(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）  外部半導体層（２２）と該外部半導体層（２２）上に形成された中央酸化物層（１８）と該中央酸化物層（１８）上に形成された内部半導体層（２６）とを含む最上部カバーウェハ要素（１２）及び外部半導体層（２４）と該外部半導体層（２４）上に形成された中央酸化物層（２０）と該中央酸化物層（２０）上に形成された内部半導体層（２８）とを含む底部カバーウェハ要素（１４）；
ｂ）  該最上部カバーウェハ要素（１２）の前記内部半導体層（２６）に隣接して形成されたあらかじめ決められた第１の厚さを有する、該最上部カバーウェハ要素（１２）の第１の誘電体層（３０）及び該底部カバーウェハ要素（１４）の該内部半導体層（２８）に隣接して形成されたあらかじめ決められた該第１の厚さを有する、該底部カバーウェハ要素（１４）の第１の誘電体層（３２）であって、該最上部カバーウェハ要素（１２）の該内部半導体層（２６）及び該第１の誘電体層（３０）と、該底部カバーウェハ要素（１４）の該内部半導体層（２８）及び該第１の誘電体層（３２）とは、それぞれ、中央部に開口を有していることにより第１の保護環（４２）を規定しており、；
ｃ）  該最上部カバーウェハ要素（１２）の該第１の保護環（４２）内に配置された電極（３８）及び該底部カバーウェハ要素（１４）の該第１の保護環（４２）内に配置された電極（４０）；
ｄ）  該最上部カバーウェハ要素（１２）と該底部カバーウェハ要素（１４）との間に接合され、中央部に開口を有していることにより周囲の第２の保護環（５０）を規定し、該開口内に位置し少なくとも１個の蝶番（４８）を介して該第２の保護環（５０）に接合されているプルーフマス（４６）を備えた中央部半導体ウェハ要素（１６）であって、該プルーフマス（４６）が該最上部カバーウェハ要素（１２）の該電極（３８）及び該底部カバーウェハ要素（１４）の該電極（４０）と対向していると共に、該プルーフマス（４６）と該周囲の該第２の保護環（５０）が同等の厚さを有する中央部半導体ウェハ要素（１６）；
ｅ）  該最上部カバーウェハ要素（１２）の該第１の誘電体層（３０）に対向する該第２の保護環（５０）の表面上に形成されたあらかじめ決められた第２の厚さを有する第２の誘電体層（３４）及び該底部カバーウェハ要素（１４）の該第１の誘電体層（３２）に対向する該第２の保護環（５０）の表面上に形成されたあらかじめ決められた該第２の厚さを有する第２の誘電体層（３６）であって、それによって、該最上部カバーウェハ要素（１２）の該第１の誘電体層（３０）と該最上部カバーウェハ要素（１２）の該第１の誘電体層（３０）に対向する該第２の保護環（５０）の表面上に形成された該第２の誘電体層（３４）とが組み合わさった厚さが、該プルーフマス（４６）と該最上部カバーウェハ要素（１２）の該電極（３８）との間の鉛直方向距離（６１）を規定し、該底部カバーウェハ要素（１４）の該第１の誘電体層（３２）と該底部カバーウェハ要素（１４）の該第１の誘電体層（３２）に対向する該第２の保護環（５０）の表面上に形成された該第２の誘電体層（３６）とが組合わさった厚さが該プルーフマス（４６）と該底部カバーウェハ要素（１４）の該電極（４０）との間の鉛直方向の距離（６１）を規定する第２の誘電体層（３４、３６）；
を組合せて含む差容量型の半導体加速度計。
【請求項２】
前記中央部半導体ウェハ要素（１６）は、前記最上部（１２）及び底部カバーウェハ要素（１４）の前記内部半導体層（２６、２８）の相対する層の間に配置され、１つの加速度計構成を形成し、前記第１の誘電体層（３０、３２）のそれぞれは、前記第２の誘電体層（３４、３６）のそれぞれに溶融接合され、ハーメチックシールを形成する請求項１記載の加速度計。
【請求項３】
該最上部カバーウェハ要素（１２）の該中央酸化物層（１８）をエッチングすることにより形成された保護領域（５９）が隣接した電極（３８）の少なくとも１つの端部を越えて延びると共に、該底部カバーウェハ要素（１４）の該中央酸化物層（２０）をエッチングすることにより形成された保護領域（５９）が隣接した電極（４０）の少なくとも１つの端部を越えて延びる請求項２記載の加速度計。
