(57)【要約】【課題】小型な力学量検出装置を製造する方法を提供する。【解決手段】本発明の力学量検出装置の製造方法では、ベース層と犠牲層と活性層の積層基板から力学量検出装置を製造する。この製造方法は、活性層を異方性エッチングする工程と、積層基板上に上部犠牲層を形成する工程と、上部犠牲層上に回路層を成長させる工程と、回路層に半導体回路を形成する工程と、回路層に貫通孔を形成する工程と、貫通孔からエッチング剤を導入して犠牲層と上部犠牲層を等方性エッチングする工程と、貫通孔を通過して接続領域と半導体回路を電気的に接続する配線部を形成する工程を備えている。貫通孔の位置と等方性エッチングでのエッチング時間を、可動部が可動となり、固定部とベース層を接続する犠牲層が残存し、支持部とベース層を接続する犠牲層が残存し、支持部と回路層を接続する上部犠牲層が残存するように設定しておく。【選択図】図１
2009004543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース層と犠牲層と活性層がその順序で積層されている積層基板から、
犠牲層を介してベース層に固定されている活性層からなる固定部と、
固定部から伸びているとともに犠牲層が除去されているためにベース層から遊離している活性層からなる可動部と、
犠牲層を介してベース層に固定されている活性層からなる支持部と、
支持部上に固定されており、可動部に非接触な位置関係で可動部の上方を伸びているとともに、固定部と電気的に接続されている半導体回路を備えている回路層、
を有する力学量検出装置を製造する方法であって、
固定部との接続部を除外した範囲の可動部の輪郭に沿って活性層を異方性エッチングして犠牲層に達するトレンチを形成する異方性エッチング工程と、
異方性エッチング工程後の積層基板上に活性層を覆う上部犠牲層を形成する上部犠牲層形成工程と、
上部犠牲層上に回路層を成長させる回路層成長工程と、
回路層に半導体回路を形成する半導体回路形成工程と、
回路層のうち、少なくとも固定部の上方の位置に、回路層の上面から下面にまで貫通する貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
貫通孔からエッチング剤を導入して犠牲層と上部犠牲層を等方性エッチングする等方性エッチング工程と、
固定部の上方に位置する貫通孔を通過して固定部と半導体回路を電気的に接続する配線部を形成する配線部形成工程を備えており、
前記貫通孔形成工程で形成する貫通孔の位置と、前記等方性エッチング工程でのエッチング時間を、下記の条件、すなわち、
・可動部とベース層の間の犠牲層を除去して、可動部とベース層を分離する；
・可動部と回路層の間の上部犠牲層を除去して、可動部と回路層を分離する；
・可動部と固定部の間を埋めている上部犠牲層と、可動部と支持部の間を埋めている上部犠牲層を除去して可動部を固定部と支持部の双方に対して可動とする；
・固定部の下部に、固定部とベース層を接続している犠牲層を残存させる；
・支持部の下部に、支持部とベース層を接続している犠牲層を残存させる；
・支持部の上部に、支持部と回路層を接続している上部犠牲層を残存させる；
という条件を満たすように設定しておくことを特徴とする力学量検出装置の製造方法。
【請求項２】
回路層成長工程よりも前に、上部犠牲層の上面を平坦化する工程を実施することを特徴とする請求項１に記載の力学量検出装置の製造方法。
【請求項３】
貫通孔形成工程よりも後で、配線部形成工程よりも前に、回路層の上面と貫通孔の壁面に絶縁膜を形成する工程を実施することを特徴とする請求項１または２に記載の力学量検出装置の製造方法。
【請求項４】
貫通孔形成工程で、可動部の上方に位置する回路層に、複数個の貫通孔を分散して形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の力学量検出装置の製造方法。
【請求項５】
異方性エッチング工程で、可動部を形成する活性層に、活性層の上面と下面を連通させる連通孔の複数個を分散して形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の力学量検出装置の製造方法。
【請求項６】
ベース層と、
犠牲層を介してベース層に固定されている活性層からなる固定部と、
固定部から伸びているとともにベース層から遊離している活性層からなる可動部と、
犠牲層を介してベース層に固定されている活性層からなる支持部と、
上部犠牲層を介して支持部に固定されており、可動部に非接触な位置関係で可動部の上方を伸びており、固定部の上方に位置する範囲に上面から下面に貫通する貫通孔が形成されているとともに、半導体回路が形成されている回路層と、
貫通孔を通過して固定部と半導体回路を電気的に接続している配線部と、
を備えていることを特徴とする力学量検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、力学量検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ベース層と犠牲層と活性層がその順序で積層されている積層基板から、力学量検出装置を製造する技術が開発されている。その種の力学量検出装置は、犠牲層を介してベース層に固定されている活性層からなる固定部と、固定部から伸びているとともに犠牲層が除去されているためにベース層から遊離している活性層からなる可動部を備えている。力学量検出装置に加速度、角速度、角加速度、外力、圧力等の力学量が作用すると、可動部がベース層に対して変位する。力学量検出装置は、可動部の変位量を検出する機能を備えており、検出された変位量によって力学量検出装置に作用した力学量を検出する。
【０００３】
特許文献１に、１つのベース層（シリコン基板）の上に、力学量検出部と、半導体回路を形成した力学量検出装置が開示されている。力学量検出部は、可動部（可動錘、弾性梁）と、固定部（固定梁）を有している。固定部は、ベース層上に固定されている。可動部は、固定部によって支持されており、ベース層から遊離している。固定部は、半導体回路と電気的に接続されている。したがって、可動部は、固定部を介して半導体回路と電気的に接続されている。また、可動部の下方のベース層上には、可動部と非接触な位置関係で下部電極（エッチングストッパ層）が形成されている。すなわち、可動部と下部電極によってコンデンサが形成されている。下部電極は、半導体回路と電気的に接続されている。すなわち、可動部と下部電極によって形成されるコンデンサが半導体回路に接続されている。
