(57)【要約】【課題】可撓部と錘部とを備えるＭＥＭＳの感度と強度を高いレベルで両立させる。【解決手段】可撓部と、前記可撓部の少なくとも一部の層を構成している薄肉部と前記薄肉部から前記薄肉部の厚さ方向に突出している凸部とを備えバルク材料からなるバルク部と、前記凸部の側面と結合し前記可撓部とともに運動し金属材料からなる錘部と、前記可撓部の変形または変位を検出する検出手段と、を備えるＭＥＭＳ。【選択図】図１
2009270962.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓部と、
前記可撓部の少なくとも一部の層を構成している薄肉部と前記薄肉部から前記薄肉部の厚さ方向に突出している凸部とを備えバルク材料からなるバルク部と、
前記凸部の側面と結合し前記可撓部とともに運動し金属材料からなる錘部と、
前記可撓部の変形または変位を検出する検出手段と、
を備えるＭＥＭＳ。
【請求項２】
前記バルク部は界面が内在しない単結晶シリコンからなる、
請求項１に記載のＭＥＭＳ．
【請求項３】
前記薄肉部はシリコンバルクの酸化層からなり、
前記凸部は前記シリコンバルクの単結晶シリコン層からなる、
請求項１に記載のＭＥＭＳ。
【請求項４】
前記バルク部は前記錘部に埋め込まれた複数の前記凸部を備える、
請求項１から３のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ。
【請求項５】
前記錘部は第一の前記金属材料からなる密着金属層と前記密着金属層より厚く第二の金属材料からなる主金属層とを備える、
請求項請求項１から４のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ。
【請求項６】
前記凸部は前記錘部に埋め込まれた柱形である、
請求項１から５のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ。
【請求項７】
前記凸部は前記錘部が埋め込まれた筒形である、
請求項１から５のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ。
【請求項８】
シリコンバルクの異方性エッチングにより、薄肉部と前記薄肉部から前記薄肉部の厚さ方向に突出している凸部とを備えるとともに前記薄肉部が可撓部の少なくとも一部の層を構成するバルク部を形成し、
金属材料の堆積によって、前記凸部の側面と結合し前記可撓部とともに運動し前記金属材料からなる錘部を形成する、
ことを含むＭＥＭＳ製造方法。
【請求項９】
単結晶シリコン層を貫通しない前記単結晶シリコン層の異方性エッチングにより、前記単結晶シリコン層からなる前記薄肉部と前記凸部とを形成する、
ことを含む請求項８に記載のＭＥＭＳ製造方法。
【請求項１０】
前記シリコンバルクはシリコンウエハの単結晶シリコン層と酸化層とからなり、
前記薄肉部は前記単結晶シリコン層を含み、
前記凸部は前記単結晶シリコン層からなる、
請求項８に記載のＭＥＭＳ製造方法。
【請求項１１】
第一の前記金属材料の堆積によって前記錘部の密着金属層を形成し、前記密着金属層の表面への第二の前記金属材料の堆積によって前記錘部の前記密着金属層より厚い主金属層を形成する、
ことを含む請求項８から１０のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）およびＭＥＭＳ製造方法に関し、特に可撓部と錘部との結合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、加速度センサ、角速度センサ、振動センサ、マイクロホンなどのＭＥＭＳが知られている。ビームやダイヤフラムといった可撓部を備え、可撓部の変形または変位を電気信号に変換するこれらのＭＥＭＳでは、可撓部に錘部を結合することによって感度を高めている。特許文献１に記載された加速度センサの錘部はＳＯＩウエハのベースウエハを異方的にエッチングすることによって形成される。特許文献２によると、シリコンウエハを異方的にエッチングすることにより凹部を形成し、その凹部の表面に金属材料をメッキすることによって加速度センサの錘部を形成する。
【特許文献１】特開２００２−２９６２９３号公報