【請求項４】
該最上部カバーウェハ要素（１２）の該中央酸化物層（１８）をエッチングすることにより形成された保護領域（５９）が隣接した第１の保護環（４２）の少なくとも１つの端部を越えて延びると共に、該底部カバーウェハ要素（１４）の該中央酸化物層（２０）をエッチングすることにより形成された保護領域（５９）が隣接した第１の保護環（４２）の少なくとも１つの端部を越えて延びる請求項２記載の加速度計。
【請求項５】
少なくとも１つの第２の誘電体層（３４、３６）が前記第１の保護環（４２）の少なくとも１つの端部を越えて延びる請求項２記載の加速度計。
【請求項６】
垂直な側壁により、各開口が規定される請求項１記載の加速度計。
【請求項７】
エッチングによって規定された前記垂直な側壁の各々は、反応性イオンエッチングプロセスを用いたドライエッチングにより生成される請求項６記載の加速度計。
【請求項８】
各前記反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）プロセスは深堀り反応性イオンエッチングプロセスである請求項７記載の加速度計。
【請求項９】
前記プルーフマス（４６）を貫く少なくとも１つの孔を更に含む請求項２記載の加速度計。
【請求項１０】
該最上部カバーウェハ要素（１２）の前記内部半導体層（２６）及び該底部カバーウェハ要素（１４）の該内部半導体層（２８）はシリコンである請求項２記載の加速度計。
【請求項１１】
分離された蝶番（４８）の対を更に含む請求項１記載の加速度計。
【請求項１２】
前記第１の誘電体層（３０、３２）及び前記第２の誘電体層（３４、３６）は酸化物組成である請求項１記載の加速度計。
【請求項１３】
前記第１の誘電体層（３０、３２）及び前記第２の誘電体層（３４、３６）は窒化物である請求項１記載の加速度計。
【請求項１４】
ａ）  半導体ハンドル層（２２）と半導体デバイス層（２６）との間に酸化物層（１８）を有する型の最上部ＳＯＩウェハ（１２）と、半導体ハンドル層（２４）と半導体デバイス層（２８）との間に酸化物層（２０）を有する底部ＳＯＩウェハ（１４）と、中央部半導体ウェハ（１６）とを選択する工程；
ｂ）  前記最上部ＳＯＩウェハ（１２）の該半導体デバイス層（２６）の上に第１の誘電体層（３０）を第１の厚さになるまで成長させ、該底部ＳＯＩウェハ（１４）の該半導体デバイス層（２８）の上に第１の誘電体層（３２）を該第１の厚さになるまで成長させる工程；
ｃ）  該最上部ＳＯＩウェハ（１２）の該第１の誘電体層（３０）と対向する前記中央部半導体ウェハ（１６）の表面の上に第２の誘電体層（３４）を第２の厚さになるまで成長させ、該底部ＳＯＩウェハ（１４）の該第１の誘電体層（３２）と対向する該中央部半導体ウェハ（１６）の表面の上に第２の誘電体層（３６）を該第２の厚さになるまで成長させる工程；
ｄ）  該最上部ＳＯＩウェハ（１２）の前記半導体デバイス層（２６）及び前記半導体デバイス層（２６）上の前記第１の厚さを有する該第１の誘電体層（３０）とを貫いて、前記酸化物層（１８）までエッチングして、該半導体デバイス層（２６）及び該第１の誘電体層（３０）に中央の開口を形成することで第１の保護環（４２）を規定し、該第１の保護環（４２）内に中央電極（３８）を規定すると共に、該底部ＳＯＩウェハ（１４）の該半導体デバイス層（２８）及び該半導体デバイス層（２８）上の該第１の厚さを有する該第１の誘電体層（３２）とを貫いて、該酸化物層（２０）までエッチングして、該半導体デバイス層（２８）及び該第１の誘電体層（３２）に中央の開口を形成することで第１の保護環（４２）を規定し、該第１の保護環（４２）内に中央電極（４０）を規定する工程；
