(57)【要約】【課題】固定部と該固定部の外径側を囲むように配設された錘とを複数の梁で連結してなる振動体を備えたセンサ素子を例えばＳＯＩウェハを用いたＳｉウェハ一括プロセス処理で形成できるようにした振動体型力学量センサ及びその製造方法を提供する。【解決手段】振動体１１を備えたセンサ素子よりなる振動体型力学量センサにおいて、前記センサ素子は半導体部材から形成されたものであるとともに、振動体１１は固定部１２と固定部１２の外径側を囲むように配設された錘１４とを複数の梁１３で連結したものであり、さらに、前記センサ素子の一方の面にガラス基板１０１が接合され、固定部１２がガラス基板１０１側と接合されることにより振動体１１がガラス基板１０１で機械的に支持されてなる構成としている。【選択図】  図１
2011196830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動体を備えたセンサ素子よりなる振動体型力学量センサにおいて、
前記センサ素子は半導体部材から形成されたものであるとともに、前記振動体は固定部と該固定部の外径側を囲むように配設された錘とを複数の梁で連結したものであり、
さらに、前記センサ素子の一方の面にガラス基板が接合され、前記固定部が前記ガラス基板側と接合されることにより前記振動体が前記ガラス基板で機械的に支持されてなる
ことを特徴とする振動体型力学量センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の振動体型力学量センサにおいて、
前記センサ素子の反ガラス基板側に形成された支持体の一部を前記振動体の過大な変位を抑制するストッパ部とするとともに、
該ストッパ部の形状は前記振動体の形状パターンに対応する領域の一部を欠落させた形状としてなることを特徴とする振動体型力学量センサ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の振動体型力学量センサにおいて、
前記半導体部材としてＳＯＩウェハを用いたものであって、
前記振動体はＳＯＩウェハの第１のＳｉ層から形成されたものであるとともに、前記支持体はＳＯＩウェハの第２のＳｉ層から形成されたものであることを特徴とする振動体型力学量センサ。
【請求項４】
振動体を備えたセンサ素子よりなり，前記センサ素子は半導体部材から形成されたものであるとともに，前記振動体は固定部と該固定部の外径側を囲むように配設された錘とを複数の梁で連結したものである振動体型力学量センサを製造するための製造方法において、
板状の半導体部材を一方の面から加工して前記固定部となる半導体構造部を形成し、
その後、前記半導体部材の前記一方の面にガラス基板を接合するとともに前記固定部となる半導体構造部を前記ガラス基板側と接合させ、
その後、前記半導体部材を他方の面から加工して最終形状の振動体を形成する
ことを特徴とする振動体型力学量センサの製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の振動体型力学量センサの製造方法において、
前記半導体部材としてＳＯＩウェハを用いるものであって、
半導体部材に対する前記一方の面からの加工として，ＳＯＩウェハの第１のＳｉ層の加工を行なうとともに、半導体部材に対する前記他方の面からの加工として，ＳＯＩウェハの第２のＳｉ層および絶縁層の加工を行なうことを特徴とする振動体型力学量センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばジャイロセンサ，加速度センサ，圧力センサ等の力学量センサとして用いられる振動体型力学量センサ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
（イ）従来、ジャイロセンサ，加速度センサ，圧力センサ等の力学量センサとして、振動体を用いた振動体型力学量センサが知られている。この振動体型力学量センサには、例えば、片持ち梁状や両持ち梁状の振動体と，この振動体に対向する検出電極とを備え、振動体と検出電極との間の静電容量の変化を検出するセンサ素子を用いたものなどが有り、このようなセンサ素子の製造には、マイクロマシン技術の一つであるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）技術を適用することができる。
（ロ）振動体型力学量センサのうち、特に多軸方向の角速度を高精度で検出するのに適したジャイロセンサ用の振動体型力学量センサにおけるセンサ素子として「円周上に等間隔に配置された４つの質量部を一体的に連結して概略円環状の錘を形成するとともに錘の内径側の中心位置に固定部を配置し、錘と固定部とを４本の梁で連結した」素子構造が提案されている（例えば特許文献１参照）。
（ニ）また、特に加速度センサ用の振動体型力学量センサにおけるセンサ素子として「円環状の錘を形成するとともに錘の内径側の中心位置に固定部を配置し、錘と固定部とを例えば２本のスパイラル形状の梁で連結した」素子構造も提案されている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−９１９５８号公報
【特許文献２】特開平１１−１８３５１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
（イ）上述の例えば特許文献１〜２に示されるような「センサ素子の中心位置に配置された固定部と該固定部の外径側を囲むように配設された錘とを複数の梁で連結した」構造のセンサ素子を備えた振動体型力学量センサでは、次のような問題点が有った。
【０００５】
