前記錘部に連結され前記錘部の運動に伴って変形する梁形の可撓部と、前記錘部の運動範囲を制限するストッパ部とを備えるＭＥＭＳセンサの製造方法であって、ベース層と、単結晶シリコンからなり前記ベース層より薄いＳＯＩ層と、前記ベース層と前記ＳＯＩ層との間にある絶縁層とからなるＳＯＩウエハの前記ベース層に環状の溝が形成されるとともに前記溝から外側の前記支持部となる部分と前記溝から内側の前記錘部となる部分とに前記ベース層が分断されるように、前記ベース層をエッチングする工程と、前記溝より内側から前記溝より外側までにかかる位置において前記ＳＯＩ層を貫通するとともに前記溝より内側において前記絶縁層を貫通する凹部である下降ストッパモールド部が形成されるように、前記ＳＯＩ層および前記絶縁層をエッチングする工程と、前記下降ストッパモールド部内に単結晶シリコンよりも靱性が高いストッパ層を形成する工程と、前記支持部と前記可撓部とに連続する前記ＳＯＩ層のパターンが形成されるように前記ＳＯＩ層をエッチングする工程と、前記下降ストッパモールド部内に形成された前記ストッパ層と前記支持部との間に空隙が形成されるとともに、前記空隙が形成されることによって、前記錘部とともに運動し前記支持部に接触して前記可撓部から前記錘部に向かう方向において前記錘部の運動範囲を制限する下降ストッパ部としての機能が前記下降ストッパモールド部内に形成された前記ストッパ層に顕在化するように前記絶縁層を等方性エッチングする工程と、を含む。
【００１２】
本発明によると、ＳＯＩ層および絶縁層を貫通する凹部である下降ストッパモールド部をエッチングにより形成し、下降ストッパモールド部内に単結晶シリコン層よりも靱性が高いストッパ層を形成した後に、ストッパ層と支持部との間に空隙を形成することによって可撓部から錘部に向かう方向において錘部の運動範囲を制限する下降ストッパ部としての機能をストッパ層に顕在化する。したがって、錘部の運動範囲を制限しない場合に比べて耐衝撃性能が高くなり、錘部の運動範囲を単結晶シリコンからなる部分で制限する場合に比べても耐衝撃性能が高くなる。また可撓部となる単結晶シリコン層に埋め込まれたストッパ層によって錘部の運動範囲を制限するため、積層構造体であるダイと対向する板状の部品によって錘部の運動範囲を制限する場合に比べて薄いＭＥＭＳセンサを製造することができる。
【００１３】
（５）上記目的を達成するためのＭＥＭＳセンサの製造方法において、前記ＳＯＩ層および前記絶縁層をエッチングする工程において、前記溝より内側から前記溝より外側までにかかる位置において前記ＳＯＩ層を貫通するとともに前記溝より外側において前記絶縁層を貫通する環状の上昇ストッパモールド部と、前記上昇ストッパモールド部より内側に位置し前記ＳＯＩ層と前記絶縁層とを貫通する凹部である連結モールド部と、前記溝より内側から前記溝より外側までにかかる位置において前記ＳＯＩ層を貫通するとともに前記溝より内側において前記絶縁層を貫通する凹部である前記下降ストッパモールド部とを同時に形成し、前記ストッパ層を形成する工程において、前記連結モールド部内と前記上昇ストッパモールド部内と前記下降ストッパモールド部内とに前記絶縁層とは異質の前記ストッパ層を同時に形成し、前記絶縁層を等方性エッチングする工程において、前記連結モールド部内と前記上昇ストッパモールド部内と前記下降ストッパモールド部内とに形成された前記ストッパ層をエッチングストッパとして用いて前記絶縁層を等方性エッチングすることによって、前記錘部と前記可撓部との間に空隙を形成するとともに前記錘部と前記可撓部とを連結する連結部としての機能を前記連結モールド部内に形成された前記ストッパ層に顕在化してもよい。
本発明によると、ＳＯＩウエハの絶縁層を等方性エッチングすることによって可撓部と錘部との間に空隙を形成する。したがって、可撓部と錘部とが空隙を挟んで対向するＭＥＭＳセンサを製造できる。また本発明によると、ストッパ層を絶縁層とは異質に形成し、上昇ストッパ部と下降ストッパ部と連結部となるストッパ層自体をエッチングストッパとして用いて絶縁層をエッチングするため、錘部と可撓部との間の空隙と錘部と上昇ストッパ部との間の空隙と錘部と下降ストッパ部との間の空隙を正確な寸法に形成することができる。したがってＭＥＭＳセンサの特性のばらつきを低減することができる。
【００１４】
（６）上記目的を達成するためのＭＥＭＳセンサは、枠形の支持部と、前記支持部の内側に位置する錘部と、前記支持部に結合し前記錘部に連結され前記錘部の運動に伴って変形する梁形の可撓部と、前記支持部と結合し空隙を挟んで前記錘部と対向し前記錘部と接触することによって前記錘部より前記可撓部側において前記錘部の運動範囲を制限する上昇ストッパ部と、を備え、前記可撓部は単結晶シリコン層を含み、前記上昇ストッパ部は単結晶シリコンよりも靱性が高く前記単結晶シリコン層を貫通し前記錘部と対向しているストッパ層を含む。
【００１５】
本発明によると、単結晶シリコンよりも靱性が高いストッパ層を含む上昇ストッパ部によって錘部から可撓部に向かう方向において錘部の運動範囲を制限するため、錘部の運動範囲を制限しない場合に比べて耐衝撃性能が高くなり、錘部の運動範囲を単結晶シリコンからなる部分で制限する場合に比べても耐衝撃性能が高くなる。また可撓部を構成する単結晶シリコン層に埋め込まれたストッパ層によって錘部の運動範囲を制限するため、積層構造体であるダイと対向する板状の部品によって錘部の運動範囲を制限する場合に比べて薄いＭＥＭＳセンサを実現できる。
【００１６】
（７）上記目的を達成するためのＭＥＭＳセンサにおいて、前記上昇ストッパ部の前記錘部と対向する領域に通孔が形成されていてもよい。
本発明によると、錘部と上昇ストッパ部とを広範囲にわたって対向させたとしても、上昇ストッパ部の錘部と対向する領域に通孔が形成されているため、上昇ストッパ部と錘部との間に等方性エッチングよって空隙を形成する製造工程において、スループットが高まるとともに残渣による不良品発生を防止できる。
【００１７】
（８）上記目的を達成するためのＭＥＭＳセンサは、枠形の支持部と、前記支持部の内側に位置する錘部と、前記支持部に結合し前記錘部に連結され前記錘部の運動に伴って変形する梁形の可撓部と、前記錘部と結合し空隙を挟んで前記支持部と対向し前記支持部と接触することによって前記可撓部から前記錘部に向かう方向において前記錘部の運動範囲を制限する下降ストッパ部と、を備え、前記可撓部は単結晶シリコン層を含み、前記下降ストッパ部は単結晶シリコンよりも靱性が高く前記単結晶シリコン層を貫通し前記支持部と対向しているストッパ層を含む。
【００１８】
本発明によると、単結晶シリコンよりも靱性が高いストッパ層を含む下降ストッパ部によって可撓部から錘部に向かう方向において錘部の運動範囲を制限するため、錘部の運動範囲を制限しない場合に比べて耐衝撃性能が高くなり、錘部の運動範囲を単結晶シリコンからなる部分で制限する場合に比べても耐衝撃性能が高くなる。また可撓部を構成する単結晶シリコン層に埋め込まれたストッパ層によって錘部の運動範囲を制限するため、積層構造体であるダイと対向する板状の部品によって錘部の運動範囲を制限する場合に比べて薄いＭＥＭＳセンサを実現できる。
【００１９】
（９）上記目的を達成するためのＭＥＭＳセンサにおいて、前記錘部と前記可撓部とに結合し前記錘部と前記可撓部とを連結している連結部を備え、前記連結部の表面は酸化シリコンとは異質の前記ストッパ層によって構成されていてもよい。
