(57)【要約】【課題】ストッパ機構の改善が図られるマイクロデバイスとその製造方法を提供する。【解決手段】加速度センサでは、慣性質量体５ｅの動きに伴って回転する検出フレーム５ｃの動きを制限するために、ストッパ部５ｆと被変位制限部４ｆとが形成されている。ストッパ部５ｆは支持基板１に固定されている。被変位制限部４ｆは検出フレーム５ｃに固定されており、ストッパ部５ｆに当接することよって検出フレーム５ｃの動きが制限を受ける。検出フレーム５ｃが静止した状態で、被変位制限部４ｆとストッパ部５ｆとは、狭ギャップをもって隔てられている。この狭ギャップは、所定の厚さの絶縁膜を除去することによって形成される。【選択図】図２
2015068686.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成され、前記基板に対して変位する可動構造体と、
前記基板における、前記可動構造体が配置された領域内に固定され、前記可動構造体の変位を制限する変位制限部と
を有し、
前記可動構造体は、前記変位制限部によって前記可動構造体の変位が制限を受ける被変位制限部を備え、
前記被変位制限部は、前記変位制限部と前記基板との間に配置され、
前記可動構造体が静止した状態で、前記被変位制限部と前記変位制限部とは、前記基板と交差する方向に第１長さの隙間をもって隔てられた、マイクロデバイス。
【請求項２】
前記第１長さの隙間は、前記第１長さに相当する厚さの膜を除去することによって形成された、請求項１記載のマイクロデバイス。
【請求項３】
前記可動構造体が静止した状態で、前記被変位制限部と前記基板とは、前記基板と交差する方向に第２長さの隙間をもって隔てられた、請求項１または２に記載のマイクロデバイス。
【請求項４】
前記第２長さの隙間は、前記第２長さに相当する膜厚を有する膜を除去することによって形成された、請求項３記載のマイクロデバイス。
【請求項５】
前記可動構造体が静止した状態で、前記被変位制限部と前記変位制限部とは、前記基板に平行な方向に第３長さの隙間をもって隔てられた、請求項１〜４のいずれか１項に記載のマイクロデバイス。
【請求項６】
前記第３長さの隙間は、前記第３長さに相当する膜厚を有する膜を除去することによって形成された、請求項５記載のマイクロデバイス。
【請求項７】
前記変位制限部と前記被変位制限部とは同電位に設定された、請求項１〜６のいずれか１項に記載のマイクロデバイス。
【請求項８】
前記変位制限部および前記可動構造体を取り囲むように形成された枠体と、
前記変位制限部および前記可動構造体を覆うように前記枠体に接合されたキャップ材と
を備え、
前記キャップ材と前記枠体とは陽極接合された、請求項１〜７のいずれか１項に記載のマイクロデバイス。
【請求項９】
可動構造体および前記可動構造体の変位を制限する変位制限部を有するマイクロデバイスの製造方法であって、
基板を用意する工程と、
前記基板の表面を覆うように、第１犠牲膜を形成する工程と、
前記第１犠牲膜に接するように、前記可動構造体の一部となる第１膜を形成する工程と、
前記第１膜をパターニングすることにより、前記可動構造体の変位が制限を受ける被変位制限部を形成する工程と、
前記被変位制限部の上面に接するように、第１膜厚を有する第２犠牲膜を形成する工程と、
前記第２犠牲膜および前記第１犠牲膜を貫通する開口部を形成する工程と、
前記開口部を埋め込んで前記基板に接続されるとともに、前記第２犠牲膜と前記被変位制限部とに接するように、前記可動構造体および前記変位制限部となる第２膜を形成する工程と、
前記第２犠牲膜を露出するパターンを含む、前記可動構造体に対応する所定の形状に前記第２膜をパターニングする工程と、
露出した前記第２犠牲膜の部分からエッチング処理を施して、前記第２犠牲膜および前記第１犠牲膜を除去することにより、前記基板に固定された前記変位制限部を形成するとともに、前記可動構造体として、静止した状態で前記変位制限部と前記被変位制限部とが、前記基板と交差する方向に前記第１膜厚に相当する隙間をもって隔てられた、前記被変位制限部を含む可動構造体を形成する工程と
を備えた、マイクロデバイスの製造方法。
【請求項１０】
前記第１犠牲膜を形成する工程では、前記第１犠牲膜は第２膜厚をもって形成され、
前記可動構造体を形成する工程では、前記可動構造体として、静止した状態で前記被変位制限部と前記基板とが、前記基板と交差する方向に前記第２膜厚に相当する隙間をもって隔てられた可動構造体が形成される、請求項９記載のマイクロデバイスの製造方法。
【請求項１１】
前記第２犠牲膜を形成する工程では、前記第２犠牲膜は、パターニングされた前記被変位制限部の厚さ方向の端面に接触するように形成され、
前記第２膜を形成する工程では、前記第２膜は、前記被変位制限部の前記端面を覆う前記第２犠牲膜の部分に接触するように形成され、
前記可動構造体を形成する工程では、前記可動構造体として、静止た状態で前記被変位制限部と前記変位制限部とが、前記基板と平行な方向に前記第１犠牲膜の膜厚に相当する隙間をもって隔てられた可動構造体が形成される、請求項９または１０に記載のマイクロデバイスの製造方法。
【請求項１２】
前記第１膜を形成する工程では、前記第１膜として導電性膜が形成され、
前記第２膜を形成する工程では、前記第２膜として他の導電性膜が形成され、
前記変位制限部および前記可動構造体を形成する工程では、前記変位制限部と前記可動構造体とが同電位に設定される、請求項９〜１１のいずれか１項に記載のマイクロデバイスの製造方法。
【請求項１３】
前記可動構造体および前記変位制限部を取り囲むように前記基板に枠体を形成する工程と、
前記可動構造体および前記変位制限部を覆うように、キャップ材を前記枠体に接合する工程と
を備え、
前記キャップ体を前記枠体に接合する工程では、陽極接合によって前記キャップ材が前記枠体に接合される、請求項９〜１２のいずれか１項に記載のマイクロデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロデバイスおよびその製造方法に関し、特に、加速度センサ等に適用される可動構造体を備えたマイクロデバイスと、そのようなマイクロデバイスの製造方法とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
基板に対して略垂直方向の慣性力を検出する手法として、慣性力に伴う静電容量の変化を検出する手法がある。特許文献１および非特許文献１のそれぞれには、この手法を利用した加速度センサの一例が提案されている。
【０００３】
この加速度センサでは、基板にねじれ梁を介して回転可能に検出フレームが支持されている。検出フレームには、リンク梁を介して基板の厚み方向に変位可能に慣性質量体が支持されている。検出フレームと対向するように、基板上に検出電極が形成されている。
【０００４】
この加速度センサでは、基板に対して略垂直方向に加速度が加えられると、慣性質量体が基板に対して略垂直方向に変位する。この慣性質量体の変位が、リンク梁を介して検出フレームに伝えられ、検出フレームはねじれ梁を軸（中心）として回転する。検出フレームの回転によって、検出フレームと検出電極との距離が変化し、検出フレームと検出電極との間の静電容量が変化する。その静電容量が、容量−電圧変換回路によって加速度に比例する電圧に変換されることで、加速度が検出されることになる。
【０００５】
上述した加速度センサでは、基板上の検出電極上に犠牲膜が堆積され、犠牲膜上にポリシリコン膜からなる可動構造体が形成された後、犠牲膜が選択的に除去されて、可動構造体が基板に対して変位可能になる。
【０００６】
