(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
変位部材と該変位部材の変位を検出する検出電極を設けたセンシング層と該センシング層に面接合された補助層とを備えた変位センサの製造方法において、
前記センシング層は、シリコンの層であって、接合面に対して平行な方向に変位する変位部材と前記変位を検出する検出電極を前記接合面とは反対の面側からのみ該センシング層を加工して形成し、
前記補助層は、ガラスの層であって、板状部材に前記変位部材の面積よりも大きな面積の開口部を設けることにより形成し、
前記補助層の前記開口部が前記変位部材に対面するようにして、前記センシング層と前記補助層とを陽極接合または溶融接合する、ことを特徴とする変位センサの製造方法。
【請求項２】
変位部材と該変位部材の変位を検出する検出電極を設けたセンシング層と該センシング層に面接合された補助層とを備えた半導体センサの製造方法において、
前記センシング層は、シリコンの層であって、接合面とは反対の面側からのみ半導体プロセスにより加工して、前記接合面に対して平行な方向に変位する変位部材と前記変位を検出する検出電極を形成し、
前記補助層は、ガラスの層であって、板状部材に前記接合面に沿った面における前記変位部材の面積よりも大きな面積の開口部を形成し、
前記補助層の前記開口部が前記変位部材に対面するようにして、前記センシング層と前記補助層とを陽極接合または溶融接合する、ことを特徴とする半導体センサの製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体センサの製造方法において、
前記センシング層は、シリコンウエハーを半導体プロセスにより加工して形成する、ことを特徴とする半導体センサの製造方法。
【請求項４】
請求項２または３に記載の半導体センサの製造方法において、前記センシング層の一方の面に前記検出電極を形成し、前記センシング層の他方の面に、前記補助層を接合することを特徴とする半導体センサの製造方法。
【請求項５】
請求項２または３に記載の半導体センサの製造方法において、前記センシング層の一方の面に前記検出電極及び駆動電極を形成し、前記センシング層の他方の面に、前記補助層を接合することを特徴とする半導体センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加速度や角速度を検出して運動している物体の位置や姿勢の制御を行う装置全般に使用するに適した、変位センサおよびその製造方法に関わり、特に、半導体プロセスを用いて製造するセンサおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
慣性センサ、特に加速度センサや回転角速度センサ（ジャイロスコープ、ヨーレートセンサ）は、自動車の車両安定制御システム、エアバックシステム、ナビゲーションシステム、カメラや小型ビデオカメラの手ぶれ防止などに必要なセンサとして多くの需要がある。以下では、主に角速度センサを例に従来技術について説明する。
【０００３】
これまでに、回転する球やコマをもつ回転型ジャイロや光ファイバーを用いたファイバージャイロなど多種多様な角速度センサが開発されてきている。回転型ジャイロや光ファイバージャイロは高精度ではあるが、装置が大型化する傾向があった。
【０００４】
これに対し、装置を小型化するために、回転体をもたず、質量体を振動又は揺動させる振動型のジャイロが開発され、三角柱や円筒に圧電素子を取り付けて小型化した圧電式の振動ジャイロが数多く製品化されている。しかし、これらの振動ジャイロは、精密加工を要する小型部品を組み合わせる必要があるので、製作が難しいという問題点があった。さらに、この三角柱や円筒を用いた振動ジャイロをはじめ、前記いずれの角速度センサも、多数の個別部品から成っているため、センサ部と回路を一体化させたものをつくるのは困難であった。
【０００５】
