(57)【要約】ドープされたシリコンのウェーハを準備するステップと、ウェーハ上に酸化物層を成長させるステップと、酸化物層内にアパーチャを形成するステップとを含む加速度計を形成するための方法。本方法は、ウェーハ上にポリシリコンの層を形成して該ポリシリコンの一部分をアパーチャを通してウェーハと接触させるステップと、ポリシリコンの層をエッチングしてビーム及びキャパシタ板を形成するステップとを更に含む。次いで、ウェーハをエッチングして応答質量及び支持体を形成し、応答質量の少なくとも一部をキャパシタ板の下に位置せしめる。最後に、酸化物層をエッチングして応答質量を支持体及びキャパシタ板から分離させるが、応答質量はアパーチャを通して受入れられたポリシリコンによってビームに結合される。
2004506176.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速度計を形成する方法において、
導電性ウェーハを準備するステップと、
前記ウェーハ上に酸化物層を成長させるステップと、
前記酸化物層内にアパーチャを形成するステップと、
前記ウェーハ上に導電性材料の層を形成し、前記導電性材料の層の一部を前記アパーチャを通して前記ウェーハに接触させるステップと、
前記導電性材料の層をエッチングして１つのビーム及び１つのキャパシタ板を形成するステップと、
前記ウェーハ内へエッチングして応答質量及び支持体を形成し、前記応答質量の少なくとも一部を前記キャパシタ板に近接して位置決めするステップと、
前記酸化物層をエッチングして前記応答質量を前記キャパシタ板から解放し、前記応答質量を前記導電性材料の層の前記アパーチャを通っている部分によって前記ビームに結合させるステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１のエッチングステップは、前記ビームが前記キャパシタ板から電気的に絶縁されるように、前記導電性材料をエッチングするステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ウェーハはドープされたシリコンであり、前記導電性材料は多結晶質シリコンであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第２のエッチングステップは、前記ドープされたシリコンウェーハのバルクをエッチングするステップを含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記ウェーハの前記ドープされたシリコンのエッチングは、深反応性イオンエッチングを使用するステップを含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第２のエッチングステップは、前記応答質量が前記支持体に対して運動可能であるように、且つ前記キャパシタ板が前記支持体に結合されて前記応答質量と前記キャパシタ板とによってキャパシタが形成されるように、前記ウェーハをエッチングするステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１のエッチングステップ中に前記ポリシリコンの層内に複数の解放孔が形成され、前記酸化物層は前記第３のエッチングステップ中に湿式エッチング材を使用してエッチングされ、前記湿式エッチング材は前記第３のエッチングステップ中に前記解放孔を通って流れて前記応答質量を前記キャパシタ板から分離することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第３のエッチングステップは、前記キャパシタと前記支持体との間に酸化物の層を残して前記支持体と前記キャパシタとを結合し、且つ前記支持体を前記キャパシタに対して電気的に絶縁するように制御されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第１のエッチングステップは前記キャパシタ板が前記ビームから横方向に離間するように前記キャパシタ板を形成するステップを含み、前記第２のエッチングステップは前記支持体を前記応答質量から離間させるが前記酸化物層によって前記応答質量に接続されているように前記支持対をエッチングするステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２のエッチングステップの後に、前記応答質量の質量を減少させるために、反応性イオンエッチングを使用して前記応答質量をエッチングするステップを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記応答質量の質量を減少させるために、前記応答質量は、前記キャパシタ板に対面している前記応答質量の側とは反対の前記応答質量の側がエッチングされることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記応答質量の質量を減少させるための前記応答質量のエッチングは、前記ウェーハ上に酸化物を形成するステップと、前記酸化物をエッチングするステップと、前記酸化物上にフォトレジストを配置するステップと、前記酸化物をパターン化するステップと、前記酸化物または前記フォトレジストによってカバーされていない前記ウェーハの領域内の前記ウェーハをエッチングするステップとを含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記応答質量の質量を減少させるための前記応答質量のエッチングは、前記酸化物の露出された部分を除去するステップと、前記酸化物または前記フォトレジストによってカバーされていない前記ウェーハの領域内の前記ウェーハをエッチングするステップとを更に含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２の形成ステップは前記ウェーハ上にドープされたポリシリコンを形成するステップを含み、前記キャパシタ板は前記応答質量と共にキャパシタを形成するように配置されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１のエッチングステップは少なくとも３つのキャパシタを形成するステップを含み、前記第２のエッチングステップは前記ウェーハをエッチングして前記応答質量の少なくとも一部が各キャパシタ板の下に位置するように前記応答質量を形成させるステップを含み、前記第３のエッチングステップは前記酸化物層をエッチングして前記応答質量を各キャパシタ板から分離するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１のエッチングステップは第１、第２、及び第３のキャパシタ板を形成するステップを含み、前記第１及び第２のキャパシタ板は第１の軸に沿って位置し、前記第２及び第３のキャパシタ板は前記第１の軸に対して概ね直角な第２の軸に沿って位置していることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２のエッチングステップは前記支持体が少なくとも３つの空洞を含むように前記支持体をエッチングするステップを含み、前記応答質量は少なくとも３つの突起を含み、前記各空洞はその中に１つの突起を受入れ、前記キャパシタ板は前記少なくとも３つの各空洞上に配置されていることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２のエッチングステップは、前記支持体が前記応答質量の周縁の周りに延びるように前記支持体をエッチングするステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記第２のエッチングステップは概ね方形の外側周縁を有する支持体を形成するステップを含み、前記支持体の各側は約１．