ポリシリコン等の薄膜を可動構造体とする加速度センサ等のマイクロデバイスでは、可動構造体を保護する必要がある。可動構造体を保護する構造として、たとえば、特許文献２では、キャップを基板に接合して可動構造体を封止する構造が提案されている。具体的には、可動構造体をポリシリコンの封止枠で囲み、その封止枠にガラスキャップを陽極接合法によって接合することで、可動構造体が封止されることになる。
【０００７】
また、封止枠の下には絶縁膜が形成され、その絶縁膜の下に、電気信号を伝えるポリシリコン配線が形成されている。封止枠の外側の領域にはワイヤボンディング用の金属パッドが形成されている。その金属パッドにポリシリコン配線が電気的に接続されている。
【０００８】
また、可動構造体を備えたマイクロデバイスでは、製造中や使用中における、基板と交差する方向（面外方向）の可動構造体の変位によって、可動構造体が破損したり破壊されたりするのを防止する必要がある。たとえば、特許文献３および特許文献４では、可動構造体の基板面外方向の変位を制限するストッパ機構が提案されている。
【０００９】
特許文献３では、微小な可動構造体となる部分を平坦化するように酸化膜が形成され、その酸化膜上にポリシリコン膜等によってストッパ膜が形成され、酸化膜を選択に除去することによって、ストッパ機構が形成される。特許文献４では、微小な可動構造体を封止するガラス等のキャップ上にストッパ部を設けることによって、ストッパ機構が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】国際公開第２００９／１２５５１０号
【特許文献２】特開２００５−１７２５４３号公報
【特許文献３】特開平１０−１０４２６６号公報
【特許文献４】特開２００８−２９２４５１号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】平田善明  他、「ダンピング効果を利用したメカニカル変位変換型Ｚ軸加速度センサによる衝突速度検出の改善」電気学会論文誌Ｅ、Ｖｏｌ．１３２、Ｎｏ．９、ｐ２９６−３０２、（２０１２）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、ストッパ機構を備えた従来のマイクロデバイスでは、次のような問題点があった。
【００１３】
可動構造体となる部分を平坦化するように酸化膜を形成することは、可動構造体として、その高さ（厚さ）が高く、アスペクト比が大きい可動構造体の場合には、平坦になるように酸化膜を形成することは製造上非常に難しい。酸化膜には、可動構造体の高さに相当する凸部が形成される。このため、酸化膜上に形成されるストッパ機構は凹凸を有することになり、変位を制限する距離を一定にすることができず、ストッパ効果にばらつきが生じることになる。
【００１４】
一方、酸化膜に生じる凹凸をなくすために、化学的機械研磨処理（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）を酸化膜に施す手法が知られているが、ＣＭＰプロセス自体が高価であるため、生産コストの上昇を招くことになるとともに、研磨中の機械的ストレスによって、微小な可動構造体になる部分が破損するおそれがある。
【００１５】
また、ストッパ機構として、可動構造体の全体を上方から薄膜によって覆うストッパ部では、可動構造体を覆う面積が比較的大きいため、薄膜の応力分布によって反りが発生しやすくなる。このため、変位を制限する距離を一定にすることが難しい。さらに、薄膜の剛性が低い場合には、可動構造体がストッパ部に当たった際に、ストッパ部が破損してしまうおそれがある。
【００１６】
また、キャップを適用したストッパ機構では、ウェハの反り等によってウェハの全体においてギャップを均一にすることが製造上難しい。このため、変位を制限する距離を一定にすることができず、ストッパ効果にばらつきが生じることになる。
【００１７】
本発明は、ストッパ機構を備えたマイクロデバイスの開発の一環でなされたものであり、一つの目的は、ストッパ機構の改善が図られるマイクロデバイスを提供することであり、他の目的は、そのようなマイクロデバイスの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明に係るマイクロデバイスは、基板と可動構造体と変位制限部とを有している。可動構造体は基板上に形成され、基板に対して変位する。変位制限部は、基板における、可動構造体が配置された領域内に固定され、可動構造体の変位を制限する。可動構造体は、変位制限部によって可動構造体の変位が制限を受ける被変位制限部を備えている。被変位制限部は、変位制限部と基板との間に配置されている。可動構造体が静止した状態で、被変位制限部と変位制限部とは、基板と交差する方向に第１長さの隙間をもって隔てられている。
【００１９】
本発明に係るマイクロデバイスの製造方法は、可動構造体および可動構造体の変位を制限する変位制限部を有するマイクロデバイスの製造方法であって、以下の工程を備えている。基板を用意する。基板の表面を覆うように、第１犠牲膜を形成する。第１犠牲膜に接するように、可動構造体の一部となる第１膜を形成する。第１膜をパターニングすることにより、可動構造体の変位が制限を受ける被変位制限部を形成する。被変位制限部の上面に接するように、第１膜厚を有する第２犠牲膜を形成する。第２犠牲膜および第１犠牲膜を貫通する開口部を形成する。開口部を埋め込んで基板に接続されるとともに、第２犠牲膜と被変位制限部とに接するように、可動構造体および変位制限部となる第２膜を形成する。第２犠牲膜を露出するパターンを含む、可動構造体に対応する所定の形状に第２膜をパターニングする。露出した第２犠牲膜の部分からエッチング処理を施して、第２犠牲膜および第１犠牲膜を除去することにより、基板に固定された変位制限部を形成するとともに、可動構造体として、静止した状態で変位制限部と被変位制限部とが、基板と交差する方向に第１膜厚に相当する隙間をもって隔てられた、被変位制限部を含む可動構造体を形成する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係るマイクロデバイスによれば、可動構造体の動きが許容される距離の精度を向上させることができ、ストッパ効果のばらつきを抑制することができる。
【００２１】
本発明に係るマイクロデバイスの製造方法によれば、可動構造体の動きが許容される距離の精度が高く、ストッパ効果のばらつきが抑制されるマイクロデバイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る加速度センサの平面図である。
【図２】同実施の形態において、図１に示す断面線ＩＩ−ＩＩにおける断面図である。
【図３】同実施の形態において、加速度センサの動作を説明するための第１の状態を示す断面図である。
【図４】同実施の形態において、加速度センサの動作を説明するための第２の状態を示す断面図である。
【図５】同実施の形態において、加速度センサの製造方法の一工程を示す部分拡大断面図である。
【図６】同実施の形態において、図５に示す工程の後に行われる工程を示す部分拡大断面図である。
【図７】同実施の形態において、図６に示す工程の後に行われる工程を示す部分拡大断面図である。
【図８】同実施の形態において、図７に示す工程の後に行われる工程を示す部分拡大断面図である。
【図９】同実施の形態において、図８に示す工程の後に行われる工程を示す部分拡大断面図である。
【図１０】同実施の形態において、図９に示す工程の後に行われる工程を示す部分拡大断面図である。
【図１１】同実施の形態において、図１０に示す工程の後に行われる工程を示す部分拡大断面図である。
【図１２】同実施の形態において、加速度センサの作用効果を説明するための第１の状態を示す断面図である。
【図１３】同実施の形態において、加速度センサの作用効果を説明するための第２の状態を示す断面図である。
