ＭＥＭＳおよびＭＥＭＳ製造方法
【課題】ＭＥＭＳの特性を均一化する。
【解決手段】梁部と錘部と接続部とを備え前記接続部によって前記梁部に前記錘部が接続されているＭＥＭＳの製造方法であって、バルク材からなり前記錘部となる基部の平坦面に形成され前記基部を残してエッチング可能な材料からなる犠牲層に、前記基部を露出させる通孔を形成し、前記犠牲層とともにエッチングされない材料の堆積によって前記通孔内に前記接続部の少なくとも表層を形成し、前記基部の前記通孔を囲む位置に前記犠牲層を露出させる環状溝を形成し、前記環状溝から露出している前記犠牲層を等方性エッチングによって除去することを含み、前記接続部の表層となる材料の堆積によって前記犠牲層の上において前記梁部と前記接続部と前記錘部とが一体となる。
【解決手段】梁部と錘部と接続部とを備え前記接続部によって前記梁部に前記錘部が接続されているＭＥＭＳの製造方法であって、バルク材からなり前記錘部となる基部の平坦面に形成され前記基部を残してエッチング可能な材料からなる犠牲層に、前記基部を露出させる通孔を形成し、前記犠牲層とともにエッチングされない材料の堆積によって前記通孔内に前記接続部の少なくとも表層を形成し、前記基部の前記通孔を囲む位置に前記犠牲層を露出させる環状溝を形成し、前記環状溝から露出している前記犠牲層を等方性エッチングによって除去することを含み、前記接続部の表層となる材料の堆積によって前記犠牲層の上において前記梁部と前記接続部と前記錘部とが一体となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＭＥＭＳおよびＭＥＭＳ製造方法に関し、特に梁および錘の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、錘部が接続された梁部の変位を電気信号に変換する、加速度センサ、振動ジャイロスコープ、圧力センサ、振動センサ、マイクロホン、力覚センサなどのＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）が知られている。特許文献１〜４には梁部と錘部とが空隙を間に挟んで重なり合う構造を有する加速度センサが記載されている。梁部と錘部とが空隙を間に挟んで重なり合う構造をＭＥＭＳに採用すると、梁部の剛性を低減して感度を高めつつ小型化することができる。特許文献１に記載された加速度センサの構造は、基板に形成された凹部の表面に犠牲層を形成し、犠牲層の表面に錘部となる金属材料をメッキ成長させ、犠牲層を除去することにより錘部と梁部との間に空隙を形成する。特許文献２、３、４に記載された加速度センサの構造は２つの板または膜の接合によって形成される。
【特許文献１】特開平８−２７４３４９号公報
【特許文献２】特開平８−２４８０６１号公報
【特許文献３】特開平９−１５２５７号公報
【特許文献４】特開平６−３４２００６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に記載されているように金属材料のメッキ成長によって錘部全体を形成すると、メッキ成長のばらつきが大きいために錘部の形状が大きくばらつく。また基板の凹部の表面に形成するレジスト膜の厚さを均一にすることは困難である。したがって、特許文献１に記載された製造方法では加速度センサの特性のばらつきが大きくなるという問題がある。また特許文献２，３，４に記載されているように、互いに独立に形成される２つの部材を接合すると、アライメント誤差や接合によって生ずる応力によって加速度センサの特性がばらつきが大きくなるという問題がある。
【０００４】
本発明はこれらの問題を解決するために創作されたものであって、ＭＥＭＳの特性を均一化することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）上記目的を達成するためのＭＥＭＳ製造方法は、梁部と錘部と接続部とを備え接続部によって梁部に錘部が接続されているＭＥＭＳの製造方法であって、バルク材からなり錘部となる基部の平坦面に形成され基部を残してエッチング可能な材料からなる犠牲層に、基部を露出させる通孔を形成し、犠牲層とともにエッチングされない材料の堆積によって通孔内に接続部の少なくとも表層を形成し、基部の通孔を囲む位置に犠牲層を露出させる環状溝を形成し、環状溝から露出している犠牲層を等方性エッチングによって除去することを含み、接続部の表層となる材料の堆積によって犠牲層の上において梁部と接続部と錘部とが一体となる。
【０００６】
犠牲層の通孔と基部の環状溝はフォトレジストなどの保護膜を用いたエッチングや堆積などによって形状精度よく形成できる。基部の平坦面にはばらつきの小さい厚さの犠牲層を形成できる。環状溝の内側に残るバルク材からなる基部は錘部となる。通孔内に形成され錘部と梁部とを接続する接続部の表層は犠牲層を除去する工程におけるエッチングストッパとなる。したがって本発明によるとＭＥＭＳの可動部を構成する錘部と接続部と梁部の形状精度を向上させることができる。さらに材料の堆積によって錘部と接続部と梁部とを一体化する場合、直接接合などの接合によって一体化する場合に比べると一体化に伴う応力を低減できる。したがって本発明によるとＭＥＭＳの特性を均一化することができる。
【０００７】
（２）上記目的を達成するためのＭＥＭＳ製造方法において、錘部と犠牲層と梁部とはＳＯＩウエハからなり、通孔はＳＯＩウエハの絶縁層である犠牲層とＳＯＩウエハの薄い方の半導体層である梁部とを貫通する。
錘部と梁部の材料にＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウエハを用いることにより、錘部と梁部の結晶構造のばらつきから生ずる特性のばらつきを最小化することができる。
【０００８】
（３）上記目的を達成するためのＭＥＭＳ製造方法において、接続部の表層となる材料はシリコンである。
錘部と梁部の材料にＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウエハを用いるとともに接続部の表層となる材料にシリコンを用いることにより、錘部と接続部と梁部との一体化に伴う応力をさらに低減できる。
【０００９】
（４）上記目的を達成するためのＭＥＭＳ製造方法は、接続部の表層となる膜を基部および梁部の表面に形成し、接続部の表層となる膜の表面に接続部の残部となる膜を形成する、ことを含む。
接続部を複層構造とすることにより、錘部と接続部と梁部との一体化による応力、強度、剛性、製造コストといった複数の特性を高いレベルで実現できる。
（５）上記目的を達成するためのＭＥＭＳ製造方法において、接続部の表層となる膜の表層全体を梁部が露出するまで異方性エッチングし、接続部の表層となる膜の通孔の側面に残った部分である側壁部を覆うように接続部の残部となる膜を形成する。
側壁部を形成することにより、接続部となる膜の形成によるボイド発生を抑止できる。
【００１０】
（６）上記目的を達成するためのＭＥＭＳ製造方法において、接続部の表層となる膜の表面に接続部の残部の表層となる膜を形成し、接続部の残部の表層となる膜の表層全体を梁部が露出するまで異方性エッチングし、接続部の残部の表層となる膜の通孔の側面に残った側壁部を覆うように接続部の残部の基層となる膜を形成する。
側壁部を形成することにより、接続部となる膜の形成によるボイド発生を抑止できる。また接続部を複層構造とすることにより、錘部と接続部と梁部との一体化による応力、強度、剛性、製造コストといった複数の特性を高いレベルで実現できる。
【００１１】
（７）上記目的を達成するためのＭＥＭＳ製造方法は、シリコンウエハからなる基部の表面に犠牲層を形成し、犠牲層および通孔から露出した基部の表面に犠牲層とともにエッチングされない材料の堆積によって接続部および梁部を同時に形成する、ことを含む。
接続部および梁部を堆積によって同時に形成することにより、接続部と梁部の一体化に伴う応力をさらに低減でき、また接続部と梁部の結合強度を低減できる。
【００１２】
（８）上記目的を達成するためのＭＥＭＳは、梁部と、バルク材料からなり空隙を間に挟んで梁部と対向している錘部と、堆積膜からなり梁部と錘部とを接続している接続部とを備え、梁部に形成されている通孔の側面と接続部の側面とで梁部と接続部とが結合している。
本発明のＭＥＭＳは、梁部に通孔を形成し、接続部となる材料を犠牲層の通孔内に堆積させることによって、梁部と接続部と錘部とを一体化できる構造を有する。したがって直接接合などの接合によって梁部と接続部と錘部とが一体化される構造に比べると一体化に伴う応力を低減できる。したがって本発明によるとＭＥＭＳの特性を均一化することができる。
【００１３】
（９）上記目的を達成するためのＭＥＭＳは、梁部と、バルク材料からなり空隙を間に挟んで梁部と対向している錘部と、梁部と錘部とを接続している接続部とを備え、梁部と接続部とは同一の堆積膜からなる。
本発明のＭＥＭＳは、梁部と接続部となる材料を通孔を有する犠牲層の表面に堆積させることによって、梁部と接続部と錘部とを一体化できる構造を有する。したがって直接接合などの接合によって梁部と接続部と錘部とが一体化される構造に比べると一体化に伴う応力を低減できる。また犠牲層に相当する膜のエッチングによって犠牲層に相当する膜からなる接続部を形成する場合に比べると、梁部と接続部とを構成している堆積膜自体がエッチングストッパとなるため、接続部によって変形が制限されない梁部の長さを設計値通りに制御できる。したがって本発明によるとＭＥＭＳの特性を均一化することができる。また梁部と接続部との界面が存在しないため梁部と接続部との結合強度が高い。
【００１４】
尚、請求項において「〜上に」というときは、技術的な阻害要因がない限りにおいて「上に中間物を介在させずに」と「〜上に中間物を介在させて」の両方を意味する。また、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。また、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】
【００１５】
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。尚、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の第一実施形態であるモーションセンサを図１Ａ、図１Ｂに示す。
【００１６】
モーションセンサ１は梁部１３１と錘部１１１と接続部３１と支持部３２と枠体１１２とを備えている。梁部１３１は平面視がほぼ十文字である膜または板の形態を有する。梁部１３１の４カ所の端部は環状の支持部３２によって枠体１１２に結合されている。枠体１１２の内側に位置する錘部１１１は、バルク材料であるＳＯＩウエハのベースウエハからなり、直方体の形態を有する。錘部１１１は空隙Ｇを間に挟んで梁部１３１と対向している。すなわち平面視が矩形の錘部１１１の一部が平面視が十文字の梁部１３１に重なっている。梁部１３１の中央部と錘部１１１の中央部とは接続部３１によって接続されている。梁部１３１の中央部に形成されている通孔Ｈ１の側面に接続部３１の側面が結合している。梁部１３１の中央部と接続部３１と錘部１１１の中央部とは一体に振動するが、梁部１３１と錘部１１１との間の空隙Ｇの高さの振幅は錘部１１１の中央部から外周に向かって大きくなる。
