(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に、製造終了時に可動状態となる可動部と、可動部との間に空隙を隔てて配置された固定部と、可動部と固定部との間の空隙内に配置されているとともに製造終了時に消失するダミー部とに分離されている凸パターンを形成し、
可動部からダミー部を経て固定部に至る領域に犠牲層を堆積し、
犠牲層を堆積した後にダミー部を除去する
工程群を有する微小構造体の製造方法。
【請求項２】
犠牲層上に構造層を形成し、
犠牲層を堆積した後、または、構造層を形成した後に、ダミー部を除去し、
構造層を形成した後に、犠牲層を除去することを特徴とする請求項１に記載の微小構造体の製造方法。
【請求項３】
ＳＯＩ基板の絶縁層上のＳＯＩ層に絶縁層に達する凸パターンを形成し、その後に絶縁層を除去することによって半導体基板に対して可動状態となる可動部を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の微小構造体の製造方法。
【請求項４】
犠牲層を堆積した後に、犠牲層の上面からダミー部に達する孔を形成し、その孔からダミー部をエッチングして除去し、その犠牲層上にさらに別の犠牲層を堆積し、その別の犠牲層上に開口群を有する構造層を形成し、その開口群から犠牲層をエッチングして除去することを特徴とする請求項２または３に記載の微小構造体の製造方法。
【請求項５】
開口群を有する構造層を形成した後に、エッチングマスクとなる別の犠牲層で構造層を覆い、その別の犠牲層の上面からダミー部に達する孔を形成し、その孔からダミー部をエッチングして除去し、ついで犠牲層をエッチングして除去することを特徴とする請求項２または３に記載の微小構造体の製造方法。
【請求項６】
犠牲層を堆積した後に、犠牲層の上面から固定部に達するコンタクト孔を形成し、その後に犠牲層上に構造層を形成することを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の微小構造体の製造方法。
【請求項７】
開口群が形成された構造層上に透過膜を形成し、その透過膜上に真空中または不活性ガス雰囲気中で封止膜を形成することを特徴とする請求項２から６のいずれかに記載の微小構造体の製造方法。
【請求項８】
基板の表面に、断面視したときに空隙を隔てて配置されている少なくとも２つの凸パターンを提供する固定部と、２つの凸パターン間の空隙内に配置されているとともに製造終了時に消失する凸パターンを提供するダミー部を形成し、
固定部の２つの凸パターン間に亘る領域に犠牲層を堆積し、
犠牲層を堆積した後にダミー部を除去する
工程群を有する微小構造体の製造方法。
【請求項９】
犠牲層上に構造層を形成し、
犠牲層を堆積した後、または、構造層を形成した後に、ダミー部を除去し、
構造層を形成した後に、犠牲層を除去することを特徴とする請求項８に記載の微小構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造技術を用いて微小構造体を製造する方法に関する。本発明はまた、その結果製造される新規な微小構造体にも関する。本発明は、例えば角速度センサや加速度センサとして利用することができる振動式センサ等を製造する場合に好適に用いることができる。
【０００２】
【従来の技術】
図１に従来の角速度センサの平面図を示す。図１の角速度センサは、大きく分けて、基板２と、基板２の中央に配置された振動体３と、振動体３のｘ軸方向（図示上下方向）両側に固定された２つの励振電極４ａ、４ｂと、振動体３のｙ軸方向（図示左右方向）両側に固定された４つの検出電極２８ａ〜２８ｄを備えている。
振動体３は、開口群２４を有する可動部２２と、可動部２２からｙ軸方向に伸びる櫛歯電極２６ａ、２６ｂと、可動部２２からｘ軸方向に伸びる４本のビーム２０ａ〜２０ｄと、各ビーム２０ａ〜２０ｄのｘ軸方向上端または下端に結合されたリンク１６ａ、１６ｂと、各リンク１６ａ、１６ｂのｘ軸方向上端または下端に結合された櫛歯電極１８ａ、１８ｂと、各リンク１６ａ、１６ｂからｙ軸方向に伸びる４本のビーム１２ａ〜１２ｄと、各ビーム１２ａ〜１２ｄの左端または右端に結合された４つのリンク１４ａ〜１４ｄと、各リンク１４ａ〜１４ｄからｙ軸方向に伸びる８本のビーム１０ａ〜１０ｈと、各ビーム１０ａ〜１０ｈの右端または左端に結合された８つのアンカー８ａ〜８ｈを有する。各アンカー８ａ〜８ｈは基板２に固定されている。振動体３のアンカー８ａ〜８ｈ以外の部分は、基板２との間にｚ軸方向（紙面垂直方向）に間隙を隔てて配置されている。この構成によって、可動部２２はｘ軸方向とｙ軸方向に変位可能（振動可能）となっている。
【０００３】
各励振電極４ａ、４ｂにはそれぞれ櫛歯電極６ａ、６ｂが結合されている。各櫛歯電極６ａ、６ｂはそれぞれ、振動体３の櫛歯電極１８ａ、１８ｂと非接触で噛合っている
各検出電極２８ａ〜２８ｄにはそれぞれ櫛歯電極３０ａ〜３０ｄが結合されている。櫛歯電極３０ａ、３０ｂは振動体３の櫛歯電極２６ａと非接触で噛合っている。櫛歯電極３０ｃ、３０ｄは振動体３の櫛歯電極２６ｂと非接触で噛合っている。
【０００４】
図１の角速度センサでは、励振電極４ａ、４ｂに交互に電圧を印加することによって、櫛歯電極６ａと櫛歯電極１８ａ間、あるいは櫛歯電極６ｂと櫛歯電極１８ｂ間に静電引力を交互に発生させて可動部２２をｘ軸方向に振動させる。この状態で角速度センサの全体がｚ軸回りに角速度Ωで回転すると、可動部２２にはコリオリ力が作用する。この結果、可動部２２はｙ軸方向にも振動する。このｙ軸方向の振動を櫛歯電極３０ａ、３０ｂと櫛歯電極２６ａの間、あるいは櫛歯電極３０ｃ、３０ｄと櫛歯電極２６ｂの間の静電容量の変化として検出することによって、角速度Ωを検出することができる。
【０００５】