５ｍｍ乃至約２．５ｍｍの長さを有していることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１のエッチングステップは作動用キャパシタ板をエッチングするステップを含み、前記第３のエッチングステップは前記応答質量を前記作動用キャパシタ板から分離するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１のエッチングステップは前記導電性材料の層をエッチングして複数のビームを形成するステップを含み、前記応答質量は前記複数のビームに結合され且つ前記複数のビームから吊下げられていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記加速度計は、３つの独立した直交軸に沿う加速度を検知することができ、前記加速度計は、前記３つの各軸に沿って比較的均一な感度を有していることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１のエッチングステップは付加的な３つのビームを形成するステップを含み、前記応答質量は、Ｌを各ビームの長さとし、Ａを約６である定数とし、ｄを前記応答質量の質量の中心から各キャパシタ板の中心までの距離とし、ｅを前記応答質量の重心と各ビームの重心との間の距離として、前記第１及び第２エッチングステップ中に、
Ｌ２＝Ａｄｅ
であるように形成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１のエッチングステップの後に、製品仕様を有する注文を受けるまで前記ウェーハを貯蔵しておくステップと、前記製品仕様に基づいて前記第２のエッチングステップのパラメータを決定するステップとを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
前記第２のエッチングステップは、前記応答質量の少なくとも一部が前記キャパシタ板の下に位置するように、前記応答質量をエッチングするステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
加速度計を形成する方法において、
導電性ウェーハを準備するステップと、
前記ウェーハ上に導電性材料の層を形成するステップと、
前記導電性材料の層をエッチングして１つのビーム及び少なくとも３つのキャパシタ板を形成するステップと、
前記ウェーハをエッチングして応答質量及び支持体を形成し、前記ビームが前記応答質量を支持するように、前記ビームを前記支持体と前記応答質量とに結合させるステップと、
を含み、
前記各キャパシタ板は、前記支持体に結合され且つ前記応答質量の上または下に配置されてキャパシタを形成し、それによって前記加速度計が直交する３つの軸に沿う加速度を検知することができることを特徴とする方法。
【請求項２７】
前記エッチングステップは、前記応答質量が前記ビームから吊下がるように前記ビーム及び前記応答質量をエッチングするステップを含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
加速度計を形成する方法において、
酸化物層を上側に有し、前記酸化物層の頂部に位置する導電性材料の層を更に有する導電性ウェーハを準備するステップと、
前記導電性材料の層をエッチングして孔、ビーム、及びキャパシタ板を形成するステップと、
前記酸化物の層内に、前記導電性材料の層内の孔と整列させた孔を形成するステップと、
前記導電性材料の層内の前記孔内及び前記酸化物の層内の前記孔内に導電性材料を堆積させ、前記堆積させた導電性材料を前記ウェーハに接触させるステップと、
前記ウェーハのバルクをエッチングして応答質量及び支持体を形成させ、前記応答質量の少なくとも一部を前記キャパシタ板に近接して位置させるステップと、
前記酸化物層をエッチングして前記応答質量を前記キャパシタ板から解放させ、前記応答質量を前記堆積させた導電性材料によって前記ビームに結合させるステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２９】
加速度計において、
導電性の応答質量と、
前記応答質量に近接して配置されている支持体と、
前記支持体及び前記応答質量に結合され、前記応答質量を支持しているビームと、
前記支持体に結合され、各々が前記応答質量に近接して配置されて前記応答質量と共にキャパシタを形成している少なくとも３つのキャパシタ板と、
を備え、
前記支持体に対する前記応答質量の変位が前記キャパシタの少なくとも２つの容量を変化させるようになっている、
ことを特徴とする加速度計。
【請求項３０】
前記３つのキャパシタに接続され、前記キャパシタの容量に従って変化する出力を発生する処理回路を更に備えていることを特徴とする請求項２９に記載の加速度計。
【請求項３１】
前記処理回路は、第１増幅段を有するキャパシタ切替え式増幅回路を含み、前記３つの各キャパシタは前記第１増幅段のフィードバック経路内に切替えできるように接続可能であることを特徴とする請求項３０に記載の加速度計。
【請求項３２】
前記キャパシタ切替え式増幅回路は第２及び第３の増幅段を含み、前記第３増幅段の出力はトラックホールド回路段に接続されていることを特徴とする請求項３１に記載の加速度計。
【請求項３３】
前記処理回路に接続され、前記処理回路の前記出力に基づいて前記応答質量の変位を決定し、それによって、加わった加速度を決定するプロセッサを更に備えていることを特徴とする請求項３１に記載の加速度計。
【請求項３４】
前記ビームは、前記応答質量が前記ビームから吊下げられるように前記応答質量の頂部に結合されていることを特徴とする請求項２９に記載の加速度計。
【請求項３５】
前記少なくとも３つのキャパシタ板は第１、第２、及び第３のキャパシタ板を含み、前記第１及び第２のキャパシタ板は第１の軸に沿って位置し、前記第２及び第３のキャパシタ板は前記第１の軸に対して概ね直角な第２の軸に沿って位置していることを特徴とする請求項２９に記載の加速度計。
【請求項３６】
前記第１、第２、及び第３のキャパシタ板はそれぞれ前記応答質量と共に第１、第２、及び第３のキャパシタを形成し、前記第１及び第２のキャパシタは第１の方向に沿う加速度を検知するために使用され、前記第１及び第３のキャパシタは前記第１の方向に対して直角な第２の方向に沿う加速度を検知するために使用され、前記第２及び第３のキャパシタは前記第１及び第２の方向に対して直角な第３の方向に沿う加速度を検知するために使用されることを特徴とする請求項３５に記載の加速度計。
【請求項３７】
前記応答質量及び前記支持体は、ドープされたシリコンで作られていることを特徴とする請求項２９に記載の加速度計。
【請求項３８】
前記キャパシタ板は、ドープされたポリシリコンで作られていることを特徴とする請求項２９に記載の加速度計。
【請求項３９】
前記支持体は、前記応答質量の周縁の周りに延びていることを特徴とする請求項２９に記載の加速度計。
【請求項４０】
前記支持体は上面図で見ると概ね方形であり且つ少なくとも３つの空洞を含み、前記応答質量は少なくとも３つの突起を含み、前記支持体の各空洞はその中に前記突起の１つを受入れ、前記各空洞上にキャパシタ板が配置されていることを特徴とする請求項３９に記載の加速度計。
【請求項４１】
前記支持体の各側は、約１．５ｍｍ乃至約２．５ｍｍの長さを有していることを特徴とする請求項４０に記載の加速度計。
