JP2010171422A - Memsセンサおよびmemsセンサの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】耐衝撃性能が高く薄いMEMSセンサを提供する。
【解決手段】枠形の支持部Sの内側に位置する錘部Mと、支持部と錘部に連結され錘部の運動に伴って変形する可撓部Fと、前記錘部の運動範囲を制限するストッパ部とを備えるMEMSセンサの製造方法であって、SOIウエハのベース層をエッチングし、ベース層を前記支持部と錘部とに分断する溝Tを形成する工程と、該溝の内外にかかる位置において前記SOI層を貫通し、かつ前記溝の外側において上昇ストッパ部30aが形成されるように、SOIウエハのSOI層および絶縁層をエッチングする工程と、前記上昇ストッパ部内にストッパ層を形成する工程と、前記ストッパ層と錘部との間に空隙G2が形成されるとともに、それにより前記錘部の運動範囲を制限する上昇ストッパ部としての機能が前記ストッパ層に顕在化するように前記絶縁層を等方性エッチングする工程とを含む。
【選択図】図1
【解決手段】枠形の支持部Sの内側に位置する錘部Mと、支持部と錘部に連結され錘部の運動に伴って変形する可撓部Fと、前記錘部の運動範囲を制限するストッパ部とを備えるMEMSセンサの製造方法であって、SOIウエハのベース層をエッチングし、ベース層を前記支持部と錘部とに分断する溝Tを形成する工程と、該溝の内外にかかる位置において前記SOI層を貫通し、かつ前記溝の外側において上昇ストッパ部30aが形成されるように、SOIウエハのSOI層および絶縁層をエッチングする工程と、前記上昇ストッパ部内にストッパ層を形成する工程と、前記ストッパ層と錘部との間に空隙G2が形成されるとともに、それにより前記錘部の運動範囲を制限する上昇ストッパ部としての機能が前記ストッパ層に顕在化するように前記絶縁層を等方性エッチングする工程とを含む。
【選択図】図1
Description
本発明はMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)センサおよびMEMSセンサの製造方法に関する。
従来、錘部が連結された可撓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、振動センサなどのMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)センサが知られている(特許文献1〜11参照)。特許文献1〜4には梁部と錘部とが空隙を間に挟んで対向するMEMSセンサが記載されている。特許文献1〜4に記載された構造を採用すると、梁部と錘部とを空隙を間に挟んで対向させない構造を採用する場合に比べて梁部の剛性を高めずに感度を維持しつつMEMSセンサを小型化することができる。特許文献5〜11には錘部の運動範囲を制限するとともに可撓部の変形量を制限することで耐衝撃性能を高めたMEMSセンサが記載されている。
しかし、特許文献5〜10に記載されているように積層構造体であるダイと対向する板状の部品によって錘部の運動範囲を制限するとともに可撓部の変形量を制限する構造では、パッケージが厚くなるという問題がある。
また特許文献11に記載されているようにダイを構成している薄い単結晶シリコン層の一部によって錘部の運動範囲を制限するとともに可撓部の変形量を制限する構造では、パッケージを薄くできるものの、靱性が低い薄い単結晶シリコン層のストッパとして機能する部分が損傷しやすいという問題がある。また特許文献11に記載されているように錘部を構成している厚い層によって薄い単結晶シリコン層のストッパとして機能する部分を補強する構造では、錘部を構成している厚い層を薄い単結晶シリコン層を補強する部分に割り当てる分だけ錘部が小さくなるとともに感度が低下するという問題がある。
本発明は耐衝撃性能が高く薄いMEMSセンサを提供することを目的とする。
(1)上記目的を達成するためのMEMSセンサの製造方法は、枠形の支持部と、前記支持部の内側に位置する錘部と、前記支持部に結合し前記錘部に連結され前記錘部の運動に伴って変形する梁形の可撓部と、前記錘部の運動範囲を制限するストッパ部とを備えるMEMSセンサの製造方法であって、ベース層と、単結晶シリコンからなり前記ベース層より薄いSOI(Silicon On Insulator)層と、前記ベース層と前記SOI層との間にある絶縁層とからなるSOIウエハの前記ベース層に環状の溝が形成されるとともに前記溝から外側の前記支持部となる部分と前記溝から内側の前記錘部となる部分とに前記ベース層が分断されるように、前記ベース層をエッチングする工程と、前記溝より内側から前記溝より外側までにかかる位置において前記SOI層を貫通するとともに前記溝より外側において前記絶縁層を貫通する凹部である上昇ストッパモールド部が形成されるように、前記SOI層および前記絶縁層をエッチングする工程と、前記上昇ストッパモールド部内に単結晶シリコンよりも靱性が高いストッパ層を形成する工程と、前記支持部と前記可撓部とに連続する前記SOI層のパターンが形成されるように前記SOI層をエッチングする工程と、前記上昇ストッパモールド部内に形成された前記ストッパ層と前記錘部との間に空隙が形成されるとともに、前記空隙が形成されることによって、前記支持部に結合され前記錘部に接触して前記錘部から前記可撓部に向かう方向において前記錘部の運動範囲を制限する上昇ストッパ部としての機能が前記上昇ストッパモールド部内に形成された前記ストッパ層に顕在化するように前記絶縁層を等方性エッチングする工程と、を含む。
本発明によると、SOI層および絶縁層を貫通する凹部である上昇ストッパモールド部をエッチングにより形成し、上昇ストッパモールド部内に単結晶シリコン層よりも靱性が高いストッパ層を形成した後に、ストッパ層と錘部との間に空隙を形成することによって錘部から可撓部に向かう方向において錘部の運動範囲を制限する上昇ストッパ部としての機能をストッパ層に顕在化する。したがって、錘部の運動範囲を制限しない場合に比べて耐衝撃性能が高くなり、錘部の運動範囲を単結晶シリコンからなる部分で制限する場合に比べても耐衝撃性能が高くなる。また可撓部となる単結晶シリコン層に埋め込まれたストッパ層によって錘部の運動範囲を制限するため、積層構造体であるダイと対向する板状の部品によって錘部の運動範囲を制限する場合に比べて薄いMEMSセンサを製造することができる。
(2)上記目的を達成するためのMEMSセンサの製造方法において、前記SOI層および前記絶縁層をエッチングする工程において、前記溝より内側から前記溝より外側までにかかる位置において前記SOI層を貫通するとともに前記溝より外側において前記絶縁層を貫通する環状の前記上昇ストッパモールド部と、前記上昇ストッパモールド部より内側に位置し前記SOI層と前記絶縁層とを貫通する凹部である連結モールド部とを同時に形成し、前記ストッパ層を形成する工程において、前記連結モールド部内と前記上昇ストッパモールド部内とに前記絶縁層とは異質の前記ストッパ層を同時に形成し、前記絶縁層を等方性エッチングする工程において、前記上昇ストッパモールド部内と前記連結モールド部内とに形成された前記ストッパ層をエッチングストッパとして用いて前記絶縁層を等方性エッチングすることによって、前記錘部と前記可撓部との間に空隙を形成するとともに前記錘部と前記可撓部とを連結する連結部としての機能を前記連結モールド部内に形成された前記ストッパ層に顕在化してもよい。
本発明によると、SOIウエハの絶縁層を等方性エッチングすることによって可撓部と錘部との間の空隙と上昇ストッパモールド部と錘部との間の空隙を形成する。したがって、可撓部と錘部とが空隙を挟んで対向する感度の高いMEMSセンサを製造できる。また本発明によると、ストッパ層を絶縁層とは異質に形成し、上昇ストッパ部と連結部となるストッパ層自体をエッチングストッパとして用いて絶縁層をエッチングするため、錘部と可撓部との間の空隙と錘部と上昇ストッパモールド部との間の空隙を正確な寸法に形成することができる。したがってMEMSセンサの特性のばらつきを低減することができる。
本発明によると、SOIウエハの絶縁層を等方性エッチングすることによって可撓部と錘部との間の空隙と上昇ストッパモールド部と錘部との間の空隙を形成する。したがって、可撓部と錘部とが空隙を挟んで対向する感度の高いMEMSセンサを製造できる。また本発明によると、ストッパ層を絶縁層とは異質に形成し、上昇ストッパ部と連結部となるストッパ層自体をエッチングストッパとして用いて絶縁層をエッチングするため、錘部と可撓部との間の空隙と錘部と上昇ストッパモールド部との間の空隙を正確な寸法に形成することができる。したがってMEMSセンサの特性のばらつきを低減することができる。
(3)上記目的を達成するためのMEMSセンサの製造方法において、前記ストッパ層の表面に前記ストッパ層と異質のコア層を積層することによって前記上昇ストッパモールド部と前記連結モールド部とを埋める工程をさらに含んでもよい。
本発明によると上昇ストッパ部と連結部とを複層構造にすることによって、応力、製造コスト、強度等のバランスを最適化することができる。
本発明によると上昇ストッパ部と連結部とを複層構造にすることによって、応力、製造コスト、強度等のバランスを最適化することができる。
