JP4591000B2 - 半導体力学量センサおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、支持基板上に可動電極およびこれに対向する固定電極を形成し、これら両電極間の容量変化に基づいて力学量を検出するようにした容量式の半導体力学量センサおよびその製造方法に関する。

一般に、この種の半導体力学量センサは、支持基板上にて支持基板に可動な状態で連結された可動電極と、支持基板上にて支持基板に固定された状態で連結されるとともに可動電極と対向して配置された固定電極とを備え、力学量が印加されたときの可動電極と固定電極との間の容量変化に基づいて力学量を検出するものである。

従来より、このような静電容量の変化によって、力学量を計測する半導体力学量センサとしては、加速度センサや角速度センサ、ジャイロスコープ、圧力センサなどがある。

そして、この容量式の半導体力学量センサは、たとえば、自動車用エアバックの制御や車両の安定制御、民生用ゲームアミューズメントなどのセンサとして、さまざまな用途に適用されている。

このような半導体力学量センサは、半導体技術を適用した製造方法、いわゆるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）といわれる技術を応用した製造方法により製造することができる。その一般的な製造方法は次の通りである。

まず、支持基板の上に絶縁層を介して半導体層が積層されてなる積層基板を用意する。このような積層基板としては、支持基板および半導体層がシリコンからなり、絶縁層がシリコン酸化膜からなるシリコンオンインシュレータ基板（ＳＯＩ基板）が典型的に用いられる。

そして、積層基板の半導体層に対して、半導体層の表面から絶縁層に達し且つ可動電極および固定電極のパターンを区画するトレンチを形成する。その後、可動電極となるべき部位の下に位置する絶縁層を除去することにより、可動電極を支持基板からリリースする。こうして、半導体力学量センサができあがる。

ここで、この種の半導体力学量センサにおいて、容量検出を行うための可動電極や固定電極の電極材料としては、半導体技術を用いるために、半導体材料として安価な単結晶シリコンや多結晶シリコンが採用される。

特にセンサ感度を良好にするためには、電極間の容量値を増大する目的から、電極厚さの厚肉化を容易に達成することのできる貼り合せＳＯＩウェハを用いて、単結晶シリコン電極とすることが好ましい。

また、上記ＭＥＭＳ技術においては、半導体シリコンウェハの表面および裏面加工を駆使して所望の構造体を形成するが、一般的なＬＳＩ製造設備との整合性から、ウェハ表面から加工できれば、なお都合が良い。

たとえば、従来のこの種の半導体力学量センサの製造方法として、ＳＯＩ基板を用いて、絶縁層である埋め込み酸化膜を犠牲層として半導体力学量センサを形成する方法が提案されている（特許文献１参照）。
特開平６−３４９８０６号公報

ところで、上記した特許文献１によれば、「典型的な層厚さは、１マイクロメータより小さい寸法にある」と記載されているように、可動電極および固定電極とこれら電極の支持体である支持基板との間の空隙の大きさは、薄い埋め込み酸化膜の厚さによって確保されている。

現在のところ、一般的に製造されているＳＯＩウェハの埋め込み酸化膜厚は、厚くてもせいぜい数μｍ（２〜３μｍ）程度である。したがって、可動電極および固定電極と支持基板との間の空隙の大きさも、せいぜい数μｍ程度と薄いものである。

しかしながら、このような電極と支持基板との間に薄い空隙を有する半導体力学量センサを製造する場合、その製造過程において、その空隙にパーティクルなどの異物が混入することは多かれ少なかれ発生する。

こういった異物の混入が生じると、支持基板上にて上記空隙を介してリリースされているべき可動電極が、当該異物に当たって動きにくくなり、可動電極の正常な動きが阻害される。このように、異物の混入は、センサ特性の阻害を引き起こし、歩留りを低下させる要因となる。

ここにおいて、可動電極と支持基板との間の空隙に異物が混入したとしても、その影響度を抑制するためには、犠牲層すなわち絶縁層である埋め込み酸化膜厚を、より厚くしたＳＯＩウェハを用いる方法などが考えられる。

それによれば、上記空隙を広くして可動電極と異物との干渉を抑制できると考えられる。しかしながら、一般的に、犠牲層としての厚い埋め込み酸化膜を有するＳＯＩウェハは高価なものとなるため、好ましくない。

本発明は、上記問題に鑑み、支持基板上に可動電極およびこれに対向する固定電極を形成してなる容量式の半導体力学量センサにおいて、犠牲層である絶縁層の厚さを厚くすることなく、可動電極と支持基板との間の異物の混入による歩留まりの低下を抑制することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、支持基板（１１）上にて支持基板（１１）に可動な状態で連結された可動電極（２５）と、支持基板（１１）上にて支持基板（１１）に固定された状態で連結されるとともに可動電極（２５）と対向して配置された固定電極（６０、７０、８０）とを備え、可動電極（２５）は、支持基板（１１）と連結するための梁（４５）を有し、さらに可動電極（２５）の梁（４５）と支持基板（１１）との間の連結部（５０）を介して支持基板（１１）に連結されて、支持基板（１１）の基板面に平行な方向に動くことができるようになっており、力学量が印加されたときの可動電極（２５）と固定電極（６０〜８０）との間の容量変化に基づいて力学量を検出する半導体力学量センサの製造方法であって、次のような各工程を備えることを特徴としている。

・支持基板（１１）の上に絶縁層（１３）を介して半導体層（１２）が積層されてなる積層基板（１０）を用意する工程。

・半導体層（１２）のうち可動電極（２５）の梁（４５）と支持基板（１１）との間の連結部（５０）となる部位の表面に、圧縮応力を発生する圧縮応力層（９０）を形成する圧縮応力層形成工程。

・半導体層（１２）に対して、半導体層（１２）の表面から絶縁層（１３）に達し且つ可動電極（２５）および固定電極（６０〜８０）のパターンを区画するトレンチ（１２０）を形成するトレンチ形成工程。

・絶縁層（１３）を除去することにより、可動電極（２５）を支持基板（１１）からリリースするとともに、半導体層（１２）のうち圧縮応力層（９０）が形成されている部位を圧縮応力によって支持基板（１１）から離れる方向へ反らせるリリース工程。本発明の製造方法は、上記の各工程を実行することを特徴としている。

それによれば、絶縁層（１３）を除去することにより可動電極（２５）を支持基板（１１）からリリースしたとき、圧縮応力層（９０）に生じる圧縮応力により可動電極（２５）と支持基板（１１）との連結部（５０）が支持基板（１１）から離れる方向へ反るため、可動電極（２５）と支持基板（１１）との間の距離が大きくなる。

つまり、本発明によれば、犠牲層である絶縁層（１３）の厚さを厚くしなくても、可動電極（２５）と支持基板（１１）との間の空隙が広くなるため、当該空隙に異物が混入したとしても、可動電極（２５）が異物に干渉しにくくなり、可動電極（２５）の正常な動作が阻害されにくくなる。

よって、本発明によれば、支持基板（１１）上に可動電極（２５）およびこれに対向する固定電極（６０〜８０）を形成してなる容量式の半導体力学量センサにおいて、犠牲層である絶縁層（１３）の厚さを厚くすることなく、可動電極（２５）と支持基板（１１）との間の異物の混入による歩留まりの低下を抑制することができる。

また、請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載の半導体力学量センサの製造方法においては、固定電極（６０〜８０）は、支持基板（１１）に片持ち支持された状態で連結されているものにできる。

さらに、請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の半導体力学量センサの製造方法において、圧縮応力層形成工程では、半導体層（１２）のうち固定電極（６０〜８０）となる部位の表面にも、圧縮応力層（９０）を形成し、リリース工程では、絶縁層（１３）を除去することによって固定電極（６０〜８０）を片持ち支持の状態とすることにより、固定電極（６０〜８０）を圧縮応力層（９０）の圧縮応力によって支持基板（１１）から離れる方向へ反らせることを特徴としている。