【特許文献２】特開平８−２７４３４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献１に記載された加速度センサは特許文献２に記載された加速度センサの錘部に比べて錘部の密度が低いため感度が低くなる。すなわち特許文献１に記載された加速度センサの構造は、錘部の質量増による感度の向上効果が低い。
【０００４】
一方、特許文献２に記載された加速度センサでは可撓部と錘部との間に異種固体相の界面があるのに対し、特許文献１に記載された加速度センサでは可撓部と錘部とが１つの固体相で連続している。可撓部と錘部との結合領域には応力が集中するため、可撓部と錘部との結合領域の強度は加速度センサの強度のボトルネックになり得る。すなわち、特許文献２に記載された加速度センサの構造は、特許文献１に記載された加速度センサに比べて可撓部と錘部との結合領域の強度が低いため、耐用限界入力が低く耐用期間が短くなる可能性がある。
【０００５】
本発明は可撓部と錘部とを備えるＭＥＭＳの感度と強度を高いレベルで両立させることを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）上記目的を達成するためのＭＥＭＳは、可撓部と、可撓部の少なくとも一部の層を構成している薄肉部と薄肉部から薄肉部の厚さ方向に突出している凸部とを備えバルク材料からなるバルク部と、凸部の側面と結合し可撓部とともに運動し金属材料からなる錘部と、可撓部の変形または変位を検出する検出手段と、を備える。
本発明のＭＥＭＳは錘部が金属材料からなるため錘部がシリコンからなる構造に比べて感度が高くなる。また本発明によるとバルク材料からなるバルク部が可撓部の少なくとも一部の層を構成するとともに、バルク部の凸部の側面に錘部が結合しているため錘部と可撓部との結合領域の強度が高い。すなわち本発明は、バルク材料によって可撓部と錘部とを結合することによって、可撓部と錘部とを備えるＭＥＭＳの感度と強度を高いレベルで両立させることができる。
【０００７】
尚、本明細書において金属材料とは純金属または合金からなる材料を意味する。またバルク材料とは、界面が内在しない単一相の材料と、界面は内在するが当該界面が単一相材料の部分的改質によって形成されたものである材料の両方を意味する。したがって例えばＳＯＩウエハのベースウエハの単結晶シリコン層と熱酸化によって形成された絶縁層は１つのバルク材料である。一方、ＳＯＩウエハ全体としては当該絶縁層とボンドウエハ層が直接接合されたものであるため、バルク材料に含まれない。
【０００８】
（２）上記目的を達成するためのＭＥＭＳにおいて、バルク部は界面が内在しない単結晶シリコンからなることが望ましい。
これにより可撓部と錘部との結合強度がさらに向上する。
【０００９】
（３）シリコンバルクの酸化層と単結晶シリコン層との界面における結合強度は堆積によって形成される異種材料からなる二層の界面における結合強度に比べて高い。
したがって、上記目的を達成するためのＭＥＭＳにおいて、薄肉部はシリコンバルクの酸化層からなり、凸部はシリコンバルクの単結晶シリコン層からなってもよい。
【００１０】
尚、本明細書においてシリコンバルクとは単結晶シリコンウエハや単結晶シリコンインゴットなどの界面が内在しないシリコンからなるバルク材料と単結晶シリコンウエハや単結晶シリコンインゴットの部分的改質によって得られるバルク材料の両方を意味する。例えばシリコンバルクには、単結晶シリコンウエハも、表層が熱酸化されるＳＯＩウエハのベースウエハも、ＳＯＩウエハのベースウエハの単結晶シリコン層も含まれる。
【００１１】
（４）上記目的を達成するためのＭＥＭＳにおいて、バルク部は錘部に埋め込まれた複数の凸部を備えてもよい。
これにより、バルク部の錘部に埋め込まれている部分について錘部との単位体積あたりの結合面が広くなるため、バルク部の錘部に埋め込まれている部分と錘部とをあわせた全体の密度の低下を抑えつつ錘部と梁部との結合領域の強度を高めることができる。
【００１２】
（５）上記目的を達成するためのＭＥＭＳにおいて、錘部は第一の金属材料からなる密着金属層と密着金属層より厚く第二の金属材料からなる主金属層とを備えてもよい。