(4)上記目的を達成するためのMEMSセンサの製造方法は、枠形の支持部と、前記支持部の内側に位置する錘部と、前記支持部に結合し前記錘部に連結され前記錘部の運動に伴って変形する梁形の可撓部と、前記錘部の運動範囲を制限するストッパ部とを備えるMEMSセンサの製造方法であって、ベース層と、単結晶シリコンからなり前記ベース層より薄いSOI層と、前記ベース層と前記SOI層との間にある絶縁層とからなるSOIウエハの前記ベース層に環状の溝が形成されるとともに前記溝から外側の前記支持部となる部分と前記溝から内側の前記錘部となる部分とに前記ベース層が分断されるように、前記ベース層をエッチングする工程と、前記溝より内側から前記溝より外側までにかかる位置において前記SOI層を貫通するとともに前記溝より内側において前記絶縁層を貫通する凹部である下降ストッパモールド部が形成されるように、前記SOI層および前記絶縁層をエッチングする工程と、前記下降ストッパモールド部内に単結晶シリコンよりも靱性が高いストッパ層を形成する工程と、前記支持部と前記可撓部とに連続する前記SOI層のパターンが形成されるように前記SOI層をエッチングする工程と、前記下降ストッパモールド部内に形成された前記ストッパ層と前記支持部との間に空隙が形成されるとともに、前記空隙が形成されることによって、前記錘部とともに運動し前記支持部に接触して前記可撓部から前記錘部に向かう方向において前記錘部の運動範囲を制限する下降ストッパ部としての機能が前記下降ストッパモールド部内に形成された前記ストッパ層に顕在化するように前記絶縁層を等方性エッチングする工程と、を含む。
本発明によると、SOI層および絶縁層を貫通する凹部である下降ストッパモールド部をエッチングにより形成し、下降ストッパモールド部内に単結晶シリコン層よりも靱性が高いストッパ層を形成した後に、ストッパ層と支持部との間に空隙を形成することによって可撓部から錘部に向かう方向において錘部の運動範囲を制限する下降ストッパ部としての機能をストッパ層に顕在化する。したがって、錘部の運動範囲を制限しない場合に比べて耐衝撃性能が高くなり、錘部の運動範囲を単結晶シリコンからなる部分で制限する場合に比べても耐衝撃性能が高くなる。また可撓部となる単結晶シリコン層に埋め込まれたストッパ層によって錘部の運動範囲を制限するため、積層構造体であるダイと対向する板状の部品によって錘部の運動範囲を制限する場合に比べて薄いMEMSセンサを製造することができる。
(5)上記目的を達成するためのMEMSセンサの製造方法において、前記SOI層および前記絶縁層をエッチングする工程において、前記溝より内側から前記溝より外側までにかかる位置において前記SOI層を貫通するとともに前記溝より外側において前記絶縁層を貫通する環状の上昇ストッパモールド部と、前記上昇ストッパモールド部より内側に位置し前記SOI層と前記絶縁層とを貫通する凹部である連結モールド部と、前記溝より内側から前記溝より外側までにかかる位置において前記SOI層を貫通するとともに前記溝より内側において前記絶縁層を貫通する凹部である前記下降ストッパモールド部とを同時に形成し、前記ストッパ層を形成する工程において、前記連結モールド部内と前記上昇ストッパモールド部内と前記下降ストッパモールド部内とに前記絶縁層とは異質の前記ストッパ層を同時に形成し、前記絶縁層を等方性エッチングする工程において、前記連結モールド部内と前記上昇ストッパモールド部内と前記下降ストッパモールド部内とに形成された前記ストッパ層をエッチングストッパとして用いて前記絶縁層を等方性エッチングすることによって、前記錘部と前記可撓部との間に空隙を形成するとともに前記錘部と前記可撓部とを連結する連結部としての機能を前記連結モールド部内に形成された前記ストッパ層に顕在化してもよい。
本発明によると、SOIウエハの絶縁層を等方性エッチングすることによって可撓部と錘部との間に空隙を形成する。したがって、可撓部と錘部とが空隙を挟んで対向するMEMSセンサを製造できる。また本発明によると、ストッパ層を絶縁層とは異質に形成し、上昇ストッパ部と下降ストッパ部と連結部となるストッパ層自体をエッチングストッパとして用いて絶縁層をエッチングするため、錘部と可撓部との間の空隙と錘部と上昇ストッパ部との間の空隙と錘部と下降ストッパ部との間の空隙を正確な寸法に形成することができる。したがってMEMSセンサの特性のばらつきを低減することができる。
本発明によると、SOIウエハの絶縁層を等方性エッチングすることによって可撓部と錘部との間に空隙を形成する。したがって、可撓部と錘部とが空隙を挟んで対向するMEMSセンサを製造できる。また本発明によると、ストッパ層を絶縁層とは異質に形成し、上昇ストッパ部と下降ストッパ部と連結部となるストッパ層自体をエッチングストッパとして用いて絶縁層をエッチングするため、錘部と可撓部との間の空隙と錘部と上昇ストッパ部との間の空隙と錘部と下降ストッパ部との間の空隙を正確な寸法に形成することができる。したがってMEMSセンサの特性のばらつきを低減することができる。
(6)上記目的を達成するためのMEMSセンサは、枠形の支持部と、前記支持部の内側に位置する錘部と、前記支持部に結合し前記錘部に連結され前記錘部の運動に伴って変形する梁形の可撓部と、前記支持部と結合し空隙を挟んで前記錘部と対向し前記錘部と接触することによって前記錘部より前記可撓部側において前記錘部の運動範囲を制限する上昇ストッパ部と、を備え、前記可撓部は単結晶シリコン層を含み、前記上昇ストッパ部は単結晶シリコンよりも靱性が高く前記単結晶シリコン層を貫通し前記錘部と対向しているストッパ層を含む。
本発明によると、単結晶シリコンよりも靱性が高いストッパ層を含む上昇ストッパ部によって錘部から可撓部に向かう方向において錘部の運動範囲を制限するため、錘部の運動範囲を制限しない場合に比べて耐衝撃性能が高くなり、錘部の運動範囲を単結晶シリコンからなる部分で制限する場合に比べても耐衝撃性能が高くなる。また可撓部を構成する単結晶シリコン層に埋め込まれたストッパ層によって錘部の運動範囲を制限するため、積層構造体であるダイと対向する板状の部品によって錘部の運動範囲を制限する場合に比べて薄いMEMSセンサを実現できる。
(7)上記目的を達成するためのMEMSセンサにおいて、前記上昇ストッパ部の前記錘部と対向する領域に通孔が形成されていてもよい。
本発明によると、錘部と上昇ストッパ部とを広範囲にわたって対向させたとしても、上昇ストッパ部の錘部と対向する領域に通孔が形成されているため、上昇ストッパ部と錘部との間に等方性エッチングよって空隙を形成する製造工程において、スループットが高まるとともに残渣による不良品発生を防止できる。
本発明によると、錘部と上昇ストッパ部とを広範囲にわたって対向させたとしても、上昇ストッパ部の錘部と対向する領域に通孔が形成されているため、上昇ストッパ部と錘部との間に等方性エッチングよって空隙を形成する製造工程において、スループットが高まるとともに残渣による不良品発生を防止できる。
(8)上記目的を達成するためのMEMSセンサは、枠形の支持部と、前記支持部の内側に位置する錘部と、前記支持部に結合し前記錘部に連結され前記錘部の運動に伴って変形する梁形の可撓部と、前記錘部と結合し空隙を挟んで前記支持部と対向し前記支持部と接触することによって前記可撓部から前記錘部に向かう方向において前記錘部の運動範囲を制限する下降ストッパ部と、を備え、前記可撓部は単結晶シリコン層を含み、前記下降ストッパ部は単結晶シリコンよりも靱性が高く前記単結晶シリコン層を貫通し前記支持部と対向しているストッパ層を含む。
本発明によると、単結晶シリコンよりも靱性が高いストッパ層を含む下降ストッパ部によって可撓部から錘部に向かう方向において錘部の運動範囲を制限するため、錘部の運動範囲を制限しない場合に比べて耐衝撃性能が高くなり、錘部の運動範囲を単結晶シリコンからなる部分で制限する場合に比べても耐衝撃性能が高くなる。また可撓部を構成する単結晶シリコン層に埋め込まれたストッパ層によって錘部の運動範囲を制限するため、積層構造体であるダイと対向する板状の部品によって錘部の運動範囲を制限する場合に比べて薄いMEMSセンサを実現できる。
(9)上記目的を達成するためのMEMSセンサにおいて、前記錘部と前記可撓部とに結合し前記錘部と前記可撓部とを連結している連結部を備え、前記連結部の表面は酸化シリコンとは異質の前記ストッパ層によって構成されていてもよい。
この構成を採用する場合、連結部自体をエッチングストッパとして用いつつ酸化シリコンのエッチングによって錘部と可撓部との間に空隙を形成できるため、錘部と可撓部との間の空隙を正確な寸法に形成することができる。したがってMEMSセンサの特性のばらつきを低減することができる。
この構成を採用する場合、連結部自体をエッチングストッパとして用いつつ酸化シリコンのエッチングによって錘部と可撓部との間に空隙を形成できるため、錘部と可撓部との間の空隙を正確な寸法に形成することができる。したがってMEMSセンサの特性のばらつきを低減することができる。
(10)上記目的を達成するためのMEMSセンサにおいて、前記上昇ストッパ部は前記ストッパ層を含む複層構造であってもよい。
本発明によると上昇ストッパ部を複層構造にすることによって、応力、製造コスト、強度等のバランスを最適化することができる。
本発明によると上昇ストッパ部を複層構造にすることによって、応力、製造コスト、強度等のバランスを最適化することができる。
尚、請求項に記載された動作の順序は、技術的な阻害要因がない限りにおいて記載順に限定されず、同時に実行されても良いし、記載順の逆順に実行されても良いし、連続した順序で実行されなくても良い。
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センサの第一実施形態である加速度センサを図1および図2に示す。図1B、図1Cは加速度センサ1のセンサダイ1Aを示す断面図であってそれぞれ図1Aに示すBB線、CC線の断面図である。図1B、図1Cおよび図2において、センサダイ1Aを構成する層の界面は破線で示し、センサダイ1Aを構成する機能要素の境界は実線で示している。
1.第一実施形態
(構成)
本発明のMEMSセンサの第一実施形態である加速度センサを図1および図2に示す。図1B、図1Cは加速度センサ1のセンサダイ1Aを示す断面図であってそれぞれ図1Aに示すBB線、CC線の断面図である。図1B、図1Cおよび図2において、センサダイ1Aを構成する層の界面は破線で示し、センサダイ1Aを構成する機能要素の境界は実線で示している。
加速度センサ1は互いに直交する3軸の加速度成分を検出するためのMEMSセンサである。加速度センサ1は、図2に示すパッケージ1Bと、パッケージ1Bに収容されたセンサダイ1Aとを備える。
