JP4569322B2 - 可動センサ素子 - Google Patents

Description

本発明は、振動体を有する角速度センサや可動電極を有する加速度センサなど、可動センサ構造体を有する可動センサ素子に関する。

従来より、この種の可動センサ素子としては、たとえば、振動体を有する角速度検出用の角速度検出構造体を可動センサ構造体として備えた角速度センサや、可動電極を有する加速度検出用の加速度検出構造体を可動センサ構造体として備えた加速度センサなどが知られている。

このような可動センサ素子は、たとえば取付部材としてのセラミックや金属などからなるパッケージに実装された状態で、たとえば車両などの被測定物に取り付けられ、ヨーレートや加速度の検出などの実用に供される。

このような可動センサ素子は、実用時において、外部からの不要振動やセンサ素子自身からの不要振動によって、可動センサ構造体の可動特性や振動特性が影響を受けるため、従来では、そのような不要振動の影響を可動センサ素子が受けないように、防振構造を採用している。

従来では、そのような防振構造としては、パッケージと可動センサ素子との間に不要振動を吸収するための防振ゴムを介在させたり（たとえば、特許文献１参照）、可動センサ素子とパッケージとを防振機能を有する接着剤で固定したり（たとえば、特許文献２参照）している。

一方、従来より、この種の可動センサ素子としては、シリコン半導体の加工技術を活かしたＭＥＭＳ（マイクロエレクトロメカニカルシステム）タイプのものが提案されている（特許文献３参照）。

このものは、基板と、基板上に設けられたマイクロメカニカル作用層と、マイクロメカニカル作用層上に設けられた被覆層と、被覆層上に設けられた導電帯層とを有して構成されている。

そして、被覆層は、単結晶性領域および多結晶性領域を有し、これら単結晶性領域、多結晶性領域は、それぞれその下に存在する単結晶性領域上、多結晶性開始層上でエピタキシャル成長している。

さらに、マイクロメカニカル作用層は、単結晶性領域および多結晶性領域を有し、これら単結晶性領域、多結晶性領域は、それぞれその下に存在する単結晶性領域上、多結晶性開始層上でエピタキシャル成長しており、マイクロメカニカル作用層の多結晶性領域に、可動センサ構造体が形成されている。
特開２０００−５５６６７号公報 特開２００３−２１６４７号公報 特表２００３−５２０２３３号公報

しかしながら、従来では、可動センサ素子を取付部材に実装するにあたって、防振構造として、上述したような防振ゴムや防振機能を有する接着剤といった別体の防振機能部材を必要としている。

そのため、従来においては、部品点数の増加によるコストアップや、可動センサ素子−防振機能部材−取付部材間の接合部や防振機能部材自身の経時変化による防振機能の劣化、すなわちセンサ特性の悪化などの問題が生じる。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、可動センサ構造体を有する可動センサ素子において、当該可動センサ素子を取付部材に実装するにあたって、別部材としての防振機能部材を要することなく、適切に防振機能を確保することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明者は、基板上に可動センサ構造体を有するマイクロメカニカル作用層、被覆層が順次積層された積層体よりなる可動センサ素子、すなわち、上記特許文献３に記載されているようなＭＥＭＳタイプの可動センサ素子に着目し、検討を行った。

そして、このようなＭＥＭＳタイプの可動センサ素子においては、センサ素子自身に防振機能を持たせることが可能であることを見出した。本発明は、このような検討結果に基づいて創出されたものである。

請求項１に記載の発明では、基板（１）の上に、可動センサ構造体（１０）を有するマイクロメカニカル作用層（１００）、このマイクロメカニカル作用層（１００）を被覆する被覆層（２００）が順次積層された積層体よりなる可動センサ素子において、前記積層体のうち可動センサ構造体（１０）の周辺部には、抜き部（８０）と残し部（８１）とが形成されており、抜き部（８０）は、積層体の周辺部を積層方向に貫通するとともに、積層体の一部を積層体の厚さよりも薄くバネ機能を有する残し部（８１）として残すように抜かれていることを特徴としている。

