(57)【要約】【課題】小型化が進むＭＥＭＳ技術において、錘の質量のみよらず感度を向上させるとともに耐衝撃性に優れた加速度センサを製造する。【解決手段】本発明の加速度センサは、台座部と、台座部内に台座部と離間して配置される錘部と、台座部の上面と錘部の上面を可撓的に接続する梁部と、錘部の上方には位置され錘部の垂直方向の変位量を制限するストッパー部とを有し、梁部の厚みがストッパー部の厚みよりも薄くする。さらに、より耐衝撃性を向上させる加速度センサのストッパー部の形状、より感度を向上させる梁部の形状に関しても開示する。【選択図】  図１
2005345294.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
枠状に形成された台座部と、
前記台座部の内側であって該台座部とは離間して配置される錘部と、
前記台座部の上部及び前記錘部の上部に亘って配置される可撓的な梁部と、
前記台座部に配置されかつ前記錘部とは離間して該錘部上に配置されるストッパー部であって、該錘部の該ストッパー方向への変位量を制限するストッパー部と、
を具えた加速度センサであって、
前記梁部の厚みは前記ストッパー部の厚みよりも薄いことを特徴とする加速度センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の加速度センサであって、
前記ストッパー部は、前記台座部の上面に形成されかつ前記台座部の内側を覆うように配置されることを特徴とする加速度センサ。
【請求項３】
請求項１に記載の加速度センサであって、
前記ストッパー部は、前記梁部及び前記錘部の上方であって、前記台座部の内側に設けられ、該錘部の一部を覆うことを特徴とする加速度センサ。
【請求項４】
請求項１に記載の加速度センサにおいて、
前記錘部の前記下面と該梁部の下面との距離は該錘部の該下面と前記ストッパー部の下面との距離より小さいことを特徴とする加速度センサ。
【請求項５】
請求項１に記載の加速度センサにおいて、
前記梁部の上方にストッパー部が形成されていないことを特徴とする加速度センサ。
【請求項６】
請求項１に記載の加速度センサにおいて、
前記錘部の下面より下方に前記台座部の下面が形成されることを特徴とする加速度センサ。
【請求項７】
請求項１に記載の加速度センサにおいて、
前記錘部の下面と前記梁部の下面との距離が該錘部の該下面と前記ストッパー部の下面との距離と等しいことを特徴とする加速度センサ。
【請求項８】
請求項１に記載の加速度センサにおいて、
前記ストッパー部は金属によって形成されることを特徴とする加速度センサ。
【請求項９】
請求項１に記載の加速度センサにおいて、
前記梁部は半導体により形成されることを特徴とし、
前記梁部に形成され加速度を検知するピエゾ抵抗素子と、
前記台座部上に形成され前記ピエゾ抵抗素子と電気的に接続する電極パッドと、
を有する加速度センサ。
【請求項１０】
上面と下面とを有する積層基板であって、該上面と該下面とを貫通する開口部が形成された第1領域と該第１領域を囲む第２領域とを有する台座部と、
前記台座部の前記開口部内に該台座部から離間して配置される錘部と、
前記積層基板の第１の層で構成されかつ前記第１領域に配置され前記台座部の上部及び前記錘部の上部に亘って配置される可撓的な梁部と、
前記積層基板の第２の層で構成され、前記台座の上部に配置されかつ前記第２領域から前記第１領域の前記錘部上まで突出して配置されるストッパー部であって、該ストッパー部は、該錘部から離間して配置され該錘部の該ストッパー部方向への変位量を制限するストッパー部と、
により構成される加速度センサであって、
前記梁部の厚さは前記ストッパー部の厚さよりも薄く形成されたことを特徴とする加速度センサ。
【請求項１１】
請求項１０に記載の加速度センサであって、
前記第２の層は、前記積層基板の最上層であって前記ストッパー層は前記台座部の上面に形成されかつ前記台座部の前記開口部を覆うように配置されることを特徴とする加速度センサ。
【請求項１２】
請求項１０に記載の加速度センサであって、
前記台座部は前記第１の領域と前記第２の領域との境界面に内壁を有し、
前記ストッパー部は前記台座部の前記開口部内でありかつ前記梁部及び前記錘部の上方であって、該開口部の前記内壁上に設けられ、該錘部の一部を覆うことを特徴とする加速度センサ。
【請求項１３】
請求項１０に記載の加速度センサにおいて、
前記梁部の上方に前記ストッパー部が形成されていないことを特徴とする加速度センサ。
【請求項１４】
請求項１０に記載の加速度センサにおいて、
前記第２の層より下方に前記第１の層が配置されていることを特徴とする加速度センサ。
【請求項１５】
請求項１０に記載の加速度センサにおいて、
前記第１の層と前記第２の層とは同一の層であることを特徴とする加速度センサ。
【請求項１６】
請求項１０に記載の加速度センサにおいて、
前記台座部の前記下面より上方に前記錘部の下面が形成されていることを特徴とする加速度センサ。
【請求項１７】
請求項１０に記載の加速度センサにおいて、
前記ストッパー部は金属によって形成されていることを特徴とする加速度センサ。
【請求項１８】
請求項１０に記載の加速度センサにおいて、
前記第２の層は、金属と半導体とによって形成されていることを特徴とする加速度センサ。
【請求項１９】
請求項１０に記載の加速度センサにおいて、
前記第１の層は半導体により形成されることを特徴とし、
前記梁部に形成され加速度を検出するピエゾ抵抗素子と、
前記台座上に形成され前記ピエゾ抵抗素子と電気的に接続する電極パッドと、
を有する加速度センサ。
【請求項２０】
請求項１及び請求項１０に記載の加速度センサにおいて、
前記梁部は第１の梁部と、該第１の梁部に隣接する第２の梁部を有し、
前記第１の梁部は前記錘部側の一端と前記台座部側の他端を有し、
前記第２の梁部は前記錘部側の一端と前記台座部側の他端を有し、
前記第１の梁部の他端と前記第２の梁部の他端とを結び前記台座部を構成する第１の辺を有し、
前記第１の辺が前記錘部側に突出し、ストッパー部を構成していることを特徴とする加速度センサ。
【請求項２１】
請求項２０に記載の加速度センサにおいて、
前記第１の辺は前記第１の梁部の他端と前記第２の梁部の他端とを結ぶ曲線まで突出していることを特徴とする加速度センサ。
【請求項２２】
請求項２０に記載の加速度センサにおいて、
前記第１の辺は前記第１の梁部の他端と前記第２の梁部の他端とを結び前記梁部及び前記錘部に沿って設けられる辺まで突出していることを特徴とする加速度センサ。
【請求項２３】
請求項１及び請求項１０に記載の加速度センサにおいて、
前記梁部は前記錘部側の端部を有し、該端部の中央に位置する第１の点と、
前記錘部の上面上に設けられる中心点と、
前記第１の点と前記中央点とを通る直線と前記台座部とが交わる第２の点とを有し、
前記梁部は前記第１の点と前記第２の点とに亘って形成されることを特徴とする加速度センサ。
【請求項２４】
請求項２３に記載の加速度センサにおいて、
前記梁部は曲線を有することを特徴とする加速度センサ。
【請求項２５】
請求項１及び請求項１０に記載の加速度センサにおいて、
前記梁部は前記錘部側の端部を有し、該端部の中央に位置する第１の点と、
前記錘部の上面上に設けられる中心点と、
前記第１の点と前記中央点とを通る直線と前記台座部とが交わる第２の点とを有し、
前記台座部であって前記第２の点とは異なる位置に配置される第３の点を有し、
前記梁部は前記第１の点と前記第３の点とに亘って形成されることを特徴とする加速度センサ。
【請求項２６】
請求項２５に記載の加速度センサにおいて、
前記梁部は曲線を有することを特徴とする加速度センサ。
【請求項２７】
請求項１及び請求項１０に記載の加速度センサにおいて、
前記台座部は方形状であって前記内壁を構成する第１の辺と、
前記第１の辺に隣接し前記台座部の前記内壁を構成する第２の辺と、
前記錘部は方形状であって前記第２の辺に対向し前記錘部を構成する第３の辺とを有し、
前記梁部は前記第１の辺と前記第３の辺とに亘って構成されていることを特徴とする加速度センサ。
【請求項２８】
請求項１及び請求項１０に記載の加速度センサにおいて、
前記台座部は方形状であって前記内壁を構成する第１の辺と、
前記第１の辺と対向し前記内壁を構成する第２の辺と、
前記錘部は方形状であって前記第２の辺と対向し前記錘部を構成する第３の辺とを有し、
前記梁部は前記第１の辺と前記第３の辺とに亘って構成されていることを特徴とする加速度センサ。
【請求項２９】
第１層と第２層と第３層と第４層と第５層と第６層とを有し、前記各層は上面及び該上面に対向する下面を有し、該上面は第１領域と、該第１領域を囲む第２領域と、該第２領域と接する第３領域と、該第２及び第３領域を囲む第４領域とを含み、該下面は第５領域と、該第５領域から離間して該第５領域を囲み該上面の該第４領域と同一形状かつ該第４領域の直下であり同一の位置に配置される第６領域と、該第５領域と該第６領域とを接続する第７領域と、該第５領域と該第６領域と該第７領域とに隣接する第８領域とを含み、夫々の上面を同一方向に向け該第１層を最上層としてこの順に上方から積層される積層基板を準備する工程と、
前記上面側から前記第１領域の前記第１及び第２層を除去することにより第１孔部を形成する工程と、
前記上面側から前記第３領域の前記第１及び第２層を除去することにより第２孔部を形成する工程と、
前記第１孔部及び前記第２孔部を介して、前記第２領域の前記第２層を除去する工程と、
前記下面側から前記第５領域と前記第７領域と前記第８領域の前記第６層を除去することにより第３孔部を形成する工程と、
前記第３孔部を介して、前記第８領域の前記第５層を除去することにより第４孔部を形成する工程と、
前記第３及び第４孔部を介して、前記第５及び第７領域を除く前記第８領域の前記第４層を除去することにより第５孔部を形成する工程と、
前記第３、第４及び第５孔部を介して、前記第５及び第７領域を除く前記第８領域の前記第３層と前記第３孔部を介して、前記第７領域の前記第５層とを除去することにより第６孔部を形成する工程と、
前記第３、第４、第５及び第６孔部を介して、前記第５及び第７領域を除く前記第８領域の前記第２層と前記第３、第４孔部を介して、前記第７領域の前記第４層とを除去する工程と、を含むことを特徴とする加速度センサの製造方法。
【請求項３０】
請求項２９記載の加速度センサの製造方法において、
前記積層基板は半導体基板を最上層とし半導体層と絶縁体層が交互に積層されていることを特徴とする加速度センサの製造方法。
【請求項３１】
請求項２９記載の加速度センサの製造方法において、
前記第５領域の前記第３層上には、前記第１、第２層が形成されていないことを特徴とする加速度センサの製造方法。
【請求項３２】
請求項２９記載の加速度センサの製造方法において、
前記第３、第４及び第６孔部を介して、前記第５及び第６領域を除く前記第８領域の前記第３層を除去する工程により第７孔部を形成し、該７孔部を介して、前記第第２層の一部を除去する工程を含むことを特徴とする加速度センサの製造方法。
【請求項３３】
第１層と第２層と第３層と第４層と第５層とを有し、前記各層は上面及び該上面に対向する下面を有し、該上面は第１領域と、該第１領域を囲む第２領域と、該第２領域と接する第３領域と、該第２及び第３領域を囲む第４領域とを含み、該下面は第５領域と、該第５領域から離間して該第５領域を囲み該上面の該第４領域と同一形状かつ該第４領域の直下であり同一の位置に配置される第６領域と、該第５領域と該第６領域とを接続する第７領域と、該第５領域と該第６領域と該第７領域とに隣接する第８領域とを含み、夫々の上面を同一方向に向け該第１層を最上層としてこの順に上方から積層される積層基板を準備する工程と、
前記上面側から前記第１領域の前記第１及び第２層を除去することにより第１孔部を形成する工程と、