【請求項４２】
前記支持体から前記応答質量まで延びて前記応答質量を支持している３つの補助ビームを更に備え、前記各ビームは前記支持体の複数の側の１つの側から前記応答質量まで延びていることを特徴とする請求項４０に記載の加速度計。
【請求項４３】
前記支持体に結合され且つ前記応答質量に近接して配置されている作動用キャパシタ板を含むアクチュエータを更に備え、前記作動用キャパシタ板は電圧を受けて前記応答質量を前記支持体に対してふらせることができることを特徴とする請求項２９に記載の加速度計。
【請求項４４】
前記支持体から前記応答質量まで延び、前記応答質量を支持している複数のビームを更に備えていることを特徴とする請求項２９に記載の加速度計。
【請求項４５】
前記加速度計は、３つの独立した直交軸に沿う加速度を検知することができることを特徴とする請求項２９に記載の加速度計。
【請求項４６】
前記加速度計は、前記３つの各軸に沿って比較的均一な感度を有していることを特徴とする請求項４５に記載の加速度計。
【請求項４７】
前記支持体から前記応答質量まで延び且つ各々が前記応答質量を支持している３つの付加的なビームを更に備え、前記各ビーム及び前記応答質量の寸法は、Ｌを各ビームの長さとし、Ａを約６である定数とし、ｄを前記応答質量の質量の中心から各キャパシタ板の中心までの距離とし、ｅを前記応答質量の重心と各ビームの重心との間の距離として、
Ｌ２＝Ａｄｅ
であるように選択されていることを特徴とする請求項２９に記載の加速度計。
【請求項４８】
前記応答質量の少なくとも一部は、前記キャパシタ板の下に位置していることを特徴とする請求項２９に記載の加速度計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、３軸加速度計、及び３軸加速度計の製造方法に関し、詳述すれば、３つの軸に沿って概ね均一な感度を有する加速度計、並びに３つの軸に沿って概ね均一な感度を有する加速度計の製造方法に関する。
【０００２】
（従来の技術）
加速度計は、車両、航空機、機械類等を含む広範な機構に使用され、その機構に加わる加速度を検知したり、またはその機構の幾つかの部品に加わる加速度を検知したりする。多くの場合、加速度計は、望まれる部品上に取付られるように極めて小型（即ち、数平方ミリメートル程度）でなければならない。これらの小型加速度計は、表面マイクロ加工技術を使用してシリコンウェーハをエッチングし、ウェーハ上に多数の加速度計を形成させることによって形成させることが多い。次いで、各加速度計をウェーハから切り出して望まれる部品に取付ける。しかしながら、表面マイクロ加工技術を使用して達成することができるエッチングの深さが比較的浅いために、表面マイクロ加工によって作られた加速度計は、典型的には、２つの軸（即ち、加速度計の表面の面内の軸）に沿ってだけ加速度を正確に検知する。もし第３の、直交する軸に沿う加速度を正確に検知することを望むのであれば、典型的には、付加的な、別の加速度計を必要とする。従って、シリコンウェーハから形成され、３つの軸に沿う加速度を正確に検知することができる小型加速度計、並びにこのような加速度計の製造方法に対する要望が存在している。
【０００３】
（発明の概要）
本発明は、シリコンウェーハから形成され、３つの軸に沿う加速度を正確に検知することができる加速度計、並びにこのような加速度計の製造方法に関する。深反応性イオンエッチングを使用してウェーハのバルクをエッチングし、大きい厚みを有する応答質量となる加速度計の応答質量を形成させる。本発明の加速度計は、３つの軸の全てに沿う加速度を測定することができ、また３つの軸の全てに沿って概ね等しい感度で加速度を測定することができる。
【０００４】
好ましい実施の形態においては、本発明は加速度計を形成する方法に関し、本方法は、ドープされたシリコンのウェーハを準備するステップと、ウェーハ上に酸化物層を成長させるステップと、酸化物層内にアパーチャを形成するステップとを含む。本方法は更に、ウェーハ上にポリシリコンの層を形成させ、アパーチャを通してポリシリコンの一部分をウェーハと接触させるステップと、ポリシリコンの層をエッチングしてビーム及びキャパシタ板を形成させるステップとを含む。次いで、ウェーハをエッチングして応答質量及び支持体を形成させる。この応答質量の少なくとも一部分は、キャパシタ板の下に位置決めする。最後に、酸化物層をエッチングして応答質量を支持体から、及びキャパシタ板から分離させ、アパーチャを通して受入れたポリシリコンによって応答質量をビームに結合する。
【０００５】
別の実施の形態においては、本発明は加速度計に関し、本加速度計は、導電性応答質量と、支持体と、支持体及び応答質量に結合されていて応答質量を支持しているビームと、支持体に結合されている変位センサとを含み、変位センサは少なくとも３つのキャパシタ板を含み、各キャパシタ板は応答質量に近接して配置されて応答質量と共にキャパシタを形成し、加速度計に加わる加速度は支持体に対して応答質量を変位させ、支持体に対する応答質量のこの変位は少なくとも２つのキャパシタの容量に変化を生じさせ、変位センサがこの変化を検知する。
【０００６】
本発明の他の目的及び長所は、以下の添付図面に基づく説明から明白になるであろう。
【０００７】
（実施の形態）
図１に示すように、本発明のセンサ、即ち加速度計１０は、部品１２に取付けてその部品１２に加わる加速度を測定することができる。加速度計１０は、支持体１４、１組のキャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ３、及びＣ４、応答質量１６、及び支持体から応答質量まで延びる１組のビーム１８、２０、２２、２４を含んでいる。図６Ａに示すように、支持体１４は、応答質量１６の周縁の周りを延びており、上面図においては概ね方形である。支持体１４の各側は、約１．５ｍｍから約２．５ｍｍの範囲にわたる長さを有していることが好ましい。支持体１４は、１組の内向きに延びるアーム２６、２８、３０、３２、３４、３６、３８、４０をも含んでいる。隣接するアーム対は、支持体１４内に１組４つの空洞４２、４４、４６、４８を形成しており、各空洞は支持体の隅に近接して配置されている。
【０００８】
応答質量１６は支持体１４内に配置され、中央部分５０、及び４つの隅突起５２、５４、５６、５８を含んでいる。各突起５２、５４、５６、５８は、空洞４２、４４、４６、４８内に密接して受入れられている。図１及び２に示すように、各ビーム１８、２０、２２、２４の一方の端は支持体１４に接続されており、他方の端は応答質量１６の中心に接続されている。各ビーム１８、２０、２２、２４と支持体１４との間に、酸化物層６１のような非導電層が配置されている（図２及び３）。ビーム１８、２０、２２、２４は支持体１４の頂部に配置されており、応答質量がビームから吊下がるようにアンカー６０によって応答質量１６の頂部に結合されている。ビーム１８、２０、２２、２４は、応答質量１６の下に配置することもできる。何れの場合も、ビーム１８、２０、２２、２４が応答質量１６を支持する。図２−３には示されていないが、応答質量１６の下側の縁１５は支持体１４の下側の縁１７から離間しており、応答質量１６がビーム１８、２０、２２、２４から吊下がり、ビーム１８、２０、２２、２４によって支持されるようになっている。またアンカー６０は、吊下げビーム１８、２０、２２、２４と応答質量１６とを電気的に接触させている。
【０００９】