（ａ）上記構造のセンサ素子を、例えば、Ｓｉ活性層とＳｉ支持層とでＳｉＯ２層を挟み込んだ構造のＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェハを用いたＳｉウェハ一括プロセス処理で形成しようとした場合、ＳｉＯ２層エッチングなどＳｉ裏面加工時に、固定部（Ｓｉアンカー部）と環状の錘とが梁で連結されてなる振動体が抜け落ちてしまうので、センサ素子としての構造を保持することができなくなる。
【０００６】
（ｂ）また、上記構造では、固定部（Ｓｉアンカー部）が孤立した構造となるとともに、Ｓｉ活性層とＳｉ支持層との間にＳｉＯ２層（絶縁層）があるため、Ｓｉよりなる振動体の電位を決定するための電極を形成することができない。
（ロ）上記の問題点を図７〜８により説明する。
【０００７】
（ａ）従来の振動体型力学量センサの構造例および製造方法の例を図７〜８に示す。なお、図８は、図７におけるＡ−Ａ′矢視方向から見た断面図として製造方法の各ステップを示すものである。そして、図８（ｄ）は、図８の製造方法における最終ステップでの断面図であり、これにより、半導体部材から形成されたセンサ素子の断面構造が示されている。
【０００８】
（ｂ）図７の振動体型力学量センサにおいては、センサ素子の中心位置に配置された固定部１２と、固定部１２の外径側を囲むように配設された円環状の錘１４とが４本の梁１３で連結されて振動体１１が構成されている。
【０００９】
また、錘１４の外径側の４箇所には可動電極１５が形成されているとともに、各可動電極１５の両側には固定電極１６が間隔を空けて配設されている。ここで、固定電極１６は、図８（ｄ）に示す，センサ素子の外縁部のＳｉポスト１７を含む固定構造物側に形成されたものである。なお、図７では、Ｓｉポスト１７を含む固定構造物の図示は省略している。
【００１０】
そして、対向配置された可動電極１５と固定電極１６とは、振動体型力学量センサのセンサ機能に応じて、図示されない駆動信号生成部からの駆動信号の電圧を固定電極１６に印加し，固定電極・可動電極間の静電駆動力により振動体１１を駆動するための駆動用電極部として機能させることもでき、また、図示されない容量電圧変換部を固定電極１６に接続し，固定電極・可動電極間の静電容量を検出して振動体１１の変位を検出するための変位検出用電極部として機能させることもできる。
【００１１】
また、図８（ｄ）に示すように、センサ素子における振動体１１が形成されている側の外縁部にはＳｉポスト１７が形成されているとともに、センサ素子における振動体１１が形成されている側とは反対側の外縁部にはＳｉ支持体１９が形成されている。
【００１２】
（ｃ）図７の振動体型力学量センサにおけるセンサ素子を、図８（ａ）に示すようなＳｉ活性層１０Ａ，ＳｉＯ２層１０ＢおよびＳｉ支持層１０ＣからなるＳＯＩウェハ１０を用いたＳｉウェハ一括プロセス処理で形成する場合の製造方法は、例えば次のように行うことが考えられる。
【００１３】
（ｃ１）まず、図８（ｂ）に示すように、ＳＯＩウェハ１０のＳｉ活性層１０Ａに浅掘加工と深掘加工との２段階加工のエッチングを施して、後工程で図示されないガラス基板と接合した状態で振動子１１とガラス基板側の例えばコリオリ振動検出電極等との間に静電容量ギャップが確保されるようにするためのＳｉポスト１２，１７を形成する。なお、Ｓｉポスト１２は後述のように振動体１１の固定部（Ｓｉアンカー部）１２となる。
【００１４】
（ｃ２）次に、図８（ｃ）に示すように、ＳＯＩウェハ１０のＳｉ支持層１０Ｃをエッチングする。なお、このエッチングでは、Ｓｉ支持層１０Ｃの外縁部にＳｉ支持体１９が残るとともに、振動体１１の固定部（Ｓｉアンカー部）１２に対応する領域のＳｉ支持層１０ＣもＳｉ構造部２２として残るようにしておく。
【００１５】
（ｃ３）次に、図８（ｄ）に示すように、ＳＯＩウェハ１０のＳｉＯ２層１０Ｂをエッチングし、これにより振動体１１を形成する。
（ｄ）しかしながら、上記（ｃ３）項の処理ステップでＳｉＯ２層エッチングが行なわれた段階で、図８（ｄ）（および図７）に示されるように、固定部１２と環状の錘１４とが梁１３で連結された振動体１１が、センサ素子の外縁部の固定構造物側から完全に切り離されて抜け落ちてしまう状態となり、センサ素子としての構造を保持することができなくなる。なお、Ｓｉウェハ一括プロセス処理の後、上記のように抜け落ちてしまう状態となった振動体１１のＳｉ構造部２２の端面と、センサ素子外縁部のＳｉ支持体１９の端面とに共通の別の板状構造部材を接合するようにして、振動体１１をセンサ素子の外縁部の固定構造物側に固定する対策も考えられるが、このような対策では、別の板状構造部材を介した支持固定構造であることにより、振動体１１側の可動電極１５を、センサ素子外縁部の固定構造物側の固定電極１６に対して十分な寸法精度でもって同一平面上に保持した素子構造とすることは困難である。また、上記の対策による素子構造では、振動体１２の固定部（Ｓｉアンカー部）１２とＳｉ構造部２２との間にＳｉＯ２層１０Ｂが介在しているため、Ｓｉよりなる振動体１１の電位を決定するための電極を形成することができない。
（ハ）そして、上述の課題を解決するために、本発明は、固定部と該固定部の外径側を囲むように配設された錘とを複数の梁で連結してなる振動体を備えたセンサ素子を例えばＳＯＩウェハを用いたＳｉウェハ一括プロセス処理で形成できるようにした振動体型力学量センサ及びその製造方法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】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明によれば、振動体を備えたセンサ素子よりなる振動体型力学量センサにおいて、前記センサ素子は半導体部材から形成されたものであるとともに、前記振動体は固定部と該固定部の外径側を囲むように配設された錘とを複数の梁で連結したものであり、さらに、前記センサ素子の一方の面にガラス基板が接合され、前記固定部が前記ガラス基板側と接合されることにより前記振動体が前記ガラス基板で機械的に支持されてなる構成とする（請求項１の発明）。
