(57)【要約】【課題】  本発明は、力学量検出センサ素子内に配設されるメンブレンの破損を抑制でき、かつプロセス性能の低下を低減することが可能な力学量検出センサの製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】  本発明に係る力学量検出センサの製造方法は、重量部を支持する接続部等のメンブレンの形成を時に保護層、さらには支持基板を設けた状態でエッチングを行うことで、製造時におけるメンブレンの破損を低減することができる。よって量産性に優れた力学量検出センサの製造方法を提供できる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体材料からなる第１の層、絶縁材料からなる第２の層、半導体材料からなる第３の層が順に積層されてなる半導体基板を用いて、
前記第１の層に開口を有する固定部と、この開口内に配置され、かつ前記固定部に対して変位する変位部と、前記固定部と前記変位部とを接続する接続部とを含む第１の構造体を形成する第１の構造体形成工程と、
前記第１の構造体側に保護層を設ける保護層配設工程と、
前記半導体基板を前記保護層と一体の状態で、その厚み方向にエッチングして前記第３の層に前記変位部に接合される重量部と、前記重量部を囲んで配置され、かつ前記固定部に接合される枠部とを含む第２の構造体を形成する第２の構造体形成工程とを含み、
前記第２の構造体形成工程後に前記保護層を除去する保護層除去工程を行うことを特徴とする力学量検出センサの製造方法。
【請求項２】
前記保護層は水溶性高分子材料からなることを特徴とする請求項１に記載の力学量検出センサの製造方法。
【請求項３】
前記保護層はエネルギー照射により剥離可能な粘着面を有するシートであることを特徴とする請求項１に記載の力学量検出センサの製造方法。
【請求項４】
前記保護層配設工程において、前記半導体基板を支持し、かつ剛体板よりなる支持基板を配設する工程をさらに備え、
前記支持基板は、該支持基板と前記半導体基板とで前記保護層を挟むように配置され、
前記保護層を前記半導体基板あるいは前記支持基板の少なくとも一方に設けて、前記保護層を介して前記半導体基板と前記支持基板とが接合されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の力学量検出センサの製造方法。
【請求項５】
前記支持基板は前記半導体基板と対向する面に溝部を有していることを特徴する請求項４に記載の力学量検出センサの製造方法。
【請求項６】
前記支持基板はスルーホールを有していることを特徴する請求項４または５に記載の力学量検出センサの製造方法。
【請求項７】
前記力学量は加速度又は角速度であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の力学量検出センサの製造方法。
【請求項８】
請求項４に記載の力学量検出センサの製造方法に用いる支持基板であって、
前記支持基板は前記半導体基板と対向する面に溝部を有していることを特徴する力学量検出センサ製造用の支持基板。
【請求項９】
請求項４に記載の力学量検出センサの製造方法に用いる支持基板であって、
前記支持基板はスルーホールを有していることを特徴する力学量検出センサ製造用の支持基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速度、角速度等の力学量を検出する力学量検出センサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体微細加工技術等を用いた、機械・電子・光・化学等の多様な機能を集積化したデバイスであるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）に注目が集まる。これらは半導体ウエハ内に複数のチップ領域に分けて配置され、ウエハ内に多数のデバイスを形成することが可能である。実用化されたデバイスとしては、例えば、加速度センサ、角速度センサといった力学量検出センサが挙げられ、半導体からなるトランデューサ構造体をガラス基板に接合して構成される、加速度を検出する力学量センサの技術が開示されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−３２９７０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した力学量検出センサの動作原理の一例として、各素子内に設けられた錘部（重量部）の振動変位に伴う電気信号変化を測定することで力学量を検出する。変位する錘部は、可撓性を有する少なくとも一つの梁部（接続部）により固定された枠部（固定部）接続される。センサにおける錘部は梁部に支えられ、中空状態で存在している。一般に、可撓性を有する梁部は自立薄膜（メンブレン）として構成され、物理的に脆弱である。
【０００４】
上述の力学量検出センサは、周知の半導体微細加工技術を用いて作製される。一般的にはシリコン基板や、シリコン／二酸化珪素／シリコンの３層構造からなるＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板等を用い、各層に所望の加工を施してメンブレン（梁部）を形成する。これらメンブレンを有する各メンブレン構造体はウエハ内にチップ領域に分けて複数配置される。