【０００４】
力学量検出装置に加速度が作用すると、可動部がベース層に対して変位する。すると、可動部と下部電極の間の間隔が変化する。すると、可動部と下部電極で形成されているコンデンサの容量が変化する。この容量の変化は、半導体回路によって検出される。すなわち、可動部に作用した加速度が、コンデンサの容量の変化として、半導体回路によって検出される。
【０００５】
この力学量検出装置では、力学量検出部と半導体回路が１つのベース層上に形成されている。したがって、力学量検出部と半導体回路がそれぞれ別の基板に形成されている場合に比べて、力学量検出装置を小型化することができる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２６３９０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の技術によれば、力学量検出装置を小型化することができる。しかしながら更なる小型化が要求されている。
【０００８】
本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、同一チップに力学量検出部と半導体回路が形成されているとともに、より小型な力学量検出装置を製造する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の力学量検出装置の製造方法では、ベース層と犠牲層と活性層がその順序で積層されている積層基板から、固定部と、可動部と、支持部と、回路層を有する力学量検出装置を製造する。製造される力学量検出装置の固定部は、犠牲層を介してベース層に固定されている活性層からなっている。製造される力学量検出装置の可動部は、固定部から伸びているとともに犠牲層が除去されているためにベース層から遊離している活性層からなっている。製造される力学量検出装置の支持部は、犠牲層を介してベース層に固定されている活性層からなっている。製造される力学量検出装置の回路層は、支持部上に固定されており、可動部に非接触な位置関係で可動部の上方を伸びているとともに、固定部と電気的に接続されている半導体回路を備えている。本発明の力学量検出装置の製造方法は、異方性エッチング工程と、上部犠牲層形成工程と、回路層成長工程と、半導体回路形成工程と、貫通孔形成工程と、等方性エッチング工程と、配線部形成工程を備えている。異方性エッチング工程では、固定部との接続部を除外した範囲の可動部の輪郭に沿って活性層を異方性エッチングして犠牲層に達するトレンチを形成する。上部犠牲層形成工程では、異方性エッチング工程後の積層基板上に活性層を覆う上部犠牲層を形成する。回路層成長工程では、上部犠牲層上に回路層を成長させる。半導体回路形成工程では、回路層に半導体回路を形成する。貫通孔形成工程では、回路層のうち、少なくとも固定部の上方の位置に、回路層の上面から下面にまで貫通する貫通孔を形成する。等方性エッチング工程では、貫通孔からエッチング剤を導入して犠牲層と上部犠牲層を等方性エッチングする。貫通孔形成工程で形成する貫通孔の位置と、等方性エッチング工程でのエッチング時間は、下記の条件、すなわち、
・可動部とベース層の間の犠牲層を除去して、可動部とベース層を分離する；
・可動部と回路層の間の上部犠牲層を除去して、可動部と回路層を分離する；
・可動部と固定部の間を埋めている上部犠牲層と可動部と支持部の間を埋めている上部犠牲層を除去して、可動部を固定部と支持部の双方に対して可動とする；
・固定部の下部に、固定部とベース層を接続している犠牲層を残存させる；
・支持部の下部に、固定部とベース層を接続している犠牲層を残存させる；
・支持部の上部に、支持部と回路層を接続している上部犠牲層を残存させる；
という条件を満たすように設定する。配線部形成工程では、固定部の上方に位置する貫通孔を通過して固定部と半導体回路を電気的に接続する配線部を形成する。
なお、固定部と支持部は、固定部と支持部が連続する（すなわち、固定部と支持部が一体化している）ように形成しても良いし、固定部と支持部を分離して形成しても良い。
また、ベース層上に複数の固定部を形成する場合は、可動部が伸びていない固定部（すなわち、可動部から分離されており、可動部を支持していない固定部）があってもよい。
【００１０】
異方性エッチング工程では、固定部との接続部を除外した範囲の可動部の輪郭にそってトレンチを形成して、活性層に可動部と固定部と支持部を形成する。固定部と支持部を分離する場合には、固定部と支持部の間にもトレンチを形成する。上部犠牲層形成工程では、活性層を覆う上部犠牲層を形成する。すなわち、上部犠牲層を、トレンチ内（すなわち、可動部と固定部の間のトレンチ内と、固定部と支持部の間のトレンチ内と、可動部と支持部の間のトレンチ内）と活性層上に形成する。回路層形成工程では、上部犠牲層上に回路層を形成する。これによって、ベース層、犠牲層、活性層、上部犠牲層、回路層の順で積層された積層構造が形成される（但し、上部犠牲層は、トレンチ内にも存在している）。半導体回路形成工程では、回路層に半導体回路を形成する。貫通孔形成工程では、固定部の上方の位置に、回路層の上面から下面にまで貫通する貫通孔を形成する。なお、貫通孔は、必要に応じて、可動部の上方の位置の回路層に形成してもよい。等方性エッチング工程では、貫通孔形成工程で形成した貫通孔からエッチング剤を導入して、犠牲層と上部犠牲層を等方性エッチングする。貫通孔形成工程で形成する貫通孔の位置と、等方性エッチング工程でのエッチング時間は、上記の条件を満たすように設定する。したがって、等方性エッチング工程の実施後には、各部が以下の状態となる。まず、固定部と支持部は、犠牲層を介してベース層に固定されている状態が維持される。回路層は、上部犠牲層によって支持部と接続されるとともに可動部と分離されるので、可動部に非接触な位置関係で可動部の上方を伸びている状態となる。可動部は、周囲の犠牲層と上部犠牲層が除去されて、接続部においてのみ固定部と接続された状態となる。すなわち、可動部は、回路層と非接触となり、固定部からベース層と平行な面内を伸びているとともに、ベース層から遊離している状態となる。また、固定部の上方に形成した貫通孔から上部犠牲層は除去されるので、貫通孔の下方では固定部の上面が露出している状態となる。配線部形成工程では、固定部の上方に位置する貫通孔を通過して固定部と半導体回路を電気的に接続する配線部を形成する。これによって、力学量検出装置が完成する。なお、可動部に接続されていない固定部があってもよい。また、固定部の上部の上部犠牲層は、全範囲で除去されていてもよく、貫通孔の近傍だけが除去されていてもよい。また、支持部と固定部は、連続していてもよく、分離されていてもよい。