【００１７】
上記請求項１の発明によれば、振動体の固定部がガラス基板側と接合された構造であることにより、このセンサ素子を，例えばＳＯＩウェハを用いたＳｉウェハ一括プロセス処理で形成する場合でも、ＳｉＯ２層エッチングなどＳｉ裏面加工時に形成された振動体が抜け落ちてしまうことがないので、振動体型力学量センサのセンサ素子を例えばＳＯＩウェハ等を用いたＳｉウェハ一括プロセス処理で形成することができるようになる。
【００１８】
また、上記請求項１の発明において、前記センサ素子の反ガラス基板側に形成された支持体の一部を前記振動体の過大な変位を抑制するストッパ部とするとともに、該ストッパ部の形状は前記振動体の形状パターンに対応する領域の一部を欠落させた形状としてなる構成とすることができる（請求項２の発明）。
【００１９】
振動体型力学量センサのうち、特にセンサの更なる高感度化を図ることなどを目的として振動体の梁の弾性を低くしたセンサ素子構造では、衝撃を受けた場合の梁および錘の変位が特に大きくなるので、センサとしての耐衝撃性を確保するためのストッパ部を設けることが不可欠であるが、この場合、振動体とストッパ部との間に形成される寄生容量に伴う電気的ノイズが問題となる。この点に関し、上記請求項２の発明によれば、振動体の過大な変位を抑制するストッパ部の形状を、振動体の形状パターンに対応する領域の一部を欠落させた形状とすることにより、振動体とストッパ部との間に形成される寄生容量に伴う電気的ノイズを低減し、振動体型力学量センサのさらなる高感度化を図ることができる。
【００２０】
また、上記請求項２の発明によれば、半導体部材からなる支持体の一部をストッパ部としていることにより、センサ素子を形成する例えばＳＯＩウェハ等を用いたＳｉウェハ一括プロセス処理において合わせてストッパ部も形成することができるとともに、ストッパ部のための別の部材が不要であることから、材料及び工程数を削減し、安価な製造プロセスで振動体型力学量センサを形成することができる。
【００２１】
また、上記請求項１または２に記載の発明において、前記半導体部材としてＳＯＩウェハを用いたものであって、前記振動体はＳＯＩウェハの第１のＳｉ層から形成されたものであるとともに、前記支持体はＳＯＩウェハの第２のＳｉ層から形成されたものである構成とすることができる（請求項３の発明）。
【００２２】
次に、本発明によれば、振動体を備えたセンサ素子よりなり，前記センサ素子は半導体部材から形成されたものであるとともに，前記振動体は固定部と該固定部の外径側を囲むように配設された錘とを複数の梁で連結したものである振動体型力学量センサを製造するための製造方法において、板状の半導体部材を一方の面から加工して前記固定部となる半導体構造部を形成し、その後、前記半導体部材の前記一方の面にガラス基板を接合するとともに前記固定部となる半導体構造部を前記ガラス基板側と接合させ、その後、前記半導体部材を他方の面から加工して最終形状の振動体を形成する構成とする（請求項４の発明）。
【００２３】
上記請求項４の発明によれば、半導体部材を一方の面から加工して形成した，振動体の固定部となる半導体構造部をガラス基板側と接合させた状態で、半導体部材を他方の面から加工して最終形状の振動体を形成するようにしたことにより、半導体部材を他方の面から加工して最終形状の振動体を形成する工程において、形成された振動体が抜け落ちてしまうことがないようにすることができる。そして、センサ素子を，例えばＳＯＩウェハを用いたＳｉウェハ一括プロセス処理で形成する場合でも、最終形状の振動体を形成するためのＳｉＯ２層エッチングなどＳｉ裏面加工時に，形成された振動体が抜け落ちてしまうことがないので、振動体型力学量センサのセンサ素子を例えばＳＯＩウェハ等を用いたＳｉウェハ一括プロセス処理で形成することができるようになる。
【００２４】
また、上記請求項４の発明において、前記半導体部材としてＳＯＩウェハを用いるものであって、半導体部材に対する前記一方の面からの加工として，ＳＯＩウェハの第１のＳｉ層の加工を行なうとともに、半導体部材に対する前記他方の面からの加工として，ＳＯＩウェハの第２のＳｉ層および絶縁層の加工を行なう構成とすることができる（請求項５の発明）。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、固定部と該固定部の外径側を囲むように配設された錘とを複数の梁で連結してなる振動体を備えた振動体型力学量センサのセンサ素子を例えばＳＯＩウェハを用いたＳｉウェハ一括プロセス処理で形成することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例１による振動体型力学量センサの構造例を示す図。
【図２】本発明の実施例１による振動体型力学量センサの製造方法の例を示す図。
【図３】本発明の実施例２による振動体型力学量センサの構造例を示す図。
【図４】本発明の実施例２による振動体型力学量センサの製造方法の例を示す図。
【図５】本発明の実施例３による振動体型力学量センサの構造例を示す図。
【図６】本発明の実施例３による振動体型力学量センサの製造方法の例を示す図。
