ＭＥＭＳセンサおよびその製造方法、ならびにＭＥＭＳパッケージ
【課題】上部電極の直下に下部電極を簡単に形成でき、上部電極と下部電極との短絡を防止し、センサの検出精度を向上できるＭＥＭＳセンサおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】ベース基板７上に駆動用電極２２を選択的に形成し、駆動用電極２２を被覆するように、ＳｉＯ２からなる電極被覆膜２３を形成する。次に、電極被覆膜２３上に、犠牲ポリシリコン層５２および犠牲酸化膜５３を順に形成する。次に、犠牲酸化膜５３上に、ポリシリコン層２６を形成し、エッチングにより、固定電極２７、可動電極２８およびコンタクト電極２９の形状に成形する。同時に、それらの間にトレンチ５６を形成する。次に、トレンチ５６の底部をさらに掘り下げて、犠牲酸化膜５３から犠牲ポリシリコン層５２を露出させる。そして、犠牲ポリシリコン層５２を完全に除去することにより、固定電極２７の櫛歯部３２および可動電極２８の櫛歯部３９の直下に空洞３７を形成する。
【解決手段】ベース基板７上に駆動用電極２２を選択的に形成し、駆動用電極２２を被覆するように、ＳｉＯ２からなる電極被覆膜２３を形成する。次に、電極被覆膜２３上に、犠牲ポリシリコン層５２および犠牲酸化膜５３を順に形成する。次に、犠牲酸化膜５３上に、ポリシリコン層２６を形成し、エッチングにより、固定電極２７、可動電極２８およびコンタクト電極２９の形状に成形する。同時に、それらの間にトレンチ５６を形成する。次に、トレンチ５６の底部をさらに掘り下げて、犠牲酸化膜５３から犠牲ポリシリコン層５２を露出させる。そして、犠牲ポリシリコン層５２を完全に除去することにより、固定電極２７の櫛歯部３２および可動電極２８の櫛歯部３９の直下に空洞３７を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳセンサの製造方法および当該製造方法により製造されたＭＥＭＳセンサ、ならびに当該ＭＥＭＳセンサを備えるＭＥＭＳパッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
静電容量型加速度センサは、互いに対向する電極間（固定電極−可動電極間）の静電容量の変化量を検出することにより、加速度を検出する。
特許文献１の図１ａ〜図１ｇに開示された加速度センサ（１００）は、たとえば、絶縁層（１３２）を介して順に積層されたＳｉ電極（１１２）およびメタル電極（１２２）の２層からなる固定部（４００）と、固定部（４００）のＳｉ電極（１１２）と同一形状をなし、基準姿勢（特許文献１の図１ｄ）において当該Ｓｉ電極（１１２）に完全に向かい合うＳｉ電極（１１６）の単層からなる可動部（３００）とを備えている。加速度センサ（１００）は、加速度の作用により上下に振動する可動部（３００）のＳｉ電極（１１６）と、固定部（４００）のＳｉ電極（１１２）との間の静電容量の変化量を検出することにより、Ｚ軸方向の加速度を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６７９２８０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１の加速度センサ（１００）において、可動部（３００）の下方の空洞（６４０）（特許文献１の図６ｇ）に電極を設けることができれば、可動部（３００）と協働してキャパシタを形成する固定電極（下部電極）を、Ｓｉ基板の表面に沿って形成することができる。下部電極がＳｉ基板の表面に沿って形成される構成であれば、可動部（３００）に対する下部電極の対向面積を大きくしやすい。そのため、可動部（３００）と下部電極との間のキャパシタ容量を増やすことができ、それにより、センサの検出精度を向上できるかもしれない。
【０００５】
しかしながら、特許文献１の発明では、可動部（３００）が、Ｓｉ基板に複数のトレンチを形成し、等方性エッチングにより当該トレンチの下方部を互いに連続させることにより形成される（特許文献１の図６ａ〜図６ｇ）。そのため、可動部（３００）形成前および形成後のいずれのタイミングにおいても、可動部（３００）の下方に下部電極を形成することは困難である。
【０００６】
たとえ形成できても、下部電極が空洞（６４０）に単に配置される構成では、当該下部電極に可動部（３００）が接近した際、下部電極と可動部（３００）とが接触し、短絡するおそれがある。
そこで、本発明の目的は、上部電極の直下に、空洞を介して下部電極を簡単に形成することができ、さらに、当該上部電極と下部電極との短絡を防止し、センサの検出精度を向上させることができるＭＥＭＳセンサおよびその製造方法を提供することである。
【０００７】
また、本発明の他の目的は、検出精度に優れるＭＥＭＳセンサを備えるＭＥＭＳパッケージを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための請求項１記載の発明は、半導体基板上に選択的に下部電極を形成する工程と、前記半導体基板上に、前記下部電極を被覆するように、ポリシリコンに対してエッチング選択比を有する材料からなる電極被覆膜を積層する工程と、前記電極被覆膜上に、選択的に犠牲ポリシリコン層を形成する工程と、前記電極被覆膜上に、前記犠牲ポリシリコン層を被覆するように犠牲酸化膜を積層する工程と、前記犠牲酸化膜上に、電極用ポリシリコン層を形成する工程と、前記電極用ポリシリコン層を選択的にエッチングすることにより、上部電極に形成する工程と、前記上部電極の側壁を覆うように、ポリシリコンに対してエッチング選択比を有する保護膜を形成する工程と、前記犠牲酸化膜の一部を除去して、前記犠牲ポリシリコン層を露出させる工程と、露出した前記犠牲ポリシリコン層を除去することにより、前記上部電極の直下に空洞を形成する工程とを含む、ＭＥＭＳセンサの製造方法である。
【０００９】
この方法によれば、上部電極は、半導体基板上に下部電極形成後、当該半導体基板上に、電極用ポリシリコン層を用いて形成される。そのため、上部電極の形成前に、上部電極の直下に下部電極を簡単に形成することができる。さらに、下部電極と電極用ポリシリコン層との間に犠牲ポリシリコン層が形成され、上部電極形成後、当該犠牲ポリシリコン層が除去される。そのため、上部電極と下部電極との間に空洞を簡単に形成することができる。これにより、上部電極と下部電極とが、空洞を隔てて上下に対向したキャパシタを有するＭＥＭＳセンサを製造することができる。
【００１０】
このようなＭＥＭＳセンサは、たとえば、請求項７記載のように、半導体基板と、前記半導体基板上に選択的に形成された下部電極と、絶縁材料からなり、前記下部電極を被覆するように前記半導体基板上に形成された電極被覆膜と、前記電極被覆膜の上方に間隔を隔てて形成され、当該電極被覆膜を介して前記下部電極と対向する上部電極とを有するポリシリコン層とを含む。
【００１１】
この構成によれば、下部電極が半導体基板の表面に沿って形成されている。そのため、下部電極の面積を調整することにより、上部電極と下部電極とのキャパシタ容量を、センサ動作に最適な大きさに制御することができる。
しかも、犠牲ポリシリコン層の除去により空洞が形成された後でも、下部電極が、電極被覆膜に覆われている。そのため、上部電極が下部電極に接近しても、上部電極と下部電極との接触を防止することができる。その結果、上部電極と下部電極との短絡を防止することができる。よって、センサの動作不良を減らすことができる。
【００１２】
これらの結果、本発明のＭＥＭＳセンサによれば、センサの検出精度を向上させることができる。
また、請求項２記載の発明は、前記上部電極を形成する工程が、前記電極用ポリシリコン層を、互いに間隔を空けて噛み合う櫛歯状の固定電極および可動電極に成形する工程を含む、請求項１に記載のＭＥＭＳセンサの製造方法である。
【００１３】
この方法により、請求項８記載のＭＥＭＳセンサ、すなわち、前記上部電極が、互いに間隔を空けて噛み合う櫛歯状の固定電極および可動電極を含む、請求項７に記載のＭＥＭＳセンサを製造することができる。
当該ＭＥＭＳセンサでは、固定電極と可動電極とにより構成されるキャパシタを、センサ動作に利用することができる。これにより、センサの検出動作に関与するキャパシタを増やすことができるので、センサの検出精度を一層向上させることができる。
【００１４】
また、請求項３記載の発明は、前記犠牲ポリシリコン層の除去後、前記保護膜を前記固定電極および前記可動電極の側壁から除去する工程をさらに含む、請求項２に記載のＭＥＭＳセンサの製造方法である。
製造後のＭＥＭＳセンサにおいて、固定電極および可動電極の側壁に保護膜が残存していると、保護膜がない場合に比べて、固定電極および可動電極が帯電しやすい。そのため、たとえば、固定電極と可動電極との間に電圧Ｘ（Ｖ）が印加されるとき、帯電により生じた固定電極−可動電極間の電位差を、固定電極と可動電極との間に印加された電圧であるとセンサが誤認識する、いわゆるメモリ効果を生じるおそれがある。その結果、固定電極−可動電極間に電圧Ｘ（Ｖ）に満たない電圧が印加され、設計通りの検出性能を発揮できない場合がある。
【００１５】
そこで、請求項３に記載の製造方法により製造されたＭＥＭＳセンサでは、固定電極および可動電極の側壁が露出している。そのため、上述したメモリ効果の発生を減らすことができる。その結果、固定電極−可動電極間に必要十分な電圧を印加することができ、設計通りの検出性能を確実に発揮することができる。
また、請求項４記載の発明は、前記電極用ポリシリコン層の形成に先立って、前記電極被覆膜を貫通して前記下部電極を選択的に露出させる開口を形成する工程をさらに含み、前記電極用ポリシリコン層を形成する工程は、前記犠牲酸化膜上に前記電極用ポリシリコン層を形成すると同時に、前記電極用ポリシリコン層の一部を前記電極被覆膜の前記開口に入り込ませて前記下部電極に接触させる工程を含み、前記上部電極を形成する工程は、前記上部電極から分離され、前記下部電極に接触したコンタクト電極を形成する工程を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のＭＥＭＳセンサの製造方法である。
【００１６】
この方法により、請求項９記載のＭＥＭＳセンサ、すなわち、前記ポリシリコン層は、前記電極被覆膜を貫通して前記下部電極に接触するコンタクト電極をさらに有する、請求項７または８に記載のＭＥＭＳセンサを製造することができる。
当該ＭＥＭＳセンサでは、上部電極を形成する電極用ポリシリコン層の一部を利用して、コンタクト電極が上部電極と同一層に形成されている。そのため、上部電極および下部電極に対するコンタクトを、同一層（ポリシリコン層）に集約することができる。
【００１７】
その結果、たとえば、請求項５記載のように、コンタクト電極上に配線を形成する際に、上部電極に対するコンタクト配線を同じ工程で形成することができる。その結果、製造工程の数を減らすことができ、コストを低減することができる。
そして、請求項５記載の製造方法により、請求項１０記載のＭＥＭＳセンサ、すなわち、前記コンタクト電極上に形成された配線をさらに含む、請求項９に記載のＭＥＭＳセンサを製造することができる。