この構成を採用する場合、連結部自体をエッチングストッパとして用いつつ酸化シリコンのエッチングによって錘部と可撓部との間に空隙を形成できるため、錘部と可撓部との間の空隙を正確な寸法に形成することができる。したがってＭＥＭＳセンサの特性のばらつきを低減することができる。
【００２０】
（１０）上記目的を達成するためのＭＥＭＳセンサにおいて、前記上昇ストッパ部は前記ストッパ層を含む複層構造であってもよい。
本発明によると上昇ストッパ部を複層構造にすることによって、応力、製造コスト、強度等のバランスを最適化することができる。
【００２１】
尚、請求項に記載された動作の順序は、技術的な阻害要因がない限りにおいて記載順に限定されず、同時に実行されても良いし、記載順の逆順に実行されても良いし、連続した順序で実行されなくても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１Ａは本発明の第一実施形態にかかる上面図。図１Ｂおよび図１Ｃは本発明の第一実施形態にかかる断面図。
【図２】本発明の第一実施形態にかかる断面図。
【図３】本発明の第一実施形態にかかる断面図。
【図４】本発明の第一実施形態にかかる断面図。
【図５】図５Ａおよび図５Ｂは本発明の第一実施形態にかかる断面図。
【図６】図６Ａおよび図６Ｂは本発明の第一実施形態にかかる断面図。
【図７】図７Ａおよび図７Ｂは本発明の第一実施形態にかかる断面図。
【図８】図８Ａおよび図８Ｂは本発明の第一実施形態にかかる断面図。
【図９】図９Ａおよび図９Ｂは本発明の第一実施形態にかかる断面図。
【図１０】本発明の第一実施形態にかかる断面図。
【図１１】本発明の第一実施形態にかかる断面図。
【図１２】本発明の第一実施形態にかかる断面図。
【図１３】図１３Ａおよび図１３Ｂは本発明の第一実施形態にかかる断面図。図１３Ｃは本発明の第一実施形態にかかる上面図。
【図１４】図１４Ａおよび図１４Ｂは本発明の第一実施形態にかかる断面図。
【図１５】図１５Ａおよび図１５Ｂは本発明の第一実施形態にかかる断面図。
【図１６】図１６Ａは本発明の第二実施形態にかかる上面図。図１６Ｂおよび図１６Ｃは本発明の第二実施形態にかかる断面図。
【図１７】図１７Ａは本発明の第三実施形態にかかる上面図。図１７Ｂおよび図１７Ｃは本発明の第三実施形態にかかる断面図。
【図１８】図１８Ａおよび図１８Ｂは本発明の第三実施形態にかかる断面図。
【図１９】図１９Ａおよび図１９Ｂは本発明の第三実施形態にかかる断面図。
【図２０】図２０Ａおよび図２０Ｂは本発明の第三実施形態にかかる断面図。図２０Ｃは本発明の第三実施形態にかかる上面図。
【図２１】図２１Ａは本発明の第四実施形態にかかる上面図。図２１Ｂおよび図２１Ｃは本発明の第四実施形態にかかる断面図。
【図２２】図２２Ａおよび図２２Ｂは本発明の第四実施形態にかかる断面図。
【図２３】図２３Ａは本発明の第五実施形態にかかる上面図。図２３Ｂ、図２３Ｃ、図２４Ｄは本発明の第五実施形態にかかる断面図。
【図２４】図２４Ａは本発明の第六実施形態にかかる上面図。図２４Ｂ、図２４Ｃ、図２４Ｄは本発明の第六実施形態にかかる断面図。
【図２５】本発明の第六実施形態にかかる断面図。
【図２６】図２６Ａおよび図２６Ｂは本発明の第六実施形態にかかる断面図。
【図２７】図２７Ａおよび図２７Ｂは本発明の第六実施形態にかかる断面図。
【図２８】本発明の第六実施形態にかかる断面図。
【図２９】本発明の第六実施形態にかかる断面図。
【図３０】図３０Ａおよび図３０Ｂは本発明の第六実施形態にかかる断面図。
【図３１】図３１Ａおよび図３１Ｂは本発明の第六実施形態にかかる断面図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら説明する。尚、各図において対応する構成要素には同一の符号が付され、重複する説明は省略される。
１．第一実施形態
（構成）
本発明のＭＥＭＳセンサの第一実施形態である加速度センサを図１および図２に示す。図１Ｂ、図１Ｃは加速度センサ１のセンサダイ１Ａを示す断面図であってそれぞれ図１Ａに示すＢＢ線、ＣＣ線の断面図である。図１Ｂ、図１Ｃおよび図２において、センサダイ１Ａを構成する層の界面は破線で示し、センサダイ１Ａを構成する機能要素の境界は実線で示している。
【００２４】
加速度センサ１は互いに直交する３軸の加速度成分を検出するためのＭＥＭＳセンサである。加速度センサ１は、図２に示すパッケージ１Ｂと、パッケージ１Ｂに収容されたセンサダイ１Ａとを備える。
【００２５】
センサダイ１Ａは、ベース層１１と、第一絶縁層１２と、ＳＯＩ層１３と、第二絶縁層２０と、ストッパ層３０と、第三絶縁層４０と、表面導線層５０とからなる積層構造体である。ベース層１１およびＳＯＩ層１３は単結晶シリコンからなる。ベース層１１の厚さは、シリコン基板の一般的な厚さである４００−８００μｍの範囲とし、例えば６２５μｍである。ＳＯＩ層１３の厚さは、可撓部Ｆとして機能させるため３−２０μｍの範囲とし、例えば１０μｍである。第一絶縁層１２、第二絶縁層２０および第三絶縁層４０はそれぞれ二酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる。第一絶縁層１２の厚さは、錘部Ｍの最大変位量を規定するため０．２−２μｍの範囲とし、例えば１μｍである。第二絶縁層２０および第三絶縁層４０の厚さはそれぞれ０．５μｍである。ストッパ層３０はＳＯＩ層１３と第二絶縁層２０とを貫通している。図１Ａではストッパ層３０のパターンが破線によって示されている。ストッパ層３０は第一絶縁層１２とは異質の材料からなる。表面導線層５０はアルミニウム（Ａｌ）からなる。表面導線層５０の厚さは０．３μｍである。
【００２６】
加速度センサ１のセンサダイ１Ａは、枠形の支持部Ｓと、支持部Ｓの内側に４カ所の端が結合している十字形の可撓部Ｆと、錘部Ｍと、可撓部Ｆと錘部Ｍとを連結している連結部３０ｂと、支持部Ｓに埋め込まれている上昇ストッパ部３０ａと、可撓部Ｆに設けられた検出手段としてのピエゾ抵抗素子１３１と、を備える。
【００２７】
支持部Ｓは図１Ｃに示すように枠の形態を有する。センサダイ１Ａを構成している層が積層されている方向から見て（以下、「平面視において」ともいう。）、支持部Ｓの外側の輪郭は２５００μｍ×２５００μｍ程度の矩形であり支持部Ｓの内側の輪郭は８角形である。支持部Ｓはパッケージ１Ｂに固定されるため、実質的に剛体として振る舞う。支持部Ｓはベース層１１、第一絶縁層１２、ＳＯＩ層１３、第二絶縁層２０および第三絶縁層４０を含む。
【００２８】
十字形の可撓部Ｆは両端固定の２つの梁がそれぞれの中央部において互いに結合された形態を有する。可撓部Ｆを構成している２つの梁の寸法は平面視において例えば幅３５０μｍ、長さ１８５０μｍである。これら２つの梁は平面視において例えば３５０μｍ×３５０μｍの矩形領域であるそれぞれの中央部において結合している。可撓部Ｆは、可撓性を有する厚さ一定の複層膜からなる。可撓部Ｆの４カ所の端は支持部Ｓの内側の４辺に結合している。すなわち可撓部Ｆは支持部Ｓの内側に掛け渡された梁の形態を有する。支持部Ｓは剛体として振る舞うため、加速度センサ１に固定された座標系において可撓部Ｆの端は固定端となる。可撓部ＦはＳＯＩ層１３と第二絶縁層２０と第三絶縁層４０とを含む。
【００２９】