これらの問題を解決するために、最近従来のシリコン半導体プロセス技術を応用したマイクロマシン技術を用いた小型の振動ジャイロの研究、開発が活発に行われている。この技術によりセンサを安価かつ大量に生産することができ、さらにセンサ部と周辺回路部との一チップ化が可能になることが期待されている。以上述べた技術動向は、加速度センサ等他のセンサについても当てはまるものである。
【０００６】
このようなマイクロマシン技術を使用した角速度センサの基本的な動作原理について、米国特許第５３４９８５５号に開示されたものを例にとって説明する。
【０００７】
一般に、角速度センサの原理は、第１軸方向に一定に振動、または回転する質量体に前記第１軸方向に対して直角の第２軸方向回りの角速度が与えられた時、前記二つの軸に対して直交する第３軸方向に生じるコリオリの力を検出することにより、角速度を検出するというものである。コリオリの力は、前記質量体の変位量を測定することにより知ることができる。以下、振動、または回転する質量体を振動体と称する。
【０００８】
前記例の角速度センサは、振動体、それを支える支持構造部、振動体に振動のための駆動力を与える駆動部、コリオリ力による変位検出部から構成されている。振動体を、適当な形状の支持梁によって基板から離間し、櫛歯状電極を用いて静電駆動する。振動方向は基板に平行な方向である。この状態で振動体に、同じく基板に平行で、前記振動方向に垂直な方向を軸とした回転が加わると、振動体はコリオリ力により基板に垂直な方向に変位する。この変位を振動体の下部に配置された電極を用いて静電容量の変化として検出し、コリオリ力を測定する。
【０００９】
その他にもマイクロマシン技術を用いてつくられた角速度センサで、基板に平行な平面内に駆動電極と変位検出電極を設けて、振動体をこの平面内でのみ可動としたものの例が、特開平０９-１８９５５７、特開平０９-１１９９４２などに開示されている。
【００１０】
半導体プロセス技術を用いてつくられる、上記の角速度センサは、いずれもシリコンウェハー上に、絶縁膜、ポリシリコン膜などを成膜し、エッチングによりパターニングする、という工程を繰り返すいわゆる表面マイクロマシン技術を用いて製造される。基板から各種構造体を離間するために、表面マイクロマシン技術では更に、後の工程で消失する層（犠牲層）をあらかじめ形成しておき、その上に構造体となる層を重ね、工程の最終段階で犠牲層をエッチングにより除去するというプロセスが必要となる。
【００１１】
一方、表面マイクロマシン技術とは異なり、シリコンウェハーそれ自体を、高アスペクト比の加工が可能である装置によりエッチングし、構造体を作製するいわゆるバルクマイクロマシン技術を用いた角速度センサについても数多くの公知例がある。例えば、特開平７-１２０２６６や特開平５-２４０８７４や電気学会E部門；マイクロマシン研究会資料MM-９８-４などがその例である。これらの例はいずれも駆動手段として電磁力を用い、加工されたシリコンウェハー、ガラス基板、永久磁石などにより構成されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
前記表面マイクロマシン技術によって作製されるセンサは、センサ部と、当該センサ出力の検出回路や信号処理回路を同時に１チップ化することが可能となる。
【００１３】
しかし、表面マイクロマシン技術では、プロセス中に犠牲層エッチング工程があるため、当該工程において振動体、支持手段等を基板から離間した後、洗浄を行う際に振動体と基板、または微細な櫛歯パターン同士の付着が起こりやすく、歩留まりを上げるためには凍結乾燥法などの特殊な工夫が必要となってしまう。また、回路部との一体化を考える場合は、当該工程の前に回路部がエッチングされないように、ピンホール等のない良質な保護膜を作製する必要もある。このように当該工程は非常に手間がかかるため、新たな工夫なしでは量産に適当であるとは言えない。
【００１４】
さらに、表面マイクロマシン技術によって作製されるセンサを大気中で動作させる場合は、基板と振動体の間隔が犠牲層の厚みに相当し、数μm程度と狭いため、振動体には空気による大きな粘性抵抗が作用し、振動のQ値を大きくすることが困難となるといった技術上の問題もある。