【図１４】同実施の形態において、加速度センサの作用効果を説明するため部分拡大断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態２に係る加速度センサの平面図である。
【図１６】同実施の形態において、図１５に示す断面線ＸＶＩ−ＸＶＩにおける断面図である。
【図１７】同実施の形態において、加速度センサの作用効果を説明するため部分拡大断面図である。
【図１８】本発明の実施の形態３に係る加速度センサの部分拡大断面図である。
【図１９】同実施の形態において、加速度センサの製造方法の一工程を示す部分拡大断面図である。
【図２０】同実施の形態において、図１９に示す工程の後に行われる工程を示す部分拡大断面図である。
【図２１】同実施の形態において、図２０に示す工程の後に行われる工程を示す部分拡大断面図である。
【図２２】同実施の形態において、図２１に示す工程の後に行われる工程を示す部分拡大断面図である。
【図２３】同実施の形態において、図２２に示す工程の後に行われる工程を示す部分拡大断面図である。
【図２４】同実施の形態において、図２３に示す工程の後に行われる工程を示す部分拡大断面図である。
【図２５】同実施の形態において、図２４に示す工程の後に行われる工程を示す部分拡大断面図である。
【図２６】同実施の形態において、図２５に示す工程の後に行われる工程を示す部分拡大断面図である。
【図２７】同実施の形態において、加速度センサの作用効果を説明するため部分拡大断面図である。
【図２８】本発明の実施の形態４に係る加速度センサの部分拡大断面図である。
【図２９】同実施の形態において、加速度センサの製造方法の一工程を示す部分拡大断面図である。
【図３０】同実施の形態において、図２９に示す工程の後に行われる工程を示す部分拡大断面図である。
【図３１】同実施の形態において、図３０に示す工程の後に行われる工程を示す部分拡大断面図である。
【図３２】同実施の形態において、図３１に示す工程の後に行われる工程を示す部分拡大断面図である。
【図３３】同実施の形態において、図３２に示す工程の後に行われる工程を示す部分拡大断面図である。
【図３４】同実施の形態において、図３３に示す工程の後に行われる工程を示す部分拡大断面図である。
【図３５】同実施の形態において、図３４に示す工程の後に行われる工程を示す部分拡大断面図である。
【図３６】同実施の形態において、加速度センサの作用効果を説明するため部分拡大断面図である。
【図３７】本発明の実施の形態５に係る加速度センサの部分拡大断面図である。
【図３８】同実施の形態において、加速度センサの製造方法の一工程を示す部分拡大断面図である。
【図３９】同実施の形態において、図３８に示す工程の後に行われる工程を示す部分拡大断面図である。
【図４０】同実施の形態において、図３９に示す工程の後に行われる工程を示す部分拡大断面図である。
【図４１】同実施の形態において、図４０に示す工程の後に行われる工程を示す部分拡大断面図である。
【図４２】同実施の形態において、図４１に示す工程の後に行われる工程を示す部分拡大断面図である。
【図４３】同実施の形態において、図４２に示す工程の後に行われる工程を示す部分拡大断面図である。
【図４４】同実施の形態において、図４３に示す工程の後に行われる工程を示す部分拡大断面図である。
【図４５】同実施の形態において、図４４に示す工程の後に行われる工程を示す部分拡大断面図である。
【図４６】同実施の形態において、加速度センサの作用効果を説明するため部分拡大断面図である。
【図４７】本発明の実施の形態６に係る角速度センサの平面図である。
【図４８】同実施の形態において、図４７に示す断面線ＸＬＶＩＩＩ−ＸＬＶＩＩＩにおける断面図である。
【図４９】同実施の形態において、角速度センサの動作を説明するための斜視図である。
【図５０】同実施の形態において、加速度センサの作用効果を説明するため断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
実施の形態１
ここでは、マイクロデバイスの第１例として、基板の面と交差する面外方向（Ｚ方向）の加速度を検出する加速度センサについて説明する。
【００２４】
図１および図２では、説明の便宜上、基板の面に平行な一方向をＸ方向とし、そのＸ方向と直交する方向をＹ方向とする。基板の面と直交する方向をＺ方向とする。図１および図２に示すように、支持基板１上に、２つの検出フレーム５ｃと、慣性質量体５ｅとが形成されている。慣性質量体５ｅは、２つの検出フレーム５ｃを取り囲むように、枠状に形成されている。検出フレーム５ｃのそれぞれと慣性質量体５ｅとは、リンク梁５ｄを介して互いに接続されている。リンク梁５ｄは、Ｙ方向に延在するように形成されている。支持基板１として、たとえば、シリコン基板が用いられる。
【００２５】
検出フレーム５ｃのそれぞれは、ねじれ梁５ｂを介してアンカー部５ａに支持されている。ねじれ梁５ｂは、アンカー部５ａからＹ方向（＋Ｙ方向、−Ｙ方向）に延在するように形成されている。アンカー部５ａは、アンカー支持部３ａを介して支持基板１に固定されている。リンク梁５ｄは、ねじれ梁５ｂに対してＸ方向に所定の距離だけずらした位置に設けられている。慣性質量体５ｅのＺ方向の動きに対して、検出フレーム５ｃは、リンク梁５ｄを介して、ねじれ梁５ｂを回転軸として回転することになる。リンク梁５ｄにそれぞれ支持された２つの検出フレーム５ｃは、２つの検出フレーム５ｃの間を通りＹ方向に延在する仮想線分に対して線対称に配置されている。
【００２６】
検出フレーム５ｃでは、少なくとも一部が導電性を有している。検出フレーム５ｃとＺ方向に距離を隔てて対向するように、支持基板１上に検出電極３ｂが形成されている。検出電極３ｂとして、２つの検出電極３ｂａおよび検出電極３ｂｂが配置されている。検出電極３ｂａと検出電極３ｂｂとは、アンカー支持部３ａを挟んで、Ｘ方向に距離を隔てられて配置され、それぞれＹ方向に延在するように形成されている。
【００２７】
また、慣性質量体５ｅとＺ方向に距離を隔てて対向するように、支持基板１上に枠状に固定電極３ｃが形成されている。検出電極３ｂ、固定電極３ｃおよびアンカー支持部３ａは、たとえば、ポリシリコン膜等の導電性膜をパターニングすることによって、互いに距離を隔てられるように形成されている。
【００２８】
検出電極３ｂ、固定電極３ｃおよびアンカー支持部３ａと、支持基板１との間に、絶縁膜２ａが形成されている。絶縁膜２ａとして、たとえば、比較的応力の低いシリコン窒化膜やシリコン酸化膜が用いられる。検出電極３ｂ、固定電極３ｃおよびアンカー支持部３ａのそれぞれは、絶縁膜２ｂおよび絶縁膜２ｃによって電気的に絶縁されている。絶縁膜２ｂとして、比較的低応力のシリコン窒化膜やシリコン酸化膜が用いられる。絶縁膜２ｃとして、たとえば、シリコン窒化膜が用いられる。
【００２９】
第１例に係る加速度センサでは、慣性質量体５ｅの動きに伴って回転する検出フレーム５ｃの動きを制限するために、ストッパ部５ｆと被変位制限部４ｆとが形成されている。ストッパ部５ｆはアンカー支持部３ａを介して支持基板１に固定されている。被変位制限部４ｆは検出フレーム５ｃに固定されており、ストッパ部５ｆに当接することよって検出フレーム５ｃの動きが制限を受けることになる。検出フレーム５ｃが静止した状態で、被変位制限部４ｆとストッパ部５ｆとは、微小なギャップ（狭ギャップ）をもって隔てられている。後述するように、このギャップは、所定の厚さの絶縁膜を除去することによって形成されることになる。
【００３０】