【００１７】
梁部１３１はＳＯＩウエハの薄い方の半導体層１３と、半導体層１３の表面に結合している絶縁層２０とからなる積層構造体である。半導体層１３にはピエゾ抵抗部１３２と低抵抗部１３３とが形成されている。絶縁層２０の表面には絶縁層４０が結合している。従って実際には絶縁層４０を含めて梁部を構成しているが、本明細書全体の用語法を統一するため、本実施形態においては梁部１３１は半導体層１３と絶縁層２０から構成されているものとして説明する。
【００１８】
絶縁層２０と絶縁層４０とには複数のコンタクトホールＨ３が形成されている。絶縁層４０の表面には配線５１が形成されている。配線５１はコンタクトホールＨ３を介して低抵抗部１３３に結合している。すなわち配線５１とピエゾ抵抗部１３２とは低抵抗部１３３を介して電気的に接続されている。配線５１は加速度や角速度を検出するための図示しない信号処理回路に接続されている。
モーションセンサ１は以下に述べる方法によって製造することによって均一な特性を持つように製造可能な構造である。
【００１９】
（製造方法）
はじめに図２に示すように、フォトレジストからなる保護膜Ｒ１を用いてＳＯＩウエハ１０の薄い方の半導体層１３に不純物を導入することによりピエゾ抵抗部１３２を形成する。不純物として、例えば２×１０１８／ｃｍ３の濃度でボロン（Ｂ）イオンを注入する。イオン注入後はアニールによる活性化が行われる。ＳＯＩウエハ１０は、例えばバルク材料である単結晶シリコン（Ｓｉ）のベースウエハからなる厚さ６２５μｍの基部１１と二酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる厚さ１μｍの絶縁層１２とバルク材料である単結晶シリコンのボンドウエハからなる厚さ１０μｍの半導体層１３とから構成される。絶縁層１２は犠牲層として用いるため、以下、犠牲層１２というものとする。ベースウエハからなる基部１１の絶縁層１２との接合面である表面は平坦に形成されている。
【００２０】
次に図３に示すように半導体層１３の表面に絶縁層２０を形成する。絶縁層２０として、例えば熱酸化またはＣＶＤにより厚さ０．５μｍの二酸化シリコンの膜を形成する。
【００２１】
次に図４Ａおよび図４Ｂに示すように、絶縁層２０、半導体層１３、犠牲層１２に、フォトレジストからなる保護膜Ｒ２を用いてＳＯＩウエハ１０の基部１１を露出させる通孔Ｈ１、Ｈ２を形成する。通孔Ｈ１、Ｈ２は、例えば反応性イオンエッチングにより形成される。通孔Ｈ１、Ｈ２を形成するとき、ＳＯＩウエハ１０の基部１１までオーバーエッチングされるように終点制御してもよい。その結果、基部１１に凹部が形成される。このように形成される凹部は接続部と錘部との接合面積を増大させるため、接続部と錘部との接合強度を高める。またこのように形成される凹部は支持部と枠体との接合面を増大させるため、支持部と枠体との接合強度を高める。
【００２２】
次に通孔Ｈ１、Ｈ２から露出した基部１１と絶縁層２０の表面に、犠牲層１２のエッチングストッパとなる材料を堆積することにより、図５に示すように通孔Ｈ１、Ｈ２を完全に埋める接続層３０を形成する。接続層３０には犠牲層１２に対するエッチング選択比を非常に小さくできる（すなわち犠牲層１２とともに接続層３０が実質的にエッチングされないエッチング方法を選択可能な）材料を用いる。接続層３０として、例えばＣＶＤによって厚さ５μｍのポリシリコンの膜を形成する。接続部の表層となる接続層３０と錘部となる基部１１の化学的組成を共通にすることによって接続部と錘部との結合によって生ずる応力を低減できる。例えば接続層３０として、単結晶シリコン、アモルファスシリコン、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）等の半導体の膜を形成してもよいし、窒化シリコン（ＳｉｘＮｙ）、窒化アルミニウム（ＡｌｘＮｙ）、窒化チタン（ＴｉｘＮｙ）などの窒化物の膜を形成してもよいし、酸化アルミニウム（ＡｌｘＯｙ）、酸化タンタル（ＴａＯｘ）、酸化チタン（ＴｉＯｘ）などの酸化物の膜を形成してもよいし、タングステンシリサイド（ＷＳｉｘ）、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉｘ）、チタンシリサイド（ＴｉＳｉｘ）等のシリサイド化合物の膜を形成してもよいし、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）等の金属の膜を形成してもよい。
【００２３】
次に図６に示すようにエッチバックのための被膜Ｒ３を接続層３０の表面に形成する。被膜Ｒ３の材料には、接続層３０とのエッチング選択比をほぼ１にできる材料を選択する。例えば、フォトレジスト、ＳＯＧ（Spin On Glass）、ポリイミドを塗布しベークすることにより表面が平坦な被膜Ｒ３を形成する。
【００２４】
次に図７に示すように被膜Ｒ３と接続層３０のエッチング選択比がほぼ１：１の条件において、絶縁層２０が露出するまで接続層３０の表層を被膜Ｒ３もろともにエッチバックして除去する。その結果、梁部となる半導体層１３と絶縁層２０とに一体に結合された接続部３１および支持部３２が形成される。すなわち梁部となる半導体層１３と絶縁層２０と、錘部となる基部１１と接続部とは、接続部３１となる接続層３０の材料の堆積によって犠牲層１２の上において一体となる。
【００２５】
次に図８に示すように絶縁層２０と接続層３０の表面に絶縁層４０を形成する。絶縁層４０として、例えばＣＶＤにより二酸化シリコン（ＳｉＯ２）の膜を形成する。絶縁層４０としてＰＳＧ（Phospho Silicate Grass）、ＢＰＳＧ（Boro- Phospho Silicate Grass）、窒化シリコン（ＳｉｘＮｙ）などの膜を形成してもよい。
【００２６】
次に図９に示すようにフォトレジストからなる保護膜Ｒ４を用いて絶縁層２０、４０にコンタクトホールＨ３を形成し、ピエゾ抵抗部１３２を露出させる。コンタクトホールＨ３は、例えばＣＦ４ガスを用いた反応性イオンエッチングによって絶縁層２０、４０を異方的にエッチングすることによって形成する。フッ酸（ＨＦ）または緩衝フッ酸（ＢＨＦ）を用いたウエットエッチングによってコンタクトホールＨ３を形成してもよい。
【００２７】
次にコンタクトホールＨ３から露出しているピエゾ抵抗部１３２に不純物を導入することにより図１０に示すように低抵抗部１３３を形成する。不純物として、例えば２×１０２０／ｃｍ３の濃度でボロンイオンを注入する。イオン注入後はアニールによる活性化が行われる。
【００２８】
次に図１１に示すようにコンタクトホールＨ３から露出している低抵抗部１３３と絶縁層４０の表面に配線層５０を形成する。配線層５０として、例えばスパッタリングによって０．３μｍの厚さのアルミニウム（Ａｌ）の膜を形成する。配線層５０として銅やアルミシリコン（ＡｌＳｉ）の膜を形成してもよい。
【００２９】
次に図１２に示すようにフォトレジストからなる保護膜Ｒ５を用いて配線層５０をエッチングすることにより配線５１を形成する。配線５１は、例えば塩素（Ｃｌ２）ガスを用いた反応性イオンエッチングによりアルミニウムからなる配線層５０をエッチングすることにより形成する。
【００３０】
次に図１３Ａ、図１３Ｂ、図１３Ｃに示すように、フォトレジストからなる保護膜Ｒ６を用いて絶縁層４０、２０および半導体層１３に通孔Ｈ４を形成することにより、絶縁層２０および半導体層１３からなる梁部１３１を形成する。通孔Ｈ４は、例えばＣＨＦ３ガスを用いた反応性イオンエッチングにより絶縁層２０と絶縁層４０をエッチングし、続いてＣＦ４ガスおよびＯ２ガスを用いた反応性イオンエッチングにより半導体層１３をエッチングすることにより形成する。通孔Ｈ４はフッ酸や緩衝フッ酸を用いたウエットエッチングによって形成してもよい。
【００３１】
次に図１４に示すようにワークの配線５１が形成されている面を補強板６０に接着する。接着剤Ｂとして、例えばワックス、フォトレジスト、両面粘着シート等を用いる。
【００３２】
次に図１５Ａおよび図１５Ｂに示すようにフォトレジストからなる保護膜Ｒ７を基部１１の裏面に形成する。続いて、基部１１の接続部３１を囲む位置に、すなわち基部１１の通孔Ｈ１を囲む位置に、保護膜Ｒ７を用いて環状溝Ｓを形成し、犠牲層１２を露出させる。環状溝Ｓを形成することにより、基部１１からなる錘部１１１が形成され、基部１１は枠体１１２と錘部１１１とに分断される。環状溝Ｓは、パッシベーションとエッチングのステップを短い時間間隔で交互に繰り返すＤｅｅｐ−ＲＩＥ（いわゆるボッシュプロセス）によって形成する。
【００３３】
次に、環状溝Ｓから露出している犠牲層１２を等方性エッチングによって除去すると錘部１１１と梁部１３１との間の空隙Ｇが形成される（図１参照）。このとき接続部３１がエッチングストッパとして機能する。その後、ワークから接着剤Ｂを除去し、ダイシング等の後工程を実施すると図１に示すモーションセンサ１が完成する。
【００３４】
以上説明したモーションセンサ１の製造方法では、錘部１１１となる基部１１と梁部１３１となる絶縁層２０の表面に、接続部となる接続層３０を形成するため、接続部３１となる材料の堆積によって犠牲層１２の上において梁部１３１と接続部３１と錘部１１１とが一体となる。したがって直接接合を用いてこれらを結合する場合に比べ、結合による生ずる応力が小さく、アライメントによる寸法誤差が小さいモーションセンサを製造することができる。また犠牲層１２のエッチングによって犠牲層１２からなる接続部を形成する場合に比べると、梁部１３１と接続部３１とを構成している堆積膜自体がエッチングストッパとなるため、接続部３１によって変形が制限されない梁部１３１の長さの精度を高めることができる。すなわち以上説明した方法によると、特性のばらつきが小さいモーションセンサ１を製造することができる。
【００３５】
２．第二実施形態
（構成）
本発明のＭＥＭＳの第二実施形態であるモーションセンサを図１６に示す。
モーションセンサ２の接続部３１は側壁部３１１と残部の膜７０とからなる二層構造である。側壁部３１１は通孔Ｈ１の側面に結合している筒状の形態を有する。側壁部３１１の下端は錘部１１１に結合している。側壁部３１１の上端面は外周面から内周面に向かってなだらかに落ち込む角のない形態を有している。残部の膜７０は側壁部３１１の内周面と通孔Ｈ１の内周面と錘部１１１の凹部１１４とに結合し、通孔Ｈ１を側壁部３１１とともに完全に埋める形態を有する。
【００３６】
モーションセンサ２の支持部３２は側壁部３２１と残部の膜７０とからなる二層構造である。支持部３２の側壁部３２１と接続部３１の側壁部３１１とは同一の材料からなる。支持部３２の残部の膜７０と接続部３１の残部の膜７０とも同一の材料からなる。
モーションセンサ２は以下の方法で製造することにより歩留まりよく製造できる構造を有する。
【００３７】
（製造方法）