ｅ）  前記中央部半導体ウェハ（１６）と、該最上部ＳＯＩウェハ（１２）の該第１の誘電体層（３０）と対向する該中央部半導体ウェハ（１６）の表面上の該第２の厚さを有する該第２の誘電体層（３４）、及び該底部ＳＯＩウェハ（１４）の該第１の誘電体層（３２）と対向する該中央部半導体ウェハ（１６）の表面の上の該第２の厚さを有する該第２の誘電体層（３６）をエッチングし、中央部に開口を形成することで第２の保護環（５０）を規定し、該第２の保護環（５０）内にプルーフマス（４６）と該プルーフマス（４６）を該第２の保護環（５０）に接続するための柔軟性のある少なくとも１つの蝶番（４８）とを規定する工程であって、該プルーフマス（４６）が該最上部ＳＯＩウェハ（１２）の該中央電極（３８）及び該底部ＳＯＩウェハ（１４）の該中央電極（４０）と対向している工程；
ｆ）  該最上部ＳＯＩウェハ（１２）の該第１の保護環（４２）及び該底部ＳＯＩウェハ（１４）の該第１の保護環（４２）と該中央部半導体ウェハ（１６）の該第２の保護環（５０）とを位置あわせし、前記プルーフマス（４６）が、該最上部ＳＯＩウェハ（１２）の該第１の誘電体層（３０）の該第１の厚さと該中央部半導体ウェハ（１６）の該第２の誘電体層（３４）の該第２の厚さとの合計に等しい距離だけ、該最上部ＳＯＩウェハ（１２）の前記中央電極（３８）の対向する面から離れて存在すると共に、該底部ＳＯＩウェハ（１４）の該第１の誘電体層（３２）の該第１の厚さと該中央部半導体ウェハ（１６）の該第２の誘電体層（３６）の該第２の厚さとの合計に等しい距離だけ、該底部ＳＯＩウェハ（１４）の該中央電極（４０）の対向する面からはなれて存在するように、該最上部ＳＯＩウェハ（１２）と該底部ＳＯＩウェハ（１４）との間で前記中央部半導体ウェハ（１６）を組立て、前記プルーフマス（４６）は前記蝶番（４８）において、該最上部ＳＯＩウェハ（１２）の前記中央電極（３８）と該底部ＳＯＩウェハ（１４）の該中央電極（４０）との間で回転するようにつなげる工程；及び
ｇ）  該最上部ＳＯＩウェハ（１２）の前記中央電極（３８）周囲の前記第１の保護環（４２）上の前記第１の厚さを有する該第１の誘電体層（３０）が、前記プルーフマス（４６）の周囲の前記第２の保護環（５０）の上の前記第２の厚さを有する該第２の誘電体層（３４）に溶融接合され、該底部ＳＯＩウェハ（１４）の該中央電極（４０）の周囲の該第１の保護環（４２）上の該第１の厚さを有する該第１の誘電体層（３２）が、該プルーフマス（４６）の周囲の該第２の保護環（５０）の上の該第２の厚さを有する該第２の誘電体層（３６）に溶融接合され、それによって密閉された構成が形成されるように、該最上部ＳＯＩウェハ（１２）と該底部ＳＯＩウェハ（１４）とを前記中央部半導体ウェハ（１６）の前記相対する側のそれぞれに接合する工程；
を含む差容量型の半導体加速度計の製造方法。
【請求項１５】
前記中央部半導体ウェハ（１６）をエッチングする工程は、前記相対する側の間で、前記プルーフマスを貫いて複数の孔をエッチングする工程を更に含む請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
該最上部ＳＯＩウェハ（１２）と該底部ＳＯＩウェハ（１４）とをエッチングする工程（ｄ）及び該中央部半導体ウェハ（１６）をエッチングする工程（ｅ）は更に、前記最上部ＳＯＩウェハ（１２）と該中央部半導体ウェハ（１６）と該底部ＳＯＩウェハ（１４）の各々の面に対して垂直であってエッチングによって規定された側面を含むようにエッチングする工程を含む請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
該最上部ＳＯＩウェハ（１２）と該底部ＳＯＩウェハ（１４）とをエッチングする工程（ｄ）及び該中央部半導体ウェハ（１６）をエッチングする工程（ｅ）は更に、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）プロセスより、該最上部ＳＯＩウェハ（１２）と該中央部半導体ウェハ（１６）と該底部ＳＯＩウェハ（１４）とをドライエッチングする工程を含む請求項１４記載の方法。
【請求項１８】
該最上部ＳＯＩウェハ（１２）と該底部ＳＯＩウェハ（１４）とをエッチングする工程（ｄ）及び該中央部半導体ウェハ（１６）をエッチングする工程（ｅ）は更に、深堀り反応性イオンエッチングプロセスにより、該最上部ＳＯＩウェハ（１２）と該中央部半導体ウェハ（１６）と該底部ＳＯＩウェハ（１４）とをエッチングする工程を含む請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