【００１５】
上記米国特許第５３４９８５５号のように、コリオリ力による振動体の変位が、基板と垂直な方向である角速度センサは、基板と垂直な方向への変位の際に振動体が、基板と当該振動体の間にある空気を押し出す運動を行うため、特に大きなダンピング（スクイーズドフィルムダンピング）を受けることになる。
【００１６】
一方、特開平０９-１８９５５７、特開平０９-１１９９４２の例では、振動体の駆動、変位検出方向がともに基板と平行であるため、上記米国特許第５３４９８５５号の例のものよりもダンピングの影響は低減されるものの、やはりバルクマイクロマシン技術でつくられるセンサと比べると振動体の下部の隙間が狭いため、１桁から２桁あるいはそれ以上の大きな粘性抵抗を受けることになり、大気中で使用する場合は、センサの感度を大きくすることは非常に困難となる。
【００１７】
一方、バルクマイクロマシン型のセンサは、厚さ４００〜６００μmほどのシリコンウェハー自体をエッチングして振動構造等を作製するため、ウェハーの厚みそのものが構造体の厚みとなり、表面マイクロマシン型のセンサと比較して２桁程度大きな振動質量をとることが可能となる。コリオリ力は数式１に示すように質量に比例して大きくなるため、センサの感度も増大することになる。
【００１８】
【数１】
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【００１９】
また、振動体と基板の間隔を５０〜１００μm程度と比較的広くとることが可能なため、空気中においても大きなQ値を達成することが可能となる。
【００２０】
このこともセンサの感度増大に寄与する。さらに犠牲層エッチングの工程がなくなるため、作製も表面マイクロマシン型のセンサに比べて容易になると考えられる。
【００２１】
しかし、以上のようにバルクマイクロマシン型のセンサは表面マイクロマシン型に比べて多くの利点があるものの、センサ構造によっては、センサ部と同時に回路部を同一チップ上につくり込むとことができなくなるという欠点を有する。
【００２２】
特開平７-１２０２６６に記載の角速度センサは、コリオリ力による振動体の変位の方向が基板と垂直であり、振動体と、支持部材である凹部を有するガラス基板に設けた電極との間の静電容量の変化を測定することによって、振動体の変位量を検出するという構成になっている。この構造では、ガラス基板に電極が設けられているため、シリコンウェハー上のみにおいて配線を行うことができなくなり、センサと回路一体型の構成を実現することは困難となる。また、ガラス基板に設けた電極に配線を行うために、ガラス基板や磁石層にスルーホールを開ける必要があり、プロセスも複雑なものとなる。さらに、振動体の変位検出方向が基板と垂直な方向であるため、基板と平行な方向に変位させる構造のものと比べて、振動体に作用する粘性抵抗が大きくなってしまうとともに、自動車のヨーレート検出等、地面に垂直な軸周りの回転角速度を測定する場合には、実装の際にセンサ全体を地面に対して垂直に立てる必要があり、実装の手間がかかることになる。
【００２３】
特開平５-２４０８７４に記載のものは、シリコン基板上に電極、配線等を含むセンシングに必要な構造が全てつくられているものの、電磁力により振動体を基板と垂直方向に振動させるために、当該振動体上にコイル部分を形成する必要があり、プロセスが複雑なものとなる。振動体が基板と垂直に振動することが、センサ感度の低減につながり、実装上も好ましくないことは上記特開平７-１２０２６６の説明において述べたとおりである。
【００２４】
加速度センサについても、バルクマイクロマシン技術を用いて製作されたものは、基板と垂直方向の振動体の変位をガラス基板上に設けた電極との間の静電容量の変化を測定することにより検出するタイプが多いが、ガラス基板上に電極を設けることの製作上等の課題は前述した通りである。
【００２５】