ここで、メンブレンとは、金属または半導体材料からなる少なくとも一つの層から構成される自立薄膜であり、例えば数ｎｍ（ナノメートル）〜数十μｍの厚みを有する機能部分のことを指す。メンブレンは、例えば、上述の半導体基板をエッチングすることによって形成される。このようなエッチング方法としてドライエッチング法を用いる。力学量検出センサの検出感度は、梁部の可撓性に依存し、高感度な製品を製造するために梁部の厚みを薄くするなどの設計的試みがなされる。
【０００５】
しかし、メンブレンの物理的強度は非常に脆弱であり、例えば、プロセス時における圧力変動や衝撃などによって、メンブレン（梁部）が破損し、センサの枠部から脱落する。ドライエッチング法ではプロセス中に基板を、該基板の裏面側よりヘリウムなどのガスを供給して冷却しているが、メンブレンの破損によって基板の冷却効率が下がり、プロセス性能の低下を引き起こすという問題があることが判った。
上記に鑑み、本発明は力学量検出センサ素子内に作製されたメンブレンの破損を抑制するでき、かつプロセス性能の低下を低減することが可能な力学量検出センサ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】
【０００６】
本発明に係る力学量検出センサの製造方法は、半導体材料からなる第１の層、絶縁材料からなる第２の層、半導体材料からなる第３の層が順に積層されてなる半導体基板を用いて、前記第１の層に開口を有する固定部と、この開口内に配置され、かつ前記固定部に対して変位する変位部と、前記固定部と前記変位部とを接続する接続部とを含む第１の構造体を形成する第１の構造体形成工程と、前記第１の構造体側に保護層を設ける保護層配設工程と、前記半導体基板を前記保護層と一体の状態で、その厚み方向にエッチングして前記第３の層に前記変位部に接合される重量部と、前記重量部を囲んで配置され、かつ前記固定部に接合される枠部とを含む第２の構造体を形成する第２の構造体形成工程とを含み、前記第２の構造体形成工程後に前記保護層を除去する保護層除去工程を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、力学量検出センサ素子内のメンブレンの破損を抑制でき、かつプロセス性能の低下を低減することが可能な力学量検出センサの製造方法を提供することを目的とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を実施態様について、図面を用いて説明する。
＜実施例１＞
本発明は、力学量検出センサの製造方法に関するものである。まず、本発明の方法により製造される加速度センサの構造等およびその製造方法について述べる。また力学量検出センサの他の態様として角速度センサの構造等およびその製造方法については後述する。
図１から図３は本発明の実施形態に係る加速度センサを示す図であり、図１は加速度センサの斜視図、図２は加速度センサの分解斜視図、図３は加速度センサの上面図（ａ）と、その上面図におけるＡ−Ａの断面図（ｂ）を示したものである（但し配線部分等は図面の見易さのため、図示せず）。図３（ａ）に示すように、加速度センサ１００の上面図は略正方形であり、例えば１ｍｍ正方の大きさを有するものとする。
加速度センサは、半導体材料からなる第１の層、絶縁材料からなる第２の層、半導体材料からなる第３の層が順に積層されてなる半導体基板から構成される。半導体基板は例えば、ＳＯＩ（Silicon  On  Insulator）基板であり、その場合、第１の層はシリコンからなる活性層３、第２の層は二酸化珪素からなるＢＯＸ（埋め込み酸化膜）層４、第３の層はシリコンからなる支持層５であり、それぞれ、例えば、２μｍ〜１０μｍ、０．５〜３μｍ、３００〜８００μｍの厚さを有する。ＳＯＩ基板１の下面（支持層５側）と、ガラス基板２の上面は接合されて一体に構成されている。
【０００９】
ガラス基板２は、例えばＮａイオンなどの可動イオンを含有する、いわゆるパイレックス（登録商標）ガラス等が用いられる。後述するようにＳＯＩ基板１とガラス基板２とは陽極接合により接合される。ガラス基板２は重量部５ａ（後述する）の過剰変位を防止するストッパ機能と、センサの台座として機能するものであり、上記の機能を果たすものであれば、材料はガラスに限定されないものとする。そのような材料として、例えば、シリコン、樹脂、金属などを用いることが可能である。
【００１０】
活性層３には、４つの開口部３ｄを有する固定部３ｃと、この開口部３ｄ内に配置され、かつ固定部３ｃに対して変位する鉛直視四角平板状の変位部３ａと、固定部３ｃと変位部３ａとを接続する４つの接続部３ｂが配設される。接続部３ｂにはピエゾ抵抗Ｒが形成されている。
【００１１】
支持層５には、ＢＯＸ層４に設けられた接合部４ａを介して変位部３ａと接合された鉛直視略クローバー状の重量部５ａと、固定部３ｃに接合され、重量部５ａを囲むように配置された枠部５ｂが配設されている。
【００１２】