以上に説明したように、この力学量検出装置の製造方法によれば、ベース層に固定されている固定部と、固定部から伸びているとともにベース層から遊離している可動部と、犠牲層を介してベース層に固定されている活性層からなる支持部と、支持部上に固定されているとともに可動部に非接触な位置関係で可動部の上方を伸びている回路層を備えている力学量検出装置を製造することができる。製造される力学量検出装置では、力学量検出部（可動部と固定部）の上方に積層されている回路層に半導体回路が形成されている。したがって、この製造方法によれば、従来の力学量検出装置（力学量検出部の隣に半導体回路が形成されている）に比べて、より小型な力学量検出装置を製造することができる。
【００１１】
上述した力学量検出装置の製造方法においては、回路層成長工程よりも前に、上部犠牲層の上面を平坦化する工程を実施することが好ましい。
このような構成によれば、回路層形成工程で回路層を平坦に形成することができる。したがって、回路層に半導体回路を好適に形成することができる。
【００１２】
上述した力学量検出装置の製造方法においては、貫通孔形成工程よりも後で、配線部形成工程よりも前に、回路層の上面と貫通孔の壁面に絶縁膜を形成する工程を実施することが好ましい。
このような構成によれば、配線部が意図しない箇所で回路層と導通してしまうことを防止することができる。
【００１３】
上述した力学量検出装置の製造方法においては、固定部の下部に、固定部とベース層を接続している犠牲層を残存させる必要がある。一方で、可動部の周囲の犠牲層と上部犠牲層を除去して、可動部をベース層と回路層と固定部と支持部から分離する必要がある。したがって、可動部の周囲では、固定部の周囲よりも広い範囲の犠牲層がエッチングされなければならない。
したがって、上述した力学量検出装置の製造方法においては、貫通孔形成工程で、可動部の上方に位置する回路層に、複数個の貫通孔を分散して形成することが好ましい。
このような構成によれば、等方性エッチング工程で、可動部の周囲の犠牲層と上部犠牲層をより早く除去することができる。したがって、可動部の面積が大きい力学量検出装置を製造する場合であっても、固定部の下部の犠牲層が完全に除去されてしまう前に、可動部の周囲の犠牲層と上部犠牲層を除去することができる。
【００１４】
上述した力学量検出装置の製造方法では、異方性エッチング工程で、可動部を形成する活性層に、上面と下面を連通させる連通孔の複数個を分散して形成することが好ましい。
可動部の活性層に連通孔を分散して形成すると、等方性エッチング工程で、分散して配置されている連通孔から活性層の厚み方向にエッチングが進行される。したがって、固定部と支持部の下部の犠牲層を残存させるとともに、可動部の下部の犠牲層を除去することができる。
【００１５】
本発明は、新たな力学量検出装置をも提供する。この力学量検出装置は、ベース層と、固定部と、可動部と、支持部と、回路層と、配線部を備えている。固定部は、犠牲層を介してベース層に固定されている活性層からなっている。可動部は、固定部から伸びているとともにベース層から遊離している活性層からなっている。支持部は、犠牲層を介してベース層に固定されている活性層からなっている。回路層は、上部犠牲層を介して支持部に固定されており、可動部に非接触な位置関係で可動部の上方を伸びており、固定部の上方に位置する範囲に上面から下面に貫通する貫通孔が形成されているとともに、半導体回路が形成されている。配線部は、貫通孔を通過して固定部と半導体回路を電気的に接続している。
このような構成によれば、より小型な力学量検出装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、より小型な力学量検出装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
下記に詳細に説明する実施例の主要な特徴を最初に列記する。
（特徴１）可動部は、固定部から伸びるとともにベース層と平行な平面内で揺動可能な梁と、梁の先端に接続されている振動部（おもり部）を有している。
（特徴２）半導体回路は、振動部の変位量を検出する変位量検出回路を有している。
（特徴３）半導体回路は、振動部を振動させる電気信号を出力する駆動信号出力回路を有している。
【実施例】
【００１８】
本発明を角速度検出装置の製造方法に適用した実施例について、図面を参照しながら説明する。最初に、本実施例の製造方法で製造する角速度検出装置について説明する。
【００１９】
図１は、実施例の角速度検出装置１０の部分断面図を示している。図示するように、角速度検出装置１０は、ベース層１００、犠牲層１０２、活性層１０４、上部犠牲層１０６及び回路層１０８が積層された積層構造を有している。活性層１０４には、ベース層１００に固定されている第１部分（固定部１１０）と、ベース層１００に固定されている第２部分（支持部１１１）と、ベース層１００から遊離している部分（可動部１１２）が存在する。固定部１１０は、下部に犠牲層１０２が形成されており、犠牲層１０２によってベース層１００に固定されている。支持部１１１は、下部に犠牲層１０２が形成されており、犠牲層１０２によってベース層１００に固定されている。可動部１１２は、下部に犠牲層１０２が形成されていない。すなわち、可動部１１２とベース層１００の間には空間が形成されている。後に詳述するが、可動部１１２を構成する活性層１０４は、図示していない範囲で固定部１１０を構成する活性層１０４と接続されている。これによって、可動部１１２はベース層１００から遊離した状態で支持されている。