加速度計１０は４つのキャパシタ板６６、６８、７０、７２を含み、各キャパシタ板は端部分７４及び張出し部分７６を有している。各キャパシタ板６６、６８、７０、７２は、支持体１４の空洞４２、４４、４６、４８、及び応答質量１６の関連突起５２、５４、５６、５８上に配置されている。各キャパシタ板６６、６８、７０、７２と支持体１４との間には、酸化物層６１のような非導電層が配置されている（図３参照）。図１に示すように、キャパシタ板６６、６８、７０、７２が支持体１４に結合されると、各キャパシタ板の端部分７４が支持体１４に結合され、張出し部分７６は関連突起及び空洞の上に位置する。各キャパシタ板の張出し部分７６の複数の部分が支持体１４のアーム２６、２８、３０、３２、３４、３６、３８、４０に結合され、キャパシタ板を支持体に更に結び付ける。アームは、キャパシタ板６６、６８、７０、７２を支持し、板のふれを制限するのを援助する。例えば、キャパシタ板６６の張出し部分７６の複数の部分がアーム２６、２８に取付けられ、キャパシタ板６８の張出し部分７８の複数の部分がアーム３０、３２に取付けられ、キャパシタ板７０の張出し部分７６の複数の部分がアーム３４、３６に取付けられ、そしてキャパシタ板７２の張出し部分７６の複数の部分がアーム３８、４０に取付けられる。代替として、キャパシタ板は応答質量１６の下に配置することができる。
【００１０】
応答質量１６、キャパシタ板６６、６８、７０、７２、支持体１４、及びビーム１８、２０、２２、２４は導電性材料で作られ、各キャパシタ板は（酸化物層６１によって）支持体から電気的に絶縁されている。従って、各キャパシタ板／突起対は、図１にキャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ３、及びＣ４で示されているキャパシタを形成する。キャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ３、及びＣ４の材料及びサイズは、各キャパシタの公称容量値が等しくなるように整合させることが好ましい。
【００１１】
加速度計１０に加速度が加わると、応答質量１６が支持体１４に対して運動する。応答質量１６の運動自体はキャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ３、及びＣ４の容量に変化を生じさせる。キャパシタの容量の変化は、加わった加速度に逆比例する。容量の変化は当分野においては公知の手法で検知することができ、それから加速度を計算することができる。図１−３に示す座標系を参照する。例えば加速度計１０に＋Ｚ方向の加速度が加わった場合、応答質量１６は図４に実線で示す位置へ下方に（Ｚ方向に）運動する（休止中の応答質量の位置は破線で示されている）。加速力は、吊下げビーム１８、２０、２２、２４のばね力によって平衡される。応答質量１６はキャパシタ板６６、６８、７０、７２から遠去かるように運動するので、キャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ３、及びＣ４の容量は相応に変化する。キャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ３、及びＣ４の容量の変化を検知することによって、応答質量１６のふれを測定することができる。応答質量１６の測定された変位は、加速度に変換することができる。
【００１２】
図５に示すように、加速度計に＋Ｘ方向の加速度が加わると、応答質量１６はその休止位置（破線で示す）から変位した位置（実線で示す）へ傾斜する。加速度計１０にＹ方向の加速度が加わると、応答質量１６は図５に示すものと同じように（異なる軸の周りにではあるが）傾斜する。従って、Ｙ方向の加速度は、加速度計１０にＸ軸に沿う加速度が加わった場合に使用されるものと同一の方程式によって支配される。図２−３には示されていないが、応答質量１６の下側の縁１５は支持体１４の下側の縁１７から十分に離間し、応答質量１６が部品１２と係合する（即ち、“突き当たる”）ことなく下方に運動できるようにしている。
【００１３】
加速度計にＸ方向の加速度が加わった時の応答質量のふれ及び加速度は（ １／Ｃ２ − １／Ｃ３ ）に正比例する。但し、Ｃ２はキャパシタＣ２の容量であり、Ｃ３はキャパシタＣ３の容量である。図１に示すように、キャパシタＣ２及びＣ３は、Ｘ軸に沿って延びる線、即ち軸を形成している。勿論、Ｘ軸に沿って離間している何れか２つのキャパシタの容量を、Ｘ加速度を測定するために使用することができる。（ １／Ｃ２ − １／Ｃ３ ）の値は、Ｘ加速度が加えられた時に限って変化し、他の何れの加速度が加わっても変化しない。
【００１４】
同様に、加速度計にＹ方向の加速度が加わった時の応答質量のふれ及び加速度は（ １／Ｃ１ − １／Ｃ２ ）に正比例する。但し、Ｃ１はキャパシタＣ１の容量である。キャパシタＣ１及びＣ２は、Ｙ軸に沿って延びる線、即ち軸を形成している。この場合も、Ｙ軸に沿って離間している何れか２つのキャパシタの容量を使用することができ、（ １／Ｃ１ − １／Ｃ２ ）の値は、Ｙ加速度だけに応答する。
【００１５】
最後に、加速度計にＺ方向の加速度が加わった時の応答質量の変位及び加速度は １／Ｃ１、１／Ｃ２、または１／Ｃ３に正比例する。しかしながら、好ましい実施の形態では、Ｚ方向の変位は（ １／Ｃ１ ＋ １／Ｃ３ ）に基づいて計算される。（ １／Ｃ１ ＋ １／Ｃ３ ）の値は、Ｚ加速度だけに応答する。
【００１６】
以下に、加速度計のキャパシタを監視するのに有用な処理回路の好ましい実施の形態を説明するが、以上に説明した加速度計構造と組合わせる他の適当な処理回路を開発乃至は使用できることを理解されたい。図２１に示す加速度計を監視するための好ましい回路形態２００は、切替えキャパシタ式の回路アプローチになっている。回路２００には３つの切替えキャパシタ増幅段２０２、２０４、及び２０６が設けられ、各段は演算増幅器２０３、２０５、及び２０７をそれぞれ含んでいる。回路２００の最終段２０８は、４つのトラックホールド回路モジュールＴ／Ｈ１、Ｔ／Ｈ２、Ｔ／Ｈ３、及びＴ／Ｈ４からなっている。各トラックホールド回路モジュールは、それぞれのモジュールが増幅段２０６の電圧出力レベルをサンプルする時点を制御するサンプリングトリガ入力２１０−１、２１０−２、２１０−３、及び２１０−４をそれぞれ含み、またそれぞれの出力２１２−１、２１２−２、２１２−３、及び２１２−４を更に含んでいる。
【００１７】
加速度計のキャパシタＣ１、Ｃ２、及びＣ３は、増幅段２０２のフィードバック経路内に並列に接続されており、それぞれＣＸ１、ＣＸ２、及びＣＸ３で示されている。各キャパシタＣＸ１、ＣＸ２、及びＣＸ３はそれぞれ、電子スイッチＳ１、Ｓ２、及びＳ３と直列に接続されている。これらの電子スイッチは、キャパシタを回路に接続したり、回路から切り離したりする。電子スイッチＳ１２がキャパシタと参照電圧Ｖ０との間に直列に接続されている。増幅段２０２のフィードバック経路内には、電子スイッチＳ６も設けられている。このように、増幅段２０２には４つの潜在的なフィードバック経路が存在しており、これらは所望の回路出力を達成するように選択される。
【００１８】
増幅段２０２への入力は、スイッチング回路２１４（２入力／２出力マルチプレクサであることができる）を通して印加される。即ち、スイッチング回路２１４及び電子スイッチＳ１及びＳ２を制御することによって、１．２５Ｖのような参照電圧Ｖｒｅｆが選択的に印加される。スイッチＳ１及びＳ２は、増幅段２０２への入力を、スイッチング回路２１４の上側出力と下側出力との間で切替えるように制御される。スイッチング回路２１４への制御入力Ｐは、スイッチング回路のどちらの出力を高（１．２５Ｖ）にし、どちらの出力を低（接地）にするかを制御する。
【００１９】