これに対して、電気学会E部門；マイクロマシン研究会資料MM-９８-４に記載の角速度センサは、上記二つの公知例における欠点をなくし、振動体の駆動、変位検出方向ともに基板に対して平行であり、ガラス基板の下に設けた磁石を効果的に活用した構成となっている。しかし、図１２に示すように、センシング層を構成するシリコンウェハーを表面のみならず、裏面からもエッチングしているため、プロセスの途中でウェハーをひっくり返す作業や、裏面のマスクと表面のマスクの位置合わせのために両面アライナー等の装置が必要になる。また、振動体の支持梁の成形のためのパターニングや配線のパターニング等を行うウェハー表面よりも先に裏面の加工を行う場合には、表面が汚れたり、傷つくことによって、表面の微細な加工ができなくなる可能性があり、量産という観点から考えると、歩留りの低下といった問題が懸念される。さらに、裏面からも加工を行なうためには、シリコンウェハーの両面を研磨する必要があり、通常の半導体生産時に用いられる片面のみを研磨している標準ウェハーに比べて高価になってしまうという問題もあった。
【００２６】
本発明は、センサ感度が高く、かつ、量産性に優れた構造を有する変位センサ及びその製造方法を提供することを目的としている。
【００２７】
本発明の他の目的は、振動体の厚みを増やし感度を向上させるためにバルクマイクロマシン技術を用いて製造される、量産性に優れた安価な半導体センサ及びその製造方法を提供することにある。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、センシング層と該センシング層に接合された補助層とを備えた変位センサであって、前記センシング層は、可動部材と該可動部材の変位を検出する検出電極とを有し、前記可動部材は、該センシング層と前記補助層の接合面に対して平行な方向に変位するよう構成されており、前記補助層は、前記可動部材に対応する開口部を有することを特徴とする。
【００２９】
本発明の他の特徴は、センシング層と該センシング層に面接合された補助層とを備え、前記センシング層は、接合面に対して平行な方向に変位する可動部材と、前記変位を検出する検出電極とを有し、前記補助層は、前記接合面側に、該接合面に沿った面における前記可動部材の面積よりも大きな面積の開口部を有する、ことにある。
【００３０】
本発明の他の特徴は、ガラス基板に接合されたシリコン製のセンシング層を備えた半導体センサであって、前記センシング層は、可動部材と該可動部材の変位を検出する検出電極とを有し、前記可動部材は、該センシング層と前記ガラス基板の接合面に対して平行な方向に変位するよう構成されており、前記ガラス基板に前記可動部材に対応する開口部を設けたことにある。
【００３１】
本発明の他の特徴は、センシング層と該センシング層に面接合された補助層とを備えた変位センサの製造方法において、接合面に対して平行な方向に変位する変位部材と前記変位を検出する検出電極を設けて、前記センシング層を形成し、板状部材に前記変位部材の面積よりも大きな面積の開口部を設けることにより、前記補助層を形成し、前記補助層の前記開口部が前記変位部材に対面するようにして、前記センシング層と前記補助層とを接合することにある。
【００３２】
本発明によれば、センシング層と該センシング層に面接合された補助層とを備えた変位センサにおいて、センシング層に接合面に対して平行な方向に変位する可動部材を設け、補助層に前記可動部材に対応する開口部を設けたことによって、センシング層の構成要素である可動部材の質量増加に伴うセンサ感度の向上が達成できる。また、センシング層に開口部を形成するものに比べてセンシング層表面を、汚したり、傷つけたりなどしてこれに悪影響を及ぼす危険性がなく、信頼性が高く安価で量産性にも優れた変位センサを提供することが可能となる。
【００３３】
また、上記可動部材を上記センシング層と補助層の接合面に対して平行な方向に変位させるセンサ構成とすることで、敢えて補助層に配線、電極等の構造をつくる必要はなく、電極、配線等を含むセンシングに必要な構造を全てセンシング層に設けることが可能となる。これにより、センシング部分とその検出回路や信号処理回路が一体化された、構造が簡単で、信頼性、量産性にも優れたセンサ素子を実現することができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