固定部１１０の上部には、上部犠牲層１０６が形成されていない。可動部１１２の上部にも、上部犠牲層１０６が形成されていない。支持部１１１の上部には、上部犠牲層１０６が形成されている。支持部１１１は、上部犠牲層１０６を介して回路層１０８と接続されている。回路層１０８は、ベース層１００と略同一面積の層であり、ベース層１００に対向している。回路層１０８は、上部犠牲層１０６によって支持部１１１に固定されている。回路層１０８は、固定部１１０と可動部１１２に対して非接触な位置関係で支持されている。回路層１０８と固定部１１０は、配線部１２２で接続されている。
図２は、回路層１０８の拡大図を示している。図示するように、回路層１０８上面側に半導体回路１３０が形成されている。なお、図２の参照番号１３２は、半導体回路１３０を構成しているゲート電極１３２を示している。半導体回路１３０は、層間絶縁膜１３４によって覆われている。層間絶縁膜１３４の上には、パシベーション膜１３６が形成されている。
図１に示すように、回路層１０８のうち、支持部１１１上の上部犠牲層１０６と接していない範囲には、回路層１０８の上面から下面にまで貫通する貫通孔１２０の複数個が形成されている。各貫通孔１２０は、半導体回路１３０と干渉しない位置に形成されている。図２に示すように、貫通孔１２０の壁面には、層間絶縁膜１３４が形成されている。複数の貫通孔１２０のうち、固定部１１０の上方に位置する貫通孔１２０を通過するようにして、配線部１２２が形成されている。配線部１２２は、その下部の固定部１１０と半導体回路１３０を電気的に接続している。以下では、固定部１１０のうち、配線部１２２と接続されている領域を、接続領域１２４という。
【００２０】
ベース層１００、活性層１０４及び回路層１０８は、単結晶シリコンによって構成されている。単結晶シリコンには、不純物が導入されている。したがって、ベース層１００、活性層１０４及び回路層１０８は導電性を有している。特に、活性層１０４は、高濃度に不純物が導入されており、導電性が非常にが高い。犠牲層１０２はＳｉＯ２によって構成されており、絶縁体である。上部犠牲層１０６はＳｉＯによって構成されており、絶縁体である。したがって、活性層１０４はベース層１００から絶縁されている。また、活性層１０４は、接続領域１２４でのみ回路層１０８と導通している。
【００２１】
図３は、回路層１０８を取り除いた状態の角速度検出装置１０を、上面側から矢視した平面図を示している。なお、図３においては、図３の左右方向をＸ方向といい、図３の上下方向をＹ方向という。ベース層１００は、図３に示す角速度検出装置１０の外周形状と同じ形状をしている。ベース層１００上には、上述した固定部１１０、支持部１１１及び可動部１１２が形成されている。図３においては、固定部１１０を斜線模様で示し、支持部１１１を縦線模様で示し、可動部１１２を点模様で示している。
【００２２】
図示するように、支持部１１１は、ベース層１００の外周端に沿って形成されている。上述したように、支持部１１１の上部には、ベース層１００と略同じ面積の回路層１０８が固定されている。すなわち、ベース層１００、支持部１１１及び回路層１０８によって、箱状の構造体が形成されている。この箱状の構造体の内部の空間に、固定部１１０と可動部１１２が形成されている。
【００２３】
図３に示すように、ベース層１００上には、固定部１１０である基部５０ａ〜５０ｄが形成されている。基部５０ａ、５０ｂは、ベース層１００の一方の端部（図３の上方の端部）の近くに形成されている。基部５０ｃ、５０ｄは、ベース層１００の他方の端部（図３の下方向の端部）の近くに形成されている。基部５０ｃは、延出部５８によって接続領域１２４ａに接続されている。
可動部１１２は、基部５０ａ〜５０ｄに接続されている。これによって、可動部１１２は、ベース層１００上に浮いた状態で支持されている。可動部１１２は、梁３０ａ〜３０ｄ、サブフレーム２４ａ、２４ｂ、梁２８ａ〜２８ｄ、メインフレーム２２ａ、２２ｂ、梁２６ａ〜２６ｄ及び振動子（おもり部）２０を備えている。
【００２４】
梁３０ａ、３０ｂは、基部５０ａ、５０ｂからＹ方向（図３の上向き）に伸びている。梁３０ａ、３０ｂの先端部には、サブフレーム２４ａが接続されている。サブフレーム２４ａからは、梁２８ａ、２８ｂがＹ方向（図３の下向き）に伸びている。梁２８ａ、２８ｂの先端部には、メインフレーム２２ａが接続されている。図示するように、梁３０ａ、３０ｂ、２８ａ、２８ｂは、Ｙ方向に長く、Ｘ方向の幅が細い。したがって、梁３０ａ、３０ｂ、２８ａ、２８ｂは、ベース層１００と平行な平面内で撓むことができる。これによって、メインフレーム２２ａはベース層１００に対してＸ方向に変位することができる。
【００２５】
梁３０ｃ、３０ｄは、基部５０ｃ、５０ｄからＹ方向（図３の下向き）に伸びている。梁３０ｃ、３０ｄの先端部には、サブフレーム２４ｂが接続されている。サブフレーム２４ｂからは、梁２８ｃ、２８ｄがＹ方向（図３の上向き）に伸びている。梁２８ｃ、２８ｄの先端部には、メインフレーム２２ｂが接続されている。図示するように、梁３０ｃ、３０ｄ、２８ｃ、２８ｄは、Ｙ方向に長く、Ｘ方向の幅が細い。したがって、梁３０ｃ、３０ｄ、２８ｃ、２８ｄは、ベース層１００と平行な平面内で撓むことができる。これによって、メインフレーム２２ｂはベース層１００に対してＸ方向に変位することができる。
【００２６】
図示するように、振動子２０は、メインフレーム２２ａとメインフレーム２２ｂの間に位置している。
振動子２０の一方の端部（図３の上方向の端部）は、Ｘ方向に伸びる梁２６ａ、梁２６ｂによってメインフレーム２２ａに接続されている。振動子２０の他方の端部（図３の下方向の端部）は、Ｘ方向に伸びる梁２６ｃ、２６ｄによってメインフレーム２２ｂに接続されている。梁２６ａ〜２６ｄは、Ｘ方向に長く、Ｙ方向の幅が細い。したがって、梁２６ａ〜２６ｄは、ベース層１００と平行な平面内で撓むことができる。梁２６ａ〜２６ｄが撓むことができるので、振動子２０は、メインフレーム２２ａ、２２ｂに対してＹ方向に変位することができる。
【００２７】