該該最上部ＳＯＩウェハ（１２）と該底部ＳＯＩウェハ（１４）とをエッチングする工程（ｄ）は更に、該最上部ＳＯＩウェハ（１２）の前記酸化物層（１８）を半導体ハンドル層（２２）までエッチングし、該底部ＳＯＩウェハ（１４）の該酸化物層（２０）を該半導体ハンドル層（２４）までエッチングする工程を含む請求項１４記載の方法。
【請求項２０】
該最上部ＳＯＩウェハ（１２）の該酸化物層（１８）を半導体ハンドル層（２２）までエッチングし、該底部ＳＯＩウェハ（１４）の該酸化物層（２０）を該半導体ハンドル層（２４）までエッチングする工程は更に、前記酸化物層（１８、２０）をエッチングすることにより形成された保護領域（５９）が、前記中央電極（３８、４０）の少なくとも１つの端部を越えて延びるように、前記酸化物層をエッチングする工程を含む請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
該最上部ＳＯＩウェハ（１２）の該酸化物層（１８）を半導体ハンドル層（２２）までエッチングし、該底部ＳＯＩウェハ（１４）の該酸化物層（２０）を該半導体ハンドル層（２４）までエッチングする工程は更に、前記酸化物層（１８、２０）をエッチングすることにより形成された保護領域（５９）が、前記第１の保護環（４２）の少なくとも１つの端部を越えて延びるように、前記酸化物層（１８、２０）をエッチングする工程を含む請求項１９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
本発明は加速度計に係る。より具体的には、本発明は差容量型の高精度マイクロメカニカル半導体加速度計に係る。
【０００２】
背景技術
精度の高いマイクロメカニカル加速度計は、慣性航行及び誘導の分野で広い用途をもつ。両方とも航空機のような長距離、再使用可能な輸送手段及び軍用品のような比較的短距離の一度だけ使用する輸送手段に係る。そのような慣性センサは、直線的な加速及びコリオリを基本とするシステム中で用いた時、慣性航行システム内で、輸送手段の角速度の両方を測定するために用いられる。直線的加速度及び一組の直交する三軸に対する回転速度の両方を測定するための代表的な型のシステムは、たとえば以下の米国特許で示されているようなマルチセンサである。（本件の権利者の所有になる。）“平衡した機械的振動子を有する三軸慣性測定ユニット”と題する第４，９９６，８７７号；“平衡した低慣性機械的振動子を有する三軸慣性測定ユニット”と題する第５，００７，２８９号及び“平衡した低慣性機械的振動子を有する三軸慣性測定ユニット”と題する第５，０６５，６２７号である。
【０００３】
精度の高いマイクロメカニカル加速度計は、いわゆる差容量型を含むいくつかの機能形態をとることができる。一般に、この型は２つの固定された外部プレート間に配置され、感受性のある軸に沿った加速力に応答して、屈曲部で動ける中央プレート又は保証質量を用いる。オープンループシステムにおいて、中央プレートと外部プレートの各１つの間に規定された容量の２つの値の差がとられ、容量の変化は電極により感知される中央プレートのずれから生じ、加速力の尺度に用いられる。
【０００４】
クローズループシステムにおいて、差容量の測定された変化は、２つの容量の各プレートに印加された静電界力の形で帰還され、２つの外部プレート間で精密に中央プレートを戻し保持する。ゼロ状態に中央プレートを戻し、保持するために必要な静電力は、プレートに働く慣性力の尺度である。そのような加速度計は、適切な感度をもつ容量測定システムとともに用いた時、きわめて微小な加速度（約１μＧ）を検出しかつ測定することができる。電荷制御力及びレート乗算器を用いたそのようなシステムの例は、本件の権利者の所有になる“静電電荷制御を有する力平衡装置”と題する米国特許第５，１４２，９２１号に示されている。
【０００５】