第２及び第３の増幅段２０４及び２０６は、各々、選択可能なフィードバック経路を含んでいる。選択可能な経路の一方は電子スイッチＳ８またはＳ１１と直列のキャパシタＣ６を含み、他方は電子スイッチＳ７またはＳ１０を通る直接接続によって形成されている。容量性フィードバック経路に、電子スイッチＳ９及びＳ１２を通して参照電圧Ｖ０を選択的に印加することもできる。
【００２０】
図２２に、回路２００から所望の出力を達成するためのタイミング図２２０を示す。図示したクロック信号を生成するためのタイミング回路（図示してない）は、当業者ならば容易に開発することができよう。信号ＣＨ１はスイッチＳ５を制御し、信号ＣＨ２はスイッチＳ４を制御し、信号ＣＨ３はスイッチＳ３を制御し、信号Ｐはスイッチング回路２１４の出力状態を制御し、信号φ１２はスイッチＳ１３を制御し、信号φ１３はスイッチＳ１を制御し、信号φ１４はスイッチＳ２を制御し、信号Ｃｏｍｐは第２段２０４への入力として設けられており、信号φ２１はスイッチＳ７及びＳ９を制御し、信号φ２２はスイッチＳ８を制御し、信号φ３はスイッチＳ１０及びＳ１２を制御し、信号φ３２はスイッチＳ１１を制御し、信号ＴＲＡＣＫ１はＴ／Ｈ１入力２１０−１へ印加され、信号ＴＲＡＣＫ２はＴ／Ｈ２入力２１０−２へ印加され、信号ＴＲＡＣＫ３はＴ／Ｈ３入力２１０−３へ印加され、そして信号ＴＲＡＣＫ４はＴ／Ｈ４入力２１０−４へ印加される。
【００２１】
加速度イベント中に図２２に示すタイミング信号を使用することによって、Ｘ、Ｙ、及びＺ加速度成分を決定することができる。詳しく説明するために、図２３を参照する。キャパシタＣｘ１及びＣｘ２を順次に増幅段２０２のフィードバック経路内へスイッチングして得られる各増幅段の電圧出力が、テーブルセグメント２３０に示されている。得られた第３段出力は、所望の（ １／Ｃ１ − １／Ｃ２ ）成分を含んでいる。同様に、テーブルセグメント２３２は、キャパシタＣｘ３及びＣｘ１を順次に増幅段２０２のフィードバック経路内へスイッチングした時の増幅段出力を示している。注目すべきは、キャパシタＣｘ１がフィードバック経路内へスイッチされる時にはタイミング信号Ｐが高になり、臨界的な第３段出力成分が減算的ではなく、加算的であることである。テーブルセグメント２３４は、キャパシタＣｘ２及びＣｘ３を順次に増幅段２０２のフィードバック経路内へスイッチングした時の増幅段出力を示している。第３段出力は、所望の（ １／Ｃ１ − １／Ｃ３ ）を含む。テーブルセグメント２３６は、どのキャパシタも増幅段２０２のフィードバック経路内へスイッチングされない時の増幅段出力を示している。Ｇ１及びＧ２はそれぞれ段２０４及び２０６の利得定数を表し、使用される電子部品毎に既知である。
【００２２】
各増幅段においては、クロック相１の間に増幅器がリセットされ、出力はＶ０にセットされる。クロック相２においては、増幅器は、将にリセットスイッチが開いた時の電圧値と比較した入力の電圧変化を増幅する。第１段２０２、第２段２０４、及び第３段２０６のためのクロック周波数は、タイミング図２２０に示すようにｆ、ｆ／２、及びｆ／４である。周波数ｆは、数１０ｋＨｚの範囲であることが好ましい。クロック信号が“高”であることはスイッチが閉じていること、また“低”であることはスイッチが開いていることを意味する。
【００２３】
第１段２０２においては、動作は２サイクル毎に繰り返される。第１サイクル中に刺激信号が入力に印加され、従って、第１段出力は（ＶｒｅｆＣｏ）／Ｃｘと、幾らかの回路オフセット誤差との和になる。第２サイクル中には、入力に刺激信号は印加されず、第１段出力は単にオフセット誤差になる。第２段２０４の各サイクル中に、演算増幅器は第１段の２つのサイクル間の出力差を増幅する。このようにすることによって、第２段２０４の出力は、オフセット誤差を伴わないセンスキャパシタの一方を表す信号になる。不要のセンサオフセットは、Ｃ８に信号“Ｃｏｍｐ” （負のオフセット）を意図的に印加することによって相殺する。好ましい配列では、第２段の利得は約５である。第３段２０６の各サイクル中に、回路は第２段２０４の２つのサイクル中に生成された出力間の差を計算し、増幅する。理想的には、第２段の出力は、何等のオフセット誤差をも伴わない１／Ｃｘに対応する。切替えキャパシタ回路自体は、減算を遂行できるだけである。従って、所望の成分（ １／Ｃ３ ＋ １／Ｃ１ ）を求めるためには、Ｃ１が選択された時にスイッチング回路２１４を使用して第１段に印加される刺激の極性を変化させる。
【００２４】
各トラックホールドモジュール（図２３の第６列）は、出力における電圧が、図示したテーブルの隣の第５列に示す値に一致した時に第３段出力をサンプルするように制御される。従って、加速度監視シーケンスの終わりには、各トラックホールドモジュールは関連する加速度を表す出力を格納している。モジュールＴ／Ｈ１はＹ方向の加速度を表す値を格納し、モジュールＴ／Ｈ２はＺ方向の加速度を表す値を格納し、そしてモジュールＴ／Ｈ３はＸ方向の加速度を表す値を格納している。第５列に示すように、加速度を表す第３段出力は全て、成分“ｏｆｆｓｅｔ２”を含む。モジュールＴ／Ｈ４はこの値“ｏｆｆｓｅｔ２”を格納しており、各加速度を表す出力からそれを減算して加速度に正比例する最終出力を供給できるようにする。例えば、モジュールＴ／Ｈ１内の値からモジュールＴ／Ｈ４内の値を減算し、得られた最終値を、格納されている加速度マップを参照するために使用してＹ方向加速度を決定することができる。代替として、得られた最終値を、Ｙ方向加速度を直接計算するために使用することができる。何れの場合も、当分野においては公知の適当な処理回路２４０を設けてこれらの機能を遂行させる。Ｘ方向加速度及びＺ方向加速度を決定するために、同じような動作が遂行される。
【００２５】
キャパシタＣ１、Ｃ２、及びＣ３、及び関連回路は、一緒になって変位センサ８０（図１）を形成している。変位センサ８０は、キャパシタの容量の変化に基づいて加速度計に加わる加速度を決定することができる。３つの軸に沿う加速度を検知するために、各キャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ３を加速度計１０の隅に配置することが好ましい。このようにすると、キャパシタＣ１及びＣ２は、キャパシタＣ２及びＣ３によって形成される線に対して直角な線を形成する。これにより、加速度計１０は３つの全ての軸に沿う加速度を検知することが可能になる。
【００２６】
図１に戻って、加速度計１０は、応答質量１６と共にキャパシタＣ４を形成する第４のキャパシタ板７２を含むことができる。キャパシタＣ４は、自己試験機構を実現するために使用されるアクチュエータとして使用することが好ましい。自己試験を開始させるために直流電圧をキャパシタ板７２に印加すると、応答質量１６がふれる（即ち、Ｚ方向に上方に）。応答質量１６のふれは、センスキャパシタＣ１、Ｃ２、及びＣ３によって検知することができ、測定されたふれは、検知された応答質量の変位が予測される変位と相関するか否かを調べるために解析することができる。
【００２７】
加速度計の３軸の感度が均一である、即ち、Ｘ、Ｙ、またはＺ軸に沿って所与の加速度が加わった場合に応答質量１６の変位が各場合に同一であることが望まれることが多い。Ｚ方向に加速度が加わった時の応答質量１６のＺ方向のふれは、次の方程式によって表される。
ΔＤＺ＝（１−γ２）Ｌ３ｍａＺ／４Ｅｂｈ３ 　　　　　　　　　（１）
【００２８】
ここに、Ｅはビーム１８、２０、２２、２４のヤング係数であり、γはビームのポアソン比であり、ｂ、ｈ、及びＬはそれぞれビームの幅、厚み、及び長さであり、ｍは応答質量１６の質量であり、ａＺはＺ方向における加速度である。ｂ、ｈ、Ｌ及びｍの異なる組合わせを選択することによって、広範な加速度計１０感度を達成することができる。