本発明の変位センサの実施例を、図面を用いて詳細に説明する。
図１に本発明に係わる半導体センサの構成例およびその製法を示す。半導体センサ１は、電極や配線等を含み、それ単独でセンシングを可能にする構造を一つにまとめたセンシング層１Ａ、前記センシング層を補助する補助層１Ｂの二つの層を層状に貼り合せることによって構成される。ここで、層とは、それだけを独立に加工することが可能なものを指す。例えば図１の場合、シリコンウェハー、ガラス基板ともに独立に加工することが可能であるため、それぞれセンシング層、補助層に対応することになる。しかし、表面マイクロマシン技術を用いて、シリコンウェハー上に絶縁膜、ポリシリコン膜等を成膜して構造体を形成していくような加工を考えた場合、シリコンウェハー上の構造体はシリコンウェハーなしでは形成し得ないため、この構造体単独では本発明の層には該当しない。
【００３５】
センシング層１Ａは、シリコンウエハー上に、図では示していないが、電極パッド、配線、回路部等を加工した後、適当なレジストをパターニングし、振動体１１、当該振動体を支持する梁１２、ガラス基板（補助層１Ｂ）との接合に必要な部分、回路部等を残してウエハーを高アスペクト比の加工ができる装置を用いてエッチングすることにより形成される。
【００３６】
補助層１Ｂとしてガラス基板を用いる場合には、開口部（凹部又は貫通孔）１０を例えば、簡便で且つ安価なサンドブラスト加工を用いて開けておき、例えば、溶融接合によってシリコンウェハーとガラス基板とを接合する。補助層１Ｂとしてはセラミックスなどの絶縁材料を用いても良い。
【００３７】
図１に示すように、センシング層１Ａ（ウェハー）は、表面からのみ加工を行えば良いため、裏面からも加工を行なう図１２に示した従来例の半導体センサの場合とは異なり、途中でウェハーをひっくり返したりする作業が必要なく、微細なパターニングを行うウェハー表面を、汚したり、傷つけたりなどしてこれに悪影響を及ぼす危険性がなくなる。また、裏面からの加工を行なわない本発明の場合は、表面のみを研磨した標準ウェハーを用いることができるため、安価なセンサの生産が可能となる。裏面研磨がなされていないシリコンウェハーとガラス基板の接合を達成するには、低融点ガラスを用いて溶融接合を行えば良い。
【００３８】
さらに、裏面をエッチングしないため、ウェハーを薄くすることなくウェハーの元の厚みをそのまま振動体の厚みとすることができるため、従来の裏面エッチングを行なう半導体センサに比べて振動体の質量を大きくとることができ、その結果、前述した通り感度を増やすことができるということも本発明の有利な点である。
【００３９】
図２に本発明の第１の実施例に係わる半導体センサを示す。センサ１は、電極や配線等を含み、それ単独でセンシングを可能にする構造を一つにまとめたセンシング層１Ａ、前記センシング層を補助する補助層１Ｂの二つの層を層状に貼り合せることによって構成される。例えば、センシング層１Ａ、補助層１Ｂにはそれぞれシリコンウェハー、ガラス基板を用いている。センシング層１Ａは、シリコンウエハー上に、図では示していないが、電極パッド、配線、回路部等を加工した後、適当なレジストをパターニングし、質量体１３、当該質量体を支持する梁１２、ガラスとの接合に必要な部分、回路部等を残してウエハーを高アスペクト比の加工ができる装置を用いてエッチングすることにより形成される。質量体１３や当該質量体を支持する梁１２等の厚みは、シリコンウェハーの厚みに等しくなるため、量産用に５ないしは６インチのウェハーを使用した場合、４００〜６００μmほどとなる。最後にガラス基板には開口部（凹部又は貫通孔）１０を例えば、簡便で且つ安価なサンドブラスト加工を用いて開けておき、例えば、溶融接合によってシリコンウェハーとガラス基板とを接合する。