前記上面側から前記第３領域の前記第１及び第２層を除去することにより第２孔部を形成する工程と、
前記第１及び第２孔部を介して、前記第２領域の前記第２層を除去する工程と、
前記下面側から前記第８領域の前記第５層を除去することにより第３孔部を形成する工程と、
前記第３孔部を介して、前記第５及び第７領域を除く前記第８領域の前記第４層を除去することにより第４孔部を形成する工程と、
前記第３及び第４孔部を介して、前記第５及び第７領域を除く前記第８領域の前記第３層と前記第３孔部を介して、前記第７領域の前記第５層とを除去することにより第５孔部を形成する工程と、
前記第３、第４及び第５孔部を介して、前記第５及び第７領域を除く前記第８領域の前記第２層と前記第３孔部を介して、前記第８領域の前記第４層とを除去することにより第６孔部を形成する工程と、を含むことを特徴とする加速度センサの製造方法。
【請求項３４】
請求項３３記載の加速度センサの製造方法において、
前記第８領域の前記第５層を除去する工程において、前記第７領域の前記第５層の一部を除去することを含むことを特徴とする加速度センサの製造方法。
【請求項３５】
第１層と第２層と第３層とを有し、前記各層は上面及び該上面に対向する下面を有し、該上面は第１領域と、該第１領域から離間して該第１領域を囲む第２領域と、該第１領域と該第２領域とを接続する第３領域と、該第１領域と該第２領域の間に配置される第４領域と、該第４領域を囲み該第２領域に接する第５領域と、該第１領域と該第２領域と該第３領域と該第５領域とに囲まれる第６領域とを含み、該下面は該上面の該第１領域の直下に配置される第７領域と該第７領域を囲む第８領域と該第８領域を囲み該上面の該第２領域と同一の形状かつ該第２領域の直下に同一の位置に形成される第９領域とを含み、夫々の上面を同一方向に向け該第１層を最上層としてこの順に上方から積層される積層基板を準備する工程と、
前記上面側から前記第３領域の前記第１層を除去することにより第１溝部を形成する工程と、
前記上面側から前記第６領域の前記第１層を除去することにより第１孔部を形成する工程と、
前記上面側から前記第４領域の前記第１層を除去することにより第２孔部を形成する工程と、
前記下面側から前記第８領域の前記第３層を除去することにより第３孔部を形成する工程と、
前記第１、第２及び第３孔部を介して、前記第３領域と前記第４領域と前記第５領域と前記第６領域と前記第８領域の前記第２層を除去する工程と、を含むことを特徴とする加速度センサの製造方法。
【請求項３６】
請求項３５記載の加速度センサの製造方法において、
前記下面側から前記第８領域の前記第３層を除去する工程において、前記第７領域の前記第３層の上面から下面までの距離が前記第９領域の前記第３層の上面から下面までの距離よりも小さくなるように該第８領域及び前記第７領域の前記第３層を複数回除去することを特徴とする加速度センサの製造方法。
【請求項３７】
第１層と第２層と第３層とを有し、前記各層は上面及び該上面に対向する下面を有し、該上面は第１領域と、該第１領域から離間して該第１領域を囲む第２領域と、該第１領域と該第２領域とを接続する第３領域と、該第１領域と該第２領域の間に配置される第４領域と、該第４領域を囲み該第２領域に接する第５領域と、該第１領域と該第２領域と該第３領域と該第５領域とに囲まれる第６領域とを含み、該下面は該上面の該第１領域の直下に配置される第７領域と該第７領域を囲む第８領域と該第８領域を囲み該上面の該第２領域と同一の形状かつ該第２領域の直下に同一の位置に形成される第９領域とを含み、夫々の上面を同一方向に向け該第１層を最上層としてこの順に上方から積層される積層基板を準備する工程と、
前記上面側から前記第３領域の前記第１層を除去することにより第１溝部を形成する工程と、
前記上面側から前記第６領域を除去することにより第１孔部を形成する工程と、
前記上面側から前記第４及び第５領域の前記第１層を除去し、該第５領域の該第１層に金属膜を形成することにより第２孔部を形成する工程と、
前記下面側から前記第８領域の前記第３層を除去することにより第３孔部を形成する工程と、
前記第１、第２及び第３孔部を介して、前記第３領域と前記第４領域と前記第５領域と前記第６領域と前記第８領域の前記第２層を除去する工程と、を含むことを特徴とする加速度センサの製造方法。
【請求項３８】
請求項３７記載の加速度センサの製造方法において、
前記下面側から前記第８領域の前記第３層を除去する工程において、前記第７領域の前記第３層の上面から下面までの距離が前記第９領域の前記第３層の上面から下面までの距離よりも小さくなるように該第８領域及び前記第７領域の前記第３層を複数回除去することを特徴とする加速度センサの製造方法。
【請求項３９】
請求項３７記載の加速度センサの製造方法において、
前記第５領域の前記第１層の上面から下面までの厚さは前記第３領域の前記第１層の上面から下面までの厚さよりも厚くなるように金属膜が形成されることを特徴とする工程を含む加速度センサの製造方法。
【請求項４０】
請求項３７記載の加速度センサの製造方法において、
前記第４及び第５領域の前記第１層を除去し該第５領域の該第１層に金属膜を形成する工程において、前記第１領域と前記第３領域と前記第４領域と前記第６領域の前記第１層にホトリソグラフィーによりイミド膜を形成し、電解メッキによって該イミド膜の周辺に金属膜を形成することを特徴とする加速度センサの製造方法。
【請求項４１】
内壁を有する台座部と、
前記台座部の内側であって該台座部の内壁とは離間して配置される錘部と、
前記台座部の上部及び前記錘部の上部に亘って配置される可撓的な梁部と、
前記台座部に固定されかつ前記錘部上であって該錘部とは離間して配置され該錘部の垂直方向の変位量を制限するストッパー部と、
を具えた加速度センサの製造方法であって、
前記ストッパー部上にマスクを形成する工程と、
前記梁部の一部を除去する工程とを含むことを特徴とする加速度センサの製造方法。
【請求項４２】
請求項４１に記載の加速度センサの製造方法であって、
前記台座部の下面にマスクを形成する工程と、
前記錘部の一部を除去する工程とを含むことを特徴とする加速度センサの製造方法。
【請求項４３】
請求項４１に記載の加速度センサの製造方法であって、
前記梁部上にマスクを形成する工程と、
前記ストッパー部を金属メッキによって形成する工程とを含むことを特徴とする加速度センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元加速度センサに関するものであり、特に微細加工プロセスによって製造される加速度センサにおける感度及び耐衝撃性を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、従来の三次元加速度センサは、積層基板に形成される、錘部と、錘部の周辺に設けられる台座部と、錘部と台座部を可動的に接続して歪検知部が設けられる梁部とにより構成されている。加速度センサは錘部の変位を梁部の歪検知部が検知することにより加速度を求めている。特許文献１では、錘部の質量を大きくすることによって加速度センサの感度を向上させることを開示しているが、ストッパー部についての開示及び加速度センサの製法について詳しい開示はされていない。また、特許文献２は、梁部及びストッパー部の垂直方向の厚みが同じであることを開示している。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２９６２９３
【特許文献２】特願２００２−３６６８１４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１で述べた従来の三次元加速度センサの場合、加速度センサの感度を向上させるために錘部の質量を大きくすることを開示している。しかし、微細化が進み加速度センサ自体も小型化されることから、それに伴って、錘部の質量を大きくすることが困難になってきている。このことから、錘部の質量によって感度を向上させることが困難になってきているという問題があった。また、錘部の質量を大きくすることから垂直方向に多大な加速度が加えられた場合に、錘部の変位量が梁部の許容変位量を超えて変位し加速度センサが破損してしまうという問題があった。これらのことは加速度センサにおいて、感度を向上させるとともに小型化することの障害となっていた。また、特許文献２で述べた従来の加速度センサの場合は、ストッパー部と梁部の厚さが同一であるため、高い耐衝撃性を有しつつ感度を向上させる手段についての問題を取り上げていない。
【０００５】
本発明は、上記問題に鑑み、錘部の質量のみによらず、感度を向上させるとともに高い耐衝撃性を有する加速度センサを得ることを課題とした。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものである。上記課題を解決するにあたり本発明の加速度センサ及びその製造方法は、下記のような特徴を有している。
【０００７】
本発明は台座部と、台座部内に内壁とは離間して配置される錘部と、台座部の上面と錘部の上面を可撓的に接続する梁部と、錘部の上方に配置され錘部の垂直方向の変位量を制限するストッパー部とを有し、梁部の垂直方向の厚みがストッパー部の垂直方向の厚みよりも薄いことを特徴とする。さらに、要求する耐衝撃性に応じてストッパー部の形状を変えることができる特徴を有する。また、要求する感度に応じて梁部の厚み、幅、長さを変えることができる特徴を有する。これらによって上記課題を解決するものである。
【発明の効果】
【０００８】
一般に加速度センサは、多大な加速度を加えられたときに錘部の慣性力に応じて錘部が変位し、そのときに梁部にかかる応力をピエゾ抵抗素子が検知することで加速度を計測する。このとき、多大な加速度によって錘部の垂直方向の変位量が大きくなった場合、従来の加速度センサでは錘部と連動して変位する梁部が許容変位量を超えてしまい、梁部が破損してしまう。本発明は多大な加速度によって錘の変位量が増大しても、錘部がストッパー部に止められることよって錘部と連動して変位する梁部が一定量以上の変位量になることはなく、耐衝撃性の高い三次元加速度センサを得ることができる効果を有する。
【０００９】
また、梁部にかかる応力によって加速度を計測するとは、梁部上に設けられているピエゾ抵抗素子が応力によって変形したときの抵抗値に基づいて加速度を計測することである。したがって、加速度センサの感度は梁部が変位しやすいほど向上する。梁部は、梁部の厚さを薄くしたり、長さを長くしたり、幅を細くすることによって変位しやすくすることができる。本発明では、梁部の厚さを薄くすることによって梁部が変位しやすくなり、わずかな加速度により錘部が変位したとしても、連動して動く梁部の変位量が大きくなるため、より感度の高い加速度センサを得ることができる。さらに、梁部の形状を工夫することによって限られた空間の中で梁の長さを大きくする手段についても開示する。これらを梁部の厚さを工夫することと組み合わせることによって、梁部の変位量をより大きくすることができる。したがって本発明の加速度センサは錘部の質量に頼らずに感度を向上させることが出来る効果を有する。
【００１０】
さらに、梁部の厚さをストッパー部の厚さよりも薄くすることが出来ることから、ストッパー部を厚くし耐衝撃性を高くしたときに、それに伴って梁部の厚さもストッパー部と同様の厚さとなるということにはならず、高い耐衝撃性を有しつつ感度の高い加速度センサを得ることができる効果を有する。
【００１１】