錘部Ｍは、ベース層１１からなり、外周が矩形である板の形態を有する。錘部Ｍは、ＳＯＩ層１３の支持部Ｓを構成している枠形の部分の内側に配置され、可撓部Ｆに重なっている。錘部Ｍと支持部Ｓとの間には環状のスリットＴが形成されている。すなわちベース層１１は環状のスリットＴによって錘部Ｍを構成する部分と支持部Ｓを構成する部分とに分断されている。錘部Ｍは厚いベース層１１からなるため実質的に剛体として振る舞う。錘部Ｍと可撓部Ｆとの間には空隙Ｇ１が形成されている。空隙Ｇ１の高さ（錘部Ｍと可撓部Ｆとの距離）は第一絶縁層１２の厚さに等しい。
【００３０】
連結部３０ｂはストッパ層３０からなる。連結部３０ｂは、ＳＯＩ層１３および第二絶縁層２０を貫通するまで可撓部Ｆの中央部に埋め込まれ、可撓部Ｆと結合している。連結部３０ｂは、平面視において２００μｍ×２００μｍ程度の矩形である。連結部３０ｂは第一絶縁層１２の厚さ分だけ可撓部Ｆから突出している。連結部３０ｂの突端面は錘部Ｍと結合している。すなわち連結部３０ｂは、空隙Ｇ１を間に挟んで対向するように錘部Ｍと可撓部Ｆとを連結している。空隙Ｇ１を間に挟んで対向するように錘部Ｍと可撓部Ｆとを連結することにより、可撓部Ｆに対する錘部Ｍの大きさの割合を高めることができる。これにより加速度センサ１の感度が高まる。
【００３１】
上昇ストッパ部３０ａは支持部Ｓに埋め込まれ支持部Ｓを１周している。図１Ａおよび図１Ｂに示すように、上昇ストッパ部３０ａは、平面視において内側の輪郭が八角形の形態を有し、支持部Ｓの角部近傍において、ベース層１１の支持部Ｓを構成している部分から内側に張り出している。そしてセンサダイ１Ａを構成している各層が積層されている方向から見て錘部Ｍの４つの角部は上昇ストッパ部３０ａと重なっている。より具体的には、支持部Ｓの角部近傍において、上昇ストッパ部３０ａは錘部Ｍと支持部Ｓとの間のスリットＴと錘部Ｍの角部とをまたいでベース層１１に結合されている。スリットＴと錘部Ｍの角部とをまたいでベース層１１に結合されている上昇ストッパ部３０ａの領域は、図１Ａにハッチングによって示されており、平面視において２辺の長さがそれぞれ３５０μｍの直角二等辺三角形の領域である。上昇ストッパ部３０ａのベース層１１と対向している面はベース層１１と結合していない部分がえぐれている。錘部Ｍは上昇ストッパ部３０ａのベース層１１と対向している面のえぐれている部分に空隙Ｇ２を挟んで対向している。空隙Ｇ２の高さは第一絶縁層１２の厚さと等しい。上昇ストッパ部３０ａと錘部Ｍとが空隙Ｇ２を挟んで対向している方向は錘部Ｍと可撓部Ｆとが重なっている方向である。上昇ストッパ部３０ａはストッパ層３０からなる。上昇ストッパ部３０ａは可撓部Ｆを構成しているＳＯＩ層１３および第二絶縁層２０を貫通している。
【００３２】
錘部Ｍは、図２に示すようにパッケージ１Ｂの底面９０ａからも支持部Ｓからも離間した状態で連結部３０ｂによって可撓部Ｆに連結されているため、加速度センサ１に固定された座標系において運動する。錘部Ｍと連結されている可撓部Ｆは錘部Ｍの運動にともなって変形する。可撓部Ｆを梁形にすると、可撓部Ｆを外周全体が支持部Ｓに結合したダイヤフラムとして形成する場合に比べて錘部Ｍの運動に伴う可撓部Ｆの変形量を大きくできる。すなわち可撓部Ｆを梁形にすると加速度センサ１の感度が高まる。
【００３３】
錘部Ｍの運動範囲は支持部Ｓとパッケージ１Ｂの底面９０ａと上昇ストッパ部３０ａとによって制限される。これにより可撓部Ｆが過大に変形して損傷することが防止される。ここで図１に示すようにｘｙｚ直交座標軸を定める。ｘ軸およびｙ軸は可撓部Ｆを構成する２つの梁が延伸する方向と平行である。ｚ軸はセンサダイ１Ａを構成している各層を積層している方向と平行である。すなわちｚ軸はセンサダイ１Ａを構成している各層の厚さの方向であり、錘部Ｍと連結部３０ｂと可撓部Ｆとが重なっている方向である。錘部Ｍから可撓部Ｆに向かう方向をｚ軸の正方向とする。錘部Ｍの表面のｘ軸と平行な方向およびｙ軸と平行な方向への移動を伴う錘部Ｍの運動はベース層１１の支持部Ｓを構成している部分によって制限される。錘部Ｍの表面のｚ軸負方向への移動を伴う錘部Ｍの運動はパッケージ１Ｂの底面９０ａによって制限される。錘部Ｍの表面のｚ軸正方向への移動を伴う錘部Ｍの運動は上昇ストッパ部３０ａによって制限される。
【００３４】
錘部Ｍの角部が錘部Ｍから可撓部Ｆに向かう方向（ｚ軸正方向）に移動すると、初期状態（ベース層１１の支持部Ｓを構成している部分と錘部Ｍを構成している部分とがｘｙ平面と平行な方向において整列している状態）からの移動量が空隙Ｇ２の高さと等しくなったときに錘部Ｍの角部と上昇ストッパ部３０ａとが接触する。そして、錘部Ｍから可撓部Ｆに向かう方向において錘部Ｍの運動範囲が上昇ストッパ部３０ａによって制限される。したがってｚ軸負方向に過大な加速度が生ずるような衝撃が加わったとしても、可撓部Ｆが損傷することはない。同様にして、ｘ、ｙ軸方向に過大な加速度が生じるような衝撃が加わったとしても、可撓部Ｆが損傷することはない。
【００３５】
錘部Ｍとの衝突によって上昇ストッパ部３０ａが損傷することを防止するため、上昇ストッパ部３０ａは靱性が高い材料から構成することが好ましい。また上昇ストッパ部３０ａとの衝突によって錘部Ｍが損傷することを防止するため、上昇ストッパ部３０ａは錘部Ｍよりも硬度が低い材料から構成することが好ましい。
【００３６】
上昇ストッパ部３０ａを構成するストッパ層３０に単結晶シリコンよりも高い靱性を求める場合、ストッパ層３０は、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）等の半導体、窒化アルミニウム（ＡｌｘＮｙ）、窒化チタン（ＴｉｘＮｙ）、窒化シリコン（ＳｉｘＮｙ）などの窒化物、酸化アルミニウム（ＡｌｘＯｙ）、酸化タンタル（ＴａＯｘ）、酸化チタン（ＴｉＯｘ）などの酸化物、タングステンシリサイド（ＷＳｉｘ）、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉｘ）、チタンシリサイド（ＴｉＳｉｘ）等のシリサイド化合物、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）等の金属から構成される。ストッパ層３０に単結晶シリコンよりも高い靱性を求めない場合には、単結晶シリコン、ポリシリコン、アモルファスシリコン、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）からストッパ層３０を構成しても良い。
【００３７】
ピエゾ抵抗素子１３１は錘部Ｍの運動に伴う可撓部Ｆの変形を検出するための検出手段である。ピエゾ抵抗素子１３１は、ＳＯＩ層１３に形成された高抵抗部１３１ａと低抵抗部１３１ｂとで構成され、平面視において幅８μｍ、長さ１００μｍ程度の矩形領域に形成されている。高抵抗部１３１ａにはボロン（Ｂ）イオンが２×１０１８／ｃｍ３の濃度で拡散している。低抵抗部１３１ｂには、ボロンイオンが２×１０２０／ｃｍ３の濃度で拡散している。高抵抗部１３１ａに比べて比抵抗が小さい低抵抗部１３１ｂは高抵抗部１３１ａと表面導線層５０との接続抵抗を低減する。ピエゾ抵抗素子１３１は第二絶縁層２０と第三絶縁層４０とに形成されたコンタクトホールを通じて表面導線層５０に接続している。ピエゾ抵抗素子１３１は直線的に並ぶ４つを１組とする合計３組のホイーストンブリッジを構成するように結線される。互いに直交する３軸の加速度成分のそれぞれに対応する信号を各ホイーストンブリッジから得ることができる。