めっきされた金属電極を有する一対の相対するガラスプレート間にはさまれたシリコン保証質量が中にある加速度計構成は効率が悪い。その理由はガラスプレートとそれらの間にはさまれたシリコン円盤の熱膨張係数の違いにある。そのように熱的に両立しないことにより、温度変化とともにそりが生じ、過度のバイアスと換算係数温度感度が生じうる。ガラスプレートを用いた加速度計に更に伴う問題は、熱サイクルに伴う可動イオンの再分配で、バイアス及び換算係数の再現性がなくなる可能性がある。
【０００６】
“プレート状半導体ウエハを有するマイクロメカニカル加速度計”と題する米国特許第５，６１４，７４２号（やはり本件の権利者の所有で、その教示はここに参照文献として含まれる）は、先の問題を本質的に克服した全シリコン高精度マイクロメカニカル加速度計を教えている。この特許の加速度計は、ハーメチック封入構成を形成するように、相互に接合された５個の非等方性エッチシリコンウエハ（それぞれは従来の湿式プロセスにより形成）の構成を含む。薄い酸化膜層で被覆された全体がシリコン層の構造を用いることにより、従来技術の熱係数の不整合は本質的に克服される。その結果、’７４２特許のデバイスはより広範囲の温度変化に耐えることができ、温度感受性は減少し、再現性と安定性は改善される。
【０００７】
上述のデバイスは戦術上の特性と価格の両方の点で、非常に満足できる結果をもたらすが、この特許の構成は、５個の別々のウエハのエッチングとそれに続く位置合わせとボンディングを必要とする。電極とそれらの遮断フレームを規定するためのエッチングプロセスは、水酸化カリウム（ＫＯＨ）のような従来のエッチング溶液を用いる。そのような溶液は、ある種の環境下でアルカリイオンを生じ、それはシリコン酸化物層中に浸入し、汚染し、加速度計の特性を劣化させる。シリコン層の結晶学的面に沿って進むエッチングの非等方性により、直線的な側壁でなく、傾斜した側壁が生じる。組立てられた加速度計中で、そのような傾斜した端部は“非加圧質量”の領域を生じ、その場合端部部分は電極から離れすぎ、名目上印加される電圧と相互作用するほど応答しなくなる。従って、余分の質量を克服するために、より高い電圧を印加しなければならない。この状況は電極が（閉じたループシステムの場合のように）加圧の働きをするか、（開いたループ及び閉じたループシステムの両方の場合のように）信号を取り出す時起こる。
【０００８】
本発明の記述
従来技術の先の短所及び他の短所は、本発明によって解決される。本発明は第１の点において、差容量型の半導体加速度計を実現する。そのような加速度計は、最上部及び底部カバーウエハ要素を含み、それぞれ相対する集積内部及び外部半導体層を有する付随した酸化物層を含む。あらかじめ決められた厚さの第１の誘電体層が、各内部半導体層に隣接して配置される。開口が電極及び周辺保護環を規定する内部半導体及び上部誘電体層のそれぞれの中に存在する。
【０００９】
半導体保証質量ウエハ要素は、それを貫く開口を有し、中央の保証質量、周辺フレーム及び保証質量をフレームに隣接させる少なくとも１個の柔軟性蝶番を規定する。あらかじめ決められた厚さの第２の誘電体層が、保証質量ウエハ要素の各側でフレームの上にある。
【００１０】
第２の点において、本発明は差容量型の半導体加速度計を実現する。そのような方法には、半導体保証質量ウエハ及び半導体ハンドル層及びデバイス層間に酸化物層を有する型の一対のＳＯＩウエハを選択する工程が含まれる。そのような方法には、各ＳＯＩウエハの相対する側の上の誘電体材料の第１の厚さを固定する工程及び保証質量層の相対する側の上の誘電体材料の第２の厚さを固定する工程が含まれる。
【００１１】
デバイス層及び各ＳＯＩウエハのデバイス層上の誘電体材料の第１の厚さは、下の酸化物層まで通してエッチングされ、デバイス層上の電極周囲の連続した周縁フレーム中に、付随した中央電極を規定する。保証質量ウエハ及びその相対する側の上の誘電体材料の第２の厚さは、エッチングされ、そのウエハ内に相対する面、保証質量周辺の連続した周縁フレーム及びフレームに保証質量を接続するための柔軟性のある蝶番を有する中央保証質量を規定する。
【００１２】