これらの特徴は、感度を向上させると同時に小型化するという要求に充分に対応するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態につき説明する。なお、図面には、この発明が理解できる程度に各構成成分の形状、大きさ及び配置関係が概略的に示されているにすぎず、これによりこの発明が特に限定されるものではない。また、垂直方向という表現を用いるが、これは複数の層を貼り合わせるときの接合面に対して垂直の方向を意味している。さらに、以下の説明において、特定の材料、条件及び数値条件等を用いることがあるが、これは好適例の一つにすぎず、従って、何らこれらに限定されない。
【００１３】
なお、この発明の加速度センサ及びその製造工程は、シリコン基板等の従来公知の材料を用いて、エッチング等の従来公知の手段により形成できる。従って、これら材料及び手段の詳細な説明は省略する場合もある。
【実施例１】
【００１４】
［構造］
以下、図１〜図９を用いて、本発明の実施例１に関する加速度センサについて説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施例１に関する加速度センサの斜視図である。図２は、図１に示す本発明の加速度センサのＡ−Ａ’における断面図である。図３は、図１に示す本発明の加速度センサの上面図である。
【００１６】
本発明の実施例１に関する加速度センサは、図２に示すとおり、台座部２０１と、錘部２０２と、開口部２０３と、ストッパー部２０４と、梁部２０５とにより構成される。台座部２０１は、ＳＯＩウェハに貫通孔を開けた構造である。
【００１７】
台座部２０１は、方形状である上面及び下面を有する積層基板である。台座部２０１は、上面から下面までを貫く開口部２０３が形成される第１領域と、第１領域を囲む第２領域を有する。台座部２０１は、第１領域と第２領域との境界面には内壁が形成される。
【００１８】
錘部２０２は、台座部２０１の第１領域に形成される開口部２０３内に形成され、台座部２０１の内壁から離間して配置される。錘部２０２は、方形状である上面及び下面と、側面とを有する積層基板である。錘部２０２の側面の中央部には上面から下面に亘る凹部が形成される。
【００１９】
梁部２０５は、複数形成されており、台座部２０１の内壁の上部と錘部２０２の上部とに亘って形成されている。ここで、梁部２０５の形状を本発明の加速度センサの上面図である図３を用いて説明する。梁部２０５は、錘部２０２に接続する側に梁部２０５の一端である第１の端部３０１を有し、台座部２０１に接続する側に梁部２０５の他端である第２の端部３０２を有する。第１の点３０３は、第１の端部３０１の中央部に存在する仮想の点である。第２の点３０６は、第２の端部３０２の中央部に存在する仮想の点である。中心点３０４は、錘部２０２の中央部分に存在する仮想の点である。直線３０５は、第１の点３０３と中心点３０４とを結ぶ仮想的な直線とする。直線３０５は、第２の点３０６と交差する。梁部２０５は、第１の点３０３と第２の点３０６を結ぶ線分を含んだ形状で、台座部２０１と錘部２０２とに亘って形成されている。ここで、梁部２０５の第１の端部３０１は、錘部２０２の側面に形成された凹部に接続する。錘部２０２が加速度によって変位すると梁部２０５はそれに連動して可撓的に変位する。梁部２０５上には、ピエゾ抵抗素子が形成されており、梁部２０５が可撓的に変位した場合にピエゾ抵抗素子の抵抗が変化し加速度を検出する。検出した加速度は、ピエゾ抵抗素子と台座部２０１上面に形成された電極パッドとが電気的に接続しているため、電極パッドから外部装置に信号を送ることが出来る（図示せず）。ここで、梁部２０５の下方には錘部２０２が形成されない構造となるため、錘部２０２が垂直方向に変位した場合にも、錘部２０２と梁部２０５が衝突せず、梁部２０５が破損することを防止することができる。なお、梁部２０５の厚みは、ストッパー部２０４の厚みよりも薄く構成されている。
【００２０】
ストッパー部２０４は、図２に示すように、台座部２０１の上部に形成され、錘部２０２の上方に錘部２０２とは離間して配置される。ここで、ストッパー部２０４の厚みは、梁部２０５の厚みよりも厚い。ストッパー部２０４の形状について本発明の加速度センサの上面図である図３を用いて説明する。複数の梁部２０５のうち一つを第１の梁部３０７とし、第１の梁部３０７の隣に形成される第２の梁部３０８とする。第１の梁部３０７は錘部２０２と接続する側に一端である第３の端部３０９と台座部２０１と接続する側に他端である第４の端部３１０とを有する。第２の梁部３０８は錘部２０２と接続する側に一端である第５の端部３１１と台座部２０１と接続する側に他端である第６の端部３１２とを有する。ストッパー部２０４は、第１の梁部３０７の第４の端部３１０と第２の梁部３０８の第６の端部３１２とを結び台座部２０１を構成する第１の辺３１３を有する。ここで、第１の辺は台座部２０１の上面と平行な平面上に形成されており、第１の辺３１３及び第１の辺３１３を含む層が錘部２０２側に突出しストッパー部２０４を構成する。ここで、第１の辺３１３の位置は、上面図において第１の梁部３０７の第４の端部３１０と第２の梁部３０８の第６の端部３１２を結ぶ位置にあればよい。すなわち、第１の辺３１３の位置は梁部２０５が構成される層に限定されず、梁部２０５が構成される層の上方に形成される層に第１の辺３１３が位置してもよい。
【００２１】
本発明の実施例１に関する加速度センサはＳＯＩ構造である。
【００２２】
本発明の実施例１に関する加速度センサは、図１に示すとおり、第１半導体層１０１、第１絶縁体層１０２、第２半導体層１０３、第２絶縁体層１０４、第３半導体層１０５、第３絶縁体層１０６をはり合せることによって得られるＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）構造である。第３絶縁体層１０６は、最下層であり、例えば厚さが２μｍのシリコン酸化膜からなる。第３半導体層１０５は、第３絶縁体層１０６の直上に配置され、例えば厚さ５００μｍのシリコン層からなる。第２絶縁体層１０４は、第３半導体層１０５の直上に配置され、例えば厚さ４μｍのシリコン酸化膜からなる。第２半導体膜１０３は、第２絶縁体層１０４の直上に配置され、例えば厚さ５μmのシリコン層からなる。第１絶縁体膜１０２は、第２半導体膜１０３の直上に配置され、例えば厚さ２μｍのシリコン酸化膜からなる。第１半導体層１０１は、最上層であり、第１絶縁体膜１０２の直上に配置され、例えば厚さ１５μmのシリコン層からなる。
【００２３】
次に本発明の実施例１の加速度センサの構造について各層ごとに説明していく。
【００２４】
図４は、本発明の加速度センサの最上層である第１半導体層１０１の上面図である。第１半導体層１０１は、図４に示すように、矩形形状であり、第１領域と、第１領域を囲む第２領域と、第２領域と接する第３領域と、第２領域と第３領域とを囲む第４領域とを有する。第１半導体層１０１は、第４領域に形成される枠部４０１と、第２領域に形成されるストッパー部４０２と、第３領域に形成される孔部４０３と、第１領域に形成されるエッチング開口部４０４とにより構成される。枠部４０１は、外縁辺から中心方向に向かって所定の厚みを有する枠状に形成される。ここで、枠部４０１は、台座部２０１を構成する複数の層の一つであり、台座部２０１の最上層である。ストッパー部４０２は、三角形の形状を有し、三角形の二辺が枠部４０１の内側と接続するように、枠部４０１の４つの内側の角に配置されている。孔部４０３は、枠部４０１と、ストッパー部４０２とに囲まれる空間である。ここで、孔部４０３は、開口部２０３を構成する一部である。エッチング開口部４０４は、エッチング液を通過させストッパー部の下層をエッチングするために開けられた小さい複数の貫通孔である。
【００２５】
図５は、本発明の加速度センサの第１絶縁体層１０２の上面図である。第１絶縁体層１０２は、図５に示すように、矩形形状であり、第１領域と、第１領域を囲む第２領域とを有する。ここで、第１絶縁体層１０２の第１領域は、第１半導体層１０１の第１、第２及び第３領域が結合した領域に対応する。また、第１絶縁体層１０２の第２領域は、第１半導体層１０１の第４領域に対応する。第１絶縁体層１０２は、第１領域に形成される枠部５０１と、第２領域に形成される孔部５０２とにより構成される。枠部５０１は、外縁部から中心方向に向かって所定の厚みを有する枠状の形状に形成される。ここで、枠部５０１は、台座部２０１を構成する複数の層の一つであり、枠部４０１の直下に位置する。孔部５０２は、枠部５０１に囲まれる空間である。ここで、孔部５０２は、開口部２０３を構成する一部であり、孔部４０３の下方に位置する。
【００２６】
図６は、本発明の加速度センサの第２半導体層１０３の上面図である。第２半導体層１０３は、図６に示すように、矩形形状であり、第１領域と、第１領域から離間して囲む第２領域と、第１領域と第２領域を接続する第３領域と、第１、第２及び第３領域とによって囲まれる第４領域とを有する。第２半導体層１０３は、第２領域に形成される枠部６０と、第１領域に形成される錘部６０２と、第３領域に形成される梁部６０４と、第４領域に形成される孔部６０５とにより構成される。枠部６０１は、外縁部から中心方向に向かって所定の厚みを有する枠状の形状に形成される。ここで、枠部６０１は、台座部２０１を構成する複数の層の一つであり、枠部５０１の直下に位置する。錘部６０２は、正方形の各辺の中央部に凹部を有する形状である。ここで、錘部６０２は、錘部２０２を構成する層の一部であり、錘部２０２の最上層である。梁部６０４は、矩形形状であり枠部６０１と錘部６０２を接続している。ここで、梁部６０４は、錘部６０２の凹部に接続されている。孔部６０５は、錘部６０２の外辺に沿って形成され、枠部６０１と、錘部６０２と、梁部６０４とに囲まれる空間である。ここで、孔部６０５は、開口部２０３の一部であり、孔部５０２の下方に位置する。
【００２７】
図７は、本発明の加速度センサの第２絶縁体層１０４の上面図である。第２絶縁体層１０４は、図７に示すように、矩形形状であり、第１領域と、第１領域を囲む第２領域と、第２領域を囲む第３領域とを有する。ここで、第２絶縁体層１０４の第１領域は、第２半導体層１０３の第１領域に対応する。第２絶縁体層１０４の第２領域は、第２半導体層１０３の第３及び第４領域を結合した領域に対応する。第２絶縁体層１０４の第３領域は、第２半導体層１０３の第２領域に対応する。第２絶縁体層１０４は、第３領域に形成される枠部７０１と、第１領域に形成される錘部７０２と、第２領域に形成される孔部７０３とにより構成される。枠部７０１は、外縁部から中心方向に向かって所定の厚みを有する枠状に形成される。ここで、枠部７０１は、台座部２０１を構成する複数の層の一つであり、枠部６０１の直下に位置する。錘部７０２は、正方形の各辺の中央部に凹部を有する形状である。ここで、錘部７０２は、錘部２０２を構成する複数の層の一つであり、錘部６０２の直下に位置する。孔部７０３は、錘部７０２の外辺に沿って形成され、枠部７０１と、錘部７０２とに囲まれる空間である。ここで、孔部７０３は、開口部２０３の一部であり、孔部６０５の下方に位置する。
【００２８】
図８は、本発明の加速度センサの第３半導体層１０５の上面図である。第３半導体層１０５は、図８に示すように、矩形形状であり、第１領域と、第１領域を囲む第２領域と、第２領域を囲む第３領域とを有する。ここで、第３領域１０５の第１領域は、第２絶縁体層１０４の第１領域に対応する。第３半導体層１０５の第２領域は、第２絶縁体層１０４の第２領域に対応する。第３半導体層１０５の第３領域は、第２絶縁体層１０４の第３領域に対応する。第３半導体層１０５は、第３領域に形成される枠部８０１と、第１領域に形成される錘部８０２と、第２領域に形成される孔部８０３とにより構成される。枠部８０１は、外縁部から中心方向に向かって所定の厚みを有する枠状に形成される。ここで、枠部８０１は、台座部２０１を構成する複数の層の一つであり、枠部７０１の直下に位置する。錘部８０２は、正方形の各辺の中央部に凹部を有する形状である。ここで、錘部８０２は、錘部２０２を構成する複数の層の一つであり、錘部２０２の最下層である。錘部８０２は、錘部７０２の直下に位置する。孔部８０３は、錘部８０２の外辺に沿って形成され、枠部８０１と、錘部８０２とによって囲まれる空間である。ここで、孔部８０３は、孔部７０３の下方に位置する。