図１の角速度センサの形状を簡略化して示す図２の角速度センサの製造方法を次に説明する。図２の角速度センサは、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板との間にｚ軸方向に空隙を隔てて配置された開口群４８を有する可動部４４ａと、基板に結合されているとともに可動部４４ａの周囲に空隙５０を隔てて配置されている固定部４４ｂと、可動部４４ａと固定部４４ｂとを繋ぐビーム４４ｃ（基板との間にｚ軸方向に空隙を隔てて伸びている）とを備えている。
【０００６】
以下では、図２の角速度センサの製造工程を、図２のＡ−Ａ断面を参照しながら説明する。まず図３に示すように、単結晶シリコンからなる基板４０と、シリコン酸化膜からなる絶縁層４２と、単結晶シリコンからなる活性層４４を備えたＳＯＩ基板を用意する。次に図４に示すように、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）によって活性層４４上にシリコン酸化膜４６を堆積させた後、そのシリコン酸化膜４６を可動部形成用のマスク４６ａと固定部形成用のマスク４６ｂにパターニングする。次に、図５に示すように、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）によって可動部４４ａと固定部４４ｂとの間に幅の広い空隙５０を形成する。この結果、活性層４４に、可動部４４ａと可動部４４ａとの間に空隙５０を隔てて配置された固定部４４ｂに分離された凸パターンが形成される。次に図６に示すように、絶縁層４２をフッ化水素（ＨＦ）を含むエッチング液等によってエッチングする。この結果、可動部４４ａの下方に空隙５２が形成され、可動部４４ａが基板４０に対し変位可能な状態となる。このようにして、図２に示す形状の角速度センサが製造される。可動部４４ａと固定部４４ｂの間の空隙５０の幅Ｗ４（図６参照）が広いと、可動部４４ａが大きく変位することができる。
また、角速度センサの出力を大きくするためには、可動部４４ａの質量を大きくすることが有効である。可動部４４ａの質量を大きくするためには、可動部４４ａ（活性層４４）の厚さＷ２（図６参照）を厚くすることが有効である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上に例示したように、可動部４４ａや固定部４４ｂの厚さＷ２を厚くし、可動部４４ａと固定部４４ｂとの間の空隙５０の幅Ｗ４を広くしたい場合がある。
しかしながら、例えば、図６等に示す可動部４４ａの厚さを厚くし、可動部４４ａと固定部４４ｂとの間の空隙５０の幅を広くした状態で、可動部４４ａから固定部４４ｂに至る領域に犠牲層を堆積させると、可動部４４ａと固定部４４ｂとの間の空隙５０内に犠牲層の上面が入り込んでしまう。このため、その犠牲層の上に構造層（例えば電極として用いる）を形成したとしても、その構造層が可動部４４ａと固定部４４ｂとの間の空隙５０内に入り込んでしまう。この結果、その構造層の上面にレジストを塗っても、レジストを均一に濡れず、フォトリソグラフィができなくなるので、その構造層のパターニングができなくなるという問題があった。また、可動部４４ａを空隙５０内で変位させることができなくなるという問題もあった。
このため、製造終了時には可動部の厚さが厚く、可動部と固定部との間の空隙幅が広い微小構造体を実現しながらも、製造工程中には可動部から固定部に至る領域上を平坦化させる技術の実現が望まれていた。この技術が実現されれば、可動部の厚さが厚く、可動部と固定部との間の空隙幅が広く、それでいながら、可動部と空隙の上方に電極やキャップ等の構造層が配置された微小構造体を実現することができる。
【０００８】
本発明は、製造終了時には可動部の厚さが厚く、可動部と固定部との間の空隙幅が広い微小構造体を実現しながらも、製造工程中には可動部から固定部に至る領域上をほぼ平坦化させる技術を実現することを第１の目的とする。
また、本発明は、可動部の厚さが厚く、可動部と固定部との間の空隙幅が広く、それでいながら、可動部と空隙の上方に電極やキャップ等の構造層が配置された微小構造体を実現することを第２の目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段および作用と効果】
上記した目的の少なくとも１つを達成するための本発明は、微小構造体の製造方法に具現化される。その製造方法では、最初に基板の表面に、製造終了時に可動状態となる可動部と、可動部との間に空隙を隔てて配置された固定部と、可動部と固定部との間の空隙内に配置されているとともに製造終了時に消失するダミー部とに分離されている凸パターンを形成する。その後に、可動部からダミー部を経て固定部に至る領域に犠牲層を堆積する。そして、犠牲層を堆積した後にダミー部を除去する。
ここで、可動部と固定部は、どこかで繋がっていてもよいし、完全に分離されていてもよい。
【００１０】
この製造方法では、可動部と固定部の間に、製造工程中に除去してしまうために製造終了時には消失するダミー部をあえて形成することによって、可動部と固定部との間の空隙幅を狭める。空隙幅を狭めた状態で、可動部からダミー部を経て固定部に至る領域に犠牲層を堆積するために、犠牲層の表面をほぼ平坦化することができる。
この製造方法によると、製造終了時には可動部の厚さが厚く、可動部と固定部との間の空隙幅が広い微小構造体を実現しながらも、製造工程中には可動部から固定部に至る領域上をほぼ平坦化させることができる。
【００１１】
この製造方法では、犠牲層上に構造層を形成し、犠牲層を堆積した後、または、構造層を形成した後に、ダミー部を除去し、構造層を形成した後に、犠牲層を除去することが好ましい。
上記したように可動部と固定部上の犠牲層の表面をほぼ平坦化できると、犠牲層の表面が、可動部と固定部との間の空隙内に入り込まないようにすることができる。この犠牲層上に構造層を形成すると、その構造層は可動部と固定部との間の空隙内には入り込まない。