接続部３ｂが変位部３ａと接続される端部、および、固定部３ｃと接続される端部に３組のピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４、Ｒｙ１〜Ｒｙ４、Ｒｚ１〜Ｒｚ４が接続部上の接続部長手方向に配置される。なお、これら３組１２個のピエゾ抵抗Ｒは不純物拡散配線によって形成されており、不純物拡散配線によるパターンと連結され、さらに、そのパターン上の所定位置に開口部が形成されて、アルミ配線に連結されるようになっている（パターン等については図示省略）。当該パターンないしアルミ配線は、ホイートストーンブリッジ回路を形成しているが、当該回路の詳細については本出願人による特開２００６−２５８５２８号によることとして、本明細書ではその記載を省略する。
【００１３】
（加速度センサの製造方法）
次に上述の構造等を踏まえ、加速度センサ１００の作製工程について説明する。
図４は本発明に係る実施形態に係る加速度センサの作製手順の一例を表すフロー図である。また、図５は図４の作製手順における加速度センサの状態を表す断面図である。
【００１４】
（１）ＳＯＩ基板の準備（ステップＳ１１、および図５（ａ））
図５（ａ）に示すように、支持層５、ＢＯＸ層４、活性層３からなるＳＯＩ基板１を用意する。ＳＯＩ基板は、ＳＩＭＯＸ（Separated  by  Implanted  Oxygen）法ないし、貼り合せ法等により作製される。
【００１５】
（２）第１の構造体形成（ステップＳ１２、および図５（ｂ）〜（ｄ））
第１の構造体形成は以下のａ〜ｅのようにして行われる。
ａ．拡散層の形成
拡散層は、例えばＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）法により、活性層３上にＳｉＮ（シリコン窒化膜）を積層し、レジストをマスクとしてＲＩＥ（Reactive Ion Etching）で拡散層パターン開口（図示せず）を形成する。パターン開口部に対して例えば、Ｂ（ボロン）を含む不純物層をスピンコートにより塗布し、その後約１０００℃の熱処理し、不純物層に含まれる不純物を活性層内に拡散させ、拡散層１１を形成する。不要な拡散マスク（ＳｉＮ）は熱リン酸によって、これをエッチングし除去する。（図５（ｂ））
【００１６】
ｂ．配線の形成
配線層の形成は、活性層３上に絶縁層１２を形成する。絶縁層１２は例えば、活性層３の表面を熱酸化することで二酸化珪素の層を形成できる。絶縁層１２に、例えばレジストをマスクとしたＲＩＥによって、コンタクトホール（開口）１３を形成する。
次に、例えば、スパッタ法や蒸着法により、活性層３上にＡｌもしくはＮｄを含むＡｌ層を形成する。配線等にＡｌ−Ｎｄ合金を用いると、後の加熱工程においてヒロック（球状突起物）の発生が抑えられ、好適である。この堆積により形成される金属層を、レジストをマスクとして、例えばウエットエッチングすることで活性層３上に配線１５、コンタクトホール１３内に層間接続体１４が形成される。
【００１７】
ｃ．防護膜１６の形成
次に、ＣＶＤ法によりＳｉＮ層を堆積し、活性層３上に防護層１６を形成し、ＳＯＩ基板１を３８０℃あるいは４００℃程度に熱処理し、拡散層１１と配線１５をオーミック接触させる。その後、例えば、レジストをマスクとするＲＩＥによって、防護層１６をエッチングして、防護層１６にパッド開口１７を形成する（図５（ｃ））。
【００１８】
ｄ．活性層のエッチング
活性層３をエッチングすることにより、開口部３ｄを形成し、変位部３ａ、接続部３ｂ、固定部３ｃを形成する。例えば、このようなエッチングとして活性層３のに対して侵食性を有し、ＢＯＸ層４に対して侵食性を有しない（もしくは活性層３の侵食性に比して低い）エッチング方法を用いることにより可能である。これにより、開口部３ｄに対してＢＯＸ層４の上面が露出するまで厚み方向にエッチングし、第１の構造体を形成する（図５（ｃ））。
【００１９】
ｅ．導通部１９の形成
絶縁層１２にレジストをマスクとするＲＩＥによって貫通孔１８に対応する開口を形成する。その後、この開口から上面が露出した活性層３を、ＢＯＸ層４の上面が露出するまで厚み方向にエッチングし、貫通孔１８を形成する。
貫通孔１８内に、例えばＡｌを蒸着法やスパッタ法等により堆積させて導通部１９を形成する（図５（ｄ））。
【００２０】
（３）保護層の形成（ステップＳ１２、および図５（ｅ））
活性層３側に保護層を形成する。
保護層６は、例えば水溶性高分子材料を水に溶解させた液体を塗布することで形成できる。水溶性高分子材料として、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を用いることができる。ポリビニルアルコールの塗布は、周知の塗布法により行われ、例えば、膜厚３〜５μｍの厚さで塗布する。
ポリビニルアルコールは、プラズマエッチング耐性に富み、かつエッチング時に発泡等が起こらないため、プロセス異常を起こすことがない。本実施例ではポリビニルアルコールを用いるが、これに限定されるわけではなく、水またはアルコール等の水溶性液体で容易に剥離可能な水溶性高分子材料を用いることができる。また、上記水溶性高分子材料以外に、有機溶媒可溶性高分子を用いることも可能である。
保護層６の別の態様として、エネルギー照射（加熱または紫外線照射）により剥離可能な粘着面を有するシートを保護層として用いることができる。そのようなシートとして、例えば、ＵＶ（紫外線）剥離シート（セルファＢＧ（耐熱タイプ）  積水化学工業株式会社製）、もしくは、熱剥離シート（リバアルファ（型番：３１９Ｙ−４Ｈ）  日東電工株式会社製）を用いることができる。