密着金属層と主金属層を異種の金属材料で構成することにより、錘部とバルク部との接合面の強度や応力、錘部の密度、製造コストといった複数の特性を向上させることができる。
【００１３】
（６）上記目的を達成するためのＭＥＭＳにおいて凸部は錘部に埋め込まれた柱形でもよい。
【００１４】
（７）上記目的を達成するためのＭＥＭＳにおいて凸部は錘部が埋め込まれた筒形でもよい。
【００１５】
（８）上記目的を達成するためのＭＥＭＳ製造方法は、シリコンバルクの異方性エッチングにより、薄肉部と薄肉部から薄肉部の厚さ方向に突出している凸部とを備えるとともに薄肉部が可撓部の少なくとも一部の層を構成するバルク部を形成し、金属材料の堆積によって、凸部の側面と結合し可撓部とともに運動し金属材料からなる錘部を形成する、ことを含む。
本発明によると、バルク材料によって可撓部と金属材料からなる錘部とを結合することができるため、可撓部と錘部とを備えるＭＥＭＳの感度と強度を高いレベルで両立させることができる。
【００１６】
（９）上記目的を達成するためのＭＥＭＳ製造方法において、単結晶シリコン層を貫通しない単結晶シリコン層の異方性エッチングにより、単結晶シリコン層からなる薄肉部と凸部とを形成することが望ましい。
これにより可撓部と錘部との結合強度がさらに向上する。
【００１７】
（１０）上述したとおり、シリコンバルクの酸化層と単結晶シリコン層との界面における結合強度は堆積によって形成される異種材料からなる二層の界面における結合強度に比べて高い。
したがって、上記目的を達成するためのＭＥＭＳ製造方法において、シリコンバルクはシリコンウエハの単結晶シリコン層と酸化層とからなり、薄肉部は単結晶シリコン層を含み、凸部は単結晶シリコン層からなってもよい。
【００１８】
（１１）上記目的を達成するためのＭＥＭＳ製造方法において、第一の金属材料の堆積によって錘部の密着金属層を形成し、密着金属層の表面への第二の金属材料の堆積によって錘部の密着金属層より厚い主金属層を形成してもよい。
密着金属層と主金属層に異種の金属材料を用いることにより、錘部とバルク部との接合面の強度や応力、錘部の密度、製造コストといった複数の特性を向上させることができる。
【００１９】
尚、請求項に記載された動作の順序は、技術的な阻害要因がない限りにおいて記載順に限定されず、同時に実行されても良いし、記載順の逆順に実行されても良いし、連続した順序で実行されなくても良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら説明する。各図において対応する構成要素には同一の符号が付され、重複する説明は省略される。
１．第一実施形態
（構成）
本発明のＭＥＭＳの第一実施形態としての加速度センサの要部を図１Ａ、図１Ｂに示す。加速度センサ１は、可撓部Ｆと、錘部Ｍと、可撓部Ｆと錘部Ｍとを結合するバルク部Ｂと、検出手段としてのピエゾ抵抗部１２１とを備えている。加速度センサ１は、慣性力に応じた可撓部Ｆの変形または変位をピエゾ抵抗部１２１によって電気信号に変換することにより加速度を検出するＭＥＭＳである。
【００２１】
可撓部Ｆは平面視が十文字の形態を有する。可撓部Ｆの４つの端部は支持部Ｓに結合している。可撓部Ｆの中央には錘部Ｍが結合している。
可撓部ＦはＳＯＩウエハ１０の薄い方の半導体層（ＳＯＩ層）１２と酸化層１１２とからなる。二酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる酸化層１１２はＳＯＩウエハ１０の単結晶シリコン（Ｓｉ）からなるベースウエハ１１の熱酸化された表層である。すなわち酸化層１１２はバルク材料であるベースウエハ１１の酸化層からなる。
ピエゾ抵抗部１２１は半導体層１２に形成されている。半導体層１２の上にはピエゾ抵抗部１２１の図示しない配線などが形成されている。
【００２２】
錘部Ｍはシリコンよりも密度が大きい金属材料の堆積膜からなる。錘部Ｍはベースウエハ１１に形成された凹部Ｈ１に埋め込まれた柱体の形態を有する。錘部Ｍを構成している堆積膜は密着金属層２０と主金属層３０とで構成される。密着金属層２０は酸化層１１２と単結晶シリコン層１１１とに結合している。主金属層３０は密着金属層２０と単結晶シリコン層１１１とに結合している。主金属層３０は凹部Ｈ１の底に堆積した密着金属層２０よりも厚く形成されている。