センサダイ1Aは、ベース層11と、第一絶縁層12と、SOI層13と、第二絶縁層20と、ストッパ層30と、第三絶縁層40と、表面導線層50とからなる積層構造体である。ベース層11およびSOI層13は単結晶シリコンからなる。ベース層11の厚さは、シリコン基板の一般的な厚さである400−800μmの範囲とし、例えば625μmである。SOI層13の厚さは、可撓部Fとして機能させるため3−20μmの範囲とし、例えば10μmである。第一絶縁層12、第二絶縁層20および第三絶縁層40はそれぞれ二酸化シリコン(SiO2)からなる。第一絶縁層12の厚さは、錘部Mの最大変位量を規定するため0.2−2μmの範囲とし、例えば1μmである。第二絶縁層20および第三絶縁層40の厚さはそれぞれ0.5μmである。ストッパ層30はSOI層13と第二絶縁層20とを貫通している。図1Aではストッパ層30のパターンが破線によって示されている。ストッパ層30は第一絶縁層12とは異質の材料からなる。表面導線層50はアルミニウム(Al)からなる。表面導線層50の厚さは0.3μmである。
加速度センサ1のセンサダイ1Aは、枠形の支持部Sと、支持部Sの内側に4カ所の端が結合している十字形の可撓部Fと、錘部Mと、可撓部Fと錘部Mとを連結している連結部30bと、支持部Sに埋め込まれている上昇ストッパ部30aと、可撓部Fに設けられた検出手段としてのピエゾ抵抗素子131と、を備える。
支持部Sは図1Cに示すように枠の形態を有する。センサダイ1Aを構成している層が積層されている方向から見て(以下、「平面視において」ともいう。)、支持部Sの外側の輪郭は2500μm×2500μm程度の矩形であり支持部Sの内側の輪郭は8角形である。支持部Sはパッケージ1Bに固定されるため、実質的に剛体として振る舞う。支持部Sはベース層11、第一絶縁層12、SOI層13、第二絶縁層20および第三絶縁層40を含む。
十字形の可撓部Fは両端固定の2つの梁がそれぞれの中央部において互いに結合された形態を有する。可撓部Fを構成している2つの梁の寸法は平面視において例えば幅350μm、長さ1850μmである。これら2つの梁は平面視において例えば350μm×350μmの矩形領域であるそれぞれの中央部において結合している。可撓部Fは、可撓性を有する厚さ一定の複層膜からなる。可撓部Fの4カ所の端は支持部Sの内側の4辺に結合している。すなわち可撓部Fは支持部Sの内側に掛け渡された梁の形態を有する。支持部Sは剛体として振る舞うため、加速度センサ1に固定された座標系において可撓部Fの端は固定端となる。可撓部FはSOI層13と第二絶縁層20と第三絶縁層40とを含む。
錘部Mは、ベース層11からなり、外周が矩形である板の形態を有する。錘部Mは、SOI層13の支持部Sを構成している枠形の部分の内側に配置され、可撓部Fに重なっている。錘部Mと支持部Sとの間には環状のスリットTが形成されている。すなわちベース層11は環状のスリットTによって錘部Mを構成する部分と支持部Sを構成する部分とに分断されている。錘部Mは厚いベース層11からなるため実質的に剛体として振る舞う。錘部Mと可撓部Fとの間には空隙G1が形成されている。空隙G1の高さ(錘部Mと可撓部Fとの距離)は第一絶縁層12の厚さに等しい。
連結部30bはストッパ層30からなる。連結部30bは、SOI層13および第二絶縁層20を貫通するまで可撓部Fの中央部に埋め込まれ、可撓部Fと結合している。連結部30bは、平面視において200μm×200μm程度の矩形である。連結部30bは第一絶縁層12の厚さ分だけ可撓部Fから突出している。連結部30bの突端面は錘部Mと結合している。すなわち連結部30bは、空隙G1を間に挟んで対向するように錘部Mと可撓部Fとを連結している。空隙G1を間に挟んで対向するように錘部Mと可撓部Fとを連結することにより、可撓部Fに対する錘部Mの大きさの割合を高めることができる。これにより加速度センサ1の感度が高まる。
上昇ストッパ部30aは支持部Sに埋め込まれ支持部Sを1周している。図1Aおよび図1Bに示すように、上昇ストッパ部30aは、平面視において内側の輪郭が八角形の形態を有し、支持部Sの角部近傍において、ベース層11の支持部Sを構成している部分から内側に張り出している。そしてセンサダイ1Aを構成している各層が積層されている方向から見て錘部Mの4つの角部は上昇ストッパ部30aと重なっている。より具体的には、支持部Sの角部近傍において、上昇ストッパ部30aは錘部Mと支持部Sとの間のスリットTと錘部Mの角部とをまたいでベース層11に結合されている。スリットTと錘部Mの角部とをまたいでベース層11に結合されている上昇ストッパ部30aの領域は、図1Aにハッチングによって示されており、平面視において2辺の長さがそれぞれ350μmの直角二等辺三角形の領域である。上昇ストッパ部30aのベース層11と対向している面はベース層11と結合していない部分がえぐれている。錘部Mは上昇ストッパ部30aのベース層11と対向している面のえぐれている部分に空隙G2を挟んで対向している。空隙G2の高さは第一絶縁層12の厚さと等しい。上昇ストッパ部30aと錘部Mとが空隙G2を挟んで対向している方向は錘部Mと可撓部Fとが重なっている方向である。上昇ストッパ部30aはストッパ層30からなる。上昇ストッパ部30aは可撓部Fを構成しているSOI層13および第二絶縁層20を貫通している。
錘部Mは、図2に示すようにパッケージ1Bの底面90aからも支持部Sからも離間した状態で連結部30bによって可撓部Fに連結されているため、加速度センサ1に固定された座標系において運動する。錘部Mと連結されている可撓部Fは錘部Mの運動にともなって変形する。可撓部Fを梁形にすると、可撓部Fを外周全体が支持部Sに結合したダイヤフラムとして形成する場合に比べて錘部Mの運動に伴う可撓部Fの変形量を大きくできる。すなわち可撓部Fを梁形にすると加速度センサ1の感度が高まる。
錘部Mの運動範囲は支持部Sとパッケージ1Bの底面90aと上昇ストッパ部30aとによって制限される。これにより可撓部Fが過大に変形して損傷することが防止される。ここで図1に示すようにxyz直交座標軸を定める。x軸およびy軸は可撓部Fを構成する2つの梁が延伸する方向と平行である。z軸はセンサダイ1Aを構成している各層を積層している方向と平行である。すなわちz軸はセンサダイ1Aを構成している各層の厚さの方向であり、錘部Mと連結部30bと可撓部Fとが重なっている方向である。錘部Mから可撓部Fに向かう方向をz軸の正方向とする。錘部Mの表面のx軸と平行な方向およびy軸と平行な方向への移動を伴う錘部Mの運動はベース層11の支持部Sを構成している部分によって制限される。錘部Mの表面のz軸負方向への移動を伴う錘部Mの運動はパッケージ1Bの底面90aによって制限される。錘部Mの表面のz軸正方向への移動を伴う錘部Mの運動は上昇ストッパ部30aによって制限される。
錘部Mの角部が錘部Mから可撓部Fに向かう方向(z軸正方向)に移動すると、初期状態(ベース層11の支持部Sを構成している部分と錘部Mを構成している部分とがxy平面と平行な方向において整列している状態)からの移動量が空隙G2の高さと等しくなったときに錘部Mの角部と上昇ストッパ部30aとが接触する。そして、錘部Mから可撓部Fに向かう方向において錘部Mの運動範囲が上昇ストッパ部30aによって制限される。したがってz軸負方向に過大な加速度が生ずるような衝撃が加わったとしても、可撓部Fが損傷することはない。同様にして、x、y軸方向に過大な加速度が生じるような衝撃が加わったとしても、可撓部Fが損傷することはない。
錘部Mとの衝突によって上昇ストッパ部30aが損傷することを防止するため、上昇ストッパ部30aは靱性が高い材料から構成することが好ましい。また上昇ストッパ部30aとの衝突によって錘部Mが損傷することを防止するため、上昇ストッパ部30aは錘部Mよりも硬度が低い材料から構成することが好ましい。
上昇ストッパ部30aを構成するストッパ層30に単結晶シリコンよりも高い靱性を求める場合、ストッパ層30は、シリコンゲルマニウム(SiGe)等の半導体、窒化アルミニウム(AlxNy)、窒化チタン(TixNy)、窒化シリコン(SixNy)などの窒化物、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、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、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、金(Au)等の金属から構成される。ストッパ層30に単結晶シリコンよりも高い靱性を求めない場合には、単結晶シリコン、ポリシリコン、アモルファスシリコン、酸化シリコン(SiOx)からストッパ層30を構成しても良い。
ピエゾ抵抗素子131は錘部Mの運動に伴う可撓部Fの変形を検出するための検出手段である。ピエゾ抵抗素子131は、SOI層13に形成された高抵抗部131aと低抵抗部131bとで構成され、平面視において幅8μm、長さ100μm程度の矩形領域に形成されている。高抵抗部131aにはボロン(B)イオンが2×1018/cm3の濃度で拡散している。低抵抗部131bには、ボロンイオンが2×1020/cm3の濃度で拡散している。高抵抗部131aに比べて比抵抗が小さい低抵抗部131bは高抵抗部131aと表面導線層50との接続抵抗を低減する。ピエゾ抵抗素子131は第二絶縁層20と第三絶縁層40とに形成されたコンタクトホールを通じて表面導線層50に接続している。ピエゾ抵抗素子131は直線的に並ぶ4つを1組とする合計3組のホイーストンブリッジを構成するように結線される。互いに直交する3軸の加速度成分のそれぞれに対応する信号を各ホイーストンブリッジから得ることができる。