保証質量ウエハは、ＳＯＩウエハの相対するものの間にウエハのフレームが位置合わせされ、誘電体材料の第１及び第２の厚さの合計に等しい距離だけ、電極の相対するものの間で、それぞれから離れた中央にあり、保証質量は電極及び蝶番の間で回転するよう関節にとりつけるごとく組立てられる。各ＳＯＩウエハは保証質量ウエハの相対する側のそれぞれに接合され、それによって電極周辺のフレーム上の誘電体材料の第１の厚さのそれぞれは、保証質量周囲のフレームの相対する側の上の誘電体材料の第２の厚さのそれぞれに融着され、ハーメチックに封じられた構成が形成される。
【００１３】
第３の点において、本発明により、差容量型の半導体加速度計が実現され、それは最上部及び底部カバーウエハ要素を含み、それぞれ相対する内部及び外部半導体ウエハ層を有する付随した酸化物層を含む。あらかじめ決められた厚さの第１の誘電体層が、各内部半導体層に隣接して配置されている。内部及び第１の誘電体層のそれぞれの中に垂直側壁を有する開口は、電極と周辺の保護環を規定する。半導体保証質量ウエハ要素は、相対する側を有する。そのような保証質量ウエハ要素は、垂直側壁、周辺フレーム及び保証質量をフレームに接合する少なくとも１個の柔軟性のある蝶番を有する中央保証質量を規定するため、それを貫く開口をもつ。あらかじめ決められた厚さの第２の誘電体層が、保証質量ウエハ要素の各側の上のフレーム上にある。
【００１４】
本発明の先に述べた特徴、他の特徴及び利点は以下の詳細な記述から、更に明らかになるであろう。この記述には一組の図面が添付されている。図面の数字は記述の中のそれらに対応し、本発明の様々な特徴を示す。記述及び図面の両方を通して、同様の数字は同様の部分をさす。
【００１５】
本発明を実施する最善の方式
図１は本発明に従う高精度マイクロメカニカル半導体加速度計（１０）の構造を示す切断透視図である。この図は、加速度計（１０）は一般に３つのウエハ要素（１２）を含み、それには最上部カバーウエハ要素（１２）、底部カバーウエハ要素（１４）及びそれらの間に配置された保証ウエハ要素（１６）が含まれる。
【００１６】
図２中でより明瞭にわかるように、組立てられた加速度計（１０）の断面側立面図において、加速度計（１０）の右及び左の数字は材料層をさし、最上部及び底部カバーウエハ要素（１２）及び（１４）のそれぞれは、中央酸化物層（１８，２０）、外部半導体層（２２，２４）及び内部半導体層（２６，２８）の集積化合成体を含む。半導体層（２２）ないし（２８）のそれぞれはシリコンを含むのが好ましいが、本発明はこの半導体に限定されない。
【００１７】
最上部及び底部カバーウエハ（１２）及び（１４）のそれぞれは、５つのウエハ要素の構成と接合を必要とする上で引用した’７４２特許のデバイスと異なり、加速度計（１０）の作製と組立てを簡単にするために、シリコン−オン−絶縁体（“ＳＯＩ”）型をもつ。
【００１８】
ＳＯＩウエハは日本の信越半導体を含む多くの供給源から商業的に入手できる。そのようなウエハ要素は一般に、半導体材料のいわゆる“ハンドル”（外部）及び“デバイス”（内部）層間にはさまれた約０．５乃至２．０ミクロンの厚さをもつ中央埋込み酸化物層を含む。加速度計（１０）の材料組成に関しては、主に図２を、具体的な構造に関しては図１を参照すると、第１のあらかじめ決められた厚さの誘電体層（３０，３２）が、保証質量ウエハ（１６）の相対する表面上に成長させた対応する誘電体層（３４，３６）上に融着させるために、内部半導体層（２６，２８）上に成長されている。誘電体層の材料は付随した半導体材料の下の層上に熱的に成長させた酸化物又は窒化物でよい。
【００１９】
加速度計（１０）の溶融接合の前に、内部半導体層（２６，２８）のそれぞれ及び付随した各誘電体層（３０）及び（３２）は、電極（３８，４０）及び周囲の周辺保護環を規定するため、ドライエッチングする。それらの中の１つ，底部カバーウエハ（１４）の保護環（４２）及び電極（４０）のみが見られる（図１）。同様の面をもつ構造が、上部カバーウエハ（１２）上に形成されることが理解される。
【００２０】