【００２３】
可撓部Ｆと錘部Ｍとはバルク部Ｂによって結合している。バルク部Ｂはベースウエハ１１の酸化層１１２と単結晶シリコン層１１１とからなる。すなわちバルク部Ｂはバルク材料としてのベースウエハ１１からなる。バルク部Ｂは薄肉部としての酸化層１１２と、酸化層１１２からその厚さ方向に突出している筒形の凸部１１１ａとを備える。バルク部Ｂの薄肉部としての酸化層１１２は可撓部Ｆの下層を構成している。酸化層１１２の凸部１１１ａの内側の領域と凸部１１１ａの側面である内周面とに錘部Ｍが結合されている。すなわちバルク部Ｂの凹部Ｈ１の全体に錘部Ｍが結合している。
【００２４】
（作用）
錘部Ｍは、バルク部Ｂによって可撓部Ｆに結合しているため、可撓部Ｆとともに運動する。したがって錘部Ｍに慣性力が作用すると可撓部Ｆが変形し、ピエゾ抵抗部１２１の抵抗値が変化する。ピエゾ抵抗部１２１の抵抗値は可撓部Ｆの変形量または変位量を示す電圧信号に図示しない駆動検出回路によって変換される。
【００２５】
錘部Ｍに慣性力が作用すると錘部Ｍと可撓部Ｆとの結合領域に応力が集中する。上述したように、バルク部Ｂはシリコンのバルク材料であるベースウエハ１１の単結晶シリコン層１１１と単結晶シリコン層１１１の酸化層１１２とで構成されている。したがって、可撓部Ｆと錘部Ｍとを結合しているバルク部Ｂに内在する界面である単結晶シリコン層１１１と酸化層１１２との結合は強固である。すなわち加速度センサ１において応力が集中する界面の結合は強固である。
またバルク部Ｂの凹部Ｈ１の全体に錘部Ｍが結合しているため、錘部Ｍとバルク部Ｂとの結合面は広く、錘部Ｍとバルク部Ｂとの結合は強固である。さらにバルク部Ｂは可撓部Ｆの下層を構成し、可撓部Ｆの全領域において可撓部Ｆの半導体層１２と結合している。すなわちバルク部Ｂと可撓部Ｆとの結合も強固である。
すなわち加速度センサ１は、可撓部Ｆと錘部Ｍとが強固なバルク部Ｂによって強固に結合されているため、高い強度を有する。
【００２６】
また錘部Ｍはシリコンよりも密度が大きい金属材料からなるため、錘部Ｍに作用する慣性力は錘部Ｍがシリコンからなる場合に比べて大きくなる。したがって加速度センサ１の感度は、錘部Ｍがシリコンからなる場合に比べて高い。
【００２７】
（製造方法）
はじめに、ＳＯＩウエハ１０の薄い方の半導体層１２に不純物を注入してピエゾ抵抗部１２１を形成する工程や、半導体層１２および酸化層１１２を可撓部Ｆの形態に合わせてエッチングする工程や、ピエゾ抵抗部１２１の配線を形成する工程を実施しておく。これらの工程は、特開２００２−２９６２９３号公報、特開平９−１７１０３３号公報、特開平８−２７４３４９号公報、特開平８−２０１０６８号公報、特開２００５−１０６６７９号公報、特開２００６−３１７２４２号公報、特開２００６−１７０９６２号公報等に開示されているように公知であるため説明を省略する。その後、ワークを補強基板に接着するなどした状態で錘部Ｍとバルク部Ｂとを形成するための工程を実施する。以下、錘部Ｍとバルク部Ｂとを形成するための工程を図２から図６を参照しながら説明する。
【００２８】
まず、図２に示すようにＳＯＩウエハ１０のベースウエハ１１の底面に相当する単結晶シリコン層１１１の底面にフォトレジストからなる保護膜Ｒ１を形成する。
【００２９】
次に図３に示すように保護膜Ｒ１を用いて単結晶シリコン層１１１を異方性エッチングすることにより、ベースウエハ１１に凹部Ｈ１を形成し、薄肉部としての酸化層１１２を露出させる。凹部Ｈ１は錘部を形成するための型となる。単結晶シリコン層１１１は例えばＣ４Ｆ８プラズマによるパッシベーションとＳＦ６プラズマによるエッチングとを短く交互に繰り返すＤｅｅｐ−ＲＩＥ（いわゆるボッシュプロセス）によってエッチングされる。
【００３０】