ダミー部を設けることによって、可動部とダミー部の間、あるいはダミー部と固定部の間の空隙幅を狭くすることができるので、可動部の厚さが厚くても、構造層が可動部と固定部との間の空隙内に入り込まないようにすることができる。
このために、その後にダミー部と犠牲層を除去することで、可動部と構造層を分離でき、さらに、可動部と固定部との間に充分な幅の空隙を確保して可動部の変位可能な幅を大きく確保することができる。
この製造方法によると、可動部の厚さが厚く、可動部と固定部との間の空隙幅が広い場合に、可動部の上方に電極等を構成する構造層が配置された微小構造体を実現することができる。
【００１２】
ＳＯＩ基板を用い、その絶縁層上のＳＯＩ層に絶縁層に達する凸パターンを形成し、その後に絶縁層を除去することによって半導体基板に対して可動状態となる可動部を形成することが好ましい。
この製造方法によると、ＳＯＩ基板の絶縁層上のＳＯＩ層（これは必要なだけ厚く形成することができる）を利用して可動部を形成することができるために、基板から分離された可動部の厚さを厚く確保することができる。厚くて重い可動部を備えているために感度が高く、可動部の変位可能幅が大きいために測定レンジが広く、しかも可動部の上方に電極等の構造層を備えた３次元構造の微小構造体を実現することができる。
【００１３】
犠牲層を堆積した後に、犠牲層の上面からダミー部に達する孔を形成し、その孔からダミー部をエッチングして除去し、その犠牲層上にさらに別の犠牲層を堆積し、その別の犠牲層上に開口群を有する構造層を形成し、その開口群から犠牲層をエッチングして除去することが好ましい。
この製造方法によると、構造層を形成する前にダミー部を除去することができる。
【００１４】
あるいは、開口群を有する構造層を形成し、その後に、エッチングマスクとなる別の犠牲層で構造層を覆い、その別の犠牲層の上面からダミー部に達する孔を形成し、その孔からダミー部をエッチングして除去し、ついで犠牲層をエッチングして除去することもできる。
この製造方法によっても、可動部と固定部と構造層を残しながら、ダミー部と犠牲層をエッチングして除去することができる。
【００１５】
犠牲層を堆積した後に、犠牲層の上面から固定部に達するコンタクト孔を形成し、その後に犠牲層上に構造層を形成することが好ましい。
この製造方法によって犠牲層上に構造層を形成すると、コンタクト孔に構造層が埋め込まれ、構造層と固定部を接触させることができる。このため、例えば構造層が電極として機能する場合には、固定部から構造層（電極）に電圧をかけることができる。
【００１６】
開口群を持つ構造層を形成しておいてから、その上に透過膜を形成し、その透過膜上に真空中または不活性ガス雰囲気中で封止膜を形成することが好ましい。
可動部が高速で振動する角速度センサ等の微小構造体では、可動部の周囲に大気が存在していると、空気の粘性によって可動部の振動が減衰するという問題があった。空気の粘性によって可動部の振動が減衰すると、センサの高感度化が妨げられる。空気の粘性によって振動が減衰するのを防ぐためには、真空封止をする必要がある。また、水分の侵入や酸化による劣化を防ぐためには不活性ガス雰囲気中で封止することが望ましい。従来は、キャンパッケージを用いたり、あるいはウェハ接合することによって真空封止や不活性ガス雰囲気中での封止を行っていた。
しかしながら、キャンパッケージを用いる場合は、微小構造体を１つずつキャンパッケージに装着する必要があり、チップ単位の処理が必要となるために生産性が低く、低コスト化に適さないという問題がある。また、ダイシング後に封止するために、組立時の歩留まりが低下するという問題もある。一方、ウェハ接合をする場合は、２枚のウェハを位置合わせするための陽極接合装置が必要となる。また陽極接合時には酸素が発生するために脱ガス対策も必要となる。さらに、ウェハ接合の接合面をまたいで室内から室外へ配線を引出すことが必要とされる。
上記した製造方法によると、構造層に開口群が形成されている場合でも、その構造層上に透過膜を形成することで、塵等の異物は通さないようにしながら、エッチングガスやエッチング液を通してエッチングを行うことができる。また、半導体製造技術の流れの中で真空封止または不活性ガス雰囲気中で封止を行えるため、キャンパッケージやウェハ接合を用いて真空封止または不活性ガス雰囲気中で封止を行う必要がなくなる。
【００１７】
本明細書で開示される微小構造体は、基板と、基板との間に空隙を隔てて配置された厚さ１μｍ以上の可動部と、基板に結合されるとともに可動部との間に１μｍ以上の空隙を隔てて配置された固定部と、可動部の上方を空隙を隔てて配置されるとともに固定部に結合された構造層を備えている。
ここで、構造層が固定部に「結合」されるとは、構造層が固定部に直接的に接触して取付けられている場合のみならず、他の部材を介して固定部に間接的に取付けられている場合も含む。
【００１８】
可動部の厚さが１μｍ以上であって、可動部と固定部間の空隙幅が１μｍ以上である場合、可動部と固定部に亘って犠牲層を堆積すると、犠牲層の上面は、可動部と固定部間の空隙内に入り込んでしまう。この結果、犠牲層上に構造層を形成してもその構造層が空隙内に入り込んでしまうために、従来では、上記構成の微小構造体は実現されなかった。
この技術によると、可動部の厚さが１μｍ以上と厚く、可動部と固定部の間の空隙幅が１μｍ以上と広い場合でも、上記した製造方法によって、可動部の上方に構造層が配置された微小構造体を実現することができる。
【００１９】
開口群が形成された構造層上に透過膜が形成され、その透過膜上に封止膜が形成されていると、可動部に異物が侵入することを防止でき、可動部が真空中で変位可能な微小構造体が実現される。
【００２０】
微小構造体の可動部と固定部が、ＳＯＩ基板の絶縁層上のＳＯＩ層で形成されている微小構造体は、半導体製造技術で発展した様々な技術と設備を利用することで、安価に簡単に製造することができる。
【００２１】