次に、角速度検出装置１０の各部に形成されているコンデンサ構造について説明する。
【００２８】
振動子２０は、胴体部２０ａと、胴体部２０ａから延出されているアーム２０ｂ〜２０ｅを備えている。アーム２０ｂの先端及び基端の近傍には、Ｘ方向に伸びる４つの板状部３２ａが形成されている。各板状部３２ａと対向する位置には、ベース層１００に固定されている板状部５２ａがそれぞれ形成されている。すなわち、４つの板状部３２ａと４つの板状部５２ａによってコンデンサ８０ａが形成されている。板状部５２ａは、延出部５４ａによって接続領域１２４ｂに接続されている。
同様にして、アーム２０ｃの近傍には、４つの板状部３２ｂと４つの板状部５２ｂによってコンデンサ８０ｂが形成されている。板状部５２ｂは、延出部５４ｂによって接続領域１２４ｃに接続されている。
同様にして、アーム２０ｄの近傍には、４つの板状部３２ｃと４つの板状部５２ｃによってコンデンサ８０ｃが形成されている。板状部５２ｃは、延出部５４ｃによって接続領域１２４ｄに接続されている。
同様にして、アーム２０ｅの近傍には、４つの板状部３２ｄと４つの板状部５２ｄによってコンデンサ８０ｄが形成されている。板状部５２ｄは、延出部５４ｄによって接続領域１２４ｅに接続されている。
【００２９】
メインフレーム２２ａのＸ方向の一端には、Ｘ方向に伸びる複数個の板状部３４ａが形成されている。各板状部３４ａと対向する位置には、ベース層１００に固定されている板状部６２ａが形成されている。これによって、コンデンサ８２ａが形成されている。板状部６２ａは、延出部６４ａによって接続領域１２４ｆに接続されている。
同様にして、メインフレーム２２ａのＸ方向の他端には、複数の板状部３４ｂと複数の板状部６２ｂによってコンデンサ８２ｂが形成されている。板状部６２ｂは、延出部６４ｂによって接続領域１２４ｇに接続されている。
同様にして、メインフレーム２２ｂのＸ方向の一端には、複数の板状部３４ｃと複数の板状部６２ｃによってコンデンサ８２ｃが形成されている。板状部６２ｃは、延出部６４ｃによって接続領域１２４ｈに接続されている。
同様にして、メインフレーム２２ｂのＸ方向の他端には、複数の板状部３４ｄと複数の板状部６２ｄによってコンデンサ８２ｄが形成されている。板状部６２ｄは、延出部６４ｄによって接続領域１２４ｉに接続されている。
【００３０】
上述したように、接続領域１２４（すなわち、接続領域１２４ａ〜１２４ｉ）の各々は、配線部１２２によって回路層１０８の半導体回路１３０と電気的に接続されている（従って、図１には配線部１２２を１本のみ示しているが、加速度検出装置１０には９本の配線部１２２が形成されている）。半導体回路１３０は、駆動信号出力回路１３０ａと容量検出回路１３０ｂを備えている。図３に示すように、接続領域１２４ｆ〜１２４ｉは、駆動信号出力回路１３０ａに接続されている。接続領域１２４ａ〜１２４ｅは、容量検出回路１３０ｂに接続されている。
駆動信号出力回路１３０ａは、接続領域１２４ｆ−１２４ｇ間及び接続領域１２４ｈ−１２４ｉ間に所定周波数の交流信号を出力する。
容量検出回路１３０ｂは、接続領域１２４ａ−１２４ｂ間、接続領域１２４ａ−１２４ｃ間、接続領域１２４ａ−１２４ｄ間及び接続領域１２４ａ−１２４ｅ間でコンデンサ８０ａ〜８０ｄの容量を検出する。
【００３１】
図３には示していないが、可動部１１２のうち、幅細部（梁２６ａ〜２６ｄ、梁２８ａ〜２８ｄ、梁３０ａ〜３０ｄ、板状部３２ａ〜３２ｄ、板状部３４ａ〜３４ｄ）を除く部分には、複数の連通孔が形成されている。図４は、可動部１１２の一部の拡大図を示している。図示するように、可動部１１２には、複数の連通孔１５０が形成されている。連通孔１５０は、可動部１１２（活性層１０４）の上面と下面を連通させている。連通孔１５０は、略正方形の断面形状を有している。連通孔１５０は、Ｘ方向及びＹ方向に略等間隔を隔てて形成されている。
【００３２】
次に、角速度検出装置１０の動作について説明する。角速度検出装置１０を使用するときには、駆動信号出力回路１３０ａによって、接続領域１２４ｆ−１２４ｇ間及び接続領域１２４ｈ−１２４ｉ間に所定周波数の交流信号を出力する。これによって、コンデンサ８２ａ〜８２ｄで電荷の充放電が繰り返される。すると、可動部１１２は、コンデンサ８２ａ〜８２ｄで充放電される電荷の静電気力によって、Ｘ方向に振動する力を受ける。上述したように、可動部１１２は、ベース層１００に対してＸ方向に変位可能に支持されている。したがって、可動部１１２は、電荷の静電気力によってＸ方向に振動する。
【００３３】
可動部１１２がＸ方向に振動している状態において、角速度検出装置１０が所定の角速度（図３の紙面に対して垂直な軸回りの角速度）で移動されると、振動子２０にＹ方向にコリオリ力が作用する。コリオリ力の大きさと向きは、角速度の大きさと、可動部１１２のＸ方向の振動に応じて変動する。また、上述したように、振動子２０は、メインフレーム２２ａ、２２ｂに対してＹ方向に変位可能に支持されている。したがって、振動子２０は、コリオリ力の変動によってＹ方向に振動する。振動子２０のＹ方向の振動の振幅は、作用している角速度に応じた振幅となる。振動子２０がＹ方向に振動すると、コンデンサ８０ａ〜８０ｄの容量が変化する。
容量検出回路１３０ｂは、接続領域１２４ａ−１２４ｂ間、接続領域１２４ａ−１２４ｃ間、接続領域１２４ａ−１２４ｄ間及び接続領域１２４ａ−１２４ｅ間でコンデンサ８０ａ〜８０ｄの容量（すなわち、容量の変化）を検出する。容量検出回路１３０ｂは、検出した容量から、振動子２０のＹ方向の振動の振幅を検出する。そして、検出した振幅から、角速度検出装置１０に作用している角速度を算出する。
【００３４】
次に、角速度検出装置１０の製造方法について説明する。図５は、角速度検出装置１０の製造工程を示している。角速度検出装置１０は、図６に示す断面構造を有する積層基板３００から製造される。なお、図６は、図１に示す角速度検出装置１０の断面に対応する断面を示している。積層基板３００は、ベース層１００と、ベース層１００上に積層されている犠牲層１０２と、犠牲層１０２上に積層されている活性層１０４を備えている。
【００３５】