【００２９】
図９は、本発明の加速度センサの第３絶縁体層１０６の上面図である。第３絶縁体層１０６は、図９に示すように、矩形状であり、第１領域と、第１領域を囲む第２領域とを有する。ここで、第３絶縁体層１０６の第１領域は、第１絶縁体層１０２の第１領域に対応する。また、第３絶縁体層１０６の第２領域は、第１絶縁体層１０２の第２領域に対応する。第３絶縁体層１０６は、第２領域に形成される枠部９０１と、第１領域に形成される孔部９０２とにより構成される。枠部９０１は、外縁部から所定の厚みを有する枠状に形成される。ここで、枠部９０１は、台座部２０１を構成する複数の層の一つであり、その最下層である。孔部９０２は、枠部９０１によって囲まれる空間である。孔部９０２は、枠部９０１に囲まれる空間である。ここで、孔部９０２は、孔部８０３の下方に位置する。
【００３０】
本発明の実施例１に関する加速度センサの台座部２０１は、第１半導体層１０１の枠部４０１と、第１絶縁体層１０２の枠部５０１と、第２半導体層１０３の枠部６０１と、第２絶縁体層１０４の枠部７０１と、第３半導体層１０５の枠部８０１と、第３絶縁体層１０６の枠部９０１とにより構成されており、台座部２０１は本発明の加速度センサの側面を構成している。錘部２０２は、第２半導体層１０３の錘部６０２と、第２絶縁体層１０４の錘部７０２と、第３半導体層１０５の錘部８０２とにより構成されており、台座部２０１の内側に位置する。錘部２０３は上面、下面、側面を有する直方体であって、その上面が梁部２０５と接続しており、側面は上面から下面に向かって中央部分に凹部が形成されている。ストッパー部２０４及び梁部２０５を形成する開口部２０３は、第１半導体層１０１の構成要素である孔部４０３と、第１絶縁体層１０２の構成要素である孔部５０２と、第２半導体層１０３の構成要素である孔部６０５とにより形成されており、台座部２０１と錘部２０２とストッパー部２０４と梁部２０５とに囲まれる空間である。開口部２０３によって形成されるストッパー部２０４は、第１半導体層１０１に形成されており、枠状に形成されている台座部２０１の角部を覆うように三角形状に形成されている。開口部２０３によって形成される梁部２０５は、第２半導体層１０３に形成されており、台座部２０１と錘部２０２を接続するように矩形状に形成されている。
【００３１】
本発明の実施例１に関する加速度センサは、ストッパー部を錘部の上方に設けることにより、錘が垂直方向に多大に変位しようとしてもストッパー部によって変位量を制限することができることから、従来の加速度センサよりも垂直方向の耐衝撃性を向上させる効果を有する。また、梁部の上方にストッパー部を設けないように梁部を設けることにより、錘部が加速度を受けて変位し、それに伴って梁部が変位するときに梁部がストッパー部に衝突し梁部が破損することを防ぐ効果を有する。また、第１半導体層が第２半導体層より厚くかつそれぞれの厚さを任意に設計することができるため、ストッパー部の厚さを厚くすることによって耐衝撃性を向上させつつ梁部の厚さを薄くすることによって加速度センサの感度を向上させることができる効果を有する。
【００３２】
［製造方法］
以下、図１、図１０〜図１７を用いて、本発明の実施例１に関する加速度センサの製造方法について説明する。
【００３３】
図１に示す積層基板を用いた加速度センサの製造方法であって、内壁を有する台座部と、台座部の内側であって台座部の内壁とは離間して配置される錘部と、台座部の上部及び錘部の上部に亘って配置される可撓的な梁部と、台座部に固定されかつ錘部上であって錘部とは離間して配置され錘部の垂直方向の変位量を制限するストッパー部とを具えた加速度センサの製造方法であって、ストッパー部上にマスクを形成する工程と、梁部の一部を除去する工程とを含むことを特徴とする。
【００３４】
図１０〜図１７は本発明の加速度センサの製造工程を示したものであり、図１のＡ−Ａ’断面が形成される工程を示している。また、図１８〜図２１は本発明の加速度センサの製造工程のなかで、梁部上にピエゾ抵抗素子を形成する際の製造工程を順に示したもので、図１のＢ−Ｂ’断面の拡大部分断面が形成される工程を示している。
【００３５】
本実施例では、図１０に示すように、第１半導体層１０１〜第３絶縁体層１０６を積層したＳＯＩ基板を用いる。ＳＯＩ基板は、上面と下面とを有する。ＳＯＩ基板の上面は、第１領域と、第１領域を囲む第２領域と、第２領域と接する第３領域と、第２領域と第３領域とを囲む第４領域とを有する。ＳＯＩ基板の下面は、第５領域と、第５領域から離間して第５領域を囲みＳＯＩ基板の上面の第４領域と同一形状でありかつ第４領域の直下に形成される第６領域と、第５領域と第６領域とを接続する第７領域と、第５領域と第６領域と第７領域に隣接する第８領域とを有する。図１０〜図１７は図１のＡ−Ａ’断面であり、Ａ−Ａ’断面でのＳＯＩ基板の上面には、中央に位置する第３領域ｃと、第３領域ｃの両側に隣接する第２領域ｂと、第２領域ｂの外側に隣接する第１領域ａと、第１領域ａの外側に隣接する第２領域ｂと、第２領域ｂの外側に隣接する第４領域ｄとが位置する。Ａ−Ａ’断面でのＳＯＩ基板の下面は、第７領域ｇと、第７領域ｇの両側に隣接する第８領域ｈと、第８領域ｈに隣接する第５領域ｅと、第５領域ｅに隣接する第８領域ｈと、第８領域ｈに隣接する第６領域ｆとが位置する。ここで、第６領域ｆは、第４領域ｄと同一形状でありかつ第４領域の直下に形成される。
【００３６】
図１１に示すように、ホトリソグラフィックプロセス（Ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ−Ｐｒｏｃｅｓｓ）を用いて、ＳＯＩ基板の第１領域の第１半導体層１０１及び第１絶縁体層１０２にエッチング開口部１１０２を形成すると同時に、ホトリソグラフィックプロセスを用いて、第３領域の第１半導体層１０１及び第１絶縁体層１０２に開口部１１０１を形成する。
【００３７】
つぎに、梁部上にピエゾ抵抗素子を形成するが、ピエゾ抵抗素子を形成する工程については、後ほど説明する。
【００３８】
次に、図１２に示すように、ＳＯＩ基板の下面の全領域に裏面側にレジストを塗布した後、緩衝フッ酸にＳＯＩ基板を浸漬する。開口部１１０１及びエッチング開口部１１０２から染込んだ緩衝フッ酸により、第２領域の第１絶縁体層１０２を部分的にエッチングし、ストッパー部２０４を形成する。その後、ＳＯＩ基板の下面に設けたレジストを除去する。
【００３９】
次に、図１３に示すように、ホトリソグラフィックプロセスにより、第５領域と第７領域と第８領域とに、酸化膜の開口パターン１３０１を形成する。このとき、錘部の下方への変位量は第３絶縁体層１０６の厚さ内に制限されるため、本工程前に酸化膜厚の調整を行っても良い。
【００４０】
次に、図１４に示すように、ＳＯＩ基板の下面の第５領域と第６領域と第７領域とにホトレジスト１４０１を形成する。ホトレジスト１４０１をエッチングマスクとして、第８領域の第３半導体層１０５の一部を、ガスチョッピングエッチングを用いて約１０μｍエッチングする。その後、ＳＯＩ基板の下面に形成したホトレジスト１４０１を除去する。
【００４１】
次に、図１５に示すように、ＳＯＩ基板の第５領域及び第６領域の下面に、ホトレジスト１５０１を形成する。ホトレジスト１５０１をエッチングマスクとして、第７領域及び第８領域の第３半導体層１０５を、ガスチョッピングエッチングを用いて、第８領域の第３半導体層１０５が第２絶縁体層１０２に到達するまでエッチングして開口部を形成する。このとき、梁部となる第７領域の第３半導体層１０５をエッチングして、第７領域の第３半導体層１０５に５μｍ程度の梁保護部１５０２を形成する。梁保護部１５０２は、以下の工程で梁部をマスクする層を順次形成することができ、製造工程を容易にすることができる効果を有する。
【００４２】
次に、図１６に示すように、ホトレジスト１５０１と梁保護部１５０２とをエッチングマスクとして、シリコンに対して選択比のあるドライエッチング条件で第８領域の第２絶縁体層１０４を第２半導体層１０３に到達するまでエッチングして開口部を形成する。
【００４３】
次に、図１７に示すように、第７領域の第３半導体層１０５と第８領域の第２半導体層１０３を酸化膜に対して選択比のあるドライエッチング条件でエッチングすることによって除去する。
【００４４】
次に第８領域の第１絶縁体層１０２と第７領域の第２絶縁体層１０４をシリコンに対して選択比のあるドライエッチング条件でエッチングした後、ホトレジスト１５０１を除去することで、図２に示すような本実施例にかかるストッパー構造を有する加速度センサが完成する。
【００４５】
ここで、図１８から図２１に示す図１のＢ−Ｂ’での拡大部分断面図を用いて、梁部上に機械的歪みを電気的に出力に変換する手段としてピエゾ抵抗素子を形成する工程について説明する。
【００４６】
まず、図１８に示すように、第２半導体層１０３に１０００℃の加湿雰囲気を用いた熱酸化条件で４０００Åの酸化膜１８０１を形成する。
【００４７】
次に、図１９に示すように、ホトリソグラフィックプロセスによって酸化膜１８０１に開口部１９０１を設ける。
ｖ次に、ボロン拡散法により開口部１９０１の下方であり、かつ、１０３の表面に、Ｐ型の拡散層１９０２を形成する。
【００４８】
次に拡散層の上面にＣＶＤ法により保護酸化膜１９０３を形成する。
【００４９】
次に、図２０に示すように、ホトリソグラフィックプロセスにより保護酸化膜１９０３上面から拡散層１９０２に達する電極取出し口２００１を開口し、メタルスパッタリングによりアルミニウム配線２００２を形成する。
【００５０】
次に、図２１に示すように、ＰＲＤ法により配線保護膜であるシリコン窒化膜２１０１を形成し、ホトリソグラフィックプロセスによりアルミニウム配線２００２を保護するようにシリコン窒化膜２１０１を残す。これら図１８から図２１に示す工程によって、梁部２０５にピエゾ抵抗素子を形成する。
【００５１】
本発明の実施例１に関する加速度センサの製造方法は、一枚のＳＯＩウェハからストッパー部を有し、梁部上にストッパー部が形成されない加速度センサを形成することができるため、耐衝撃性に優れた加速度センサを製造できる効果を有する。また、あらかじめ貼り合わせたＳＯＩウェハを用いるため、張り合わせによる位置ずれがなく、信頼性の高い加速度センサを製造でき、第１半導体層の厚さと第２半導体層の厚さとを任意に設計することができるためストッパー部と梁部の厚さをそれぞれ変えることができる効果を有する。また、梁保護部を形成する工程を含むため、梁保護部によってマスク工程が簡素化され信頼性の高い加速度センサを製造することができる効果を有する。
【実施例２】
【００５２】
［構造］
以下、図２２〜図２８を用いて、本発明の実施例２に関する加速度センサの構造について説明する。
【００５３】
図２２は、本発明の実施例２に関する加速度センサの斜視図である。図２３は、図２２に示す本発明の加速度センサのＡ−Ａ’における断面図である。
【００５４】
本発明の実施例２に関する加速度センサは、図２３に示すとおり、台座部２３０１と、錘部２３０２と、開口部２３０３と、ストッパー部２３０４と、梁部２３０５とにより構成される。構造について実施例１と同一の構造である部分に関しては、ここでは詳細な構造の説明を省略する。
【００５５】
錘部２３０２は、台座部２３０１の第１領域に形成される開口部２３０３内に形成され、台座部２３０１の内壁から離間して形成される。錘部２３０２は方形状である上面及び下面と、側面とを有する積層基板である。錘部２３０２の側面の中央部には上面から下面に亘る凹部が形成される。