上記のいずれかの材料、方法により、活性層３の上面に保護層６を形成する（図５（ｅ））。
また、後述するような支持基板を備える構成において、保護層６を支持基板側に設ける場合にも上記の材料、方法により配設することができる。
【００２１】
（４）支持層の加工（ステップＳ１３、および図５（ｆ））
支持層５の加工は２段階に区分して作製される。
１）ギャップの作製
支持層５の下面に、枠部５ｂに対応するパターンをもったレジスト層を形成し、このレジスト層で被覆されていない露出部分を垂直上方へと侵食させる。この結果、支持層５の下面にギャップ（例えば、５〜１０μｍ）が形成される。
【００２２】
２）重量部５ａおよび枠部５ｂの形成
支持層５の下面に、重量部５ａ、枠部５ｂに対応するパターンを持ったレジスト層を形成し、このレジスト層が被覆されてない露出部分を、後述するエッチング方法により、シリコン酸化膜４の下面が露出されるまでエッチングを行う。これにより、重量部５ａ、枠部５ｂ（第２の構造体）を形成する（図５（ｆ））。
【００２３】
上述のエッチング方法として、例えば、ＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）が挙げられる。この方法では材料層を厚み方向に侵食しながら掘り進むエッチングステップと、彫った穴の側壁にポリマーの壁を形成するデポジションステップと、を交互に繰り返す。掘り進んだ穴の側壁は、順次ポリマーの壁が形成されて保護されるため、ほぼ厚み方向にのみ侵食を進ませることが可能であり、エッチングガスとしてＳＦ６等のイオン・ラジカル供給ガスを用い、デポジションガスとしてＣ４Ｆ８等を用いることができる。
【００２４】
図８を参照して、誘導結合型プラズマエッチング装置について説明する。エッチング装置６０は、チャンバ６１と、チャンバ６１内に設置された電磁コイル６２と、電磁コイル６２と電気的に接続した高周波電源６３を含む。エッチング装置６０は、チャンバ６１の周りに配置された磁場レンズ６４と、チャンバ６１の底に配置されると共にＳＯＩ基板１を載せるステージ６５と、ステージ６５にＳＯＩ基板１を固定する静電チャック（図示せず）を含む。エッチング装置６０は、チャンバ６１を排気する真空ポンプ６６と、真空ポンプ６６を開閉する電磁バルブ６７を含む。
プラズマ源としては上記のＩＣＰ型の他に、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ型：Capacitively-Coupled Plasma）、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ＥＣＰ型:Electron-Coupled Plasma）、マイクロ波励起表面波プラズマ（ＳＷＰ：Surface Wave Plasma）、ヘリコン波励起プラズマ（ＨＷＰ：Helicon Wave Plasma）などを用いても同様の効果を得ることができる。
【００２５】
ＳＯＩ基板１をステージ６５の上に配置する。ＳＯＩ基板１は静電チャックによってステージ６５に固定される。ＳＯＩ基板１と静電チャックの間には例えば、１０００〜２０００Ｖの直流電圧を印加し、その静電引力によってＳＯＩ基板１を保持する。また、メカクランプによるＳＯＩ基板１の保持は、クランプ（固定冶具）をＳＯＩ基板１の外周部に当接させて機械的に保持する。
次に、真空ポンプ６６を作動し、電磁バルブ６７の開閉を行い、チャンバ６１の内部を所望の真空度に維持する。プロセスガスをチャンバ６１内に導入し、高周波電源６３をオンにする。プロセスガスは電磁コイル６２の高周波によって励起されて、プラズマを発生し、ラジカル、イオンを生成する。このラジカル、イオンは、ＳＯＩ基板１の所望の加工面をエッチングし、重量部５ａ、接続部３ｂ、枠部５ｃを形成する。上記のエッチングは一般に製造されているＩＣＰ型ドライエッチング装置を用いて行うことが可能である。エッチング中、ＳＯＩ基板１は、加工に付される面の裏側からヘリウムなどのガスが供給される。該ガスはＳＯＩ基板１を冷却する役割を果たす。
【００２６】
上記のエッチングが進み、支持層３の厚みが薄くなると、接続部３ｂはＢＯＸ層４に支持されたメンブレンとなる。このメンブレンは脆弱であるため、エッチング終了後にステージ６５よりＳＯＩ基板１をリリースする際に静電引力により破損するおそれがある。また、エッチング処理の際およびチャンバ６１よりＳＯＩ基板１が取り出され、搬送系（図示せず）に供される際の圧力変動によりメンブレンが破損するおそれがある。
しかし本発明において、メンブレンを有するＳＯＩ基板１は保護層６により保護され、メンブレンの破損を抑制することが可能である。特に、エッチング中にメンブレン破損が起こると、冷却用ガスがリークしてプロセス性能が低下する。また、エッチングガスによる第１の層の腐食損傷を防ぐことが可能である。
【００２７】
（５）保護層の除去（ステップＳ１４、および図５（ｇ））
保護層６が水溶性高分子材料からなる場合には、ＳＯＩ基板１を分離液（例えば、純水）に浸水させることにより、保護層６を溶解させ、除去する。分離液を加熱することで、除去に要する時間を短縮させることができる。また、別の態様として熱剥離シート及びＵＶ剥離シートを保護層６として用いた場合には、それぞれ加熱およびＵＶ光照射により保護層６を除去することができる。
【００２８】