上記請求項２に記載の製造方法により製造された半導体力学量センサにおいては、可動電極（２５）だけでなく固定電極（６０〜８０）と支持基板（１１）との間も空隙が存在する。このような構成の場合、本発明の製造方法によれば、固定電極（６０〜８０）も反ることにより、固定電極（６０〜８０）と支持基板（１１）との間の距離が大きくなり、当該間の空隙が広くなる。

また、請求項４に記載の発明のように、請求項１〜請求項３に記載の半導体力学量センサの製造方法においては、圧縮応力層（９０）は、不純物拡散層からなるものにすることができる。

さらに、請求項５に記載の発明のように、請求項４に記載の半導体力学量センサの製造方法において、不純物拡散層は、Ｎ＋拡散層であるものにできる。

また、請求項６に記載の発明のように、請求項１〜請求項３に記載の半導体力学量センサの製造方法においては、圧縮応力層（９０）は、熱酸化膜、多結晶シリコン、またはシリコン窒化膜からなるものにできる。

また、請求項７に記載の発明のように、請求項１〜請求項６に記載の半導体力学量センサの製造方法においては、積層基板（１０）としては、支持基板（１１）および半導体層（１２）がシリコンからなり、絶縁層（１３）がシリコン酸化膜からなるシリコンオンインシュレータ基板を採用することができる。

請求項８に記載の発明では、支持基板（１１）上にて支持基板（１１）に可動な状態で連結された可動電極（２５）と、支持基板（１１）上にて支持基板（１１）に固定された状態で連結されるとともに可動電極（２５）と対向して配置された固定電極（６０、７０、８０）とを備え、力学量が印加されたときの可動電極（２５）と固定電極（６０〜８０）との間の容量変化に基づいて力学量を検出する半導体力学量センサにおいて、可動電極（２５）は、支持基板（１１）と連結するための梁（４５）を有し、さらに可動電極（２５）の梁（４５）と支持基板（１１）との間の連結部（５０）を介して支持基板（１１）に連結されて、支持基板（１１）の基板面に平行な方向に動くことができるようになっており、可動電極（２５）の梁（４５）と支持基板（１１）との間の連結部（５０）の表面には、圧縮応力を発生する圧縮応力層（９０）が形成されており、連結部（５０）が支持基板（１１）から離れる方向へ反っていることにより、可動電極（２５）は、固定電極（６０〜８０）よりも支持基板（１１）から離れる方向へ位置した状態で固定電極（６０〜８０）とずれて対向していることを特徴としている。

本発明の半導体力学量センサは、請求項１に記載の製造方法により適切に製造されるものであり、請求項１に記載の発明と同様、容量式の半導体力学量センサにおいて、犠牲層である絶縁層（１３）の厚さを厚くすることなく、可動電極（２５）と支持基板（１１）との間の異物の混入による歩留まりの低下を抑制することができる。

また、本発明の半導体力学量センサによれば、支持基板（１１）の基板面と垂直な方向すなわち厚さ方向の力学量を適切に検出することができる。このことは、次に示される通りである。

本センサでは、支持基板（１１）上にて、可動電極（２５）は、固定電極（６０〜８０）よりも支持基板（１１）から離れる方向へ位置した状態で固定電極（６０〜８０）とずれて対向している。このことは、固定電極のうちの力学量検出用の固定電極（７０）と可動電極（２５）との関係においても同様であることはもちろんである。

そのため、支持基板（１１）の厚さ方向の力学量が印加され、可動電極（２５）が支持基板（１１）から離れる方向へ変位したとき、可動電極（２５）と力学量検出用の固定電極（７０）との対向面積は減少する。このことは、これら両電極（２５、７０）間の容量が減少したことに相当する。

一方、支持基板（１１）の厚さ方向の力学量が印加され、可動電極（２５）が支持基板（１１）に近づく方向へ変位したとき、可動電極（２５）と力学量検出用の固定電極（７０）との対向面積は増加する。このことは、これら両電極（２５、７０）間の容量が増加したことに相当する。

このように、可動電極（２５）と力学量検出用の固定電極（７０）との間の容量の増減の方向およびその度合を検出することにより、支持基板（１１）の厚さ方向における可動電極（２５）の変位の方向および大きさ、すなわち印加された力学量の方向および大きさを適切に検出することができる。

ちなみに、従来の一般的な容量式の半導体力学量センサにおいては、可動電極と力学量検出用の固定電極とは支持基板から同一の高さすなわち同一平面内にて対向していた。そのため、支持基板の厚さ方向の力学量が印加されたとき、可動電極が支持基板から離れる方向へ変位しても、近づく方向へ変位しても、どちらの場合にも、可動電極と固定電極との対向面積は減少する。

つまり、従来の一般的な容量式の半導体力学量センサでは、可動電極と固定電極との間の容量変化の度合は検出できるが、当該容量変化の増減の方向はわからないため、支持基板の厚さ方向における可動電極の変位の方向、すなわち印加された力学量の方向は検出することができない。

その点、本発明の半導体力学量センサによれば、犠牲層である絶縁層（１３）の厚さを厚くすることなく、可動電極（２５）と支持基板（１１）との間の異物の混入による歩留まりの低下を抑制できることに加えて、支持基板（１１）の基板面と垂直な方向すなわち厚さ方向の力学量を適切に検出することができる。

また、請求項９に記載の発明のように、請求項８に記載の半導体力学量センサにおいて、圧縮応力層（９０）は、不純物拡散層からなるものにすることができる。

さらに、請求項１０に記載の発明のように、請求項９に記載の半導体力学量センサにおいては、前記不純物拡散層は、Ｎ＋拡散層であるものにできる。

また、請求項１１に記載の発明のように、請求項８に記載の半導体力学量センサにおいては、圧縮応力層（９０）としては、熱酸化膜、多結晶シリコン、またはシリコン窒化膜からなるものを採用することができる。

また、請求項１２に記載の発明のように、請求項８〜請求項１１に記載の半導体力学量センサにおいては、積層基板（１０）としては、支持基板（１１）および半導体層（１２）がシリコンからなり、絶縁層（１３）がシリコン酸化膜からなるシリコンオンインシュレータ基板であるものを採用することができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。以下の各実施形態は、本発明の容量式の半導体力学量センサを、容量式の角速度センサに適用したものとして説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る容量式の角速度センサ１００の模式的な平面図である。また、図２は、図１中のＡ−Ａ線に沿った概略断面図であり、図３は、図１中のＢ−Ｂ線に沿った概略断面図である。

［構成等］
本角速度センサ１００は、シリコン基板等の半導体基板１０よりなり、この半導体基板１０に、エッチング等の周知の半導体製造技術を用いて溝を形成することにより、図１に示されるように、外周部に枠部２０、その内周部に振動子３０、４０を含む可動電極２５、および各固定電極６０、７０、８０が区画形成されている。

具体的には、図２に示されるように、半導体基板１０は、支持基板１１の上に絶縁層１３を介して半導体層１２が積層されてなる積層基板１０である。具体的には、この積層基板１０は、支持基板１１としてのシリコン基板１１と半導体層１２としてのＳＯＩ層１２との間に絶縁層１３としての埋め込み酸化膜１３を挟んでなるＳＯＩ（シリコンオンインシュレータ）基板である。

そして、この半導体基板としての積層基板１０において、ＳＯＩ層１２の表面から、トレンチエッチングを施すことにより、ＳＯＩ層１２に対して、上記したような区画された枠部２０、可動電極２５、および各固定電極６０〜８０が形成されている。

これら各部のうち枠部２０および各固定電極６０〜８０は、図２に示されるように、絶縁層１３を介して、支持基板としてのシリコン基板１１に支持され固定されている。このように、枠部２０および各固定電極６０〜８０は、支持基板１１に固定された固定部に相当する。