本発明は、また、可動部が存在しない微小構造体の製造方法にも具現化することができる。この製造方法では、基板の表面に、断面視したときに空隙を隔てて配置されている少なくとも２つの凸パターンを提供する固定部と、２つの凸パターン間の空隙内に配置されているとともに製造終了時に消失する凸パターンを提供するダミー部を形成する。その後に、固定部の２つの凸パターン間に亘る領域に犠牲層を堆積する。そして、犠牲層を堆積した後にダミー部を除去する。
高感度化のために、図１に示すような検出電極２８（固定部に相当する）等を厚くしたい場合がある。また、微小構造体（上記角速度センサ等）の設計上の理由から、２つの固定部（例えば図１の検出電極２８ａと２８ｂ）間の空隙幅を広くせざるを得ない場合もある。
この製造方法によると、製造終了時には固定部の厚さが厚く、固定部の２つの凸パターン間の空隙幅が広い微小構造体を実現しながらも、製造工程中には固定部の２つの凸パターンに亘る領域上をほぼ平坦化させることができる。
【００２２】
この製造方法では、犠牲層を堆積した後にダミー部を除去する。この製造方法ではさらに、犠牲層上に構造層を形成し、犠牲層を堆積した後、または、構造層を形成した後に、ダミー部を除去し、構造層を形成した後に、犠牲層を除去することが好ましい。
この製造方法によると、固定部の２つの凸パターンの高さが高く、その２つの凸パターンが大きく隔てられているために、従来であれば２つの凸パターン間に亘って伸びる構造層を形成できない場合に、ダミー部（例えば、図１の検出電極２８ａと２８ｂを固定部とした場合は、ダミー部３２ａ）を利用することによって２つの凸パターン間に亘って伸びる構造層を形成することができる。
この製造方法によると、固定部の厚さが厚く、固定部の２つの凸パターン間の空隙幅が広く、それでいながら、固定部と空隙の上方に電極等の構造層が配置された微小構造体を実現できる。
【００２３】
上記の方法が開発されたために、基板と、基板に結合されているとともに断面視したときに１μｍ以上の空隙を隔てて配置されている少なくとも２つの凸パターンを提供する厚さ１μｍ以上の固定部と、固定部の２つの凸パターン間に亘って伸びているとともに基板から分離された構造層を備えた微小構造体が実現された。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図７に本発明の実施の形態の角速度センサにダミー部３２が形成された状態の平面図を示す。
図７の角速度センサの場合、可動部２２とビーム１０ａ〜１０ｈとビーム２０ａ〜２０ｄとリンク１６ａ〜１６ｂとリンク１４ａ〜１４ｄは、特許請求の範囲に記載の可動部に相当し、励振電極４ａ、４ｂと検出電極２８ａ〜２８ｄは、特許請求の範囲に記載の固定部に相当し、ダミー部３２（特に３２ａ〜３２ｅ）がダミー部に相当する。
【００２５】
図７に示すようなダミー部３２を形成することは、マイクロローディング効果対策としても有用である。ここで、マイクロローディング効果とは、エッチング幅／エッチング深さの値が約１以上になると、深さ方向へのエッチング速度が速くなるという効果である。この効果によると、固定部や可動部等のパターン間の空隙幅が広い箇所（例えば、ダミー部３２ｂが存在しないと仮定すると、検出電極２８ａとビーム２０ａの間）は、パターン間の空隙幅が狭い箇所（例えば、櫛歯電極３０ａと櫛歯電極２６ａの間）よりもエッチング速度が速くなる。この結果、パターン間の空隙幅が狭い箇所にエッチング時間を合わせると、パターン間の空隙幅が広い箇所ではオーバーエッチングとなってしまう。特に、パターン間の空隙幅が広い箇所にビーム（例えば上記したビーム２０ａ）等の細いパターンが形成されている場合、細いビームがオーバーエッチングされると所望のセンサ特性が得られなくなるという問題が生じる。また、パターン間の空隙幅が広い箇所にエッチング時間を合わせても、パターン間の空隙幅が狭い箇所のエッチングが不足し、この場合も所望のセンサ特性が得られなくなるという問題が生じる。
【００２６】
しかし、図７に示すようなダミー部３２を形成して、パターン間の空隙の幅をほぼ均一に揃えることで、上記したようなマイクロローディング効果が引き起こす問題を解消することができる。それでいながら、以下の実施例に示すように製造工程中でダミー部３２を除去することで、製造終了時には、パターン間の空隙幅が広い微小構造体を実現することができる。
【００２７】
【実施例】
（第１実施例）  第１実施例の角速度センサの製造方法を説明する。この製造方法によって、図８の平面図に示すように、基板と、基板との間に空隙を隔てて配置された開口群１１０ａを有する単結晶シリコンからなる可動部１０６ａと、基板に結合されるとともに可動部１０６ａの周囲に空隙を隔てて配置された単結晶シリコンからなる固定部１０６ｃと、可動部１０６ａと固定部１０６ｃを繋ぐビーム１０６ｄと、図９の平面図に示すような可動部１０６ａの上方に空隙を隔てて配置されるとともに固定部１０６ｃに結合された開口群１２１を有する上部電極（構造層に相当）１２０を備えた角速度センサが製造される。この角速度センサは図７に示す角速度センサの形状を簡略化したものである。図８では、製造終了時には消失するダミー部１０６ｂが示されている。
以下では第１実施例の角速度センサの製造方法を、図８と、図９と、図９のＡ−Ａ断面からみた状態によって説明する。
【００２８】
まず、図１０に示すような、単結晶シリコンからなる基板１０２と、シリコン酸化膜からなる絶縁層１０４と、単結晶シリコンからなる活性層１０６を備えたＳＯＩ基板を用意する。本実施例では活性層１０６の厚さＷ６が１０μｍのＳＯＩ基板を用いる。次に、図１１に示すように、活性層１０６上に、ＣＶＤ等によってシリコン酸化膜１０８を堆積させる。次に、図１２に示すように、シリコン酸化膜１０８をパターニングする。このパターニングによって可動部形成用のマスク１０８ａと、ダミー部形成用のマスク１０８ｂと、固定部形成用のマスク１０８ｃを形成する。このパターニング形状は、各マスク１０８ａ〜１０８ｃによって活性層１０６がパターニングされた後の形状を示す図８と同じ形状である。