図2に示すパッケージ1Bは、無蓋箱型のベース90とベース90の内部空間を閉塞するカバー94とを備える。ベース90とカバー94とは接着層93を介して接合されている。ベース90には複数の貫通電極91が設けられている。ワイヤ95は一端がセンサダイ1Aの表面導線層50に接合され他端がパッケージ1Bの貫通電極91に接合される。センサダイ1Aのベース層11の下面によって構成されている支持部Sの下面はベース90の内側の底面90aに接着層92によって接着されている。底面90aに形成する凹部の深さや接着層92の厚さによってセンサダイ1Aの可撓部Fとベース90の内側の底面90aとの間の空隙の高さが設定されている。なお、パッケージ1Bの内部にセンサダイ1Aと接続されるLSIダイを収容してもよい。
(製造方法)
以下、図3から図15に基づいて加速度センサ1の製造方法を説明する。図5−図9の分図A、図13−図15の分図Aは図1Aに示すBB線に対応する断面図である。図3、図4、図10から図12、図5−図9の分図B、図13−図15の分図Bは図1Aに示すCC線に対応する断面図である。
以下、図3から図15に基づいて加速度センサ1の製造方法を説明する。図5−図9の分図A、図13−図15の分図Aは図1Aに示すBB線に対応する断面図である。図3、図4、図10から図12、図5−図9の分図B、図13−図15の分図Bは図1Aに示すCC線に対応する断面図である。
はじめに図3に示すように、SOIウエハ10のSOI層13にフォトレジストからなる保護膜R1を用いて不純物を導入することにより高抵抗部131a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、厚さ625μmの単結晶シリコンからなるベース層11と、厚さ1μmの二酸化シリコン(SiO2)からなる第一絶縁層12と、厚さ10μmの単結晶シリコンからなるSOI層13とがこの順に積層されたウエハである。
次に図4に示すようにSOI層13の表面に第二絶縁層20を形成する。第二絶縁層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。
次に図5Aおよび図5Bに示すように、第二絶縁層20およびSOI層13を貫通する凹部H1、H2をフォトレジストからなる保護膜R2を用いたエッチングによって形成する。凹部H2のパターンは上昇ストッパ部30aのパターンに対応する。すなわち凹部H2のパターンは環状であり、その角部は錘部Mと支持部Sとの間の環状のスリットTになる領域(破線で図示されている領域)より内側から外側にかかる。凹部H1は環状の凹部H2より内側に形成される。第二絶縁層20およびSOI層13は例えば反応性イオンエッチングによって異方的にエッチングする。例えばCHF3ガスを用いた反応性イオンエッチングにより第二絶縁層20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SOI層13をエッチングする。
次に保護膜R2を除去した後に、図6に示すように、フォトレジストからなる保護膜R3を用いて第一絶縁層12の凹部H1、H2から露出した部分をエッチングし、第一絶縁層12を貫通した凹部H1、H2からベース層11を露出させる。例えばCHF3ガスを用いた反応性イオンエッチングにより第一絶縁層12をエッチングする。このとき第一絶縁層12の凹部H2から露出している部分については、露出している部分全てをエッチングによって除去するのではなく、スリットTになる領域より外側だけを除去し、スリットTになる領域から内側は残存させる。このようにエッチングした後に凹部H2の底に残る第一絶縁層12は上昇ストッパ部30aと錘部Mとの間の空隙G2を形成するための犠牲層として機能する。
このように2つの保護膜R2、R3を用いたエッチングによって、連結部30bを形成するための連結モールド部としての凹部H1と、上昇ストッパ部30aを形成するための上昇ストッパモールド部としての凹部H2とが形成される。
次に凹部H1、H2から露出したベース層11と第一絶縁層12と第二絶縁層20の表面に、第一絶縁層12と異質の材料を堆積することにより、図7に示すように凹部H1、H2を完全に埋めるストッパ層30を形成する。例えば窒化シリコンをプラズマCVDにより、基板温度400℃で、第一絶縁層12、SOI層13、第二絶縁層20の合計厚さ11.5μm以上堆積してストッパ層30を形成する。CVD等で形成したストッパ層30は下地形状を反映したコンフォーマルな表面形状を有する。またシード層をスパッタ法で形成した後に銅、ニッケル等を電解メッキにより堆積してストッパ層30を形成しても良い。
次に図8に示すようにエッチバックのための被膜R4をストッパ層30の表面に形成する。被膜R4の材料には、ストッパ層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)、ポリイミド等を塗布しベークすることにより表面が平坦な被膜R4を形成する。
次に図9に示すように第二絶縁層20の上面とストッパ層30の上面とを平坦に連続させる。具体的には、被膜R4とストッパ層30のエッチング選択比がほぼ1:1の条件において、第二絶縁層20が露出するまでストッパ層30の表層を被膜R4もろともにエッチバックして除去する。その結果、ストッパ層30は凹部H1、H2の内部にのみ残存し、ストッパ層30の上面と第二絶縁層20の上面とが平坦に連続するとともに、凹部H1内に連結部30bが形成され、凹部H2内に上昇ストッパ部30aが形成される。なお、被膜R4を用いたエッチングに代えて、研削、研磨またはCMP(Chemical Mechanical Polishing)によって第二絶縁層20の上面とストッパ層30の上面とを平坦に連続させてもよい。
次に第二絶縁層20とストッパ層30の上面に第三絶縁層40を形成する。第三絶縁層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。第三絶縁層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。なお、ストッパ層30を絶縁膜から構成する場合、第三絶縁層40は不要である。
続いて図10に示すようにフォトレジストからなる保護膜R5を用いて第二絶縁層20および第三絶縁層40にコンタクトホールH4を形成し、高抵抗部131aを露出させる。コンタクトホールH4は、例えばCF4ガス+H2ガスまたはCHF3ガスを用いた反応性イオンエッチングによって第二絶縁層20および第三絶縁層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H4を形成してもよい。
続いて図10に示すようにフォトレジストからなる保護膜R5を用いて第二絶縁層20および第三絶縁層40にコンタクトホールH4を形成し、高抵抗部131aを露出させる。コンタクトホールH4は、例えばCF4ガス+H2ガスまたはCHF3ガスを用いた反応性イオンエッチングによって第二絶縁層20および第三絶縁層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H4を形成してもよい。
次に図11に示すようにコンタクトホールH4から露出している高抵抗部131aに不純物を導入することにより低抵抗部131b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。
次に図12に示すように第三絶縁層40の表面に表面導線層50を形成し、フォトレジストからなる保護膜R6を用いて表面導線層50をエッチングすることによって所定パターンの導線およびボンディングパッドを構成する表面導線層50を形成する。表面導線層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。表面導線層50として銅やアルミシリコン(AlSi)の膜を形成してもよい。表面導線層50のパターンは、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形成する。ウエットエッチングによって表面導線層50のパターンを形成しても良い。
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R7を用いてSOI層13、第二絶縁層20および第三絶縁層40をエッチングすることにより可撓部Fおよび支持部SのパターンをSOI層13、第二絶縁層20および第三絶縁層40に形成する。例えばCHF3ガスを用いた反応性イオンエッチングにより第二絶縁層20と第三絶縁層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SOI層13をエッチングする。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可撓部Fと支持部Sのパターンを形成してもよい。
次に図14に示すようにベース層11をエッチングすることにより、環状の溝であるスリットTを形成するとともに、スリットTから外側に支持部Sとなるベース層11の部分を残存させスリットTから内側に錘部Mとなるベース層11の部分を残存させる。すなわちベース層11にスリットTを形成することによって、ベース層11を支持部Sを構成する部分と錘部Mを構成する部分とに分断する。スリットTは環状であれば良く、円形状であっても、矩形状であっても、多角形状であってもよい。またスリットTの幅は一定であっても領域毎に異なっていても良い。具体的には、上述の工程によって形成された積層構造体であるワークWの第三絶縁層40が形成されている面を図14に示すように犠牲基板99に接着する。接着層98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。続いてフォトレジストからなる保護膜R8をベース層11の表面に形成し、保護膜R8を用いた異方性エッチングによりスリットTを形成する。より具体的には、ベース層11は、C4F8プラズマを用いたパッシベーションとSF6プラズマを用いた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)によって異方的にエッチングされる。なお、錘部Mを形成するこの工程は、SOIウエハ10を加工する最初の工程として実施しても良いし、第二絶縁層20を形成した直後に実施しても良い。