はじめに第一実施形態と同様に、通孔Ｈ１、Ｈ２、接続層３０を形成する。ただし接続層３０は図１７に示すように通孔Ｈ１、Ｈ２を埋めない例えば０．５μｍの厚さとする。接続層３０の表面は通孔Ｈ１、Ｈ２の縁の近傍がなだらかな曲面となる。接続層３０を薄くすることにより、接続層３０にボイドが生じにくくなる。
【００３８】
次に図１８に示すように接続層３０の表面全体を、絶縁層２０が露出するまで異方的にエッチングする。その結果、通孔Ｈ１、Ｈ２の内側にのみ接続層３０が残存する。通孔Ｈ１の内側に筒状に残った接続層３０は接続部の側壁部３１１となる。すなわち接続層３０は接続部の表層の一部となる。通孔Ｈ２の内側に筒状に残った接続層３０は支持部の側壁部３２１となる。接続層３０の表面全体をエッチングするとき、ＳＯＩウエハ１０の基部１１までオーバーエッチングされるように終点制御する。その結果、通孔Ｈ１の下方において基部１１に凹部１１４が形成される。また通孔Ｈ２の下方において基部１１に凹部１１５が形成される。凹部１１４は接続部と錘部との接合面を増大させるため、接続部と錘部との接合強度を高める。凹部１１５は支持部と枠体との接合面積を増大させるため、支持部と枠体との接合強度を高める。接続層３０は例えばＣＦ４ガスを用いた反応性イオンエッチングにより異方的にエッチングされる。
【００３９】
次に図１９に示すように側壁部３１１、３２１を覆い通孔Ｈ１、Ｈ２が完全に埋まるように、接続部の残部となる膜７０を形成する。このとき側壁部３１１、３２１の上端が角のないなだらかな曲面であるため接続部の残部となる膜７０にボイドなどの欠陥が生じにくい。したがって製造歩留まりが向上する。接続部の残部となる膜７０として、例えばＣＶＤによって厚さ１０μｍの二酸化シリコン、窒化シリコンの膜を形成する。接続部の残部となる膜７０の材料は応力、強度、剛性、製造コストといった要素を勘案して選択すればよく、犠牲層１２のエッチングストッパとして機能しない材料を選択できる。
【００４０】
次に図２０、図２１に示すように、被膜Ｒ３を用いた異方性エッチングにより、接続部の残部となる膜７０の表層を被膜Ｒ３もろともに絶縁層２０が露出するまで除去する。その結果、通孔Ｈ１、Ｈ２の内側にのみ膜７０が残存し、接続部３１と支持部３２とが形成される。接続部３１の残部となる膜７０のエッチングでは、膜７０と被膜Ｒ３とのエッチング選択比を１：１に近づける。
【００４１】
次に図２２に示すように保護膜Ｒ４を用いて絶縁層２０にコンタクトホールＨ３を形成し、ピエゾ抵抗部１３２を露出させる。コンタクトホールＨ３は、例えばＣＦ４ガスを用いた反応性イオンエッチングによって絶縁層２０を異方的にエッチングすることによって形成する。フッ酸または緩衝フッ酸を用いたウエットエッチングによってコンタクトホールＨ３を形成してもよい。
【００４２】
その後、第一実施形態と同様に配線５１、環状溝Ｓを形成し、犠牲層１２を除去する工程などを実施すると、図１７に示すモーションセンサ２が完成する。犠牲層１２を除去する工程では側壁部３１１、３２２がエッチングストッパとして機能する。
【００４３】
３．第三実施形態
（構成）
本発明のＭＥＭＳの第三実施形態であるモーションセンサを図２３に示す。
モーションセンサ３の接続部３１は表層の接続層３０と残部の膜７０とからなる二層構造である。表層の接続層３０は通孔Ｈ１、Ｈ２の側面と絶縁層２０の表面に結合している。このため接続部３１と梁部１３１との結合も支持部３２と梁部１３１との結合も第一実施形態および第二実施形態に比べて強固である。通孔Ｈ１、Ｈ２の内側において接続層３０は有底筒状に形成され、接続層３０の底面が錘部１１１と枠体１１２とに結合している。モーションセンサ３は接続部３１の接続層３０と残部の膜７０との材質を変えることができるため、応力、強度、剛性、製造コストといった複数の特性を高いレベルで実現できる。
【００４４】
（製造方法）
はじめに第一実施形態と同様に、犠牲層１２、半導体層１３、絶縁層２０に通孔Ｈ１、Ｈ２を形成する。
次に図２４に示すように通孔Ｈ１、Ｈ２から露出したＳＯＩウエハ１０の基部１１の表面と絶縁層２０の表面に接続部の表層となる接続層３０を形成する。接続層３０には犠牲層１２および配線層に対するエッチング選択比を非常に小さくできる（すなわち実質的に犠牲層１２とともに実質的にエッチングされないエッチング方法を選択可能な）材料を用いる。また接続層３０の厚さは通孔Ｈ１、Ｈ２が埋まらない厚さとする。具体的には例えば接続層３０として、ＣＶＤによって厚さ０．２μｍの窒化シリコン、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン等の膜を形成する。接続層３０を薄く形成することによりボイドが生じにくくなり接合層３０に硬い材料を用いても剥離しにくくなる。
【００４５】
次に図２５に示すように、接続層３０の表面に接続部の残部の膜７０を通孔Ｈ１、Ｈ２が完全に埋まる厚さになるまで形成する。接続部の残部の膜７０として、例えばＣＶＤにより厚さ１０μｍの二酸化シリコン、多結晶シリコン、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、タングステンシリサイド、モリブデンシリサイド、チタンシリサイドなどの窒化物、酸化物、シリサイド化合物からなる絶縁膜や銅からなる導電膜を形成する。接続部の残部の膜７０の材料は応力、強度、剛性、製造コストといった要素を勘案して選択すればよく、犠牲層１２のエッチングストッパとして機能しない材料を選択できる。
【００４６】
次に図２６に示すように接続層３０が露出するまで接続部の残部の膜７０の表層を除去して平坦化する。膜７０の平坦化は例えばＣＭＰによって実施する。二酸化シリコンからなる膜７０をＣＭＰによって平坦化すると窒化シリコンからなる接続層３０がエッチングストッパとして機能する。その結果、接続層３０と膜７０とからなる接続部３１が通孔Ｈ１の内側に形成される。また接続層３０と膜７０とからなる支持部３２が通孔Ｈ２の内側に形成される。
その後、第一実施形態と同様に配線５１、環状溝Ｓなどを形成し、犠牲層１２を除去する工程などを実施するとモーションセンサ３が完成する。
【００４７】
４．第四実施形態
（構成）
本発明のＭＥＭＳの第四実施形態であるモーションセンサを図２７に示す。
モーションセンサ４の接続部３１は接続層３０と側壁部３１１と残部の膜７０とからなる三層構造である。側壁部３１１は通孔Ｈ１の内部において接続層３０の表面（内周面）に結合している。残部の膜７０は側壁部３１１の内周面と接続層３０に結合し、接続層３０と側壁部３１１とともに通孔Ｈ１を完全に埋める形態を有する。
【００４８】
モーションセンサ４の支持部３２は接続層３０と側壁部３２１と残部の膜７０とからなる三層構造である。支持部３２の側壁部３２１と接続部３１の側壁部３１１とは同一の材料からなる。支持部３２の残部の膜７０と接続部３１の残部の膜７０とも同一の材料からなる。
【００４９】
モーションセンサ４は接続部３１の接続層３０と残部の膜７０との材質を変えることができるため、応力、強度、剛性、製造コストといった複数の特性を高いレベルで実現でき、また歩留まりよく製造できる構造を有する。
【００５０】
（製造方法）
はじめに第三実施形態と同様に接続層３０を形成する。接続層３０として、例えばＣＶＤにより厚さ０．５μｍの窒化シリコン、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタンの膜を形成する。
【００５１】
次に図２８、図２９に示すように第二実施形態と同様に側壁部３１１、３２１を形成する。側壁部３１１、３２１となる中間層３３の材料としては、多結晶シリコン、窒化アルミニウム、窒化チタン、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、タングステンシリサイド、モリブデンシリサイド、チタンシリサイド、銅、ニッケル、白金、金などを用いる。
【００５２】
次に図３０、３１に示すように第二実施形態と同様に接続部３１の残部の膜７０を形成し、残部の膜７０の表層を平坦化して接続部３１および支持部３２を形成する。
【００５３】
その後、配線５１、環状溝Ｓなどを形成し、犠牲層１２を除去する工程などを実施するとモーションセンサ４が完成する。
【００５４】
５．第五実施形態
（構成）
本発明のＭＥＭＳの第五実施形態であるモーションセンサを図３２Ａ、図３２Ｂ、図３３に示す。
モーションセンサ５の接続部３１および支持部３２の層構造は第三実施形態と同じである。モーションセンサ５の梁部１３１は、中央部に錘部１１１が結合しているとともにその外周が支持部３２に結合されているダイヤフラム型である。また梁部１３１には圧電部が形成されていない。かわりに接合層３０の梁部１３１の上に位置する部分には駆動用の圧電素子８０１と検出用の圧電素子８００とが結合している。圧電素子８００、８０１はいずれも下層電極膜８０と上層電極膜８２とに圧電膜８１が挟まれた層構造を有する。モーションセンサ５の錘部１１１には図３３に示すように複数の通孔Ｈ５が形成されている。
【００５５】
（製造方法）
はじめに図３４に示すようにＳＯＩウエハ１０の表面すなわち半導体層１３の表面に絶縁層２０を形成する。
【００５６】
次に図３５に示すように絶縁層２０、半導体層１３、犠牲層１２をフォトレジストからなる保護膜Ｒ８を用いてエッチングすることにより梁部１３１および通孔Ｈ１、Ｈ２を形成しＳＯＩウエハ１０の基部１１を露出させる。
【００５７】
次に図３６に示すように通孔Ｈ１、Ｈ２から露出した基部１１と絶縁層２０の表面に接続部の表層となる接続層３０を形成する。次に接続層３０の表面に接続部の残部となる膜７０を形成することにより通孔Ｈ１を完全に埋める。
【００５８】
次に第三実施形態と同様に接続部の残部となる膜７０を接続層３０が露出するまでエッチバックすることにより、図３７に示すように接続層３０と膜７０とからなる接続部３１と支持部３２とを形成する。
【００５９】
次に接続層３０と接続部３１の残部となる膜７０の表面上に、図３８に示すように下層電極膜８０、圧電膜８１、上層電極膜８２を順に形成する。下層電極膜８０、上層電極膜８２として、例えばスパッタリングによって厚さ０．１μｍの白金の膜を形成する。圧電膜８１として例えばスパッタリングによって厚さ３μｍのＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）の膜を形成する。
【００６０】
次に図示しないフォトレジストからなる２つまたは３つの保護膜を用いて上層電極膜８２、圧電膜８１、下層電極膜８０をそれぞれエッチングすることにより、図３９に示すように駆動用の圧電素子８０１と検出用の圧電素子８００とを形成する。上層電極膜８２、圧電膜８１、下層電極膜８０は、例えばアルゴンイオンを用いたミリングによって異方的にエッチングする。
【００６１】
次に図４０に示すように図示しないフォトレジストからなる保護膜を用いてＳＯＩウエハ１０の基部１１に環状溝Ｓおよび通孔Ｈ５を形成し、犠牲層１２を露出させる。
【００６２】
次に犠牲層１２をエッチングにより除去する工程などを実施すると、モーションセンサ５が完成する。犠牲層１２をエッチングするとき、錘部１１１に通孔Ｈ５が複数形成されているため、エッチングの所要時間が短縮される。