【００５６】
本発明の実施例２に関する加速度センサはＳＯＩ構造である。
【００５７】
本発明の実施例２に関する加速度センサは、図２２に示すとおり、第１半導体層２２０１、第１絶縁体層２２０２、第２半導体層２２０３、第２絶縁体層２２０４、第３半導体層２２０５をはり合せることによって得られるＳＯＩ構造である。第１半導体層２２０１、第１絶縁体層２２０２、第２半導体層２２０３、第２絶縁体層２２０４は実施例１と同様の構造であるのでここでは説明を省略する。第３半導体層２２０５は、最下層であり、例えば厚さ５００μｍのシリコン層からなる。
【００５８】
次に本発明の実施例２に関する加速度センサについて各層ごとに説明していく。
【００５９】
第１半導体層２２０１、第１絶縁体層２２０２、第２半導体層２２０３、第２絶縁体層２２０４、第３半導体層２２０５、第３絶縁体層２９０１は、実施例１と同様の領域を有するため各領域についての詳細な説明を省略する。
【００６０】
図２４〜図２７は上述した実施例１と同様の構造であるので、ここでは説明を省略する。
【００６１】
図２８は、本発明の加速度センサの第３半導体層２２０５の上面図である。第３半導体層２２０５は、図２８に示すように、矩形形状であり、第１領域と、第１領域を囲む第２領域と、第２領域を囲む第３領域とを有する。ここで、第３半導体層２２０５の第１領域は、第２絶縁体層２２０４の第１領域に対応する。第３半導体層２２０５の第２領域は、第２絶縁体層２２０４の第２領域に対応する。第３半導体層２２０５の第３領域は、第２絶縁体層２２０４の第３領域に対応する。第３半導体層２２０５は、第３領域に形成される枠部２８０１と、第１領域に形成される錘部２８０２と、第２領領域に形成される孔部２８０３とにより構成される。枠部２８０１は、外縁部から中心方向に向かって所定の厚みを有する枠状に形成される。ここで、枠部２８０１は、台座部２３０１を構成する複数の層の一つであり、枠部２７０１の直下に位置する。錘部２８０２は、正方形の各辺の中央部に凹部を有する形状でである。ここで、錘部２８０２は、錘部２３０２を構成する複数の層の一つであり、錘部２３０２の最下層である。錘部２８０２の下面は枠部２８０１の下面よりも上側に位置する。錘部２８０２は、錘部２７０２の直下に位置する。孔部２８０３は、錘部２８０２の外辺に沿って形成され、枠部２８０１と、錘部２８０２とによって囲まれる空間である。ここで、孔部２８０３は、孔部２７０３の下方に位置する。
【００６２】
本発明の実施例２に関する加速度センサの台座部２３０１は、第１半導体層２２０１の枠部２４０１と、第１絶縁体層２２０２の枠部２５０１と、第２半導体層２２０３の枠部２６０１と、第２絶縁体層２２０４の枠部２７０１と、第３半導体層２２０５の枠部２８０１とにより構成されており、台座部２３０１は本発明の加速度センサの側面を構成している。錘部２３０２は、第２半導体層２２０３の錘部２６０２と、第２絶縁体層２２０４の錘部２７０２と、第３半導体層２２０５の錘部２８０２とにより構成されており、台座部２３０１の内側に位置する。錘部２３０３は上面、下面、側面を有する直方体であって、その上面が梁部２３０５と接続しており、側面は上面から下面に向かって中央部分に凹部が形成されている。錘部２３０３の下面は、台座部２３０１の下面よりも上側に位置する。ストッパー部２３０４及び梁部２３０５を形成する開口部２３０３は、第１半導体層２２０１の構成要素である孔部２４０３と、第１絶縁体層２２０２の構成要素である孔部２５０２と、第２半導体層２２０３の構成要素である孔部２６０５とにより形成されており、台座部２３０１と錘部２３０２とストッパー部２３０４と梁部２３０５とに囲まれる空間である。開口部２３０３によって形成されるストッパー部２３０４は、第１半導体層２２０１に形成されており、枠状に形成されている台座部２３０１の角部を覆うように三角形状に形成されている。開口部２３０３によって形成される梁部２３０５は、第２半導体層２２０３に形成されており、台座部２３０１と錘部２３０２を接続するように矩形状に形成されている。
【００６３】
本発明の実施例２に関する加速度センサは、上記実施例１における効果に加えてＳＯＩウェハを形成する層の数が実施例１より少ないためより薄型の加速度センサを形成できる効果を有する。
【００６４】
［製造方法］
以下、図２２、図２９〜図３６を用いて、本発明の実施例２に関する加速度センサの製造方法について説明する。
【００６５】
図２２に示す積層基板を用いた加速度センサの製造方法であって、内壁を有する台座部と、台座部の内側であって台座部の内壁とは離間して配置される錘部と、台座部の上部及び錘部の上部に亘って配置される可撓的な梁部と、台座部に固定されかつ錘部上であって錘部とは離間して配置され錘部の垂直方向の変位量を制限するストッパー部とを具えた加速度センサの製造方法であって、ストッパー部上にマスクを形成する工程と、梁部の一部を除去する工程と、台座部の下面にマスクを形成する工程と、錘部の一部を除去する工程とを含むことを特徴とする。
【００６６】
図２９〜図３６は本発明の加速度センサの製造工程を示したものであり、図２２のＡ−Ａ’断面が形成される工程を示している。
【００６７】
本実施例では、図２９に示すように、第１半導体層２２０１〜第３半導体層２２０６、第３絶縁体層２９０１を積層したＳＯＩ基板を用いる。第３絶縁体層２９０１は、第３半導体層２２０６の直下に形成され、たとえば、厚さ２μｍのシリコン酸化膜からなる。ＳＯＩ基板は、上面と下面を有する。ＳＯＩ基板の上面は、第１領域と、第１領域を囲む第２領域と、第２領域と接する第３領域と、第２領域と第３領域とを囲む第４領域とを有する。ＳＯＩ基板の下面は、第５領域と、第５領域から離間して第５領域を囲みＳＯＩ基板の上面の第４領域と同一形状でありかつ第４領域の直下に形成される第６領域と、第５領域と第６領域とを接続する第７領域と、第５領域と第６領域と第７領域に隣接する第８領域とを有する。図２９〜図３６は、図２２のＡ−Ａ’断面であり、Ａ−Ａ’断面でのＳＯＩ基板の上面には、中央に位置する第３領域ｃと、第３領域ｃの両側に隣接する第２領域ｂと、第２領域ｂの外側に隣接する第１領域ａと、第１領域ａの外側に隣接する第２領域ｂと、第２領域ｂの外側に接する第４領域ｄとが位置する。Ａ−Ａ’断面でのＳＯＩ基板の下面は、第７領域ｇと、第７領域ｇの両側に隣接する第８領域ｈと、第８領域ｈに隣接する第５領域ｅと、第５領域ｅに隣接する第８領域ｈと、第８領域ｈに隣接する第６領域ｆとが位置する。ここで、第６領域ｆは、第４領域ｄと同一形状でありかつ第４領域ｄの直下に形成される。本実施例の製造方法について実施例１と同一の製造方法である部分に関しては、ここでは詳細な製造方法の説明を省略する。
【００６８】
本実施例では、図２９〜図３２に示す製造方法は実施例１と同様であるので、ここでは詳細な製造方法の説明を省略する。
【００６９】
図３３に示すように、ＳＯＩ基板の下面の第５領域と第６領域と第７領域とにホトレジスト３６０１を形成する。ホトレジスト３２０１をエッチングマスクとして、第８領域の第３半導体層２２０５の一部を、ガスチョッピングエッチングを用いて約１０μｍエッチングする。その後、ＳＯＩ基板の下面に形成したホトレジスト３３０１を除去する。
【００７０】
次に、図３４に示すように、ＳＯＩ基板の第５領域及び第６領域の下面に、ホトレジスト３４０１を形成する。ホトレジスト３４０１をエッチングマスクとして、第７領域及び第８領域の第３半導体層２２０５を、ガスチョッピングエッチングを用いて、第８領域の第３半導体層２２０５が第２絶縁体層２２０２に到達するまでエッチングして開口部を形成する。このとき、梁部となる第７領域の第３半導体層２２０５をエッチングして、第７領域の第３半導体層２２０５に５μｍ程度の梁保護部３４０２を形成する。梁保護部３４０２は、以下の工程で梁部をマスクする層を順次形成することができ、製造工程を容易にすることができる効果を有する。
【００７１】
次に、図３５に示すように、第６領域の第３絶縁体層２９０１及び第５領域と第７領域の第３半導体層２２０５をエッチングマスクにして、ガスチョッピングエッチングを行うことにより第２絶縁体層２２０４に第４孔部を形成する。
【００７２】
次に、図３６に示すように、第５領域及び第７半導体層の第３半導体層２２０５と第８領域の第２半導体層２２０３を梁保護部３４０２が除去されるまでエッチングし第５孔部を形成する。
【００７３】
次に、緩衝フッ酸に基板を浸漬し、第８領域の第１絶縁体層２９０２と第７領域の第２絶縁体層と第６領域の第３絶縁体層２９０６とをエッチングすることにより第６孔部を形成することにより、図２３に示すような本実施例にかかるストッパー構造を有する加速度センサが完成する。
【００７４】
本発明の実施例２に関する加速度センサの製造方法は、上記実施例と同様の効果を有すると共に、第８領域の第５層を２段階でエッチングすることによって第５層に台座部の下面よりも上方に錘部の下面を形成することにより実施例１よりも薄型の加速度センサを製造することができる効果を有する。
【実施例３】
【００７５】
［構造］
以下、図３７〜図４１を用いて、本発明の実施例３に関する加速度センサの構造について説明する。
【００７６】
図３７は、本発明の実施例３に関する加速度センサの斜視図である。図３８は、図３７に示す本発明の加速度センサのＡ−Ａ’における断面図である。
【００７７】
本発明の実施例３に関する加速度センサは、図３８に示すとおり、台座部３８０１と、錘部３８０２と、開口部３８０３と、ストッパー部３８０４と、梁部３８０５とにより構成される。構造について実施例１と同一の構造である部分に関しては、ここでは詳細な構造の説明を省略する。
【００７８】
ストッパー部３８０４は、台座部に固定され、錘部３８０２上に錘部３８０２から離間して形成される。ストッパー部の形状については、実施例１，２と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００７９】
以下、本発明の実施例３に関する加速度センサはＳＯＩ構造であるので、まずＳＯＩ構造について説明する。
【００８０】
本発明の実施例３に関する加速度センサは、図３７に示すとおり、第１半導体層３７０１、第１絶縁体層３７０２、第２半導体層３７０３をはり合せることによって得られるＳＯＩ構造である。第１半導体層３７０１及び第１絶縁体層３７０２は実施例１と同様であるためここでは説明を省略する。第２半導体層３７０３は、最下層であり、例えば厚さ５００μｍのシリコン層からなる。第１絶縁体層３７０２は、第２半導体層３７０３の直上に配置され、例えば厚さ４μｍのシリコン酸化膜からなる。第１半導体層３７０１は、最上層であり、第１絶縁体膜３７０２の直上に配置され、例えば厚さ１５μmのシリコン層からなる。
【００８１】
次に本発明の実施例３に関する加速度センサについて各層ごとに説明していく。
【００８２】