可動電極２５は、駆動用振動子３０と、角速度検出用振動子４０と、これら両振動子３０、４０を連結する駆動梁３５と、角速度検出用振動子４０と支持基板としてのシリコン基板１１とを連結する検出梁４５とを備えて構成されている。

これら可動電極２５と支持基板１１との結合関係をみると、図２、図３に示されるように、可動電極２５全体と支持基板１１との間には絶縁層１３が無く、空隙が存在しており、この空隙を介して可動電極２５は支持基板１１からリリースされている。

そして、本例では、図１に示されるように、可動電極２５全体としては、４個の検出梁４５のそれぞれにおいて検出梁リード５０を介して支持基板であるシリコン基板１１に連結されている。つまり、この検出梁リード５０が可動電極２５と支持基板１１との連結部である。

検出梁リード５０は、後述するパッド５０ａが形成されている平面矩形状の支持部５１（図１参照）にて、上記の各固定電極６０〜８０や枠部２０と同様に、絶縁層１３を介してシリコン基板１１に支持されている。

そして、図３に示されるように、検出梁リード５０のうち上記支持部５１の先から検出梁４５との連結部に渡る部位は、その下の絶縁層１３が無い部位であり、空隙をもってシリコン基板１１からリリースされている。

駆動用振動子３０は、図１中のｘ方向に延びる錘部３１とこの錘部３１の両側においてｙ方向に延びる延設部３２とを備えて構成されている。本例では、延設部３２は錘部３１の上側に４本、下側に４本の計８本設けられている。

また、角速度検出用振動子４０は、図１中のｘ方向（以下、第１の方向ｘという）において駆動用振動子３０の錘部３１の両外側に２個設けられており、ｙ方向（以下、第２の方向ｙという）へ沿って延びる細長形状をなしている。

ここで、駆動用振動子３０の錘部３１の両端部は、駆動梁３５を介して角速度検出用振動子４０に連結されている。図１に示されるように、本例では４個の駆動梁３５により駆動用振動子３０と角速度検出用振動子４０とが連結されている。そして、角速度検出用振動子４０は、上述したように、シリコン基板１１への連結部である検出梁リード５０に対して検出梁４５を介して連結されている。

上述したように、可動電極２５は、本例では４個の検出梁リード５０を介して支持基板であるシリコン基板１１に支持されるとともに、この支持の状態にあっては、シリコン基板１１から空隙をもってリリースされ、シリコン基板１１に対して可動な状態となっている。

さらに言うならば、角速度検出用振動子４０は、検出梁４５、検出梁リード５０を介してシリコン基板１１に連結支持されており、駆動用振動子３０は、角速度検出用振動子４０および検出梁４５を介在させてはいるが、駆動梁３５、検出梁リード５０を介してシリコン基板１１に連結されている。

ここで、駆動梁３５は、第１の方向ｘへ自由度を持つ。本例では、駆動梁３５は、図１に示されるように、複数の梁を有しており、実質的に第１の方向ｘのみへバネ変形可能なものである。

また、検出梁４５は、第２の方向ｙへ自由度を持つ。本例では、検出梁４５は、図１に示されるように、ｘ方向へ延びる梁形状をなすものであり、実質的に第２の方向ｙのみへバネ変形可能なものである。なお、駆動梁３５と検出梁４５とでは共振周波数は異なっている。

このような各梁３５、４５の構成により、駆動用振動子３０は、第１の方向ｘに振動可能な状態で支持基板であるシリコン基板１１に支持された形となり、角速度検出用振動子４０は、第１の方向ｘとは直交する第２の方向ｙに振動可能な状態でシリコン基板１１に支持された形となる。そのため、可動部２５は、シリコン基板１１の基板面に平行な方向に動くことができる。

また、可動電極２５の検出梁４５が連結されている各アンカー部５０において、上記シリコン基板１１への固定部である支持部５１には、角速度検出用の上記パッド５０ａが形成されている。

この角速度検出用のパッド５０ａと検出梁４５とは電気的に接続されており、このパッド５０ａを通じて、駆動用振動子３０および角速度検出用振動子４０に対して所定電圧が印加できるようになっている。

また、図１に示されるように、駆動用振動子３０の各延設部３２の側面には、シリコン基板１１に固定された駆動用固定電極６０が対向して配置されている。そして、駆動用振動子３０の延設部３２と駆動用固定電極６０とが対向する部位においては、たがいの対向面から相手側に向かって櫛歯状に突出する櫛歯部が、互いの櫛歯がかみ合うように設けられている。

各駆動用固定電極６０は、枠部２０の近傍に設けられた駆動用パッド６０ａに電気的に接続されている。そして、この駆動用パッド６０ａを通して、駆動用固定電極６０に駆動電圧が印加されるようになっている。

また、図１に示されるように、角速度検出用振動子４０の外側の側面には、シリコン基板１１に固定された角速度検出用固定電極７０が対向して配置されている。ここでは、各角速度検出用振動子４０の１個につき上下に２個ずつの角速度検出用固定電極７０が設けられている。この角速度検出用固定電極７０は、本発明でいう力学量検出用の固定電極に相当する。

そして、角速度検出用振動子４０と角速度検出用固定電極７０とが対向する部位においては、たがいの対向面から相手側に向かって櫛歯状に突出する櫛歯部が、互いの櫛歯がかみ合うように設けられている。

各角速度検出用固定電極７０は、枠部２０の近傍に設けられた角速度検出用パッド７０ａに電気的に接続されている。そして、この角速度検出用パッド７０ａを通して、角速度検出用固定電極７０の電位が測れるようになっている。

また、図１に示されるように、駆動用振動子３０には、シリコン基板１１に固定された振動検出用固定電極８０が対向して配置されている。ここでは、振動検出用固定電極８０は、駆動用固定電極６０よりも外側の位置において、上下に２つずつ、合計４個備えられている。

そして、駆動用振動子３０と振動検出用固定電極８０とが対向する部位においては、たがいの対向面から相手側に向かって櫛歯状に突出する櫛歯部が、互いの櫛歯がかみ合うように設けられている。

各振動検出用固定電極８０は、枠部２０の近傍に設けられた振動検出用パッド８０ａに電気的に接続されている。そして、この振動検出用パッド８０ａを通して、振動検出用固定電極８０の電位が測れるようになっている。

なお、枠部２０は、上記振動子３０、４０を含む可動電極２５および各固定電極６０、７０、８０を囲むように構成されているが、この枠部２０は、図示しないパッドなどを介して、ＧＮＤ電位に保持されるようになっている。また、上述した各パッドは、アルミニウムなどにより形成されている。

このように、本実施形態の角速度センサ１００は、支持基板であるシリコン基板１１上にてシリコン基板１１に可動な状態で連結された可動電極２５と、シリコン基板１１上にてシリコン基板１１に固定された状態で連結されるとともに可動電極２５と対向して配置された固定電極６０、７０、８０とを備えて構成されている。本実施形態では、さらに次のような構成上の特徴点を有する。

すなわち、図２、図３に示されるように、本角速度センサ１００においては、支持基板であるシリコン基板１１の上にて、可動電極２５全体すなわち各振動子３０、４０などが、固定電極６０、７０、８０よりもシリコン基板１１から離れる方向へ位置した状態で固定電極６０〜８０とずれて対向している。

これは、可動電極２５全体をシリコン基板１１に連結する検出梁リード５０が、その支持部５１側から可動電極２５との連結部側に向かって、シリコン基板１１から離れる方向へ反った状態となっていることにより実現されている。

つまり、可動電極２５は、４個の検出梁リード５０における支持部５１を固定部として、その全体が、固定電極６０〜８０よりもシリコン基板１１から上方へ略平行に浮き上がった形となっている。