【００６３】
６．第六実施形態
（構成）
本発明のＭＥＭＳの第六実施形態であるモーションセンサを図４１に示す。
モーションセンサ６の錘部１１１と枠体１１２とは単結晶シリコンのバルク材料である基板９０からなる。モーションセンサ６の接続部３１、梁部１３１および支持部３２はいずれもエピタキシャル層９２および絶縁層２０からなる同一の層構造を有する。すなわち接続部３１、梁部１３１および接続部３２は同一の堆積膜からなり、接続部３１、梁部１３１および接続部３２の間には界面が存在しない。接続部３１の表層を構成するエピタキシャル層９２の中央部は錘部１１１に結合している。梁部１３１を構成するエピタキシャル層９２の中間部には第一実施形態と同様にピエゾ抵抗部１３２と低抵抗部１３３が形成されている。支持部３２を構成するエピタキシャル層９２の外周部は枠体１１２に結合している。
【００６４】
モーションセンサ６は梁部１３１と接続部３１とが錘部１１１の上に形成される同一の堆積膜からなるため、直接接合によって接続部３１と梁部１３１と錘部１１１を結合する構造に比べ、これらを結合することにより生ずる応力が小さくなる。また犠牲層のエッチングによって犠牲層からなる接続部３１を形成する場合に比べると、梁部１３１と接続部３１とを構成している堆積膜自体がエッチングストッパとなるため、接続部３１によって変形が制限されない梁部１３１の長さ精度を高めることができる。したがって、均一な特性に製造できる構造を有する。
【００６５】
（製造方法）
はじめに図４２に示すように、バルク材であるｎ型の単結晶シリコンウエハからなる基部としての基板９０の表面に犠牲層９１を形成する。基板９０の表面は十分に平坦に加工されている。犠牲層９１には基板９０に対するエッチング選択比が大きな条件でエッチング可能な材料を用いる。例えば犠牲層９１として、ｐ型のシリコンからなる膜をエピタキシャル成長によって形成する。犠牲層９１をエピタキシャル成長させるのは、ピエゾ抵抗部１３２を有するエピタキシャル層９２を犠牲層９１の表面に形成するためである。
【００６６】
次に図示しないフォトレジストからなる保護膜を用いて図４３に示すように犠牲層９１をエッチングすることにより、通孔Ｈ１、Ｈ２を形成し、基板９０の表面を露出させる。この際、犠牲層９１のパターンは梁部１３１と錘部１１１との間の空隙のパターンに対応させる。犠牲層９１は、例えば基板９０の裏面をワックスで保護し、アルミナからなる支持板に基板９０の裏面を接着した状態でエッチング液に浸漬し、電気化学エッチングすることにより、基板９０をエッチングストッパとして選択的にエッチングすることができる。
【００６７】
次に図４４に示すように通孔Ｈ１、Ｈ２から露出している基板９０と犠牲層９１の表面にエピタキシャル層９２を形成する。エピタキシャル層９２の材料には、エピタキシャル層９２に対する犠牲層９１のエッチング選択比を大きくできる材料を用いる。接続部の表層と梁部の表層となるエピタキシャル層９２が錘部となる基板９０の表面にエピタキシャル成長することによって形成されるため、錘部と接合部との結合が強固になるとともに結合による応力を小さくすることができる。また接続部の表層と梁部の表層が同時に形成されるため、接続部のと梁部の表層の接合界面がなくなり、接続部と梁部との結合が強固になる。例えばエピタキシャル層９２として、ｎ型のシリコンをエピタキシャル成長させる。
【００６８】
次に図４５に示すように、エピタキシャル層９２にピエゾ抵抗部１３２を第一実施形態と同様に形成する。
【００６９】
次に図４６に示すように、エピタキシャル層９２の表面に第一実施形態と同様に絶縁層２０を形成する。その結果、接続部の基層と梁部の基層が同時に形成されるため、接続部の基層と梁部の基層の接合界面がなくなり、接続部と梁部との結合がさらに強固になる。
【００７０】
次に図４７に示すように、第一実施形態と同様に絶縁層２０にコンタクトホールＨ３を形成する。
【００７１】
その後、第一実施形態と同様に低抵抗部１３３、配線５１、環状溝Ｓを形成する工程などを実施すると、モーションセンサ６が完成する。
【００７２】
７．他の実施形態
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。また例えば、上述した製造工程において、膜の組成、成膜方法、膜の輪郭形成方法、工程順序などは、膜材料の組み合わせや、膜厚や、要求される輪郭形状精度などに応じて適宜選択されるものであって、特に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【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平面図。
【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】図４Ａは本発明の第一実施形態にかかる断面図。図４Ｂは本発明の第一実施形態にかかる平面図。
【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】本発明の第一実施形態にかかる断面図。
【図８】本発明の第一実施形態にかかる断面図。
【図９】本発明の第一実施形態にかかる断面図。
【図１０】本発明の第一実施形態にかかる断面図。
【図１１】本発明の第一実施形態にかかる断面図。
【図１２】本発明の第一実施形態にかかる断面図。
【図１３】図１３Ａおよび図１３Ｂは本発明の第一実施形態にかかる断面図。図１３Ｃは本発明の第一実施形態にかかる平面図。
【図１４】本発明の第一実施形態にかかる断面図。
【図１５】図１５Ａは本発明の第一実施形態にかかる断面図。図１５Ｂは本発明の第一実施形態にかかる平面図。
【図１６】本発明の第二実施形態にかかる断面図。
【図１７】本発明の第二実施形態にかかる断面図。
【図１８】本発明の第二実施形態にかかる断面図。
【図１９】本発明の第二実施形態にかかる断面図。
【図２０】本発明の第二実施形態にかかる断面図。
【図２１】本発明の第二実施形態にかかる断面図。
【図２２】本発明の第二実施形態にかかる断面図。
【図２３】本発明の第三実施形態にかかる断面図。
【図２４】本発明の第三実施形態にかかる断面図。
【図２５】本発明の第三実施形態にかかる断面図。
【図２６】本発明の第三実施形態にかかる断面図。
【図２７】本発明の第四実施形態にかかる断面図。
【図２８】本発明の第四実施形態にかかる断面図。
【図２９】本発明の第四実施形態にかかる断面図。
【図３０】本発明の第四実施形態にかかる断面図。
【図３１】本発明の第四実施形態にかかる断面図。
【図３２】図３２Ａは本発明の第五実施形態にかかる断面図。図３２Ｂは本発明の第五実施形態にかかる上面図。
【図３３】本発明の第五実施形態にかかる底面図。
【図３４】本発明の第五実施形態にかかる断面図。
【図３５】本発明の第五実施形態にかかる断面図。
【図３６】本発明の第五実施形態にかかる断面図。
【図３７】本発明の第五実施形態にかかる断面図。
【図３８】本発明の第五実施形態にかかる断面図。
【図３９】本発明の第五実施形態にかかる断面図。
【図４０】本発明の第五実施形態にかかる断面図。
【図４１】本発明の第六実施形態にかかる断面図。
【図４２】本発明の第六実施形態にかかる断面図。
【図４３】本発明の第六実施形態にかかる断面図。
【図４４】本発明の第六実施形態にかかる断面図。
【図４５】本発明の第六実施形態にかかる断面図。
【図４６】本発明の第六実施形態にかかる断面図。
【図４７】本発明の第六実施形態にかかる断面図。
【符号の説明】
【００７４】
１：モーションセンサ、２：モーションセンサ、３：モーションセンサ、４：モーションセンサ、５：モーションセンサ、６：モーションセンサ、１０：ＳＯＩウエハ、１１：基部、１２：犠牲層、１３：半導体層、２０：絶縁層、３０：接続層、３１：接続部、３２：支持部、３２：接続部、３３：中間層、４０：絶縁層、５０：配線層、５１：配線、６０：補強板、７０：膜、８０：下層電極膜、８１：圧電膜、８２：上層電極膜、９０：基板、９１：犠牲層、９２：エピタキシャル層、１１１：錘部、１１２：枠体、１１４：凹部、１３１：梁部、１３２：ピエゾ抵抗部、１３３：低抵抗部、３１１：側壁部、３２１：側壁部、８００：検出用圧電素子、８０１：駆動用圧電素子、Ｂ：接着剤、Ｇ：空隙、Ｈ１：通孔、Ｈ２：通孔、Ｈ３：コンタクトホール、Ｈ４：通孔、Ｈ５：通孔、Ｒ１：保護膜、Ｒ２：保護膜、Ｒ３：被膜、Ｒ４：保護膜、Ｒ５：保護膜、Ｒ６：保護膜、Ｒ７：保護膜、Ｒ８：保護膜、Ｓ：環状溝
【技術分野】
【０００１】
本発明はＭＥＭＳおよびＭＥＭＳ製造方法に関し、特に梁および錘の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、錘部が接続された梁部の変位を電気信号に変換する、加速度センサ、振動ジャイロスコープ、圧力センサ、振動センサ、マイクロホン、力覚センサなどのＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）が知られている。特許文献１〜４には梁部と錘部とが空隙を間に挟んで重なり合う構造を有する加速度センサが記載されている。梁部と錘部とが空隙を間に挟んで重なり合う構造をＭＥＭＳに採用すると、梁部の剛性を低減して感度を高めつつ小型化することができる。特許文献１に記載された加速度センサの構造は、基板に形成された凹部の表面に犠牲層を形成し、犠牲層の表面に錘部となる金属材料をメッキ成長させ、犠牲層を除去することにより錘部と梁部との間に空隙を形成する。特許文献２、３、４に記載された加速度センサの構造は２つの板または膜の接合によって形成される。
【特許文献１】特開平８−２７４３４９号公報
【特許文献２】特開平８−２４８０６１号公報
【特許文献３】特開平９−１５２５７号公報
【特許文献４】特開平６−３４２００６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に記載されているように金属材料のメッキ成長によって錘部全体を形成すると、メッキ成長のばらつきが大きいために錘部の形状が大きくばらつく。また基板の凹部の表面に形成するレジスト膜の厚さを均一にすることは困難である。したがって、特許文献１に記載された製造方法では加速度センサの特性のばらつきが大きくなるという問題がある。また特許文献２，３，４に記載されているように、互いに独立に形成される２つの部材を接合すると、アライメント誤差や接合によって生ずる応力によって加速度センサの特性がばらつきが大きくなるという問題がある。
【０００４】
本発明はこれらの問題を解決するために創作されたものであって、ＭＥＭＳの特性を均一化することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）上記目的を達成するためのＭＥＭＳ製造方法は、梁部と錘部と接続部とを備え接続部によって梁部に錘部が接続されているＭＥＭＳの製造方法であって、バルク材からなり錘部となる基部の平坦面に形成され基部を残してエッチング可能な材料からなる犠牲層に、基部を露出させる通孔を形成し、犠牲層とともにエッチングされない材料の堆積によって通孔内に接続部の少なくとも表層を形成し、基部の通孔を囲む位置に犠牲層を露出させる環状溝を形成し、環状溝から露出している犠牲層を等方性エッチングによって除去することを含み、接続部の表層となる材料の堆積によって犠牲層の上において梁部と接続部と錘部とが一体となる。