【００２９】
次に、図１３に示すように、上記のようにパターニングされたシリコン酸化膜１０８ａ〜１０８ｃをマスクとして、活性層１０６をＲＩＥ等によりエッチングして、活性層１０６に、可動部１０６ａと、ダミー部１０６ｂと、固定部１０６ｃを構成する凸パターンを形成する。本実施例では、
（１）可動部１０６ａのエッチング孔１１０ａの幅Ｗ７
（２）可動部１０６ａの一番外側と、内側のダミー部１０６ｂとの間のエッチング孔１１０ｂの幅Ｗ８
（３）２つのダミー部１０６ｂ間のエッチング孔１１０ｄの幅Ｗ９
（４）外側のダミー部１０６ｂと固定部１０６ｃとの間のエッチング孔１１０ｃの幅Ｗ１０、のそれぞれを２μｍとしている。また、各ダミー部１０６ｂの幅Ｗ１１を２μｍとしている。
即ち、可動部１０６ａの一番外側と固定部１０６ｃの間の幅Ｗ１２は１０μｍであり、ここに３つの空隙と２つのダミー部を形成している。可動部１０６ａとダミー部１０６ｂと固定部１０６ｃのパターニング形状を平面視すると、図８のようになる。
なお、図８に示す略正方形状の可動部１０６ａの全長は約２００μｍであり、実際には、図示より多数の開口群１１０ａが形成されている。
【００３０】
次に、図１４に示すように、可動部１０６ａからダミー部１０６ｂを経て固定部１０６ｃに至る領域に亘って、ＣＶＤ等によってシリコン酸化膜１１２を堆積させる。シリコン酸化膜１１２を堆積させると、各エッチング孔１１０ａ〜１１０ｄ（図１３参照）内にシリコン酸化膜１１２が入り込み、埋込まれる。ただし、上記したように、各エッチング孔１１０ａ〜１１０ｄの幅は２μｍとしているので、シリコン酸化膜１１２の上面がエッチング孔１１０ａ〜１１０ｃ内には入り込まず、シリコン酸化膜１１２の上面はほぼ平坦化される。次に、図１５に示すように、ダミー部１０６ｂの直上のシリコン酸化膜１１２と１０８ｂ（図１４参照）をＲＩＥ等によって除去してエッチング孔１１４を形成する。この結果、ＳＯＩ基板を平面視すると、ダミー部１０６ｂが露出した状態となる。なお、可動部１０６ａはシリコン酸化膜１１２ａによって、また、固定部１０６ｃはシリコン酸化膜１１２ｂによってエッチングマスクされた状態となっている。次に、図１６に示すように、ダミー部１０６ｂが露出し、可動部１０６ａと固定部１０６ｃがエッチングマスクされた状態でＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドライド）溶液等によってダミー部１０６ｂをエッチングして除去する。この結果、エッチング孔１１６が形成される。
【００３１】
次に、図１７に示すように、シリコン酸化膜１１２上にＣＶＤ等によってシリコン酸化膜１１８を堆積させる。シリコン酸化膜１１８を堆積させると、各エッチング孔１１６（図１６参照）内にシリコン酸化膜１１８が入り込み、埋込まれる。ただし、図１３に示したようにダミー部１０６ｂの幅Ｗ１１は２μｍであるため、エッチング孔１１６の幅も２μｍとなるから、シリコン酸化膜１１８の上面がエッチング孔１１６内には入り込まず、シリコン酸化膜１１８の上面はほぼ平坦化される。次に、図１８に示すように、ほぼ平坦化されているシリコン酸化膜１１８上にポリシリコンからなる上部電極１２０を成膜する。このように、ほぼ平坦化されているシリコン酸化膜１１８上に上部電極１２０を成膜することによって、上部電極１２０が図１３に示したエッチング孔１１０ａ〜１１０ｄ内に入り込むことがない。
【００３２】
次に、図１９に示すように、上部電極１２０に犠牲層エッチング用の多数の開口群１２１を形成するようにパターニングする。上部電極１２０のパターニング形状を平面視すると、図９のようになる。次に、図２０に示すように、フッ化水素（ＨＦ）を含むエッチング液等によって犠牲層エッチングして可動部１０６ａの周辺のシリコン酸化膜１０４、１０８、１１２、１１８（図１９参照）を除去する。この結果、可動部１０６ａと固定部１０６ｃの間に幅の広い空隙１２２が形成される。また、可動部１０６ａと上部電極１２０の間に空隙１２４が形成される。さらに、可動部１０６ａと基板１０２の間に空隙１２６が形成される。なお、犠牲層エッチングを行っても、上部電極１２０に形成された開口群１２１の深さ方向からずれた位置にあるシリコン酸化膜１０４ａ、１０８ｄ、１１２ｃ、１１８ａは除去されないで残る。シリコン酸化膜１０４ａは基板１０２上に固定部１０６ｃを固定する役割を果たし、シリコン酸化膜１０８ｄ、１１２ｃ、１１８ａは固定部１０６ｃ上に上部電極１２０を固定する役割を果たす。
【００３３】
以上で説明した第１実施例の製造方法によると、図２０に示すような、基板１０２と、基板１０２との間に空隙１２６を隔てて配置された単結晶シリコンからなる厚さＷ６（１０μｍ）の可動部１０６ａと、基板１０２に結合されるとともに可動部１０６ａとの間に空隙幅Ｗ１２（１０μｍ）を隔てて配置された単結晶シリコンからなる固定部１０６ｃと、可動部１０６ａの上方に空隙１２４を隔てて配置されるとともに固定部１０６ｃに結合された上部電極（構造膜）１２０を備えた角速度センサを実現できる。
この角速度センサによると、図２０に示すように、可動部１０６ａの厚さＷ６が１０μｍと厚いので、可動部１０６ａの質量を大きくすることができる。このため、角速度センサの出力（コリオリ力）を大きくすることができる。また、空隙幅Ｗ１２が１０μｍと広いので、可動部１０６ａが固定部１０６ｃに近づく方向（基板面に平行な方向）に大きく変位することができる。また、空隙幅Ｗ１２が１０μｍと広いので、空気の粘性による可動部１０６ａの振動の減衰を少なくすることができるという効果も得られる。空隙幅Ｗ１２の広さは、ダミー部１０６ｂの数を増やすことで、制限を受けることなく広くできる。また、ＳＯＩ基板を用いることで、シリコン酸化膜（中間絶縁層）１０４上のシリコンの厚さ（即ち、可動部１０６ａの厚さＷ６）を１００μｍ以上に厚くすることもできる。