すなわち、可動電極２５は、絶縁層である埋め込み酸化膜１３の厚さよりも高い状態となるように、シリコン基板１１から上方へ略平行に浮き上がった形となっており、可動電極２５とシリコン基板１１との間の空隙の高さは、埋め込み酸化膜１３の厚さよりも大きくなっている。

この検出梁リード５０の表面には、圧縮応力層９０が設けられている。この圧縮応力層９０は、可動電極２５や固定電極６０〜８０を構成するＳＯＩ層１２よりも大きな圧縮応力を発生する層である。

圧縮応力層９０は、大きな圧縮応力を発生する層であれば、特に限定されるものではないが、具体的には、イオン注入・熱拡散などによりＳＯＩ層１２の表面に形成された不純物拡散層、たとえば、Ｎ＋（プラス）拡散層とすることができる。このＮ＋拡散層を圧縮応力層９０として適用できることは、本発明者が実験的に見出したことである。

また、圧縮応力層９０としては、ＳＯＩ層１２の表面を熱酸化することで形成される熱酸化膜、ＣＶＤ法などにより成膜される多結晶シリコン、または、シリコン窒化膜などを採用することができる。なお、シリコン窒化膜としては、低圧プラズマ法により形成されるＬＰ−ＳｉＮが、圧縮応力が大きいため、好ましい。

［製造方法等］
本実施形態の角速度センサ１００の製造方法について、図４、図５を参照して説明する。図４、図５は、本実施形態の角速度センサ１００の製造方法を示す工程図であり、上記図３に対応した断面にて示される断面図である。

まず、図４（ａ）に示されるように、支持基板１１の上に絶縁層１３を介して半導体層１２が積層されてなる積層基板１０として、上記したＳＯＩ基板からなる積層基板１０を用意する。このＳＯＩ基板は、可動電極２５や固定電極６０〜８０が形成される半導体層としてのＳＯＩ層１２の厚さを比較的所望の厚さに制御しやすい貼り合わせＳＯＩウェハである。

たとえば、このようなＳＯＩウェハとしては、一般的に比較的安価に製造可能な、埋め込み酸化膜１３の厚さ：２〜３μｍ、ＳＯＩ層１２の厚さ：１０〜３０μｍ、シリコン基板１１の厚さ：４００〜６５０μｍ程度のものを採用することができる。

ここで、ＳＯＩウェハすなわち積層基板１０において、ＳＯＩ層１２から成る上記可動構造体をシリコン基板１１からリリースするため、埋め込み酸化膜１３は犠牲層として機能する。

次に、図４（ｂ）および（ｃ）に示されるように、積層基板１０における半導体層としてのＳＯＩ層１２のうち、可動電極２５とシリコン基板１１との連結部となる部位すなわち上記検出梁リード５０となる部位の表面に、上記圧縮応力層９０を形成する（圧縮応力層形成工程）。

ここでは、圧縮応力層９０としてＮ＋拡散層を形成する場合を示す。具体的には、図４（ｂ）に示されるように、積層基板１０におけるＳＯＩ層１２の表面に、圧縮応力層９０を形成すべき部位に開口部を有するマスク１１０を形成する。ここでは、マスク１１０は熱酸化膜からなるものとする。

続いて、図４（ｃ）に示されるように、Ｎ＋拡散を実施する。Ｎ＋拡散層の形成方法は、一般的な半導体製造方法である熱拡散やイオン注入による。そして、Ｎ＋拡散層からなる圧縮応力層９０を形成した後、熱酸化膜からなるマスク１１０を除去する。

なお、ここでは図示していないが、Ｎ＋拡散層からなる圧縮応力層９０を形成した後、アルミニウムなどからなる上記パッドや信号を取り出し用の電極などを形成する。

次に、図５（ａ）に示されるように、半導体層であるＳＯＩ層１２に対して、当該ＳＯＩ層１２の表面から埋め込み酸化膜１３に達し且つ可動電極２５および固定電極６０〜８０のパターンを区画するトレンチ１２０を形成する（トレンチ形成工程）。

具体的には、ＳＯＩ層１２に、埋め込み酸化膜１３をエッチングストッパとしてトレンチ１２０を形成する。このトレンチ１２０の幅は、静電容量変化を検出する可動電極２５と固定電極６０〜８０との間で、２〜３μｍ程度である。

このトレンチエッチング用マスクは図示しないが、一般的なレジストや酸化膜などを用いることができる。また、トレンチエッチングにおいては、垂直にエッチング可能な製造装置を用いる。たとえば、ＩＣＰ（イオンカップルドプラズマ）などの製造装置にを用いてトレンチ加工を行うことができる。

次に、上記したトレンチエッチング用マスクを除去した後、図５（ｂ）に示されるように、リリース工程を行う。

このリリース工程では、絶縁層としての埋め込み酸化膜１３を除去することにより、可動電極２５を支持基板としてのシリコン基板１１からリリースする。具体的には、埋め込み酸化膜１３を犠牲層として可動電極２５をリリースするため、ＨＦガスを用いて埋め込み酸化膜１３をエッチングして除去する。

ここで、本エッチングは等方性エッチングであるため、リリースエッチングされにくい幅のある錘部３１などには、上記トレンチ形成工程において複数個のエッチングホールを形成しておいてもよい。それによれば、幅広の部分においても容易にリリースすることがが可能である。

そして、本リリース工程においては、可動電極２５のリリースの完了に伴い、Ｎ＋拡散層からなる圧縮応力層９０に発生する圧縮応力によって、４本の検出梁リード５０がシリコン基板１１から離れる方向に反ることになる。

この検出梁リード５０の反りによって、可動電極２５は、支持基板であるシリコン基板１１から離れる方向に持ち上げられるため、可動電極２５においては、埋め込み酸化膜１３によって生じる空隙の高さよりも高い空隙（クリアランス）が確保される。こうして、本実施形態の角速度センサ１００ができあがる。

なお、上記例における本実施形態の製造方法では、圧縮応力形成工程の後に、トレンチ形成工程を行ったが、可能ならば、トレンチ形成工程を行って、可動電極２５および固定電極６０〜８０をパターニングした後に、圧縮応力形成工程を行ってもよい。

ここで、上記圧縮応力層形成工程において、検出梁リード５０の表面に、圧縮応力層９０としてのＮ＋拡散層を一定条件で形成する場合、検出梁リード５０の長さＬ（図１参照）により、可動電極２５とシリコン基板１１との間の空隙の高さを、所望の高さに制御することが可能となる。

たとえば、圧縮応力層９０を形成するにあたって、リン（Ｐ）をデポジションさせるＮ＋拡散を行う場合、１０００℃、２０分程度のデポジションを行った後、スランピングを１０００℃、２０分程度実施する。これにより、表面抵抗率が８Ω／□程度のＮ＋拡散層が得られる。

ここにおいて、本発明者の検討によれば、各検出梁リード５０の長さＬを０．４ｍｍとした場合、検出梁リード５０においては、１μｍ程度の反りが得られることが実験的に見出された。

このように、圧縮応力層９０としてＮ＋拡散層を採用することにより、埋め込み酸化膜１３の厚さのみに依存するクリアランスに対して、可動電極２５とシリコン基板１１との空隙の大きさを十分増加させることが可能となっている。

なお、圧縮応力層９０としてのＮ＋拡散層を形成するにあたっては、半導体層であるＳＯＩ層１２はＮ型であっても、Ｐ型であってもよいが、本例ではＳＯＩ層１２はＮ−（マイナス）シリコン層である。また、圧縮応力層９０としては、Ｎ＋拡散層以外の不純物拡散層も採用可能であると考えられる。

また、圧縮応力層９０として上記Ｎ＋拡散層以外の大きな圧縮応力を得られる膜、たとえば熱酸化膜を形成した場合には、図６に示されるような計算結果が得られる。図６は、圧縮応力層９０として熱酸化膜を形成した場合において熱酸化膜の膜応力σを変えたときの膜厚ｄと検出梁リードの反り量ｘとの関係を示す図である。