【００３８】
図２に示すパッケージ１Ｂは、無蓋箱型のベース９０とベース９０の内部空間を閉塞するカバー９４とを備える。ベース９０とカバー９４とは接着層９３を介して接合されている。ベース９０には複数の貫通電極９１が設けられている。ワイヤ９５は一端がセンサダイ１Ａの表面導線層５０に接合され他端がパッケージ１Ｂの貫通電極９１に接合される。センサダイ１Ａのベース層１１の下面によって構成されている支持部Ｓの下面はベース９０の内側の底面９０ａに接着層９２によって接着されている。底面９０ａに形成する凹部の深さや接着層９２の厚さによってセンサダイ１Ａの可撓部Ｆとベース９０の内側の底面９０ａとの間の空隙の高さが設定されている。なお、パッケージ１Ｂの内部にセンサダイ１Ａと接続されるＬＳＩダイを収容してもよい。
【００３９】
（製造方法）
以下、図３から図１５に基づいて加速度センサ１の製造方法を説明する。図５−図９の分図Ａ、図１３−図１５の分図Ａは図１Ａに示すＢＢ線に対応する断面図である。図３、図４、図１０から図１２、図５−図９の分図Ｂ、図１３−図１５の分図Ｂは図１Ａに示すＣＣ線に対応する断面図である。
【００４０】
はじめに図３に示すように、ＳＯＩウエハ１０のＳＯＩ層１３にフォトレジストからなる保護膜Ｒ１を用いて不純物を導入することにより高抵抗部１３１ａを形成する。不純物として、例えば２×１０１８／ｃｍ３の濃度でボロン（Ｂ）イオンを注入する。イオン注入後はアニールによる活性化が行われる。ＳＯＩウエハ１０は、厚さ６２５μｍの単結晶シリコンからなるベース層１１と、厚さ１μｍの二酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる第一絶縁層１２と、厚さ１０μｍの単結晶シリコンからなるＳＯＩ層１３とがこの順に積層されたウエハである。
【００４１】
次に図４に示すようにＳＯＩ層１３の表面に第二絶縁層２０を形成する。第二絶縁層２０として、例えば熱酸化またはＣＶＤにより厚さ０．５μｍの二酸化シリコンの膜を形成する。
【００４２】
次に図５Ａおよび図５Ｂに示すように、第二絶縁層２０およびＳＯＩ層１３を貫通する凹部Ｈ１、Ｈ２をフォトレジストからなる保護膜Ｒ２を用いたエッチングによって形成する。凹部Ｈ２のパターンは上昇ストッパ部３０ａのパターンに対応する。すなわち凹部Ｈ２のパターンは環状であり、その角部は錘部Ｍと支持部Ｓとの間の環状のスリットＴになる領域（破線で図示されている領域）より内側から外側にかかる。凹部Ｈ１は環状の凹部Ｈ２より内側に形成される。第二絶縁層２０およびＳＯＩ層１３は例えば反応性イオンエッチングによって異方的にエッチングする。例えばＣＨＦ３ガスを用いた反応性イオンエッチングにより第二絶縁層２０をエッチングし、続いてＣＦ４ガスおよびＯ２ガスを用いた反応性イオンエッチングによりＳＯＩ層１３をエッチングする。
【００４３】
次に保護膜Ｒ２を除去した後に、図６に示すように、フォトレジストからなる保護膜Ｒ３を用いて第一絶縁層１２の凹部Ｈ１、Ｈ２から露出した部分をエッチングし、第一絶縁層１２を貫通した凹部Ｈ１、Ｈ２からベース層１１を露出させる。例えばＣＨＦ３ガスを用いた反応性イオンエッチングにより第一絶縁層１２をエッチングする。このとき第一絶縁層１２の凹部Ｈ２から露出している部分については、露出している部分全てをエッチングによって除去するのではなく、スリットＴになる領域より外側だけを除去し、スリットＴになる領域から内側は残存させる。このようにエッチングした後に凹部Ｈ２の底に残る第一絶縁層１２は上昇ストッパ部３０ａと錘部Ｍとの間の空隙Ｇ２を形成するための犠牲層として機能する。
【００４４】
このように２つの保護膜Ｒ２、Ｒ３を用いたエッチングによって、連結部３０ｂを形成するための連結モールド部としての凹部Ｈ１と、上昇ストッパ部３０ａを形成するための上昇ストッパモールド部としての凹部Ｈ２とが形成される。
【００４５】
次に凹部Ｈ１、Ｈ２から露出したベース層１１と第一絶縁層１２と第二絶縁層２０の表面に、第一絶縁層１２と異質の材料を堆積することにより、図７に示すように凹部Ｈ１、Ｈ２を完全に埋めるストッパ層３０を形成する。例えば窒化シリコンをプラズマＣＶＤにより、基板温度４００℃で、第一絶縁層１２、ＳＯＩ層１３、第二絶縁層２０の合計厚さ１１．５μｍ以上堆積してストッパ層３０を形成する。ＣＶＤ等で形成したストッパ層３０は下地形状を反映したコンフォーマルな表面形状を有する。またシード層をスパッタ法で形成した後に銅、ニッケル等を電解メッキにより堆積してストッパ層３０を形成しても良い。
【００４６】
次に図８に示すようにエッチバックのための被膜Ｒ４をストッパ層３０の表面に形成する。被膜Ｒ４の材料には、ストッパ層３０とのエッチング選択比をほぼ１にできる材料を選択する。例えば、フォトレジスト、ＳＯＧ（Spin On Glass）、ポリイミド等を塗布しベークすることにより表面が平坦な被膜Ｒ４を形成する。
【００４７】
次に図９に示すように第二絶縁層２０の上面とストッパ層３０の上面とを平坦に連続させる。具体的には、被膜Ｒ４とストッパ層３０のエッチング選択比がほぼ１：１の条件において、第二絶縁層２０が露出するまでストッパ層３０の表層を被膜Ｒ４もろともにエッチバックして除去する。その結果、ストッパ層３０は凹部Ｈ１、Ｈ２の内部にのみ残存し、ストッパ層３０の上面と第二絶縁層２０の上面とが平坦に連続するとともに、凹部Ｈ１内に連結部３０ｂが形成され、凹部Ｈ２内に上昇ストッパ部３０ａが形成される。なお、被膜Ｒ４を用いたエッチングに代えて、研削、研磨またはＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）によって第二絶縁層２０の上面とストッパ層３０の上面とを平坦に連続させてもよい。
【００４８】
次に第二絶縁層２０とストッパ層３０の上面に第三絶縁層４０を形成する。第三絶縁層４０として、例えばＣＶＤにより二酸化シリコン（ＳｉＯ２）の膜を形成する。第三絶縁層４０としてＰＳＧ（Phospho Silicate Grass）、ＢＰＳＧ（Boro- Phospho Silicate Grass）、窒化シリコン（ＳｉｘＮｙ）などの膜を形成してもよい。なお、ストッパ層３０を絶縁膜から構成する場合、第三絶縁層４０は不要である。
続いて図１０に示すようにフォトレジストからなる保護膜Ｒ５を用いて第二絶縁層２０および第三絶縁層４０にコンタクトホールＨ４を形成し、高抵抗部１３１ａを露出させる。コンタクトホールＨ４は、例えばＣＦ４ガス＋Ｈ２ガスまたはＣＨＦ３ガスを用いた反応性イオンエッチングによって第二絶縁層２０および第三絶縁層４０を異方的にエッチングすることによって形成する。フッ酸（ＨＦ）または緩衝フッ酸（ＢＨＦ）を用いたウエットエッチングによってコンタクトホールＨ４を形成してもよい。
【００４９】
次に図１１に示すようにコンタクトホールＨ４から露出している高抵抗部１３１ａに不純物を導入することにより低抵抗部１３１ｂを形成する。不純物として、例えば２×１０２０／ｃｍ３の濃度でボロンイオンを注入する。イオン注入後はアニールによる活性化が行われる。
【００５０】
次に図１２に示すように第三絶縁層４０の表面に表面導線層５０を形成し、フォトレジストからなる保護膜Ｒ６を用いて表面導線層５０をエッチングすることによって所定パターンの導線およびボンディングパッドを構成する表面導線層５０を形成する。表面導線層５０として、例えばスパッタリングによって０．３μｍの厚さのアルミニウム（Ａｌ）の膜を形成する。表面導線層５０として銅やアルミシリコン（ＡｌＳｉ）の膜を形成してもよい。表面導線層５０のパターンは、例えば塩素（Ｃｌ２）ガスを用いた反応性イオンエッチングにより形成する。ウエットエッチングによって表面導線層５０のパターンを形成しても良い。