異方性エッチング工程Ｓ２では、活性層１０４を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によりエッチングする。活性層エッチング工程Ｓ２は、活性層１０４（すなわち、シリコン）がエッチングされ、犠牲層１０２（すなわち、ＳｉＯ２）がエッチングされない方法により行う。活性層エッチング工程Ｓ２は、活性層１０４上にエッチングマスクを形成する等して、エッチング範囲を選択して行う。活性層エッチング工程Ｓ２では、活性層１０４のうち、固定部１１０と支持部１１１と可動部１１２となる範囲を除く範囲（図３においてハッチングされていない範囲）をエッチングする。また、可動部１１２となる範囲のうち、図４の連通孔１５０に相当する微小領域をエッチングする。これらのエッチング範囲を、犠牲層１０２に到達するまでエッチングする（すなわち、積層基板３００にトレンチを形成する）。ＲＩＥによれば、活性層１０４に対して略垂直にエッチングが進行する。これによって、固定部１１０と支持部１１１と可動部１１２の外形が形成されるとともに、可動部１１２となる範囲に連通孔１５０が形成される。したがって、積層基板３００が図７に示すように形成される。
【００３６】
異方性エッチング工程が終了したら、ＣＶＤ法等によって、積層基板３００上に犠牲層１０２と同種の物質を成長させる（上部犠牲層形成工程Ｓ４）。これによって、積層基板３００上に上部犠牲層１０６を形成する。上部犠牲層成長工程Ｓ４では、図８に示すように、異方性エッチング工程で形成したトレンチが上部犠牲層１０６で埋まり、活性層１０４が上部犠牲層１０６で覆われるまで上部犠牲層１０６を成長させる。
【００３７】
上部犠牲層成長工程Ｓ４が終了したら、上部犠牲層１０６の上面をエッチングする。これによって、図９に示すように、上部犠牲層１０６の上面を平坦化する（上部犠牲層平坦化工程Ｓ６）。なお、上部犠牲層１０６の上面の平坦化は、研磨等によって行っても良い。
【００３８】
上部犠牲層１０６の上面を平坦化したら、ＣＶＤ法等によって、上部犠牲層１０６上に、単結晶シリコンからなる回路層１０８を成長させる（回路層成長工程Ｓ８）。上部犠牲層１０６の上面が平坦化されているので、図１０に示すように、回路層１０８が略平面状に形成される。
【００３９】
回路層１０８を形成したら、回路層１０８に半導体回路１３０を形成する（半導体回路形成工程Ｓ１０）。すなわち、トランジスタと配線等で構成される集積回路を形成して、駆動信号出力回路１３０ａと容量検出回路１３０ｂを有する半導体回路１３０を形成する。半導体回路１３０は、後に形成する貫通孔１２０と干渉しないように形成する。半導体回路１３０の形成は、従来公知の方法によって行うことができるので、その詳細については説明を省略する。
【００４０】
半導体回路１３０を形成したら、ＲＩＥによって、図１１に示すように、回路層１０８に貫通孔１２０を形成する（貫通孔形成工程Ｓ１２）。貫通孔１２０は、少なくとも以下の条件にしたがって形成する。
・回路層１０８のうち、支持部１１１の上方の範囲には形成しない。
・回路層１０８のうち、固定部１１０の接続領域１２４（１２４ａ〜１２４ｉ）の上方の位置に形成する。
・回路層１０８のうち、可動部１１２の上方の範囲には、複数個の貫通孔１２０を分散して形成する。
・回路層１０８のうち、活性層１０４が除去されている活性層除去範囲（図１１の範囲１６０、図３においてハッチングされていない範囲）には、複数個の貫通孔１２０を分散して形成する。
貫通孔１２０は、上記の規則に加えて、後述する等方性エッチング工程の条件も満足するように形成する。貫通孔１２０の位置、大きさ及び形状は、これらの規則を満たすように設定する。本実施例では、貫通孔１２０は、断面形状が直径約１μｍの円形となるように形成する。
【００４１】
貫通孔１２０を形成したら、各貫通孔１２０にフッ酸（ＨＦ）ガス（エッチング剤）を導入して、犠牲層１０２と上部犠牲層１０６をエッチングする（等方性エッチング工程Ｓ１４）。フッ酸ガスによれば、犠牲層１０２（すなわち、ＳｉＯ２）と上部犠牲層１０６（すなわち、ＳｉＯ）がエッチングされるが、ベース層１００、活性層１０４及び回路層１０８（すなわち、単結晶シリコン）はほとんどエッチングされない。フッ酸ガスによる犠牲層１０２と上部犠牲層１０６のエッチングは、等方的に進行する。等方性エッチング工程では、以下の条件を満たすように、エッチング時間を設定する。
・可動部１１２とベース層１００の間の犠牲層１０２を除去して、可動部１１２とベース層１００を分離する。
・可動部１１２と回路層１０８の間の上部犠牲層１０６を除去して、可動部１１２と回路層１０８を分離する。
・可動部１１２と固定部１１０の間を埋めている上部犠牲層１０６と、可動部１１２と支持部１１１の間を埋めている上部犠牲層１０６を除去して、可動部１１２を固定部１１０と支持部１１１に対して可動とする（すなわち、可動部１１２が、基部５０ａ〜５０ｄに直接接続されている接続部でのみ固定部１１０と接続されているとともに、支持部１１１から分離している状態とする）。
・固定部１１０の下部に、固定部１１０とベース層１００を接続している犠牲層１０２を残存させる。
・支持部１１１の下部に、支持部１１１とベース層１００を接続している犠牲層１０２を残存させる。
・支持部１１１の上部に、支持部１１１と回路層１０８を接続している上部犠牲層１０６を残存させる。
・接続領域１２４ａ〜１２４ｉの上部の上部犠牲層１０６を除去する。
すなわち、貫通孔形成工程Ｓ１２で、この条件を満足することができる位置関係で各貫通孔１２０を形成しておく。そして、等方性エッチング工程Ｓ１４でエッチング時間を調節することで、上記の条件を満たすように、犠牲層１０２と上部犠牲層１０６をエッチングする。
【００４２】
等方性エッチング工程Ｓ１４について、より詳細に説明する。図１２は、等方性エッチング工程Ｓ１４の実施中における積層基板３００の状態を示している。
図示するように、活性層除去範囲１６０においては、エッチングが、活性層除去範囲１６０内の貫通孔１２０から等方的に進行する。すなわち、エッチングが、厚さ方向へも横方向へも進行する。したがって、活性層除去範囲１６０内の犠牲層１０２と上部犠牲層１０６は、短時間で除去される。