【００４０】
図２の実施例は、x軸方向の加速度の検出が可能なセンサ構造例を示している。質量体１３は、梁１２によってx軸方向のみに変位するように弾性的に支持されている。加速度センサの場合は、前記角速度センサとは異なり、質量体に速度vを与える、すなわち振動させておく必要はない。センサに、x軸方向の加速度が加わった場合、質量体１３にはその質量と加えられた加速度の積に相当する力が加わり、当該質量体はx軸方向に変位する。図には示していないが、例えば、ガラス基板の下方に更に永久磁石２を貼り付けておき、質量体１３上にy軸に平行な導体部を設けておけば、当該導体部の両端に発生する電磁誘導による誘導起電圧を測定し、適当な信号処理を施すことによって、質量体１３のx軸方向の変位量を知ることができ、これから加えられた加速度が分かる。
【００４１】
永久磁石２を用いる代わりに、例えば、質量体１３の側面１４とセンシング層（シリコンウェハー）１Ａの内側の両側面１５に変位検出用の一対の電極（図示略）を設ければ、質量体１３のx軸方向の変位を一対の電極間の静電容量の変化として検出することも可能である。
【００４２】
センシング層の構成要素である質量体１３は当該センシング層と補助層の接合面に対して平行な方向に変位するため、敢えて補助層に配線、電極等の構造をつくる必要はなく、電極、配線等を含むセンシングに必要な構造を全てセンシング層に設けることが可能となる。これにより、センシング部分とその検出回路や信号処理回路が一体化したセンサ素子を実現することができる。
【００４３】
図３に本発明第２の実施例に係わる半導体センサを示す。本実施例では、センシング層１Ａ、補助層１Ｂの接合面に垂直な方向、つまりz軸回りの回転角速度の検出が可能な半導体センサ１の構造例を示している。例えば、センシング層１Ａ、補助層１Ｂにはそれぞれシリコンウェハー、ガラス基板を用いている。作製方法の概略は本発明第１の実施例において述べた通りである。振動体１１は、L字状の梁１２によってx軸方向とy軸方向のみに変位するように弾性的に支持されている。y 軸に平行な梁によってx 軸方向への振動が、x 軸に平行な梁によって y 軸方向への振動が実現される。振動体１１上には半導体の配線作製のプロセスを用いて、導体部２１が形成されている。センシング層１Ａには電極３１〜３５および配線（図示略）も形成されている。また、ガラス基板の下方には更に永久磁石２を貼り付けており、z軸方向の磁場を発生させることが可能な構成となっている。ガラス基板には、凹部又は貫通孔１０を設けている。例えば貫通孔をあける場合、永久磁石２の大きさを当該貫通孔より大きくすれば実装が容易である。
【００４４】
図３に示した半導体センサに関して、図４を用いて、実際の駆動、検出方法の一例を説明する。少なくとも一方の電極３１、３２間に交流電圧を印加し、半導体の配線作製プロセスを用いて形成した梁１２上の配線２３及び振動体１１上のy軸に平行な導体部２１に交流電流を流すことにより、ローレンツ力を発生させ、振動体１１をx軸方向に励振する。ここで、例えば右側の電極３１、３２間には電流を流さないでおき、当該電極を利用して、右側の導体部２１がx軸方向に振動するために当該導体部の両端に電磁誘導により発生する誘導起電圧をモニターすることも可能である。これにより、振動体１１の振動振幅が分かるので、当該振動振幅が一定になるように電極３１、３２間の交流電圧をフィードバック制御すれば振動体１１のx軸方向の振動振幅を一定にすることが可能となる。
【００４５】
以上のように振動体１１がx軸方向に励振されている状態でこの振動体１１にz軸回りの角速度Ωが加えられた場合、振動体１１には、数式１で与えられるコリオリ力Fcがy軸方向に働き、振動体１１はy軸方向に微小振動する。数式１で、mは振動体１１の質量、vはx軸方向に励振された振動体１１の速度である。
【００４６】