検出梁リードの反り量ｘの計算式は、次の数式１に示される。

（数１）
ｘ＝３×（Ｌ×０．００１）²×ｄ×０．０００００１×（１−υ）／｛Ｅ×１０００００００００×（Ｄ×０．０００００１）²｝×（σ×１００００００）×１００００００
上記数式１においては、検出梁リード長さ：Ｌ（ｍｍ）、圧縮応力層としての熱酸化膜の厚さ：ｄ（μｍ）、ＳＯＩ層のポアソン比：υ、ＳＯＩ層のヤング率：Ｅ（ＧＰａ）、ＳＯＩ層の厚さ：Ｄ（μｍ）、熱酸化膜の膜応力：σ（ＭＰａ）である。

ここで、計算の一例として、検出梁リードの長さＬ＝０．４ｍｍ、熱酸化膜の厚さｄ＝０．５μｍ、ＳＯＩ層のポアソン比υ＝０．３、ヤング率Ｅ＝１７０ＧＰａ、ＳＯＩ層の厚さＤ＝１５μｍ、熱酸化膜の膜応力σを一般的な大きさである３００ＭＰａ、とした場合には、検出梁リードの反り量ｘは１．３μｍとなる。

また、図６では、膜応力が３００ＭＰａである場合以外にも、５０ＭＰａ、１００ＭＰａ、５００ＭＰａの場合が示されている。いずれの場合にも、熱酸化膜の膜厚が増加するにつれて、比例的に反り量も増加している。

実際の傾向も、この図６に示される傾向と同様であり、この熱酸化膜の膜厚と検出梁リードの反り量との関係を利用して、検出梁リード５０の反り量を予測し、制御することができる。

このように、熱酸化膜を圧縮応力層９０として採用した場合にも、埋め込み酸化膜１３の厚さのみに依存するクリアランスに対して、可動電極２５とシリコン基板１１との空隙の大きさを十分増加させることが可能である。

［作動等］
次に、本実施形態の角速度センサ１００の作動について説明する。

本実施形態の角速度センサ１００は、駆動用固定電極６０が電気的に接続された駆動用パッド６０ａに対して所望の駆動電圧を印加することによって駆動される。

駆動電圧が駆動用パッド６０ａに印加されると、駆動電圧の交流成分の周期的な変動に伴って、駆動用固定電極６０と駆動用振動子３０の延設部３２との間に形成される容量による静電引力が発生する。これにより、駆動梁３５がたわみ、駆動用振動子３０が第１の方向ｘに振動、すなわち駆動振動させられる。

このとき、この駆動振動に応じて、支持基板であるシリコン基板１１の基板面と平行な方向において、振動検出用固定電極８０における櫛歯部と駆動用振動子３０における櫛歯部とのオーバラップ量が変動することから、これら両櫛歯部によって形成される容量が変化する。

この容量変化を振動検出用固定電極８０が接続された振動検出用パッド８０ａの電位から測定することで、駆動振動の大きさをモニタリングすることが可能となる。このため、駆動振動の大きさが所望の値となるように、駆動振動の大きさに合わせて駆動電圧をフィードバック制御する。

この駆動振動が行われている状態において、方向ｘおよびｙと直交する回転軸ｚ回りの角速度Ωが入力されると、コリオリ力が発生し、検出梁４５のたわみにより、駆動用振動子３０および角速度検出用振動子４０を含む可動電極２５全体が、第２の方向ｙに沿って検出振動を行う。

これにより、支持基板であるシリコン基板１１の基板面と平行な方向において、角速度検出用振動子４０に備えられた櫛歯部と角速度検出用固定電極７０に備えられた櫛歯部との間の間隔が変化し、これら両櫛歯部によって形成される容量が変化する。そして、この容量の変化に伴って角速度検出用固定電極７０の電位が変化するため、この電位を測定することにより、角速度Ωを検出することが可能となる。

以上が、本角速度センサ１００における基本的な検出動作、すなわち回転軸ｚ回りの角速度Ωの検出動作である。

ここで、本角速度センサ１００においては、支持基板であるシリコン基板１１上にて、可動電極２５は、固定電極６０〜８０よりもシリコン基板１１から離れる方向へ位置した状態で固定電極６０〜８０とずれて対向している。

このことは、固定電極のうちの力学量検出用の固定電極である角速度検出用固定電極７０とこれに対向する可動電極２５の部分である角速度検出用振動子７０との関係においても同様であることはもちろんである。

つまり、本角速度センサ１００においては、図２、図３に示されるように、角速度検出用振動子４０と角速度検出用固定電極７０とは、上記回転軸ｚ方向においてずれて対向している。

そのため、このずれた分、角速度検出用振動子４０に備えられた櫛歯部と角速度検出用固定電極７０に備えられた櫛歯部との間の対向面積が減少し、これら対向する両櫛歯部によって形成される静電容量値も減少する。

しかしながら、本実施形態においては、積層基板１０として、比較的容易にＳＯＩ層１２の厚さを制御可能な貼り合せＳＯＩウェハを用いているので、所望の静電容量値を得るようにＳＯＩ層１２を厚くするなど、ＳＯＩ層１２を所望の厚さに加工するしておけば、簡単に上記対向面積を増加させることができる。

［効果等］
次に、本実施形態の効果について、多少、上述の部分と重複するところもあるが、述べておく。

本実施形態によれば、シリコン基板１１上にてシリコン基板１１に可動な状態で連結された可動電極２５と、シリコン基板１１上にてシリコン基板１１に固定された状態で連結されるとともに可動電極２５と対向して配置された固定電極６０、７０、８０とを備え、角速度が印加されたときの可動電極２５と固定電極６０〜８０との間の容量変化に基づいて角速度を検出する半導体角速度センサ１００の製造方法において、次のような各工程を備えることを特徴としている。

・シリコン基板１１の上に埋め込み酸化膜１３を介してＳＯＩ層１２が積層されてなる積層基板１０を用意する工程（図４（ａ）参照）。

・ＳＯＩ層１２のうち可動電極２５とシリコン基板１１との連結部である検出梁リード５０となる部位の表面に、圧縮応力を発生する圧縮応力層９０を形成する圧縮応力層形成工程（図４（ｂ）、（ｃ）参照）。

・ＳＯＩ層１２に対して、ＳＯＩ層１２の表面から埋め込み酸化膜１３に達し且つ可動電極２５および固定電極６０〜８０のパターンを区画するトレンチ１２０を形成するトレンチ形成工程（図５（ａ）参照）。

・埋め込み酸化膜１３を除去することにより、可動電極２５をシリコン基板１１からリリースするとともに、ＳＯＩ層１２のうち圧縮応力層９０が形成されている部位すなわち連結部である検出梁リード５０を圧縮応力によってシリコン基板１１から離れる方向へ反らせるリリース工程。本実施形態の製造方法は、上記の各工程を実行することを特徴としている。

それによれば、埋め込み酸化膜１３を除去することにより可動電極２５をシリコン基板１１からリリースしたとき、圧縮応力層９０に生じる圧縮応力により可動電極２５とシリコン基板１１との連結部である検出梁リード５０がシリコン基板１１から離れる方向へ反るため、可動電極２５とシリコン基板１１との間の距離が大きくなる。

つまり、本実施形態の製造方法によれば、犠牲層である埋め込み酸化膜１３の厚さを厚くしなくても、可動電極２５とシリコン基板１１との間の空隙が広くなるため、当該空隙に異物が混入したとしても、可動電極２５が異物に干渉しにくくなり、可動電極２５の正常な動作が阻害されにくくなる。