図３９は、本発明の加速度センサの第１半導体層３７０１の上面図である。第１半導体層３７０１は、図３９に示すように、矩形形状であり、第１領域と、第１領域から離間して第１領域を囲む第２領域と、第１領域と第２領域を接続する第３領域と、第１領域と第２領域との間に配置される第４領域と、第４領域を囲み第２領域に接する第５領域と、第１領域と第２領域と第３領域と第５領域とに囲まれる第６領域とを有する。第１半導体層３７０１は、第２領域に形成される枠部３９０１と、第５領域に形成されるストッパー部３９０２と、第１領域に形成される錘部３９０３と、第３領域に配置される梁部３９０４と、第６領域に配置される孔部３９０５と第４領域に配置されるエッチング開口部３９０６とにより構成される。枠部３９０１は、外縁辺から中心方向に向かって所定の厚みを有する枠状に形成される。ここで、枠部３９０１は、台座部３８０１を構成する複数の層の一つであり、台座部３９０１の最上層である。ストッパー部３９０２は、三角形の形状を有し、三角形の二辺が枠部３９０１の内側と接続し、枠部３９０１の内壁の角部から中心部に向かってせり出している。錘部３９０３は矩形形状であり、錘部３９０３は第１半導体層３７０１の中心に位置する。すなわち、錘部３９０３の中心は第１半導体層３７０１の外縁部に位置する各辺からほぼ等しい距離を有する。ここで、錘部３９０３は、錘部３８０２を構成する複数の層の一つであり、その最上層である。梁部３９０４は矩形形状であり枠部３９０１と錘部３９０２とを接続している。ここで、梁部の下面から上面までの厚さは、ストッパー部の下面から上面までの厚さよりも薄い厚さで構成される。孔部３９０５は、枠部３９０１と、ストッパー部３９０２と、錘部３９０３と、梁部３９０４とに囲まれる空間である。ここで、孔部３９０５は、開口部３８０３の一部である。エッチング開口部３９０６は、エッチング液を通過させストッパー部の下層をエッチングするために開けられた小さい複数の貫通孔である。
【００８３】
図４０は、本発明の加速度センサの第１絶縁体層３７０２の上面図である。第１絶縁体層３７０２は、図４０に示すように、矩形形状であり、第７領域と、第７領域を囲む第８領域と、第８領域を囲む第９領域を有する。ここで、第９領域は、第１半導体層３７０１の第２領域と同一の形状であり、第２領域の直下に配置される。第１絶縁体層３７０２は、第９領域に形成される枠部４００１と、第７領域に形成される錘部４００２と、第８領域に形成される孔部４００３とにより構成される。枠部４００１は、外縁部から中心方向に向かって所定の厚みを有する枠状に形成される。ここで、枠部４００１は、台座部３８０１を構成する複数の層の一つであり、枠部３９０１の直下に位置する。錘部４００２は、矩形形状である。錘部４００２は第１絶縁体層３７０２の中心に位置する。すなわち、錘部４００２の中心は、第１絶縁体層３７０２の外縁部に位置する各辺からほぼ等しい距離を有する。ここで、錘部４００２は、錘部３８０２を構成する層の一部であり、錘部３９０３の下方に位置する。孔部４００３は、錘部４００２の外辺に沿って形成され、枠部４００１と、錘部４００２とに囲まれる空間である。ここで、孔部４００３は、開口部３８０３の一部であり、孔部３９０５の下方に位置する。
【００８４】
図４１は、本発明の加速度センサの第２半導体層３７０３の上面図である。第２半導体層３７０３は、図４１に示すように、矩形形状であり、第７領域と、第７領域を囲む第８領域と、第８領域を囲む第９領域を有する。ここで、第９領域は、第１絶縁体層３７０２の第９領域と同一の形状であり、直下に配置される。第２半導体層３７０３は、第９領域に形成される枠部４１０１と、第７領域に形成される錘部４１０２と、第８領域に形成される孔部４１０３とにより構成される。枠部４１０１は、外縁部から中心方向に向かって所定の厚みを有する枠状に形成される。ここで、枠部４１０１は、台座部３８０１を構成する複数の層の一つであり、枠部４００１の直下に位置する。錘部４１０２は、正方形の各辺の中央部に凹部を有する形状であり、左右対称である。ここで、錘部４１０２は、錘部３８０２を構成する複数の層の一つであり、錘部３８０２の最下層である。錘部４１０２の下面は枠部４１０１の下面よりも上側に位置する。錘部４１０２は、錘部４００２の直下に位置する。孔部４１０３は、錘部４１０２の外辺に沿って形成され、枠部４１０１と、錘部４１０２とによって囲まれる空間である。ここで、孔部４１０３は、孔部４００３の下方に位置する。
【００８５】
本発明の実施例３に関する加速度センサの台座部３８０１は、第１半導体層３７０１の枠部３９０１と、第１絶縁体層３７０２の枠部４００１と、第２半導体層３７０３の枠部４１０１とより構成されており、台座部３８０１は本発明の加速度センサの側面を構成している。錘部３８０２は、第１半導体層３７０１の錘部３９０３と、第１絶縁体層３７０２の錘部４００２と、第２半導体層３７０３の錘部４１０３とにより構成されており、台座部２３０１の内側に位置する。錘部３８０３は上面、下面、側面を有する直方体であって、その上面が梁部３８０５と接続しており、側面は上面から下面に向かって中央部分に凹部が形成されている。錘部３８０３の下面は、台座部３８０１の下面よりも上側に位置する。ストッパー部３８０４及び梁部３８０５を形成する開口部３８０３は、第１半導体層３７０１の構成要素である孔部３９０５と第１絶縁体層３７０２の構成要素である孔部４００３とにより形成されており、台座部３８０１と錘部３８０２とストッパー部３８０４と梁部３８０５とに囲まれる空間である。開口部３８０３によって形成されるストッパー部３８０４は、第１半導体層３７０１に形成されており、枠状に形成されている台座部３８０１の角部を覆うように三角形状に形成されている。開口部３８０３によって形成される梁部３８０５は、第１半導体層３７０１に形成されており、台座部３８０１と錘部３８０２を接続するように矩形状に形成されている。ここで、梁部の下面から上面までの厚さは、ストッパー部の下面から上面までの厚さよりも薄い厚さで構成されている。
【００８６】
本発明の実施例３に関する加速度センサは、実施例１，２の効果に加えてＳＯＩウェハの積層枚数が少ないためより薄型化が可能であるという効果を有する。また、梁部がストッパー部より薄くかつストッパー部と梁部とが同一層に存在することからストッパー部の厚さと梁部の厚さをそれぞれに設計することができるため加速度センサの感度を向上させるとともに耐衝撃性に優れた加速度センサが形成できる効果を有する。また、梁部の上方にストッパー部が配置されないことから梁部が垂直方向に変位したときにストッパー部に衝突することによって梁部が破損することがなく信頼性が向上する効果を有する。
【００８７】
［製造方法］
以下、図３７、図４２〜図４７を用いて、本発明の実施例３に関する加速度センサの製造方法について説明する。
【００８８】
図３７に示す積層基板を用いた加速度センサの製造方法であって、内壁を有する台座部と、台座部の内側であって台座部の内壁とは離間して配置される錘部と、台座部の上部及び錘部の上部に亘って配置される可撓的な梁部と、台座部に固定されかつ錘部上であって錘部とは離間して配置され錘部の垂直方向の変位量を制限するストッパー部とを具えた加速度センサの製造方法であって、ストッパー部上にマスクを形成する工程と、梁部の一部を除去する工程と、台座部の下面にマスクを形成する工程と、錘部の一部を除去する工程とを含むことを特徴とする。
【００８９】
図４２〜図４７は本発明の加速度センサの製造工程を示したものであり、図３７のＡ−Ａ’断面が形成される工程を示している。
【００９０】
本実施例では、図４２に示すように第１半導体層３７０１〜第２半導体層３７０３と第２絶縁体層４２０１とを積層したＳＯＩ基板を用いる。第２絶縁体層４２０１は第２半導体層３７０３の直下に形成され、たとえば、厚さ２μmのシリコン酸化膜からなる。ＳＯＩ基板は、上面と下面を有する。ＳＯＩ層の上面は、第１領域と、第１領域から離間して第１領域を囲む第２領域と、第１領域と第２領域を接続する第３領域と、第１領域と第２領域との間に配置される第４領域と、第４領域を囲み第２領域に接する第５領域と、第１領域と第２領域と第３領域と第５領域とに囲まれる第６領域とを有する。ＳＯＩ層の下面は、第７領域と、第７領域を囲む第８領域と、第８領域を囲みＳＯＩ基板の上面の第２領域と同一形状ありかつ第２領域の直下に形成される第９領域とを有する。図４２〜図４７は図３７のＡ−Ａ’断面であり、Ａ−Ａ’断面でのＳＯＩ基板の上面には、中央に位置する第３領域ｃと、第３領域ｃの両側に隣接する第６領域ｆと、第６領域ｆの外側に隣接する第５領域ｅと、第５領域ｅの外側に隣接する第４領域ｄと、第４領域ｄの外側に隣接する第５領域ｅと、第５領域ｅの外側に隣接する第２領域ｂとが位置する。Ａ−Ａ’断面でのＳＯＩ基板の下面には、第８領域ｈと、第８領域ｈの両側に隣接する第７領域ｇと、第７領域ｇに隣接する第８領域ｈと、第８領域ｈに隣接する第９領域ｉとが位置する。ここで、第９領域ｉは、第２領域ｂと同一形状でありかつ第２領域ｂの直下に形成される。
【００９１】
次に、図４３に示すようにＳＯＩ基板の第３領域の第１半導体層３７０１に、梁部３８０５の厚さを残すようにホトリソグラフィックプロセスを行い、第１溝部の溝部４３０１を形成する。
【００９２】
次に、梁部上にピエゾ抵抗素子を形成する。ここで、梁部上にピエゾ抵抗素子を形成する工程は実施例１と同様であるため説明を省略する。
【００９３】
次に、図４４に示すように、第４領域の第１半導体層３７０１にホトリソグラフィックプロセスによって第１孔部を形成することによってエッチング開口部４４０２を形成すると同時に第６領域の第１半導体層３７０１にホトリソグラフィックプロセスによって第２孔部を形成することによって開口部４４０１を形成する。
【００９４】
次に、図４５に示すように、ホトリソグラフィックプロセスにより第７領域及び第８領域の第２絶縁体層４２０１に酸化膜の開口パターンを形成する。
【００９５】
次に、図４６に示すように、ホトレジスト４６０１を形成し、ホトレジスト４６０１をエッチングマスクとして第８領域の第２半導体層３７０３の裏面側を、ガスチョッピングエッチングを用いて約４８０μｍエッチングして第３孔部を形成し、ホトレジスト４６０１を除去する。ここで、４８０μｍエッチングするのは、第３半導体層３７０３に形成される枠部４１０１の下面から上面までの距離と、第３半導体層に形成される錘部４１０２の下面から上面までの距離の差を２０μｍに設定するためである。すなわち、本工程での第２半導体層４２０３をエッチングする量は距離の差の設計に鑑みて行えば足りる。
【００９６】
次に図４７に示すように、第２絶縁体層をエッチングマスクにして、第７領域及び第８領域の第２半導体層３７０３の裏面側を、ガスチョッピングエッチングを用いて第１絶縁体層３７０２に到達するまでエッチングする。
【００９７】
次に、緩衝フッ酸に基板を浸漬し、第３領域と第４領域と第５領域と第６領域の第１絶縁体層３７０２を部分的にエッチングし除去することにより、図３８に示すような本実施例にかかるストッパー構造を有する加速度センサが完成する。
【００９８】
本発明の実施例３に関する加速度センサの製造方法は、実施例１，２の効果に加えて第3領域の第１層をエッチングすることによって梁部の一部を除去し梁部の厚さを自由に設計することができるため、ストッパー部の厚さと梁部の厚さをそれぞれ変えることができることから、耐衝撃性を向上させつつ加速度センサの感度を向上させることができる効果を有する。
【実施例４】
【００９９】
［構造］
以下、図４８〜図６３を用いて、本発明の実施例４に関する加速度センサの構造について説明する。
【０１００】
図４８は、本発明の実施例４に関する加速度センサの斜視図である。図４９は、図４８に示す本発明の加速度センサのＡ−Ａ’における断面図である。
【０１０１】
本発明の実施例４に関する加速度センサは、図４９に示すとおり、台座部４９０１と、錘部４９０２と、開口部４９０３と、ストッパー部４９０４と、梁部４９０５とにより構成される。構造について実施例３と同一である部分に関しては、ここでは詳細な構造の説明を省略する。
【０１０２】
ストッパー部４９０４は、台座部４９０１に固定され、錘部４９０２上面に錘部４９０２から離間して形成されており、金属によって形成されている。ストッパー部の形状については実施例１と同様であるためここでは省略する。
【０１０３】
以下、本発明の実施例４に関する加速度センサはＳＯＩ構造であるので、まずＳＯＩ構造について説明する。
【０１０４】