それによれば、可動センサ素子を取付部材に実装するときに、可動センサ素子自体に設けられたバネ機能を有する残し部（８１）が防振機能を発揮する。また、この残し部（８１）は、可動センサ素子と同一材料にて一体的に形成されており、接合部が無いため、防振機能の劣化を抑制することができる。

よって、本発明によれば、可動センサ構造体（１０）を有する可動センサ素子において、当該可動センサ素子を取付部材に実装するにあたって、別部材としての防振機能部材を要することなく、適切に防振機能を確保することができる。

請求項２に記載の発明では、基板（１）と、基板（１）上に設けられたマイクロメカニカル作用層（１００）と、マイクロメカニカル作用層（１００）上に設けられた被覆層（２００）と、被覆層（２００）上に設けられた導電帯層（３００）とを有し、被覆層（２００）は、単結晶性領域（１４）および多結晶性領域（１５）を有し、これら被覆層（２００）の単結晶性領域（１４）、多結晶性領域（１５）は、それぞれその下に存在する単結晶性領域（７）の上、多結晶性開始層（１３）の上でエピタキシャル成長しており、マイクロメカニカル作用層（１００）は、単結晶性領域（７）および多結晶性領域（８）を有し、これらマイクロメカニカル作用層（１００）の単結晶性領域（７）、多結晶性領域（８）は、それぞれその下に存在する単結晶性領域（１）の上、多結晶性開始層（６）の上でエピタキシャル成長しており、マイクロメカニカル作用層（１００）の多結晶性領域（８）に、可動センサ構造体（１０）が形成されている可動センサ素子において、次のような点を特徴としている。

すなわち、本発明の可動センサ素子は、基板（１）、マイクロメカニカル作用層（１００）の単結晶性領域（７）、および被覆層（２００）の単結晶性領域（１４）が積層されている積層部（８２）にて、抜き部（８０）と残し部（８１）とが形成されており、抜き部（８０）は、積層部（８２）を積層方向に貫通するとともに、積層部（８２）の一部を積層部（８２）の厚さよりも薄くバネ機能を有する残し部（８１）として残すように抜かれていることを特徴としている。

本発明によっても、可動センサ素子を取付部材に実装するときに、可動センサ素子自体に設けられたバネ機能を有する残し部（８１）が防振機能を発揮するとともに、残し部（８１）は、可動センサ素子と同一材料にて一体的に形成されており、接合部が無いため、防振機能の劣化を抑制することができる。

よって、本発明によっても、可動センサ構造体（１０）を有する可動センサ素子において、当該可動センサ素子を取付部材に実装するにあたって、別部材としての防振機能部材を要することなく、適切に防振機能を確保することができる。

ここで、請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の可動センサ素子において、残し部（８１）は、積層部（８２）における基板（１）およびマイクロメカニカル作用層（１００）の単結晶性領域（７）が除去され、被覆層（２００）の単結晶性領域（１４）の一部が残されることで薄肉部となっていることを特徴としている。

それによれば、請求項２に記載の可動センサ素子において、被覆層（２００）は、残し部（８１）を介して残し部（８１）の一側と他側とが連結された形となることから、被覆層（２００）の上に形成されている導電帯層（３００）において、残し部（８１）の一側と他側との電気的な接続を、残し部（８１）を介して容易に実現することができるため、好ましい。

また、請求項４に記載の発明では、請求項１〜請求項３に記載の可動センサ素子において、可動センサ構造体（１０）は、振動体（３０）を有する角速度検出用の角速度検出構造体であることを特徴としている。それによれば、角速度センサとしての可動センサ素子を提供することができる。

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

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

図１（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る可動センサ素子Ｓ１の概略断面図であり、図１（ｂ）は本可動センサ素子Ｓ１の要部を示す概略平面図であって、図１（ａ）の上視平面図である。限定するものではないが、本例では、この可動センサ素子Ｓ１は角速度センサに適用されたものとして説明する。

［構成等］
この可動センサ素子Ｓ１は、大きくは、基板１の上に、可動センサ構造体１０を有するマイクロメカニカル作用層１００、このマイクロメカニカル作用層１００を封止する被覆層２００、センサ素子における配線部および回路部を形成する導電帯層３００が順次積層された積層体として構成されている。