よって、本実施形態の製造方法によれば、シリコン基板１１上に可動電極２５およびこれに対向する固定電極６０〜８０を形成してなる容量式の角速度センサ１００において、犠牲層である埋め込み酸化膜１３の厚さを厚くすることなく、可動電極２５とシリコン基板１１との間の異物の混入による歩留まりの低下を抑制することができる。

また、上述したが、本実施形態の製造方法においては、圧縮応力層９０として、不純物拡散層からなるもの、たとえばＮ＋拡散層を採用したり、熱酸化膜、多結晶シリコン、またはシリコン窒化膜を採用することも特徴点である。

また、本実施形態によれば、シリコン基板１１上にてシリコン基板１１に可動な状態で連結された可動電極２５と、シリコン基板１１上にてシリコン基板１１に固定された状態で連結されるとともに可動電極２５と対向して配置された固定電極６０、７０、８０とを備え、角速度が印加されたときの可動電極２５と固定電極６０〜８０との間の容量変化に基づいて角速度を検出する半導体角速度センサ１００において、シリコン基板１１の上にて、可動電極２５は、固定電極６０〜８０よりもシリコン基板１１から離れる方向へ位置した状態で固定電極６０〜８０とずれて対向していることを特徴とする角速度センサ１００が提供される。

このような特徴点を有する本実施形態の角速度センサ１００は、上記の本実施形態の製造方法により適切に製造されるものであり、その効果は、上述したとおり、犠牲層である埋め込み酸化膜１３の厚さを厚くすることなく、可動電極２５とシリコン基板１１との間の異物の混入による歩留まりの低下を抑制することができる。

また、本実施形態の角速度センサ１００によれば、シリコン基板１１の基板面と垂直な方向すなわち厚さ方向すなわち上記回転軸ｚ方向の力学量を適切に検出することができる。具体的に、回転軸ｚ方向に印加される加速度を検出する場合について、図７および図８を参照して説明する。

図７は、従来の一般的な容量式の半導体力学量センサの模式的な断面構成を示す図であり、図８は、本実施形態の角速度センサ１００の模式的な断面構成を示す図であり、回転軸ｚ方向に印加される加速度を検出する場合の検出動作の説明図である。

図７に示されるように、従来の半導体力学量センサにおいては、支持基板１１上に可動電極１およびこれに対向する力学量検出用の固定電極２が形成されている。これら可動電極１と固定電極２とは、支持基板１１から絶縁層１３の厚さの分に相当する同一の高さに位置しており、これら両電極１、２は同一平面内にて対向している。

そのため、支持基板１１の厚さ方向すなわちｚ方向の加速度が印加されたとき、可動電極１が支持基板１１から離れる方向（図７中の上方向）へ変位しても、近づく方向（図７中の下方向）へ変位しても、どちらの場合にも、可動電極１と固定電極２との対向面積は減少し、容量変化はマイナスの値（−ΔＣ）にシフトする、すなわち、容量値が減少することになる。

つまり、従来の一般的な容量式の半導体力学量センサでは、可動電極１と固定電極２との間の容量変化の度合は検出できるが、当該容量変化の増減の方向はわからないため、支持基板１１の厚さ方向における可動電極１の変位の方向、すなわち印加された加速度の方向は判定することができない。

それに対して、本実施形態の角速度センサ１００では、上述したように、支持基板１１上にて、可動電極２５は、固定電極６０〜８０よりも支持基板１１から離れる方向へ位置した状態で固定電極６０〜８０とずれて対向している。

このことは、可動電極２５および固定電極６０〜８０における角速度検出用の部位すなわち角速度検出用振動子４０と角速度検出用固定電極７０とが、ｚ方向の加速度が印加されていない状態で、図８（ａ）に示されるように、ずれ幅Ａの分だけずれていることを意味している。

そのため、図８（ｂ）に示されるように、本実施形態の角速度センサ１００によれば、支持基板１１の厚さ方向すなわちｚ方向の加速度が印加され、可動電極２５が支持基板１１から離れる方向（図８中の上方向）へ変位したとき、角速度検出用振動子４０と角速度検出用固定電極７０との対向面積は減少する。

このことは、これら両電極４０（２５）、７０間の容量が減少したこと、すなわち当該容量変化がマイナスの値（−ΔＣ）にシフトしたことに相当するものである。

一方、図８（ｃ）に示されるように、ｚ方向の加速度が印加され、可動電極２５が支持基板１１に近づく方向（図８中の下方向）へ変位したとき、角速度検出用振動子４０と角速度検出用固定電極７０との対向面積は増加する。

このことは、これら両電極４０（２５）、７０間の容量が増加したこと、すなわち当該容量変化がプラスの値（＋ΔＣ）にシフトしたことに相当するものである。

このように、角速度検出用振動子４０と角速度検出用固定電極７０との間の容量の増減の方向およびその度合を検出することにより、支持基板１１の厚さ方向すなわち回転軸ｚ方向における可動電極２５の変位の方向および大きさ、すなわち印加された加速度の方向および大きさを適切に検出することができる。

このように、本実施形態の角速度センサ１００によれば、犠牲層である埋め込み酸化膜１３の厚さを厚くすることなく、可動電極２５とシリコン基板１１との間の異物の混入による歩留まりの低下を抑制できることに加えて、従来のこの種の容量式の半導体力学量センサではなしえなかったシリコン基板１１の基板面と垂直な方向すなわち厚さ方向の力学量の検出を、適切に行うことができる。

ここで、本実施形態の角速度センサ１００について、さらに特徴点を述べるならば、本角速度センサ１００においては、可動電極２５とシリコン基板１１との連結部である検出梁リード５０の表面に、上記圧縮応力層９０が形成されており、検出梁リード５０がシリコン基板１１から離れる方向へ反っていることにより、可動電極２５は、固定電極６０〜８０とずれて対向している。

また、上記した本実施形態の製造方法から製造された本実施形態の角速度センサ１００においても、圧縮応力層９０として、不純物拡散層からなるもの、たとえばＮ＋拡散層を採用したり、熱酸化膜、多結晶シリコン、またはシリコン窒化膜を採用することは特徴点である。

（第２実施形態）
図９は、本発明の第２実施形態に係る容量式の角速度センサ２００の模式的な断面構成を示す図である。上記第１実施形態との相違点を中心に述べる。

本実施形態の角速度センサ２００は、その平面構成は上記図１に示される構成と同様であり、図９は、上記図２に示される断面すなわち上記図１中のＡ−Ａ断面に相当する断面にて本実施形態の角速度センサ２００を示している。

上記図１〜図３に示される上記第１実施形態の角速度センサ１００においては、固定電極６０、７０、８０は、そのほぼ全体において埋め込み酸化膜１３を介してシリコン基板１１に支持固定されていた（図２、図３参照）。

それに対して、本実施形態の角速度センサ２００では、固定電極６０〜８０は、それぞれシリコン基板１１の周辺部に位置する部位すなわちパッド６０ａ〜８０ａが形成されている部位にて、埋め込み酸化膜１３を介して支持されている。そして、各固定電極６０〜８０は、この支持部にて片持ちの状態となっている。

具体的には、図９に示されるように、可動電極２５である駆動用振動子３０の延設部３２の櫛歯部に対向する駆動用固定電極６０の部分や、角速度検出用振動子４０の櫛歯部に対向する角速度検出用固定電極７０の部分や、駆動用振動子３０に対向する振動検出用固定電極８０の部分は、シリコン基板１１との間に埋め込み酸化膜１３が無く、浮遊状態となっている。

このように、本実施形態の角速度センサ２００においては、固定電極６０〜８０は、支持基板であるシリコン基板１１に片持ち支持された状態で連結されているものとなっていることを特徴としている。

また、本実施形態の角速度センサ２００を製造する製造方法も、上記第１実施形態の製造方法と同様に、積層基板１０を用意する工程、圧縮応力層形成工程、トレンチ工程、リリース工程を行うものである。