【００１８】
また、前記コンタクト電極上に配線を形成する工程は、請求項６記載のように、前記上部電極上にも同時に配線を形成する工程を含んでいてもよい。
また、上述したＭＥＭＳセンサは、請求項１１記載のように、前記下部電極と前記可動電極との間の静電容量の変化を検出することにより、前記ＭＥＭＳセンサに作用した加速度を検出する加速度センサを含んでいてもよい。
【００１９】
この構成では、下部電極と可動電極とで構成されるキャパシタと、固定電極と可動電極とで構成されるキャパシタとを含む複数のキャパシタにより加速度を検出することができる。そのため、センサに作用する加速度を精度よく検出することができる。
また、上述したＭＥＭＳセンサは、請求項１２記載のように、前記可動電極を前記下部電極に近づく方向および離れる方向に駆動させ、その駆動時に前記ＭＥＭＳセンサに作用する角速度を、前記可動電極と前記固定電極との間の静電容量の変化を検出することにより検出する角速度センサを含んでいてもよい。
【００２０】
この構成では、下部電極の面積を調整することにより、可動電極に対する下部電極の面積を、可動電極に対する固定電極の面積よりも大きくすることができる。そのため、櫛歯状に噛み合う固定電極と可動電極との間に駆動電圧を印加する場合に比べて、可動電極を大きな振幅で振動させることができる。その結果、角速度の検出感度を向上させることができる。
【００２１】
また、請求項１３記載の発明は、前記下部電極は、櫛歯状の前記可動電極の全体に対向するように、当該可動電極の各櫛歯を横切る方向に沿って形成されている、請求項８または請求項８に係る請求項９〜１２のいずれか一項に記載のＭＥＭＳセンサである。
この構成では、可動電極に対して大きな面積で下部電極を対向させることができるので、下部電極−可動電極間のキャパシタ容量を増やすことができる。その結果、センサの検出精度を向上させることができる。
【００２２】
また、前記電極被覆膜は、請求項１４記載のように、ＳｉＯ２からなっていてもよい。また、前記上部電極の側壁は、請求項１５記載のように、絶縁材料からなる保護薄膜で覆われていてもよい。
また、請求項１６記載の発明は、請求項７〜１５のいずれか一項に記載のＭＥＭＳセンサと、前記ＭＥＭＳセンサを覆うように形成された樹脂パッケージとを含む、ＭＥＭＳパッケージである。
【００２３】
この構成によれば、本発明のＭＥＭＳセンサが用いられている。そのため、当該ＭＥＭＳセンサにおいて、上部電極と下部電極とのキャパシタ容量をセンサ動作に最適な大きさに制御することができ、しかも、上部電極と下部電極との短絡を防止することができる。その結果、検出精度に優れるＭＥＭＳセンサを備えるＭＥＭＳパッケージを提供することができる。
【００２４】
また、上述したＭＥＭＳパッケージは、請求項１７記載のように、前記ＭＥＭＳセンサに電気的に接続され、前記ＭＥＭＳセンサとともに同一の前記樹脂パッケージに覆われた集積回路をさらに含んでいてもよい。また、請求項１８記載のように、表面および裏面を有し、当該表面において前記ＭＥＭＳセンサを支持する基板をさらに含む場合、前記樹脂パッケージは、前記基板の前記表面を覆うように、かつ前記基板の前記裏面を露出させるように前記ＭＥＭＳセンサを封止していてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係るＭＥＭＳパッケージの模式的な斜視図である。
【図２】図１に示すＺ軸センサの模式的な断面図である。
【図３Ａ】図２に示すＺ軸センサの製造工程の一部を示す断面図であって、図２と同じ位置での切断面を示す。
【図３Ｂ】図３Ａの次の工程を示す図である。
【図３Ｃ】図３Ｂの次の工程を示す図である。
【図３Ｄ】図３Ｃの次の工程を示す図である。
【図３Ｅ】図３Ｄの次の工程を示す図である。
【図３Ｆ】図３Ｅの次の工程を示す図である。
【図３Ｇ】図３Ｆの次の工程を示す図である。
【図３Ｈ】図３Ｇの次の工程を示す図である。
【図３Ｉ】図３Ｈの次の工程を示す図である。
【図３Ｊ】図３Ｉの次の工程を示す図である。
【図３Ｋ】図３Ｊの次の工程を示す図である。
【図３Ｌ】図３Ｋの次の工程を示す図である。
【図４】図２に示すＺ軸センサを、加速度センサに利用する場合の形態を示す平面図である。
【図５】図２に示すＺ軸センサの変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
＜ＭＥＭＳパッケージの全体構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係るＭＥＭＳパッケージの模式的な斜視図である。
ＭＥＭＳパッケージ１は、たとえば、ビデオカメラやスチルカメラの手ぶれ補正、カーナビの位置検出、ロボットやゲーム機のモーション検出などの用途に用いられる。
【００２７】
ＭＥＭＳパッケージ１は、基板２と、ＭＥＭＳセンサとしての角速度センサ３と、外部端子４と、集積回路５（ＡＳＩＣ：Application Specific Integrated Circuit）と、樹脂パッケージ６とを含んでいる。
基板２は、表面および裏面を有する長方形板状に形成されている。
角速度センサ３は、基板２の表面側における長手方向一端部に配置されている。角速度センサ３は、正方形板状のＳｉ基板からなるベース基板７と、ベース基板７の中央部に設けられたセンサ部８と、ベース基板７におけるセンサ部８の側方に配置され、センサ部８に電圧を供給するための電極パッド９とを含んでいる。
【００２８】
センサ部８は、三次元空間において直交する３つの軸まわりの角速度をそれぞれ検出するセンサとして、Ｘ軸センサ１０、Ｙ軸センサ１１およびＺ軸センサ１２を有している。これら３つのセンサ１０〜１２は、たとえばＳｉ基板からなる蓋基板１３がベース基板７に接合されることにより、蓋基板１３により覆われて密閉されている。
Ｘ軸センサ１０は、Ｘ軸方向の振動Ｕｘを利用して、ＭＥＭＳパッケージ１が傾いた際にＺ軸方向にコリオリ力Ｆｚを発生させ、当該コリオリ力による静電容量の変化を検出することにより、Ｙ軸まわりに作用する角速度ωｙを検出する。また、Ｙ軸センサ１１は、Ｙ軸方向の振動Ｕｙを利用して、ＭＥＭＳパッケージ１が傾いた際にＸ軸方向にコリオリ力Ｆｘを発生させ、当該コリオリ力による静電容量の変化を検出することにより、Ｚ軸まわりに作用する角速度ωｚを検出する。また、Ｚ軸センサ１２は、Ｚ軸方向の振動Ｕｚを利用して、ＭＥＭＳパッケージ１が傾いた際にＹ軸方向にコリオリ力Ｆｙを発生させ、当該コリオリ力による静電容量の変化を検出することにより、Ｘ軸まわりに作用する角速度ωｘを検出する。
【００２９】
電極パッド９は、基板２の長手方向に直交する幅方向に沿って、互いに等しい間隔を空けて複数（図１では、７個）設けられている。
外部端子４は、基板２の長手方向他端部（角速度センサ３とは反対側の端部）において、基板２の幅方向に沿って互いに等しい間隔を空けて複数（図１では、１２個）設けられている。各外部端子４は、基板２を厚さ方向に貫通して形成されており、基板２の表面に内部パッド１４として、基板２の裏面に外部パッド１５として露出している。
【００３０】
集積回路５は、基板２の表面側において、角速度センサ３と外部端子４（内部パッド１４）との間に配置されている。集積回路５は、たとえば、基板２の幅方向に長手な長方形板状のＳｉ基板からなる。当該Ｓｉ基板の内部には、各センサ１０〜１２から出力された電気信号を増幅するチャージアンプ、当該電気信号の特定の周波数成分を取り出すフィルタ回路（ローパスフィルタ：ＬＰＦなど）、フィルタリング後の電気信号を論理演算する論理回路等が形成されている。これらの回路は、たとえば、ＣＭＯＳデバイスにより構成されている。また、集積回路５は、第１電極パッド１６と、第２電極パッド１７とを有している。
【００３１】
第１電極パッド１６は、基板２の長手方向における角速度センサ３に近い側の端部において、基板２の幅方向に沿って互いに等しい間隔を空けて複数（図１では、７個）設けられている。第１電極パッド１６は、ボンディングワイヤ１８により、角速度センサ３の電極パッド９と１対１で接続されている。
第２電極パッド１７は、基板２の長手方向における外部端子４に近い側の端部において、基板２の幅方向に沿って互いに等しい間隔を空けて複数（図１では、１２個）設けられている。第２電極パッド１７は、ボンディングワイヤ１９により、外部端子４の内部パッド１４と１対１で接続されている。
【００３２】
樹脂パッケージ６は、基板２と協働してＭＥＭＳパッケージ１の外形をなし、略直方体状に形成されている。樹脂パッケージ６は、たとえば、エポキシ樹脂など公知のモールド樹脂からなり、角速度センサ３および集積回路５とともにボンディングワイヤ１８，１９および内部パッド１４を覆い、外部パッド１５を露出させるように、角速度センサ３および集積回路５を封止している。
＜Ｚ軸センサの構成＞
次に、図２を参照して、Ｚ軸センサ１２の構成を説明する。
【００３３】
角速度センサ３は、前述のように、ベース基板７（たとえば、６２５μｍ厚）を備えている。
ベース基板７の表面２０には、ベース絶縁膜２１（たとえば、１００００Å厚）が形成されている。ベース絶縁膜２１は、ＳｉＯ２（酸化シリコン）からなる。
ベース絶縁膜２１上には、下部電極としての駆動用電極２２（たとえば、５０００Å厚）が形成されている。駆動用電極２２は、ポリシリコンからなる。
【００３４】
また、ベース絶縁膜２１上には、駆動用電極２２を被覆する電極被覆膜２３（たとえば、５０００Å厚）が形成されている。電極被覆膜２３は、ＳｉＯ２からなる。電極被覆膜２３には、駆動用電極２２の一部をパッド２４として露出させるための開口２５が形成されている。
電極被覆膜２３上には、ポリシリコン層２６（たとえば、１０μｍ厚）が形成されている。ポリシリコン層２６は、上部電極としての固定電極２７および可動電極２８と、コンタクト電極２９とを含んでいる。
【００３５】
固定電極２７は、電極被覆膜２３の表面３０に立設されたコンタクト部３１と、電極被覆膜２３の上方において、ベース基板７の表面２０に沿って櫛歯状に配列された複数の電極からなる櫛歯部３２とを含んでいる。
固定電極２７のコンタクト部３１は、電極被覆膜２３の表面３０に固定されたベース部３３（たとえば、５μｍ高）と、当該ベース部３３の頂部に一体的に連結され、櫛歯部３２と同じ厚さ（後述）を有する連結部３４とを含んでいる。
【００３６】
連結部３４は、ベース部３３の側面３５よりも外側に張り出すように形成されている。これにより、連結部３４の側面３６とベース部３３の側面３５との間には、段差Ｓ１が形成されている。
固定電極２７の櫛歯部３２は、コンタクト部３１の連結部３４と一体的に形成されており、当該連結部３４によって、電極被覆膜２３の表面３０との間に空洞３７を形成するように片持ち支持されている。つまり、櫛歯部３２は、コンタクト部３１のベース部３３の高さ分、電極被覆膜２３の表面３０から浮いた状態で支持されている。また、櫛歯部３２の厚さ（ベース部３３の頂部からポリシリコン層２６の表面までの高さ）は、たとえば、１５μｍ程度である。
【００３７】