【０００６】
犠牲層の通孔と基部の環状溝はフォトレジストなどの保護膜を用いたエッチングや堆積などによって形状精度よく形成できる。基部の平坦面にはばらつきの小さい厚さの犠牲層を形成できる。環状溝の内側に残るバルク材からなる基部は錘部となる。通孔内に形成され錘部と梁部とを接続する接続部の表層は犠牲層を除去する工程におけるエッチングストッパとなる。したがって本発明によるとＭＥＭＳの可動部を構成する錘部と接続部と梁部の形状精度を向上させることができる。さらに材料の堆積によって錘部と接続部と梁部とを一体化する場合、直接接合などの接合によって一体化する場合に比べると一体化に伴う応力を低減できる。したがって本発明によるとＭＥＭＳの特性を均一化することができる。
【０００７】
（２）上記目的を達成するためのＭＥＭＳ製造方法において、錘部と犠牲層と梁部とはＳＯＩウエハからなり、通孔はＳＯＩウエハの絶縁層である犠牲層とＳＯＩウエハの薄い方の半導体層である梁部とを貫通する。
錘部と梁部の材料にＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウエハを用いることにより、錘部と梁部の結晶構造のばらつきから生ずる特性のばらつきを最小化することができる。
【０００８】
（３）上記目的を達成するためのＭＥＭＳ製造方法において、接続部の表層となる材料はシリコンである。
錘部と梁部の材料にＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウエハを用いるとともに接続部の表層となる材料にシリコンを用いることにより、錘部と接続部と梁部との一体化に伴う応力をさらに低減できる。
【０００９】
（４）上記目的を達成するためのＭＥＭＳ製造方法は、接続部の表層となる膜を基部および梁部の表面に形成し、接続部の表層となる膜の表面に接続部の残部となる膜を形成する、ことを含む。
接続部を複層構造とすることにより、錘部と接続部と梁部との一体化による応力、強度、剛性、製造コストといった複数の特性を高いレベルで実現できる。
（５）上記目的を達成するためのＭＥＭＳ製造方法において、接続部の表層となる膜の表層全体を梁部が露出するまで異方性エッチングし、接続部の表層となる膜の通孔の側面に残った部分である側壁部を覆うように接続部の残部となる膜を形成する。
側壁部を形成することにより、接続部となる膜の形成によるボイド発生を抑止できる。
【００１０】
（６）上記目的を達成するためのＭＥＭＳ製造方法において、接続部の表層となる膜の表面に接続部の残部の表層となる膜を形成し、接続部の残部の表層となる膜の表層全体を梁部が露出するまで異方性エッチングし、接続部の残部の表層となる膜の通孔の側面に残った側壁部を覆うように接続部の残部の基層となる膜を形成する。
側壁部を形成することにより、接続部となる膜の形成によるボイド発生を抑止できる。また接続部を複層構造とすることにより、錘部と接続部と梁部との一体化による応力、強度、剛性、製造コストといった複数の特性を高いレベルで実現できる。
【００１１】
（７）上記目的を達成するためのＭＥＭＳ製造方法は、シリコンウエハからなる基部の表面に犠牲層を形成し、犠牲層および通孔から露出した基部の表面に犠牲層とともにエッチングされない材料の堆積によって接続部および梁部を同時に形成する、ことを含む。
接続部および梁部を堆積によって同時に形成することにより、接続部と梁部の一体化に伴う応力をさらに低減でき、また接続部と梁部の結合強度を低減できる。
【００１２】
（８）上記目的を達成するためのＭＥＭＳは、梁部と、バルク材料からなり空隙を間に挟んで梁部と対向している錘部と、堆積膜からなり梁部と錘部とを接続している接続部とを備え、梁部に形成されている通孔の側面と接続部の側面とで梁部と接続部とが結合している。
本発明のＭＥＭＳは、梁部に通孔を形成し、接続部となる材料を犠牲層の通孔内に堆積させることによって、梁部と接続部と錘部とを一体化できる構造を有する。したがって直接接合などの接合によって梁部と接続部と錘部とが一体化される構造に比べると一体化に伴う応力を低減できる。したがって本発明によるとＭＥＭＳの特性を均一化することができる。
【００１３】
（９）上記目的を達成するためのＭＥＭＳは、梁部と、バルク材料からなり空隙を間に挟んで梁部と対向している錘部と、梁部と錘部とを接続している接続部とを備え、梁部と接続部とは同一の堆積膜からなる。
本発明のＭＥＭＳは、梁部と接続部となる材料を通孔を有する犠牲層の表面に堆積させることによって、梁部と接続部と錘部とを一体化できる構造を有する。したがって直接接合などの接合によって梁部と接続部と錘部とが一体化される構造に比べると一体化に伴う応力を低減できる。また犠牲層に相当する膜のエッチングによって犠牲層に相当する膜からなる接続部を形成する場合に比べると、梁部と接続部とを構成している堆積膜自体がエッチングストッパとなるため、接続部によって変形が制限されない梁部の長さを設計値通りに制御できる。したがって本発明によるとＭＥＭＳの特性を均一化することができる。また梁部と接続部との界面が存在しないため梁部と接続部との結合強度が高い。
【００１４】
尚、請求項において「〜上に」というときは、技術的な阻害要因がない限りにおいて「上に中間物を介在させずに」と「〜上に中間物を介在させて」の両方を意味する。また、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。また、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】
【００１５】
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。尚、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の第一実施形態であるモーションセンサを図１Ａ、図１Ｂに示す。
【００１６】
モーションセンサ１は梁部１３１と錘部１１１と接続部３１と支持部３２と枠体１１２とを備えている。梁部１３１は平面視がほぼ十文字である膜または板の形態を有する。梁部１３１の４カ所の端部は環状の支持部３２によって枠体１１２に結合されている。枠体１１２の内側に位置する錘部１１１は、バルク材料であるＳＯＩウエハのベースウエハからなり、直方体の形態を有する。錘部１１１は空隙Ｇを間に挟んで梁部１３１と対向している。すなわち平面視が矩形の錘部１１１の一部が平面視が十文字の梁部１３１に重なっている。梁部１３１の中央部と錘部１１１の中央部とは接続部３１によって接続されている。梁部１３１の中央部に形成されている通孔Ｈ１の側面に接続部３１の側面が結合している。梁部１３１の中央部と接続部３１と錘部１１１の中央部とは一体に振動するが、梁部１３１と錘部１１１との間の空隙Ｇの高さの振幅は錘部１１１の中央部から外周に向かって大きくなる。
【００１７】
梁部１３１はＳＯＩウエハの薄い方の半導体層１３と、半導体層１３の表面に結合している絶縁層２０とからなる積層構造体である。半導体層１３にはピエゾ抵抗部１３２と低抵抗部１３３とが形成されている。絶縁層２０の表面には絶縁層４０が結合している。従って実際には絶縁層４０を含めて梁部を構成しているが、本明細書全体の用語法を統一するため、本実施形態においては梁部１３１は半導体層１３と絶縁層２０から構成されているものとして説明する。
【００１８】
絶縁層２０と絶縁層４０とには複数のコンタクトホールＨ３が形成されている。絶縁層４０の表面には配線５１が形成されている。配線５１はコンタクトホールＨ３を介して低抵抗部１３３に結合している。すなわち配線５１とピエゾ抵抗部１３２とは低抵抗部１３３を介して電気的に接続されている。配線５１は加速度や角速度を検出するための図示しない信号処理回路に接続されている。
モーションセンサ１は以下に述べる方法によって製造することによって均一な特性を持つように製造可能な構造である。
【００１９】
（製造方法）
はじめに図２に示すように、フォトレジストからなる保護膜Ｒ１を用いてＳＯＩウエハ１０の薄い方の半導体層１３に不純物を導入することによりピエゾ抵抗部１３２を形成する。不純物として、例えば２×１０１８／ｃｍ３の濃度でボロン（Ｂ）イオンを注入する。イオン注入後はアニールによる活性化が行われる。ＳＯＩウエハ１０は、例えばバルク材料である単結晶シリコン（Ｓｉ）のベースウエハからなる厚さ６２５μｍの基部１１と二酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる厚さ１μｍの絶縁層１２とバルク材料である単結晶シリコンのボンドウエハからなる厚さ１０μｍの半導体層１３とから構成される。絶縁層１２は犠牲層として用いるため、以下、犠牲層１２というものとする。ベースウエハからなる基部１１の絶縁層１２との接合面である表面は平坦に形成されている。
【００２０】
次に図３に示すように半導体層１３の表面に絶縁層２０を形成する。絶縁層２０として、例えば熱酸化またはＣＶＤにより厚さ０．５μｍの二酸化シリコンの膜を形成する。
【００２１】
次に図４Ａおよび図４Ｂに示すように、絶縁層２０、半導体層１３、犠牲層１２に、フォトレジストからなる保護膜Ｒ２を用いてＳＯＩウエハ１０の基部１１を露出させる通孔Ｈ１、Ｈ２を形成する。通孔Ｈ１、Ｈ２は、例えば反応性イオンエッチングにより形成される。通孔Ｈ１、Ｈ２を形成するとき、ＳＯＩウエハ１０の基部１１までオーバーエッチングされるように終点制御してもよい。その結果、基部１１に凹部が形成される。このように形成される凹部は接続部と錘部との接合面積を増大させるため、接続部と錘部との接合強度を高める。またこのように形成される凹部は支持部と枠体との接合面を増大させるため、支持部と枠体との接合強度を高める。
【００２２】
次に通孔Ｈ１、Ｈ２から露出した基部１１と絶縁層２０の表面に、犠牲層１２のエッチングストッパとなる材料を堆積することにより、図５に示すように通孔Ｈ１、Ｈ２を完全に埋める接続層３０を形成する。接続層３０には犠牲層１２に対するエッチング選択比を非常に小さくできる（すなわち犠牲層１２とともに接続層３０が実質的にエッチングされないエッチング方法を選択可能な）材料を用いる。接続層３０として、例えばＣＶＤによって厚さ５μｍのポリシリコンの膜を形成する。接続部の表層となる接続層３０と錘部となる基部１１の化学的組成を共通にすることによって接続部と錘部との結合によって生ずる応力を低減できる。例えば接続層３０として、単結晶シリコン、アモルファスシリコン、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）等の半導体の膜を形成してもよいし、窒化シリコン（ＳｉｘＮｙ）、窒化アルミニウム（ＡｌｘＮｙ）、窒化チタン（ＴｉｘＮｙ）などの窒化物の膜を形成してもよいし、酸化アルミニウム（ＡｌｘＯｙ）、酸化タンタル（ＴａＯｘ）、酸化チタン（ＴｉＯｘ）などの酸化物の膜を形成してもよいし、タングステンシリサイド（ＷＳｉｘ）、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉｘ）、チタンシリサイド（ＴｉＳｉｘ）等のシリサイド化合物の膜を形成してもよいし、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）等の金属の膜を形成してもよい。