このような可動センサ素子Ｓ１は、公知のシリコン表面マイクロメカニズムにおいて製造可能なものである。

ここで、基板１は、単結晶シリコン（Ｓｉ）基板からなるものである。そして、この基板１自身が、単結晶性領域１として構成されている。

図１（ａ）に示されるように、マイクロメカニカル作用層１００においては、基板１上に、下方酸化物層２が形成され、この下方酸化物層２の上には、配線層としての埋設されたポリシリコン層３が形成されている。

また、コンタクトホール４は、可動センサ構造体１０をリリースするための犠牲酸化物層５の開口部として形成されており、このコンタクトホール４を介して、可動センサ構造体１０とポリシリコン層３とは導通している。

また、下方酸化物層２、犠牲酸化物層５の上には、多結晶性開始層としての第１の開始ポリシリコン層６が形成されている。また、基板１の上には、単結晶性領域としてのエピタクシーからの第１の単結晶シリコン層７が形成されている。

そして、第１の開始ポリシリコン層６の上には、多結晶性領域としての第１のエピタクシーポリシリコン層８が形成されている。これら積層された第１の開始ポリシリコン層６および第１のエピタクシーポリシリコン層８に、絶縁トレンチ９が形成され、上記可動センサ構造体１０が形成されている。

また、図１（ａ）に示されるように、被覆層２００においては、マイクロメカニカル作用層１００の上に、第１の補充酸化物層１１が形成されている。この第１の補充酸化物１１中には開口部としてのコンタクトホール１２が形成されており、このコンタクトホール１２を介して可動センサ構造体１０と被覆層２００とが導通している。

そして、第１の補充酸化物層１１の上には、多結晶性開始層としての第２の開始ポリシリコン層１３が形成されている。また、第１の単結晶シリコン層７の上には、単結晶性領域としてのエピタクシーからの第２の単結晶シリコン層１４が形成されている。

そして、第２の開始ポリシリコン層１３の上には、多結晶性領域としての第２のエピタクシーポリシリコン層１５が形成されている。

また、被覆層２００において、この第２のエピタクシーポリシリコン層１５の一部が、第１のエピタクシーポリシリコン層８と第２のエピタクシーポリシリコン層１５との間の電気的な結合や機械な結合を行うための結合素子１６として構成されている。

さらに、被覆層２００において、この第２のエピタクシーポリシリコン層１５の一部が、溝切り１７として構成されている。この溝切り１７は、その下部に位置する下方酸化物層２、犠牲酸化物層５および第１の補充酸化物層１１を除去して可動センサ構造体１０のリリースを行うためのエッチングホールとして機能する。

また、図１（ａ）に示されるように、被覆層２００の表層部として、第２の補充酸化物層１８が形成されており、その上には、導電帯層３００として、導電帯の絶縁用酸化物層１９が形成され、さらに、その上にはアルミニウムなどからなる導電層２１が形成されている。

また、この導電帯層３００においては、交差結合部２０や、導電層２１と被覆層２００の結合素子１６とを導通させるためのコンタクトホール２２が、第２の補充酸化物層１８および導電帯の絶縁用酸化物層１９の開口部により形成されている。

また、被覆表面２００の単結晶性領域としての第２の単結晶シリコン層１４は、分析回路の集積回路素子を含んでいるものであり、図１（ａ）においては、一例として、分析回路の電子素子としてのＣＭＯＳトランジスタ２３を示してある。

自体公知のシリコン表面マイクロメカニズムにおいて製造可能な本実施形態の場合、被覆層２００は、一方では、単結晶性領域としての第２の単結晶シリコン層１４を有しており、この第２の単結晶シリコン層１４は、その下に存在する単結晶性領域としての第１の単結晶シリコン層７の上でエピタキシャル成長している。

そして、他方では、被覆層２００は、多結晶性領域としての第２のエピタクシーポリシリコン層１５を有しており、この第２のエピタクシーポリシリコン層１５は、同時に、その下に存在する多結晶性開始層としての第２の開始ポリシリコン層１３の上でエピタキシャル成長している。換言すれば、１つの処理工程において、単結晶シリコンと多結晶シリコンを同時に成長させているのである。