次に、ＢＯＸ層４の所定の領域をエッチングすることにより、接合部４ａを形成する。すなわち、ＢＯＸ層４に対しては侵食性を有し、活性層３および支持層５に対しては侵食性を有しないエッチング方法により、ＢＯＸ層４に対して、その露出部分から厚み方向および層方向にエッチングする。
このようなエッチング方法としては、例えば、バッファド弗酸（例えばＨＦ＝５．５ｗｔ％、ＮＨ４Ｆ＝２０ｗｔ％の混合水溶液）をエッチング液として用いるウエットエッチングを挙げることができる。
【００２９】
（６）ガラス基板２の接合（ステップＳ１５、および図５（ｈ））
ＳＯＩ基板１とガラス基板２とを陽極接合により接合する。ガラス基板２と枠部５ｂとを接触させて加熱した状態で、これらの間に電圧を印加することで、枠部５ｂを接点としてＳＯＩ基板１とガラス基板２が接合され、一体となった加速度センサ１００が製造される。
ガラス基板２は、上述した材料からなる基板を用いることができ、例えば、シリコンからなる基板等を用いた場合、ＳＯＩ基板と直接接合により接合することができる。
【００３０】
その後、加速度センサ１００は、ダイシングソー等を用いたダイシングにより、それぞれチップ化され、個々の加速度センサに分離する。このような加速度センサは一般的にはピエゾ抵抗型加速度センサと呼ばれている。本実施例に挙げたピエゾ抵抗型加速度センサの他に、静電容量型加速度センサに本願発明を適用できることは言うまでもない。
【００３１】
ここで、保護層６と、さらに剛体からなる薄板状平板の支持基板とを備える構成等について説明する（図６および図７）。支持基板は、該支持基板と半導体基板（ＳＯＩ基板）とで保護層を挟むように配置され、保護層を介して半導体基板（ＳＯＩ基板）と支持基板とが接合されている
支持基板は、例えば、シリコンやガラス等の材料からなる薄板状平板（ウエハ）である。さらには、支持層５と同質材料、つまり、シリコンウエハを用いることが生産性の面で優れる。一般に、ドライエッチング装置における静電チャックを用いたウエハステージは、載置するウエハの材料に合わせて選択されるため、半導体材料（主にシリコン）からなる力学量検出センサの製造をするにあたりステージ交換等の必要が無く、生産上効率上優れる。高アスペクト比を有する第１の構造体の開口内に保護層を形成することが困難である場合に、メンブレン破損に伴うエッチング時の冷却用ガスのリークを防ぐことができ、さらに好適である。
【００３２】
表面に溝部を設けた支持基板の態様等について図面を用いて説明する。図６（ａ）は支持基板７の一部を模式的に表す上面図であり、（ｂ）は接着層７を介して支持基板７とＳＯＩ基板１とを接合した状態におけるＢ−Ｂ断面を表す図である。支持基板７は、例えば、半導体基板Ｗと略同一の口径（例えば、１０ｃｍ〜２０ｃｍ）である支持基板であり、その厚さは、例えば、６００μｍである。溝部は、図６（ａ）に示すように、例えば、深さ２００μｍ、幅１ｍｍの溝を１ｍｍピッチで格子状に配設したパターンである。このとき、溝部の領域が支持基板７面内で占める割合を約７５％であるものとする。
支持基板７に溝部２０を形成し、例えば、水溶性高分子材料からなる保護層６を介してＳＯＩ基板１と支持基板７を接着した際に、図６（ｂ）に示すように溝部２０の底面と接着層との間に空洞部３０が形成される。空洞部により、分離時に分離液の侵入を容易にする。溝部はアスペクト比の高い切片部として形成されることが好ましく、その場合、保護層６が溝部の底部まで到達せず、空洞部が形成される。
支持基板７に形成される溝部２０はエッチングもしくはサンドブラスト法により形成できる。
【００３３】
支持基板７に設けられたパターンとして、図６に示すような実施形態を用いることもできる。図７（ａ）において、例えば、２００μｍ口径のスルーホール４０（例えば、２００μｍ辺の正方形等でもよい）が１ｍｍピッチで配置されている。スルーホール同士を結合する、例えば、幅５０μｍ、深さ２００μｍの結合部５０が配設されている。スルーホールは隣接する少なくとも一つのそれと結合部５０により構成されている。分離時にスルーホールより分離液の侵入を容易にし、かつ、結合部により支持基板面内に分離液が行き渡り、良好な分離作業が得られる。
【００３４】
次に、本実施例に係る力学量検出センサの別の態様に係る角速度センサの構造等および製造方法について説明する（なお、加速度センサと略同一の構成に関しては同一符号を付す）。保護層および支持基板の態様に関しては上述の加速度センサの製造方法に用いた材料／条件と略同一であり、記載は省略する。
【００３５】
＜実施例２＞
図９は角速度センサ２００を分解した状態を示す分解斜視図である。図１０は、図９の力学量検出センサにおける半導体基板を分解した分解斜視図である（図の見易さのため第２の層は図示せず）。
角速度センサ２００は、一対の支持基板（ガラス基板）と、該一対のガラス基板の間に挟持された状態で陽極接合により接合された半導体基板より構成される。半導体基板は、例えば、ＳＯＩ（Silicon  On  Insulator）基板１である。その場合、第１、第２、第３の層はそれぞれ、活性層、ＢＯＸ（埋め込み酸化膜）層、支持層である。力学量検出センサ１００はその外形が、例えば、３〜５ｍｍ辺の略正方形状である。