さらに、このセンサは、従来の２次元的な平面構造のセンサではなく、可動部１０６ａの上方に上部電極１２０が配置された３次元的な立体構造のセンサとなっているので、基板面に垂直な方向（上下方向）の加速度（例えば重力加速度）が可動部１０６ａに加わったときの可動部１０６ａと上部電極１２０間の距離の単位時間当たりの変化を静電容量の単位時間当たりの変化として検出することができるため、基板面に垂直な方向の加速度を検出するセンサとして用いることができる。
【００３４】
（第２実施例）  第２実施例の角速度センサの製造方法を説明する。第２実施例の角速度センサの製造方法は、第１実施例の角速度センサの製造方法と図１０から図１７に示す製造工程までは共通する。
図１７に示すように、シリコン酸化膜１１２上にＣＶＤ等によってシリコン酸化膜１１８を堆積させた後、図２１に示すように、固定部１０６ｃの直上に、シリコン酸化膜１１８の上面から固定部１０６ｃの上面に達する、固定部１０６ｃより幅の狭い孔１１９をＲＩＥによりエッチングして形成する。次に、図２２に示すように、ほぼ平坦化されているシリコン酸化膜１１８上にポリシリコンからなる上部電極１２０を成膜する。この結果、上記したエッチング孔１１９内が上部電極１２０ａによって埋込まれ、埋込まれた上部電極１２０ａの下面は固定部１０６ｃの上面に接触する。エッチング孔１１９はコンタクトホールとして機能し、そこに埋め込まれるポリシリコンによって、上部電極１２０と固定部１０６ｃ間での電気的導通が確保される。次に、図２３に示すように、上部電極１２０に犠牲層エッチング用の多数の開口群１２１を形成するようにパターニングする。次に、図２４に示すように、フッ化水素を含むエッチング液等による犠牲層エッチングによって可動部１０６ａの周辺の絶縁層１０４、１０８、１１２、１１８（図２３参照）を除去する。
【００３５】
以上で説明した第２実施例の製造方法によると、図２４に示すような、上部電極１２０の下面を固定部１０６ｃの上面に接触させた角速度センサを実現できる。このため、固定部１０６ｃから上部電極１２０に電圧をかけることができるので、可動部１０６ａの上方に上部電極１２０が配置されていながら、コンパクトな構成の角速度センサを実現できる。
【００３６】
（第３実施例）  第３実施例の角速度センサの製造方法を説明する。第３実施例の角速度センサの製造方法は、第１実施例の角速度センサの製造方法と図１０から図１９に示す製造工程までは共通する。
図１９に示すように、上部電極１２０に犠牲層エッチング用の多数の開口群１２１を形成するようにパターニングした後、図２５に示すように、多数の開口群１２１が形成された上部電極１２０の全体領域に亘って透過膜１２８を成膜する。透過膜１２８を成膜すると、開口群１２１が形成されていない部分は上部電極１２０上に透過膜１２８ａが堆積されるが、開口群１２１が形成された部分はシリコン酸化膜１１８上に透過膜１２８ｂが堆積される。この透過膜１２８ｂは、犠牲層エッチングを行うためのエッチング液やエッチングガスは通すが塵等の異物は通さない。次に、図２６に示すように、透過膜１２８をエッチングして図中１３０と１３２の部分の透過膜１２８を除去する。次に、図２７に示すように、フッ化水素を含むエッチング液等による犠牲層エッチングによって可動部１０６ａの周辺の絶縁層１０４、１０８、１１２、１１８（図２６参照）を除去する。次に、図２８に示すように、上部電極１２０上と透過膜１２８上の全体領域に亘って真空中で封止膜１４０を成膜する。
【００３７】
以上で説明した第３実施例の製造方法によると、図２８に示すような、第１実施例の製造方法で製造した角速度センサの構成に加えて、開口群１２１が形成された上部電極１２０上に形成された透過膜１２８と、透過膜１２８上に形成された封止膜１４０をさらに備えた角速度センサを実現できる。この角速度センサは真空封止されているので、可動部１０６ａの振動の際、空気の粘性による振動の減衰が生じない。
また、この製造方法によると、上記したような半導体製造プロセスでの連続したバッチ処理によって真空封止を行えるため、キャンパッケージやウェハ接合を用いて真空封止を行うことによる問題を生じさせないで真空封止された角速度センサを低コストで実現できる。
【００３８】
（第４実施例）  第４実施例の角速度センサの製造方法を説明する。この製造方法によって、図２９の平面図（ただし、製造終了時には消失するダミー部２０６ｂを含む）に示すような、基板と、基板との間に空隙を隔てて配置された単結晶シリコンからなる可動部２０６ａと、基板に結合されるとともに可動部２０６ａの周囲に空隙を隔てて配置された単結晶シリコンからなる固定部２０６ｃと、可動部２０６ａと固定部２０６ｃを繋ぐビーム２０６ｄと、可動部２０６ａの上方に空隙を隔てて配置されるとともに固定部２０６ｃに結合された上部電極（前記した図９の上部電極１２０と同じ形状）を備えた角速度センサが製造される。
以下では第４実施例の角速度センサの製造方法を、図２９と、図２９のＡ−Ａ断面からみた状態によって説明する。
【００３９】
まず、図３０に示すような、単結晶シリコンからなる基板２０２と、シリコン酸化膜からなる絶縁層２０４と、単結晶シリコンからなる活性層２０６を備えたＳＯＩ基板を用意する。本実施例では活性層２０６の厚さＷ１４が１０μｍのＳＯＩ基板を用いる。次に、図３１に示すように、活性層２０８上に、ＣＶＤ等によってシリコン酸化膜２０８を堆積させる。次に、図３２に示すように、シリコン酸化膜２０８をパターニングする。このパターニングによって可動部形成用のマスク２０８ａと、ダミー部形成用のマスク２０８ｂと、固定部形成用のマスク２０８ｃを形成する。このパターニング形状は、各マスク２０８ａ〜２０８ｃによって活性層２０６がパターニングされた後の形状を示す図２９と同じ形状である。
【００４０】