可動電極２８は、電極被覆膜２３の表面３０に立設されたコンタクト部３８と、電極被覆膜２３の上方において、固定電極２７の櫛歯部３２の各間に１つずつ配置された複数の電極からなり、全体として固定電極２７の櫛歯部３２に噛み合う櫛歯部３９とを含んでいる。当該櫛歯部３９と、固定電極２７の櫛歯部３２との各間には、たとえば、２μｍ程度の距離（電極間距離ｄ１）が設けられている。
【００３８】
可動電極２８のコンタクト部３８は、固定電極２７のコンタクト部３１に対して、固定電極２７の櫛歯部３２の反対側に設けられている。コンタクト部３８は、電極被覆膜２３の表面３０に固定されたベース部４０（たとえば、５μｍ高）と、当該ベース部４０の頂部に一体的に連結され、櫛歯部３９と同じ厚さ（後述）を有する連結部４１とを含んでいる。
【００３９】
連結部４１は、ベース部４０の側面４２よりも外側に張り出すように形成されている。これにより、連結部４１の側面４３とベース部４０の側面４２との間には、段差Ｓ２が形成されている。
可動電極２８の櫛歯部３９は、コンタクト部３８の連結部４１と一体的に形成されており、当該連結部４１によって、固定電極２７の櫛歯部３２と同様に、電極被覆膜２３の表面３０との間に空洞３７を形成するように片持ち支持されている。つまり、櫛歯部３９は、コンタクト部３８のベース部４０の高さ分、電極被覆膜２３の表面３０から浮いた状態で支持されている。また、櫛歯部３９の厚さ（ベース部４０の頂部からポリシリコン層２６の表面までの高さ）は、たとえば、１５μｍ程度である。
【００４０】
そして、この実施形態では、駆動用電極２２は、空洞３７の直下において、櫛歯状に噛み合う固定電極２７および可動電極２８の櫛歯部３２，３９を横切るように、両端の櫛歯（図２では、コンタクト電極２９に最も近い櫛歯部３２、および固定電極２７のコンタクト部３１に最も近い櫛歯部３９）に跨って形成されている。これにより、１つの駆動用電極２２が、固定電極２７および可動電極２８の櫛歯部３２，３９全体に対向している。
【００４１】
コンタクト電極２９は、電極被覆膜２３の開口２５を介して駆動用電極２２に接続されたベース部４４（たとえば、５μｍ高）と、当該ベース部４４の頂部に一体的に連結された連結部４５とを含んでいる。
連結部４５は、ベース部４４の側面４６よりも外側に張り出すように形成されている。これにより、連結部４５の側面４７とベース部４４の側面４６との間には、段差Ｓ３が形成されている。
【００４２】
ポリシリコン層２６上には、ＳｉＯ２からなる表面保護膜４８（たとえば、３０００Å厚）が形成されている。これにより、固定電極２７および可動電極２８の櫛歯部３２，３９およびコンタクト部３１，３８（連結部３４，４１）、およびコンタクト電極２９の各表面は、表面保護膜４８により覆われている。
表面保護膜４８上には、固定電極２７のコンタクト部３１、可動電極２８のコンタクト部３８およびコンタクト電極２９に対向する部分にそれぞれ、第１検出用配線４９、第２検出用配線５０および駆動用配線５１が形成されている。各配線は、Ａｌ（アルミニウム）からなり、表面保護膜４８を貫通して、固定電極２７のコンタクト部３１、可動電極２８のコンタクト部３８およびコンタクト電極２９それぞれに接続されている。
【００４３】
上記の構造のＺ軸センサ１２では、可動電極２８の櫛歯部３９と駆動用電極２２との間に、同極性／異極性の駆動電圧が交互に与えられる。これにより、可動電極２８の櫛歯部３９と駆動用電極２２との間にクーロン斥力／クーロン引力が交互に発生する。
その結果、櫛歯状の可動電極２８が振り子であるかのように、同じく櫛歯状の固定電極２７を振動の中心として、固定電極２７に対してＺ軸方向に沿って上下に振動（振動Ｕｚ）する。
【００４４】
この状態において、可動電極２８がＸ軸を中心軸として回転すると、Ｙ軸方向にコリオリ力Ｆｙが生じることになる。このコリオリ力Ｆｙにより、互いに隣接する可動電極２８の櫛歯部３９と、固定電極２７の櫛歯部３２との対向面積および／または電極間距離ｄ１が変化する。
そして、当該対向面積および／または電極間距離ｄ１の変化に起因する可動電極２８−固定電極２７間の静電容量Ｃの変化を検出することによって、Ｘ軸まわりの角速度ωｘが検出される。
＜角速度センサの製造方法＞
次に、図３Ａ〜図３Ｌを参照して、上述した角速度センサの製造工程を工程順に説明する。なお、この項では、Ｚ軸センサの製造工程のみを図示し、Ｘ軸センサおよびＹ軸センサの製造工程は省略するが、Ｘ軸センサおよびＹ軸センサの製造工程は、Ｚ軸センサの製造工程と同様にして、Ｚ軸センサの製造工程と並行して実行される。
【００４５】
図３Ａ〜図３Ｌは、図２に示すＺ軸センサの製造工程の一部を工程順に示す模式的な断面図であって、図２と同じ位置での切断面を示す。
Ｚ軸センサ１２を製造するには、図３Ａに示すように、導電性シリコンからなるベース基板７の表面２０が熱酸化（たとえば、温度１０００℃〜１２００℃）される。これにより、ベース基板７の表面２０に、ＳｉＯ２からなるベース絶縁膜２１が形成される。次に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相成長）法により、ベース絶縁膜２１の表面全域にポリシリコンが堆積される。続いて、公知のパターニング技術により、当該ポリシリコンが選択的にパターニングされ、駆動用電極２２が形成される。
【００４６】
次に、図３Ｂに示すように、ＣＶＤ法により、ポリシリコンに対してエッチング選択比を有するＳｉＯ２からなる電極被覆膜２３が、ベース絶縁膜２１の表面全域に形成される。これにより、駆動用電極２２は、電極被覆膜２３に完全に被覆される。
ここで、ポリシリコンに対してエッチング選択比を有する材料（この段落においては、材料Ａと定義する。）とは、たとえば、或るエッチング媒体に対するポリシリコンのエッチングレートと、当該エッチング媒体に対する材料Ａのエッチングレートとの比（エッチング選択比）＝（材料Ａのエッチングレート／ポリシリコンのエッチングレート）≠１を満たす材料のことである。材料Ａは、とりわけ、エッチング選択比を０（ゼロ）近づけることができる材料（エッチング選択比≒０）であることが好ましく、具体的には、この実施形態のように、ＳｉＯ２であることが好ましい。なお、電極被覆膜２３は、ポリシリコンに対してエッチング選択比を有する他の材料（たとえば、ＳｉＮなど）であってもよい。
【００４７】
次に、図３Ｃに示すように、ＣＶＤ法により、電極被覆膜２３の表面３０全域にポリシリコン（たとえば、５０００Å厚）が堆積される。続いて、公知のパターニング技術により、当該ポリシリコンが選択的にパターニングされ、犠牲ポリシリコン層５２が形成される。
次に、図３Ｄに示すように、ＣＶＤ法により、犠牲ポリシリコン層５２の表面全域に、ＳｉＯ２からなる犠牲酸化膜５３（たとえば、５０００Å厚）が形成される。
【００４８】
次に、図３Ｅに示すように、公知のパターニング技術により、犠牲酸化膜５３がパターニングされ、犠牲酸化膜５３におけるベース部３３，４０，４４を形成すべき部分が選択的に除去されることにより、開口２５，５４，５５が形成される。これにより、駆動用電極２２の一部が、パッド２４として開口２５から露出する。
次に、犠牲酸化膜５３上に、ポリシリコンからなるシード膜が形成される。続いて、当該シード膜からポリシリコンがエピタキシャル成長される。これにより、図３Ｆに示すように、電極用ポリシリコン層としてのポリシリコン層２６（たとえば、１５μｍ厚）が形成される。
【００４９】
次に、図３Ｇに示すように、ポリシリコン層２６の表面が面一になるまで、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学機械研磨）処理される。これにより、ポリシリコン層２６の厚さが、たとえば、１５μｍ厚から１０μｍ厚となる。続いて、ＣＶＤ法により、ＳｉＯ２からなる表面保護膜４８が、ポリシリコン層２６の表面全域に形成される。続いて、公知のパターニング技術により、表面保護膜４８が選択的に除去される。これにより、表面保護膜４８にコンタクトホールが形成される。続いて、当該コンタクトホールを埋め尽くすコンタクトプラグが形成された後、スパッタ法により、表面保護膜４８上にＡｌが堆積され、そのＡｌ堆積層がパターニングされる。これにより、表面保護膜４８上に、配線４９〜５１が同時に形成される。
【００５０】
次に、図３Ｈに示すように、公知のパターニング技術により、表面保護膜４８における、固定電極２７、可動電極２８およびコンタクト電極２９を形成すべき領域以外の領域に開口が形成される。続いて、残存した表面保護膜４８をハードマスクとする異方性のディープＲＩＥにより、具体的にはボッシュプロセスにより、ポリシリコン層２６が掘り下げられる。ボッシュプロセスでは、ＳＦ６（六フッ化硫黄）を使用してポリシリコン層２６をエッチングする工程と、Ｃ４Ｆ８（パーフルオロシクロブタン）を使用してエッチング面に保護膜を形成する工程とが交互に繰り返される。これにより、高いアスペクト比でポリシリコン層２６をエッチングすることができるが、エッチング面（トレンチの内周面）にスキャロップと呼ばれる波状の凹凸が形成される。
【００５１】
これにより、ポリシリコン層２６が、固定電極２７、可動電極２８およびコンタクト電極２９の形状に成形されるとともに、それらの各部（櫛歯部３２，３９やコンタクト部３１，３８等）の間にトレンチ５６が形成される。トレンチ５６の底面には犠牲酸化膜５３の表面が露出することとなる。
次に、図３Ｉに示すように、ＣＶＤ法により、固定電極２７、可動電極２８およびコンタクト電極２９の表面全域およびトレンチ５６の内面全域（つまり、トレンチ５６を区画する側面および底面）に、ＳｉＯ２からなる保護薄膜５７が形成される。
【００５２】
次に、図３Ｊに示すように、異方性のディープＲＩＥにより、トレンチ５６の底面がさらに掘り下げられる。これにより、トレンチ５６の底面として犠牲ポリシリコン層５２が露出する。
この異方性のディープＲＩＥに引き続いて、等方性のＲＩＥにより、トレンチ５６に、反応性イオンおよびエッチングガス（たとえば、ＳＦ６ガス）が供給される。そして、その反応性イオンなどの作用により、図３Ｋに示すように、犠牲ポリシリコン層５２が、各トレンチ５６の底部を起点にベース基板７の厚さ方向にエッチングされつつ、ベース基板７の表面に平行な方向にエッチングされる。これにより、互いに隣接する全てのトレンチ５６の底部が一体化して、空洞３７が形成されるとともに、空洞３７の直上において、固定電極２７（櫛歯部３２）および可動電極２８（櫛歯部３９）が浮いた状態となる。
【００５３】
次に、図３Ｌに示すように、トレンチ５６に、エッチングガス（たとえば、ＨＦ（フッ酸）ガス）が供給される。このＨＦガスの作用により、ＳｉＯ２からなる保護薄膜５７および犠牲酸化膜５３が除去される。
以上の工程を経て、図２に示すＺ軸センサ１２が得られる。
以上の方法によれば、Ｚ軸センサ１２における角速度検出を行うための固定電極２７および可動電極２８は、ベース基板７上に駆動用電極２２を形成した（図３Ａの工程）後、当該ベース基板７上にポリシリコン層２６を用いて形成される。そのため、固定電極２７および可動電極２８の形成前に、固定電極２７および可動電極２８の直下に駆動用電極２２を簡単に形成することができる。
【００５４】