次に、犠牲基板99および接着層98によってワークWの上面(第三絶縁層40が形成されている面)と側面とを覆った状態において、あるいは犠牲基板99からワークWを剥離した後、ワークWの上面と側面とをレジスト等からなる保護膜で覆った状態において、図15に示すようにワークWの裏面から第一絶縁層12を等方性エッチングする。その結果、上昇ストッパ部30aと錘部Mとの間と可撓部Fと錘部Mとの間とに空隙G1、G2が形成され、可撓部Fの機能(錘部Mの運動に伴って変形する機能)と上昇ストッパ部30aの機能(錘部Mの運動範囲を制限する機能)と連結部30bの機能(錘部Mと可撓部Fとを連結する機能)が顕在化する。このとき、第一絶縁層12に接している上昇ストッパ部30aと連結部30bとが第一絶縁層12と異質のストッパ層30からなるため、第一絶縁層12と上昇ストッパ部30aとの界面と第一絶縁層12と連結部30bとの界面とにエッチングの終点を正確に定めることができる。すなわち、空隙G1、G2の形状を正確に形成することができるため、特性のばらつきが小さいセンサダイ1Aを製造することができる。第一絶縁層12の等方性エッチングは例えば希フッ酸または緩衝フッ酸を用いたウエットエッチングとする。また、無水フッ酸とアルコールの混合ガスによる気相等方性エッチングによって第一絶縁層12をエッチングしても良い。
その後、ダイシング、パッケージング等の後工程を実施すると図1および図2に示す加速度センサ1が完成する。
以上説明した第一実施形態によると、錘部のz軸正方向の運動範囲を第一絶縁層12の厚さによって精度良く制限することができる。第一絶縁層12は極めて薄く形成できるため、錘部Mのz軸正方向の運動範囲を極めて狭くすることもできる。また錘部のz軸正方向の運動範囲を制限する機能を錘部Mを基準とする可撓部Fの高さの範囲にある上昇ストッパ部30aによって実現できるため、その機能を追加してもパッケージ1Bが厚くならない。すなわち耐衝撃性能が高く薄い加速度センサを実現できる。さらに上昇ストッパ部30aと対向している錘部Mの領域は限定的であるため、錘部Mの運動範囲を板状の部品によって制限する場合に比べ、エアダンピングによる感度低下を抑制できる。
なお、第一実施形態においては上昇ストッパ部30aを構成するストッパ層30はベース層11に直接接合されているが、ストッパ層30とベース層11とが直接接合されていなくても良い。この場合、上昇ストッパ部30aとベース層11との間に第一絶縁層12が挟まれていてもよいし、上昇ストッパ部30aとベース層11との間が全て空隙G2であってもよい。このような構成を採用する場合には、ストッパ層30を第一絶縁層12をエッチングする際のストッパとして用いるのではなく、エッチング時間のみによって第一絶縁層12のエッチングの終点を設定することになる。
また、第一実施形態においてはワークWの裏面(ベース層11が露出している面)のスリットTから第一絶縁層12をエッチングして錘部Mと可撓部Fとの間に空隙を形成する例を説明したが、ワークWの表面から第一絶縁層12をエッチングしてその空隙を形成しても良い。この場合、犠牲基板99からワークWを剥離した後、ワークWの表面の可撓部Fと支持部Sを覆い第一絶縁層12が露出するパターン(図13Cのパターンよりも開口が小さいパターン)を有する保護膜を形成し、この保護膜から露出した部分から第一絶縁層12を等法的にエッチングすればよい。
また、第一実施形態においてはワークWの裏面(ベース層11が露出している面)のスリットTから第一絶縁層12をエッチングして錘部Mと可撓部Fとの間に空隙を形成する例を説明したが、ワークWの表面から第一絶縁層12をエッチングしてその空隙を形成しても良い。この場合、犠牲基板99からワークWを剥離した後、ワークWの表面の可撓部Fと支持部Sを覆い第一絶縁層12が露出するパターン(図13Cのパターンよりも開口が小さいパターン)を有する保護膜を形成し、この保護膜から露出した部分から第一絶縁層12を等法的にエッチングすればよい。
2.第二実施形態
本発明のMEMSセンサの第二実施形態である加速度センサのセンサダイ2Aを図16に示す。図16B、図16Cはそれぞれ図16Aに示すBB線、CC線に対応する断面図である。図16B、図16Cにおいて、センサダイ2Aを構成する層の界面は破線で示し、センサダイ2Aを構成する機能要素の境界は実線で示している。
本発明のMEMSセンサの第二実施形態である加速度センサのセンサダイ2Aを図16に示す。図16B、図16Cはそれぞれ図16Aに示すBB線、CC線に対応する断面図である。図16B、図16Cにおいて、センサダイ2Aを構成する層の界面は破線で示し、センサダイ2Aを構成する機能要素の境界は実線で示している。
図16に示すように上昇ストッパ部30aに通孔30hを形成しても良い。通孔30hの直径は30μm程度とする。錘部Mと対向する領域に通孔30hを形成することにより、第一絶縁層12をエッチングして空隙G1、G2を形成する工程において、ストッパ層30とベース層11との間から確実に第一絶縁層12を除去することができる。したがって、上昇ストッパ部30aが錘部Mと対向する領域を広げたとしても、第一絶縁層12の残渣による不良品発生率を抑制できる。また、上昇ストッパ部30aが錘部Mと対向する領域を広げたとしても、上昇ストッパ部30aによるエアダンピングによって感度が低下することを抑制できる。
3.第三実施形態
(構成)
本発明のMEMSセンサの第三実施形態である加速度センサのセンサダイ3Aを図17に示す。図17B、図17Cはそれぞれ図17Aに示すBB線、CC線に対応する断面図である。図17B、図17Cにおいて、センサダイ3Aを構成する層の界面は破線で示し、センサダイ3Aを構成する機能要素の境界は実線で示している。
(構成)
本発明のMEMSセンサの第三実施形態である加速度センサのセンサダイ3Aを図17に示す。図17B、図17Cはそれぞれ図17Aに示すBB線、CC線に対応する断面図である。図17B、図17Cにおいて、センサダイ3Aを構成する層の界面は破線で示し、センサダイ3Aを構成する機能要素の境界は実線で示している。
第三実施形態では、z軸負方向において錘部Mの運動範囲を制限する下降ストッパ部30cが追加されている。下降ストッパ部30cは錘部Mに結合し、空隙G3を挟んで支持部とz軸方向に対向している。空隙G3の高さ(下降ストッパ部30cと支持部Sのベース層11との距離)は第一絶縁層12の厚さと等しい。下降ストッパ部30cが支持部Sのベース層11と接触することによって錘部Mのz軸負方向への運動範囲が制限される。下降ストッパ部30cは上昇ストッパ部30aおよび連結部30bと同様にストッパ層30からなる。
ストッパ層30からなる下降ストッパ部30cを追加することにより、錘部のz軸負方向の運動範囲を第一絶縁層12の厚さによって精度良く制限することができる。第一絶縁層12は極めて薄く形成できるため、錘部のz軸負方向の運動範囲を極めて狭くすることもできる。また錘部のz軸負方向の運動範囲を制限する機能を錘部Mを基準とする可撓部Fの高さの範囲にある下降ストッパ部30cによって実現できるため、z軸負方向において錘部Mの運動範囲を制限する機能を追加してもパッケージ1Bが厚くならない。
(製造方法)
センサダイ3Aは第一実施形態において用いた保護膜R2、R3、R7のパターンを変更するだけで第一実施形態と同様に製造できる。図18A、図19A、図20Aは図17Aに示すBB線に対応する断面図である。図18B、図19B、図20Bは図17Aに示すCC線に対応する断面図である。
センサダイ3Aは第一実施形態において用いた保護膜R2、R3、R7のパターンを変更するだけで第一実施形態と同様に製造できる。図18A、図19A、図20Aは図17Aに示すBB線に対応する断面図である。図18B、図19B、図20Bは図17Aに示すCC線に対応する断面図である。
凹部H1、H2をフォトレジストからなる保護膜R2を用いたエッチングによって形成するとき、図18に示すように、同時に下降ストッパ部30cを形成するための下降ストッパモールド部である凹部H3を形成する。凹部H3は、錘部Mと支持部Sとの間の環状のスリットTになる領域(破線で図示されている領域)より内側から外側にかかる。
次に保護膜R2を除去した後に、図19に示すように、第一実施形態と同様にフォトレジストからなる保護膜R3を用いて第一絶縁層12の凹部H1、H2、H3から露出した部分をエッチングし、第一絶縁層12を貫通した凹部H1、H2、H3からベース層11を露出させる。このとき第一絶縁層12の凹部H3から露出している部分については、露出している部分全てをエッチングによって除去するのではなく、スリットTになる領域より内側だけを除去し、スリットTになる領域から外側は残存させる。このようにエッチングした後に凹部H3の底に残る第一絶縁層12は下降ストッパ部30cと錘部Mとの間の空隙G3を形成するための犠牲層として機能する。
保護膜R7を用いて第三絶縁層40、第二絶縁層20およびSOI層13に可撓部Fおよび支持部Sとなる部分を形成するときには、図20に示すように下降ストッパ部30cを保護するように保護膜R7を形成すればよい。すると、下降ストッパ部30cの周囲から第三絶縁層40、第二絶縁層20およびSOI層13がエッチングによって除去され、下降ストッパ部30cは残存する。
なお、錘部のz軸正方向の運動範囲と負方向の運動範囲とを個別に設定することも可能である。この場合、例えば図19に対応する工程を実施した後に保護膜R3を除去し、凹部H3内に露出している第一絶縁層12の上にのみ第一絶縁層12と同質の膜を形成し、その後にストッパ層30を形成すればよい。
4.第四実施形態
(構成)
本発明のMEMSセンサの第四実施形態である加速度センサのセンサダイ4Aを図21に示す。図21B、図21Cはそれぞれ図21Aに示すBB線、CC線に対応する断面図である。図21B、図21Cにおいて、センサダイ4Aを構成する層の界面は破線で示し、センサダイ4Aを構成する機能要素の境界は実線で示している。