【００２３】
次に図６に示すようにエッチバックのための被膜Ｒ３を接続層３０の表面に形成する。被膜Ｒ３の材料には、接続層３０とのエッチング選択比をほぼ１にできる材料を選択する。例えば、フォトレジスト、ＳＯＧ（Spin On Glass）、ポリイミドを塗布しベークすることにより表面が平坦な被膜Ｒ３を形成する。
【００２４】
次に図７に示すように被膜Ｒ３と接続層３０のエッチング選択比がほぼ１：１の条件において、絶縁層２０が露出するまで接続層３０の表層を被膜Ｒ３もろともにエッチバックして除去する。その結果、梁部となる半導体層１３と絶縁層２０とに一体に結合された接続部３１および支持部３２が形成される。すなわち梁部となる半導体層１３と絶縁層２０と、錘部となる基部１１と接続部とは、接続部３１となる接続層３０の材料の堆積によって犠牲層１２の上において一体となる。
【００２５】
次に図８に示すように絶縁層２０と接続層３０の表面に絶縁層４０を形成する。絶縁層４０として、例えばＣＶＤにより二酸化シリコン（ＳｉＯ２）の膜を形成する。絶縁層４０としてＰＳＧ（Phospho Silicate Grass）、ＢＰＳＧ（Boro- Phospho Silicate Grass）、窒化シリコン（ＳｉｘＮｙ）などの膜を形成してもよい。
【００２６】
次に図９に示すようにフォトレジストからなる保護膜Ｒ４を用いて絶縁層２０、４０にコンタクトホールＨ３を形成し、ピエゾ抵抗部１３２を露出させる。コンタクトホールＨ３は、例えばＣＦ４ガスを用いた反応性イオンエッチングによって絶縁層２０、４０を異方的にエッチングすることによって形成する。フッ酸（ＨＦ）または緩衝フッ酸（ＢＨＦ）を用いたウエットエッチングによってコンタクトホールＨ３を形成してもよい。
【００２７】
次にコンタクトホールＨ３から露出しているピエゾ抵抗部１３２に不純物を導入することにより図１０に示すように低抵抗部１３３を形成する。不純物として、例えば２×１０２０／ｃｍ３の濃度でボロンイオンを注入する。イオン注入後はアニールによる活性化が行われる。
【００２８】
次に図１１に示すようにコンタクトホールＨ３から露出している低抵抗部１３３と絶縁層４０の表面に配線層５０を形成する。配線層５０として、例えばスパッタリングによって０．３μｍの厚さのアルミニウム（Ａｌ）の膜を形成する。配線層５０として銅やアルミシリコン（ＡｌＳｉ）の膜を形成してもよい。
【００２９】
次に図１２に示すようにフォトレジストからなる保護膜Ｒ５を用いて配線層５０をエッチングすることにより配線５１を形成する。配線５１は、例えば塩素（Ｃｌ２）ガスを用いた反応性イオンエッチングによりアルミニウムからなる配線層５０をエッチングすることにより形成する。
【００３０】
次に図１３Ａ、図１３Ｂ、図１３Ｃに示すように、フォトレジストからなる保護膜Ｒ６を用いて絶縁層４０、２０および半導体層１３に通孔Ｈ４を形成することにより、絶縁層２０および半導体層１３からなる梁部１３１を形成する。通孔Ｈ４は、例えばＣＨＦ３ガスを用いた反応性イオンエッチングにより絶縁層２０と絶縁層４０をエッチングし、続いてＣＦ４ガスおよびＯ２ガスを用いた反応性イオンエッチングにより半導体層１３をエッチングすることにより形成する。通孔Ｈ４はフッ酸や緩衝フッ酸を用いたウエットエッチングによって形成してもよい。
【００３１】
次に図１４に示すようにワークの配線５１が形成されている面を補強板６０に接着する。接着剤Ｂとして、例えばワックス、フォトレジスト、両面粘着シート等を用いる。
【００３２】
次に図１５Ａおよび図１５Ｂに示すようにフォトレジストからなる保護膜Ｒ７を基部１１の裏面に形成する。続いて、基部１１の接続部３１を囲む位置に、すなわち基部１１の通孔Ｈ１を囲む位置に、保護膜Ｒ７を用いて環状溝Ｓを形成し、犠牲層１２を露出させる。環状溝Ｓを形成することにより、基部１１からなる錘部１１１が形成され、基部１１は枠体１１２と錘部１１１とに分断される。環状溝Ｓは、パッシベーションとエッチングのステップを短い時間間隔で交互に繰り返すＤｅｅｐ−ＲＩＥ（いわゆるボッシュプロセス）によって形成する。
【００３３】
次に、環状溝Ｓから露出している犠牲層１２を等方性エッチングによって除去すると錘部１１１と梁部１３１との間の空隙Ｇが形成される（図１参照）。このとき接続部３１がエッチングストッパとして機能する。その後、ワークから接着剤Ｂを除去し、ダイシング等の後工程を実施すると図１に示すモーションセンサ１が完成する。
【００３４】
以上説明したモーションセンサ１の製造方法では、錘部１１１となる基部１１と梁部１３１となる絶縁層２０の表面に、接続部となる接続層３０を形成するため、接続部３１となる材料の堆積によって犠牲層１２の上において梁部１３１と接続部３１と錘部１１１とが一体となる。したがって直接接合を用いてこれらを結合する場合に比べ、結合による生ずる応力が小さく、アライメントによる寸法誤差が小さいモーションセンサを製造することができる。また犠牲層１２のエッチングによって犠牲層１２からなる接続部を形成する場合に比べると、梁部１３１と接続部３１とを構成している堆積膜自体がエッチングストッパとなるため、接続部３１によって変形が制限されない梁部１３１の長さの精度を高めることができる。すなわち以上説明した方法によると、特性のばらつきが小さいモーションセンサ１を製造することができる。
【００３５】
２．第二実施形態
（構成）
本発明のＭＥＭＳの第二実施形態であるモーションセンサを図１６に示す。
モーションセンサ２の接続部３１は側壁部３１１と残部の膜７０とからなる二層構造である。側壁部３１１は通孔Ｈ１の側面に結合している筒状の形態を有する。側壁部３１１の下端は錘部１１１に結合している。側壁部３１１の上端面は外周面から内周面に向かってなだらかに落ち込む角のない形態を有している。残部の膜７０は側壁部３１１の内周面と通孔Ｈ１の内周面と錘部１１１の凹部１１４とに結合し、通孔Ｈ１を側壁部３１１とともに完全に埋める形態を有する。
【００３６】
モーションセンサ２の支持部３２は側壁部３２１と残部の膜７０とからなる二層構造である。支持部３２の側壁部３２１と接続部３１の側壁部３１１とは同一の材料からなる。支持部３２の残部の膜７０と接続部３１の残部の膜７０とも同一の材料からなる。
モーションセンサ２は以下の方法で製造することにより歩留まりよく製造できる構造を有する。
【００３７】
（製造方法）
はじめに第一実施形態と同様に、通孔Ｈ１、Ｈ２、接続層３０を形成する。ただし接続層３０は図１７に示すように通孔Ｈ１、Ｈ２を埋めない例えば０．５μｍの厚さとする。接続層３０の表面は通孔Ｈ１、Ｈ２の縁の近傍がなだらかな曲面となる。接続層３０を薄くすることにより、接続層３０にボイドが生じにくくなる。
【００３８】
次に図１８に示すように接続層３０の表面全体を、絶縁層２０が露出するまで異方的にエッチングする。その結果、通孔Ｈ１、Ｈ２の内側にのみ接続層３０が残存する。通孔Ｈ１の内側に筒状に残った接続層３０は接続部の側壁部３１１となる。すなわち接続層３０は接続部の表層の一部となる。通孔Ｈ２の内側に筒状に残った接続層３０は支持部の側壁部３２１となる。接続層３０の表面全体をエッチングするとき、ＳＯＩウエハ１０の基部１１までオーバーエッチングされるように終点制御する。その結果、通孔Ｈ１の下方において基部１１に凹部１１４が形成される。また通孔Ｈ２の下方において基部１１に凹部１１５が形成される。凹部１１４は接続部と錘部との接合面を増大させるため、接続部と錘部との接合強度を高める。凹部１１５は支持部と枠体との接合面積を増大させるため、支持部と枠体との接合強度を高める。接続層３０は例えばＣＦ４ガスを用いた反応性イオンエッチングにより異方的にエッチングされる。
【００３９】
次に図１９に示すように側壁部３１１、３２１を覆い通孔Ｈ１、Ｈ２が完全に埋まるように、接続部の残部となる膜７０を形成する。このとき側壁部３１１、３２１の上端が角のないなだらかな曲面であるため接続部の残部となる膜７０にボイドなどの欠陥が生じにくい。したがって製造歩留まりが向上する。接続部の残部となる膜７０として、例えばＣＶＤによって厚さ１０μｍの二酸化シリコン、窒化シリコンの膜を形成する。接続部の残部となる膜７０の材料は応力、強度、剛性、製造コストといった要素を勘案して選択すればよく、犠牲層１２のエッチングストッパとして機能しない材料を選択できる。
【００４０】
次に図２０、図２１に示すように、被膜Ｒ３を用いた異方性エッチングにより、接続部の残部となる膜７０の表層を被膜Ｒ３もろともに絶縁層２０が露出するまで除去する。その結果、通孔Ｈ１、Ｈ２の内側にのみ膜７０が残存し、接続部３１と支持部３２とが形成される。接続部３１の残部となる膜７０のエッチングでは、膜７０と被膜Ｒ３とのエッチング選択比を１：１に近づける。
【００４１】
次に図２２に示すように保護膜Ｒ４を用いて絶縁層２０にコンタクトホールＨ３を形成し、ピエゾ抵抗部１３２を露出させる。コンタクトホールＨ３は、例えばＣＦ４ガスを用いた反応性イオンエッチングによって絶縁層２０を異方的にエッチングすることによって形成する。フッ酸または緩衝フッ酸を用いたウエットエッチングによってコンタクトホールＨ３を形成してもよい。
【００４２】
その後、第一実施形態と同様に配線５１、環状溝Ｓを形成し、犠牲層１２を除去する工程などを実施すると、図１７に示すモーションセンサ２が完成する。犠牲層１２を除去する工程では側壁部３１１、３２２がエッチングストッパとして機能する。
【００４３】
３．第三実施形態
（構成）
本発明のＭＥＭＳの第三実施形態であるモーションセンサを図２３に示す。
モーションセンサ３の接続部３１は表層の接続層３０と残部の膜７０とからなる二層構造である。表層の接続層３０は通孔Ｈ１、Ｈ２の側面と絶縁層２０の表面に結合している。このため接続部３１と梁部１３１との結合も支持部３２と梁部１３１との結合も第一実施形態および第二実施形態に比べて強固である。通孔Ｈ１、Ｈ２の内側において接続層３０は有底筒状に形成され、接続層３０の底面が錘部１１１と枠体１１２とに結合している。モーションセンサ３は接続部３１の接続層３０と残部の膜７０との材質を変えることができるため、応力、強度、剛性、製造コストといった複数の特性を高いレベルで実現できる。
【００４４】
（製造方法）
はじめに第一実施形態と同様に、犠牲層１２、半導体層１３、絶縁層２０に通孔Ｈ１、Ｈ２を形成する。