さらに、Ｚ軸センサ１２の製造過程においては、駆動用電極２２とポリシリコン層２６との間に、犠牲ポリシリコン層５２および犠牲酸化膜５３が形成され（図３Ｃおよび図３Ｄの工程）る。これらの犠牲層５２，５３は、ポリシリコン層２６を固定電極２７および可動電極２８に成形した後に除去される（図３Ｋおよび図３Ｌの工程）。そのため、固定電極２７（櫛歯部３２）および可動電極２８（櫛歯部３９）と駆動用電極２２との間に、空洞３７を簡単に形成することができる。これにより、固定電極２７（櫛歯部３２）および可動電極２８（櫛歯部３９）と駆動用電極２２とが、空洞３７を隔てて上下に対向したキャパシタを有するＺ軸センサ１２を製造することができる。
【００５５】
そのため、図３Ａに示す工程において、駆動用電極２２の面積を適当な大きさに調整することにより、可動電極２８（櫛歯部３９）と駆動用電極２２とのキャパシタ容量を、センサ動作に最適な大きさに制御することができる。
具体的には、駆動用電極２２を、固定電極２７および可動電極２８の櫛歯部３２，３９を横切るように、両端の櫛歯に跨って形成する。これにより、可動電極２８（櫛歯部３９）に対する駆動用電極２２の面積を、可動電極２８（櫛歯部３９）に対する固定電極２７（櫛歯部３２）の対向面積よりも大きくすることができる。そのため、櫛歯状に噛み合う固定電極２７と可動電極２８との間に駆動電圧を印加する場合に比べて、可動電極２８を大きな振幅で振動させることができる。その結果、角速度の検出感度を向上させることができる。
【００５６】
しかも、犠牲ポリシリコン層５２および犠牲酸化膜５３の除去により空洞３７が形成された後でも、駆動用電極２２が、電極被覆膜２３に覆われている。そのため、大きな振動により可動電極２８が駆動用電極２２に接近しても、可動電極２８（櫛歯部３９）と駆動用電極２２との接触を防止することができる。その結果、可動電極２８（櫛歯部３９）と駆動用電極２２との短絡を防止することができる。よって、センサの動作不良を減らすことができる。
【００５７】
これらの結果、ＭＥＭＳパッケージ１によれば、Ｚ軸センサ１２の検出精度を向上させることができる。
ところで、製造後のＺ軸センサ１２において、固定電極２７および可動電極２８の側壁に保護薄膜５７が残存していると、保護薄膜５７がない本実施形態の場合に比べて、固定電極２７および可動電極２８が帯電しやすい。そのため、たとえば、固定電極２７および可動電極２８との間に電圧Ｘ（Ｖ）が印加されるとき、帯電により生じた固定電極２７−可動電極２８間の電位差を、固定電極２７および可動電極２８との間に印加された電圧であるとＺ軸センサ１２が誤認識する、いわゆるメモリ効果を生じるおそれがある。その結果、固定電極２７−可動電極２８間に電圧Ｘ（Ｖ）に満たない電圧が印加され、設計通りの検出性能を発揮できない場合がある。
【００５８】
そこで、この実施形態のＺ軸センサ１２では、空洞３７の形成後、保護薄膜５７を除去することにより（図３Ｌの工程）、固定電極２７および可動電極２８の側壁を露出させている。そのため、上述したメモリ効果の発生を減らすことができる。その結果、固定電極２７−可動電極２８間に必要十分な電圧を印加することができ、設計通りの検出性能を確実に発揮することができる。
【００５９】
また、Ｚ軸センサ１２では、固定電極２７および可動電極２８を形成するポリシリコン層２６の一部を利用して、コンタクト電極２９が固定電極２７および可動電極２８と同一層に形成されている。そのため、固定電極２７、可動電極２８および駆動用電極２２に対するコンタクトを全て、同一層（ポリシリコン層２６）上に形成された配線４９〜５１に集約することができる。その結果、これらの配線４９〜５１を同じ工程で形成することができるので、製造工程の数を減らすことができる。よって、コストを低減することができる。
【００６０】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することもできる。
たとえば、ＭＥＭＳパッケージ１は、角速度センサ３に代えて、または角速度センサ３とともに加速度センサを備えていてもよい。当該加速度センサは、たとえば、駆動用電極２２と可動電極２８との間に形成されるキャパシタを、加速度検出用のキャパシタとすることにより作製することができる。
【００６１】
たとえば、図４に示すように、Ｚ軸方向に作用する加速度を検出するＺ軸加速度センサ６０では、固定電極２７（櫛歯部３２）と可動電極２８（櫛歯部３９）とにより構成されるキャパシタに加えて、Ｚ軸方向に沿って空洞３７および電極被覆膜２３（電極間間隔ｄ２）を隔てて対向する可動電極２８（櫛歯部３９）と第２固定電極６１とにより構成されるキャパシタをセンサ動作に利用することができる。これにより、センサの加速度検出動作に関与するキャパシタを増やすことができるので、ＭＥＭＳパッケージ１に作用する加速度を精度よく検出することができる。
【００６２】
また、前述の実施形態では、図３Ｌの工程において、保護薄膜５７および犠牲酸化膜５３を除去したが、図３Ｌの工程を省略することにより、図５に示すように、保護薄膜５７および犠牲酸化膜５３を残存させてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１ ＭＥＭＳパッケージ
２ 基板
３ 角速度センサ
５ 集積回路
６ 樹脂パッケージ
７ ベース基板
１２ Ｚ軸センサ
２２ 駆動用電極
２３ 電極被覆膜
２５ 開口
２６ ポリシリコン層
２７ 固定電極
２８ 可動電極
２９ コンタクト電極
３２ （固定電極の）櫛歯部
３７ 空洞
３９ （可動電極の）櫛歯部
５１ 駆動用配線
５２ 犠牲ポリシリコン層
５３ 犠牲酸化膜
５７ 保護薄膜
６０ Ｚ軸加速度センサ
６１ 第２固定電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳセンサの製造方法および当該製造方法により製造されたＭＥＭＳセンサ、ならびに当該ＭＥＭＳセンサを備えるＭＥＭＳパッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
静電容量型加速度センサは、互いに対向する電極間（固定電極−可動電極間）の静電容量の変化量を検出することにより、加速度を検出する。
特許文献１の図１ａ〜図１ｇに開示された加速度センサ（１００）は、たとえば、絶縁層（１３２）を介して順に積層されたＳｉ電極（１１２）およびメタル電極（１２２）の２層からなる固定部（４００）と、固定部（４００）のＳｉ電極（１１２）と同一形状をなし、基準姿勢（特許文献１の図１ｄ）において当該Ｓｉ電極（１１２）に完全に向かい合うＳｉ電極（１１６）の単層からなる可動部（３００）とを備えている。加速度センサ（１００）は、加速度の作用により上下に振動する可動部（３００）のＳｉ電極（１１６）と、固定部（４００）のＳｉ電極（１１２）との間の静電容量の変化量を検出することにより、Ｚ軸方向の加速度を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６７９２８０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１の加速度センサ（１００）において、可動部（３００）の下方の空洞（６４０）（特許文献１の図６ｇ）に電極を設けることができれば、可動部（３００）と協働してキャパシタを形成する固定電極（下部電極）を、Ｓｉ基板の表面に沿って形成することができる。下部電極がＳｉ基板の表面に沿って形成される構成であれば、可動部（３００）に対する下部電極の対向面積を大きくしやすい。そのため、可動部（３００）と下部電極との間のキャパシタ容量を増やすことができ、それにより、センサの検出精度を向上できるかもしれない。
【０００５】
しかしながら、特許文献１の発明では、可動部（３００）が、Ｓｉ基板に複数のトレンチを形成し、等方性エッチングにより当該トレンチの下方部を互いに連続させることにより形成される（特許文献１の図６ａ〜図６ｇ）。そのため、可動部（３００）形成前および形成後のいずれのタイミングにおいても、可動部（３００）の下方に下部電極を形成することは困難である。
【０００６】
たとえ形成できても、下部電極が空洞（６４０）に単に配置される構成では、当該下部電極に可動部（３００）が接近した際、下部電極と可動部（３００）とが接触し、短絡するおそれがある。
そこで、本発明の目的は、上部電極の直下に、空洞を介して下部電極を簡単に形成することができ、さらに、当該上部電極と下部電極との短絡を防止し、センサの検出精度を向上させることができるＭＥＭＳセンサおよびその製造方法を提供することである。
【０００７】
また、本発明の他の目的は、検出精度に優れるＭＥＭＳセンサを備えるＭＥＭＳパッケージを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための請求項１記載の発明は、半導体基板上に選択的に下部電極を形成する工程と、前記半導体基板上に、前記下部電極を被覆するように、ポリシリコンに対してエッチング選択比を有する材料からなる電極被覆膜を積層する工程と、前記電極被覆膜上に、選択的に犠牲ポリシリコン層を形成する工程と、前記電極被覆膜上に、前記犠牲ポリシリコン層を被覆するように犠牲酸化膜を積層する工程と、前記犠牲酸化膜上に、電極用ポリシリコン層を形成する工程と、前記電極用ポリシリコン層を選択的にエッチングすることにより、上部電極に形成する工程と、前記上部電極の側壁を覆うように、ポリシリコンに対してエッチング選択比を有する保護膜を形成する工程と、前記犠牲酸化膜の一部を除去して、前記犠牲ポリシリコン層を露出させる工程と、露出した前記犠牲ポリシリコン層を除去することにより、前記上部電極の直下に空洞を形成する工程とを含む、ＭＥＭＳセンサの製造方法である。
【０００９】
この方法によれば、上部電極は、半導体基板上に下部電極形成後、当該半導体基板上に、電極用ポリシリコン層を用いて形成される。そのため、上部電極の形成前に、上部電極の直下に下部電極を簡単に形成することができる。さらに、下部電極と電極用ポリシリコン層との間に犠牲ポリシリコン層が形成され、上部電極形成後、当該犠牲ポリシリコン層が除去される。そのため、上部電極と下部電極との間に空洞を簡単に形成することができる。これにより、上部電極と下部電極とが、空洞を隔てて上下に対向したキャパシタを有するＭＥＭＳセンサを製造することができる。
【００１０】
このようなＭＥＭＳセンサは、たとえば、請求項７記載のように、半導体基板と、前記半導体基板上に選択的に形成された下部電極と、絶縁材料からなり、前記下部電極を被覆するように前記半導体基板上に形成された電極被覆膜と、前記電極被覆膜の上方に間隔を隔てて形成され、当該電極被覆膜を介して前記下部電極と対向する上部電極とを有するポリシリコン層とを含む。
【００１１】
この構成によれば、下部電極が半導体基板の表面に沿って形成されている。そのため、下部電極の面積を調整することにより、上部電極と下部電極とのキャパシタ容量を、センサ動作に最適な大きさに制御することができる。
しかも、犠牲ポリシリコン層の除去により空洞が形成された後でも、下部電極が、電極被覆膜に覆われている。そのため、上部電極が下部電極に接近しても、上部電極と下部電極との接触を防止することができる。その結果、上部電極と下部電極との短絡を防止することができる。よって、センサの動作不良を減らすことができる。