(構成)
本発明のMEMSセンサの第四実施形態である加速度センサのセンサダイ4Aを図21に示す。図21B、図21Cはそれぞれ図21Aに示すBB線、CC線に対応する断面図である。図21B、図21Cにおいて、センサダイ4Aを構成する層の界面は破線で示し、センサダイ4Aを構成する機能要素の境界は実線で示している。
第四実施形態では、上昇ストッパ部30a、下降ストッパ部30cおよび連結部30bがストッパ層31とコア層32とを含む複層構造を有する。第一絶縁層12のエッチングストッパとなるストッパ層31は、空隙G1、G2、G3と接する部分において上昇ストッパ部30a、下降ストッパ部30cおよび連結部30bの表層を構成している。上昇ストッパ部30a、下降ストッパ部30cおよび連結部30bに複層構造を採用することによって、応力、製造コスト、強度等のバランスを最適化することができる。
(製造方法)
センサダイ4Aは図7に対応する工程においてストッパ層30のみで凹部H1、H2、H3を埋める代わりに、図22に示すようにストッパ層31を薄く形成した後にコア層32を形成することによって凹部H1、H2、H3を埋めればよい。すなわち凹部H1、H2、H3を形成した後に、まずベース層11と第一絶縁層12と第二絶縁層20の表面にストッパ層31を薄く形成する。例えばストッパ層31として厚さ0.2μmの窒化シリコン(SixNy)の膜をCVD法を用いて形成する。窒化シリコンに代えて、窒化アルミニウム(AlxNy)、窒化チタン(TixNy)などの窒化物、酸化アルミニウム(AlxOy)、酸化タンタル(TaOx)、酸化チタン(TiOx)などの酸化物を用いてストッパ層31を形成しても良い。次にコア層32を形成することによって凹部H1、H2、H3を完全に埋める。例えばコア層32として、厚さ10μmの二酸化シリコンの膜をCVD法を用いて形成する。二酸化シリコンに代えて、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(WSix)、モリブデンシリサイド(MoSix)、チタンシリサイド(TiSix)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、金(Au)等の半導体や酸化物や窒化物やシリサイド化合物や金属を用いてコア層32を形成しても良い。このような材料の選択においては、応力、製造コスト、強度等のバランスを考慮して最適なものが選択されて組み合わせられる。また凹部H1、H2、H3をストッパ層31とコア層32とで埋めた後、コア層32の表層を研削、研磨またはCMPで除去することによってストッパ層31の表面とコア層32の表面とを平坦に連続させる。このときCMPを用いる場合には、ストッパ層31を構成する窒化シリコンがエッチングストッパとして機能する。なお、可撓部Fと錘部Mとの間に空隙を形成するために二酸化シリコンからなる第一絶縁層12をエッチングする際には、保護膜によってストッパ層31およびコア層32が覆われるため、二酸化シリコンからなるコア層32がエッチングされることはない。
センサダイ4Aは図7に対応する工程においてストッパ層30のみで凹部H1、H2、H3を埋める代わりに、図22に示すようにストッパ層31を薄く形成した後にコア層32を形成することによって凹部H1、H2、H3を埋めればよい。すなわち凹部H1、H2、H3を形成した後に、まずベース層11と第一絶縁層12と第二絶縁層20の表面にストッパ層31を薄く形成する。例えばストッパ層31として厚さ0.2μmの窒化シリコン(SixNy)の膜をCVD法を用いて形成する。窒化シリコンに代えて、窒化アルミニウム(AlxNy)、窒化チタン(TixNy)などの窒化物、酸化アルミニウム(AlxOy)、酸化タンタル(TaOx)、酸化チタン(TiOx)などの酸化物を用いてストッパ層31を形成しても良い。次にコア層32を形成することによって凹部H1、H2、H3を完全に埋める。例えばコア層32として、厚さ10μmの二酸化シリコンの膜をCVD法を用いて形成する。二酸化シリコンに代えて、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(WSix)、モリブデンシリサイド(MoSix)、チタンシリサイド(TiSix)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、金(Au)等の半導体や酸化物や窒化物やシリサイド化合物や金属を用いてコア層32を形成しても良い。このような材料の選択においては、応力、製造コスト、強度等のバランスを考慮して最適なものが選択されて組み合わせられる。また凹部H1、H2、H3をストッパ層31とコア層32とで埋めた後、コア層32の表層を研削、研磨またはCMPで除去することによってストッパ層31の表面とコア層32の表面とを平坦に連続させる。このときCMPを用いる場合には、ストッパ層31を構成する窒化シリコンがエッチングストッパとして機能する。なお、可撓部Fと錘部Mとの間に空隙を形成するために二酸化シリコンからなる第一絶縁層12をエッチングする際には、保護膜によってストッパ層31およびコア層32が覆われるため、二酸化シリコンからなるコア層32がエッチングされることはない。
5.第五実施形態
本発明のMEMSセンサの第五実施形態である角速度センサのセンサダイ5Aを図23に示す。図23B、図23C、図23Dはそれぞれ図23Aに示すBB線、CC線、DD線に対応する断面図である。図23B、図23C、図24Dにおいて、センサダイ5Aを成する層の界面は破線で示し、センサダイ5Aを構成する機能要素の境界は実線で示している。
本発明のMEMSセンサの第五実施形態である角速度センサのセンサダイ5Aを図23に示す。図23B、図23C、図23Dはそれぞれ図23Aに示すBB線、CC線、DD線に対応する断面図である。図23B、図23C、図24Dにおいて、センサダイ5Aを成する層の界面は破線で示し、センサダイ5Aを構成する機能要素の境界は実線で示している。
センサダイ5Aは振動ジャイロスコープ型である。支持部Sに結合している可撓部Fは支持部Sの内側に平行に掛け渡された2本の梁を構成している。可撓部Fの変形は、可撓部Fに設けられた検出用圧電素子80bによって検出される。可撓部Fに設けられた駆動用圧電素子80aは、可撓部Fを振動させることによって錘部Mを振動させる駆動手段である。検出用圧電素子80bおよび駆動用圧電素子80aは2つの電極層81、83に圧電層82を挟んだ構造を有する。十字形の錘部Mは可撓部Fを構成している2つの梁が支持部Sに掛け渡されているx軸方向に長く、中央部がy軸正方向およびy軸負方向に突出している。錘部Mのy軸正方向およびy軸負方向に突出している中央部において、錘部Mは可撓部Fを構成する2つの梁に第一絶縁層12を介して連結されている。錘部Mと可撓部Fとは第一絶縁層12によって連結されている。すなわち本実施形態においては、錘部Mと可撓部Fとを連結する連結部はストッパ層30によって構成されるのではなく、第一絶縁層12によって構成されている。上昇ストッパ部30aが支持部Sに埋め込まれておらず、支持部Sの複数箇所にそれぞれ独立した形態で設けられている点を除けば、上昇ストッパ部30aと下降ストッパ部30cの構成と機能は第三実施形態において説明したそれらの構成と機能と実質的に同一である。
このように本発明は加速度センサ以外のMEMSセンサにも適用することができる。またセンサダイ5AのSOI層13にピエゾ抵抗素子131を形成し、表面導線層50を追加することにより、加速度および角速度を検出するモーションセンサとして本発明を実施することもできる。
6.第六実施形態
(構成)
本発明のMEMSセンサの第六実施形態である角速度センサのセンサダイ6Aを図24に示す。センサダイ6Aは、振動ジャイロスコープ型である。図24B、図24C、図24Dはそれぞれ図24Aに示すBB線、CC線、DD線に対応する断面図である。図24B、図24C、図24Dにおいて、センサダイ6Aを構成する層の界面は破線で示し、センサダイ6Aを構成する機能要素の境界は実線で示している。説明のため、各図には互いに直交するx軸、y軸およびz軸を示している。
(構成)
本発明のMEMSセンサの第六実施形態である角速度センサのセンサダイ6Aを図24に示す。センサダイ6Aは、振動ジャイロスコープ型である。図24B、図24C、図24Dはそれぞれ図24Aに示すBB線、CC線、DD線に対応する断面図である。図24B、図24C、図24Dにおいて、センサダイ6Aを構成する層の界面は破線で示し、センサダイ6Aを構成する機能要素の境界は実線で示している。説明のため、各図には互いに直交するx軸、y軸およびz軸を示している。
センサダイ6Aは、ベース層11と、非平坦層72と、絶縁層73と、電極層81、83と、圧電層82とからなる積層構造体である。センサダイ6Aは、第一実施形態において説明したパッケージ1Bに収容される。ベース層11および非平坦層72はn型の単結晶シリコンからなる。ベース層11の厚さは625μmである。非平坦層72の厚さは10μmである。絶縁層73はシリコン酸化膜(SiO2)からなる。絶縁層73の厚さは1μmである。電極層81、83は白金(Pt)からなる。電極層81、83の厚さは0.1μmである。圧電層82はPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)からなる。圧電層82の厚さは3μmである。
センサダイ6Aは、枠形の支持部Sと、支持部Sに結合した2つの梁を構成している可撓部Fと、可撓部Fに直接結合している錘部Mと、可撓部Fに設けられた駆動用圧電素子80aと検出用圧電素子80bと、支持部Sに直接結合している上昇ストッパ部70aとを備える。
支持部Sは図24Aに示すように枠の形態を有する。支持部Sはパッケージ1Bに固定されるため、実質的に剛体として振る舞う。支持部Sはベース層11、非平坦層72および絶縁層73を含む。支持部Sと錘部Mとの間には環状の空隙Tが形成されている。支持部Sと錘部Mとが近接している領域において、支持部Sはベース層11のみで構成されている。