次に凹部Ｈ１に露出している薄肉部としての酸化層１１２の表面に第一の金属材料を堆積させることにより、図４に示すように密着金属層２０を形成する。続いて密着金属層２０の表面に第二の金属材料を凹部Ｈ１の底に堆積した密着金属層２０よりも厚く堆積させることにより主金属層３０を形成する。密着金属層２０は例えばスパッタリングによって形成される。スパッタリングによって密着金属層２０を形成すると、密着金属層２０は凹部Ｈ１の底面および側面に形成される。主金属層３０は例えば電解メッキによって形成される。金属材料の堆積にＣＶＤ、無電解メッキなどを用いてもよい。密着金属層２０、主金属層３０の材料として、例えば銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル鉄合金（Ｎｉ−Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）等を用いる。これらは密度、膜の結合強度、応力、製造コスト等に応じて、適宜、密着金属層２０または主金属層３０の材料として選択することができる。
【００３１】
次に図５に示すようにベースウエハ１１の単結晶シリコン層１１１が露出するまで主金属層３０および密着金属層２０の表層を研削や研磨によって除去する。この工程で単結晶シリコン層１１１は完成形の厚さに加工される。尚、単結晶シリコン層１１１と主金属層３０の表面は平坦に揃えてもよいし、揃えなくてもよい。
【００３２】
次に図６に示すようにフォトレジストからなる保護膜Ｒ２を用いてベースウエハ１１の単結晶シリコン層１１１をＤｅｅｐ−ＲＩＥなどで異方性エッチングすることによりベースウエハ１１に環状の凹部Ｒを形成し、酸化層１１２を露出させる。その結果、単結晶シリコン層１１１からなる筒形の凸部１１１ａと酸化層１１２とからなるバルク部Ｂが形成される。またこのとき同時に、支持部Ｓを構成する単結晶シリコン層１１１からなる枠部１１１ｂが形成される。
その後、ダイシングなどの後工程を実施すると図１に示す加速度センサ１が完成する。
【００３３】
以上説明した製造方法によると、バルク材料であるベースウエハ１１によって可撓部Ｆと錘部Ｍとを結合することができるため、加速度センサ１の感度と強度を高いレベルで両立させることができる。また錘部Ｍの形状と可撓部Ｆに対する位置を、フォトレジストからなり露光・現像によって形成される保護膜Ｒ１を用いた単結晶シリコン層１１１のエッチングによって決めることができるため、加速度センサ１の特性のばらつきを低減できる。
【００３４】
２．第二実施形態
（構成）
本発明のＭＥＭＳの第二実施形態として図７Ａ、図７Ｂに加速度センサ２の要部を示す。加速度センサ２のバルク部Ｂの凸部１１１ｃはベースウエハ１１の酸化層１１２から酸化層１１２の厚さ方向に突出している柱形である。凸部１１１ｃの側面であるその外周面には錘部Ｍが結合している。すなわち凸部１１１ｃは錘部Ｍに埋め込まれている。
【００３５】
（製造方法）
柱形の凸部１１１ｃと筒形の錘部Ｍを形成するには、第一実施形態で単結晶シリコン層１１１をエッチングするために用いた保護膜のパターンを変更すればよい。すなわち、錘部Ｍを形成するための型となる凹部Ｈ１を形成するための保護膜Ｒ１のパターンを図８に示すように筒形の錘部Ｍに合わせた形状とする。また錘部Ｍの形成後に可撓部Ｆの下層となる酸化層１１２を露出させる工程でも、図９に示すように筒形の錘部Ｍと柱形の凸部１１１ｃと枠部１１１ｂとを覆うパターンの保護膜Ｒ２を用いる。
【００３６】
３．第三実施形態
（構成）
本発明のＭＥＭＳの第三実施形態として図１０Ａ、図１０Ｂに加速度センサ３の要部を示す。加速度センサ３のバルク部Ｂには柱形の凸部１１１ｃが複数形成されている。複数の凸部１１１ｃはそれぞれ錘部Ｍに埋め込まれている。したがって複数の凸部１１１ｃ全体の単位体積あたりの錘部Ｍとの結合面積は、単一の凸部を錘部に埋め込む場合に比べて広くなる。すなわち、錘部Ｍよりも密度が低いバルク部の単一の凸部を錘部に埋め込む場合に比べると、錘部とバルク部の凸部とを合わせた全体の密度が等しければ、錘部Ｍとバルク部の凸部との結合面積が広くなる。また錘部Ｍよりも密度が低いバルク部の単一の凸部を錘部に埋め込む場合に比べると、錘部Ｍとバルク部の凸部との結合面積が等しければ、錘部とバルク部の凸部とを合わせた全体の密度が大きくなる。
【００３７】
（製造方法）
加速度センサ３を製造するには、第二実施形態と同様に、単結晶シリコン層１１１をエッチングするために用いた保護膜のパターンをバルク部Ｂと錘部Ｍの形状に合わせて変更すればよい。
【００３８】