次に、上述した加速度センサの動作原理について説明する。まず、図３に示すように、支持基板１の面に略垂直方向上向きに加速度が作用した場合には、慣性質量体５ｅが、検出電極３ｂａ、３ｂｂを含む基板１に近づくことによって、検出フレーム５ｃがねじれ梁５ｂを軸として回転し、検出フレーム５ｃと検出電極３ｂｂとの間の静電容量Ｃ１は減少する。一方、検出フレーム５ｃと検出電極３ｂａとの間の静電容量Ｃ２は増加する。このときの静電容量Ｃ１と静電容量Ｃ２との差が、容量−電圧変換回路によって加速度に比例する電圧に変換されることで、加速度が検出される。
【００３１】
次に、図４に示すように、支持基板１の面に略垂直方向下向きに加速度が作用した場合には、慣性質量体５ｅが基板１Ａから遠ざかることによって、検出フレーム５ｃがねじれ梁５ｂを軸として回転し、検出フレーム５ｃと検出電極３ｂｂとの間の静電容量Ｃ１は増加する。一方、検出フレーム５ｃと検出電極３ｂａとの間の静電容量Ｃ２は減少する。このときの静電容量Ｃ１と静電容量Ｃ２との差が、容量−電圧変換回路によって加速度に比例する電圧に変換されることで、加速度が検出される。
【００３２】
次に、上述した加速度センサの製造方法の一例について説明する。なお、各工程を示す図として、ストッパ部とその周辺部分を示す。
【００３３】
図５に示すように、シリコン等の支持基板１の表面に、シリコン窒化膜またはシリコン酸化膜等の絶縁膜２ａが形成される。その絶縁膜２ａを覆うように、ポリシリコン膜等の導電性膜３が形成される。その導電性膜３に、所定のフォトリソグラフィ処理およびエッチング処理を施してパターニングすることにより、アンカー支持部３ａ、検出電極３ｂａ、３ｂｂおよび固定電極（図示せず）が形成される。
【００３４】
アンカー支持部３ａと検出電極３ｂａ、３ｂｂとの間の領域に、たとえば、シリコン酸化膜からなる絶縁膜２ｂが形成される。その絶縁膜２ｂを覆うように、たとえば、シリコン窒化膜からなる絶縁膜２ｃが形成される。絶縁膜２ｃは、フッ酸に対して耐性を有する膜であり、フッ酸によるエッチングの際の絶縁膜２ａ、２ｂに対する保護膜となる。
【００３５】
次に、図６に示すように、アンカー支持部３ａ、検出電極３ｂａ、３ｂｂ等および絶縁膜２ｂを覆うように、たとえば、リン酸ガラス（ＰＳＧ：Phospho Silicate Glass）等からなる犠牲膜６が形成される。その犠牲膜６を覆うように、たとえば、ポリシリコン膜からなる導電性膜４が形成される。その導電性膜４に、所定のリソグラフィ処理およびエッチング処理を施してパターニングすることにより、検出フレームの動きが制限を受ける被変位制限部４ｆが形成される。なお、この時点では、被変位制限部４ｆ以外の導電性膜４の部分については、パターニングされていない。
【００３６】
次に、図７に示すように、被変位制限部４ｆによって囲まれた領域に露出した犠牲膜６を覆うように、たとえば、シリコン酸化膜からなる絶縁膜７が形成される。被変位制限部４ｆおよび絶縁膜７に接するように、たとえば、シリコン酸化膜からなる絶縁膜が形成され、その絶縁膜をパターニングすることによって、絶縁膜８が形成される。絶縁膜８の膜厚は、検出フレームが静止した状態で、検出フレームの被変位制限部とストッパ部との隙間の長さ（距離）に相当することになる。
【００３７】
次に、図８に示すように、所定のリソグラフィ処理およびエッチング処理を施すことにより、絶縁膜８、絶縁膜７および犠牲膜６を貫通して、アンカー支持部３ａを露出する孔９が形成される。次に、図９に示すように、孔９を埋め込むように、たとえば、ポリシリコン膜からなる導電性膜５が形成される。
【００３８】
次に、図１０に示すように、導電性膜５および導電性膜４に、所定の深堀エッチング（ＤＲＩＥ：Deep Reactive Ion Etching）処理等を施すことにより、導電性膜５および導電性膜４がパターニングされて、ストッパ部５ｆ、検出フレーム５ｃおよび慣性質量体（図示せず）が形成される。このとき、導電性膜４では、被変位制限部４ｆを除いて、導電性膜５と同一形状にパターニングされる。また、絶縁膜８および犠牲膜６は、エッチングストッパとして機能する。
【００３９】
次に、図１１に示すように、フッ酸溶液によるウェットエッチング処理を施すことにより、犠牲膜６、絶縁膜７および絶縁膜８が除去されて、検出フレーム５ｃが変位可能な状態になる。こうして、加速度センサの主要部分が完成する。
【００４０】
上述した加速度センサでは、図１２に示すように、支持基板１の面に略垂直上向きに加速度が作用して検出フレーム５ｃが回転する場合や、図１３に示すように、支持基板１の面に略垂直下向きに加速度が作用して検出フレーム５ｃが回転する場合において、図１４に示すように、被変位制限部４ｆがストッパ部５ｆに当接することによって、検出フレーム５ｃの動きが制限を受けて、検出フレーム５ｃの動きが許容される距離が制限される。
【００４１】
このとき、ストッパ部５ｆと検出フレーム５ｃの被変位制限部４ｆとの隙間の長さ（変位制限距離）が、絶縁膜８の膜厚によって決定されることで、検出フレーム５ｃの動きが許容される距離の精度を高くすることができ、ストッパ効果のばらつきを大幅に抑制することができる。
【００４２】
また、変位制限距離が絶縁膜８の膜厚によって決定されることで、絶縁膜８の膜厚を変更するだけで、検出フレーム５ｃの動きが許容される距離を、サブミクロンオーダーからミクロンオーダーまで自由に変更することが可能になる。図１１に示すように、たとえば、静電容量を検出する間隔（検出ギャップ）Ｔｄを２μｍとすると、ストッパ部５ｆと検出フレーム５ｃの被変位制限部４ｆとの変位制限距離（狭ギャップＴｇ１）を０．２μｍに設定することが可能であり、検出ギャップに応じた変位制限距離を設定することができる。
【００４３】
また、変位制限距離の精度が高められることで、加速度として、検出フレーム５ｃが変形するような過度の加速度が作用した場合や、製造中に検出フレームが変形する等の過度の力が作用した場合には、被変位制限部４ｆがストッパ部５ｆに当接して、加速度センサの故障を防止することができる。
【００４４】
その被変位制限部４ｆが検出プレートにおける基板１Ａの側に形成されることで、可動構造体としての検出フレーム５ｃの全体を、絶縁膜等によって均一な高さになるように埋め込む必要がなく、高いアスペクト比を有する可動構造体でも、変位制限距離を比較的短い距離（狭ギャップ）に設定することができる。
【００４５】
また、被変位制限部４ｆが当接するストッパ部５ｆは、アンカー支持部３ａを介して支持基板１に固定されることで、機械的に比較的強固な固定構造とすることができ、検出フレーム５ｃ（被変位制限部４ｆ）がストッパ部５ｆに接触した際に破損する可能性を低くすることができる。
【００４６】
さらに、そのようなストッパ部５ｆや被変位制限部４ｆ等を形成するために、化学的機械研磨装置等の特殊な製造装置は不要であり、工程を変更するだけで、ストッパ部５ｆおよび被変位制限部４ｆを備えた加速度センサを製造することができる。
【００４７】
ストッパ部５ｆとアンカー部５ａは、アンカー支持部３ａに接続され、検出フレーム５ｃは、ねじれ梁５ｂを介してアンカー部５ａに支持されている。アンカー部５ａ、ストッパ部５ｆ、ねじれ梁５ｂ、検出フレーム５ｃおよびアンカー支持部３ａは、ポリシリコン膜から形成されている。このため、検出フレーム５ｃとストッパ部５ｆとは、ねじれ梁５ｂ、アンカー部５ａおよびアンカー支持部３ａを介して電気的に同電位に設定されることになる。これにより、静電気による引力（クーロン力）によって、検出フレーム５ｃがストッパ部５ｆに貼りついてしまうのを防止することができる。
【００４８】
また、Ｚ方向の加速度を検出する加速度センサでは、ねじれ梁５ｂを軸として検出フレーム５ｃが回転する。このため、通常の動作では、検出フレーム５ｃにおける、ねじれ梁５ｂの延長上に位置する部分は、Ｚ方向には変位しない。ところが、エッチング処理を施すことによって検出フレーム５ｃを形成する工程や、使用中の過度の衝撃等によって、検出フレームが面外方向に変位して、加速度センサが破壊されるおそれがある。