次に図２４に示すように通孔Ｈ１、Ｈ２から露出したＳＯＩウエハ１０の基部１１の表面と絶縁層２０の表面に接続部の表層となる接続層３０を形成する。接続層３０には犠牲層１２および配線層に対するエッチング選択比を非常に小さくできる（すなわち実質的に犠牲層１２とともに実質的にエッチングされないエッチング方法を選択可能な）材料を用いる。また接続層３０の厚さは通孔Ｈ１、Ｈ２が埋まらない厚さとする。具体的には例えば接続層３０として、ＣＶＤによって厚さ０．２μｍの窒化シリコン、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン等の膜を形成する。接続層３０を薄く形成することによりボイドが生じにくくなり接合層３０に硬い材料を用いても剥離しにくくなる。
【００４５】
次に図２５に示すように、接続層３０の表面に接続部の残部の膜７０を通孔Ｈ１、Ｈ２が完全に埋まる厚さになるまで形成する。接続部の残部の膜７０として、例えばＣＶＤにより厚さ１０μｍの二酸化シリコン、多結晶シリコン、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、タングステンシリサイド、モリブデンシリサイド、チタンシリサイドなどの窒化物、酸化物、シリサイド化合物からなる絶縁膜や銅からなる導電膜を形成する。接続部の残部の膜７０の材料は応力、強度、剛性、製造コストといった要素を勘案して選択すればよく、犠牲層１２のエッチングストッパとして機能しない材料を選択できる。
【００４６】
次に図２６に示すように接続層３０が露出するまで接続部の残部の膜７０の表層を除去して平坦化する。膜７０の平坦化は例えばＣＭＰによって実施する。二酸化シリコンからなる膜７０をＣＭＰによって平坦化すると窒化シリコンからなる接続層３０がエッチングストッパとして機能する。その結果、接続層３０と膜７０とからなる接続部３１が通孔Ｈ１の内側に形成される。また接続層３０と膜７０とからなる支持部３２が通孔Ｈ２の内側に形成される。
その後、第一実施形態と同様に配線５１、環状溝Ｓなどを形成し、犠牲層１２を除去する工程などを実施するとモーションセンサ３が完成する。
【００４７】
４．第四実施形態
（構成）
本発明のＭＥＭＳの第四実施形態であるモーションセンサを図２７に示す。
モーションセンサ４の接続部３１は接続層３０と側壁部３１１と残部の膜７０とからなる三層構造である。側壁部３１１は通孔Ｈ１の内部において接続層３０の表面（内周面）に結合している。残部の膜７０は側壁部３１１の内周面と接続層３０に結合し、接続層３０と側壁部３１１とともに通孔Ｈ１を完全に埋める形態を有する。
【００４８】
モーションセンサ４の支持部３２は接続層３０と側壁部３２１と残部の膜７０とからなる三層構造である。支持部３２の側壁部３２１と接続部３１の側壁部３１１とは同一の材料からなる。支持部３２の残部の膜７０と接続部３１の残部の膜７０とも同一の材料からなる。
【００４９】
モーションセンサ４は接続部３１の接続層３０と残部の膜７０との材質を変えることができるため、応力、強度、剛性、製造コストといった複数の特性を高いレベルで実現でき、また歩留まりよく製造できる構造を有する。
【００５０】
（製造方法）
はじめに第三実施形態と同様に接続層３０を形成する。接続層３０として、例えばＣＶＤにより厚さ０．５μｍの窒化シリコン、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタンの膜を形成する。
【００５１】
次に図２８、図２９に示すように第二実施形態と同様に側壁部３１１、３２１を形成する。側壁部３１１、３２１となる中間層３３の材料としては、多結晶シリコン、窒化アルミニウム、窒化チタン、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、タングステンシリサイド、モリブデンシリサイド、チタンシリサイド、銅、ニッケル、白金、金などを用いる。
【００５２】
次に図３０、３１に示すように第二実施形態と同様に接続部３１の残部の膜７０を形成し、残部の膜７０の表層を平坦化して接続部３１および支持部３２を形成する。
【００５３】
その後、配線５１、環状溝Ｓなどを形成し、犠牲層１２を除去する工程などを実施するとモーションセンサ４が完成する。
【００５４】
５．第五実施形態
（構成）
本発明のＭＥＭＳの第五実施形態であるモーションセンサを図３２Ａ、図３２Ｂ、図３３に示す。
モーションセンサ５の接続部３１および支持部３２の層構造は第三実施形態と同じである。モーションセンサ５の梁部１３１は、中央部に錘部１１１が結合しているとともにその外周が支持部３２に結合されているダイヤフラム型である。また梁部１３１には圧電部が形成されていない。かわりに接合層３０の梁部１３１の上に位置する部分には駆動用の圧電素子８０１と検出用の圧電素子８００とが結合している。圧電素子８００、８０１はいずれも下層電極膜８０と上層電極膜８２とに圧電膜８１が挟まれた層構造を有する。モーションセンサ５の錘部１１１には図３３に示すように複数の通孔Ｈ５が形成されている。
【００５５】
（製造方法）
はじめに図３４に示すようにＳＯＩウエハ１０の表面すなわち半導体層１３の表面に絶縁層２０を形成する。
【００５６】
次に図３５に示すように絶縁層２０、半導体層１３、犠牲層１２をフォトレジストからなる保護膜Ｒ８を用いてエッチングすることにより梁部１３１および通孔Ｈ１、Ｈ２を形成しＳＯＩウエハ１０の基部１１を露出させる。
【００５７】
次に図３６に示すように通孔Ｈ１、Ｈ２から露出した基部１１と絶縁層２０の表面に接続部の表層となる接続層３０を形成する。次に接続層３０の表面に接続部の残部となる膜７０を形成することにより通孔Ｈ１を完全に埋める。
【００５８】
次に第三実施形態と同様に接続部の残部となる膜７０を接続層３０が露出するまでエッチバックすることにより、図３７に示すように接続層３０と膜７０とからなる接続部３１と支持部３２とを形成する。
【００５９】
次に接続層３０と接続部３１の残部となる膜７０の表面上に、図３８に示すように下層電極膜８０、圧電膜８１、上層電極膜８２を順に形成する。下層電極膜８０、上層電極膜８２として、例えばスパッタリングによって厚さ０．１μｍの白金の膜を形成する。圧電膜８１として例えばスパッタリングによって厚さ３μｍのＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）の膜を形成する。
【００６０】
次に図示しないフォトレジストからなる２つまたは３つの保護膜を用いて上層電極膜８２、圧電膜８１、下層電極膜８０をそれぞれエッチングすることにより、図３９に示すように駆動用の圧電素子８０１と検出用の圧電素子８００とを形成する。上層電極膜８２、圧電膜８１、下層電極膜８０は、例えばアルゴンイオンを用いたミリングによって異方的にエッチングする。
【００６１】
次に図４０に示すように図示しないフォトレジストからなる保護膜を用いてＳＯＩウエハ１０の基部１１に環状溝Ｓおよび通孔Ｈ５を形成し、犠牲層１２を露出させる。
【００６２】
次に犠牲層１２をエッチングにより除去する工程などを実施すると、モーションセンサ５が完成する。犠牲層１２をエッチングするとき、錘部１１１に通孔Ｈ５が複数形成されているため、エッチングの所要時間が短縮される。
【００６３】
６．第六実施形態
（構成）
本発明のＭＥＭＳの第六実施形態であるモーションセンサを図４１に示す。
モーションセンサ６の錘部１１１と枠体１１２とは単結晶シリコンのバルク材料である基板９０からなる。モーションセンサ６の接続部３１、梁部１３１および支持部３２はいずれもエピタキシャル層９２および絶縁層２０からなる同一の層構造を有する。すなわち接続部３１、梁部１３１および接続部３２は同一の堆積膜からなり、接続部３１、梁部１３１および接続部３２の間には界面が存在しない。接続部３１の表層を構成するエピタキシャル層９２の中央部は錘部１１１に結合している。梁部１３１を構成するエピタキシャル層９２の中間部には第一実施形態と同様にピエゾ抵抗部１３２と低抵抗部１３３が形成されている。支持部３２を構成するエピタキシャル層９２の外周部は枠体１１２に結合している。
【００６４】
モーションセンサ６は梁部１３１と接続部３１とが錘部１１１の上に形成される同一の堆積膜からなるため、直接接合によって接続部３１と梁部１３１と錘部１１１を結合する構造に比べ、これらを結合することにより生ずる応力が小さくなる。また犠牲層のエッチングによって犠牲層からなる接続部３１を形成する場合に比べると、梁部１３１と接続部３１とを構成している堆積膜自体がエッチングストッパとなるため、接続部３１によって変形が制限されない梁部１３１の長さ精度を高めることができる。したがって、均一な特性に製造できる構造を有する。
【００６５】
（製造方法）
はじめに図４２に示すように、バルク材であるｎ型の単結晶シリコンウエハからなる基部としての基板９０の表面に犠牲層９１を形成する。基板９０の表面は十分に平坦に加工されている。犠牲層９１には基板９０に対するエッチング選択比が大きな条件でエッチング可能な材料を用いる。例えば犠牲層９１として、ｐ型のシリコンからなる膜をエピタキシャル成長によって形成する。犠牲層９１をエピタキシャル成長させるのは、ピエゾ抵抗部１３２を有するエピタキシャル層９２を犠牲層９１の表面に形成するためである。
【００６６】
次に図示しないフォトレジストからなる保護膜を用いて図４３に示すように犠牲層９１をエッチングすることにより、通孔Ｈ１、Ｈ２を形成し、基板９０の表面を露出させる。この際、犠牲層９１のパターンは梁部１３１と錘部１１１との間の空隙のパターンに対応させる。犠牲層９１は、例えば基板９０の裏面をワックスで保護し、アルミナからなる支持板に基板９０の裏面を接着した状態でエッチング液に浸漬し、電気化学エッチングすることにより、基板９０をエッチングストッパとして選択的にエッチングすることができる。
【００６７】
次に図４４に示すように通孔Ｈ１、Ｈ２から露出している基板９０と犠牲層９１の表面にエピタキシャル層９２を形成する。エピタキシャル層９２の材料には、エピタキシャル層９２に対する犠牲層９１のエッチング選択比を大きくできる材料を用いる。接続部の表層と梁部の表層となるエピタキシャル層９２が錘部となる基板９０の表面にエピタキシャル成長することによって形成されるため、錘部と接合部との結合が強固になるとともに結合による応力を小さくすることができる。また接続部の表層と梁部の表層が同時に形成されるため、接続部のと梁部の表層の接合界面がなくなり、接続部と梁部との結合が強固になる。例えばエピタキシャル層９２として、ｎ型のシリコンをエピタキシャル成長させる。
【００６８】
次に図４５に示すように、エピタキシャル層９２にピエゾ抵抗部１３２を第一実施形態と同様に形成する。
【００６９】
次に図４６に示すように、エピタキシャル層９２の表面に第一実施形態と同様に絶縁層２０を形成する。その結果、接続部の基層と梁部の基層が同時に形成されるため、接続部の基層と梁部の基層の接合界面がなくなり、接続部と梁部との結合がさらに強固になる。
【００７０】
次に図４７に示すように、第一実施形態と同様に絶縁層２０にコンタクトホールＨ３を形成する。
【００７１】
その後、第一実施形態と同様に低抵抗部１３３、配線５１、環状溝Ｓを形成する工程などを実施すると、モーションセンサ６が完成する。
【００７２】
７．他の実施形態