【図７】従来の振動体型力学量センサの構造例を示す図。
【図８】従来の振動体型力学量センサの製造方法の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態を図１〜図６に示す実施例に基づいて説明する。同一の構成要素については、同一の符号を付け、重複する説明は省略する。なお、本発明は、下記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施することができるものである。
［本発明の実施形態］
【実施例１】
【００２８】
（ａ）本発明の実施例１による振動体型力学量センサの構造例および製造方法の例を図１〜２に示す。なお、図２は、図１におけるＡ−Ａ′矢視方向から見た断面図として製造方法の各ステップを示すものである。そして、図２（ｅ）は、図２の製造方法における最終ステップでの断面図であり、これにより、半導体部材から形成されたセンサ素子とガラス基板１０１とが接合された状態の断面構造が示されている。
【００２９】
図１に示した振動体型力学量センサの構造は、センサ素子として「固定部１２と固定部１２の外径側を囲むように配設された錘１４とを複数の梁１３で連結した」構成の振動体１１を備えている点で、図７に示した従来例の振動体型力学量センサの構造と同様であるが、さらに「センサ素子の一方の面にガラス基板１０１が接合され、固定部１３がガラス基板１０１側と接合されることにより振動体１１がガラス基板１０１で機械的に支持されてなる」構成としている。これにより、本発明の実施例１による振動体型力学量センサは、以下に説明するように、Ｓｉウェハ一括プロセス処理で形成することができるものとなっている。
【００３０】
（ｂ）振動体型力学量センサの構造：
（ｂ１）センサ素子の構成：
図１に示すように、センサ素子の中心位置に配置された固定部１２と、固定部１２の外径側を囲むように配設された振動部である円環状の錘１４とが４本の梁１３で連結されて振動体１１が構成されている。なお、梁１３は錘１４を弾性的に支持するものである。
【００３１】
また、図１に示すように、錘１４の外径側の４箇所には可動電極１５が形成されているとともに、各可動電極１５の両側には固定電極１６が間隔を空けて配設されている。ここで、固定電極１６は、図２（ｅ）に示す，センサ素子の外縁部のＳｉポスト１７を含む固定構造物側に形成されたものである。なお、図１では、Ｓｉポスト１７を含む固定構造物の図示は省略している。
【００３２】
そして、対向配置された可動電極１５と固定電極１６とは、振動体型力学量センサのセンサ機能に応じて、図示されない駆動信号生成部からの駆動信号の電圧を固定電極１６に印加し，固定電極・可動電極間の静電駆動力により振動体１１を駆動するための駆動用電極部として機能させることもでき、また、図示されない容量電圧変換部を固定電極１６に接続し，固定電極・可動電極間の静電容量を検出して振動体１１の変位を検出するための変位検出用電極部として機能させることもできる。
【００３３】
また、図２（ｅ）に示すように、センサ素子における振動体１１が形成されている側の外縁部にはＳｉポスト１７が形成されており、Ｓｉポスト１７の端面にはガラス基板１０１が接合される。
【００３４】
また、さらに、図２（ｅ）に示すように、センサ素子における振動体１１が形成されている側とは反対側の外縁部にはＳｉ支持体１９が形成されており、Ｓｉ支持体１９の内径側には空間が形成されている。
【００３５】
（ｂ２）ガラス基板部の構成：
図１および図２（ｅ）に示すように、ガラス基板１０１のセンサ素子と接合される側の面には電極パターン１０２およびコリオリ振動検出電極１０４が形成されるとともに他方の面には電極取り出し部１０３が形成されてガラス基板部が構成されている。なお、電極取り出し部１０３は、ガラス基板１０１に形成された貫通孔の側壁面の金属層を介して電極パターン１０２と電気的に接続されている。また、図示を省略しているが、コリオリ振動検出電極１０４の電位を，別の貫通孔を介してガラス基板１０１の他方の面側まで取り出す，コリオリ振動検出電極用取り出し部も形成されている。
【００３６】
そして、電極パターン１０２は、センサ素子における振動体の固定部１２と接合されるものであり、振動体の固定部１２の位置と対応するガラス基板１０１の中心位置に形成された例えば円板状のパターンと上記電極取り出し部１０３に対応する位置まで延在する線状のパターンとを有している。また、コリオリ振動検出電極１０４は、センサ素子における振動体の錘１４と対向する位置に形成されるものであり、図１では、円環状の錘１４に対応する周上の４箇所にコリオリ振動検出電極１０４が形成された構成が示されている。
【００３７】
ガラス基板１０１の形成材料としては、Ｓｉの熱膨張係数に近い膨張係数を有するホウ珪酸ガラスが好適であり、例えばＳＤ２ガラス（ＨＯＹＡ社の商品名）、パイレックスガラス（「パイレックス」は米国コーニング社の登録商標）などが適用できる。なお、ガラス基板１０１に適用可能な形成材料は上記のものに限定されるものではない。
【００３８】
（ｂ３）そして、本発明の実施例１による振動体型力学量センサは、上述のようなセンサ素子とガラス基板部とが接合されたものとなっている。なお、振動体型力学量センサの適用対象によっては、図２（ｅ）に示す断面構造において、さらに、センサ素子のＳｉ支持体１９の端面に、図示しない別の板状部材，例えば第２のガラス基板などを接合して、封止型のセンサ構造とすることもできる。
【００３９】
（ｃ）振動体型力学量センサの動作：