【００１２】
これらの結果、本発明のＭＥＭＳセンサによれば、センサの検出精度を向上させることができる。
また、請求項２記載の発明は、前記上部電極を形成する工程が、前記電極用ポリシリコン層を、互いに間隔を空けて噛み合う櫛歯状の固定電極および可動電極に成形する工程を含む、請求項１に記載のＭＥＭＳセンサの製造方法である。
【００１３】
この方法により、請求項８記載のＭＥＭＳセンサ、すなわち、前記上部電極が、互いに間隔を空けて噛み合う櫛歯状の固定電極および可動電極を含む、請求項７に記載のＭＥＭＳセンサを製造することができる。
当該ＭＥＭＳセンサでは、固定電極と可動電極とにより構成されるキャパシタを、センサ動作に利用することができる。これにより、センサの検出動作に関与するキャパシタを増やすことができるので、センサの検出精度を一層向上させることができる。
【００１４】
また、請求項３記載の発明は、前記犠牲ポリシリコン層の除去後、前記保護膜を前記固定電極および前記可動電極の側壁から除去する工程をさらに含む、請求項２に記載のＭＥＭＳセンサの製造方法である。
製造後のＭＥＭＳセンサにおいて、固定電極および可動電極の側壁に保護膜が残存していると、保護膜がない場合に比べて、固定電極および可動電極が帯電しやすい。そのため、たとえば、固定電極と可動電極との間に電圧Ｘ（Ｖ）が印加されるとき、帯電により生じた固定電極−可動電極間の電位差を、固定電極と可動電極との間に印加された電圧であるとセンサが誤認識する、いわゆるメモリ効果を生じるおそれがある。その結果、固定電極−可動電極間に電圧Ｘ（Ｖ）に満たない電圧が印加され、設計通りの検出性能を発揮できない場合がある。
【００１５】
そこで、請求項３に記載の製造方法により製造されたＭＥＭＳセンサでは、固定電極および可動電極の側壁が露出している。そのため、上述したメモリ効果の発生を減らすことができる。その結果、固定電極−可動電極間に必要十分な電圧を印加することができ、設計通りの検出性能を確実に発揮することができる。
また、請求項４記載の発明は、前記電極用ポリシリコン層の形成に先立って、前記電極被覆膜を貫通して前記下部電極を選択的に露出させる開口を形成する工程をさらに含み、前記電極用ポリシリコン層を形成する工程は、前記犠牲酸化膜上に前記電極用ポリシリコン層を形成すると同時に、前記電極用ポリシリコン層の一部を前記電極被覆膜の前記開口に入り込ませて前記下部電極に接触させる工程を含み、前記上部電極を形成する工程は、前記上部電極から分離され、前記下部電極に接触したコンタクト電極を形成する工程を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のＭＥＭＳセンサの製造方法である。
【００１６】
この方法により、請求項９記載のＭＥＭＳセンサ、すなわち、前記ポリシリコン層は、前記電極被覆膜を貫通して前記下部電極に接触するコンタクト電極をさらに有する、請求項７または８に記載のＭＥＭＳセンサを製造することができる。
当該ＭＥＭＳセンサでは、上部電極を形成する電極用ポリシリコン層の一部を利用して、コンタクト電極が上部電極と同一層に形成されている。そのため、上部電極および下部電極に対するコンタクトを、同一層（ポリシリコン層）に集約することができる。
【００１７】
その結果、たとえば、請求項５記載のように、コンタクト電極上に配線を形成する際に、上部電極に対するコンタクト配線を同じ工程で形成することができる。その結果、製造工程の数を減らすことができ、コストを低減することができる。
そして、請求項５記載の製造方法により、請求項１０記載のＭＥＭＳセンサ、すなわち、前記コンタクト電極上に形成された配線をさらに含む、請求項９に記載のＭＥＭＳセンサを製造することができる。
【００１８】
また、前記コンタクト電極上に配線を形成する工程は、請求項６記載のように、前記上部電極上にも同時に配線を形成する工程を含んでいてもよい。
また、上述したＭＥＭＳセンサは、請求項１１記載のように、前記下部電極と前記可動電極との間の静電容量の変化を検出することにより、前記ＭＥＭＳセンサに作用した加速度を検出する加速度センサを含んでいてもよい。
【００１９】
この構成では、下部電極と可動電極とで構成されるキャパシタと、固定電極と可動電極とで構成されるキャパシタとを含む複数のキャパシタにより加速度を検出することができる。そのため、センサに作用する加速度を精度よく検出することができる。
また、上述したＭＥＭＳセンサは、請求項１２記載のように、前記可動電極を前記下部電極に近づく方向および離れる方向に駆動させ、その駆動時に前記ＭＥＭＳセンサに作用する角速度を、前記可動電極と前記固定電極との間の静電容量の変化を検出することにより検出する角速度センサを含んでいてもよい。
【００２０】
この構成では、下部電極の面積を調整することにより、可動電極に対する下部電極の面積を、可動電極に対する固定電極の面積よりも大きくすることができる。そのため、櫛歯状に噛み合う固定電極と可動電極との間に駆動電圧を印加する場合に比べて、可動電極を大きな振幅で振動させることができる。その結果、角速度の検出感度を向上させることができる。
【００２１】
また、請求項１３記載の発明は、前記下部電極は、櫛歯状の前記可動電極の全体に対向するように、当該可動電極の各櫛歯を横切る方向に沿って形成されている、請求項８または請求項８に係る請求項９〜１２のいずれか一項に記載のＭＥＭＳセンサである。
この構成では、可動電極に対して大きな面積で下部電極を対向させることができるので、下部電極−可動電極間のキャパシタ容量を増やすことができる。その結果、センサの検出精度を向上させることができる。
【００２２】
また、前記電極被覆膜は、請求項１４記載のように、ＳｉＯ２からなっていてもよい。また、前記上部電極の側壁は、請求項１５記載のように、絶縁材料からなる保護薄膜で覆われていてもよい。
また、請求項１６記載の発明は、請求項７〜１５のいずれか一項に記載のＭＥＭＳセンサと、前記ＭＥＭＳセンサを覆うように形成された樹脂パッケージとを含む、ＭＥＭＳパッケージである。
【００２３】
この構成によれば、本発明のＭＥＭＳセンサが用いられている。そのため、当該ＭＥＭＳセンサにおいて、上部電極と下部電極とのキャパシタ容量をセンサ動作に最適な大きさに制御することができ、しかも、上部電極と下部電極との短絡を防止することができる。その結果、検出精度に優れるＭＥＭＳセンサを備えるＭＥＭＳパッケージを提供することができる。
【００２４】
また、上述したＭＥＭＳパッケージは、請求項１７記載のように、前記ＭＥＭＳセンサに電気的に接続され、前記ＭＥＭＳセンサとともに同一の前記樹脂パッケージに覆われた集積回路をさらに含んでいてもよい。また、請求項１８記載のように、表面および裏面を有し、当該表面において前記ＭＥＭＳセンサを支持する基板をさらに含む場合、前記樹脂パッケージは、前記基板の前記表面を覆うように、かつ前記基板の前記裏面を露出させるように前記ＭＥＭＳセンサを封止していてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係るＭＥＭＳパッケージの模式的な斜視図である。
【図２】図１に示すＺ軸センサの模式的な断面図である。
【図３Ａ】図２に示すＺ軸センサの製造工程の一部を示す断面図であって、図２と同じ位置での切断面を示す。
【図３Ｂ】図３Ａの次の工程を示す図である。
【図３Ｃ】図３Ｂの次の工程を示す図である。
【図３Ｄ】図３Ｃの次の工程を示す図である。
【図３Ｅ】図３Ｄの次の工程を示す図である。
【図３Ｆ】図３Ｅの次の工程を示す図である。
【図３Ｇ】図３Ｆの次の工程を示す図である。
【図３Ｈ】図３Ｇの次の工程を示す図である。
【図３Ｉ】図３Ｈの次の工程を示す図である。
【図３Ｊ】図３Ｉの次の工程を示す図である。
【図３Ｋ】図３Ｊの次の工程を示す図である。
【図３Ｌ】図３Ｋの次の工程を示す図である。
【図４】図２に示すＺ軸センサを、加速度センサに利用する場合の形態を示す平面図である。
【図５】図２に示すＺ軸センサの変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
＜ＭＥＭＳパッケージの全体構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係るＭＥＭＳパッケージの模式的な斜視図である。
ＭＥＭＳパッケージ１は、たとえば、ビデオカメラやスチルカメラの手ぶれ補正、カーナビの位置検出、ロボットやゲーム機のモーション検出などの用途に用いられる。
【００２７】
ＭＥＭＳパッケージ１は、基板２と、ＭＥＭＳセンサとしての角速度センサ３と、外部端子４と、集積回路５（ＡＳＩＣ：Application Specific Integrated Circuit）と、樹脂パッケージ６とを含んでいる。
基板２は、表面および裏面を有する長方形板状に形成されている。
角速度センサ３は、基板２の表面側における長手方向一端部に配置されている。角速度センサ３は、正方形板状のＳｉ基板からなるベース基板７と、ベース基板７の中央部に設けられたセンサ部８と、ベース基板７におけるセンサ部８の側方に配置され、センサ部８に電圧を供給するための電極パッド９とを含んでいる。
【００２８】
センサ部８は、三次元空間において直交する３つの軸まわりの角速度をそれぞれ検出するセンサとして、Ｘ軸センサ１０、Ｙ軸センサ１１およびＺ軸センサ１２を有している。これら３つのセンサ１０〜１２は、たとえばＳｉ基板からなる蓋基板１３がベース基板７に接合されることにより、蓋基板１３により覆われて密閉されている。
Ｘ軸センサ１０は、Ｘ軸方向の振動Ｕｘを利用して、ＭＥＭＳパッケージ１が傾いた際にＺ軸方向にコリオリ力Ｆｚを発生させ、当該コリオリ力による静電容量の変化を検出することにより、Ｙ軸まわりに作用する角速度ωｙを検出する。また、Ｙ軸センサ１１は、Ｙ軸方向の振動Ｕｙを利用して、ＭＥＭＳパッケージ１が傾いた際にＸ軸方向にコリオリ力Ｆｘを発生させ、当該コリオリ力による静電容量の変化を検出することにより、Ｚ軸まわりに作用する角速度ωｚを検出する。また、Ｚ軸センサ１２は、Ｚ軸方向の振動Ｕｚを利用して、ＭＥＭＳパッケージ１が傾いた際にＹ軸方向にコリオリ力Ｆｙを発生させ、当該コリオリ力による静電容量の変化を検出することにより、Ｘ軸まわりに作用する角速度ωｘを検出する。
【００２９】
電極パッド９は、基板２の長手方向に直交する幅方向に沿って、互いに等しい間隔を空けて複数（図１では、７個）設けられている。
外部端子４は、基板２の長手方向他端部（角速度センサ３とは反対側の端部）において、基板２の幅方向に沿って互いに等しい間隔を空けて複数（図１では、１２個）設けられている。各外部端子４は、基板２を厚さ方向に貫通して形成されており、基板２の表面に内部パッド１４として、基板２の裏面に外部パッド１５として露出している。
【００３０】