本発明の実施例４に関する加速度センサは、図４８に示すとおり、第１半導体層４８０１、第１絶縁体層４８０２、第２半導体層４８０３、金属層４８０４をはり合せることによって得られるＳＯＩ構造であり、第１絶縁体層の直上には第１半導体層４８０１と、金属層４８０４とにより構成される第１層４８０５が配置される。第１絶縁体層４８０２及び第２半導体層４８０３は、実施例３と同様の形状であるためここでは説明を省略する。第１層４８０５は、最上層であり、第１絶縁体層４８０２の直上に配置される。第１層４８０５を構成する第１半導体層４８０１は、例えば厚さ１５μmのシリコン層からなる。第１層４８０５を構成する金属層４８０４は第１絶縁体層の直上に配置され、例えば厚さ１５μmの銅からなる。
【０１０５】
次に本発明の実施例４に関する加速度センサについて各層ごとに説明していく。
【０１０６】
第１絶縁体層４８０２、第２半導体層４８０３は、実施例３と同様の領域を有するため各領域についての詳細な説明は説明を省略する。
【０１０７】
図５０は、本発明の加速度センサの第１層４８０５の上面図である。第１層４８０５は、第１半体層４８０１及び金属層４８０４により構成される。図５０に示すように、第１層は矩形形状であり、第１領域と、第１領域から離間して第１領域を囲む第２領域と、第１領域と第２領域を接続する第３領域と、第１領域と第２領域との間に配置される第４領域と、第４領域を囲み第２領域に接する第５領域と、第１領域と第２領域と第３領域と第５領域とに囲まれる第６領域とを有する。第１層４８０５は、第２領域に形成される枠部５００１と、第５領域に金属によって形成されるストッパー部５００２と、第１領域に形成される錘部５００３と、第３領域に形成される梁部５００４と、第６領域に形成される孔部５００５と、第４領域に形成されるエッチング開口部５００６とにより構成される。枠部５００１は、第１半導体層４８０１及び金属層４８０４により構成され、外縁辺から中心方向に向かって所定の厚みを有する枠状に形成される。ここで、枠部５００１は、台座部４９０１を構成する複数の層の一つであり、台座部４９０１の最上層である。ストッパー部５００２は、金属層４８０４により構成され、三角形の形状を有し、三角形の二辺が枠部５００１の内側と接続し、枠部５００１の内壁の角部から中心部に向かってせり出している。錘部５００３は、第１半導体層により構成され、矩形形状であり、錘部５００３は第１層４８０５の中心に位置する。すなわち、錘部５００３の中心は第１層４８０５の外縁部に位置する各辺からほぼ等しい距離を有する。ここで、錘部５００３は、錘部４９０２を構成する層の一部であり、その最上層である。梁部５００４は、第１半導体層４８０１により構成され、矩形形状であり枠部５００１と錘部５００２とを接続している。ここで、梁部の下面から上面までの厚さは、ストッパー部の下面から上面までの厚さよりも薄い厚さで構成される。孔部５００５は、枠部５００１と、ストッパー部５００２と、錘部５００３と、梁部５００４とに囲まれる空間である。ここで、孔部５００５は、開口部４９０３の一部である。エッチング開口部５００６は、エッチング液を通過させストッパー部５００２の下層をエッチングするために開けられた小さい複数の貫通孔である。
【０１０８】
図５１、図５２は実施例３における図４０、図４１と同一の構造をしているためここでは説明を省略する。
【０１０９】
本発明の実施例４に関する加速度センサの台座部４９０１は、第１半導体層４８０１の枠部５００１と、第１絶縁体層４８０２の枠部５１０１と、第２半導体層４８０３の枠部５２０１とより構成されており、台座部４９０１は本発明の加速度センサの側面を構成している。錘部４９０２は、第１半導体層４８０１の錘部５００３と、第１絶縁体層４８０２の錘部５１０２と、第２半導体層４８０３の錘部５２０３とにより構成されており、台座部４９０１の内側に位置する。錘部４９０３は上面、下面、側面を有する直方体であって、その上面が梁部４９０５と接続しており、側面は上面から下面に向かって中央部分に凹部が形成されている。錘部４９０３の下面は、台座部４９０１の下面よりも上側に位置する。ストッパー部４９０４及び梁部４９０５を形成する開口部４９０３は、第１半導体層４８０１の構成要素である孔部５００５と第１絶縁体層４８０２の構成要素である孔部５１０３とにより形成されており、台座部４９０１と錘部４９０２とストッパー部４９０４と梁部４９０５とに囲まれる空間である。開口部４９０３によって形成されるストッパー部４９０４は、金属層４８０５により形成されており、枠状に形成されている台座部４９０１の角部を覆うように三角形状に形成されている。開口部４８０３によって形成される梁部４９０５は、第１半導体層４８０１に形成されており、台座部４９０１と錘部４９０２を接続するように矩形状に形成されている。ここで、梁部の下面から上面までの厚さは、ストッパー部の下面から上面までの厚さよりも薄い厚さで構成されている。
【０１１０】
本発明の実施例４に関する加速度センサは、実施例３の効果に加えて金属層をストッパー層に用いることにより、より垂直方向の衝撃に強い加速度センサとなる。また、第１層をエッチングし金属膜を形成することによってストッパー部の厚さをＳＯＩウェハとは関係なく設計することができるためより耐衝撃性に優れた加速度センサが形成できる効果を有する。また、梁部の厚さが金属によって形成されたストッパー部よりも薄く設けることができるため耐衝撃性を向上させつつ加速度センサの感度を向上することができる効果を有する。
【０１１１】
［製造方法］
以下、図４８、図５３〜図５９を用いて、本発明の実施例４に関する加速度センサの製造方法について説明する。
【０１１２】
図４８に示す積層基板を用いた加速度センサの製造方法であって、内壁を有する台座部と、台座部の内側であって台座部の内壁とは離間して配置される錘部と、台座部の上部及び錘部の上部に亘って配置される可撓的な梁部と、台座部に固定されかつ錘部上であって錘部とは離間して配置され錘部の垂直方向の変位量を制限するストッパー部とを具えた加速度センサの製造方法であって、ストッパー部上にマスクを形成する工程と、梁部の一部を除去する工程と、台座部の下面にマスクを形成する工程と、錘部の一部を除去する工程と、梁部上にマスクを形成する工程と、ストッパー部を金属メッキによって形成する工程とを含むことを特徴とする。
【０１１３】
図５３〜図５９は本発明の加速度センサの製造工程を示したものであり、図４８のＡ−Ａ’断面が形成される工程を示している。
【０１１４】
本実施例では、図５３に示すように第１半導体層４８０１、第１絶縁体層４８０２、第２半導体層４８０３、第２絶縁体層５３０１を積層したＳＯＩ基板を用いる。第２絶縁体層５３０１は第２半導体層４８０３の直下に形成され、たとえば、厚さ２μｍのシリコン酸化膜からなる。ＳＯＩ基板は、上面と下面を有する。ＳＯＩ基板の上面は、第１領域と、第１領域から離間して第１領域を囲む第２領域と、第１領域と第２領域を接続する第３領域と、第１領域と第２領域との間に配置される第４領域と、第４領域を囲み第２領域に接する第５領域と、第１領域と第２領域と第３領域と第５領域とに囲まれる第６領域とを有する。ＳＯＩ基板の下面は、第７領域と、第７領域を囲む第８領域と、第８領域を囲みＳＯＩ基板の上面の第２領域と同一形状でありかつ第２領域の直下に形成される第９領域とを有する。図５３〜図５９は、図４８のＡ−Ａ’断面であり、Ａ−Ａ’断面でのＳＯＩ基板の上面には、中央に位置する第３領域ｃと、第３領域ｃの両側に隣接する第６領域ｆと、第６領域ｆの外側に隣接する第５領域ｅと、第５領域ｅの外側に隣接する第４領域ｄと、第４領域ｄの外側に隣接する第５領域ｅと、第５領域ｅの外側に隣接する第２領域ｂとが位置する。Ａ−Ａ’断面でのＳＯＩ基板の下面には、第８領域ｈと、第８領域ｈの両側に隣接する第７領域ｇと、第７領域ｇに隣接する第８領域ｈと、第８領域ｈに隣接する第９領域ｉとが位置する。ここで、第９領域ｉは、第２領域ｂと同一形状でありかつ第２領域ｂの直下に形成される。本実施例の製造方法について実施例３と同一の製造方法である部分に関しては、ここでは詳細な製造方法の説明を省略する。
【０１１５】
図５３に示す製造方法は実施例１と同様であるのでここでは詳細な製造方法の説明を省略する。
【０１１６】
次に、図５４に示すようにＳＯＩ基板の第３領域の第１半導体層４８０１に、梁部４９０５の厚さを残すようにホトリソグラフィックプロセスを行い、第１溝部の溝部５４０１を形成する。
【０１１７】
次に、梁部４９０５上にピエゾ抵抗素子を形成する。ここで、梁部上にピエゾ抵抗素子を形成する工程は実施例１と同様であるため説明を省略する。
【０１１８】
次に、図５５に示すように、第４領域と第５領域と第６領域の第１半導体層４８０１にホトリソグラフィックプロセスによって錘部５００３及び梁部５００４となる部分を残し、他のシリコン膜を除去する。
【０１１９】
次に、図５６に示すように、第１領域と第３領域と第４領域と第６領域の第１絶縁体層４８０２上に、感光性樹脂、例えばポリイミドを塗布することにより開口パターン５６０１及びエッチング開口パターン５６０２を形成する。
【０１２０】
次に、図５７に示すように、第５領域の第１絶縁体層４８０２上に、スパッタ法等により銅の電解メッキのためのシード層を形成し、シード層形成後に銅の電解メッキを行うことによりストッパー部４９０４を形成する。
【０１２１】
次に、第１領域と第３領域と第４領域と第６領域の前記第１絶縁体層４８０２上に形成された感光樹脂を除去することにより第１孔部及び第２孔部を形成することによってエッチング開口パターン５６０２及び開口パターン５６０１を除去する。ここで、開口パターン５６０１及びエッチング開口パターン５６０２の厚さと、電解メッキによる銅の厚さを調節することにより、ストッパー部４９０４の厚さを任意に制御することができる。
【０１２２】
以降の工程は実施例３と同様であるので、ここでは省略する。
【０１２３】
以上の工程により、図４９に示すような本実施例にかかるストッパー構造を有する加速度センサが完成する。
【０１２４】
本発明の実施例４に関する加速度センサの製造方法は、上記実施例の効果に加えて金属層を形成することによってSOIウェハの厚さによらずストッパー部の厚さを自由に設計することができる効果を有する。また、金属によって形成されたストッパー部の厚さが梁部の厚さよりも厚く形成できることから、耐衝撃性を向上させつつ加速度センサの感度を向上させることができる効果を有する。
【０１２５】
以上、本発明を前記実施形態に基づき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
【０１２６】
たとえば、上面図が図６０、図６１、図６２になるよう形状を変更することによって加速度センサの感度に大きく影響する梁部の幅及び長さと耐衝撃性に大きく影響するストッパー部の形状を設定することにより、加速度センサの感度を向上させると共に耐衝撃性を向上させることができる効果を有する。さらに、梁部の上方にストッパー部が形成されないため、梁部が変位してストッパー部と衝突し梁部が破損することがなく、高い信頼性をもつ加速度センサを得ることができる効果を有する。
【０１２７】
図６０によると、梁部と台座部とを接続する第１の点と当該梁部に隣接する他の梁部及び台座部を接続する第１の点の近傍に設けられた第２の点とを結ぶ辺が第１の点と第２の点を結ぶ弧状に形成されており、その辺上までストッパー部が台座部から張り出している形状となっている。このような形状のストッパー部を有する加速度センサは、上記実施例と同様の効果を得ながら、エッチングする面積が広くなるため、より信頼性の高い加速度センサを得ることができる効果を有する。
【０１２８】
図６１によると、第１の点と第２の点を結ぶ辺が梁部及び錘部に沿って設けられる辺まで張り出した形状に形成されており、その辺上までストッパー部が台座部から張り出した形状となっている。これによって、ストッパー部を可能な限り大きくなるように設計することができ、よりストッパー部の信頼性を向上させる効果を有する。