可動部１１２の周囲では、エッチングが、可動部１１２の上方の貫通孔１２０から進行する。このとき、エッチングが、連通孔１５０を通って厚さ方向へ進行する。したがって、可動部１１２の周囲においても、エッチングが、厚さ方向へも横方向へも進行する。したがって、可動部１１２の周囲の犠牲層１０２と上部犠牲層１０６は、短時間で除去される。
固定部１１０の周囲では、接続領域１２４の上部の貫通孔１２０（図１２の貫通孔１２０ａ）からエッチングが進行する。貫通孔１２０ａからのエッチングは、固定部１１０が存在するために厚さ方向へは進行しない。したがって、貫通孔１２０ａからのエッチングは横方向に進行する。したがって、固定部１１０の上部の上部犠牲層１０６は短時間で除去されるが、固定部１１０の下部の犠牲層１０２は除去され難い。固定部１１０の下部の犠牲層１０２は、側方からのみエッチングされる。したがって、図１３に示すように、固定部１１０の下部に、犠牲層１０２が残存する。
支持部１１１の上方には、貫通孔１２０が形成されていない。したがって、支持部１１１の周囲では、隣接する活性層除去範囲１６０の貫通孔１２０からエッチングが進行するだけである。したがって、支持部１１１の周囲の犠牲層１０２と上部犠牲層１０６は除去され難い。したがって、図１３に示すように、支持部１１１の下部に犠牲層１０２が残存し、支持部１１１の上部に上部犠牲層１０６が残存する。
【００４３】
以上のように、支持部１１１の周囲の犠牲層（犠牲層１０２と上部犠牲層１０６）と固定部１１０の下部の犠牲層１０２は、除去され難い位置関係となっている。したがって、等方性エッチング工程Ｓ１４のエッチング時間を調節することで、支持部１１１の周囲の犠牲層（犠牲層１０２と上部犠牲層１０６）と固定部１１０の下部の犠牲層１０２を残存させ、他の範囲の犠牲層１０２と上部犠牲層１０６を除去することができる。すなわち、上述した等方性エッチング工程Ｓ１４の条件を満たして犠牲層１０２と上部犠牲層１０６を除去することができる。等方性エッチング工程Ｓ１４が終了すると、積層基板３００は、図１３に示す状態となる。
【００４４】
等方性エッチング工程Ｓ１４が終了したら、ＣＶＤによって、回路層１０８上及び貫通孔１２０の壁面に層間絶縁膜１３４（図２参照）を形成する（層間絶縁膜形成工程Ｓ１６）。このとき、回路層１０８の上面のうち、半導体回路１３０の接続領域（配線部１２２または外部と電気的に接続するための領域）には、層間絶縁膜１３４を形成しない。
なお、層間絶縁膜１３４を形成すると、形成した層間絶縁膜１３４によって貫通孔１２０が埋まってしまう場合がある。また、固定部１１０の接続領域１２４上に、層間絶縁膜１３４が形成されてしまう場合がある。このような場合には、接続領域１２４の上方の貫通孔１２０ａの中心部分のみを選択的にドライエッチングする。このようにエッチングを行うことで、貫通孔１２０ａの壁面に層間絶縁膜１３４を残存させるとともに、埋まっていた貫通孔１２０ａを開放させることができる。また、貫通孔１２０ａの中心部分をエッチングすることで、接続領域１２４もエッチングされる。したがって、接続領域１２４上に形成された層間絶縁膜１３４を除去することができる。
【００４５】
層間絶縁膜１３４を形成したら、接続領域１２４（すなわち、接続領域１２４ａ〜１２４ｉ）の上方の貫通孔１２０ａを通過して、接続領域１２４と半導体回路１３０を接続する配線部１２２を形成する（配線部形成工程Ｓ１８）。配線部１２２は、積層基板３００の上面側からアルミニウムをスパッタリングにすることより形成する。すなわち、貫通孔１２０ａに対してスパッタリングを実施することによって、接続領域１２４上にアルミニウムを成長させる。アルミニウムは、貫通孔１２０ａの上側の開口に達するまで成長させる。そして、成長させたアルミニウムの上端と半導体回路１３０の接続領域との間に、アルミニウムの配線を形成する。このように、配線部１２２を形成することで、接続領域１２４と半導体回路１３０が電気的に接続される。
【００４６】
配線部１２２を形成したら、ＣＶＤによって、回路層１０８上にパシベーション膜１３６を形成する（パシベーション膜形成工程Ｓ２０）。これによって、図１及び図３に示す角速度検出装置１０が製造される。
【００４７】
以上に説明したように、この製造方法によれば、角速度検出装置１０を製造することができる。角速度検出装置１０は、固定部１１０と可動部１１２からなる角速度検出部の上方に、半導体回路１３０が形成された回路層１０８が積層されている。したがって、角速度検出装置１０は、角速度検出部の隣に半導体回路が形成されている角速度検出装置に比べて、半導体回路の面積分だけ小型化することができる。
【００４８】
また、上述した角速度検出装置１０の製造方法では、回路層成長工程Ｓ８よりも前に、上部犠牲層１０６の上面を平坦化する上部犠牲層平坦化工程Ｓ４を実施する。したがって、回路層形成工程Ｓ８で回路層１０８を平坦に形成することができる。したがって、回路層１０８に半導体回路１３０を好適に形成することができる。
【００４９】
また、上述した角速度検出装置１０の製造方法においては、貫通孔形成工程Ｓ１２よりも後で、配線部形成工程Ｓ１８よりも前に、層間絶縁膜形成工程Ｓ１６を実施する。層間絶縁膜形成工程Ｓ１６では、回路層１０８の上面のうちの半導体回路１３０の接続領域外（半導体回路が配線部１２２または外部と電気的に接続される領域外）と、貫通孔１２０の壁面に層間絶縁膜１３４を形成する。したがって、配線部１２２が、意図しない箇所で回路層１０８と導通してしまうことを防止することができる。
【００５０】
また、上述した角速度検出装置１０の製造方法においては、貫通孔形成工程Ｓ１２で、可動部１１２の上方に位置する範囲の回路層１０８に、複数個の貫通孔１２０を分散して形成する。したがって、等方性エッチング工程Ｓ１４の実施時に、可動部１１２の周囲の犠牲層１０２と上部犠牲層１０６をより早く除去することができる。すなわち、固定部１１０の下部の犠牲層１０２が完全に除去されてしまう前に、可動部１１２の周囲の犠牲層１０２と上部犠牲層１０６を除去することができる。このように、可動部１１２の周囲の犠牲層１０２を早く除去することができるので、可動部１１２の形状を自由に設計することができる。
【００５１】