集積回路５は、基板２の表面側において、角速度センサ３と外部端子４（内部パッド１４）との間に配置されている。集積回路５は、たとえば、基板２の幅方向に長手な長方形板状のＳｉ基板からなる。当該Ｓｉ基板の内部には、各センサ１０〜１２から出力された電気信号を増幅するチャージアンプ、当該電気信号の特定の周波数成分を取り出すフィルタ回路（ローパスフィルタ：ＬＰＦなど）、フィルタリング後の電気信号を論理演算する論理回路等が形成されている。これらの回路は、たとえば、ＣＭＯＳデバイスにより構成されている。また、集積回路５は、第１電極パッド１６と、第２電極パッド１７とを有している。
【００３１】
第１電極パッド１６は、基板２の長手方向における角速度センサ３に近い側の端部において、基板２の幅方向に沿って互いに等しい間隔を空けて複数（図１では、７個）設けられている。第１電極パッド１６は、ボンディングワイヤ１８により、角速度センサ３の電極パッド９と１対１で接続されている。
第２電極パッド１７は、基板２の長手方向における外部端子４に近い側の端部において、基板２の幅方向に沿って互いに等しい間隔を空けて複数（図１では、１２個）設けられている。第２電極パッド１７は、ボンディングワイヤ１９により、外部端子４の内部パッド１４と１対１で接続されている。
【００３２】
樹脂パッケージ６は、基板２と協働してＭＥＭＳパッケージ１の外形をなし、略直方体状に形成されている。樹脂パッケージ６は、たとえば、エポキシ樹脂など公知のモールド樹脂からなり、角速度センサ３および集積回路５とともにボンディングワイヤ１８，１９および内部パッド１４を覆い、外部パッド１５を露出させるように、角速度センサ３および集積回路５を封止している。
＜Ｚ軸センサの構成＞
次に、図２を参照して、Ｚ軸センサ１２の構成を説明する。
【００３３】
角速度センサ３は、前述のように、ベース基板７（たとえば、６２５μｍ厚）を備えている。
ベース基板７の表面２０には、ベース絶縁膜２１（たとえば、１００００Å厚）が形成されている。ベース絶縁膜２１は、ＳｉＯ２（酸化シリコン）からなる。
ベース絶縁膜２１上には、下部電極としての駆動用電極２２（たとえば、５０００Å厚）が形成されている。駆動用電極２２は、ポリシリコンからなる。
【００３４】
また、ベース絶縁膜２１上には、駆動用電極２２を被覆する電極被覆膜２３（たとえば、５０００Å厚）が形成されている。電極被覆膜２３は、ＳｉＯ２からなる。電極被覆膜２３には、駆動用電極２２の一部をパッド２４として露出させるための開口２５が形成されている。
電極被覆膜２３上には、ポリシリコン層２６（たとえば、１０μｍ厚）が形成されている。ポリシリコン層２６は、上部電極としての固定電極２７および可動電極２８と、コンタクト電極２９とを含んでいる。
【００３５】
固定電極２７は、電極被覆膜２３の表面３０に立設されたコンタクト部３１と、電極被覆膜２３の上方において、ベース基板７の表面２０に沿って櫛歯状に配列された複数の電極からなる櫛歯部３２とを含んでいる。
固定電極２７のコンタクト部３１は、電極被覆膜２３の表面３０に固定されたベース部３３（たとえば、５μｍ高）と、当該ベース部３３の頂部に一体的に連結され、櫛歯部３２と同じ厚さ（後述）を有する連結部３４とを含んでいる。
【００３６】
連結部３４は、ベース部３３の側面３５よりも外側に張り出すように形成されている。これにより、連結部３４の側面３６とベース部３３の側面３５との間には、段差Ｓ１が形成されている。
固定電極２７の櫛歯部３２は、コンタクト部３１の連結部３４と一体的に形成されており、当該連結部３４によって、電極被覆膜２３の表面３０との間に空洞３７を形成するように片持ち支持されている。つまり、櫛歯部３２は、コンタクト部３１のベース部３３の高さ分、電極被覆膜２３の表面３０から浮いた状態で支持されている。また、櫛歯部３２の厚さ（ベース部３３の頂部からポリシリコン層２６の表面までの高さ）は、たとえば、１５μｍ程度である。
【００３７】
可動電極２８は、電極被覆膜２３の表面３０に立設されたコンタクト部３８と、電極被覆膜２３の上方において、固定電極２７の櫛歯部３２の各間に１つずつ配置された複数の電極からなり、全体として固定電極２７の櫛歯部３２に噛み合う櫛歯部３９とを含んでいる。当該櫛歯部３９と、固定電極２７の櫛歯部３２との各間には、たとえば、２μｍ程度の距離（電極間距離ｄ１）が設けられている。
【００３８】
可動電極２８のコンタクト部３８は、固定電極２７のコンタクト部３１に対して、固定電極２７の櫛歯部３２の反対側に設けられている。コンタクト部３８は、電極被覆膜２３の表面３０に固定されたベース部４０（たとえば、５μｍ高）と、当該ベース部４０の頂部に一体的に連結され、櫛歯部３９と同じ厚さ（後述）を有する連結部４１とを含んでいる。
【００３９】
連結部４１は、ベース部４０の側面４２よりも外側に張り出すように形成されている。これにより、連結部４１の側面４３とベース部４０の側面４２との間には、段差Ｓ２が形成されている。
可動電極２８の櫛歯部３９は、コンタクト部３８の連結部４１と一体的に形成されており、当該連結部４１によって、固定電極２７の櫛歯部３２と同様に、電極被覆膜２３の表面３０との間に空洞３７を形成するように片持ち支持されている。つまり、櫛歯部３９は、コンタクト部３８のベース部４０の高さ分、電極被覆膜２３の表面３０から浮いた状態で支持されている。また、櫛歯部３９の厚さ（ベース部４０の頂部からポリシリコン層２６の表面までの高さ）は、たとえば、１５μｍ程度である。
【００４０】
そして、この実施形態では、駆動用電極２２は、空洞３７の直下において、櫛歯状に噛み合う固定電極２７および可動電極２８の櫛歯部３２，３９を横切るように、両端の櫛歯（図２では、コンタクト電極２９に最も近い櫛歯部３２、および固定電極２７のコンタクト部３１に最も近い櫛歯部３９）に跨って形成されている。これにより、１つの駆動用電極２２が、固定電極２７および可動電極２８の櫛歯部３２，３９全体に対向している。
【００４１】
コンタクト電極２９は、電極被覆膜２３の開口２５を介して駆動用電極２２に接続されたベース部４４（たとえば、５μｍ高）と、当該ベース部４４の頂部に一体的に連結された連結部４５とを含んでいる。
連結部４５は、ベース部４４の側面４６よりも外側に張り出すように形成されている。これにより、連結部４５の側面４７とベース部４４の側面４６との間には、段差Ｓ３が形成されている。
【００４２】
ポリシリコン層２６上には、ＳｉＯ２からなる表面保護膜４８（たとえば、３０００Å厚）が形成されている。これにより、固定電極２７および可動電極２８の櫛歯部３２，３９およびコンタクト部３１，３８（連結部３４，４１）、およびコンタクト電極２９の各表面は、表面保護膜４８により覆われている。
表面保護膜４８上には、固定電極２７のコンタクト部３１、可動電極２８のコンタクト部３８およびコンタクト電極２９に対向する部分にそれぞれ、第１検出用配線４９、第２検出用配線５０および駆動用配線５１が形成されている。各配線は、Ａｌ（アルミニウム）からなり、表面保護膜４８を貫通して、固定電極２７のコンタクト部３１、可動電極２８のコンタクト部３８およびコンタクト電極２９それぞれに接続されている。
【００４３】
上記の構造のＺ軸センサ１２では、可動電極２８の櫛歯部３９と駆動用電極２２との間に、同極性／異極性の駆動電圧が交互に与えられる。これにより、可動電極２８の櫛歯部３９と駆動用電極２２との間にクーロン斥力／クーロン引力が交互に発生する。
その結果、櫛歯状の可動電極２８が振り子であるかのように、同じく櫛歯状の固定電極２７を振動の中心として、固定電極２７に対してＺ軸方向に沿って上下に振動（振動Ｕｚ）する。
【００４４】
この状態において、可動電極２８がＸ軸を中心軸として回転すると、Ｙ軸方向にコリオリ力Ｆｙが生じることになる。このコリオリ力Ｆｙにより、互いに隣接する可動電極２８の櫛歯部３９と、固定電極２７の櫛歯部３２との対向面積および／または電極間距離ｄ１が変化する。
そして、当該対向面積および／または電極間距離ｄ１の変化に起因する可動電極２８−固定電極２７間の静電容量Ｃの変化を検出することによって、Ｘ軸まわりの角速度ωｘが検出される。
＜角速度センサの製造方法＞
次に、図３Ａ〜図３Ｌを参照して、上述した角速度センサの製造工程を工程順に説明する。なお、この項では、Ｚ軸センサの製造工程のみを図示し、Ｘ軸センサおよびＹ軸センサの製造工程は省略するが、Ｘ軸センサおよびＹ軸センサの製造工程は、Ｚ軸センサの製造工程と同様にして、Ｚ軸センサの製造工程と並行して実行される。
【００４５】
図３Ａ〜図３Ｌは、図２に示すＺ軸センサの製造工程の一部を工程順に示す模式的な断面図であって、図２と同じ位置での切断面を示す。
Ｚ軸センサ１２を製造するには、図３Ａに示すように、導電性シリコンからなるベース基板７の表面２０が熱酸化（たとえば、温度１０００℃〜１２００℃）される。これにより、ベース基板７の表面２０に、ＳｉＯ２からなるベース絶縁膜２１が形成される。次に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相成長）法により、ベース絶縁膜２１の表面全域にポリシリコンが堆積される。続いて、公知のパターニング技術により、当該ポリシリコンが選択的にパターニングされ、駆動用電極２２が形成される。
【００４６】
次に、図３Ｂに示すように、ＣＶＤ法により、ポリシリコンに対してエッチング選択比を有するＳｉＯ２からなる電極被覆膜２３が、ベース絶縁膜２１の表面全域に形成される。これにより、駆動用電極２２は、電極被覆膜２３に完全に被覆される。
ここで、ポリシリコンに対してエッチング選択比を有する材料（この段落においては、材料Ａと定義する。）とは、たとえば、或るエッチング媒体に対するポリシリコンのエッチングレートと、当該エッチング媒体に対する材料Ａのエッチングレートとの比（エッチング選択比）＝（材料Ａのエッチングレート／ポリシリコンのエッチングレート）≠１を満たす材料のことである。材料Ａは、とりわけ、エッチング選択比を０（ゼロ）近づけることができる材料（エッチング選択比≒０）であることが好ましく、具体的には、この実施形態のように、ＳｉＯ２であることが好ましい。なお、電極被覆膜２３は、ポリシリコンに対してエッチング選択比を有する他の材料（たとえば、ＳｉＮなど）であってもよい。
【００４７】
次に、図３Ｃに示すように、ＣＶＤ法により、電極被覆膜２３の表面３０全域にポリシリコン（たとえば、５０００Å厚）が堆積される。続いて、公知のパターニング技術により、当該ポリシリコンが選択的にパターニングされ、犠牲ポリシリコン層５２が形成される。
次に、図３Ｄに示すように、ＣＶＤ法により、犠牲ポリシリコン層５２の表面全域に、ＳｉＯ２からなる犠牲酸化膜５３（たとえば、５０００Å厚）が形成される。
【００４８】
次に、図３Ｅに示すように、公知のパターニング技術により、犠牲酸化膜５３がパターニングされ、犠牲酸化膜５３におけるベース部３３，４０，４４を形成すべき部分が選択的に除去されることにより、開口２５，５４，５５が形成される。これにより、駆動用電極２２の一部が、パッド２４として開口２５から露出する。
次に、犠牲酸化膜５３上に、ポリシリコンからなるシード膜が形成される。続いて、当該シード膜からポリシリコンがエピタキシャル成長される。これにより、図３Ｆに示すように、電極用ポリシリコン層としてのポリシリコン層２６（たとえば、１５μｍ厚）が形成される。