カバーウエハと異なり，保証ウエハ（１４）は合成体でない半導体ウエハから作製される。加速度計（１０）に組込む前に、誘電体層（３４，３６）（好ましくは第２のあらかじめ決められた厚さの酸化物又は窒化物）があらかじめ決められたパターンに従ってドライエッチングされ、その中に誘電体材料のない保証質量要素（４６）、少なくとも１つの柔軟性のある蝶番（４８）及び周囲の保護環（５０）が規定される。保証質量要素（４６）の相対する表面と電極（３８，４０）の向かいあう面の間の間隙は、誘電体層厚の選択により、容易に設定されることに気がつく。
【００２１】
加速度計構成（１０）を完成させるために、ウエハ（１２，１４，１６）を溶融接合する前に、（及び当業者には周知のように、先に述べたデバイスエッチング作製工程と同時に行える）十分機能するデバイスを実現するために、加速度計（１０）に接続するのに必要な手段が形成される。そのような手段には、ウエハ（１２）及び（１４）のハンドル及び埋込み酸化物層を貫いてドライエッチングされ、それぞれ電極（３８）及び（４０）への接触を提供する接続開口（５２，５４）が含まれる。メタライゼーションされた接触パッド（５６，５７）がそれぞれ開口（５２，５４）の底にメッキされ、ワイヤを接合するかはんだづけするよう受入れるための導電性媒体となる。
【００２２】
最上部、底部及び中央ウエハ要素（１２，１４）及び（１６）は上のその端部に沿ってドライエッチングされ、一連の台を規定する。それらは図１（図２には示されていない）に示されるように、メッキされた金属接続パッド（５８）を受けるため、シリコンウエハの領域を露出する。更に、上部層（１８，２６）及び（３０）と対応する下部層（２０，２８）及び（３２）をエッチングする時、誘電体層（３０）及び内部半導体層がエッチングされ、埋込み酸化物層（１８）の下の領域が露出されるように、マスクすることが、図２から最も明瞭にわかる。同様の形状は下の埋込み酸化物層（２０）に対する誘電体層（３２）及び隣接する内部の半導体層（２８）のエッチングにもあてはまる。その結果、誘電体材料の保護領域（５９）（そのうちの一部のみが図２中の数字で示されている）が組立てられた構造内に生成される。そのような保護領域（５９）によって、半導体材料の層間の電気的分離が著しく強化され、それによって加速度計（１０）の誘電体層を橋渡しする漏れ電流の機会は最小になる。すなわち、誘電体材料の層の厚さは、１ないし２ミクロンの程度で、誘電体保護領域（５９）はシリコン層のエッチングされた（又は切断された）端部から、約２０ないし１００ミクロン延びる。加速度計（１０）の端部において電気的分離が強まることは、量産されるウエハのけがき又は切断に付随する予測された汚染から生じる短絡に対する保護として特に有用である。
【００２３】
不安定な応答に対する残留気体媒体の減衰効果を減らすため、保証質量（４６）を貫いて延びる複数の小さな開口（６０）を形成するのが更に望ましい。
【００２４】
各種構造が完成した後、保証質量ウェハ要素（１６）がそれぞれ最上部及び底部カバーウェハ（１２）及び（１４）の相対するデバイス層（２６、２８）間にはさまれる。保証質量（４６）が２つの相対する電極（３８）及び（４０）間の中心にあり、エッチングして保証環及び（最上部及び底部）カバーの電極を形成した後も残っている向かいあう誘電体層（３０、３４）及び（３２、３６）の厚さの合計に等しい厚さを有する間隙６１だけ電極（３８）及び（４０）の各々から離れて分離されている。保証質量ウェハ要素（１６）のエッチングされた誘電体層の残った領域と最上部及び底部カバーウェハ要素（１２）及び（１４）は次に相互に溶融接合され、ハーメチック封じ構成で形成される。保証質量（４６）はその面に対し垂直な方向に働く加速力に応答して、電極（３８）及び（４０）間で変位するように蝶番（４８）の周囲に移動できる。
【００２５】
エッチングにより規定される加速度計（１０）の各部分、特に保証質量（４６）の部分は、付随するウエハの面に本質的に垂直又は直行する周辺側壁を含むことに注意する必要がある。このことは材料の除去が結晶面に沿って選択的に起こる湿式、非等方的エッチングプロセスによって生じるゆがんだあるいは傾斜した側壁とは対照的である。上述のように、保証質量（４６）から質量欠損領域が除去され、より効果的なエネルギーの使用が可能になるため、これは非常に望ましい特性である。