４．第四実施形態
（構成）
本発明のＭＥＭＳの第四実施形態として図１１Ａ、図１１Ｂに加速度センサ４の要部を示す。加速度センサ４のバルク部Ｂには柱形の凸部１１１ｃとその周囲に位置する筒形の凸部１１１ａとが形成されている。柱形の凸部１１１ｃは錘部Ｍに埋め込まれている。筒形の凸部１１１ａには錘部Ｍが埋め込まれている。すなわち錘部Ｍは、柱形の凸部１１１ｃの側面である外周面と、筒形の凸部１１１ａの側面である内周面と、酸化層１１２とに結合している。
【００３９】
（製造方法）
加速度センサ４を製造するには、第二実施形態と同様に、単結晶シリコン層１１１をエッチングするために用いた保護膜Ｒ２のパターンをバルク部Ｂと錘部Ｍの形状に合わせて図１２に示すように変更すればよい。すなわち保護膜Ｒ２には柱形の凸部１１１ｃと錘部Ｍとを囲む位置に環状の通孔を形成する。
【００４０】
５．第五実施形態
（構成）
本発明のＭＥＭＳの第五実施形態として図１３に加速度センサ５の要部を示す。加速度センサ５のバルク部Ｂの凸部１１１ｃは、錘部Ｍを貫通しておらず、錘部Ｍに完全に埋め込まれている。すなわち錘部Ｍは、バルク部Ｂの凸部１１１ｃの側面である外周面と突端面と、酸化層１１２とに結合している。
【００４１】
（製造方法）
加速度センサ５は、錘部Ｍとバルク部Ｂとを形成するために用いるエッチング保護膜を１つ増やして製造する。
すなわち、図８に示す工程を実施した後、柱形の凸部１１１ｃのみをエッチングするための保護膜Ｒ３を図１４に示すように単結晶シリコン層１１１の表面に形成し、凸部１１１ｃの表層を異方性エッチングする。
次に図１５に示すように、保護膜Ｒ３を除去した後に第一実施形態と同様に密着金属層２０と主金属層３０とを形成する。
次に図１６に示すように、第一実施形態と同様に密着金属層２０と主金属層３０の表層を除去して単結晶シリコン層１１１を露出させる。
次に図１７に示すように、第二実施形態と同様に保護膜Ｒ２を用いて単結晶シリコン層１１１を異方性エッチングすると、図５に示す錘部Ｍとバルク部Ｂとが形成される。
【００４２】
６．第六実施形態
（構成）
本発明のＭＥＭＳの第六実施形態として図１８に加速度センサ６の要部を示す。加速度センサ６の錘部Ｍと可撓部Ｆとの間には間隙Ｇが形成されている。すなわち、加速度センサ６の錘部Ｍはバルク部Ｂの凸部１１１ｃにのみ結合し、可撓部Ｆの一部である酸化層１１２には結合していない。したがって、加速度センサ６の可撓部Ｆの長さは、支持部Ｓとバルク部Ｂの凸部の寸法が第一実施形態から第五実施形態におけるそれらと等しければ、第一実施形態から第五実施形態における可撓部Ｆよりも長くなる。すなわち、錘部Ｍと可撓部Ｆとを重ね、錘部Ｍと可撓部Ｆとの間に間隙Ｇを形成することにより、加速度センサ６の感度を高めることができる。
【００４３】
（製造方法）
錘部Ｍと可撓部Ｆとの間に間隙Ｇを形成するには犠牲膜を用いる。
すなわち、図８に示す工程を実施した後、図１９に示すように、間隙Ｇを形成するための犠牲膜として機能するフォトレジストからなる保護膜Ｒ５を単結晶シリコン層１１１の表面に形成する。このとき、保護膜Ｒ５は柱形の凸部１１１ｃのみをエッチングするパターンに形成する。続いて保護膜Ｒ５を用いて凸部１１１ｃの表層を異方性エッチングする。尚、図８に示す工程で用いる保護膜Ｒ１は枠部１１１ｂに合わせたパターンに形成する。
【００４４】
次に図２０に示すように、錘部Ｍを形成するための型となるフォトレジストからなる保護膜Ｒ６を保護膜Ｒ５の表面に形成する。
次に図２１に示すように、第一実施形態と同様に密着金属層２０と主金属層３０とを保護膜Ｒ５、Ｒ６の表面に形成する。
次に図２２に示すように、第一実施形態と同様に密着金属層２０と主金属層３０の表層を除去して単結晶シリコン層１１１と保護膜Ｒ６を露出させると、密着金属層２０と主金属層３０の残部からなる錘部Ｍと、単結晶シリコン層１１１の枠部１１１ｂとが形成される。
次に保護膜Ｒ６および保護膜Ｒ５を除去すると、図１８に示す間隙Ｇが錘部Ｍと可撓部Ｆとの間に形成され、ダイシングなどの後工程を実施すると加速度センサ６が完成する。
【００４５】
７．第七実施形態