【００２９】
加速度計１０にＸまたはＹ方向の加速度が加わった時の、センスキャパシタ板の中心点に対する応答質量のふれは次式で表すことができる。
ΔＤＸ（Ｙ）＝３（１−γ２）ＬｄｅｍａＸ（Ｙ）／２Ｅｂｈ３ 　　　　（２）
【００３０】
但し、ｄは各ビーム１８、２０、２２、２４の端（即ち、アンカー６０）からセンスキャパシタ板の中心までの距離（図２に示す）であり、ｅは応答質量の重心と吊下げビームの重心との間の距離（図２に示す）であり、ａＸはＸ方向における加速度である。加速度計１０の均一な感度を達成するために、応答質量は同一の加速度に対して３方向の全てに同一の距離だけふれるべきである。従って、等加速度ａＸ（Ｙ）＝ａＺであるとすれば、ΔＤＸ（Ｙ）（式（２））はΔＤＺ（式（１））に等しくセットされる。上式の共通項を消去すると、
Ｌ２＝Ａｄｅ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（３）
であることが分かる。
【００３１】
従って、３軸の感度を均一にするためには、式（３）の条件を加速度計の設計に採り入れなければならない。典型的な表面マイクロ加工された加速度計では、ｅは式（３）の条件を実際に達成できない程極めて小さい（数ミクロン程度）。換言すれば、ｅの小さい値を補償するために、Ｌを十分に小さくすることはできず、またｄを十分に大きくすることはできない。しかしながら、深反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）を使用した場合には、３軸に均一な感度が達成されるようにｅをＬと同程度の大きさにすることができる。式Ｌ２＝Ａｄｅにおいて、定数Ａは好ましくは約６であるが、この値はある整数まで、または６より大きく（即ち、約４から約８まで）変えることができ、それでも受容できる感度が得られる。
【００３２】
加速度計は、４つのビーム１８、２０、２２、２４を使用するように図示されている。しかしながら、応答質量を支持するために、単一のビーム（または他の類似構造）だけを使用することができる。この場合、ビーム及び応答質量は、均一な感度を有する加速度計が得られるような形状であることができる。しかしながら、ビーム及び応答質量の形状を決定するためには、上記Ｌ２＝Ａｄｅ以外の式が使用されよう。
【００３３】
前述したように、ΔＤＸ＝ΔＤＺである時に、（ １／Ｃ１ − １／Ｃ２ ）の変化が（ １／Ｃ１ ＋ １／Ｃ３ ）の変化に等しいものとしている。しかしながら、応答質量のＺ方向の運動は並進運動であり（図４参照）、一方Ｘ加速度が加わった時の応答質量の運動は回転運動である（図５参照）。従って、ΔＤＸ＝ΔＤＺである時のΔ（ １／Ｃ１ − １／Ｃ２ ）＝Δ（ １／Ｃ１ ＋ １／Ｃ３ ）とする仮定は、完全に正確ではない。しかしながら、加速度計のジオメトリの故に、結果的な誤差は受容できる範囲内にあることが期待される。機械的観点からは、応答質量のふれの全範囲がビームの厚みの３０％より小さい場合には、加速度計の良好な直線性を達成することができる。本設計を使用すると、応答質量のふれの全範囲をビームの厚みの４％またはそれより小さくすることができる。
【００３４】
図１−６に示す加速度計を形成するための好ましいプロセスが図７−１３に示されており、以下に説明する。図７に示すように、プロセスは、好ましくは重くドープされたシリコンウェーハ１００から開始される。ウェーハは、典型的には約４００乃至６００ミクロン厚である。ウェーハは、ガラス、炭化シリコン、ポリシリコン、または多くのセラミックのような、シリコン以外の他の材料であることができる。ウェーハ１００は、当分野においては公知のバッチ処理技術を使用してウェーハ上に複数の加速度計を同時に形成するようにエッチングすることができる。例えば、１０００またはそれ以上の加速度計を、直径４インチのウェーハ上に製造することができる。しかしながら、説明を容易にするために、図７−２０及び２４−３０では、ウェーハ１００上に単一の加速度計だけを形成させるように図示してある。
【００３５】
二酸化シリコンのような頂部酸化物層１０２及び底部酸化物層１０４を、シリコンウェーハ１００上に成長させる。酸化物層１０２、１０４の厚みは変化させても差し支えないが、典型的な酸化物層の厚みは約１ミクロンである。次いで、頂部酸化物層１０２の中心にアパーチャ１０６を形成することによって酸化物層をパターン化する。頂部酸化物層１０２をパターン化するためには、乾式または湿式エッチング技術の何れかを使用することができる。アパーチャ１０６の位置が、最終的にはアンカー６０の位置（即ち、ビーム１８、２０、２２、２４が応答質量１６に取付けられる位置）である。次に図９に示すように、酸化物層１０２、１０４上にポリシリコンの頂部層１１０及び底部層１１１を堆積させる。ポリシリコンの底部層１１１の堆積は製造プロセスに必ずしも必要ではないが、この層はポリシリコンの頂部層１１０を堆積させる際の副産物であり、その後に除去される。頂部ポリシリコン層１１０は、その導電度を改善するために重くドープする（例えば、ｎ型に）ことが好ましく、約５−１０ミクロン厚であることができる。アモルファスシリコン、重くドープしたシリコン、ガラス、炭化シリコン、セラミック、サファイア、単結晶シリコン、金属、ポリイミド、絶縁体上のシリコン等のような、ポリシリコン以外の他の材料も使用することができる。
【００３６】
図１０に示すように、次にポリシリコンの頂部層１１０をパターン化して所望形状の吊下げビーム１８、２０、２２、２４、及びキャパシタ板６６、６８、７０、７２（即ち、図１−３及び６Ｂに示す吊下げビーム及びキャパシタ板の形状）を形成させる。このステップ中に、吊下げビーム１８、２０、２２、２４内に（図１０に示すように）及びキャパシタ板６６、６８、７０、７２内に（図１０には示されていない）一連の解放孔１１４を形成させる。解放孔１１４は図１に示してあり、湿式エッチング材のための導管として使用される（詳細に関しては後述する）。図１０に示すステップ中にポリシリコンの頂部層１１０をエッチングするために使用されるマスクは、吊下げビーム１８、２０、２２、２４、キャパシタ板６６、６８、７０、７２、及び解放孔１１４のサイズ及び形状を変化させるために変えることができる。ポリシリコンの頂部層１１０をエッチングするためには種々の技術を使用することができるが、反応性イオンエッチングのような乾式エッチングが好ましい。
【００３７】
次いで図１１に示すように、ポリシリコンの底部層１１１を除去する。次に図１２に示すように、底部酸化物層１０４を除去し、ウェーハ１００の裏側をエッチング（好ましくはＤＲＩＥを使用）して図６Ａまたは６Ｃに示すような突起５２、５４、５６、５８及び空洞４２、４４、４６、４８を含む支持体１４及び応答質量１６の形状を限定する。この場合も、所望の品質を有する加速度計１０が得られるように、このステップ中に支持体１４及び応答質量１６のサイズ及び形状を制御することができる。例えば、もし望むならば応答質量１６を、Ｌ及びｂの値が異なる図６Ａまたは６Ｃに示す応答質量のような形状にすることができる。最後に、図１３に示すように、応答質量１６と吊下げビーム１８、２０、２２、２４との間、及び応答質量１６とキャパシタ板６６、６８、７０、７２との間の上側酸化物層１０２を除去することによって、デバイスを解放させる。上側酸化物層１０２のこれらの部分は、フッ化水素酸（ＨＦ）のような湿式エッチング材を用いて除去することが好ましい。湿式エッチング材は、解放孔１１４及び図１２に示す間隙１２０を通って吊下げビーム１８、２０、２２、２４と支持体１４、及びキャパシタ板６６、６８、７０、７２と応答質量１６を接続している酸化物１０２をエッチングして除去する。このステップ中のエッチングによる解放時間は、応答質量１６とビーム１８、２０、２２、２４との間の接触（即ち、アンカー６０）、及びビームと支持体１４との間の接触（即ち、酸化物層６１）を残すように、注意深く制御しなければならない。このステップ中のエッチングプロセスの制御をより精密にするために、緩衝されたフッ化酸素酸を使用することができる。アンカー６０は好ましくは少なくとも約５０ミクロンであり、解放孔間の距離は好ましくは約２５ミクロンである。