ＳＯＩ基板１は、シリコンからなる支持層５に二酸化珪素からなるＢＯＸ層４、シリコンからなる活性層３が順に積層されてなる。活性層３、ＢＯＸ層４、支持層５、ガラス基板２はそれぞれ、例えば、５〜１００μｍ、１〜５μｍ、３００〜８００μｍ、３００〜６００μｍの厚みを有する。
【００３６】
活性層３は、開口部３ｄを有する固定部３ｃと、その開口部３ｄ内に配置され、かつ固定部３ｃに対して変位する変位部３ａと、固定部３ｃと変位部３ａとを接続する接続部（梁部）３ｂと、ブロック上層部３ｅを有する。支持層５は、変位部３ａに接合される重量部５ａと、重量部５ａを囲んで配置され、固定部３ｃに接合される枠部５ｂと、ブロック下層部５ｃを有する。ＢＯＸ層４は固定部３ｄと枠部５ｂ、変位部３ａと重量部５ａ、ブロック上層部３ｅとブロック下層部５ｃとをそれぞれ接合する接合部４ａを有する（図９の見易さのため図示せず）。
図９および図１０では、固定部３ｃより４本の接続部が伸び、固定部３ｃと変位部３ａとを接続する。変位部３ａの周囲には４つの開口部３ｄが存在し、この開口部３ｄ内にブロック上層部３ｅが配置されている。
【００３７】
図１１は、図９に示す力学量検出センサ１００をＡ−Ａに沿って切断した状態を示す断面図である。上下ガラス基板２と、固定部３ｃ、接合部４ａ、枠部５ｂにより密閉室が形成され、外部から作用した力学量（角速度）を検出する検出部を密閉室内に備えている。
変位部３ａは密閉室内において、接続部３ｂによりガラス基板２に接触しないように中空状態で存在している。重量部５ａは変位部３ａに接合されており、質量を有し、角速度に起因するコリオリ力および加速度に起因する慣性力を受ける重錘、あるいは作用体として機能する。重量部５ａは図１０に示すように、例えば、鉛直視略クローバー形状をしており、質量を分散配置することでセンサの小型化と高感度化の両立を図っている。
【００３８】
固定部３ｃと接合されたガラス基板２上であって、変位部３ａと対向する位置には駆動用電極Ｅ１ａ、検出用電極Ｅ２ａが設けられている。同様に、枠部５ｂと接合されたガラス基板２上であって、質量部５ａと対向する位置には駆動用電極Ｅ１ｂ、検出電極Ｅ２ｂが設けられている。なお、図示しないが変位部５ａの上面および重量部５ａの下面にはＥ（駆動電極および検出電極）が設けられている。駆動用電極Ｅ１とＥは容量結合しており、この間に電圧が印加されると変位部３ａ上部および質量部５ａの下部には静電引力が作用し、変位部３ａ（重量部５ａも）をＺ軸方向に振動させることができる。
【００３９】
変位部３ａをＺ軸方向に振動させた状態で、Ｘ軸又はＹ軸方向の角速度ωｘ、ωｙによるＹ軸又はＸ軸のコリオリ力Ｆｙ、Ｆｘによる変位部３ａの変位を検出することで角速度ωｘ、ωｙを測定できる。このように角速度センサ２００は、２軸の角速度ωｘ、ωｙを測定できる。なお、検出方法等に関しては後述する。
【００４０】
活性層３および支持層５に設けられたブロック上層部３ｅおよびブロック下層部５ｅは、それぞれ配線用途で用いられる。駆動電極Ｅ１ａは、図示しない配線とブロック下層部５ｅ、導通部１９、ブロック上層部３ｅにより配線用端子１７ａと電気的に接続され、配線用端子１２ａに電圧が印加されると変位部３ａの上面に静電引力が作用する。同様に、駆動電極Ｅ１ｂは、図示しない配線とブロック下層部５ｅにより配線端子１７ｂと電気的に接続され、配線用端子１７ｂに電圧が印加されると重量部５ａの下面に静電引力が作用する。なお、変位部３ａと重量部５ａとは導通部１９により、電気的に接続されている。ブロック部は配線用途として用いられている。
【００４１】
角速度センサ２００による力学量の検出の原理を述べる。
（１）変位部３ａの振動
駆動用電極Ｅ１ａ、変位部３ａ上面の駆動電極Ｅ（図示せず）に電圧を印加すると、静電引力によって互いに引合い、変位部３ａ（重量部５ａも）はＺ軸正方向に変位する。同様に、駆動用電極Ｅ１ｂ、重量部５ａ下面の駆動電極Ｅ（図示せず）に電圧を印加すると、静電引力によって互いに引合い、変位部３ａ（重量部５ａも）はＺ軸負方向に変位する。即ち、電圧印加を交互に行うことで、変位部３ａ（重量部５ａも）はＺ軸方向に振動する。この電圧の印加は正又は負の直流波形（非印加時も考慮するとパルス波形）、半波波形等を用いることができる。
【００４２】
変位部３ａの振動の周期は電圧を切り換える周期できまってくる。この切換の周期は変位部３ａの固有振動数にある程度近接していることが好ましい。変位部３ａの固有振動数は、接続部３ｂの弾性力や重量部５ａの質量等で決定される。変位部３ａに加えられる振動の周期が固有振動数に対応しないと、変位部３ａに加えられた振動のエネルギーが発散されてエネルギー効率が低下する。
【００４３】
なお、駆動用電極Ｅ１ａ、Ｅ（図示せず）間、又は駆動用電極Ｅ１ｂ、Ｅ（図示せず）間のいずれか一方のみに、変位部３ａの固有振動の１／２の周波数の交流電圧を印加してもよい。
【００４４】
（２）力学量の発生
重量部５ａ（変位部３ａ）がＺ軸方向に速度ｖｚで移動しているときに角速度ωが印加されると重量部５ａにコリオリ力Ｆが作用する。具体的には、Ｘ軸方向の角速度ωｘおよびＹ軸方向の角速度ωｙそれぞれに応じて、Ｙ軸方向のコリオリ力Ｆｙ（＝２・ｍ・ｖｚ・ωｘ）およびＸ軸方向のコリオリ力Ｆｘ（＝２・ｍ・ｖｚ・ωｙ）が重量部５ａに作用する（ｍは、重量部５ａの質量）。
【００４５】
Ｘ軸方向の角速度ωｘによるコリオリ力Ｆｙが印加されると、変位部３ａにＹ方向への傾きが生じる。このように、角速度ωｘ、ωｙに起因するコリオリ力Ｆｙ、Ｆｘによって変位部３ａにＹ方向、Ｘ方向の傾き（変位）が生じる。