ここにおいて、本実施形態の製造方法では、固定電極６０〜８０が上記のように片持ち支持されているため、リリース工程では、この片持ち状態を実現するように、固定電極６０〜８０の下の埋め込み酸化膜１３をエッチングして除去する。

もちろん、本実施形態においても、リリース工程において、検出梁リード５０を圧縮応力によってシリコン基板１１から離れる方向へ反らせることは、上記第１実施形態と同様である。このように、本実施形態の製造方法によれば、図９に示される角速度センサ２００を適切に製造することができる。

そして、本実施形態によれば、シリコン基板１１上に可動電極２５およびこれに対向する固定電極６０〜８０を形成してなる容量式の角速度センサ２００において、犠牲層である埋め込み酸化膜１３の厚さを厚くすることなく、可動電極２５とシリコン基板１１との間の異物の混入による歩留まりの低下を抑制することができる。

また、本実施形態の角速度センサ２００においても、可動電極２５は、固定電極６０〜８０よりもシリコン基板１１から離れる方向へ位置した状態で固定電極６０〜８０とずれて対向しているため、上記実施形態の角速度センサと同様に、シリコン基板１１の基板面と垂直な方向すなわち厚さ方向すなわち上記回転軸ｚ方向の力学量を適切に検出することができる。

（第３実施形態）
図１０は、本発明の第３実施形態に係る容量式の角速度センサ３００の模式的な断面構成を示す図である。上記第１、第２実施形態との相違点を中心に述べる。

本実施形態の角速度センサ３００は、その平面構成は上記図１に示される構成と同様であり、図１０は、上記図２に示される断面すなわち上記図１中のＡ−Ａ断面に相当する断面にて本実施形態の角速度センサ３００を示している。

本実施形態の角速度センサ３００は、上記図９に示される第２実施形態の角速度センサ２００と同様に、固定電極６０〜８０は、それぞれシリコン基板１１の周辺部に位置する部位すなわちパッド６０ａ〜８０ａが形成されている部位にて、埋め込み酸化膜１３を介して片持ちの状態となっている。

つまり、本実施形態の角速度センサ３００においても、固定電極６０〜８０は、支持基板であるシリコン基板１１に片持ち支持された状態で連結されているものとなっていることを特徴としている。

さらに、本実施形態の角速度センサ３００では、固定電極６０〜８０を圧縮応力層９０の圧縮応力によって支持基板であるシリコン基板１１から離れる方向へ反らせている。それにより、可動電極２５とシリコン基板１１との間の空隙の高さだけでなく、固定電極６０〜８０とシリコン基板１１との間の空隙の高さも、埋め込み酸化膜１３の厚さよりも大きくなっている。

具体的には、図１０に示されるように、駆動用固定電極６０、角速度検出用固定電極７０の部分および振動検出用固定電極８０に相当するＳＯＩ層１２の表面に、圧縮応力層９０が形成されている。

もちろん、図１０では示されていないが、本実施形態の角速度センサ３００においても、検出梁リード５０に圧縮応力層９０が形成されており、その圧縮応力により可動電極２５全体が浮き上がっていることは、上記実施形態と同様である。

ただし、可動電極２５がシリコン基板１１から上方へ略平行に浮き上がった形となっているのに対して、各固定電極６０、７０、８０は、固定電極６０〜８０のうちのパッド６０ａ〜８０ａが形成されている部位すなわち埋め込み酸化膜１３を介して支持されている部位から連続的に空隙の高さが増加するように、浮き上がっている。

本実施形態の角速度センサ３００を製造する製造方法も、上記第１実施形態の製造方法と同様に、積層基板１０を用意する工程、圧縮応力層形成工程、トレンチ工程、リリース工程を行うものである。

さらに、本実施形態の製造方法では、圧縮応力層形成工程において、半導体層であるＳＯＩ層１２のうち検出梁リード５０となる部位の表面だけでなく、固定電極６０〜８０となる部位の表面にも、圧縮応力層９０を形成する。

そして、本実施形態のリリース工程では、絶縁層である埋め込み酸化膜１３を除去することによって検出梁リード５０を圧縮応力によってシリコン基板１１から離れる方向へ反らせるとともに、固定電極６０〜８０を片持ち支持の状態とすることにより、固定電極６０〜８０を圧縮応力層９０の圧縮応力によってシリコン基板１１から離れる方向へ反らせるようにする。

このようにして、本実施形態の角速度センサ３００ができあがる。そして、上記第２実施形態と同様に、本実施形態の製造方法により製造された角速度センサ３００においては、可動電極２５だけでなく、固定電極６０〜８０とシリコン基板１１との間も空隙が存在することになる。

このような構成の場合、本実施形態の製造方法によれば、固定電極６０〜８０も反ることにより、図１０に示されるように、固定電極６０〜８０とシリコン基板１１との間の距離が大きくなり、当該間の空隙が広くなっている。

そして、本実施形態によっても、シリコン基板１１上に可動電極２５およびこれに対向する固定電極６０〜８０を形成してなる容量式の角速度センサ３００において、犠牲層である埋め込み酸化膜１３の厚さを厚くすることなく、可動電極２５とシリコン基板１１との間の異物の混入による歩留まりの低下を抑制することができる。

また、本実施形態の角速度センサ３００においては、図１０に示されるように、可動電極２５と固定電極６０〜８０とは同一平面内にて対向していることから、上記実施形態の角速度センサのように、シリコン基板１１の基板面と垂直な方向すなわち厚さ方向すなわち上記回転軸ｚ方向の力学量を検出することはできない。

しかしながら、本実施形態の角速度センサ３００においては、角速度検出用振動子４０と角速度検出用固定電極７０とは、上記回転軸ｚ方向においてずれて対向していないため、角速度検出用振動子４０に備えられた櫛歯部と角速度検出用固定電極７０に備えられた櫛歯部との間の対向面積を十分に確保し、これら対向する両櫛歯部によって形成される静電容量値を十分に確保することが容易である。

（他の実施形態）
なお、上記各実施形態では、ＳＯＩ基板からなる積層基板１０を用いて、その表面すなわちＳＯＩ層１２の表面から加工して角速度センサを製造する方法を示したが、裏面加工型の製造方法であってもよい。

具体的には、リリース工程において、積層基板１０の裏面すなわちシリコン基板１１の外面から異方性エッチングなどを行うことによって、埋め込み酸化膜１３まで達する凹部を形成し、さらに、この凹部から露出する埋め込み酸化膜１３をエッチングして除去し、可動電極２５のリリースを行うようにしてもよい。

また、上記実施形態では、積層基板１０として、支持基板１１および半導体層１２がシリコンからなり、絶縁層１３がシリコン酸化膜からなるＳＯＩ（シリコンオンインシュレータ）基板を採用していたが、積層基板１０としては、支持基板１１の上に絶縁層１３を介して半導体層１２が積層されているものであればよく、ＳＯＩ基板に限定されるものではない。

また、上記実施形態に示される角速度センサにおける可動電極２５や固定電極６０〜８０の形状や配置などは、上記各図に示される例に限定されるものではないことは、もちろんである。

また、半導体力学量センサとしては、上記した角速度センサ（ジャイロスコープ）に限定されるものではなく、加速度センサあるいは圧力センサなどであってもよい。たとえば、加速度センサとしては、測定すべき加速度の印加方向に可動な可動電極とこれに対向する固定電極とを備え、加速度の印加による可動および固定の両電極間の容量変化に基づいて検出するものにできる。

つまり、本発明は、支持基板上に可動電極およびこれに対向する固定電極を形成し、これら両電極間の容量変化に基づいて力学量を検出するようにした容量式の半導体力学量センサおよびその製造方法であるならば、適用可能なものである。