同様に、マイクロメカニカル層１００は、一方では、単結晶性領域としての第１の単結晶シリコン層７を有しており、この第１の単結晶シリコン層７、その下に存在する基板１の単結晶性領域の上でエピタキシャル成長している。

そして、他方では、マイクロメカニカル作用層１００は、多結晶性領域としての第１のエピタクシーポリシリコン層８を有しており、この第１のエピタクシーポリシリコン層８は、同時にその下に存在する多結晶性開始層としての第１の開始ポリシリコン層６の上でエピタキシャル成長している。同時に単結晶成長及び多結晶成長するＳｉのこの処理工程は、センサ構造体１０並びに被覆層２００のために実施されている。

上述したように、本例の可動センサ素子Ｓ１は、角速度センサとして構成されるため、可動センサ構造体１０は、振動体を有する角速度検出用の角速度検出構造体として構成される。次に、この角速度検出構造体としての可動センサ構造体１０について、図２を参照して、具体的に述べる。

図２は、図１に示される可動センサ構造体１０の概略平面構成を示す図であり、図１（ａ）中の上方から可動センサ構造体１０の上部の構成要素を透過してみたときの可動センサ構造体１０の平面パターンを示している。

この角速度検出構造体としての可動センサ構造体１０は、上述したように、マイクロメカニカル作用層２００において、パターニングされた第１の開始ポリシリコン層６の上にエピタキシャル成長した第１のエピタクシーポリシリコン層８により形成されており、下方の基板１および上方の被覆層２００とは、第１の補充酸化物層１１や犠牲酸化物層５の除去によりリリース（クリアランス）されている。

この可動センサ構造体１０においては、第１の開始ポリシリコン層６および第１のエピタクシーポリシリコン層８を溝で区画することにより、図２において斜線ハッチングで示されるような平面パターンを有する梁構造体３０〜７０が形成されている。

この梁構造体３０〜７０は、大きくは、振動体３０と各梁部３３、５０と各電極６０、７０とから構成されている。

振動体３０は、マイクロメカニカル作用層２００と水平な面内すなわち図２中の紙面内にて振動可能なものである。

本例では、振動体３０は、図２中の中央部に位置する略矩形状の第１の振動部３１と、この第１の振動部３１の外周に位置する矩形枠状の第２の振動部３２と、これら第１および第２の振動部３１、３２を連結する駆動梁部３３とから構成されている。

この振動体３０は、その周辺部に設けられたアンカー部４０に対して検出梁部５０を介して連結されている。ここで、アンカー部４０は、図１における下方の基板１または上方の被覆層２００に固定され支持されているものであり、振動体３０は、これら基板１および被覆層２００から浮遊している。

ここで、図２に示されるように、駆動梁部３３は、たとえばｙ方向に延びる形状をなすものとすることで実質的にｘ方向のみに弾性変形可能なものであり、検出梁部５０は、たとえばｘ方向に延びる形状をなすものとすることで実質的にｙ方向のみに弾性変形可能なものである。

そして、駆動梁３３によって振動体３０のうち第１の振動体部３２が、上記水平面内においてｘ方向（つまり駆動振動方向）へ振動可能となっている。一方、検出梁部５０によって振動体３０全体が、上記水平面内においてｙ方向（つまり検出振動方向）へ振動可能となっている。

また、第１の振動部３１と第２の振動部３２との間には、第１の振動部３１をｘ方向に駆動振動させるための駆動電極６０が設けられている。

この駆動電極６０は、アンカー部４０と同様に基板１または被覆層２００に固定されている。そして、駆動電極６０は、第１の振動部３１から突出する櫛歯部（駆動用櫛歯部）３１ａに対し、互いの櫛歯が噛み合うように対向して配置されている。

また、第２の振動部３２の外周には、角速度検出を行うための検出電極７０が設けられている。

この検出電極７０は、振動体３０の振動に基づいてマイクロメカニカル作用層２００と垂直なｚ軸回りの角速度を検出するためのもので、アンカー部４０と同様に基板１または被覆層２００に固定されている。そして、検出電極７０は、第２の振動部３２から突出する櫛歯部（検出用櫛歯部）３２ａに対し、互いの櫛歯が噛み合うように対向して配置されている。