【００４６】
（３）変位部３ａの変位の検出
変位部３ａの傾きは、検出用電極Ｅ２ａ、Ｅ２ｂによって検出できる。変位部３ａにコリオリ力が印加されると、検出用電極Ｅ２ａと変位部３ａ上面に設けられた検出用電極Ｅ（図示せず）との距離、および検出用電極Ｅ２ｂと重量部５ａの下面に設けられた検出用電極Ｅ（図示せず）との距離が変化し、その結果、両電極の容量は変化することになる。即ち、この容量変化（具体的には、両電極間の容量差）に基づいて変位部３ａの傾きの変化を検出し、検出信号として取り出すことができる。
【００４７】
以上のように、駆動用電極によって変位部３ａをＺ軸方向に振動させ、検出用電極によって変位部３ａのＸ、Ｙ方向の傾きを検出する。この結果、力学量検出センサ１００によるＸ、Ｙ方向（２軸）の角速度ωｙ、ωｘの測定が可能となる。
【００４８】
（４）検出信号の分離
検出用電極から出力される信号は、重量部５ａに印加される角速度ωｙ、ωｘに起因する成分のみではない。この信号には重量部５ａに印加されるＸ軸、Ｙ軸方向の加速度αｘ、αｙに起因する成分も含まれる。加速度αｘ、αｙによっても変位部５ａの変位が生じうるからである。
【００４９】
検出信号の直流成分、交流成分を図示しない外部電気回路により分離して検出することで、加速度成分と角速度成分をそれぞれ独立に測定することが可能である。これにより角速度を検出することができる。
【００５０】
角速度センサ２００の製造方法について述べる。
図１２は、角速度センサ２００の作成手順の一例を表すフロー図である。また図１３は、図１２の作成手順における角速度センサ２００の状態を表す断面図である（図９においてＡ−Ａで切断した断面図に相当する）。
【００５１】
（１）ＳＯＩ基板１の準備（ステップＳ２０、および図１３（ａ））
図１３（ａ）に示すように、支持層５にＢＯＸ層４、活性層３を積層してなるＳＯＩ基板１を用意する。当該ＳＯＩ基板１は、ＳＩＭＯＸないし、貼り合せ法等により作成される。
【００５２】
活性層３および支持層５には不純物が含まれている。不純物としては、例えば、ボロン等を挙げることができる。ボロンが含まれるシリコンとしては、例えば、高濃度のボロンを含み、抵抗率が０．００１〜０．０１Ω・ｃｍのものを使用できる。不純物が含まれるシリコンは、例えば、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造において、ボロンをドープすることにより製造できる。
【００５３】
（２）第１の構造体形成（ステップＳ２１、および図１３（ｂ））
変位部３ａ、接続部３ｂ、固定部３ｃ、ブロック上層部３ｅに対応するパターンのレジストマスクを活性層３上面に設け、活性層３を厚み方向にエッチングすることにより、開口部３ｄを形成し、変位部３ａ、接続部３ｂ、固定部３ｃを形成する。例えば、このようなエッチングとして活性層３に対して侵食性を有し、ＢＯＸ層４に対して侵食性を有しない（もしくは活性層３の侵食性に比して低い）エッチング方法を用いることにより可能である。これにより、開口部３ｄに対してＢＯＸ層４の上面が露出するまで厚み方向にエッチングし、第１の構造体を形成する（図１３（ｂ））。
【００５４】
上述のエッチング方法として、例えば、ＣＦ４ガスとＯ２ガスとの混合ガスを用いたＲＩＥ（Reactive  Ion  Etching）法によるドライエッチングを用いることができる。
【００５５】
また、活性層３の所定の箇所をエッチングし、ＢＯＸ層４まで貫通するような貫通孔１９（後述する導通部１９）を形成する。エッチング方法としては、例えば、２０％ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）を用いることができ、ＢＯＸ層のエッチングでは、例えば、バッファド弗酸（例えば、ＨＦ＝５．５ｗｔ％、ＮＨ４Ｆ＝２０ｗｔ％の混合水溶液）を用いることができる。
【００５６】
（３）保護層の形成（ステップＳ２２、および図１３（ｃ））
上述した加速度センサの製造方法に記載した材料、方法、構成に従い、ここでは説明を省略する。
【００５７】
（４）第２の構造体形成（ステップＳ２３、および図１３（ｄ））
重量部５ａ、枠部５ｂ、ブロック下層部５ｅに対応するパターンのレジストマスクを支持層５下面に設け、支持層５を厚み方向にエッチングすることにより、重量部５ａ、枠部５ｂ、ブロック下層部５ｅを形成する。例えば、このようなエッチングとして支持層５に対して侵食性を有し、ＢＯＸ層４に対して侵食性を有しない（もしくは支持層５の侵食性に比して低い）エッチング方法を用いることにより可能である。これにより、ＢＯＸ層４の下面が露出するまで厚み方向にエッチングし、第２の構造体を形成する（図１３（ｄ））。
【００５８】
（５）保護層の除去（ステップＳ２４、および図１３（ｅ））
上述した加速度センサの製造方法に記載した方法等に従い、ここでは説明を省略する。
【００５９】
（６）電極の形成（ステップＳ２５、および図１３（ｅ））
活性層３およびＢＯＸ層４内に形成した貫通孔１９（後述する導通部１９）および、変位部３ａ上面、重量部５ａ下面に、例えば、スパッタ法や蒸着法により、導通部１９および、駆動用電極Ｅ（図示せず）、検出用電極Ｅ（図示せず）を形成する。電極および配線の材料としては、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｌ−Ｎｄ等を用いることができる。