コリオリ力による振動体１１の変位は、当該振動体１１上に形成されたx軸に平行な導体部２２の両端電圧、つまり電極３３、３４間に電磁誘導により発生する誘導起電圧を測ることによって検出できるので、この変位から加えられた角速度の大きさΩを知ることができる。なお、図４において、以上述べた電極３１〜３４、振動体１１上の導体部２１、２２、梁１２上の配線２３、２４は、酸化シリコン膜によってシリコンウェハーとは絶縁されているが、残りの電極３５及び配線２５は酸化シリコン膜をエッチングしてシリコンウェハーとコンタクトをとって、シリコンウェハー自体を接地するために設けた接地用電極及び配線である。
【００４７】
永久磁石を用いる代わりに、例えば、本発明の第１の実施例で説明したように、振動体１１の側面とシリコンウェハー１Ａの内側の両側面に、振動体駆動用と変位検出用の電極対（図示略）を設ければ、x軸方向の電極対を用いて、静電力により振動体１１をx軸方向に駆動し、コリオリ力による振動体１１の変位をy軸方向の電極対で検出することも可能である。
【００４８】
但し、永久磁石を用いた方式の角加速度センサは、コリオリ力による振動体１１の微少変位を、発生する電圧の測定により検出するため、上記の静電容量測定方式のものと比べて、信号検出回路が比較的簡単になる、という利点がある。
【００４９】
以上のような角速度センサを構成した場合、振動体１１の振動方向、変位検出方向がともにセンシング層と補助層の接合面に対して平行な面内におさまるため、敢えて補助層に配線、電極等の構造をつくる必要はなく、電極、配線等を含むセンシングに必要な構造を全てセンシング層に設けることが可能となることは前記本発明第１の実施例において述べた通りである。また、シリコンウェハーの裏面加工を行なわず、ガラス基板に凹部又は貫通孔を設けた構成とすることによって生じる効果についても前述した通りである。
【００５０】
上記本発明第２の実施例による回転角速度センサの製造工程例を、図４の断面C-Dを例にとり、図５から図１１を用いて説明する。
【００５１】
まず、図５に示す工程においては、単結晶シリコンからなるシリコンウェハー５０の表面に、絶縁膜形成工程により例えば、酸化シリコン、窒化シリコン等の絶縁性の薄膜を絶縁膜５１として形成する。
【００５２】
図には示していないが、シリコンウェハー５０とのコンタクトをとるためのコンタクトホールを絶縁膜５１をエッチングすることにより形成した後、図６に示す工程においては、蒸着やスパッタリングなどの方法で、例えばアルミニウム等の膜５２を形成し、ドライエッチングにより配線や電極のパターニングを行う。
【００５３】
図７に示す工程においては、梁１２上の微細な配線パターン間の電流リークを防止するために、例えば窒化シリコン等によりパッシベーション膜５３を形成する。
【００５４】
次に、図８に示す工程では、後の工程において、振動体１１、当該振動体を支持する梁１２、ガラスとの接合に必要な部分、回路部等を残してシリコンウェハー５０を貫通エッチングするために、貫通エッチングされる部分に堆積した上記窒化シリコン膜５３と酸化シリコン膜５１をともに削除している。
【００５５】
図９に示す工程では、例えばサンドブラスト加工を用いて凹部又は貫通孔１０を設けたガラス基板５４と、上記図８に示す工程までを完了したシリコンウェハー５０を例えば溶融接合法によって接合している。ここで、溶融接合を行うためには、ガラス基板５４に低融点ガラスを用いれば良い。ガラス基板５４として、この他にパイレックスガラスを用い、シリコンウェハーと陽極接合法により接合を行っても良い。
【００５６】
図１０に示す工程では、上記図８に示す工程において、窒化シリコン膜５３と酸化シリコン膜５１をともに削除した部分のシリコンウェハー５０を例えばICPRIE（誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング）等の手法を用いて貫通エッチングし、振動体１１、当該振動体を支持する梁１２等を一体加工する。
【００５７】