本発明のＭＥＭＳの第七実施形態として図２３に加速度センサ７の要部を示す。加速度センサ７の錘部Ｍは可撓部Ｆに対向する上面が底面よりも狭い円錐台形にバルク部Ｂの凸部１１１ｃが埋め込まれた形態を有する。このような錘部Ｍの形態は、第六実施形態で用いた保護膜Ｒ６の端面を図２５に示すようにテーパー状の斜面に形成することによって実現される。保護膜Ｒ６の端面を斜面に形成するには、例えばハーフトーンマスクやグレートーンマスクといった多階調マスクを用いて保護膜Ｒ６を露光したり、保護膜Ｒ６を露光・現像した後にベーキングすることによってリフローさせる。
【００４６】
８．第八実施形態
本発明のＭＥＭＳの第八実施形態として図２５に加速度センサ８の要部を示す。加速度センサ８は、密着金属層２０を犠牲膜として用いて錘部Ｍと可撓部Ｆとの間に間隙Ｇが形成される構造である。
まず第五実施形態と同様に図１４に示す工程まで実施する。
次に図２６に示すように密着金属層２０を単結晶シリコン層１１１と酸化層１１２の表面に形成する。密着金属層２０の材料には酸化層１１２と単結晶シリコン層１１１と後に形成する主金属層３０とに対するエッチング選択比が高い材料を用いる。続いて第６実施形態と同様に錘部Ｍの型となるフォトレジストからなる保護膜Ｒ６を密着金属層２０の表面に形成する。
次に図２７に示すように保護膜Ｒ６から露出している密着金属層２０の表面に主金属層３０を形成する。
次に図２８に示すように保護膜Ｒ６および主金属層３０の表層を研削または研磨により除去し、単結晶シリコン層１１１を露出させる。
次に保護膜Ｒ６を除去して密着金属層２０を露出させる。次に主金属層３０を保護膜として用いて密着金属層２０を選択的に等方性エッチングすることにより、図２５に示す錘部Ｍと可撓部Ｆとの間隙Ｇを形成する。
【００４７】
９．第九実施形態
（構成）
本発明のＭＥＭＳの第九実施形態として図２９に加速度センサ９の要部を示す。
加速度センサ９の可撓部Ｆは半導体層１２と酸化層１１２と単結晶シリコン層１１１の薄肉部１１１ｅとを含む積層構造を有する。半導体層１２はＳＯＩウエハの薄い方の半導体層からなる。酸化層１１２は二酸化シリコンなどからなる。酸化層１１２は、単結晶シリコンウエハなどのバルク材料の表層改質によって形成されたもの（すなわちバルク材料から形成されたもの）であってもよいし、堆積膜から構成されていてもよい。可撓部Ｆの半導体層１２にはピエゾ抵抗部１２１が形成されている。
【００４８】
加速度センサ９の錘部Ｍと可撓部Ｆとの間には間隙Ｇが形成されている。加速度センサ９のバルク部Ｂは界面が内在しない単結晶シリコン層１１１のみからなる。すなわちバルク部Ｂを構成している単結晶シリコン層１１１には可撓部Ｆの一部である薄肉部１１１ｅと薄肉部１１１ｅからその厚さ方向に突出している凸部１１１ｃとが形成されており、薄肉部１１１ｅと凸部１１１ｃとの間には界面が存在しない。したがって加速度センサ９のバルク部Ｂは第一実施形態から第八実施形態のバルク部Ｂよりもさらに強固である。また加速度センサ９の可撓部Ｆと錘部Ｍとの結合は第一実施形態から第八実施形態よりもさらに強固である。
【００４９】
（製造方法）
単結晶シリコン層１１１のみからなるバルク部Ｂの薄肉部１１１ｅと凸部１１１ｃとは、単結晶シリコン層１１１の異方性エッチングにおいて単結晶シリコン層１１１を貫通する前にエッチングを終了させることによって形成できる。
【００５０】
すなわち例えば、ベースウエハ１１の単結晶シリコン層１１１と酸化層１１２とボンドウエハの半導体層１２とで構成されるＳＯＩウエハ１０を用いる場合、図３０に示すように第二実施形態で用いた保護膜Ｒ１を用いて単結晶シリコン層１１１を異方性エッチングするときに酸化層１１２が露出する前にエッチングの終点を制御する。
【００５１】
その後、図３１に示すように、第六実施形態と同様に、犠牲膜となる保護膜Ｒ５と、錘部Ｍの型となる保護膜Ｒ６とを形成し、さらに密着金属層２０と主金属層３０とを形成する。
次に、第六実施形態と同様に密着金属層２０と主金属層３０の表層を研削または研磨して単結晶シリコン層１１１と保護膜Ｒ６を露出させる。