また、本可動センサ構造体１０では、アンカー部４０や検出電極７０の適所において上記コンタクトホール４、１２（図１参照）と導通がなされ、可動センサ構造体１０とその他の部分との電気的な接続がなされている。

それによって、可動センサ素子Ｓ１に設けられている回路部や外部の回路などから、振動体３０、駆動電極６０および検出電極７０などに対して電圧を印加したり、可動センサ構造体１０から信号を取り出したりできるようになっている。

かかる角速度検出構造体としての可動センサ構造体１０による基本的な角速度の検出動作は、図２を参照して述べると、次の通りである。

駆動電極６０にたとえば正弦波電圧等の駆動信号を印加して、上記第１の振動部３１の櫛歯部３１ａと駆動電極６０との間に静電気力を発生させる。それにより、駆動梁部３３の弾性力によって第１の振動部３１がｘ方向へ駆動振動する。

この第１の振動部３１の駆動振動のもと、ｚ軸回りに角速度Ωが印加されると、第１の振動部３１にはｙ方向にコリオリ力が印加され、振動体３０全体が、検出梁５０の弾性力によってｙ方向へ検出振動する。

すると、この検出振動によって、検出電極７０と検出用櫛歯部３２ａの櫛歯間の容量が変化するため、この容量変化を検出することにより、角速度Ωの大きさを求めることができる。

具体的には、図２において、振動体３０がｙ軸方向に沿って一方向へ変位したとき、図２における左右の検出電極７０において、左側の検出電極７０と右側の検出電極７０とでは、容量変化は互いに逆になるようになっている。そのため、左右の検出電極７０におけるそれぞれの容量変化を電圧に変換し、両電圧値を差動・増幅して出力することで、角速度が求められる。

このように、本実施形態の可動センサ素子Ｓ１は、基板１の上に、可動センサ構造体１０を有するマイクロメカニカル作用層１００、このマイクロメカニカル作用層１００を被覆する被覆層２００が順次積層された積層体よりなる。

そして、図１（ａ）、（ｂ）に示されるように、このような積層体からなる本実施形態の可動センサ素子Ｓ１は、積層体のうち可動センサ構造体１０の周辺部８２には、積層体の積層方向（図１（ａ）中の上下方向）に貫通するように抜かれた抜き部８０とこの抜き部８０の残し部８１とが形成されている。

ここで、残し部８１は、図１に示されるように、抜き部８０の一部を積層体の積層方向において貫通させずに一部残したものであり、この残し部８１は、積層体の厚さよりも薄い薄肉部であってバネ機能を有するものとして構成されている。具体的には、残し部８１は、可動センサ構造体１０の振動体３０の駆動振動や、外部からの振動を減衰する役目を果す。

さらに言うならば、図１（ｂ）に示されるように、可動センサ素子Ｓ１において抜き部８０および残し部８１を境として可動センサ構造体１０側の部分は、それとは反対側の部分に対して、バネ性を有する残し部８１を介して吊られた形で連結されている。このように、本実施形態の可動センサ素子Ｓ１は、抜き部８０および残し部８１を有する独自の構成を有している。

この独自の構成について、より具体的にいうと、図１に示されるように、可動センサ構造体１０の周辺部８２、すなわち、基板１、マイクロメカニカル作用層１００の単結晶性領域７、および被覆層２００の単結晶性領域１４が積層されている積層部８２にて、積層部８２の積層方向（図１（ａ）の上下方向）に貫通するように抜かれた抜き部８０とこの抜き部８０の残し部８１とが形成されており、残し部８１は、積層部８２の厚さよりも薄い薄肉部であってバネ機能を有するものとして構成されている。

そして、図１に示される例では、残し部８１は、積層部８２における基板１およびマイクロメカニカル作用層１００の単結晶性領域７が除去され、被覆層２００の単結晶性領域１４の一部が残されることで薄肉部となっている。