【００３８】
上述したプロセスは、図１−３に示す加速度計１０を形成するための好ましい方法であるが、加速度計を形成するために本発明の範囲から逸脱することなく異なるステップを使用することができる。単一の、より大きいウェーハ（図示してない）上に多数の加速度計１０を同時にエッチングすることができる。もしこのようにするのであれば、各加速度計は、当分野においては公知の手法で（例えばダイシングによって）大きいウェーハから切り離さなければならない。切り離した加速度計１０を、ハウジングまたはパッケージング（図示してない）内にパッケージする。次いで、１組のワイヤーを加速度計１０に電気的に結合して加速度計を信号処理回路またはマイクロプロセッサに結合し、ワイヤーの端をパッケージングの外側へ延ばす。キャパシタ板６６、６８、７０、７２の端部分７４は結合用パッドとして働き、ワイヤーをはんだ付け、ボンド、またはそれ以外に取付けることができる好都合な表面をなす。各ビーム１８、２０、２２、２４も結合用パッド９１を含み、その上にワイヤーをはんだ付け、ボンド、またはそれ以外に取付けることができる。ビームの１つの結合用パッド９１の１つに結合されるワイヤーは、応答質量１６に電気的に結合される（何故ならば、ビームは、アンカー６０によって応答質量に電気的に結合されている（図２）からである）。更に、ビーム１８、２０、２２、２４と支持体１４との間の酸化物層６１（図３）によって、ビームは支持体１４から電気的に絶縁される。
【００３９】
応答質量１６の質量は、加速度計１０の特性を期待される動作状態に調整するために、製造プロセス中に選択することができる。即ち、応答質量１６のサイズ、形状、及び質量は、期待される加速度範囲に加速度計を適合させるように調整することができる。例えば、比較的低加速度が予測される場合には、より大きく重い応答質量１６が望ましい。これに対して、大きい加速度が予測される場合には、より小さく軽量の応答質量１６が望まれる。本発明によって提供される１つの長所は、応答質量の形状及び質量が、製造プロセスの比較的遅くまで決定されないことである。これにより、柔軟な製造便益が提供される。
【００４０】
例えば、もし応答質量１６の所望サイズが予め分かっていなければ、多数の加速度計を部分的に形成して貯蔵しておくことができる。応答質量の所望パラメータが分かった時に、貯蔵されていた部分的に完成している加速度計を貯蔵庫から取出し、それらを完成させるように迅速に処理することができる。例えば、製造業者は、多数のウェーハを図１１に示す処理ステップまで処理し、これらの部分的に完成したウェーハを貯蔵することができる。顧客から注文を受けた時に、顧客から与えられた加速度計仕様に基づいて応答質量１６の所望の形状及びサイズを計算することができる。その後に、部分的に完成したウェーハを貯蔵庫から取出し、顧客の仕様に従って処理することができる。これは、製造業者に柔軟性と迅速な応答とを与える。
【００４１】
前述したように、加速度計１０のさまざまな部品のサイズ、形状、厚み、及び材料は、期待される動作特性に加速度計を適合させるように変化させることができる。例えば、応答質量１６のサイズ及び形状は、応答質量を加速度計の期待される範囲に合わせるように変化させることができる。図６Ｃに示す応答質量１６は、図６Ａの応答質量に比して小さい。しかしながら、ある場合には、図６Ｃに示す応答質量１６の質量より更に小さくすることが望ましいかも知れず、これは、応答質量のアーム１９（図６Ｃ）及び突起５２、５４、５６、５８を形成している区分を含む応答質量１６の裏側をエッチングして達成される。
【００４２】
図２０は、応答質量１６の質量を小さくするために、応答質量１６の裏側をエッチングしてあるような、加速度計１０の代替実施の形態１０’を示している。この実施の形態は、加速度計が高加速度を測定する必要がある場合、及び応答質量１６を応答質量のサイズより大きく減少させる必要がある場合に使用されるものであり、図７−１３に示すプロセスに従って製造することができる。この場合、応答質量１６に付加的なＤＲＩＥエッチングを適用し、突起５２、５４、５６、５８の下の応答質量の裏側を除去することができる。突起５２、５４、５６、５８の裏側のエッチングは、突起５２、５４、５６、５８の頂部部分にキャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４を形成させ続けるように注意深く制御しなければならない。
【００４３】
図１４−２０は、応答質量１６の質量を更に小さくする１つの技法を示している。図７のウェーハ１００は、頂部ポリシリコン１１０をパターン化し、ポリシリコンの底部層１１１を除去した後に、図１１及び図１４に示すような形態になる（図１４−２０はウェーハ１００の例えば図１の３−３矢視“対角線”断面図であるのに対して、図７−１３は図１の２−２矢視側断面図である）。
【００４４】
次いで、図１５に示すように、第１の湿式エッチングまたは乾式エッチングを使用して底部酸化物層１０４をパターン化する。次に図１６に示すように、底部酸化物１０４の頂部をフォトレジスト１２６で被膜し、パターン化する。後述するように、この点において底部酸化物１０４の頂部にフォトレジスト１２６を付加することが有利である。ウェーハ１００の下側からエッチングすることを望む余分な質量は、フォトレジスト１２６によってカバーされない。次いで、ＤＲＩＥを使用してウェーハ１００を時間エッチングし、底部酸化物１０４及びフォトレジスト１２６によってカバーされていないウェーハ１００の領域を、所定の深さ（一実施の形態においては、約５０ミクロン）まで除去する（図１７）。
【００４５】
フォトレジスト１２６は、ウェーハ１００のバルクをエッチングする前にウェーハ１００上に配置されているので、このエッチングステップの後にフォトレジストをウェーハ上に配置する必要はない。これは、有利である。何故ならば、もしウェーハ１００をエッチングした後にフォトレジストを付加するのであれば、ウェーハの新たにエッチングされた領域１１３（図１７）がフォトレジストによって被膜されてしまうからである。
【００４６】
この第１のエッチングの後にウェーハ１００を液体エッチング材内に配置し、露出されている酸化物１０４（即ち、フォトレジストによってカバーされていない酸化物）をエッチングする（図１８）。底部酸化物１０４を除去した後に、第２のＤＲＩＥ限時エッチングを使用して質量１６内の余分な質量を所定の深さまで除去する（図１９）。このステップ中にエッチングによって除去される領域は、フォトレジスト層１２６によって制御される。応答質量１６が完全に除去されてしまわないように、また応答質量の複数の部分が各キャパシタ板の下に位置してキャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ３、及びＣ４の電極として働くように、注意を払わなければならない。次いで、頂部酸化物層１０２、フォトレジスト１２６、及び底部酸化物層１０４を除去し、図２０に示す加速度計１０’を形成する。
【００４７】