図１は、本発明の実施例による振動体型力学量センサをジャイロセンサとして構成した場合の構造例を示しており、この場合の力学量センサとしての動作は次の通りである。図１において、図示されない駆動信号発生部からの駆動信号の電圧を固定電極１６に印加し、固定電極１６と対向する可動電極１５との間の静電駆動力によって振動体１１（梁１３および重錘１４）を紙面（Ｘ−Ｙ平面）上で縦・横方向に振動させた状態で、Ｘ軸あるいはＹ軸に対して回転させて角速度を与えたとき、紙面に垂直方向（Ｚ方向）にコリオリ振動（振幅）が生じる。そして、コリオリ振動検出電極１０４によりＺ方向のコリオリ振動（振幅）を検出することによって、Ｘ軸あるいはＹ軸周りの回転方向の角速度を検出することができる。
【００４０】
（ｄ）振動体型力学量センサの製造方法：
次に、図１に示した構造の振動体型力学量センサは、例えば次のような製造方法で製造することができる。
【００４１】
（ｄ１）まず、図２（ａ）に示すように、Ｓｉ活性層１０Ａ，ＳｉＯ２層１０Ｂ（絶縁層）およびＳｉ支持層１０Ｃの３層構成よりなるＳＯＩウェハ１０を準備する。
（ｄ２）次に、図２（ｂ）に示すように、ＳＯＩウェハ１０のＳｉ活性層１０Ａに浅掘加工と深掘加工との２段階加工のエッチングを施して、後工程でガラス基板１０１と接合した状態で振動子１１とガラス基板１０１側のコリオリ振動検出電極１０４との間に静電容量ギャップが確保されるようにするためのＳｉポスト１２，１７を形成する。Ｓｉ活性層１０Ａのエッチング方法としては、例えば、Deep RIE（Reactive Ion Etching）等のドライエッチング、または、水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液等に浸漬することによるウェットエッチングを適用することができる。
【００４２】
そして、Ｓｉポスト１２，１７の高さを調整することで、所望の静電容量ギャップが得られる。Ｓｉポスト１２は、ＳＯＩウェハ１０の中央部に形成され、振動体１１の固定部１２となるものである。また、Ｓｉポスト１７は、ＳＯＩウェハ１０の外縁部に形成されるものであり、後工程でガラス基板１０１と接合した状態で、Ｓｉからなるセンサ素子とガラス基板１０１とを機械的に強固に結合するための構造物となるものである。
【００４３】
また、このＳｉ活性層エッチングにより、振動体１１になるＳｉ部分が，Ｓｉポスト１７を含む固定構造物側のＳｉ部分から分離されるとともに、振動体１１における錘１４の外径側の可動電極１５になるＳｉ部分も，Ｓｉポスト１７を含む固定構造物側の固定電極１６になるＳｉ部分から分離されるが、これらの各Ｓｉ部分は、この処理ステップでは除去されない共通のＳｉＯ２層１０Ｂ上に有り、分離されない状態となっている。
【００４４】
（ｄ３）次に、図２（ｃ）に示すように、ＳＯＩウェハ１０のＳｉ活性層１０Ａ側の面とガラス基板１０１とを陽極接合する。この陽極接合では、ＳＯＩウェハ１０のＳｉ活性層１０Ａ側の面とガラス基板１０１のガラス面とを接触させて、例えば２００〜４００℃程度に加熱しながら、ガラス側を負電位にＳｉ側を正電位にして例えば３００〜７００Ｖ程度の直流電圧を印加する。これにより、ガラス中の陽イオンの動きによって両部材間に強い静電引力が働き、同時にガラス中の酸素がシリコン中のシリコンと結びついて化学結合することによりシリコンとガラスとが強固に接合する。そして、この陽極接合処理ステップにおいて、ＳＯＩウェハ１０の外縁部のＳｉポスト１７の端面とガラス基板１０１のガラス面とが強固に接合される。
【００４５】
また、この陽極接合処理ステップにおいて、静電引力によって両部材同士が加圧されるとともに加熱された状態で、振動体１０の固定部（Ｓｉアンカー部）１２とガラス電極１０１の電極パターン１０２との間も、例えばＡｕ−Ｓｉ共晶接合などにより接合される。すなわちガラス電極１０１の電極パターン１０２が例えばＡｕ／Ｔｉからなる場合、電極パターン１０２と固定部（Ｓｉアンカー部）１２とが接触した状態で、電極パターン１０２中のＡｕが固定部（Ｓｉアンカー部）１２を構成するＳｉ中に拡散し、Ａｕ−Ｓｉ共晶反応が進むことで、電極パターン１０２と固定部（Ｓｉアンカー部）１２とが接合する。ここで、加熱状態にある上記接触部において、Ｓｉの表面酸化膜はＴｉによって還元され、ＡｕとＳｉとが直接接触した状態で上記のＡｕ−Ｓｉ共晶反応が進む。なお、振動体１０の固定部（Ｓｉアンカー部）１２とガラス電極１０１の電極パターン１０２との接合は上述したＡｕ−Ｓｉ共晶接合に限定されるものではなく、固定部（Ｓｉアンカー部）１２と電極パターン１０２とが十分な接合強度でもって接合されるものであればよい。
【００４６】
なお、この陽極接合の前に予めガラス基板１０１のＳｉ活性層１０Ａに対向するガラス面上に金属材料よりなる電極パターン１０２およびコリオリ振動検出電極１０４を蒸着またはスパッタで形成しておく。また、ガラス基板１０１には、ガラス基板１０１に形成した貫通孔の側壁面の金属層を介して上記電極パターン１０１と電気的に接続された金属材料よりなる電極取り出し部１０３も形成するが、この電極取り出し部１０３については、上記貫通孔の側壁面への金属層のつきまわり性をより良好なものとするため、スパッタで形成する。また、さらに、図示を省略しているが、コリオリ振動検出電極１０４の電位を，別の貫通孔を介してガラス基板１０１の他方の面側まで取り出す，金属材料よりなるコリオリ振動検出電極用取り出し部もスパッタ等で形成しておく。
【００４７】