【００２６】
上述のように、加速度計（１０）の直線状の側壁は、反応性イオンエッチング（“ＲＩＥ”）型のドライエッチングプロセスを用いることにより形成される。現在、２つの異なる商業的に知られたＲＩＥ深溝ドライシリコンエッチングプロセス、“ＢＯＳＣＨ”及び“ＡＬＣＡＴＥＬ”がある。加速度計（１０）はＢＯＳＣＨプロセスに従うエッチング工程により、上述のように形成するのが好ましい。
【００２７】
ＲＩＥエッチングを用いることにより、エッチングされた部分の本質的に垂直な側壁が、エッチングされる基板の結晶学的方向にかかわらず得られる。そのようなプロセスにより、保証質量、電極、保護環及びカバー間の電気的分離に必要な二酸化シリコン誘電体層のアルカリイオンによる汚染の可能性の除去が実現される。本件の発明者は、エッチングされた形状の端部において、非加力質量の生成を避けるために、ドライＲＩＥエッチングプロセスを用いることにより、よりコンパクトなデバイスが生成され、それによってウエハ当りより多くのデバイスが作製され、著しい価格上の利点が生じることを発見した。加えて、非加力質量を除くことにより、（ボルト／Ｇの単位で）１０ないし２０パーセント効率が増し、比較的高いＧ環境で用いられる加速度計が実現されることが見いだされた。
【００２８】
従って、本発明により、改善された誘電体分離、遮蔽された電極、熱的特性及び最小の静電的弾性の点で米国特許第５，６１４，７４２号のデバイスの利点が得られ、一方本質的な特性及び経済性は保たれることがわかる。非等方性に対して、Ｒ．Ｉ．Ｅ．エッチングを用いることにより、直線状の側壁が生じ、それによって特性は改善され、生産利得が増す。そのような利得は、コンパクトさが増し、材料汚染が減少したことの両方の結果による。要素に対応した個別のものを用いるのと違い、ＳＯＩウエハを用いることにより、製作が簡単になり、それによって更に価格が下がる。５から３へウエハ数が減少することにより、２つの層接合又は工程が除かれる。ＳＯＩを用いることにより、ＳＯＩウエハのシリコン層を別々に位置合わせする必要性が除かれる。最後に、ＲＩＥエッチングを用いることにより、用いる任意の３つのウエハ（ＳＯＩ及びそれ以外）の結晶学的方向に注意を払う必要がなくなり、本発明に従うデバイス作製の価格が更に減少する。
【００２９】
本発明について、現在好ましい実施例をあげて述べてきたがそれには限定されない。本発明は特許請求の範囲によって規定される範囲によってのみ限定され、等価なものはすべてその視野の中に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  三ウエハ構造を示す本発明に従う量産されたマイクロメカニカル半導体加速度計の切断透視図。
【図２】  右及び左側の数字は材料層を同定し、内部の引出し線は加速度計構造をさす加速度計の断面側面図。
【符号の説明】
１０  加速度計、加速度計構成
１２  ウエハ要素、最上部カバーウエハ要素、最上部カバーウエハ、ウエハ
１４  底部カバーウエハ要素、底部カバーウエハ、ウエハ
１６  保証ウエハ要素、ウエハ
１８  中央酸化物層、上部層
２０  中央酸化物層、下部層、酸化物層
２２  外部半導体層、半導体層
２４  外部半導体層
２６  内部半導体層、上部層、デバイス層
２８  内部半導体層、下部層、半導体層、デバイス層
３０  誘電体層、上部層
３２  誘電体層、下部層
３４，３６  誘電体層
３８，４０  電極
４２  保護環
４６  保証質量要素、保証質量
４８  蝶番
５０  保護環
５２，５４  接続開口、開口
５６，５７，５８  接続パッド
５９  保護領域
６０  開口
【図１】
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【図２】
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