次に、第六実施形態と同様に保護膜Ｒ６と保護膜Ｒ５とを除去すると、図２９に示す間隙Ｇが単結晶シリコン層１１１の薄肉部１１１ｅと錘部Ｍとの間に形成される。その後、ダイシングなどの後工程を実施すると、図２９に示す加速度センサ９が完成する。尚、本実施形態において、半導体層１２は単結晶シリコンウエハなどのバルク材料から構成されていてもよいし、堆積膜から構成されていてもよい。また、酸化層１１２は絶縁層として機能するものであればよい。
【００５２】
１０．他の実施形態
可撓部Ｆは片持ち梁形であってもよいし、ダイヤフラム形であってもよい。バルク材料としてシリコン以外のウエハやインゴットを用いても良い。また錘部Ｍは３層以上の複層構造であってもよいし、図３２に示すように密着金属層などがない単層構造の錘部ＭをスパッタリングやＣＶＤによって形成しても良い。
また本発明は角速度センサ、圧力センサ、振動センサ、マイクロホンなどのＭＥＭＳにも広く適用可能である。例えば図２９に示す半導体層１２の上に絶縁層を介して圧電素子を形成すれば角速度を検出する振動ジャイロスコープを構成できる。
【００５３】
尚、本発明の技術的範囲は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記実施形態で示した材質や寸法や成膜方法やパターン転写方法はあくまで例示であるし、当業者であれば自明である工程の追加や削除や工程順序の入れ替えについては説明が省略されている。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】図１Ａは本発明の第一実施形態にかかる断面図。図１Ｂは本発明の第一実施形態にかかる底面図。
【図２】本発明の第一実施形態にかかる断面図。
【図３】本発明の第一実施形態にかかる断面図。
【図４】本発明の第一実施形態にかかる断面図。
【図５】本発明の第一実施形態にかかる断面図。
【図６】本発明の第一実施形態にかかる断面図。
【図７】図７Ａは本発明の第二実施形態にかかる断面図。図７Ｂは本発明の第二実施形態にかかる底面図。
【図８】本発明の第二実施形態にかかる断面図。
【図９】本発明の第二実施形態にかかる断面図。
【図１０】図１０Ａは本発明の第三実施形態にかかる断面図。図１０Ｂは本発明の第三実施形態にかかる底面図。
【図１１】図１１Ａは本発明の第四実施形態にかかる断面図。図１１Ｂは本発明の第四実施形態にかかる底面図。
【図１２】本発明の第四実施形態にかかる断面図。
【図１３】本発明の第五実施形態にかかる断面図。
【図１４】本発明の第五実施形態にかかる断面図。
【図１５】本発明の第五実施形態にかかる断面図。
【図１６】本発明の第五実施形態にかかる断面図。
【図１７】本発明の第五実施形態にかかる断面図。
【図１８】本発明の第六実施形態にかかる断面図。
【図１９】本発明の第六実施形態にかかる断面図。
【図２０】本発明の第六実施形態にかかる断面図。
【図２１】本発明の第六実施形態にかかる断面図。
【図２２】本発明の第六実施形態にかかる断面図。
【図２３】本発明の第七実施形態にかかる断面図。
【図２４】本発明の第七実施形態にかかる断面図。
【図２５】本発明の第八実施形態にかかる断面図。
【図２６】本発明の第八実施形態にかかる断面図。
【図２７】本発明の第八実施形態にかかる断面図。
【図２８】本発明の第八実施形態にかかる断面図。
【図２９】本発明の第九実施形態にかかる断面図。
【図３０】本発明の第九実施形態にかかる断面図。
【図３１】本発明の第九実施形態にかかる断面図。
【図３２】本発明の他の実施形態にかかる断面図。
【符号の説明】
【００５５】
１：加速度センサ、２：加速度センサ、３：加速度センサ、４：加速度センサ、５：加速度センサ、６：加速度センサ、７：加速度センサ、８：加速度センサ、９：加速度センサ、１０：ＳＯＩウエハ、１１：ベースウエハ、１２：半導体層、２０：密着金属層、３０：主金属層、１１１：単結晶シリコン層、１１１ａ：凸部、１１１ｂ：枠部、１１１ｃ：凸部、１１１ｅ：薄肉部、１１２：酸化層、１２１：ピエゾ抵抗部、Ｂ：バルク部、Ｆ：可撓部、Ｇ：間隙、Ｈ１：凹部、Ｍ：錘部、Ｒ：凹部、Ｒ１：保護膜、Ｒ２：保護膜、Ｒ３：保護膜、Ｒ５：保護膜、Ｒ６：保護膜、Ｓ：支持部
【図１】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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