（ｄ４）次に、図２（ｄ）に示すように、ＳＯＩウェハ１０のＳｉ支持層１０Ｃをエッチングする。このエッチングでは、Ｓｉ支持層１０Ｃの外縁部にＳｉ支持体１９が残るようにする。Ｓｉ支持層１０Ｃのエッチング方法としては、Deep RIE（Reactive Ion Etching）等のドライエッチングが好適である。なお、Ｓｉ支持層１０Ｃのエッチング方法として、水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液等に浸漬することによるウェットエッチングを適用することもできるが、この場合、ガラス基板１０１の電極取り出し部１０３（開口部）を塞いだ状態でエッチング処理を行なうようにする。
【００４８】
（ｄ５）次に、図２（ｅ）に示すように、ＳＯＩウェハ１０のＳｉＯ２層１０Ｂをエッチングし、これにより、固定部１２と梁１３と錘１４とからなる最終形状の振動子１１を形成する。ＳｉＯ２層１０Ｂのエッチング方法としては、例えばＣＨＦ３ガス等によるドライエッチング、または、ＢＨＦ（バッファードフッ酸）等のエッチング液に浸漬することによるウェットエッチングを適用することができる。特にＢＨＦ（バッファードフッ酸）等のエッチング液に浸漬することによるウェットエッチングを行なう場合は、ガラス基板１０１を形成しているガラスのエッチングレート（速度）が大きいため、ガラス基板１０１の上部および側面のガラス面部分（図２（ｅ）において破線で示したマスキング領域１１１）をマスクしてエッチングを行うようにする。
【００４９】
そして、図２（ｅ）に示すＳｉＯ２層エッチングでは、センサ素子の外縁部のＳｉポスト１７を含む（Ｓｉ活性層１０Ａから形成された）固定構造物と（Ｓｉ支持層１０Ｃから形成された）Ｓｉ支持体１９との間に介在する部分を除いて、ＳｉＯ２層が除去されることにより、Ｓｉ活性層１０Ａから形成された固定部１２と梁１３と錘１４とからなる最終形状の振動体１１のＳｉ部分が、Ｓｉポスト１７を含む固定構造物のＳｉ部分から完全に切り離される。そして、振動体１１における錘１４の外径側の可動電極１５になるＳｉ部分も，Ｓｉポスト１７を含む固定構造物側の固定電極１６になるＳｉ部分から完全に切り離される。
【００５０】
上記のように、図２（ｅ）に示すＳｉＯ２層エッチングでは、Ｓｉ活性層１０Ａから形成された最終形状の振動体１１のＳｉ部分が、Ｓｉポスト１７を含む固定構造物のＳｉ部分から完全に切り離されるが、振動体１１の固定部１２がガラス基板１０１の電極パターン１０２と接合され機械的に支持されているので、振動体１１が抜け落ちてしまうことがなく、センサ素子としての構造を保持することができる。
【００５１】
（ｅ）以上のように、本発明の実施例１によれば、振動体１１の固定部１２がガラス基板１０１の電極パターン１０２に接合された構成としていることにより、振動体型力学量センサのセンサ素子を例えば上記のようなＳＯＩウェハを用いたＳｉウェハ一括プロセス処理で形成することができる。
【実施例２】
【００５２】
（ａ）本発明の実施例２による振動体型力学量センサの構造例および製造方法の例を図３〜４に示す。なお、図４は、図３におけるＡ−Ａ′矢視方向から見た断面図として製造方法の各ステップを示すものである。そして、図４（ｅ）は、図４の製造方法における最終ステップでの断面図であり、これにより、半導体部材から形成されたセンサ素子とガラス基板１０１とが接合された状態の断面構造が示されている。
【００５３】
図３に示した振動体型力学量センサの構造は、センサ素子として「固定部１２と固定部１２の外径側を囲むように配設された錘１４とを複数の梁１３Ａで連結した」構成の振動体１１Ａを備えている点で、図７に示した従来例の振動体型力学量センサの構造と同様であるが、さらに「センサ素子の一方の面にガラス基板１０１が接合され、固定部１３がガラス基板１０１側と接合されることにより振動体１１Ａがガラス基板１０１で機械的に支持されてなる」構成としている。これにより、本発明の実施例２による振動体型力学量センサは、実施例１による振動体型力学量センサと同様に、Ｓｉウェハ一括プロセス処理で形成することができるものとなっている。
【００５４】
そして、実施例２は、上述の実施例１とは、下記（ａ１）〜（ａ２）の点で異なっており、それ以外の点は、実施例１と同様である。
（ａ１）振動体の梁を螺旋形状とすることにより、錘の内径側エリア内での梁長を大きくして、センサ構造の小型化を実現できるようにしている。
【００５５】
（ａ２）上記（ａ１）項の点に対応して、振動体の過大な変位を抑制するためのストッパ部を設けている。そして、さらに、センサ素子の反ガラス基板側に形成された支持体の一部を上記ストッパ部とするとともに、ストッパ部の形状は振動体の形状パターンに対応する領域の一部を欠落させた形状とし、振動体とストッパ部との間に形成される寄生容量に伴う電気的ノイズを低減し、振動体型力学量センサのさらなる高感度化を図ることができるようにしている。
【００５６】
（ｂ）振動体型力学量センサの構造：
（ｂ１）センサ素子部の構成：
図３および図４（ｅ）に示すように、本発明の実施例２におけるセンサ素子の構成は、次の点で、実施例１におけるセンサ素子の構成と異なっており、それ以外は同様である。
【００５７】
まず、図３に示すように、センサ素子の中心位置に配置された固定部１２と、固定部１２の外径側を囲むように配設された振動部である円環状の錘１４とが２本の螺旋形状の梁１３Ａで連結されて振動体１１Ａが構成されている。
【００５８】