【０１２９】
図６２によると、錘部と梁部とが接続する第１の点と錘部上面に形成される中心点とを結ぶ直線と台座部の交点を第２の点と台座部上の第２の点とは異なった位置に配置される第３の点とを有し、第１の点と第３の点とに亘って梁部が形成された形状を有する。梁部が上記実施例より長くなるように設計することができ、より加速度センサの感度を向上させる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】本発明の実施例１における加速度センサの斜視図。
【図２】図１でのＡ−Ａ’断面図。
【図３】本発明の加速度センサにおける上面図。
【図４】本発明の実施例１における加速度センサの第１半導体層の上面図。
【図５】本発明の実施例１における加速度センサの第１絶縁体層の上面図。
【図６】本発明の実施例１における加速度センサの第２半導体層の上面図。
【図７】本発明の実施例１における加速度センサの第２絶縁体層の上面図。
【図８】本発明の実施例１における加速度センサの第３半導体層の上面図。
【図９】本発明の実施例１における加速度センサの第３絶縁体層の上面図。
【図１０】本発明の実施例１における加速度センサの製造方法を説明する図。
【図１１】本発明の実施例１における加速度センサの製造方法を説明する図。
【図１２】本発明の実施例１における加速度センサの製造方法を説明する図。
【図１３】本発明の実施例１における加速度センサの製造方法を説明する図。
【図１４】本発明の実施例１における加速度センサの製造方法を説明する図。
【図１５】本発明の実施例１における加速度センサの製造方法を説明する図。
【図１６】本発明の実施例１における加速度センサの製造方法を説明する図。
【図１７】本発明の実施例１における加速度センサの製造方法を説明する図。
【図１８】本発明の実施例１における加速度センサの歪検出素子の製造方法を説明する図。
【図１９】本発明の実施例１における加速度センサの歪検出素子の製造方法を説明する図。
【図２０】本発明の実施例１における加速度センサの歪検出素子の製造方法を説明する図。
【図２１】本発明の実施例１における加速度センサの歪検出素子の製造方法を説明する図。
【図２２】本発明の実施例２における加速度センサの斜視図。
【図２３】図２２でのＡ−Ａ’断面図。
【図２４】本発明の実施例２における加速度センサの第１半導体層の上面図。
【図２５】本発明の実施例２における加速度センサの第１絶縁体層の上面図。
【図２６】本発明の実施例２における加速度センサの第２半導体層の上面図。
【図２７】本発明の実施例２における加速度センサの第２絶縁体層の上面図。
【図２８】本発明の実施例２における加速度センサの第３半導体層の上面図。
【図２９】本発明の実施例２における加速度センサの製造方法を説明する図。
【図３０】本発明の実施例２における加速度センサの製造方法を説明する図。
【図３１】本発明の実施例２における加速度センサの製造方法を説明する図。
【図３２】本発明の実施例２における加速度センサの製造方法を説明する図。
【図３３】本発明の実施例２における加速度センサの製造方法を説明する図。
【図３４】本発明の実施例２における加速度センサの製造方法を説明する図。
【図３５】本発明の実施例２における加速度センサの製造方法を説明する図。
【図３６】本発明の実施例２における加速度センサの製造方法を説明する図。
【図３７】本発明の実施例３における加速度センサの斜視図。
【図３８】図３７でのＡ−Ａ’断面図
【図３９】本発明の実施例３における加速度センサの第１半導体層の上面図。
【図４０】本発明の実施例３における加速度センサの第１絶縁体層の上面図。
【図４１】本発明の実施例３における加速度センサの第２半導体層の上面図。
【図４２】本発明の実施例３における加速度センサの製造方法を説明する図。
【図４３】本発明の実施例３における加速度センサの製造方法を説明する図。
【図４４】本発明の実施例３における加速度センサの製造方法を説明する図。
【図４５】本発明の実施例３における加速度センサの製造方法を説明する図。
【図４６】本発明の実施例３における加速度センサの製造方法を説明する図。
【図４７】本発明の実施例３における加速度センサの製造方法を説明する図。
【図４８】本発明の実施例４における加速度センサの斜視図。
【図４９】図４８でのＡ−Ａ’断面図。
【図５０】本発明の実施例４における加速度センサの第１層の上面図。
【図５１】本発明の実施例４における加速度センサの第１絶縁体層の上面図。
【図５２】本発明の実施例４における加速度センサの第２半導体層の上面図。
【図５３】本発明の実施例４における加速度センサの製造方法を説明する図。
【図５４】本発明の実施例４における加速度センサの製造方法を説明する図。
【図５５】本発明の実施例４における加速度センサの製造方法を説明する図。
【図５６】本発明の実施例４における加速度センサの製造方法を説明する図。
【図５７】本発明の実施例４における加速度センサの製造方法を説明する図。
【図５８】本発明の実施例４における加速度センサの製造方法を説明する図。
【図５９】本発明の実施例４における加速度センサの製造方法を説明する図。
【図６０】本発明の加速度センサにおけるストッパー部の変形例を説明する図
【図６１】本発明の加速度センサにおけるストッパー部の変形例を説明する図
【図６２】本発明の加速度センサにおける梁部の変形例を説明する図。
【符号の説明】
【０１３１】
１０１、２２０１、３７０１  …  第１半導体層
１０２、２２０２、３７０２、４８０２  …  第１絶縁体層
１０３、２２０３、３７０３、４８０３  …  第２半導体層
１０４、２２０４  …  第２絶縁体層
１０５、２２０５  …  第３半導体層
１０６  …  第３絶縁体層
２０１、２３０１、３８０１、４９０１  …  台座部
２０２、２３０２、３８０２、４９０２  …  錘部
２０３、２３０３、３８０３、４９０３  …  開口部
２０４、２３０４、３８０４、４９０４  …  ストッパー部
２０５、２３０５、３８０５、４９０５  …  梁部
３０１  …  第１の端部
３０２  …  第２の端部
３０３  …  第１の点
３０４  …  中心点
３０５  …  直線
３０６  …  第２の点
３０７  …  第１の梁部
３０８  …  第２の梁部
３０９  …  第３の端部
３１０  …  第４の端部
３１１  …  第５の端部
３１２  …  第６の端部
３１３  …  第１の辺
４０１、５０１，６０１，７０１，８０１，９０１、２４０１，２５０１，２６０１，２７０１，２８０１、３９０１，４００１，４１０１、５００１，５１０１，５２０１  …  枠部
４０２、２４０２、３９０２、５００２  …  ストッパー部
４０３、５０２，６０５，７０３，８０３，９０２、２４０３，２５０２，２６０５，２７０３，２８０３、３９０５，４００３，４１０３、５００５，５１０３，５２０３  …  孔部
６０４、２６０４、３９０４、４５０４  …  梁部
６０２、７０２、８０２、２６０２、２７０２，２８０２、３９０３，４００２，４１０２、５００３，５１０２，５２０２  …  錘部
１１０１、３００１、４４０１  …  開口部
１１０２、３００２、４４０２  …  エッチング開口部
１８０１  …  酸化膜
１９０１  …  開口部
１９０２  …  拡散層
１９０３  …  保護酸化膜
２００１  …  配線取りだし口
２００２  …  アルミニウム配線
２１０１  …  シリコン窒化膜
１４０１、１５０１、３３０１，３４０１、４６０１、５８０１  …  ホトレジスト
１５０２、３４０２  …  梁保護部
４３０１、５４０１  …  溝部
５６０１  …  開口パターン
５６０２  …  エッチング開口パターン
【図１】
2005345294.tif 000003
【図２】
2005345294.tif 000004
【図３】
2005345294.tif 000005
【図４】
2005345294.tif 000006
【図５】
2005345294.tif 000007
【図６】
2005345294.tif 000008
【図７】
2005345294.tif 000009
【図８】
2005345294.tif 000010
【図９】
2005345294.tif 000011
【図１０】
2005345294.tif 000012
【図１１】
2005345294.tif 000013
【図１２】
2005345294.tif 000014
【図１３】
2005345294.tif 000015
【図１４】
2005345294.tif 000016
【図１５】
2005345294.tif 000017
【図１６】
2005345294.tif 000018
【図１７】
2005345294.tif 000019
【図１８】
2005345294.tif 000020
【図１９】
2005345294.tif 000021
【図２０】
2005345294.tif 000022
【図２１】
2005345294.tif 000023
【図２２】
2005345294.tif 000024
【図２３】
2005345294.tif 000025
【図２４】
2005345294.tif 000026
【図２５】
2005345294.tif 000027
【図２６】
2005345294.tif 000028
【図２７】
2005345294.tif 000029
【図２８】
2005345294.tif 000030
【図２９】
2005345294.tif 000031
【図３０】
2005345294.tif 000032
【図３１】
2005345294.tif 000033
【図３２】
2005345294.tif 000034
【図３３】
2005345294.tif 000035
【図３４】
2005345294.tif 000036
【図３５】
2005345294.tif 000037
【図３６】
2005345294.tif 000038
【図３７】
2005345294.tif 000039
【図３８】
2005345294.tif 000040
【図３９】
2005345294.tif 000041
【図４０】
2005345294.tif 000042
【図４１】
2005345294.tif 000043
【図４２】
2005345294.tif 000044
【図４３】
2005345294.tif 000045
【図４４】
2005345294.tif 000046
【図４５】
2005345294.tif 000047
【図４６】
2005345294.tif 000048
【図４７】
2005345294.tif 000049
【図４８】
2005345294.tif 000050
【図４９】
2005345294.tif 000051
【図５０】
2005345294.tif 000052
【図５１】
2005345294.tif 000053
【図５２】
2005345294.tif 000054
【図５３】
2005345294.tif 000055
【図５４】
2005345294.tif 000056
【図５５】
2005345294.tif 000057
【図５６】
2005345294.tif 000058
【図５７】
2005345294.tif 000059
【図５８】
2005345294.tif 000060
【図５９】
2005345294.tif 000061
【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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