【００６０】
ガラス基板２上、かつ、変位部３ａの上面、重量部５ａの下面に対向する主面に、駆動用電極Ｅ１ａ、Ｅ１ｂ、検出用電極Ｅ２ａ、Ｅ２ｂを、上述の方法により、ＡｌまたはＡｌ−Ｎｄ等を用いて形成する。
また変位部３ａの上面と対向するガラス基板２には、変位部３ａがガラス基板２に接触することを防ぐために、エッチングにより凹部（ギャップ）形成しておき、駆動用電極Ｅ１ａ、検出電極Ｅ２ａおよび図示しない配線を形成する。
また重量部５ａの下面と対向するガラス基板２には、配線用端子１７に対応した位置に貫通孔（図示せず）が設けられており、該貫通孔に上述の金属を成膜することにより、配線用端子１７を形成している。
【００６１】
（７）ガラス基板２の接合（ステップＳ２６、および図１３（ｆ））
ＳＯＩ基板１と２枚のガラス基板２とを、例えば、陽極接合により接合する。
ガラス基板２は、可動イオンを多く含むガラス基板であることが好ましい。例えば、Ｎａイオンを多く含むパイレックス（登録商標）ガラスを用いることができる。
【００６２】
（８）ダイシング（ステップＳ２７、および図１３（ｆ））
一対のガラス基板２と、該一対のガラス基板２の間に挟持された状態で陽極接合により接合されたＳＯＩ基板１とから構成される力学量検出センサ２００をダイシングソー等でダイシングし、個別の角速度センサに分離する。
【００６３】
以上、上述の力学量検出センサの製造方法は本発明に係る製造方法の一例であって、上述したステップの順序に限られるものではない。
【００６４】
＜力学量検出センサを用いた電子部品について＞
本発明に係る力学量検出センサは、例えば、ＩＣ等の能動素子を搭載する回路基板上に実装される。ワイヤボンディング接続等の周知の方法および材料によってパッド開口１７および配線用端子１７と、電子回路基板もしくはＩＣ等の能動素子とを接続し、一つの電子部品として機能する。該電子部品は、例えば、ゲーム機、携帯電話等のモバイル端末機に搭載されて市場に流通する。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施形態である加速度センサを表す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態である加速度センサを表す分解斜視図である。
【図３】図１の加速度センサの構造を示す図であって、（ａ）上面図、（ｂ）上面図におけるＡ−Ａの断面図である。
【図４】図１の加速度センサの作製手順をフローチャートで表したフロー図である。
【図５】図１の加速度センサの製造方法の一例を表す断面図である。
【図６】本発明の実施形態に用いられる支持基板７を模式的に示す図であり、（ａ）支持基板７の一部の上面図であり、（ｂ）は保護層７を介してＳＯＩ基板１と接着した状におけるＢ−Ｂ断面を表す図である。
【図７】支持基板の別の態様を模式的に示す図であり、（Ａ）は支持基板の一部の上面図であり、（Ｂ）は支持基板の断面を示す図である。
【図８】一般的なＩＣＰ型プラズマエッチング装置の概略図である。
【図９】本発明に係る角速度センサを表す分解斜視図である。
【図１０】図９の角速度センサにおけるＳＯＩ基板を分解した分解斜視図である。
【図１１】図９の角速度センサの構造を示す図であって、図９におけるＡ−Ａに沿って切断した断面図である。
【図１２】図９の角速度センサの作製手順をフローチャートで表したフロー図である。
【図１３】図９の角速度センサの製造方法の一例を表す断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１００：加速度センサ
１：ＳＯＩ基板
２：ガラス基板
３：活性層（第１の層）
３ａ：変位部
３ｂ：接続部
３ｃ：固定部
３ｄ：開口部
４：ＢＯＸ層（第２の層）
４ａ：接合部
５：支持層（第３の層）
５ａ：重量部
５ｂ：枠部
６：保護層
７：支持基板
１１：拡散層
１２：絶縁層
１３：コンタクトホール
１４：層間接続体
１５：配線
１６：防護膜
１７：パッド開口
１８：貫通孔
１９：導通部
Ｒｘ１〜Ｒｘ４、Ｒｙ１〜Ｒｙ４、Ｒｚ１〜Ｒｚ４：ピエゾ抵抗
２０：溝部
３０：空洞部
４０：スルーホール
５０：結合部
６０：プラズマエッチング装置
６１：チャンバ
６２：電磁コイル
６３：高周波電源
６４：磁場レンズ
６５：ステージ
６６：真空ポンプ
６７：電磁バルブ
Ｗ：半導体基板
２００：角速度センサ
１：ＳＯＩ基板
２：ガラス基板
３：活性層（第１の層）
３ａ：変位部
３ｂ：接続部
３ｃ：固定部
３ｄ：開口部
３ｅ：ブロック上層部
４：ＢＯＸ層（第２の層）
４ａ：接合部
５：支持層（第３の層）
５ａ：重量部
５ｂ：枠部
５ｅ：ブロック下層部
１７：配線用端子
１９：導通部
Ｅ：駆動電極、検出電極
Ｅ１ａ、Ｅ１ｂ：駆動用電極
Ｅ２ａ、Ｅ２ｂ：検出用電極
【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】
2008298441.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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