【００４９】
次に、図３Ｇに示すように、ポリシリコン層２６の表面が面一になるまで、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学機械研磨）処理される。これにより、ポリシリコン層２６の厚さが、たとえば、１５μｍ厚から１０μｍ厚となる。続いて、ＣＶＤ法により、ＳｉＯ２からなる表面保護膜４８が、ポリシリコン層２６の表面全域に形成される。続いて、公知のパターニング技術により、表面保護膜４８が選択的に除去される。これにより、表面保護膜４８にコンタクトホールが形成される。続いて、当該コンタクトホールを埋め尽くすコンタクトプラグが形成された後、スパッタ法により、表面保護膜４８上にＡｌが堆積され、そのＡｌ堆積層がパターニングされる。これにより、表面保護膜４８上に、配線４９〜５１が同時に形成される。
【００５０】
次に、図３Ｈに示すように、公知のパターニング技術により、表面保護膜４８における、固定電極２７、可動電極２８およびコンタクト電極２９を形成すべき領域以外の領域に開口が形成される。続いて、残存した表面保護膜４８をハードマスクとする異方性のディープＲＩＥにより、具体的にはボッシュプロセスにより、ポリシリコン層２６が掘り下げられる。ボッシュプロセスでは、ＳＦ６（六フッ化硫黄）を使用してポリシリコン層２６をエッチングする工程と、Ｃ４Ｆ８（パーフルオロシクロブタン）を使用してエッチング面に保護膜を形成する工程とが交互に繰り返される。これにより、高いアスペクト比でポリシリコン層２６をエッチングすることができるが、エッチング面（トレンチの内周面）にスキャロップと呼ばれる波状の凹凸が形成される。
【００５１】
これにより、ポリシリコン層２６が、固定電極２７、可動電極２８およびコンタクト電極２９の形状に成形されるとともに、それらの各部（櫛歯部３２，３９やコンタクト部３１，３８等）の間にトレンチ５６が形成される。トレンチ５６の底面には犠牲酸化膜５３の表面が露出することとなる。
次に、図３Ｉに示すように、ＣＶＤ法により、固定電極２７、可動電極２８およびコンタクト電極２９の表面全域およびトレンチ５６の内面全域（つまり、トレンチ５６を区画する側面および底面）に、ＳｉＯ２からなる保護薄膜５７が形成される。
【００５２】
次に、図３Ｊに示すように、異方性のディープＲＩＥにより、トレンチ５６の底面がさらに掘り下げられる。これにより、トレンチ５６の底面として犠牲ポリシリコン層５２が露出する。
この異方性のディープＲＩＥに引き続いて、等方性のＲＩＥにより、トレンチ５６に、反応性イオンおよびエッチングガス（たとえば、ＳＦ６ガス）が供給される。そして、その反応性イオンなどの作用により、図３Ｋに示すように、犠牲ポリシリコン層５２が、各トレンチ５６の底部を起点にベース基板７の厚さ方向にエッチングされつつ、ベース基板７の表面に平行な方向にエッチングされる。これにより、互いに隣接する全てのトレンチ５６の底部が一体化して、空洞３７が形成されるとともに、空洞３７の直上において、固定電極２７（櫛歯部３２）および可動電極２８（櫛歯部３９）が浮いた状態となる。
【００５３】
次に、図３Ｌに示すように、トレンチ５６に、エッチングガス（たとえば、ＨＦ（フッ酸）ガス）が供給される。このＨＦガスの作用により、ＳｉＯ２からなる保護薄膜５７および犠牲酸化膜５３が除去される。
以上の工程を経て、図２に示すＺ軸センサ１２が得られる。
以上の方法によれば、Ｚ軸センサ１２における角速度検出を行うための固定電極２７および可動電極２８は、ベース基板７上に駆動用電極２２を形成した（図３Ａの工程）後、当該ベース基板７上にポリシリコン層２６を用いて形成される。そのため、固定電極２７および可動電極２８の形成前に、固定電極２７および可動電極２８の直下に駆動用電極２２を簡単に形成することができる。
【００５４】
さらに、Ｚ軸センサ１２の製造過程においては、駆動用電極２２とポリシリコン層２６との間に、犠牲ポリシリコン層５２および犠牲酸化膜５３が形成され（図３Ｃおよび図３Ｄの工程）る。これらの犠牲層５２，５３は、ポリシリコン層２６を固定電極２７および可動電極２８に成形した後に除去される（図３Ｋおよび図３Ｌの工程）。そのため、固定電極２７（櫛歯部３２）および可動電極２８（櫛歯部３９）と駆動用電極２２との間に、空洞３７を簡単に形成することができる。これにより、固定電極２７（櫛歯部３２）および可動電極２８（櫛歯部３９）と駆動用電極２２とが、空洞３７を隔てて上下に対向したキャパシタを有するＺ軸センサ１２を製造することができる。
【００５５】
そのため、図３Ａに示す工程において、駆動用電極２２の面積を適当な大きさに調整することにより、可動電極２８（櫛歯部３９）と駆動用電極２２とのキャパシタ容量を、センサ動作に最適な大きさに制御することができる。
具体的には、駆動用電極２２を、固定電極２７および可動電極２８の櫛歯部３２，３９を横切るように、両端の櫛歯に跨って形成する。これにより、可動電極２８（櫛歯部３９）に対する駆動用電極２２の面積を、可動電極２８（櫛歯部３９）に対する固定電極２７（櫛歯部３２）の対向面積よりも大きくすることができる。そのため、櫛歯状に噛み合う固定電極２７と可動電極２８との間に駆動電圧を印加する場合に比べて、可動電極２８を大きな振幅で振動させることができる。その結果、角速度の検出感度を向上させることができる。
【００５６】
しかも、犠牲ポリシリコン層５２および犠牲酸化膜５３の除去により空洞３７が形成された後でも、駆動用電極２２が、電極被覆膜２３に覆われている。そのため、大きな振動により可動電極２８が駆動用電極２２に接近しても、可動電極２８（櫛歯部３９）と駆動用電極２２との接触を防止することができる。その結果、可動電極２８（櫛歯部３９）と駆動用電極２２との短絡を防止することができる。よって、センサの動作不良を減らすことができる。
【００５７】
これらの結果、ＭＥＭＳパッケージ１によれば、Ｚ軸センサ１２の検出精度を向上させることができる。
ところで、製造後のＺ軸センサ１２において、固定電極２７および可動電極２８の側壁に保護薄膜５７が残存していると、保護薄膜５７がない本実施形態の場合に比べて、固定電極２７および可動電極２８が帯電しやすい。そのため、たとえば、固定電極２７および可動電極２８との間に電圧Ｘ（Ｖ）が印加されるとき、帯電により生じた固定電極２７−可動電極２８間の電位差を、固定電極２７および可動電極２８との間に印加された電圧であるとＺ軸センサ１２が誤認識する、いわゆるメモリ効果を生じるおそれがある。その結果、固定電極２７−可動電極２８間に電圧Ｘ（Ｖ）に満たない電圧が印加され、設計通りの検出性能を発揮できない場合がある。
【００５８】
そこで、この実施形態のＺ軸センサ１２では、空洞３７の形成後、保護薄膜５７を除去することにより（図３Ｌの工程）、固定電極２７および可動電極２８の側壁を露出させている。そのため、上述したメモリ効果の発生を減らすことができる。その結果、固定電極２７−可動電極２８間に必要十分な電圧を印加することができ、設計通りの検出性能を確実に発揮することができる。
【００５９】
また、Ｚ軸センサ１２では、固定電極２７および可動電極２８を形成するポリシリコン層２６の一部を利用して、コンタクト電極２９が固定電極２７および可動電極２８と同一層に形成されている。そのため、固定電極２７、可動電極２８および駆動用電極２２に対するコンタクトを全て、同一層（ポリシリコン層２６）上に形成された配線４９〜５１に集約することができる。その結果、これらの配線４９〜５１を同じ工程で形成することができるので、製造工程の数を減らすことができる。よって、コストを低減することができる。
【００６０】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することもできる。
たとえば、ＭＥＭＳパッケージ１は、角速度センサ３に代えて、または角速度センサ３とともに加速度センサを備えていてもよい。当該加速度センサは、たとえば、駆動用電極２２と可動電極２８との間に形成されるキャパシタを、加速度検出用のキャパシタとすることにより作製することができる。
【００６１】
たとえば、図４に示すように、Ｚ軸方向に作用する加速度を検出するＺ軸加速度センサ６０では、固定電極２７（櫛歯部３２）と可動電極２８（櫛歯部３９）とにより構成されるキャパシタに加えて、Ｚ軸方向に沿って空洞３７および電極被覆膜２３（電極間間隔ｄ２）を隔てて対向する可動電極２８（櫛歯部３９）と第２固定電極６１とにより構成されるキャパシタをセンサ動作に利用することができる。これにより、センサの加速度検出動作に関与するキャパシタを増やすことができるので、ＭＥＭＳパッケージ１に作用する加速度を精度よく検出することができる。
【００６２】
また、前述の実施形態では、図３Ｌの工程において、保護薄膜５７および犠牲酸化膜５３を除去したが、図３Ｌの工程を省略することにより、図５に示すように、保護薄膜５７および犠牲酸化膜５３を残存させてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１ ＭＥＭＳパッケージ
２ 基板
３ 角速度センサ
５ 集積回路
６ 樹脂パッケージ
７ ベース基板
１２ Ｚ軸センサ
２２ 駆動用電極
２３ 電極被覆膜
２５ 開口
２６ ポリシリコン層
２７ 固定電極
２８ 可動電極
２９ コンタクト電極
３２ （固定電極の）櫛歯部
３７ 空洞
３９ （可動電極の）櫛歯部
５１ 駆動用配線
５２ 犠牲ポリシリコン層
５３ 犠牲酸化膜
５７ 保護薄膜
６０ Ｚ軸加速度センサ
６１ 第２固定電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に選択的に下部電極を形成する工程と、
前記半導体基板上に、前記下部電極を被覆するように、ポリシリコンに対してエッチング選択比を有する材料からなる電極被覆膜を積層する工程と、
前記電極被覆膜上に、選択的に犠牲ポリシリコン層を形成する工程と、
前記電極被覆膜上に、前記犠牲ポリシリコン層を被覆するように犠牲酸化膜を積層する工程と、
前記犠牲酸化膜上に、電極用ポリシリコン層を形成する工程と、
前記電極用ポリシリコン層を選択的にエッチングすることにより、上部電極に形成する工程と、
前記上部電極の側壁を覆うように、ポリシリコンに対してエッチング選択比を有する保護膜を形成する工程と、
前記犠牲酸化膜の一部を除去して、前記犠牲ポリシリコン層を露出させる工程と、
露出した前記犠牲ポリシリコン層を除去することにより、前記上部電極の直下に空洞を形成する工程とを含む、ＭＥＭＳセンサの製造方法。
【請求項２】
前記上部電極を形成する工程が、前記電極用ポリシリコン層を、互いに間隔を空けて噛み合う櫛歯状の固定電極および可動電極に成形する工程を含む、請求項１に記載のＭＥＭＳセンサの製造方法。
【請求項３】
前記犠牲ポリシリコン層の除去後、前記保護膜を前記固定電極および前記可動電極の側壁から除去する工程をさらに含む、請求項２に記載のＭＥＭＳセンサの製造方法。
【請求項４】
前記電極用ポリシリコン層の形成に先立って、前記電極被覆膜を貫通して前記下部電極を選択的に露出させる開口を形成する工程をさらに含み、