可撓部Fは支持部Sの内側に平行に掛け渡された2つの梁を構成している。可撓部Fは非平坦層72および絶縁層73からなる。可撓部Fを構成している梁のそれぞれは、両端部と中央部とにおいてz軸負方向に張り出すように折れ曲がっている。すなわち、可撓部Fを構成している非平坦層72および絶縁層73は平坦ではなく、支持部Sと錘部Mとの間においてベース層11から離れる方向に盛り上がっている。
十字形の錘部Mは可撓部Fを構成している2つの梁が支持部Sに掛け渡されているx軸方向に長く、中央部がy軸正方向およびy軸負方向に突出している。錘部Mのy軸正方向およびy軸負方向に突出している中央部において、錘部Mは可撓部Fを構成する2つの梁に直接結合している。錘部Mは可撓部Fのみに結合し、パッケージ1Bからも支持部Sからも離間しているため、支持部Sに対して相対的に運動する。錘部Mは支持部Sに対して相対的に運動することによって可撓部Fを変形させる。
検出用圧電素子80bおよび駆動用圧電素子80aは2つの電極層81、83に圧電層82を挟んだ構造を有する。可撓部Fの変形は、可撓部Fに設けられた検出用圧電素子80bによって検出される。可撓部Fに設けられた駆動用圧電素子80aは、可撓部Fを振動させることによって錘部Mを振動させる駆動手段である。
上昇ストッパ部70aは、支持部Sと錘部Mとが近接している複数の領域に設けられている。また、上昇ストッパ部70aは、錘部Mの4つの端部のそれぞれとz方向に対向する領域に設けられている。上昇ストッパ部70aは、非平坦層72および絶縁層73からなる。すなわち上昇ストッパ部70aは、可撓部Fと同一の層構造を有する。上昇ストッパ部70aの一端は支持部Sの錘部Mとの近接領域においてベース層11に結合している。上昇ストッパ部70aは支持部Sから支持部Sの内側に向かって空隙Tを超え錘部Mと対向する領域まで延伸している。また上昇ストッパ部70aは、ベース層11から離れるz軸正方向にも延伸している。より具体的には上昇ストッパ部70aはベース層11に結合している部分の端において、ベース層11から離れる方向(z軸正方向)に折れ曲がっている。このため、上昇ストッパ部70aの先端部と錘部Mとは空隙G2を挟んでz方向に対向している。空隙G2の高さ(上昇ストッパ部70aの先端部と錘部Mとの距離)は、可撓部Fが支持部Sとの結合領域と錘部Mとの結合領域との間においてベース層11から離れる方向に盛り上がっている高さと等しい。
錘部Mの端部が錘部Mから可撓部Fに向かう方向(z軸正方向)に移動すると、初期状態(ベース層11の支持部Sを構成している部分と錘部Mを構成している部分とがxy平面と平行な方向において整列している状態)からの移動量が空隙G2の高さと等しくなったときに錘部Mの端部と上昇ストッパ部70aとが接触する。このように、錘部Mから可撓部Fに向かう方向において錘部Mの運動範囲が上昇ストッパ部70aによって制限される。したがってz軸負方向に過大な加速度が生ずるような衝撃が加わったとしても、可撓部Fが損傷することはない。
(製造方法)
以下、図25から図31に基づいて角速度センサのセンサダイ6Aの製造方法を説明する。図25、図26A、図27A、図28、図29A、図30A、図31Aは図24Aに示すBB線に対応する断面図である。図26B、図27B、図29B、図30B、図31Bは図24Aに示すCC線に対応する断面図である。
以下、図25から図31に基づいて角速度センサのセンサダイ6Aの製造方法を説明する。図25、図26A、図27A、図28、図29A、図30A、図31Aは図24Aに示すBB線に対応する断面図である。図26B、図27B、図29B、図30B、図31Bは図24Aに示すCC線に対応する断面図である。
はじめに図25に示すようにベース層11の表面に犠牲層71としてp型の単結晶シリコン層をエピタキシャル結晶成長させる。ベース層11としてはn型の単結晶シリコンウエハを用いる。
次に図26に示すようにフォトレジストからなる保護膜R10を用いた結晶異方性エッチングにより犠牲層71をパターニングする。犠牲層71には結晶異方性エッチングによりベース層11の表面に対して傾斜した斜面が形成される。犠牲層71のパターンは、可撓部Fおよび上昇ストッパ部70aのベース層11から盛り上がっている領域に対応させる。その結果、犠牲層71の下からベース層11が露出する。犠牲層71の下から露出したベース層11の領域は可撓部Fと錘部Mとを結合する領域と上昇ストッパ部70aと支持部Sとを結合する領域として用いられる。単結晶シリコンからなる犠牲層71を結晶異方性エッチングすることによって、犠牲層71の端面を傾斜面にすることができる。具体的には、ベース層11をワックスを接着層として図示しない支持板に仮接着し、エッチング液に浸漬した状態で犠牲層71を電気化学エッチングによりパターニングする。すると、n型のベース層11に対して選択的にp型の犠牲層71をエッチングすることができる。なお、ベース層11および非平坦層72をn型とし、犠牲層71をp型にしてもよい。
次に図27に示すようにベース層11および犠牲層71の表面にn型の単結晶シリコンをエピタキシャル結晶成長させることによって非平坦層72を形成する。その結果、部分的にベース層11から盛り上がった非平坦層72が形成される。続いて非平坦層72の表面に絶縁層73を形成する。例えばCVD法または熱酸化法によって厚さ1μmの二酸化シリコンからなる絶縁層73を形成する。
次に図28に示すように絶縁層73の表面上に公知の方法によって駆動用圧電素子80aおよび検出用圧電素子80bを形成する。
次に図29に示すようにフォトレジストからなる保護膜R11を用いてエッチングすることによって絶縁層73および非平坦層72をパターニングする。このとき、絶縁層70および非平坦層72の支持部Sから可撓部Fに連続している部分と上昇ストッパ部70aの部分とが形成される。具体的には、CHF3ガスを用いた反応性イオンエッチングにより絶縁層73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非平坦層72をエッチングする。
次に図30に示すようにフォトレジストからなる保護膜R12を用いてベース層11をエッチングすることにより、環状の溝である空隙Tを形成するとともに、空隙Tから外側に支持部Sとなるベース層11の部分を残存させ空隙Tから内側に錘部Mとなるベース層11の部分を残存させる。すなわちベース層11に空隙Tを形成することによって、ベース層11を支持部Sを構成する部分と錘部Mを構成する部分とに分断する。より具体的には、ベース層11は、C4F8プラズマを用いたパッシベーションとSF6プラズマを用いた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)によって異方的にエッチングされる。
次に図31に示すように犠牲層71を等方性エッチングすることにより除去する。その結果、上昇ストッパ部70aと錘部Mとの間に空隙G2が形成され、上昇ストッパ部70aの機能(錘部Mの運動範囲を制限する機能)が顕在化する。このとき、犠牲層71に接している上昇ストッパ部70aと可撓部Fの非平坦層72が犠牲層71と導電型が異なるため、犠牲層71と非平坦層72との界面にエッチングの終点を正確に定めることができる。すなわち、可撓部Fと錘部Mと空隙G2の形状を正確に形成することができるため、特性のばらつきが小さいセンサダイ6Aを製造することができる。
その後、ダイシング、パッケージング等の後工程を実施すると図24に示すセンサダイ6Aを備えた角速度センサが完成する。
以上説明した第六実施形態によると、錘部Mのz軸正方向の運動範囲を犠牲層71の厚さによって精度良く制限することができる。犠牲層71は極めて薄く形成できるため、錘部Mのz軸正方向の運動範囲を極めて狭くすることもできる。また錘部Mのz軸正方向の運動範囲を制限する機能を錘部Mを基準とする可撓部Fの高さの範囲にある上昇ストッパ部70aによって実現できるため、その機能を追加してもパッケージ1Bが厚くならない。すなわち耐衝撃性能が高く薄い角速度センサを実現できる。さらに上昇ストッパ部70aと対向している錘部Mの領域は限定的であるため、錘部Mの運動範囲を板状の部品によって制限する場合に比べ、エアダンピングによる感度低下を抑制できる。またSOIウエハを用いずに単層のベース層11に犠牲層71と非平坦層72とを順次堆積して犠牲層71を除去することによって、上昇ストッパ部70aと錘部Mの空隙を形成するため、SOIウエハを用いる場合に比べて低いコストで耐衝撃性の高い角速度センサを製造することができる。
その後、ダイシング、パッケージング等の後工程を実施すると図24に示すセンサダイ6Aを備えた角速度センサが完成する。
以上説明した第六実施形態によると、錘部Mのz軸正方向の運動範囲を犠牲層71の厚さによって精度良く制限することができる。犠牲層71は極めて薄く形成できるため、錘部Mのz軸正方向の運動範囲を極めて狭くすることもできる。また錘部Mのz軸正方向の運動範囲を制限する機能を錘部Mを基準とする可撓部Fの高さの範囲にある上昇ストッパ部70aによって実現できるため、その機能を追加してもパッケージ1Bが厚くならない。すなわち耐衝撃性能が高く薄い角速度センサを実現できる。さらに上昇ストッパ部70aと対向している錘部Mの領域は限定的であるため、錘部Mの運動範囲を板状の部品によって制限する場合に比べ、エアダンピングによる感度低下を抑制できる。またSOIウエハを用いずに単層のベース層11に犠牲層71と非平坦層72とを順次堆積して犠牲層71を除去することによって、上昇ストッパ部70aと錘部Mの空隙を形成するため、SOIウエハを用いる場合に比べて低いコストで耐衝撃性の高い角速度センサを製造することができる。