得られた加速度計１０’は、部分１３（図１−３の加速度計１０に対して除去されている部分）が除去されている応答質量１６を有している。中心区分５０、アーム１９、及び突起部分５２、５４、５６、５８は、必要とされる最小の厚みまでエッチングして応答質量の質量を小さくすることができる。これによって、応答質量１６の重量が減少する（加速度計１０’がより高い加速度を検知できることを意味する）。図１４−２０の付加的なエッチングステップはｅを変化させるので、均一な加速度計の感度を達成するためには、外部プロセッサまたは回路において適切な補償が必要になる。勿論、本発明の範囲から逸脱することなく、応答質量を減少させるためにウェーハの裏側をエッチングする他の方法を使用することができる。
【００４８】
図２４−３０は、図１−３の加速度計１０に類似する加速度計を形成する方法を示している。図２４に示すように、プロセスは、頂部シリコン層１４２及び中間酸化物層１４４を有するウェーハ１４０から開始される。ウェーハ１４０は好ましくは重くドープされたシリコンであり、頂部シリコン層１４２は好ましくは約５−１０ミクロン厚であって同じく重くドープされている。中間酸化物層１４４は、好ましくは約１ミクロン厚である。
【００４９】
図２５に示すように、頂部キャパシタ板６６、６８、７０、７２、吊下げビーム１８、２０、２２、２４、解放孔１１４、及びアンカー６０のための開口１４８を形成させるために、頂部シリコン層１４２をパターン化する。次に、図２６に示すように、頂部シリコン層１４２をフォトレジスト層１５０で被膜し、アンカー領域及び開口１４８に窓１５２をあけるようにパターン化する。図２７に示すように、開口１４８の下に位置する酸化物層１４４の部分を除去し、次いでフォトレジスト１５０を除去する。次に、金属のような導体を開口１４８内に堆積させ（図２８）、吊下げビーム１８、２０、２２、２４と、応答質量として形成されるウェーハ１４０の部分との間に電気接触が得られるように、アンカー６０’を形成する。もしアンカー６０’を形成するために金属を使用するのであれば、その金属はＨＦに対して耐性を有することが好ましい。
【００５０】
図２９に示すように、ウェーハ１４０の裏側をエッチングして支持体１４及び応答質量１６を形成する。次いで、酸化物層１４４をエッチングして応答質量１６を解放し、図３０に示すような加速度計１０”を形成する。これで、前述したように加速度計１０”をパッケージし、顧客へ出荷することができる。
【００５１】
以上に本発明を好ましい実施の形態に関して詳細に説明したが、本発明の範囲から逸脱することなく多くの変更及び変形が可能であることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の加速度計の一実施の形態の上面図である。
【図２】
図１の加速度計の２−２矢視断面図である。
【図３】
図１の加速度計の３−３矢視断面図である。
【図４】
本発明の加速度計にＺ方向の加速度が加わった時の概要図である。
【図５】
本発明の加速度計にＸ方向の加速度が加わった時の概要図である。
【図６Ａ】
図１の加速度計の支持体及び応答質量の上面図である。
【図６Ｂ】
図１の加速度計のキャパシタ板の詳細図である。
【図６Ｃ】
支持体、及び応答質量の代替実施の形態の上面図である。
【図７】
図１の加速度計を製造する方法の最初のステップを示す断面図である。
【図８】
図７のステップに続くステップを示す図である。
【図９】
図８のステップに続くステップを示す図である。
【図１０】
図９のステップに続くステップを示す図である。
【図１１】
図１０のステップに続くステップを示す図である。
【図１２】
図１１のステップに続くステップを示す図である。
【図１３】
図１２のステップに続くステップを完了した後の完成した加速度計を示す図である。
【図１４】
図１の加速度計の代替実施の形態を製造する方法の最初のステップを示す断面図である。
【図１５】
図１４のステップに続くステップを示す図である。
【図１６】
図１５のステップに続くステップを示す図である。
【図１７】
図１６のステップに続くステップを示す図である。
【図１８】
図１７のステップに続くステップを示す図である。
【図１９】
図１８のステップに続くステップを示す図である。
【図２０】
図１９のステップに続くステップを完了した後の完成した代替加速度計を示す図である。
【図２１】
加速度計の加速を監視するための回路構成である。
【図２２】
図２１の回路から所望の出力を得るためのタイミング図である。
【図２３】
図２１の回路構成の増幅器に対応する増幅器出力テーブルである。
【図２４】
図１−３の加速度計を製造する代替方法の最初のステップを示す断面図である。
【図２５】
図２４のステップに続くステップを示す図である。
【図２６】
図２５のステップに続くステップを示す図である。
【図２７】
図２６のステップに続くステップを示す図である。
【図２８】
図２７のステップに続くステップを示す図である。
【図２９】
図２８のステップに続くステップを示す図である。
【図３０】
図２９のステップに続くステップを完了した後の完成した加速度計を示す図である。
【図２１】
2004506176.tif 000003
【図２３】
2004506176.tif 000004
【国際公開パンフレット】
2004506176.tif 000005
2004506176.tif 000006
2004506176.tif 000007
2004506176.tif 000008
2004506176.tif 000009
2004506176.tif 000010
2004506176.tif 000011
2004506176.tif 000012
2004506176.tif 000013
2004506176.tif 000014
2004506176.tif 000015
2004506176.tif 000016
2004506176.tif 000017
2004506176.tif 000018
2004506176.tif 000019
2004506176.tif 000020
2004506176.tif 000021
2004506176.tif 000022
2004506176.tif 000023
2004506176.tif 000024
2004506176.tif 000025
2004506176.tif 000026
2004506176.tif 000027
2004506176.tif 000028
2004506176.tif 000029
2004506176.tif 000030
2004506176.tif 000031
2004506176.tif 000032
2004506176.tif 000033
2004506176.tif 000034
2004506176.tif 000035
2004506176.tif 000036
2004506176.tif 000037
2004506176.tif 000038
2004506176.tif 000039
2004506176.tif 000040
2004506176.tif 000041
2004506176.tif 000042
2004506176.tif 000043
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004506176.tif 000044
2004506176.tif 000045
【国際調査報告】
2004506176.tif 000046
2004506176.tif 000047
2004506176.tif 000048