【００５１】
次に図１３Ａ、図１３Ｂ、図１３Ｃに示すように、フォトレジストからなる保護膜Ｒ７を用いてＳＯＩ層１３、第二絶縁層２０および第三絶縁層４０をエッチングすることにより可撓部Ｆおよび支持部ＳのパターンをＳＯＩ層１３、第二絶縁層２０および第三絶縁層４０に形成する。例えばＣＨＦ３ガスを用いた反応性イオンエッチングにより第二絶縁層２０と第三絶縁層４０をエッチングし、続いてＣＦ４ガスおよびＯ２ガスを用いた反応性イオンエッチングによりＳＯＩ層１３をエッチングする。フッ酸や緩衝フッ酸を用いたウエットエッチングによって可撓部Ｆと支持部Ｓのパターンを形成してもよい。
【００５２】
次に図１４に示すようにベース層１１をエッチングすることにより、環状の溝であるスリットＴを形成するとともに、スリットＴから外側に支持部Ｓとなるベース層１１の部分を残存させスリットＴから内側に錘部Ｍとなるベース層１１の部分を残存させる。すなわちベース層１１にスリットＴを形成することによって、ベース層１１を支持部Ｓを構成する部分と錘部Ｍを構成する部分とに分断する。スリットＴは環状であれば良く、円形状であっても、矩形状であっても、多角形状であってもよい。またスリットＴの幅は一定であっても領域毎に異なっていても良い。具体的には、上述の工程によって形成された積層構造体であるワークＷの第三絶縁層４０が形成されている面を図１４に示すように犠牲基板９９に接着する。接着層９８として、例えばワックス、フォトレジスト、両面粘着シート等を用いる。続いてフォトレジストからなる保護膜Ｒ８をベース層１１の表面に形成し、保護膜Ｒ８を用いた異方性エッチングによりスリットＴを形成する。より具体的には、ベース層１１は、Ｃ４Ｆ８プラズマを用いたパッシベーションとＳＦ６プラズマを用いたエッチングのステップを短い時間間隔で交互に繰り返すＤｅｅｐ−ＲＩＥ（いわゆるボッシュプロセス）によって異方的にエッチングされる。なお、錘部Ｍを形成するこの工程は、ＳＯＩウエハ１０を加工する最初の工程として実施しても良いし、第二絶縁層２０を形成した直後に実施しても良い。
【００５３】
次に、犠牲基板９９および接着層９８によってワークＷの上面（第三絶縁層４０が形成されている面）と側面とを覆った状態において、あるいは犠牲基板９９からワークＷを剥離した後、ワークＷの上面と側面とをレジスト等からなる保護膜で覆った状態において、図１５に示すようにワークＷの裏面から第一絶縁層１２を等方性エッチングする。その結果、上昇ストッパ部３０ａと錘部Ｍとの間と可撓部Ｆと錘部Ｍとの間とに空隙Ｇ１、Ｇ２が形成され、可撓部Ｆの機能（錘部Ｍの運動に伴って変形する機能）と上昇ストッパ部３０ａの機能（錘部Ｍの運動範囲を制限する機能）と連結部３０ｂの機能（錘部Ｍと可撓部Ｆとを連結する機能）が顕在化する。このとき、第一絶縁層１２に接している上昇ストッパ部３０ａと連結部３０ｂとが第一絶縁層１２と異質のストッパ層３０からなるため、第一絶縁層１２と上昇ストッパ部３０ａとの界面と第一絶縁層１２と連結部３０ｂとの界面とにエッチングの終点を正確に定めることができる。すなわち、空隙Ｇ１、Ｇ２の形状を正確に形成することができるため、特性のばらつきが小さいセンサダイ１Ａを製造することができる。第一絶縁層１２の等方性エッチングは例えば希フッ酸または緩衝フッ酸を用いたウエットエッチングとする。また、無水フッ酸とアルコールの混合ガスによる気相等方性エッチングによって第一絶縁層１２をエッチングしても良い。
【００５４】
その後、ダイシング、パッケージング等の後工程を実施すると図１および図２に示す加速度センサ１が完成する。
【００５５】
以上説明した第一実施形態によると、錘部のｚ軸正方向の運動範囲を第一絶縁層１２の厚さによって精度良く制限することができる。第一絶縁層１２は極めて薄く形成できるため、錘部Ｍのｚ軸正方向の運動範囲を極めて狭くすることもできる。また錘部のｚ軸正方向の運動範囲を制限する機能を錘部Ｍを基準とする可撓部Ｆの高さの範囲にある上昇ストッパ部３０ａによって実現できるため、その機能を追加してもパッケージ１Ｂが厚くならない。すなわち耐衝撃性能が高く薄い加速度センサを実現できる。さらに上昇ストッパ部３０ａと対向している錘部Ｍの領域は限定的であるため、錘部Ｍの運動範囲を板状の部品によって制限する場合に比べ、エアダンピングによる感度低下を抑制できる。
【００５６】
なお、第一実施形態においては上昇ストッパ部３０ａを構成するストッパ層３０はベース層１１に直接接合されているが、ストッパ層３０とベース層１１とが直接接合されていなくても良い。この場合、上昇ストッパ部３０ａとベース層１１との間に第一絶縁層１２が挟まれていてもよいし、上昇ストッパ部３０ａとベース層１１との間が全て空隙Ｇ２であってもよい。このような構成を採用する場合には、ストッパ層３０を第一絶縁層１２をエッチングする際のストッパとして用いるのではなく、エッチング時間のみによって第一絶縁層１２のエッチングの終点を設定することになる。
また、第一実施形態においてはワークＷの裏面（ベース層１１が露出している面）のスリットＴから第一絶縁層１２をエッチングして錘部Ｍと可撓部Ｆとの間に空隙を形成する例を説明したが、ワークＷの表面から第一絶縁層１２をエッチングしてその空隙を形成しても良い。この場合、犠牲基板９９からワークＷを剥離した後、ワークＷの表面の可撓部Ｆと支持部Ｓを覆い第一絶縁層１２が露出するパターン（図１３Ｃのパターンよりも開口が小さいパターン）を有する保護膜を形成し、この保護膜から露出した部分から第一絶縁層１２を等法的にエッチングすればよい。
【００５７】
２．第二実施形態
本発明のＭＥＭＳセンサの第二実施形態である加速度センサのセンサダイ２Ａを図１６に示す。図１６Ｂ、図１６Ｃはそれぞれ図１６Ａに示すＢＢ線、ＣＣ線に対応する断面図である。図１６Ｂ、図１６Ｃにおいて、センサダイ２Ａを構成する層の界面は破線で示し、センサダイ２Ａを構成する機能要素の境界は実線で示している。
【００５８】
図１６に示すように上昇ストッパ部３０ａに通孔３０ｈを形成しても良い。通孔３０ｈの直径は３０μｍ程度とする。錘部Ｍと対向する領域に通孔３０ｈを形成することにより、第一絶縁層１２をエッチングして空隙Ｇ１、Ｇ２を形成する工程において、ストッパ層３０とベース層１１との間から確実に第一絶縁層１２を除去することができる。したがって、上昇ストッパ部３０ａが錘部Ｍと対向する領域を広げたとしても、第一絶縁層１２の残渣による不良品発生率を抑制できる。また、上昇ストッパ部３０ａが錘部Ｍと対向する領域を広げたとしても、上昇ストッパ部３０ａによるエアダンピングによって感度が低下することを抑制できる。
【００５９】
３．第三実施形態
（構成）
本発明のＭＥＭＳセンサの第三実施形態である加速度センサのセンサダイ３Ａを図１７に示す。図１７Ｂ、図１７Ｃはそれぞれ図１７Ａに示すＢＢ線、ＣＣ線に対応する断面図である。図１７Ｂ、図１７Ｃにおいて、センサダイ３Ａを構成する層の界面は破線で示し、センサダイ３Ａを構成する機能要素の境界は実線で示している。
【００６０】