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。また例えば、上述した製造工程において、膜の組成、成膜方法、膜の輪郭形成方法、工程順序などは、膜材料の組み合わせや、膜厚や、要求される輪郭形状精度などに応じて適宜選択されるものであって、特に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【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平面図。
【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】図４Ａは本発明の第一実施形態にかかる断面図。図４Ｂは本発明の第一実施形態にかかる平面図。
【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】本発明の第一実施形態にかかる断面図。
【図８】本発明の第一実施形態にかかる断面図。
【図９】本発明の第一実施形態にかかる断面図。
【図１０】本発明の第一実施形態にかかる断面図。
【図１１】本発明の第一実施形態にかかる断面図。
【図１２】本発明の第一実施形態にかかる断面図。
【図１３】図１３Ａおよび図１３Ｂは本発明の第一実施形態にかかる断面図。図１３Ｃは本発明の第一実施形態にかかる平面図。
【図１４】本発明の第一実施形態にかかる断面図。
【図１５】図１５Ａは本発明の第一実施形態にかかる断面図。図１５Ｂは本発明の第一実施形態にかかる平面図。
【図１６】本発明の第二実施形態にかかる断面図。
【図１７】本発明の第二実施形態にかかる断面図。
【図１８】本発明の第二実施形態にかかる断面図。
【図１９】本発明の第二実施形態にかかる断面図。
【図２０】本発明の第二実施形態にかかる断面図。
【図２１】本発明の第二実施形態にかかる断面図。
【図２２】本発明の第二実施形態にかかる断面図。
【図２３】本発明の第三実施形態にかかる断面図。
【図２４】本発明の第三実施形態にかかる断面図。
【図２５】本発明の第三実施形態にかかる断面図。
【図２６】本発明の第三実施形態にかかる断面図。
【図２７】本発明の第四実施形態にかかる断面図。
【図２８】本発明の第四実施形態にかかる断面図。
【図２９】本発明の第四実施形態にかかる断面図。
【図３０】本発明の第四実施形態にかかる断面図。
【図３１】本発明の第四実施形態にかかる断面図。
【図３２】図３２Ａは本発明の第五実施形態にかかる断面図。図３２Ｂは本発明の第五実施形態にかかる上面図。
【図３３】本発明の第五実施形態にかかる底面図。
【図３４】本発明の第五実施形態にかかる断面図。
【図３５】本発明の第五実施形態にかかる断面図。
【図３６】本発明の第五実施形態にかかる断面図。
【図３７】本発明の第五実施形態にかかる断面図。
【図３８】本発明の第五実施形態にかかる断面図。
【図３９】本発明の第五実施形態にかかる断面図。
【図４０】本発明の第五実施形態にかかる断面図。
【図４１】本発明の第六実施形態にかかる断面図。
【図４２】本発明の第六実施形態にかかる断面図。
【図４３】本発明の第六実施形態にかかる断面図。
【図４４】本発明の第六実施形態にかかる断面図。
【図４５】本発明の第六実施形態にかかる断面図。
【図４６】本発明の第六実施形態にかかる断面図。
【図４７】本発明の第六実施形態にかかる断面図。
【符号の説明】
【００７４】
１：モーションセンサ、２：モーションセンサ、３：モーションセンサ、４：モーションセンサ、５：モーションセンサ、６：モーションセンサ、１０：ＳＯＩウエハ、１１：基部、１２：犠牲層、１３：半導体層、２０：絶縁層、３０：接続層、３１：接続部、３２：支持部、３２：接続部、３３：中間層、４０：絶縁層、５０：配線層、５１：配線、６０：補強板、７０：膜、８０：下層電極膜、８１：圧電膜、８２：上層電極膜、９０：基板、９１：犠牲層、９２：エピタキシャル層、１１１：錘部、１１２：枠体、１１４：凹部、１３１：梁部、１３２：ピエゾ抵抗部、１３３：低抵抗部、３１１：側壁部、３２１：側壁部、８００：検出用圧電素子、８０１：駆動用圧電素子、Ｂ：接着剤、Ｇ：空隙、Ｈ１：通孔、Ｈ２：通孔、Ｈ３：コンタクトホール、Ｈ４：通孔、Ｈ５：通孔、Ｒ１：保護膜、Ｒ２：保護膜、Ｒ３：被膜、Ｒ４：保護膜、Ｒ５：保護膜、Ｒ６：保護膜、Ｒ７：保護膜、Ｒ８：保護膜、Ｓ：環状溝
【特許請求の範囲】
【請求項１】
梁部と錘部と接続部とを備え前記接続部によって前記梁部に前記錘部が接続されているＭＥＭＳの製造方法であって、
バルク材からなり前記錘部となる基部の平坦面に形成され前記基部を残してエッチング可能な材料からなる犠牲層に、前記基部を露出させる通孔を形成し、
前記犠牲層とともにエッチングされない材料の堆積によって前記通孔内に前記接続部の少なくとも表層を形成し、
前記基部の前記通孔を囲む位置に前記犠牲層を露出させる環状溝を形成し、
前記環状溝から露出している前記犠牲層を等方性エッチングによって除去することを含み、
前記接続部の表層となる材料の堆積によって前記犠牲層の上において前記梁部と前記接続部と前記錘部とが一体となる、
ＭＥＭＳ製造方法。
【請求項２】
前記錘部と前記犠牲層と前記梁部とはＳＯＩウエハからなり、
前記通孔は前記ＳＯＩウエハの絶縁層である前記犠牲層と前記ＳＯＩウエハの薄い方の半導体層である前記梁部とを貫通する、
請求項１に記載のＭＥＭＳ製造方法。
【請求項３】
前記接続部の表層となる材料はシリコンである、
請求項２に記載のＭＥＭＳ製造方法。
【請求項４】
前記接続部の表層となる膜を前記基部および前記梁部の表面に形成し、
前記接続部の表層となる膜の表面に前記接続部の残部となる膜を形成する、
ことを含む請求項１から３のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ製造方法。
【請求項５】
前記接続部の表層となる膜の表層全体を前記梁部が露出するまで異方性エッチングし、
前記接続部の表層となる膜の前記通孔の側面に残った部分である側壁部を覆うように前記接続部の残部となる膜を形成する、
ことを含む請求項４に記載のＭＥＭＳ製造方法。
【請求項６】
前記接続部の表層となる膜の表面に前記接続部の残部の表層となる膜を形成し、
前記接続部の残部の表層となる膜の表層全体を前記梁部が露出するまで異方性エッチングし、
前記接続部の残部の表層となる膜の前記通孔の側面に残った側壁部を覆うように前記接続部の残部の基層となる膜を形成する、
ことを含む請求項４に記載のＭＥＭＳ製造方法。
【請求項７】
シリコンウエハからなる前記基部の表面に前記犠牲層を形成し、
前記犠牲層および前記通孔から露出した前記基部の表面に前記犠牲層とともにエッチングされない材料の堆積によって前記接続部および前記梁部を同時に形成する、
ことを含む請求項１に記載のＭＥＭＳ製造方法。
【請求項８】
梁部と、
バルク材料からなり空隙を間に挟んで前記梁部と対向している錘部と、
堆積膜からなり前記梁部と前記錘部とを接続している接続部とを備え、
前記梁部に形成されている通孔の側面と前記接続部の側面とで前記梁部と前記接続部とが結合している、
ＭＥＭＳ。
【請求項９】
梁部と、
バルク材料からなり空隙を間に挟んで前記梁部と対向している錘部と、
前記梁部と前記錘部とを接続している接続部とを備え、
前記梁部と接続部とは同一の堆積膜からなる、
ＭＥＭＳ。
【請求項１】
梁部と錘部と接続部とを備え前記接続部によって前記梁部に前記錘部が接続されているＭＥＭＳの製造方法であって、
バルク材からなり前記錘部となる基部の平坦面に形成され前記基部を残してエッチング可能な材料からなる犠牲層に、前記基部を露出させる通孔を形成し、
前記犠牲層とともにエッチングされない材料の堆積によって前記通孔内に前記接続部の少なくとも表層を形成し、
前記基部の前記通孔を囲む位置に前記犠牲層を露出させる環状溝を形成し、
前記環状溝から露出している前記犠牲層を等方性エッチングによって除去することを含み、
前記接続部の表層となる材料の堆積によって前記犠牲層の上において前記梁部と前記接続部と前記錘部とが一体となる、
ＭＥＭＳ製造方法。
【請求項２】
前記錘部と前記犠牲層と前記梁部とはＳＯＩウエハからなり、
前記通孔は前記ＳＯＩウエハの絶縁層である前記犠牲層と前記ＳＯＩウエハの薄い方の半導体層である前記梁部とを貫通する、
請求項１に記載のＭＥＭＳ製造方法。
【請求項３】
前記接続部の表層となる材料はシリコンである、
請求項２に記載のＭＥＭＳ製造方法。
【請求項４】
前記接続部の表層となる膜を前記基部および前記梁部の表面に形成し、
前記接続部の表層となる膜の表面に前記接続部の残部となる膜を形成する、
ことを含む請求項１から３のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ製造方法。
【請求項５】
前記接続部の表層となる膜の表層全体を前記梁部が露出するまで異方性エッチングし、
前記接続部の表層となる膜の前記通孔の側面に残った部分である側壁部を覆うように前記接続部の残部となる膜を形成する、
ことを含む請求項４に記載のＭＥＭＳ製造方法。
【請求項６】
前記接続部の表層となる膜の表面に前記接続部の残部の表層となる膜を形成し、
前記接続部の残部の表層となる膜の表層全体を前記梁部が露出するまで異方性エッチングし、
前記接続部の残部の表層となる膜の前記通孔の側面に残った側壁部を覆うように前記接続部の残部の基層となる膜を形成する、
ことを含む請求項４に記載のＭＥＭＳ製造方法。
【請求項７】
シリコンウエハからなる前記基部の表面に前記犠牲層を形成し、
前記犠牲層および前記通孔から露出した前記基部の表面に前記犠牲層とともにエッチングされない材料の堆積によって前記接続部および前記梁部を同時に形成する、
ことを含む請求項１に記載のＭＥＭＳ製造方法。
【請求項８】
梁部と、
バルク材料からなり空隙を間に挟んで前記梁部と対向している錘部と、
堆積膜からなり前記梁部と前記錘部とを接続している接続部とを備え、
前記梁部に形成されている通孔の側面と前記接続部の側面とで前記梁部と前記接続部とが結合している、
ＭＥＭＳ。
【請求項９】
梁部と、
バルク材料からなり空隙を間に挟んで前記梁部と対向している錘部と、
前記梁部と前記錘部とを接続している接続部とを備え、
前記梁部と接続部とは同一の堆積膜からなる、
ＭＥＭＳ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【公開番号】特開２００９−２３３８３６（Ｐ２００９−２３３８３６Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−８６３９２（Ｐ２００８−８６３９２）
【出願日】平成２０年３月２８日（２００８．３．２８）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２８日（２００８．３．２８）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
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