また、上述した角速度検出装置１０の製造方法においては、異方性エッチング工程Ｓ２で、可動部１１２を形成する活性層１０４に、上面と下面を連通させる連通孔１５０の複数個を分散して形成する。このように連通孔１５０が形成されているので、等方性エッチング工程Ｓ１４の実施時に、可動部１１２の周囲において、エッチングが厚み方向に進行することができる。したがって、可動部１１２の下部の犠牲層１０２をより早く除去することができる。すなわち、固定部１１０の下部の犠牲層１０２が完全に除去されてしまう前に、可動部１１２の下部の犠牲層１０２を除去することができる。このように、可動部１１２の周囲の犠牲層１０２を早く除去することができるので、可動部１１２の形状を自由に設計することができる。
【００５２】
なお、上述した実施例の加速度検出装置１０では、固定部１１０と支持部１１１が分離されていたが、固定部１１０と支持部１１１はつながっていてもよい。
【００５３】
また、上述した実施例の加速度検出装置１０では、活性層除去範囲１６０（図３においてハッチングされていない範囲）が非常に広い範囲であったが、活性層除去範囲１６０がより面積の小さい範囲であってもよい。すなわち、活性層除去範囲１６０は、少なくとも可動部１１２の輪郭のうち、固定部１１０との接続部以外に沿った領域に設定されていればよい。少なくとも可動部１１２の輪郭のうち、固定部１１０との接続部以外に沿った領域の活性層が除去されていれば、可動部１１２を固定部１１０と支持部１１１に対して可動とすることができる。したがって、異方性エッチング工程Ｓ２においては、少なくとも可動部１１２の輪郭のうち、固定部１１０との接続部以外に沿った領域をエッチングすれば、本実施例と異なる範囲の活性層１０４をエッチングしてもよい。
【００５４】
また、上述した実施例の製造方法では、等方性エッチング工程Ｓ１４において、活性層除去範囲１６０内の犠牲層１０２と上部犠牲層１０６を全て除去した。しかしながら、少なくとも可動部１１２の周囲の犠牲層１０２と上部犠牲層１０６を除去すれば、可動部１１２を固定部１１０と支持部１１１に対して可動とすることができる。したがって、可動部１１２が可動となる範囲の犠牲層１０２と上部犠牲層１０６を除去すれば、活性層除去範囲１６０に犠牲層１０２と上部犠牲層１０６を残存させても良い。このように、活性層除去範囲１６０に犠牲層１０２と上部犠牲層１０６を残存させる場合には、貫通孔形成工程Ｓ１２においては、活性層除去範囲１６０内の回路層１０８に貫通孔１２０を分散させて形成しなくてもよい。
【００５５】
また、上述した実施例では、上部犠牲層１０６をＳｉＯで構成したが、他の物質で構成してもよい。例えば、Ｐ−ＳｉＯ、ＳＯＧ等の酸化物絶縁体を用いることができる。
【００５６】
また、上述した実施例では、角速度検出装置の製造方法について説明したが、他の力学量を検出する装置においても本発明の製造方法を用いることができる。例えば、加速度検出装置、角加速度検出装置等のベース層から遊離している可動部を有する力学量検出装置の製造に、本発明の製造方法を用いることができる。
【００５７】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、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さまざまに変形、変更したものが含まれる。
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み合わ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み合わ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するものであり、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】
【００５８】
【図１】角速度検出装置１０の部分断面図。
【図２】図１の断面図における回路層１０８の拡大図。
【図３】回路層１０８を取り除いた状態の角速度検出装置１０の平面図。
【図４】可動部１１２の上面の拡大図。
【図５】角速度検出装置１０の製造工程を示すフローチャート。
【図６】積層基板３００の部分断面図。
【図７】異方性エッチング工程Ｓ２実施後の積層基板３００の部分断面図。
【図８】上部犠牲層形成工程Ｓ４実施後の積層基板３００の部分断面図。
【図９】上部犠牲層平坦化工程Ｓ６実施後の積層基板３００の部分断面図。
【図１０】回路層成長工程Ｓ８実施後の積層基板３００の部分断面図。
【図１１】貫通孔形成工程Ｓ１２実施後の積層基板３００の部分断面図。
【図１２】等方性エッチング工程Ｓ１４実施中の積層基板３００の部分断面図。
【図１３】等方性エッチング工程Ｓ１４実施後の積層基板３００の部分断面図。
【符号の説明】
【００５９】
１０：角速度検出装置
２０：振動子
２２ａ、２２ｂ：メインフレーム
２４ａ、２４ｂ：サブフレーム
２６ａ〜２６ｄ：梁
２８ａ〜２８ｄ：梁
３０ａ〜３０ｄ：梁
５０ａ〜５０ｄ：基部
８０ａ〜８０ｄ：コンデンサ
８２ａ〜８２ｄ：コンデンサ
１００：ベース層
１０２：犠牲層
１０４：活性層
１０６：上部犠牲層
１０８：回路層
１１０：固定部
１１１：支持部
１１２：可動部
１２０：貫通孔
１２２：配線部
１２４：接続領域
１２４ａ〜１２４ｉ：接続領域
１３０：半導体回路
１３０ａ：駆動信号出力回路
１３０ｂ：容量検出回路
１３４：層間絶縁膜
１３６：パシベーション膜
１５０：連通孔
１６０：活性層除去範囲
３００：積層基板
【図１】
2009004543.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2009004543.tif 000009
【図８】
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【図９】
2009004543.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2009004543.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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