第三実施形態では、ｚ軸負方向において錘部Ｍの運動範囲を制限する下降ストッパ部３０ｃが追加されている。下降ストッパ部３０ｃは錘部Ｍに結合し、空隙Ｇ３を挟んで支持部とｚ軸方向に対向している。空隙Ｇ３の高さ（下降ストッパ部３０ｃと支持部Ｓのベース層１１との距離）は第一絶縁層１２の厚さと等しい。下降ストッパ部３０ｃが支持部Ｓのベース層１１と接触することによって錘部Ｍのｚ軸負方向への運動範囲が制限される。下降ストッパ部３０ｃは上昇ストッパ部３０ａおよび連結部３０ｂと同様にストッパ層３０からなる。
【００６１】
ストッパ層３０からなる下降ストッパ部３０ｃを追加することにより、錘部のｚ軸負方向の運動範囲を第一絶縁層１２の厚さによって精度良く制限することができる。第一絶縁層１２は極めて薄く形成できるため、錘部のｚ軸負方向の運動範囲を極めて狭くすることもできる。また錘部のｚ軸負方向の運動範囲を制限する機能を錘部Ｍを基準とする可撓部Ｆの高さの範囲にある下降ストッパ部３０ｃによって実現できるため、ｚ軸負方向において錘部Ｍの運動範囲を制限する機能を追加してもパッケージ１Ｂが厚くならない。
【００６２】
（製造方法）
センサダイ３Ａは第一実施形態において用いた保護膜Ｒ２、Ｒ３、Ｒ７のパターンを変更するだけで第一実施形態と同様に製造できる。図１８Ａ、図１９Ａ、図２０Ａは図１７Ａに示すＢＢ線に対応する断面図である。図１８Ｂ、図１９Ｂ、図２０Ｂは図１７Ａに示すＣＣ線に対応する断面図である。
【００６３】
凹部Ｈ１、Ｈ２をフォトレジストからなる保護膜Ｒ２を用いたエッチングによって形成するとき、図１８に示すように、同時に下降ストッパ部３０ｃを形成するための下降ストッパモールド部である凹部Ｈ３を形成する。凹部Ｈ３は、錘部Ｍと支持部Ｓとの間の環状のスリットＴになる領域（破線で図示されている領域）より内側から外側にかかる。
【００６４】
次に保護膜Ｒ２を除去した後に、図１９に示すように、第一実施形態と同様にフォトレジストからなる保護膜Ｒ３を用いて第一絶縁層１２の凹部Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３から露出した部分をエッチングし、第一絶縁層１２を貫通した凹部Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３からベース層１１を露出させる。このとき第一絶縁層１２の凹部Ｈ３から露出している部分については、露出している部分全てをエッチングによって除去するのではなく、スリットＴになる領域より内側だけを除去し、スリットＴになる領域から外側は残存させる。このようにエッチングした後に凹部Ｈ３の底に残る第一絶縁層１２は下降ストッパ部３０ｃと錘部Ｍとの間の空隙Ｇ３を形成するための犠牲層として機能する。
【００６５】
保護膜Ｒ７を用いて第三絶縁層４０、第二絶縁層２０およびＳＯＩ層１３に可撓部Ｆおよび支持部Ｓとなる部分を形成するときには、図２０に示すように下降ストッパ部３０ｃを保護するように保護膜Ｒ７を形成すればよい。すると、下降ストッパ部３０ｃの周囲から第三絶縁層４０、第二絶縁層２０およびＳＯＩ層１３がエッチングによって除去され、下降ストッパ部３０ｃは残存する。
【００６６】
なお、錘部のｚ軸正方向の運動範囲と負方向の運動範囲とを個別に設定することも可能である。この場合、例えば図１９に対応する工程を実施した後に保護膜Ｒ３を除去し、凹部Ｈ３内に露出している第一絶縁層１２の上にのみ第一絶縁層１２と同質の膜を形成し、その後にストッパ層３０を形成すればよい。
【００６７】
４．第四実施形態
（構成）
本発明のＭＥＭＳセンサの第四実施形態である加速度センサのセンサダイ４Ａを図２１に示す。図２１Ｂ、図２１Ｃはそれぞれ図２１Ａに示すＢＢ線、ＣＣ線に対応する断面図である。図２１Ｂ、図２１Ｃにおいて、センサダイ４Ａを構成する層の界面は破線で示し、センサダイ４Ａを構成する機能要素の境界は実線で示している。
【００６８】
第四実施形態では、上昇ストッパ部３０ａ、下降ストッパ部３０ｃおよび連結部３０ｂがストッパ層３１とコア層３２とを含む複層構造を有する。第一絶縁層１２のエッチングストッパとなるストッパ層３１は、空隙Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３と接する部分において上昇ストッパ部３０ａ、下降ストッパ部３０ｃおよび連結部３０ｂの表層を構成している。上昇ストッパ部３０ａ、下降ストッパ部３０ｃおよび連結部３０ｂに複層構造を採用することによって、応力、製造コスト、強度等のバランスを最適化することができる。
【００６９】
（製造方法）
センサダイ４Ａは図７に対応する工程においてストッパ層３０のみで凹部Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３を埋める代わりに、図２２に示すようにストッパ層３１を薄く形成した後にコア層３２を形成することによって凹部Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３を埋めればよい。すなわち凹部Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３を形成した後に、まずベース層１１と第一絶縁層１２と第二絶縁層２０の表面にストッパ層３１を薄く形成する。例えばストッパ層３１として厚さ０．２μｍの窒化シリコン（ＳｉｘＮｙ）の膜をＣＶＤ法を用いて形成する。窒化シリコンに代えて、窒化アルミニウム（ＡｌｘＮｙ）、窒化チタン（ＴｉｘＮｙ）などの窒化物、酸化アルミニウム（ＡｌｘＯｙ）、酸化タンタル（ＴａＯｘ）、酸化チタン（ＴｉＯｘ）などの酸化物を用いてストッパ層３１を形成しても良い。次にコア層３２を形成することによって凹部Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３を完全に埋める。例えばコア層３２として、厚さ１０μｍの二酸化シリコンの膜をＣＶＤ法を用いて形成する。二酸化シリコンに代えて、多結晶シリコン、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、タングステンシリサイド（ＷＳｉｘ）、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉｘ）、チタンシリサイド（ＴｉＳｉｘ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）等の半導体や酸化物や窒化物やシリサイド化合物や金属を用いてコア層３２を形成しても良い。このような材料の選択においては、応力、製造コスト、強度等のバランスを考慮して最適なものが選択されて組み合わせられる。また凹部Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３をストッパ層３１とコア層３２とで埋めた後、コア層３２の表層を研削、研磨またはＣＭＰで除去することによってストッパ層３１の表面とコア層３２の表面とを平坦に連続させる。このときＣＭＰを用いる場合には、ストッパ層３１を構成する窒化シリコンがエッチングストッパとして機能する。なお、可撓部Ｆと錘部Ｍとの間に空隙を形成するために二酸化シリコンからなる第一絶縁層１２をエッチングする際には、保護膜によってストッパ層３１およびコア層３２が覆われるため、二酸化シリコンからなるコア層３２がエッチングされることはない。
【００７０】
５．第五実施形態