ICPRIE装置は、１５〜２０程度のアスペクト比の加工が可能であるので、厚さ５００μmほどのウェハーを用いた場合でも梁１２の幅を充分小さくすることができ、比較的ばね定数の小さな支持梁をつくることができる。なお、貫通エッチングをしない部分は、前の工程で堆積した窒化シリコン膜５３で保護されているが、シリコンウェハー５０と窒化シリコン膜５３の厚さの比によっては、エッチング途中で保護膜の役目をする窒化シリコン膜５３が消失してしまう可能性があるため、そのような場合には、更に適当なレジスト膜を塗付しておけば良い。
【００５８】
最後に、図１１に示す工程においては、永久磁石２をガラス基板５４の下方にシリコン接着剤等を用いて貼り付け、磁場形成手段とする。
【００５９】
このようにして、図３に示した構成の半導体センサが得られる。
【００６０】
なお、本発明の変位センサの製法は、以上述べた半導体プロセスに限られるものではなく、他の微細加工技術を用いて製造してもよいことは言うまでもない。
【００６１】
【発明の効果】
本発明によれば、センシング層と該センシング層に面接合された補助層とを備えた変位センサにおいて、センシング層に接合面に対して平行な方向に変位する可動部材を設け、補助層に前記可動部材に対応する開口部を設けたことによって、センシング層の構成要素である可動部材の質量増加に伴うセンサ感度の向上が達成できる。また、センシング層に開口部を形成するものに比べてセンシング層表面を、汚したり、傷つけたりなどしてこれに悪影響を及ぼす危険性がなく、信頼性が高く安価で量産性にも優れた変位センサを提供することが可能となる。
【００６２】
また、上記可動部材を上記センシング層と補助層の接合面に対して平行な方向に変位させるセンサ構成とすることで、敢えて補助層に配線、電極等の構造をつくる必要はなく、電極、配線等を含むセンシングに必要な構造を全てセンシング層に設けることが可能となる。これにより、センシング部分とその検出回路や信号処理回路が一体化された、構造が簡単で、信頼性、量産性にも優れたセンサ素子を実現することができる。
【００６３】
本発明によれば、特に、バルクマイクロマシン技術を用いて製造される、感度が高く量産性に優れた安価な半導体センサを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体センサの全体的な構成及び製法の摸式図。
【図２】本発明の第１の実施例に係わる半導体センサの斜視図。
【図３】本発明の第２の実施例に係わる半導体センサの斜視図。
【図４】本発明の第２の実施例に係わる半導体センサの平面図。
【図５】本発明第２の実施例による回転角速度センサの製造工程例に係わる断面図。
【図６】本発明第２の実施例による回転角速度センサの製造工程例に係わる断面図。
【図７】本発明第２の実施例による回転角速度センサの製造工程例に係わる断面図。
【図８】本発明第２の実施例による回転角速度センサの製造工程例に係わる断面図。
【図９】本発明第２の実施例による回転角速度センサの製造工程例に係わる断面図。
【図１０】本発明第２の実施例による回転角速度センサの製造工程例に係わる断面図。
【図１１】本発明第２の実施例による回転角速度センサの製造工程例に係わる断面図。
【図１２】従来の半導体センサの構成に係わる摸式図。
【符号の説明】
１・・・センサ、１A・・・センシング層、１B・・・１Aの補助層、１０・・・開口部、２・・・永久磁石、１１・・・振動体、１２・・・振動体１１を支持する梁、１３・・・質量体、１４・・・質量体１３の側面、１５・・・センシング層１Aの内側の側面、２１・・・駆動用導体部、２２・・・変位検出用導体部、２３・・・駆動電流を流すための配線、２４・・・変位検出用配線、２５・・・シリコン基板コンタクト用配線、３１, ３２・・・駆動電流を流すための電極、３３, ３４・・・変位検出用電極、３５・・・シリコン基板コンタクト用電極、５０・・・シリコンウェハー、５１・・・絶縁膜、５２・・・金属膜、５３・・・パッシベーション膜、５４・・・ガラス基板
【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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