また、図４（ｅ）に示すように、実施例１のＳｉ支持体１９とは異なる階段形状のＳｉ支持体１９Ａが形成されており、Ｓｉ支持体１９Ａの最外周部分よりも厚さの薄い内径側部分がストッパ部１８となっている。このストッパ部１８は、図３に破線で示すように、概略円環状の平面形状となっているとともに、さらに円環状部分から内径側に突き出したストッパ部分も図３では４箇所形成されている。そして、上記ストッパ部分が振動体１１Ａの錘１４の下部（すなわち錘１４に対して反ガラス基板１０１側で対向する領域）まで突き出しているとともに、上記円環状部分が振動体１１Ａの錘１４の外径側の可動電極１５の下部（すなわち可動電極１５に対して反ガラス基板１０１側で対向する領域）に部分的に重なるように形成されていることにより、ストッパ部１８が振動体１１Ａに対するストッパとして機能するように構成されている。なお、ストッパ部１８は、上述の部分以外では振動体１１Ａと対向しない。このように、ストッパ部１８Ａは、振動体１１Ａの形状パターンに対応する領域の一部を欠落させた形状となっている。
【００５９】
（ｂ２）ガラス基板部の構成：
図３および図４（ｅ）に示すように、本発明の実施例２におけるガラス基板部の構成は、実施例１におけるガラス基板部の構成と同様である。
【００６０】
（ｂ３）そして、本発明の実施例２による振動体型力学量センサは、上述のようなセンサ素子とガラス基板部とが接合されたものとなっている。なお、振動体型力学量センサの適用対象によっては、図４（ｅ）に示す断面構造において、さらに、センサ素子のＳｉ支持体１９Ａの端面に、図示しない別の板状部材，例えば第２のガラス基板などを接合して、封止型のセンサ構造とすることもできる。
【００６１】
（ｃ）振動体型力学量センサの動作：
本発明の実施例２による振動体型力学量センサは、上述のように振動体の梁を螺旋形状としている点で実施例１による振動体型力学量センサと異なるが、力学量センサとしての動作は実施例１で説明したのと同様である。
【００６２】
（ｄ）振動体型力学量センサの製造方法：
本発明の実施例２による振動体型力学量センサの製造方法は、上述のストッパ部を形成する点で実施例１による振動体型力学量センサの製造方法と異なるが、それ以外は実施例１で説明したのと同様である。
【００６３】
そして、実施例２の図４では、実施例１の図２と同様に、Ｓｉ活性層１０Ａ，ＳｉＯ２層１０Ｂ（絶縁層）およびＳｉ支持層１０Ｃの３層構成よりなるＳＯＩウェハ１０を用いたＳｉウェハ一括プロセス処理による製造方法を示しているが、図４（ａ）の「ＳＯＩウェハ準備」、図４（ｂ）の「Ｓｉ活性層エッチング」および図４（ｃ）の「陽極接合＋電極取出し」の各ステップの処理内容は、それぞれ実施例１の図２（ａ）、図２（ｂ）および図２（ｃ）で説明したのと同様である。
【００６４】
また、実施例２において、図４（ｄ）の「Ｓｉ支持層エッチング」および図４（ｅ）の「ＳｉＯ２層エッチング」の各ステップの処理内容も、上述のストッパ部を形成する点以外は、それぞれ実施例１の図２（ｄ）および図２（ｅ）で説明したのと同様である。
【００６５】
そして、図４（ｄ）の「Ｓｉ支持層エッチング」では、ストッパ部１８の形成を目的として、実施例１のＳｉ支持体１９とは異なる階段形状のＳｉ支持体１９Ａを形成するため、図４（ｂ）の「Ｓｉ活性層エッチング」と同様に、例えばDeep RIE（Reactive Ion Etching）等のドライエッチングなどにより、浅掘加工と深掘加工との２段階加工のエッチングを行なう。
【００６６】
そして、さらに、図４（ｅ）の「ＳｉＯ２層エッチング」によって、ＳｉＯ２層１０Ｂを除去することにより、最終形状のストッパ部１８が形成される。
（ｅ）以上のように、本発明の実施例２においても、実施例１と同様に、振動体１１Ａの固定部１２がガラス基板１０１の電極パターン１０２に接合された構成としていることにより、振動体型力学量センサのセンサ素子を例えば上記のようなＳＯＩウェハを用いたＳｉウェハ一括プロセス処理で形成することができる。
【００６７】
また、実施例２では、梁１３Ａを螺旋形状とした振動体１１Ａの過大な変位を抑制するためのストッパ部１８を設けているが、センサ素子の反ガラス基板１０１側に形成されたＳｉ支持体１９Ａの内径側部分を上記ストッパ部１８とするとともに、ストッパ部１８の形状を、振動体１１Ａの形状パターンに対応する領域の一部を欠落させた形状としていることにより、振動体１１Ａとストッパ部１８との間に形成される寄生容量に伴う電気的ノイズを低減し、振動体型力学量センサのさらなる高感度化を図ることができる。
【実施例３】
【００６８】
（ａ）本発明の実施例３による振動体型力学量センサの構造例および製造方法の例を図５〜６に示す。なお、図６は、図５におけるＡ−Ａ′矢視方向から見た断面図として製造方法の各ステップを示すものである。そして、図６（ｅ）は、図６の製造方法における最終ステップでの断面図であり、これにより、半導体部材から形成されたセンサ素子とガラス基板１０１とが接合された状態の断面構造が示されている。
【００６９】
図５に示した振動体型力学量センサの構造は、センサ素子として「固定部１２と固定部１２の外径側を囲むように配設された錘１４とを複数の梁１３Ａで連結した」構成の振動体１１Ａを備えている点で、図７に示した従来例の振動体型力学量センサの構造と同様であるが、さらに「センサ素子の一方の面にガラス基板１０１が接合され、固定部１３がガラス基板１０１側と接合されることにより振動体１１Ａがガラス基板１０１で機械的に支持されてなる」構成としている。これにより、本発明の実施例３による振動体型力学量センサは、実施例１〜２による振動体型力学量センサと同様に、Ｓｉウェハ一括プロセス処理で形成することができるものとなっている。
【００７０】
そして、実施例３は、上述の実施例２とは、ストッパ部の構造および形成方法が異なっており、それ以外の点は、実施例２と同様である。
（ｂ）振動体型力学量センサの構造：
（ｂ１）センサ素子部の構成：
図５および図６（ｅ）に示すように、本発明の実施例３におけるセンサ素子の構成は、次の点で、実施例２におけるセンサ素子の構成と異なっており、それ以外は同様である。