本発明のＭＥＭＳセンサの第五実施形態である角速度センサのセンサダイ５Ａを図２３に示す。図２３Ｂ、図２３Ｃ、図２３Ｄはそれぞれ図２３Ａに示すＢＢ線、ＣＣ線、ＤＤ線に対応する断面図である。図２３Ｂ、図２３Ｃ、図２４Ｄにおいて、センサダイ５Ａを成する層の界面は破線で示し、センサダイ５Ａを構成する機能要素の境界は実線で示している。
【００７１】
センサダイ５Ａは振動ジャイロスコープ型である。支持部Ｓに結合している可撓部Ｆは支持部Ｓの内側に平行に掛け渡された２本の梁を構成している。可撓部Ｆの変形は、可撓部Ｆに設けられた検出用圧電素子８０ｂによって検出される。可撓部Ｆに設けられた駆動用圧電素子８０ａは、可撓部Ｆを振動させることによって錘部Ｍを振動させる駆動手段である。検出用圧電素子８０ｂおよび駆動用圧電素子８０ａは２つの電極層８１、８３に圧電層８２を挟んだ構造を有する。十字形の錘部Ｍは可撓部Ｆを構成している２つの梁が支持部Ｓに掛け渡されているｘ軸方向に長く、中央部がｙ軸正方向およびｙ軸負方向に突出している。錘部Ｍのｙ軸正方向およびｙ軸負方向に突出している中央部において、錘部Ｍは可撓部Ｆを構成する２つの梁に第一絶縁層１２を介して連結されている。錘部Ｍと可撓部Ｆとは第一絶縁層１２によって連結されている。すなわち本実施形態においては、錘部Ｍと可撓部Ｆとを連結する連結部はストッパ層３０によって構成されるのではなく、第一絶縁層１２によって構成されている。上昇ストッパ部３０ａが支持部Ｓに埋め込まれておらず、支持部Ｓの複数箇所にそれぞれ独立した形態で設けられている点を除けば、上昇ストッパ部３０ａと下降ストッパ部３０ｃの構成と機能は第三実施形態において説明したそれらの構成と機能と実質的に同一である。
【００７２】
このように本発明は加速度センサ以外のＭＥＭＳセンサにも適用することができる。またセンサダイ５ＡのＳＯＩ層１３にピエゾ抵抗素子１３１を形成し、表面導線層５０を追加することにより、加速度および角速度を検出するモーションセンサとして本発明を実施することもできる。
【００７３】
６．第六実施形態
（構成）
本発明のＭＥＭＳセンサの第六実施形態である角速度センサのセンサダイ６Ａを図２４に示す。センサダイ６Ａは、振動ジャイロスコープ型である。図２４Ｂ、図２４Ｃ、図２４Ｄはそれぞれ図２４Ａに示すＢＢ線、ＣＣ線、ＤＤ線に対応する断面図である。図２４Ｂ、図２４Ｃ、図２４Ｄにおいて、センサダイ６Ａを構成する層の界面は破線で示し、センサダイ６Ａを構成する機能要素の境界は実線で示している。説明のため、各図には互いに直交するｘ軸、ｙ軸およびｚ軸を示している。
【００７４】
センサダイ６Ａは、ベース層１１と、非平坦層７２と、絶縁層７３と、電極層８１、８３と、圧電層８２とからなる積層構造体である。センサダイ６Ａは、第一実施形態において説明したパッケージ１Ｂに収容される。ベース層１１および非平坦層７２はｎ型の単結晶シリコンからなる。ベース層１１の厚さは６２５μｍである。非平坦層７２の厚さは１０μｍである。絶縁層７３はシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）からなる。絶縁層７３の厚さは１μｍである。電極層８１、８３は白金（Ｐｔ）からなる。電極層８１、８３の厚さは０．１μｍである。圧電層８２はＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）からなる。圧電層８２の厚さは３μｍである。
【００７５】
センサダイ６Ａは、枠形の支持部Ｓと、支持部Ｓに結合した２つの梁を構成している可撓部Ｆと、可撓部Ｆに直接結合している錘部Ｍと、可撓部Ｆに設けられた駆動用圧電素子８０ａと検出用圧電素子８０ｂと、支持部Ｓに直接結合している上昇ストッパ部７０ａとを備える。
【００７６】
支持部Ｓは図２４Ａに示すように枠の形態を有する。支持部Ｓはパッケージ１Ｂに固定されるため、実質的に剛体として振る舞う。支持部Ｓはベース層１１、非平坦層７２および絶縁層７３を含む。支持部Ｓと錘部Ｍとの間には環状の空隙Ｔが形成されている。支持部Ｓと錘部Ｍとが近接している領域において、支持部Ｓはベース層１１のみで構成されている。
【００７７】
可撓部Ｆは支持部Ｓの内側に平行に掛け渡された２つの梁を構成している。可撓部Ｆは非平坦層７２および絶縁層７３からなる。可撓部Ｆを構成している梁のそれぞれは、両端部と中央部とにおいてｚ軸負方向に張り出すように折れ曲がっている。すなわち、可撓部Ｆを構成している非平坦層７２および絶縁層７３は平坦ではなく、支持部Ｓと錘部Ｍとの間においてベース層１１から離れる方向に盛り上がっている。
【００７８】
十字形の錘部Ｍは可撓部Ｆを構成している２つの梁が支持部Ｓに掛け渡されているｘ軸方向に長く、中央部がｙ軸正方向およびｙ軸負方向に突出している。錘部Ｍのｙ軸正方向およびｙ軸負方向に突出している中央部において、錘部Ｍは可撓部Ｆを構成する２つの梁に直接結合している。錘部Ｍは可撓部Ｆのみに結合し、パッケージ１Ｂからも支持部Ｓからも離間しているため、支持部Ｓに対して相対的に運動する。錘部Ｍは支持部Ｓに対して相対的に運動することによって可撓部Ｆを変形させる。
【００７９】
検出用圧電素子８０ｂおよび駆動用圧電素子８０ａは２つの電極層８１、８３に圧電層８２を挟んだ構造を有する。可撓部Ｆの変形は、可撓部Ｆに設けられた検出用圧電素子８０ｂによって検出される。可撓部Ｆに設けられた駆動用圧電素子８０ａは、可撓部Ｆを振動させることによって錘部Ｍを振動させる駆動手段である。
【００８０】
上昇ストッパ部７０ａは、支持部Ｓと錘部Ｍとが近接している複数の領域に設けられている。また、上昇ストッパ部７０ａは、錘部Ｍの４つの端部のそれぞれとｚ方向に対向する領域に設けられている。上昇ストッパ部７０ａは、非平坦層７２および絶縁層７３からなる。すなわち上昇ストッパ部７０ａは、可撓部Ｆと同一の層構造を有する。上昇ストッパ部７０ａの一端は支持部Ｓの錘部Ｍとの近接領域においてベース層１１に結合している。上昇ストッパ部７０ａは支持部Ｓから支持部Ｓの内側に向かって空隙Ｔを超え錘部Ｍと対向する領域まで延伸している。また上昇ストッパ部７０ａは、ベース層１１から離れるｚ軸正方向にも延伸している。より具体的には上昇ストッパ部７０ａはベース層１１に結合している部分の端において、ベース層１１から離れる方向（ｚ軸正方向）に折れ曲がっている。このため、上昇ストッパ部７０ａの先端部と錘部Ｍとは空隙Ｇ２を挟んでｚ方向に対向している。空隙Ｇ２の高さ（上昇ストッパ部７０ａの先端部と錘部Ｍとの距離）は、可撓部Ｆが支持部Ｓとの結合領域と錘部Ｍとの結合領域との間においてベース層１１から離れる方向に盛り上がっている高さと等しい。
【００８１】
錘部Ｍの端部が錘部Ｍから可撓部Ｆに向かう方向（ｚ軸正方向）に移動すると、初期状態（ベース層１１の支持部Ｓを構成している部分と錘部Ｍを構成している部分とがｘｙ平面と平行な方向において整列している状態）からの移動量が空隙Ｇ２の高さと等しくなったときに錘部Ｍの端部と上昇ストッパ部７０ａとが接触する。このように、錘部Ｍから可撓部Ｆに向かう方向において錘部Ｍの運動範囲が上昇ストッパ部７０ａによって制限される。したがってｚ軸負方向に過大な加速度が生ずるような衝撃が加わったとしても、可撓部Ｆが損傷することはない。
【００８２】
（製造方法）
以下、図２５から図３１に基づいて角速度センサのセンサダイ６Ａの製造方法を説明する。図２５、図２６Ａ、図２７Ａ、図２８、図２９Ａ、図３０Ａ、図３１Ａは図２４Ａに示すＢＢ線に対応する断面図である。図２６Ｂ、図２７Ｂ、図２９Ｂ、図３０Ｂ、図３１Ｂは図２４Ａに示すＣＣ線に対応する断面図である。