そして、本発明は、このようなセンサを製造する製造方法としては、支持基板の上に絶縁層を介して半導体層が積層されてなる積層基板を用意し、半導体層のうち可動電極と支持基板との連結部となる部位の表面に、上記圧縮応力層を形成し、半導体層に対して、その表面から絶縁層に達し且つ可動電極および固定電極のパターンを区画するトレンチを形成した後、絶縁層を除去することにより、可動電極を支持基板からリリースするとともに、半導体層のうち圧縮応力層が形成されている部位を圧縮応力によって支持基板から離れる方向へ反らせるようにしたことを要部とするものであり、それ以外の部分については、適宜変更可能である。

また、本発明は、このような容量式の半導体力学量センサにおいて、支持基板の上にて、可動電極は、固定電極よりも支持基板から離れる方向へ位置した状態で固定電極とずれて対向していることを要部とするものであり、それ以外の部分については、適宜変更可能である。

また、本発明における犠牲層である絶縁層の厚さを厚くすることなく、可動電極と支持基板との間の異物の混入による歩留まりの低下を抑制できるという効果について、さらに言うならば、本発明では、より安価に製造できうる埋め込み酸化膜厚範囲の貼り合せＳＯＩウェハを用いて、上記歩留りの低下を抑制できることから、信頼性の高いセンサを安価に提供することが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る容量式の角速度センサの模式的な平面図である。 図１中のＡ−Ａ線に沿った概略断面図である。 図１中のＢ−Ｂ線に沿った概略断面図である。 図１に示される角速度センサの製造方法を示す工程図である。 図４に続く角速度センサの製造方法を示す工程図である。 圧縮応力層として熱酸化膜を形成した場合において熱酸化膜の膜応力を変えたときの膜厚と反り量との関係を示す図である。 従来の一般的な容量式の半導体力学量センサの模式的な断面構成を示す図である。 上記第１実施形態の角速度センサの作動を説明するための同角速度センサの模式的な断面図である。 本発明の第２実施形態に係る容量式の角速度センサの模式的な断面図である。 本発明の第３実施形態に係る容量式の角速度センサの模式的な断面図である。

符号の説明

１０…積層基板、１１…支持基板としてのシリコン基板、
１２…半導体層としてのＳＯＩ層、
１３…絶縁層としての埋め込み酸化膜、２５…可動電極、
５０…可動電極と支持基板との連結部としての検出梁リード、
６０…固定電極としての駆動用固定電極、
７０…固定電極としての角速度検出用固定電極、
８０…固定電極としての振動検出用固定電極、９０…圧縮応力層、
１２０…トレンチ。

Claims (12)

1. 支持基板（１１）上にて前記支持基板（１１）に可動な状態で連結された可動電極（２５）と、
   前記支持基板（１１）上にて前記支持基板（１１）に固定された状態で連結されるとともに、前記可動電極（２５）と対向して配置された固定電極（６０、７０、８０）とを備え、
   前記可動電極（２５）は、前記支持基板（１１）と連結するための梁（４５）を有し、さらに前記可動電極（２５）の梁（４５）と前記支持基板（１１）との間の連結部（５０）を介して前記支持基板（１１）に連結されて、前記支持基板（１１）の基板面に平行な方向に動くことができるようになっており、
   力学量が印加されたときの前記可動電極（２５）と前記固定電極（６０〜８０）との間の容量変化に基づいて前記力学量を検出する半導体力学量センサの製造方法であって、
   前記支持基板（１１）の上に絶縁層（１３）を介して半導体層（１２）が積層されてなる積層基板（１０）を用意し、
   前記半導体層（１２）のうち前記可動電極（２５）の梁（４５）と前記支持基板（１１）との間の連結部（５０）となる部位の表面に、圧縮応力を発生する圧縮応力層（９０）を形成する圧縮応力層形成工程と、
   前記半導体層（１２）に対して、前記半導体層（１２）の表面から前記絶縁層（１３）に達し且つ前記可動電極（２５）および前記固定電極（６０〜８０）のパターンを区画するトレンチ（１２０）を形成するトレンチ形成工程と、
   前記絶縁層（１３）を除去することにより、前記可動電極（２５）を前記支持基板（１１）からリリースするとともに、前記半導体層（１２）のうち前記圧縮応力層（９０）が形成されている部位を圧縮応力によって前記支持基板（１１）から離れる方向へ反らせるリリース工程とを、実行することを特徴とする半導体力学量センサの製造方法。
2. 前記固定電極（６０〜８０）は、前記支持基板（１１）に片持ち支持された状態で連結されているものであることを特徴とする請求項１に記載の半導体力学量センサの製造方法。
3. 前記圧縮応力層形成工程では、前記半導体層（１２）のうち前記固定電極（６０〜８０）となる部位の表面にも、前記圧縮応力層（９０）を形成し、
   前記リリース工程では、前記絶縁層（１３）を除去することによって前記固定電極（６０〜８０）を片持ち支持の状態とすることにより、前記固定電極（６０〜８０）を前記圧縮応力層（９０）の圧縮応力によって前記支持基板（１１）から離れる方向へ反らせることを特徴とする請求項２に記載の半導体力学量センサの製造方法。
4. 前記圧縮応力層（９０）は、不純物拡散層であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の半導体力学量センサの製造方法。
5. 前記不純物拡散層は、Ｎ＋拡散層であることを特徴とする請求項４に記載の半導体力学量センサの製造方法。
6. 前記圧縮応力層（９０）は、熱酸化膜、多結晶シリコン、またはシリコン窒化膜からなるものであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の半導体力学量センサの製造方法。
7. 前記積層基板（１０）は、前記支持基板（１１）および前記半導体層（１２）がシリコンからなり、前記絶縁層（１３）がシリコン酸化膜からなるシリコンオンインシュレータ基板であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の半導体力学量センサの製造方法。
8. 支持基板（１１）上にて前記支持基板（１１）に可動な状態で連結された可動電極（２５）と、
   前記支持基板（１１）上にて前記支持基板（１１）に固定された状態で連結されるとともに、前記可動電極（２５）と対向して配置された固定電極（６０、７０、８０）とを備え、
   力学量が印加されたときの前記可動電極（２５）と前記固定電極（６０〜８０）との間の容量変化に基づいて前記力学量を検出する半導体力学量センサにおいて、
   前記可動電極（２５）は、前記支持基板（１１）と連結するための梁（４５）を有し、さらに前記可動電極（２５）の梁（４５）と前記支持基板（１１）との間の連結部（５０）を介して前記支持基板（１１）に連結されて、前記支持基板（１１）の基板面に平行な方向に動くことができるようになっており、
   前記可動電極（２５）の梁（４５）と前記支持基板（１１）との間の連結部（５０）の表面には、圧縮応力を発生する圧縮応力層（９０）が形成されており、
   前記連結部（５０）が前記支持基板（１１）から離れる方向へ反っていることにより、前記可動電極（２５）は、前記固定電極（６０〜８０）よりも前記支持基板（１１）から離れる方向へ位置した状態で前記固定電極（６０〜８０）とずれて対向していることを特徴とする半導体力学量センサ。
9. 前記圧縮応力層（９０）は、不純物拡散層であることを特徴とする請求項８に記載の半導体力学量センサ。
10. 前記不純物拡散層は、Ｎ＋拡散層であることを特徴とする請求項９に記載の半導体力学量センサ。
11. 前記圧縮応力層（９０）は、熱酸化膜、多結晶シリコン、またはシリコン窒化膜からなるものであることを特徴とする請求項８に記載の半導体力学量センサ。
12. 前記積層基板（１０）は、前記支持基板（１１）および前記半導体層（１２）がシリコンからなり、前記絶縁層（１３）がシリコン酸化膜からなるシリコンオンインシュレータ基板であることを特徴とする請求項８ないし１１のいずれか１つに記載の半導体力学量センサ。

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