次に、図３３に示すように、上記のようにパターニングされたシリコン酸化膜２０８ａ〜２０８ｃをマスクとして、活性層２０６をＲＩＥ等によりエッチングして、活性層２０６に可動部２０６ａと、ダミー部２０６ｂと、固定部２０６ｃを形成する。本実施例では、
（１）可動部２０６ａのエッチング孔２１０ａの幅Ｗ１５、
（２）可動部２０６ａの一番外側とダミー部２０６ｂの間のエッチング孔２１０ｂの幅Ｗ１６、
（３）ダミー部２０６ｂと固定部２０６ｃの間のエッチング孔２１０ｃの幅Ｗ１７、のそれぞれを２μｍとしている。また、ダミー部２０６ｂの幅Ｗ１８は６μｍである。即ち、可動部２０６ａの一番外側と固定部２０６ｃの間の幅Ｗ２０は１０μｍであり、ここに２つの空隙と１つのダミー部を形成している。可動部２０６ａとダミー部２０６ｂと固定部２０６ｃのパターニング形状を平面視すると、図２９のようになる。
【００４１】
次に、図３４に示すように、可動部２０６ａとダミー部２０６ｂを経て固定部２０６ｃに至る領域に亘って、ＣＶＤ等によってシリコン酸化膜２１２を堆積させる。シリコン酸化膜２１２を堆積させると、各エッチング孔２１０ａ〜２１０ｃ（図３３参照）内にシリコン酸化膜２１２が入り込み、埋込まれる。ただし、各エッチング孔２１０ａ〜２１０ｃの幅は２μｍとしているので、シリコン酸化膜２１２の上面がエッチング孔２１０ａ〜２１０ｃ内にまでは入り込まず、シリコン酸化膜２１２の上面はほぼ平坦化される。次に、図３５に示すように、ほぼ平坦化されているシリコン酸化膜２１２上にポリシリコンからなる上部電極２２０を成膜する。このように、ほぼ平坦化されているシリコン酸化膜２１２上に上部電極２２０を成膜することによって、上部電極２２０が図３３に示したエッチング孔２１０ａ〜２１０ｃ内にまで入り込むことはない。次に、図３６に示すように、上部電極２２０に犠牲層エッチング用の多数の開口群２２１を形成するようにパターニングする。このとき、ダミー部２０６ｂの直上の開口２２１ａは他の開口２２１に比較して大きめにパターニングする。
【００４２】
次に、図３７に示すように、シリコン酸化膜２１２と上部電極２２０の全体領域に亘って上部電極２２０を覆うようにＣＶＤ等によってシリコン酸化膜２２３を堆積させる。次に、図３８に示すように、ダミー部２０６ｂの直上のシリコン酸化膜２０８ｂ、２１２、２２３をＲＩＥによって除去してエッチング孔２２５を形成する。このエッチング孔２２５は、上部電極２２０に形成された大きめの開口２２１ａ（図３６参照）を経由するように形成する。この結果、ＳＯＩ基板を平面視すると、ダミー部２０６ｂが露出した状態となる。また、上部電極２２０がシリコン酸化膜２２３によってエッチングマスクされた状態となる。次に、図３９に示すように、ダミー部２０６ｂが露出し、上部電極２２０がエッチングマスクされた状態でＴＭＡＨ溶液等によってダミー部２０６ｂを除去する。この結果、ダミー部２０６ｂが存在していた部分に空隙２０７が形成される。次に、図４０に示すように、フッ化水素を含むエッチング液等による犠牲層エッチングによって可動部２０６ａの周辺のシリコン酸化膜２０４、２０８、２１２、２１８、および上部電極２２０を覆うシリコン酸化膜２２３を除去する。この結果、第１実施例の製造方法で製造した角速度センサと同様の、空隙２２２、２２４、２２６が形成される。
【００４３】
以上で説明した第４実施例の製造方法によると、第１実施例の製造方法の場合と同様に、図４０に示すような、基板２０２と、基板２０２との間に空隙２２６を隔てて配置された単結晶シリコンからなる厚さＷ１４（１０μｍ）の可動部２０６ａと、基板２０２に結合されるとともに可動部２０６ａとの間に空隙幅Ｗ２０（１０μｍ）を隔てて配置された単結晶シリコンからなる固定部２０６ｃと、可動部２０６ａの上方に空隙２２４を隔てて配置されるとともに固定部２２２に結合された上部電極２２０を備えた角速度センサを実現できる。
【００４４】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の角速度センサの平面図を示す。
【図２】  角速度センサを構成するシリコンのパターニング形状の概略平面図を示す。
【図３】  従来の角速度センサの製造工程の一部を示す（１）。
【図４】  従来の角速度センサの製造工程の一部を示す（２）。
【図５】  従来の角速度センサの製造工程の一部を示す（３）。
【図６】  従来の角速度センサの製造工程の一部を示す（４）。
【図７】  本発明の実施の形態の角速度センサにダミー部が形成された状態の平面図を示す。
【図８】  第１実施例の角速度センサを構成するシリコンのパターニング形状の概略平面図を示す。
【図９】  第１実施例の角速度センサを構成する電極のパターニング形状の概略平面図を示す。
【図１０】  第１実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（１）。
【図１１】  第１実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（２）。
【図１２】  第１実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（３）。
【図１３】  第１実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（４）。
【図１４】  第１実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（５）。
【図１５】  第１実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（６）。
【図１６】  第１実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（７）。
【図１７】  第１実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（８）。