【００８３】
はじめに図２５に示すようにベース層１１の表面に犠牲層７１としてｐ型の単結晶シリコン層をエピタキシャル結晶成長させる。ベース層１１としてはｎ型の単結晶シリコンウエハを用いる。
【００８４】
次に図２６に示すようにフォトレジストからなる保護膜Ｒ１０を用いた結晶異方性エッチングにより犠牲層７１をパターニングする。犠牲層７１には結晶異方性エッチングによりベース層１１の表面に対して傾斜した斜面が形成される。犠牲層７１のパターンは、可撓部Ｆおよび上昇ストッパ部７０ａのベース層１１から盛り上がっている領域に対応させる。その結果、犠牲層７１の下からベース層１１が露出する。犠牲層７１の下から露出したベース層１１の領域は可撓部Ｆと錘部Ｍとを結合する領域と上昇ストッパ部７０ａと支持部Ｓとを結合する領域として用いられる。単結晶シリコンからなる犠牲層７１を結晶異方性エッチングすることによって、犠牲層７１の端面を傾斜面にすることができる。具体的には、ベース層１１をワックスを接着層として図示しない支持板に仮接着し、エッチング液に浸漬した状態で犠牲層７１を電気化学エッチングによりパターニングする。すると、ｎ型のベース層１１に対して選択的にｐ型の犠牲層７１をエッチングすることができる。なお、ベース層１１および非平坦層７２をｎ型とし、犠牲層７１をｐ型にしてもよい。
【００８５】
次に図２７に示すようにベース層１１および犠牲層７１の表面にｎ型の単結晶シリコンをエピタキシャル結晶成長させることによって非平坦層７２を形成する。その結果、部分的にベース層１１から盛り上がった非平坦層７２が形成される。続いて非平坦層７２の表面に絶縁層７３を形成する。例えばＣＶＤ法または熱酸化法によって厚さ１μｍの二酸化シリコンからなる絶縁層７３を形成する。
【００８６】
次に図２８に示すように絶縁層７３の表面上に公知の方法によって駆動用圧電素子８０ａおよび検出用圧電素子８０ｂを形成する。
【００８７】
次に図２９に示すようにフォトレジストからなる保護膜Ｒ１１を用いてエッチングすることによって絶縁層７３および非平坦層７２をパターニングする。このとき、絶縁層７０および非平坦層７２の支持部Ｓから可撓部Ｆに連続している部分と上昇ストッパ部７０ａの部分とが形成される。具体的には、ＣＨＦ３ガスを用いた反応性イオンエッチングにより絶縁層７３をエッチングし、続いてＣＦ４ガスおよびＯ２ガスを用いた反応性イオンエッチングにより非平坦層７２をエッチングする。
【００８８】
次に図３０に示すようにフォトレジストからなる保護膜Ｒ１２を用いてベース層１１をエッチングすることにより、環状の溝である空隙Ｔを形成するとともに、空隙Ｔから外側に支持部Ｓとなるベース層１１の部分を残存させ空隙Ｔから内側に錘部Ｍとなるベース層１１の部分を残存させる。すなわちベース層１１に空隙Ｔを形成することによって、ベース層１１を支持部Ｓを構成する部分と錘部Ｍを構成する部分とに分断する。より具体的には、ベース層１１は、Ｃ４Ｆ８プラズマを用いたパッシベーションとＳＦ６プラズマを用いたエッチングのステップを短い時間間隔で交互に繰り返すＤｅｅｐ−ＲＩＥ（いわゆるボッシュプロセス）によって異方的にエッチングされる。
【００８９】
次に図３１に示すように犠牲層７１を等方性エッチングすることにより除去する。その結果、上昇ストッパ部７０ａと錘部Ｍとの間に空隙Ｇ２が形成され、上昇ストッパ部７０ａの機能（錘部Ｍの運動範囲を制限する機能）が顕在化する。このとき、犠牲層７１に接している上昇ストッパ部７０ａと可撓部Ｆの非平坦層７２が犠牲層７１と導電型が異なるため、犠牲層７１と非平坦層７２との界面にエッチングの終点を正確に定めることができる。すなわち、可撓部Ｆと錘部Ｍと空隙Ｇ２の形状を正確に形成することができるため、特性のばらつきが小さいセンサダイ６Ａを製造することができる。
その後、ダイシング、パッケージング等の後工程を実施すると図２４に示すセンサダイ６Ａを備えた角速度センサが完成する。
以上説明した第六実施形態によると、錘部Ｍのｚ軸正方向の運動範囲を犠牲層７１の厚さによって精度良く制限することができる。犠牲層７１は極めて薄く形成できるため、錘部Ｍのｚ軸正方向の運動範囲を極めて狭くすることもできる。また錘部Ｍのｚ軸正方向の運動範囲を制限する機能を錘部Ｍを基準とする可撓部Ｆの高さの範囲にある上昇ストッパ部７０ａによって実現できるため、その機能を追加してもパッケージ１Ｂが厚くならない。すなわち耐衝撃性能が高く薄い角速度センサを実現できる。さらに上昇ストッパ部７０ａと対向している錘部Ｍの領域は限定的であるため、錘部Ｍの運動範囲を板状の部品によって制限する場合に比べ、エアダンピングによる感度低下を抑制できる。またＳＯＩウエハを用いずに単層のベース層１１に犠牲層７１と非平坦層７２とを順次堆積して犠牲層７１を除去することによって、上昇ストッパ部７０ａと錘部Ｍの空隙を形成するため、ＳＯＩウエハを用いる場合に比べて低いコストで耐衝撃性の高い角速度センサを製造することができる。
【００９０】
７．他の実施形態
尚、本発明の技術的範囲は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば本発明ではストッパ層からなる連結部によって可撓部Ｆと錘部Ｍとを連結するため、可撓部Ｆの形状を自由に設計することができる。このため、可撓部Ｆの形態は上記実施形態に限らず例えば可撓部Ｆを１つ、３つ或いは４つ以上の片持ち梁または両端固定梁として構成するなど様々な形態に変更可能である。
【００９１】
また、互いに異なる実施形態において例示されている様々な構成要件を組み合わせて実施できることはもちろんである。また上記実施形態で示した材質や寸法や成膜方法やパターン転写方法や工程順序はあくまで例示であるし、当業者であれば自明である工程の追加や削除や工程順序の入れ替えについては説明が省略されている。
【符号の説明】
【００９２】
１：加速度センサ、１Ａ：センサダイ、１Ｂ：パッケージ、２Ａ：センサダイ、３Ａ：センサダイ、４Ａ：センサダイ、５Ａ：センサダイ、６Ａ：センサダイ、７Ａ：センサダイ、１０：ＳＯＩウエハ、１１：ベース層、１２：第一絶縁層、１３：ＳＯＩ層、２０：第二絶縁層、２０ｈ：孔、３０：ストッパ層、３０ａ：上昇ストッパ部、３０ｂ：連結部、３０ｃ：下降ストッパ部、３０ｈ：通孔、３１：ストッパ層、３２：コア層、４０：第三絶縁層、５０：表面導線層、７０ａ：上昇ストッパ部、７１：犠牲層、７２：非平坦層、７３：絶縁層、８０ａ：駆動用圧電素子、８０ｂ：検出用圧電素子、８１：電極層、８２：圧電層、８３：電極層、９０：ベース、９０ａ：底面、９１：貫通電極、９２：接着層、９３：接着層、９４：カバー、９５：ワイヤ、９８：接着層、９９：犠牲基板、１３１：ピエゾ抵抗素子、１３１ａ：高抵抗部、１３１ｂ：低抵抗部、Ｆ：可撓部、Ｇ：空隙、Ｇ１：空隙、Ｇ２：空隙、Ｇ３：空隙、Ｈ１：凹部、Ｈ２：凹部、Ｈ４：コンタクトホール、Ｈ３：凹部、Ｍ：錘部、Ｒ１：保護膜、Ｒ２：保護膜、Ｒ３：保護膜、Ｒ４：被膜、Ｒ５：保護膜、Ｒ６：保護膜、Ｒ７：保護膜、Ｒ８：保護膜、Ｒ１０：保護膜、Ｒ１１：保護膜、Ｒ１２：保護膜、Ｓ：支持部、Ｔ：スリット（空隙）、Ｗ：ワーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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