【００４９】
面外方向の変位に対して、この変位を制限する構造は有効であるが、Ｚ方向の加速度センサでは、原理的に検出フレームが面外に変位するため、ねじれ梁の延長上の部分にしか、変位を制限する構造を配置することができない。上述した加速度センサでは、局所的にストッパ部５ｆおよび被変位制限部４ｆを含む構造を配置することができ、ストッパ部等の配置に制約がある場合に容易に対応することができる。
【００５０】
実施の形態２
ここでは、マイクロデバイスの第２例として、基板の面（Ｘ軸）に平行な加速度を検出する加速度センサについて説明する。
【００５１】
図１５および図１６に示すように、この加速度センサでは、支持基板１に対して水平方向（Ｘ方向）に加速度が加えられると、慣性質量体５ｅがＸ方向に変位する。慣性質量体５ｅは梁５０１ａによって支持されている。梁５０１ａは、アンカー部５ａを介して支持基板１に固定されている。
【００５２】
慣性質量体５ｅには可動櫛歯電極５０１ｂが設けられている。可動櫛歯電極５０１ｂと検出電極５０１ｃとの間で静電容量（静電容量Ａ）が形成され、可動櫛歯電極５０１ｂと検出電極５０１ｄとの間で静電容量（静電容量Ｂ）が形成される。慣性質量体５ｅのＸ方向の加速度による変位は、静電容量Ａと静電容量Ｂとの変化（差）として、容量―電圧変換回路によって検出される。
【００５３】
実施の形態１において説明した加速度センサの場合と同様に、可動櫛歯電極５０１ｂを含む慣性質量体５ｅ、検出電極５０１ｃおよび検出電極５０１ｄは、ポリシリコン膜等の導電性膜によって形成される。慣性質量体５ｅの中央部分に、ストッパ部５ｆと、被変位制限部４ｆが形成されている。
【００５４】
慣性質量体５ｅおよび検出電極５０１ｃ、５０１ｄを取り囲むように、導電性の封止枠５０１ｅが形成されている。慣性質量体５ｅおよび検出電極５０１ｃ、５０１ｄを密閉して外乱を遮断するように、陽極接合によって、ガラスキャップ１１が封止枠５０１ｅに接合されている。
【００５５】
検出電極５０１ｃ、５０１ｄおよび可動櫛歯電極５０１ｂは、アンカー部５ａに電気的に接続されている。そのアンカー部５ａは、たとえば、ポリシリコン膜からなる下層配線３０１を介して封止枠５０１ｅの外側に配置された電極パッド１０に電気的に接続される。
【００５６】
下層配線３０１と下層配線３０１との間は、たとえば、シリコン酸化膜からなる絶縁膜２０１ｂが形成されている。その絶縁膜２０１ｂを覆うように、たとえば、シリコン酸化膜からなる絶縁膜２０１ｃと、シリコン窒化膜からなる絶縁膜２０１ｄが形成されている。絶縁膜２０１ｃ、２０１ｄによって、封止枠５０１ｅと下層配線３０１とが電気的に絶縁される。
【００５７】
上述した加速度センサでは、陽極接合に起因する歩留まり低下を抑制することができる。このことについて説明する。陽極接合によってガラスキャップ１１を封止枠５０１ｅに接合する際に、ガラスキャップ１１と封止枠５０１ｅとの間には、数百Ｖ以上の高電圧が印加されることになる。このとき、その高電圧によって慣性質量体５ｅがガラスキャップ１１側に引かれて慣性質量体５ｅ等が破損し、歩留まりが低下することが想定される。
【００５８】
この加速度センサでは、被変位制限部４ｆとストッパ部５ｆとの距離が高精度に設定されている。これにより、図１７に示すように、慣性質量体５ｅがガラスキャップ１１側に引かれたとしても（矢印参照）、被変位制限部４ｆがストッパ部５ｆに確実に当接して、慣性質量体５ｅがキャップに接触するのを阻止することができ、加速度センサの歩留まりが低下するのを抑制することができる。また、使用中では、過度の衝撃等による面外変位を防止することができ、信頼性の高い加速度センサを得ることができる。
【００５９】
実施の形態３
ここでは、マイクロデバイスの第３例として、基板の面と交差する面外方向（Ｚ方向）の加速度を検出する加速度センサについて説明する。なお、加速度センサを示す図としては、アンカー部とその周辺を示す。
【００６０】
図１８に示すように、加速度センサでは、検出フレーム５ｃが静止した状態で、被変位制限部４ｆとストッパ部５ｆとが狭ギャップＴｇ１をもって隔てられ、被変位制限部４ｆと基板１Ａとが狭ギャップＴｇ２をもって隔てられている。なお、これ以外の構成については、図１および図２に示す加速度センサと同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除き、その説明を繰り返さないこととする。
【００６１】
次に、第３例に係る加速度センサの製造方法の一例について説明する。まず、図５に示す工程と同様の工程を経て、図１９に示すように、支持基板１上に絶縁膜２ａを介在させて検出電極３ｂ等が形成される。次に、図２０に示すように、検出電極３ｂ等を覆うように、たとえば、シリコン酸化膜からなる、所定の厚さの絶縁膜８ｂが形成される。次に、その絶縁膜８ｂを覆うように、たとえば、ポリシリコン膜からなる導電性膜（図示せず）が形成される。
【００６２】
次に、その導電性膜に、所定のリソグラフィ処理およびエッチング処理を施してパターニングすることにより、図２０に示すように、検出フレームの動きが制限を受ける被変位制限部４ｆが形成される。絶縁膜８ｂの膜厚は、検出フレームが静止した状態で、検出フレームの被変位制限部４ｆと検出電極３ｂとの隙間の長さ（距離）に相当することになる。次に、図２１に示すように、被変位制限部４ｆが位置していない領域に、たとえば、リン酸ガラス（ＰＳＧ）等からなる犠牲膜６が形成される。
【００６３】
次に、犠牲膜６等を覆うように、たとえば、シリコン酸化膜からなる所定の厚さの絶縁膜（図示せず）が形成される。次に、その絶縁膜に所定のフォトリソグラフィ処理およびエッチング処理を施すことにより、図２２に示すように、絶縁膜８ａが形成される。絶縁膜８ａの膜厚は、検出フレームが静止した状態で、検出フレームの被変位制限部４ｆとストッパ部５ｆとの隙間の長さ（距離）に相当することになる。
【００６４】
次に、所定のフォトリソグラフィ処理およびエッチング処理を施すことにより、図２３に示すように、絶縁膜８ａ、犠牲膜６および絶縁膜８ｂを貫通してアンカー支持部３ａを露出する孔９が形成される。次に、図２４に示すように、孔９を埋め込むように、たとえば、ポリシリコン膜からなる導電性膜５が形成される。次に、図２５に示すように、導電性膜５に、所定の深堀エッチング（ＤＲＩＥ）処理等を施すことにより、導電性膜５がパターニングされて、ストッパ部５ｆ、検出フレーム５ｃおよび慣性質量体（図示せず）が形成される。このとき、絶縁膜８ａは、エッチングストッパとして機能する。
【００６５】
次に、図２６に示すように、フッ酸溶液によるウェットエッチング処理を施すことにより、絶縁膜８ａ、犠牲膜６および絶縁膜８ｂが除去されて、検出フレーム５ｃが変位可能な状態になる。こうして、加速度センサの主要部分が完成する。
【００６６】
上述した加速度センサでは、支持基板１の面に略垂直上向きに加速度が作用して検出フレーム５ｃが回転する場合（図１２参照）や、基板１Ａの面に略垂直下向きに加速度が作用して検出フレーム５ｃが回転する場合（図１３参照）において、図２７に示すように、被変位制限部４ｆがストッパ部５ｆに当接することによって、検出フレーム５ｃ（被変位制限部４ｆ）の＋Ｚ方向の動きが制限を受けることになる。また、被変位制限部４ｆが基板１Ａに当接することによって、検出フレーム５ｃ（被変位制限部４ｆ）の−Ｚ方向の動きが制限を受けることになる。
【００６７】
このとき、検出フレーム５ｃの被変位制限部４ｆとストッパ部５ｆとの隙間の長さ（変位制限距離）が、絶縁膜８ａの膜厚によって決定される。また、検出フレーム５ｃの被変位制限部４ｆと基板１Ａとの隙間の長さ（変位制限距離）が、絶縁膜８ｂの膜厚によって決定される。これにより、検出フレーム５ｃの動きが許容される距離（＋Ｚ方向および−Ｚ方向）の精度を高くすることができ、ストッパ効果のばらつきを大幅に抑制することができる。