前記電極用ポリシリコン層を形成する工程は、前記犠牲酸化膜上に前記電極用ポリシリコン層を形成すると同時に、前記電極用ポリシリコン層の一部を前記電極被覆膜の前記開口に入り込ませて前記下部電極に接触させる工程を含み、
前記上部電極を形成する工程は、前記上部電極から分離され、前記下部電極に接触したコンタクト電極を形成する工程を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のＭＥＭＳセンサの製造方法。
【請求項５】
前記コンタクト電極上に配線を形成する工程をさらに含む、請求項４に記載のＭＥＭＳセンサの製造方法。
【請求項６】
前記コンタクト電極上に配線を形成する工程は、前記上部電極上にも同時に配線を形成する工程を含む、請求項５に記載のＭＥＭＳセンサの製造方法。
【請求項７】
半導体基板と、
前記半導体基板上に選択的に形成された下部電極と、
絶縁材料からなり、前記下部電極を被覆するように前記半導体基板上に形成された電極被覆膜と、
前記電極被覆膜の上方に間隔を隔てて形成され、当該電極被覆膜を介して前記下部電極と対向する上部電極とを有するポリシリコン層とを含む、ＭＥＭＳセンサ。
【請求項８】
前記上部電極が、互いに間隔を空けて噛み合う櫛歯状の固定電極および可動電極を含む、請求項７に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項９】
前記ポリシリコン層は、前記電極被覆膜を貫通して前記下部電極に接触するコンタクト電極をさらに有する、請求項７または８に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項１０】
前記コンタクト電極上に形成された配線をさらに含む、請求項９に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項１１】
前記下部電極と前記可動電極との間の静電容量の変化を検出することにより、前記ＭＥＭＳセンサに作用した加速度を検出する加速度センサを含む、請求項８または請求項８に係る請求項９もしくは１０に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項１２】
前記可動電極を前記下部電極に近づく方向および離れる方向に駆動させ、その駆動時に前記ＭＥＭＳセンサに作用する角速度を、前記可動電極と前記固定電極との間の静電容量の変化を検出することにより検出する角速度センサを含む、請求項８または請求項８に係る請求項９〜１１のいずれか一項に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項１３】
前記下部電極は、櫛歯状の前記可動電極の全体に対向するように、当該可動電極の各櫛歯を横切る方向に沿って形成されている、請求項８または請求項８に係る請求項９〜１２のいずれか一項に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項１４】
前記電極被覆膜が、ＳｉＯ２からなる、請求項７〜１３のいずれか一項に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項１５】
絶縁材料からなり、前記上部電極の側壁を覆う保護薄膜をさらに含む、請求項７〜１４のいずれか一項に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項１６】
請求項７〜１５のいずれか一項に記載のＭＥＭＳセンサと、
前記ＭＥＭＳセンサを覆うように形成された樹脂パッケージとを含む、ＭＥＭＳパッケージ。
【請求項１７】
前記ＭＥＭＳセンサに電気的に接続され、前記ＭＥＭＳセンサとともに同一の前記樹脂パッケージに覆われた集積回路をさらに含む、請求項１６に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項１８】
表面および裏面を有し、当該表面において前記ＭＥＭＳセンサを支持する基板をさらに含み、
前記樹脂パッケージは、前記基板の前記表面を覆うように、かつ前記基板の前記裏面を露出させるように前記ＭＥＭＳセンサを封止している、請求項１６または１７に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項１】
半導体基板上に選択的に下部電極を形成する工程と、
前記半導体基板上に、前記下部電極を被覆するように、ポリシリコンに対してエッチング選択比を有する材料からなる電極被覆膜を積層する工程と、
前記電極被覆膜上に、選択的に犠牲ポリシリコン層を形成する工程と、
前記電極被覆膜上に、前記犠牲ポリシリコン層を被覆するように犠牲酸化膜を積層する工程と、
前記犠牲酸化膜上に、電極用ポリシリコン層を形成する工程と、
前記電極用ポリシリコン層を選択的にエッチングすることにより、上部電極に形成する工程と、
前記上部電極の側壁を覆うように、ポリシリコンに対してエッチング選択比を有する保護膜を形成する工程と、
前記犠牲酸化膜の一部を除去して、前記犠牲ポリシリコン層を露出させる工程と、
露出した前記犠牲ポリシリコン層を除去することにより、前記上部電極の直下に空洞を形成する工程とを含む、ＭＥＭＳセンサの製造方法。
【請求項２】
前記上部電極を形成する工程が、前記電極用ポリシリコン層を、互いに間隔を空けて噛み合う櫛歯状の固定電極および可動電極に成形する工程を含む、請求項１に記載のＭＥＭＳセンサの製造方法。
【請求項３】
前記犠牲ポリシリコン層の除去後、前記保護膜を前記固定電極および前記可動電極の側壁から除去する工程をさらに含む、請求項２に記載のＭＥＭＳセンサの製造方法。
【請求項４】
前記電極用ポリシリコン層の形成に先立って、前記電極被覆膜を貫通して前記下部電極を選択的に露出させる開口を形成する工程をさらに含み、
前記電極用ポリシリコン層を形成する工程は、前記犠牲酸化膜上に前記電極用ポリシリコン層を形成すると同時に、前記電極用ポリシリコン層の一部を前記電極被覆膜の前記開口に入り込ませて前記下部電極に接触させる工程を含み、
前記上部電極を形成する工程は、前記上部電極から分離され、前記下部電極に接触したコンタクト電極を形成する工程を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のＭＥＭＳセンサの製造方法。
【請求項５】
前記コンタクト電極上に配線を形成する工程をさらに含む、請求項４に記載のＭＥＭＳセンサの製造方法。
【請求項６】
前記コンタクト電極上に配線を形成する工程は、前記上部電極上にも同時に配線を形成する工程を含む、請求項５に記載のＭＥＭＳセンサの製造方法。
【請求項７】
半導体基板と、
前記半導体基板上に選択的に形成された下部電極と、
絶縁材料からなり、前記下部電極を被覆するように前記半導体基板上に形成された電極被覆膜と、
前記電極被覆膜の上方に間隔を隔てて形成され、当該電極被覆膜を介して前記下部電極と対向する上部電極とを有するポリシリコン層とを含む、ＭＥＭＳセンサ。
【請求項８】
前記上部電極が、互いに間隔を空けて噛み合う櫛歯状の固定電極および可動電極を含む、請求項７に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項９】
前記ポリシリコン層は、前記電極被覆膜を貫通して前記下部電極に接触するコンタクト電極をさらに有する、請求項７または８に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項１０】
前記コンタクト電極上に形成された配線をさらに含む、請求項９に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項１１】
前記下部電極と前記可動電極との間の静電容量の変化を検出することにより、前記ＭＥＭＳセンサに作用した加速度を検出する加速度センサを含む、請求項８または請求項８に係る請求項９もしくは１０に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項１２】
前記可動電極を前記下部電極に近づく方向および離れる方向に駆動させ、その駆動時に前記ＭＥＭＳセンサに作用する角速度を、前記可動電極と前記固定電極との間の静電容量の変化を検出することにより検出する角速度センサを含む、請求項８または請求項８に係る請求項９〜１１のいずれか一項に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項１３】
前記下部電極は、櫛歯状の前記可動電極の全体に対向するように、当該可動電極の各櫛歯を横切る方向に沿って形成されている、請求項８または請求項８に係る請求項９〜１２のいずれか一項に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項１４】
前記電極被覆膜が、ＳｉＯ２からなる、請求項７〜１３のいずれか一項に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項１５】
絶縁材料からなり、前記上部電極の側壁を覆う保護薄膜をさらに含む、請求項７〜１４のいずれか一項に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項１６】
請求項７〜１５のいずれか一項に記載のＭＥＭＳセンサと、
前記ＭＥＭＳセンサを覆うように形成された樹脂パッケージとを含む、ＭＥＭＳパッケージ。
【請求項１７】
前記ＭＥＭＳセンサに電気的に接続され、前記ＭＥＭＳセンサとともに同一の前記樹脂パッケージに覆われた集積回路をさらに含む、請求項１６に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項１８】
表面および裏面を有し、当該表面において前記ＭＥＭＳセンサを支持する基板をさらに含み、
前記樹脂パッケージは、前記基板の前記表面を覆うように、かつ前記基板の前記裏面を露出させるように前記ＭＥＭＳセンサを封止している、請求項１６または１７に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図３Ｆ】
【図３Ｇ】
【図３Ｈ】
【図３Ｉ】
【図３Ｊ】
【図３Ｋ】
【図３Ｌ】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図３Ｆ】
【図３Ｇ】
【図３Ｈ】
【図３Ｉ】
【図３Ｊ】
【図３Ｋ】
【図３Ｌ】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１２７６９１（Ｐ２０１２−１２７６９１Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７７２１３（Ｐ２０１０−２７７２１３）
【出願日】平成２２年１２月１３日（２０１０．１２．１３）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１３日（２０１０．１２．１３）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
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