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。例えば本発明ではストッパ層からなる連結部によって可撓部Fと錘部Mとを連結するため、可撓部Fの形状を自由に設計することができる。このため、可撓部Fの形態は上記実施形態に限らず例えば可撓部Fを1つ、3つ或いは4つ以上の片持ち梁または両端固定梁として構成するなど様々な形態に変更可能である。
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。例えば本発明ではストッパ層からなる連結部によって可撓部Fと錘部Mとを連結するため、可撓部Fの形状を自由に設計することができる。このため、可撓部Fの形態は上記実施形態に限らず例えば可撓部Fを1つ、3つ或いは4つ以上の片持ち梁または両端固定梁として構成するなど様々な形態に変更可能である。
また、互いに異なる実施形態において例示されている様々な構成要件を組み合わせて実施できることはもちろんである。また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や工程順序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。
1:加速度センサ、1A:センサダイ、1B:パッケージ、2A:センサダイ、3A:センサダイ、4A:センサダイ、5A:センサダイ、6A:センサダイ、7A:センサダイ、10:SOIウエハ、11:ベース層、12:第一絶縁層、13:SOI層、20:第二絶縁層、20h:孔、30:ストッパ層、30a:上昇ストッパ部、30b:連結部、30c:下降ストッパ部、30h:通孔、31:ストッパ層、32:コア層、40:第三絶縁層、50:表面導線層、70a:上昇ストッパ部、71:犠牲層、72:非平坦層、73:絶縁層、80a:駆動用圧電素子、80b:検出用圧電素子、81:電極層、82:圧電層、83:電極層、90:ベース、90a:底面、91:貫通電極、92:接着層、93:接着層、94:カバー、95:ワイヤ、98:接着層、99:犠牲基板、131:ピエゾ抵抗素子、131a:高抵抗部、131b:低抵抗部、F:可撓部、G:空隙、G1:空隙、G2:空隙、G3:空隙、H1:凹部、H2:凹部、H4:コンタクトホール、H3:凹部、M:錘部、R1:保護膜、R2:保護膜、R3:保護膜、R4:被膜、R5:保護膜、R6:保護膜、R7:保護膜、R8:保護膜、R10:保護膜、R11:保護膜、R12:保護膜、S:支持部、T:スリット(空隙)、W:ワーク
Claims (10)
- 枠形の支持部と、前記支持部の内側に位置する錘部と、前記支持部に結合し前記錘部に連結され前記錘部の運動に伴って変形する梁形の可撓部と、前記錘部の運動範囲を制限するストッパ部とを備えるMEMSセンサの製造方法であって、
ベース層と、単結晶シリコンからなり前記ベース層より薄いSOI層と、前記ベース層と前記SOI層との間にある絶縁層とからなるSOIウエハの前記ベース層に環状の溝が形成されるとともに前記溝から外側の前記支持部となる部分と前記溝から内側の前記錘部となる部分とに前記ベース層が分断されるように、前記ベース層をエッチングする工程と、
前記溝より内側から前記溝より外側までにかかる位置において前記SOI層を貫通するとともに前記溝より外側において前記絶縁層を貫通する凹部である上昇ストッパモールド部が形成されるように、前記SOI層および前記絶縁層をエッチングする工程と、
前記上昇ストッパモールド部内に単結晶シリコンよりも靱性が高いストッパ層を形成する工程と、
前記支持部と前記可撓部とに連続する前記SOI層のパターンが形成されるように前記SOI層をエッチングする工程と、
前記上昇ストッパモールド部内に形成された前記ストッパ層と前記錘部との間に空隙が形成されるとともに、前記空隙が形成されることによって、前記支持部に結合され前記錘部に接触して前記錘部から前記可撓部に向かう方向において前記錘部の運動範囲を制限する上昇ストッパ部としての機能が前記上昇ストッパモールド部内に形成された前記ストッパ層に顕在化するように前記絶縁層を等方性エッチングする工程と、
を含むMEMSセンサの製造方法。 - 前記SOI層および前記絶縁層をエッチングする工程において、前記溝より内側から前記溝より外側までにかかる位置において前記SOI層を貫通するとともに前記溝より外側において前記絶縁層を貫通する環状の前記上昇ストッパモールド部と、前記上昇ストッパモールド部より内側に位置し前記SOI層と前記絶縁層とを貫通する凹部である連結モールド部とを同時に形成し、
前記ストッパ層を形成する工程において、前記連結モールド部内と前記上昇ストッパモールド部内とに前記絶縁層とは異質の前記ストッパ層を同時に形成し、
前記絶縁層を等方性エッチングする工程において、前記上昇ストッパモールド部内と前記連結モールド部内とに形成された前記ストッパ層をエッチングストッパとして用いて前記絶縁層を等方性エッチングすることによって、前記錘部と前記可撓部との間に空隙を形成するとともに前記錘部と前記可撓部とを連結する連結部としての機能を前記連結モールド部内に形成された前記ストッパ層に顕在化する、
ことを含む請求項1に記載のMEMSセンサの製造方法。 - 前記ストッパ層の表面に前記ストッパ層と異質のコア層を積層することによって前記上昇ストッパモールド部と前記連結モールド部とを埋め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。 - 枠形の支持部と、前記支持部の内側に位置する錘部と、前記支持部に結合し前記錘部に連結され前記錘部の運動に伴って変形する梁形の可撓部と、前記錘部の運動範囲を制限するストッパ部とを備えるMEMSセンサの製造方法であって、
ベース層と、単結晶シリコンからなり前記ベース層より薄いSOI層と、前記ベース層と前記SOI層との間にある絶縁層とからなるSOIウエハの前記ベース層に環状の溝が形成されるとともに前記溝から外側の前記支持部となる部分と前記溝から内側の前記錘部となる部分とに前記ベース層が分断されるように、前記ベース層をエッチングする工程と、
前記溝より内側から前記溝より外側までにかかる位置において前記SOI層を貫通するとともに前記溝より内側において前記絶縁層を貫通する凹部である下降ストッパモールド部が形成されるように、前記SOI層および前記絶縁層をエッチングする工程と、
前記下降ストッパモールド部内に単結晶シリコンよりも靱性が高いストッパ層を形成する工程と、
前記支持部と前記可撓部とに連続する前記SOI層のパターンが形成されるように前記SOI層をエッチングする工程と、
前記下降ストッパモールド部内に形成された前記ストッパ層と前記支持部との間に空隙が形成されるとともに、前記空隙が形成されることによって、前記錘部とともに運動し前記支持部に接触して前記可撓部から前記錘部に向かう方向において前記錘部の運動範囲を制限する下降ストッパ部としての機能が前記下降ストッパモールド部内に形成された前記ストッパ層に顕在化するように前記絶縁層を等方性エッチングする工程と、
を含むMEMSセンサの製造方法。 - 前記SOI層および前記絶縁層をエッチングする工程において、前記溝より内側から前記溝より外側までにかかる位置において前記SOI層を貫通するとともに前記溝より外側において前記絶縁層を貫通する環状の上昇ストッパモールド部と、前記上昇ストッパモールド部より内側に位置し前記SOI層と前記絶縁層とを貫通する凹部である連結モールド部と、前記溝より内側から前記溝より外側までにかかる位置において前記SOI層を貫通するとともに前記溝より内側において前記絶縁層を貫通する凹部である前記下降ストッパモールド部とを同時に形成し、
前記ストッパ層を形成する工程において、前記連結モールド部内と前記上昇ストッパモールド部内と前記下降ストッパモールド部内とに前記絶縁層とは異質の前記ストッパ層を同時に形成し、
前記絶縁層を等方性エッチングする工程において、前記連結モールド部内と前記上昇ストッパモールド部内と前記下降ストッパモールド部内とに形成された前記ストッパ層をエッチングストッパとして用いて前記絶縁層を等方性エッチングすることによって、前記錘部と前記可撓部との間に空隙を形成するとともに前記錘部と前記可撓部とを連結する連結部としての機能を前記連結モールド部内に形成された前記ストッパ層に顕在化する、
請求項4に記載のMEMSセンサの製造方法。 - 枠形の支持部と、
前記支持部の内側に位置する錘部と、
前記支持部に結合し前記錘部に連結され前記錘部の運動に伴って変形する梁形の可撓部と、
前記支持部と結合し空隙を挟んで前記錘部と対向し前記錘部と接触することによって前記錘部より前記可撓部側において前記錘部の運動範囲を制限する上昇ストッパ部と、
を備え、
前記可撓部は単結晶シリコン層を含み、
前記上昇ストッパ部は単結晶シリコンよりも靱性が高く前記単結晶シリコン層を貫通し前記錘部と対向しているストッパ層を含む、
MEMSセンサ。 - 前記上昇ストッパ部の前記錘部と対向する領域に通孔が形成されている、
請求項6に記載のMEMSセンサ。 - 枠形の支持部と、
前記支持部の内側に位置する錘部と、
前記支持部に結合し前記錘部に連結され前記錘部の運動に伴って変形する梁形の可撓部と、
前記錘部と結合し空隙を挟んで前記支持部と対向し前記支持部と接触することによって前記可撓部から前記錘部に向かう方向において前記錘部の運動範囲を制限する下降ストッパ部と、
を備え、
前記可撓部は単結晶シリコン層を含み、
前記下降ストッパ部は単結晶シリコンよりも靱性が高く前記単結晶シリコン層を貫通し前記支持部と対向しているストッパ層を含む、
MEMSセンサ。 - 前記錘部と前記可撓部とに結合し前記錘部と前記可撓部とを連結している連結部を備え、
前記連結部の表面は酸化シリコンとは異質の前記ストッパ層によって構成されている、
請求項6から8のいずれか一項に記載のMEMSセンサ。 - 前記上昇ストッパ部は前記ストッパ層を含む複層構造である、
請求項6から9のいずれか一項に記載のMEMSセンサ。
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