【００６８】
また、変位制限距離が絶縁膜８の膜厚を変えることで隙間の長さを変えることができ、隙間の長さを変える際の自由度を高めることができる。これにより、加速度センサの設計の自由度を向上させることができる。
【００６９】
また、実施の形態１において説明した加速度センサの場合と同様に、第２例に係る加速度センサにおいても、ストッパ部５ｆの固定構造として、比較的強固な固定構造を得ることができる。また、そのようなストッパ部５ｆや被変位制限部４ｆ等を備えた加速度センサを、化学的機械研磨装置等の特殊な製造装置を用いることなく製造することができる。さらに、静電気による引力によって、検出フレーム５ｃがストッパ部５ｆに貼りついてしまうのを防止することができる。
【００７０】
実施の形態４
ここでは、マイクロデバイスの第４例として、基板の面と交差する面外方向（Ｚ方向）の加速度を検出する加速度センサについて説明する。
【００７１】
図２８に示すように、加速度センサでは、検出フレーム５ｃが静止した状態で、被変位制限部４ｆとストッパ部５ｆとが、Ｚ方向に狭ギャップＴｇ１をもって隔てられ、被変位制限部４ｆとストッパ部５ｆとが、ＸＹ方向に狭ギャップＴｇ３をもって隔てられている。なお、これ以外の構成については、図１および図２に示す加速度センサと同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除き、その説明を繰り返さないこととする。
【００７２】
次に、第４例に係る加速度センサの製造方法の一例について説明する。まず、図５に示す工程と同様の工程を経て、図２９に示すように、支持基板１上に絶縁膜２ａを介在させて検出電極３ｂ等が形成される。次に、図３０に示すように、検出電極３ｂ等を覆うように、たとえば、リン酸ガラス（ＰＳＧ）等からなる犠牲膜６が形成される。
【００７３】
次に、その犠牲膜６を覆うように、たとえば、ポリシリコン膜からなる導電性膜（図示せず）が形成される。次に、その導電性膜に、所定のリソグラフィ処理およびエッチング処理を施してパターニングすることにより、図３０に示すように、検出フレームの動きが制限を受ける被変位制限部４ｆが形成される。
【００７４】
次に、犠牲膜６等を覆うように、たとえば、シリコン酸化膜からなる。所定の厚さの絶縁膜（図示せず）が形成される。次に、その絶縁膜に所定のフォトリソグラフィ処理およびエッチング処理を施すことにより、図３１に示すように、絶縁膜８が形成される。絶縁膜８の膜厚は、検出フレームが静止した状態で、検出フレームの被変位制限部４ｆとストッパ部５ｆとの隙間の長さ（距離）に相当することになる。特に、被変位制限部４ｆの厚さ方向の端面を覆う絶縁膜８の部分は、被変位制限部４ｆとストッパ部５ｆとのＸＹ方向の隙間の長さ（距離）に相当することになる。
【００７５】
次に、所定のフォトリソグラフィ処理およびエッチング処理を施すことにより、図３２に示すように、絶縁膜８および犠牲膜６を貫通してアンカー支持部３ａを露出する孔９が形成される。次に、図３３に示すように、孔９を埋め込むように、たとえば、ポリシリコン膜からなる導電性膜５が形成される。次に、図３４に示すように、導電性膜５に、所定の深堀エッチング（ＤＲＩＥ）処理等を施すことにより、導電性膜５がパターニングされて、ストッパ部５ｆ、検出フレーム５ｃおよび慣性質量体（図示せず）が形成される。このとき、絶縁膜８は、エッチングストッパとして機能する。
【００７６】
次に、図３５に示すように、フッ酸溶液によるウェットエッチング処理を施すことにより、絶縁膜８および犠牲膜６が除去されて、検出フレーム５ｃが変位可能な状態になる。こうして、加速度センサの主要部分が完成する。
【００７７】
上述した加速度センサでは、基板１Ａの面に略垂直上向きに加速度が作用して検出フレーム５ｃが回転する場合（図１２参照）や、基板１Ａの面に略垂直下向きに加速度が作用して検出フレーム５ｃが回転する場合（図１３参照）において、図３６に示すように、被変位制限部４ｆがストッパ部５ｆに当接することによって、検出フレーム５ｃ（被変位制限部４ｆ）の＋Ｚ方向の動きとＸＹ方向の動きとが、それぞれ制限を受けることになる。
【００７８】
このとき、検出フレーム５ｃの被変位制限部４ｆとストッパ部５ｆとの隙間の長さ（変位制限距離）が、絶縁膜８の膜厚によって決定される。これにより、検出フレーム５ｃの動きが許容される距離（＋Ｚ方向およびＸＹ方向）の精度を高くすることができ、ストッパ効果のばらつきを大幅に抑制することができる。
【００７９】
また、変位制限距離が絶縁膜８の膜厚を変えることで隙間の長さを変えることができ、隙間の長さを変える際の自由度を高めることができる。これにより、加速度センサの設計の自由度を向上させることができる。
【００８０】
また、実施の形態１において説明した加速度センサの場合と同様に、第３例に係る加速度センサにおいても、ストッパ部５ｆの固定構造として、比較的強固な固定構造を得ることができる。また、そのようなストッパ部５ｆや被変位制限部４ｆ等を備えた加速度センサを、化学的機械研磨装置等の特殊な製造装置を用いることなく製造することができる。さらに、静電気による引力によって、検出フレーム５ｃがストッパ部５ｆに貼りついてしまうのを防止することができる。
【００８１】
実施の形態５
ここでは、マイクロデバイスの第５例として、基板の面と交差する面外方向（Ｚ方向）の加速度を検出する加速度センサについて説明する。
【００８２】
図３７に示すように、加速度センサでは、検出フレーム５ｃが静止した状態で、被変位制限部４ｆとストッパ部５ｆとが、Ｚ方向に狭ギャップＴｇ１をもって隔てられ、被変位制限部４ｆとストッパ部５ｆとが、ＸＹ方向に狭ギャップＴｇ３をもって隔てられている。そして、被変位制限部４ｆと基板１Ａとが、Ｚ方向に狭ギャップＴｇ２をもって隔てられている。なお、これ以外の構成については、図１および図２に示す加速度センサと同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除き、その説明を繰り返さないこととする。
【００８３】
次に、第５例に係る加速度センサの製造方法の一例について説明する。まず、図５に示す工程と同様の工程を経て、図３８に示すように、支持基板１上に絶縁膜２ａを介在させて検出電極３ｂ等が形成される。次に、図２０に示す工程と同様の工程を経て、図３９に示すように、検出電極３ｂ等を覆うように、たとえば、シリコン酸化膜からなる、所定の厚さの絶縁膜８ｂが形成される。次に、その絶縁膜８ｂを覆うように、たとえば、ポリシリコン膜からなる導電性膜（図示せず）が形成される。
【００８４】
次に、その導電性膜に、所定のリソグラフィ処理およびエッチング処理を施してパターニングすることにより、検出フレームの動きが制限を受ける被変位制限部４ｆが形成される。絶縁膜８ｂの膜厚は、検出フレームが静止した状態で、検出フレームの被変位制限部４ｆと検出電極３ｂとの隙間の長さ（距離）に相当することになる。次に、絶縁膜８ｂを覆うように、たとえば、リン酸ガラス（ＰＳＧ）等からなる犠牲膜（図示せず）が形成され、所定の写真製版処理とエッチング処理を施すことによって、図４０に示すように、犠牲膜６がパターニングされる。
【００８５】
次に、犠牲膜６等を覆うように、たとえば、シリコン酸化膜からなる。所定の厚さの絶縁膜（図示せず）が形成される。次に、その絶縁膜に所定のフォトリソグラフィ処理およびエッチング処理を施すことにより、図４１に示すように、絶縁膜８ａが形成される。絶縁膜８ａの膜厚は、検出フレームが静止した状態で、検出フレームの被変位制限部４ｆとストッパ部５ｆとの隙間の長さ（距離）に相当することになる。