【００７１】
すなわち、図４（ｅ）に示すように、実施例２のＳｉ支持体１９Ａとは異なる形状のＳｉ支持体１９Ｂが形成されており、Ｓｉ支持体１９Ｂの内径側部分がストッパ部１８Ａとなっている。そして、実施例３のＳｉ支持体１９Ｂは、実施例２のＳｉ支持体１９Ａのような階段形状ではなく、その内径側部分の厚さは最外周部分と同じである。そして、実施例３のストッパ部１８Ａは、図５に破線で示すように、円環状の平面形状であって、振動体１１Ａの錘１４の外径側の可動電極１５の下部（すなわち可動電極１５に対して反ガラス基板１０１側で対向する領域）に部分的に重なるように形成されていることにより、振動体１１Ａに対するストッパとして機能するように構成されている。なお、ストッパ部１８Ａは、上述の部分以外では振動体１１Ａと対向しない。このように、ストッパ部１８Ａは、振動体１１Ａの形状パターンに対応する領域の一部を欠落させた形状となっている。
【００７２】
（ｂ２）ガラス基板部の構成：
図５および図６（ｅ）に示すように、本発明の実施例３におけるガラス基板部の構成は、実施例１〜２におけるガラス基板部の構成と同様である。
【００７３】
（ｂ３）そして、本発明の実施例３による振動体型力学量センサは、上述のようなセンサ素子とガラス基板部とが接合されたものとなっている。なお、振動体型力学量センサの適用対象によっては、図６（ｅ）に示す断面構造において、さらに、センサ素子のＳｉ支持体１９Ｂの端面に、図示しない別の板状部材，例えば第２のガラス基板などを接合して、封止型のセンサ構造とすることもできる。
【００７４】
（ｃ）振動体型力学量センサの動作：
本発明の実施例３による振動体型力学量センサは、上述のように振動体の梁を振動体の梁を螺旋形状としている点で実施例１による振動体型力学量センサと異なるが、力学量センサとしての動作は実施例１で説明したのと同様である。
【００７５】
（ｄ）振動体型力学量センサの製造方法：
本発明の実施例３による振動体型力学量センサの製造方法は、上述のストッパ部を形成する点で実施例１による振動体型力学量センサの製造方法と異なるが、それ以外は実施例１で説明したのと同様である。
【００７６】
そして、実施例３の図６では、実施例１の図２と同様に、Ｓｉ活性層１０Ａ，ＳｉＯ２層１０Ｂ（絶縁層）およびＳｉ支持層１０Ｃの３層構成よりなるＳＯＩウェハ１０を用いたＳｉウェハ一括プロセス処理による製造方法を示しているが、図６（ａ）の「ＳＯＩウェハ準備」、図６（ｂ）の「Ｓｉ活性層エッチング」および図６（ｃ）の「陽極接合＋電極取出し」の各ステップの処理内容は、それぞれ実施例１の図２（ａ）、図２（ｂ）および図２（ｃ）で説明したのと同様である。
【００７７】
また、実施例３において、図６（ｄ）の「Ｓｉ支持層エッチング」および図６（ｅ）の「ＳｉＯ２層エッチング」の各ステップの処理内容も、上述のストッパ部を形成する点以外は、それぞれ実施例１の図２（ｄ）および図２（ｅ）で説明したのと同様である。
【００７８】
そして、図６（ｄ）の「Ｓｉ支持層エッチング」では、ストッパ部１８Ａの形成を目的として、実施例１のＳｉ支持体１９よりも径方向の寸法が大きい形状のＳｉ支持体１９Ｂを形成するが、その内径側部分の厚さは最外周部分と同じであるため、実施例２におけるような浅掘加工と深掘加工との２段階加工のエッチングは不要であり、実施例１の図２（ｄ）で説明したのと同様な「Ｓｉ支持層エッチング」を行なうことができる。
【００７９】
そして、さらに、図６（ｅ）の「ＳｉＯ２層エッチング」によって、ＳｉＯ２層１０Ｂを除去することにより、最終形状のストッパ部１８Ａが形成される。
（ｅ）以上のように、本発明の実施例３においても、実施例１〜２と同様に、振動体１１Ａの固定部１２がガラス基板１０１の電極パターン１０２に接合された構成としていることにより、振動体型力学量センサのセンサ素子を例えば上記のようなＳＯＩウェハを用いたＳｉウェハ一括プロセス処理で形成することができる。
【００８０】
また、実施例３では、実施例２と同様に、梁１３Ａを螺旋形状とした振動体１１Ａの過大な変位を抑制するためのストッパ部１８Ａを設けているが、センサ素子の反ガラス基板１０１側に形成されたＳｉ支持体１９Ｂの内径側部分を上記ストッパ部１８Ａとするとともに、ストッパ部１８Ａの形状を、振動体１１Ａの形状パターンに対応する領域の一部を欠落させた形状としていることにより、実施例２と同様に、振動体１１Ａとストッパ部１８Ａとの間に形成される寄生容量に伴う電気的ノイズを低減し、振動体型力学量センサのさらなる高感度化を図ることができる。
【符号の説明】
【００８１】
１０・・・ＳＯＩウエハ
１０Ａ・・・Ｓｉ活性層
１０Ｂ・・・ＳｉＯ２層
１０Ｃ・・・Ｓｉ支持層
１１，１１Ａ・・・振動体
１２・・・固定部（Ｓｉアンカー部）
１３，１３Ａ・・・梁
１４・・・錘
１５・・・可動電極
１６・・・固定電極
１７・・・Ｓｉポスト
１８，１８Ａ・・・ストッパ部
１９，１９Ａ，１９Ｂ・・・Ｓｉ支持体
１０１・・・ガラス基板
１０２・・・電極パターン
１０３・・・電極取り出し部
１０４・・・コリオリ振動検出電極
１１１・・・マスキング領域
【図１】
2011196830.tif 000003
【図２】
2011196830.tif 000004
【図３】
2011196830.tif 000005
【図４】
2011196830.tif 000006
【図５】
2011196830.tif 000007
【図６】
2011196830.tif 000008
【図７】
2011196830.tif 000009
【図８】
2011196830.tif 000010