【図１８】  第１実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（９）。
【図１９】  第１実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（１０）。
【図２０】  第１実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（１１）。
【図２１】  第２実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（１）。
【図２２】  第２実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（２）。
【図２３】  第２実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（３）。
【図２４】  第２実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（４）。
【図２５】  第３実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（１）。
【図２６】  第３実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（２）。
【図２７】  第３実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（３）。
【図２８】  第３実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（４）。
【図２９】  第４実施例の角速度センサを構成するシリコンのパターニング形状の概略平面図を示す。
【図３０】  第４実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（１）。
【図３１】  第４実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（２）。
【図３２】  第４実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（３）。
【図３３】  第４実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（４）。
【図３４】  第４実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（５）。
【図３５】  第４実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（６）。
【図３６】  第４実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（７）。
【図３７】  第４実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（８）。
【図３８】  第４実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（９）。
【図３９】  第４実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（１０）。
【図４０】  第４実施例の角速度センサの製造工程の一部を示す（１１）。
【符号の説明】
１０６ａ、２０６ａ：可動部
１０６ｂ、２０６ｂ：固定部
１０６ｃ、２０６ｃ：ダミー部
１２０、２２０：構造層
１２２、２２２：空隙
【図１】
0004967204.tif 000002
【図２】
0004967204.tif 000003
【図３】
0004967204.tif 000004
【図４】
0004967204.tif 000005
【図５】
0004967204.tif 000006
【図６】
0004967204.tif 000007
【図７】
0004967204.tif 000008
【図８】
0004967204.tif 000009
【図９】
0004967204.tif 000010
【図１０】
0004967204.tif 000011
【図１１】
0004967204.tif 000012
【図１２】
0004967204.tif 000013
【図１３】
0004967204.tif 000014
【図１４】
0004967204.tif 000015
【図１５】
0004967204.tif 000016
【図１６】
0004967204.tif 000017
【図１７】
0004967204.tif 000018
【図１８】
0004967204.tif 000019
【図１９】
0004967204.tif 000020
【図２０】
0004967204.tif 000021
【図２１】
0004967204.tif 000022
【図２２】
0004967204.tif 000023
【図２３】
0004967204.tif 000024
【図２４】
0004967204.tif 000025
【図２５】
0004967204.tif 000026
【図２６】
0004967204.tif 000027
【図２７】
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【図２８】
0004967204.tif 000029
【図２９】
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【図３０】
0004967204.tif 000031
【図３１】
0004967204.tif 000032
【図３２】
0004967204.tif 000033
【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】
0004967204.tif 000041