【００８６】
次に、所定のフォトリソグラフィ処理およびエッチング処理を施すことにより、図４２に示すように、絶縁膜８ａ、犠牲膜６および絶縁膜８ｂを貫通してアンカー支持部３ａを露出する孔９が形成される。次に、図４３に示すように、孔９を埋め込むように、たとえば、ポリシリコン膜からなる導電性膜５が形成される。次に、図４４に示すように、導電性膜５に、所定の深堀エッチング（ＤＲＩＥ）処理等を施すことにより、導電性膜５がパターニングされて、ストッパ部５ｆ、検出フレーム５ｃおよび慣性質量体（図示せず）が形成される。このとき、絶縁膜８ａは、エッチングストッパとして機能する。
【００８７】
次に、図４５に示すように、フッ酸溶液によるウェットエッチング処理を施すことにより、絶縁膜８ａ、犠牲膜６および絶縁膜８ｂが除去されて、検出フレーム５ｃが変位可能な状態になる。こうして、加速度センサの主要部分が完成する。
【００８８】
上述した加速度センサでは、支持基板１の面に略垂直上向きに加速度が作用して検出フレーム５ｃが回転する場合（図１２参照）や、支持基板１の面に略垂直下向きに加速度が作用して検出フレーム５ｃが回転する場合（図１３参照）において、図４６に示すように、被変位制限部４ｆがストッパ部５ｆに当接することによって、検出フレーム５ｃ（被変位制限部４ｆ）の＋Ｚ方向の動きとＸＹ方向の動きとが、それぞれ制限を受けることになる。また、被変位制限部４ｆが基板１Ａに当接することによって、検出フレーム５ｃ（被変位制限部４ｆ）の−Ｚ方向の動きが制限を受けることになる。
【００８９】
このとき、検出フレーム５ｃの被変位制限部４ｆとストッパ部５ｆとのＺ方向の隙間およびＸＹ方向の隙間のそれぞれの長さ（変位制限距離）が、絶縁膜８ａの膜厚によって決定される。また、検出フレーム５ｃの被変位制限部４ｆと基板１Ａとの隙間の長さ（変位制限距離）が、絶縁膜８ｂの膜厚によって決定される。これにより、検出フレーム５ｃの動きが許容される距離（＋Ｚ方向、−Ｚ方向およびＸＹ方向）の精度を高くすることができ、ストッパ効果のばらつきを大幅に抑制することができる。
【００９０】
また、変位制限距離が絶縁膜８の膜厚を変えることで隙間の長さを変えることができ、隙間の長さを変える際の自由度を高めることができる。これにより、加速度センサの設計の自由度を向上させることができる。
【００９１】
また、実施の形態１において説明した加速度センサの場合と同様に、第４例に係る加速度センサにおいても、ストッパ部５ｆの固定構造として、比較的強固な固定構造を得ることができる。また、そのようなストッパ部５ｆや被変位制限部４ｆ等を備えた加速度センサを、化学的機械研磨装置等の特殊な製造装置を用いることなく製造することができる。さらに、静電気による引力によって、検出フレーム５ｃがストッパ部５ｆに貼りついてしまうのを防止することができる。
【００９２】
実施の形態６
実施の形態１〜５では、マイクロデバイスの一例として、加速度センサについて説明した。ここでは、マイクロデバイスの他の例として、角速度センサについて説明する。
【００９３】
図４７および図４８に示すように、角速度センサ２１０では、基板１Ａ上に、扇型形状の一対の慣性質量体２０２、２０３と、一対の駆動プレート２０５、２０６が形成されている。一対の慣性質量体２０２、２０３は、扇型形状の慣性質量体２０２、２０３の中心角側を対向させて、連結フレーム２０４を介在させてＹ方向に配置されている。慣性質量体２０２は、周方向の両側に設けられた補助支持梁２０２Ａを介して基板１Ａに支持されている。また、慣性質量体２０３は、周方向の両側に設けられた補助支持梁２０３Ａを介して基板１Ａに支持されている。
【００９４】
連結フレーム２０４におけるＹ方向の中央部にストッパ部５ｆが設けられている。連結フレーム２０４には、ストッパ部５ｆに当接することによって、慣性質量体２０２、２０３の変位が制限を受ける被変位制限部４ｆが設けられている。
【００９５】
一対の駆動プレート２０５、２０６は、Ｘ方向に配置されており、駆動プレート２０５は、リンク梁２０７を介在させて連結フレーム２０４に接続されている。また、駆動プレート２０６は、リンク梁２０８を介在させて連結フレーム２０４に接続されている。また、駆動プレート２０５は、折り曲げ梁２２７、２２８を介してアンカー部２３１、２３２によって基板１Ａに支持されている。駆動プレート２０６は、折り曲げ梁２２９、２３０を介してアンカー部２３３、２３４によって基板１Ａに支持されている。
【００９６】
慣性質量体２０２と対向する基板１Ａの領域には、検出電極２１１が形成され、慣性質量体２０３と対向する基板１Ａの領域には、検出電極２１２が形成されている。慣性質量体２０２、２０３と検出電極２１１、２１２とは、Ｚ方向に微小な間隔をもって隔てられており、また、互いに電気的に独立している。検出電極２１１、２１２は、慣性質量体２０２、２０３の平面形状に対応するように、扇型形状に形成されている。
【００９７】
慣性質量体２０２は、配線２１１ａを介して金属配線パッド２１７に電気的に接続されている。慣性質量体２０３は、配線２１２ａを介して金属配線パッド２１８に電気的に接続されている。金属配線パッド２１７、２１８は、アルミニウムや金を堆積することによって形成されている。金属配線パッド２１７、２１８は、外部との電気的な接続を図るために、所定のワイヤがボンディングされる領域となる。
【００９８】
検出電極２１１のＸ方向の両端側には、扇型形状の径方向に沿ってモニタ電極２１３、２１４が形成されている。また、検出電極２１２のＸ方向の両端側には、扇型形状の径方向に沿ってモニタ電極２１５、２１６が形成されている。モニタ電極２１３は、配線２１３ａを介して金属配線パッド２２１に電気的に接続され、モニタ電極２１４は、配線２１４ａを介して金属配線パッド２２２に電気的に接続されている。また、モニタ電極２１５は、配線２１５ａを介して金属配線パッド２２３に電気的に接続され、モニタ電極２１６は、配線２１６ａを介して金属配線パッド２２４に電気的に接続されている。
【００９９】
駆動プレート２０５に接続されている折り曲げ梁２２７、２２８と、駆動プレート２０６に接続されている折り曲げ梁２２９、２３０は、Ｘ方向に対して柔軟で変形しやすく、Ｘ方向以外の方向に対しては変形しにくいように設計されている。また、駆動プレート２０５と連結フレーム２０４とを繋ぐリンク梁２０７と、駆動プレート２０６と連結フレーム２０４とを繋ぐリンク梁２０８は、Ｘ方向に所定の弾性を有している。これにより、駆動プレート２０５、２０６は、連結フレーム２０４に対して、リンク梁２７、２０８の弾性に基づいて許容される範囲内で、スライド可能（移動可能）になる。
【０１００】
また、駆動プレート２０５、２０６には静電力発生構造が設けられている。この構造として、駆動プレート２０５、２０６のそれぞれに、Ｙ方向に沿って複数のスリット２０５ａ、２０６ａが形成されている。一方、基板１Ａ上には、スリット２０５ａ、２０５ｂに対応するように、Ｙ方向に沿って複数の駆動電極２１９、２２０が形成されている。駆動電極２１９、２２０は、基板１Ａ上に形成された駆動電極結合用電極（図示せず）から上方へ立ち上がるように形成されて、それぞれ、対応するスリット２０５ａ、２０５ｂ内に収まるように配置されている。
【０１０１】
この状態で、各駆動電極２１９、２２０とスリット２０５ａ、２０６ａの内壁とは互いに平行になる。こうして、スリット２０５ａ（内壁）と駆動電極２１９とによって、微小なギャップをもって隔てられた平行平板状の電極対が構成され、スリット２０６ａ（内壁）と駆動電極２２０とによって、微小なギャップをもって隔てられた平行平板状の電極対が構成されることになる。
【０１０２】
次に、角速度センサ２１０の動作原理について説明する。駆動プレート２０５、２０６と駆動電極２１９、２２０との間にＡＣ電位差が与えられると、駆動プレート２０５、２０６は、その電位差によって発生する静電引力によってＸ方向に振動する。
【０１０３】
駆動プレート２０５、２０６を電気的に接地し、駆動電極２１９、２２０に共通のＤＣバイアス電圧を伴った同相のＡＣ電圧（Ｖｄｃ±Ｖａｃ）を印加すると、２つの駆動プレート２０５、２０６は、図４９に示すように、互いに反対向き（逆相）にＸ方向に沿って振動する（矢印Ｄ１と矢印Ｄ２参照）。
【０１０４】
駆動プレート２０５、２０６のＸ方向の振動は、リンク梁２０７、２０８を介して、連結フレーム２０４に伝達される。このとき、リンク梁２０７はアンカー部５ａに対して−Ｙ方向に所定長さずれた位置に接続され、リンク梁２０８は、アンカー部５ａに対して＋Ｙ方向に所定長さずれた位置に接続されている。
【０１０５】
これにより、慣性質量体２０２、２０３は、連結フレーム２０４の中心（アンカー部５ａ）の周りに回転捩れ振動を行う。駆動プレート２０５、２０６の矢印Ｄ１の動きに対して、慣性質量体２０２、２０３は、矢印Ｙ１に示すように回転する。一方、駆動プレート２０５、２０６の矢印Ｄ２の動きに対して、慣性質量体２０２、２０３は、矢印Ｙ２に示すように回転する。
【０１０６】
この回転捩れ振動が、共振周波数で行われる場合に、慣性質量体２０２、２０３の最大変位と最大速度とが得られることになる。このため、駆動ＡＣ周波数としては共振周波数となる周波数を選ぶことが好ましい。
【０１０７】
慣性質量体２０２、２０３が基板１Ａ上において、逆相に回転捩れ振動を行っている場合に、Ｙ軸周りの角速度が作用すると、慣性質量体２０２、２０３は、それぞれの速度振動ベクトルと角速度ベクトルとの双方に直交する方向（Ｚ方向）に慣性力を受けることになる。この慣性力はコリオリ力と称される。
【０１０８】
慣性質量体２０２、２０３が矢印Ｙ１に示す向きに回転している場合には、慣性質量体２０２には、矢印ＹＣ１に示すように、基板１Ａから離れる方向にコリオリ力が作用し、慣性質量体２０３には、矢印ＹＣ１に示すように、基板１Ａに近づく方向にコリオリ力が作用する。一方、慣性質量体２０２、２０３が矢印Ｙ２に示す向きに回転している場合には、慣性質量体２０２には、矢印ＹＣ２に示すように、基板１Ａに近づく方向にコリオリ力が作用し、慣性質量体２０３には、矢印ＹＣ２に示すように、基板１Ａから離れる方向にコリオリ力が作用する。
【０１０９】
こうして、図５０に示すように、慣性質量体２０２、２０３には、互いに逆相の基板１Ａの面外へのコリオリ力を受けて、Ｘ軸に平行な軸の周りの回転振動が誘起される。この回転振動の変位によって、慣性質量体２０２、２０３と検出電極２１１、２１２との間の容量が変化することになる。回転振動の変位は角速度に比例するため、容量の変化をＣ−Ｖ変換器によって電気出力に変換することで、角速度に対応する信号を取得することができる。
【０１１０】
検出電極２１１、２１２と慣性質量体２０２、２０３との間で形成される容量変化は、角速度検出時に差動変化となる。この差動変化を検出し得る回路構成を採用することにより、Ｘ方向やＺ方向の加速度による発生する慣性質量体２０２、２０３の変位振動のように、同相で変化するような外乱振動の影響を受けないようにすることができる。
【０１１１】
上述した角速度センサでは、図４９または図５０に示すように、連結フレーム２０４の中央部に対応する位置に、基板１Ａに固定されたアンカー部５ａが設けられ、連結フレーム２０４には、そのアンカー部５ａに当接することによって、慣性質量体２０２、２０３の動きが制限される被変位制限部４ｆが設けられている。これにより、製造中や使用中の過度の変位による破壊を防止することができる。
【０１１２】
また、慣性質量体２０２、２０３の駆動プレート２０５、２０６による回転捩れ振動と、コリオリ力による回転振動とは、連結フレーム２０４の中央部（中点）を中心にして発生する。このため、連結フレーム２０４の中央部では、ＸＹ方向および±Ｚ方向の並進変位は発生しない。したがって、角速度を検出するための回転変位を阻害することなく、並進変位を制限することができれば、信頼性の高い角速度センサを実現することができる。
【０１１３】
さらに、被変位制限部４ｆとストッパ部５ｆとのＺ方向の隙間（狭ギャップＴｇ１）、被変位制限部４ｆと基板１ＡとのＺ方向の隙間（狭ギャップＴｇ２）および被変位制限部４ｆとＸＹ方向の隙間（狭ギャップＴｇ３）のそれぞれの長さ（変位制限距離）が、絶縁膜の膜厚によって決定される。これにより、慣性質量体２０２、２０３の動きが許容される距離（＋Ｚ方向、−Ｚ方向およびＸＹ方向）の精度を高くすることができ、ストッパ効果のばらつきを大幅に抑制することができる。
【０１１４】
また、変位制限距離が絶縁膜８の膜厚を変えることで隙間の長さを変えることができ、隙間の長さを変える際の自由度を高めることができる。これにより、角速度センサの設計の自由度を向上させることができる。
【０１１５】
なお、上述した角速度センサでは、ストッパ部５ｆと慣性質量体２０２、２０３（連結フレーム２０４）との間に静電引力が作用しないように、ストッパ部５ｆを支持するアンカー支持部３ａは、下層配線（図示せず）によって慣性質量体２０２、２０３と同電位に設定されている。
【０１１６】
今回開示された実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本発明は上記で説明した範囲ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
本発明は、加速度センサや角速度センサ等の可動構造体を備えたマイクロデバイスに有効に利用される。
【符号の説明】
【０１１８】
１  支持基板、１Ａ  基板、２ａ、２ｂ、２ｃ  絶縁膜、３  導電性膜、３ａ  アンカー支持部、３ｂ、３ｂａ、３ｂｂ  検出電極、３ｃ  固定電極、４  導電性膜、４ｆ  被変位制限部、５  導電性膜、５ａ  アンカー部、５ｂ  ねじれ梁、５ｃ  検出フレーム、５ｄ  リンク梁、５ｅ  慣性質量体、５ｆ  ストッパ部、６  犠牲膜、７  絶縁膜、８、８ａ、８ｂ  絶縁膜、９  孔、１０  電極パッド、１１  ガラスキャップ、２０１ｂ、２１０ｃ、２１０ｄ、２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄ  絶縁膜、３０１、３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ  下層配線、５０１ａ  梁、５０１ｂ  可動櫛歯電極、５０１ｃ、５０１ｄ  検出電極、５０１ｅ  封止枠、２０２、２０３  慣性質量体、２０２Ａ、２０３Ａ  補助支持梁、２０４  連結フレーム、２０５、２０６  駆動プレート、２０５ａ、２０６ａ  スリット、２０７、２０８  リンク梁、２０９  絶縁膜、２１０  角速度センサ、２１１、２１２  検出電極、２１１ａ、２１２ａ  配線、２１３、２１４、２１５、２１６  モニタ電極、２１３ａ、２１４ａ、２１５ａ、２１６ａ  配線、２１７、２１８  金属配線パッド、２１９、２２０  駆動電極、２２１、２２２、２２３、２２４  金属配線パッド、２２７、２２８、２２９、２３０  折り曲げ梁、２３１、２３２、２３３、２３４  アンカー部。
【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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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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