このように、本例の可動センサ素子Ｓ１においては、被覆層２００は、残し部８１を介して残し部８１の一側と他側とが連結された形となっている。そして、被覆層２００の上に形成されている配線部や回路部としての導電帯層３００において、残し部８１の一側と他側との電気的な接続は、この残し部８１を介して実現されている。

このような抜き部８０は、ホトエッチングなどの化学的な加工やブレードによるダイシングなどの物理的な加工、さらには、これらを複合した加工により形成することができる。そして、その抜き部８０の穴あけ加工を、部分的に途中で停止することにより、任意の幅、長さ、厚さのバネ構造を有する残し部８１を形成することができる。

また、上記図１に示される例では、被覆層２００の単結晶性領域１４の一部が残されて残し部８１となっているが、そして、この抜き部８０の加工においては、図１（ａ）における下部方向および上部方向のどちらから穴あけを行ってもよい。

つまり、可能ならば、図１（ａ）中の破線に示されるように、残し部８１は、積層部８２における基板１の一部を残したものや、マイクロメカニカル作用層１００の単結晶性領域７の一部を残したものでもよい。また、図１（ａ）中に示される破線も含めた３つの残し部８１のうち２つあるいは３つすべてが同時に形成されていてもよい。

［製造方法等］
次に、図１に示される可動センサ素子Ｓ１の製造方法について説明する。図３（ａ）、（ｂ）は、同可動センサ素子Ｓ１の製造工程を示す概略断面図である。

本例では、単結晶シリコンからなる基板１を用意して製造を開始する。

［図３（ａ）の工程］
まず、下方酸化物層２を形成するために基板１の酸化を行う。引き続き、下方導電帯領域としての埋設されたポリシリコン層３の析出およびパターン付与を行う。次に、犠牲酸化物層５を析出させ、かつパターン付与を行う。

この後、第１の開始ポリシリコン６の析出およびパターン付与、また、後のエピタクシー工程において第１の単結晶シリコン層７が基板１の上で成長することになる場所において、第１の開始ポリシリコン層６および下方酸化物層２の除去を行う。

この後、第１の単結晶シリコン層７を、マイクロメカニカル作用層１００の第１のエピタクシーポリシリコン層８と一緒に成長させるエピタクシー工程を行う。こうして、可動センサ構造体１０を有するマイクロメカニカル作用層１００ができあがる。

［図３（ｂ）の工程］
次に、第１の補充酸化物層１１の析出およびコンタクトホール１２の形成のための第１の補充酸化物層１１のパターン付与を行う。

続いて、第２の開始ポリシリコン層１３を析出させ、第１の補充酸化物層１１と一緒にパターン付与を行い、第１の補充酸化物層１１を、第２の単結晶シリコン層１４が第１の単結晶シリコン層７の上で成長することになる場所から除去する。

その後、第２の単結晶シリコン層１４と同時に被覆層２００の第２のエピタクシーポリシリコン層１５を析出させるエピタクシー処理を行う。

次に、溝切り１７を、第２のエピタクシーポリシリコン層１５中に形成させ、これを、下方に形成されている各酸化物層１、５、１１を除去するためのエッチングホールとして用いる。

次に、この溝切り１７を介して、ＨＦの蒸気などを用いた犠牲層エッチングを行うことで、下方酸化物層２、犠牲酸化物層５および第１の補充酸化物層１１の除去を行い、それによって、可動センサ構造体１０のリリース（クリアランス）を行う。

その後、第２の補充酸化物層１８の析出およびパターン付与を行う。また、第２の単結晶シリコン層１４において、分析回路の集積回路素子を形成するためのＩＣ処理、たとえばＣＭＯＳ処理やＢｉＣＭＯＳ処理などを行う。

そして、この後、導電帯層３００の形成、ことに導電帯の絶縁用酸化物層１９および導電層２１の析出およびパターン付与を行う。

しかる後、積層体のうち可動センサ構造体１０の周辺部８２に、積層体の積層方向（図１（ａ）中の上下方向）に貫通するように抜かれた抜き部８０とこの抜き部８０の残し部８１とを、上述したようなホトエッチングなどの化学的な加工方法またはダイシングなどの物理的な加工方法を用いて形成する。

なお、上記した各工程は、通常、ウェハにて行われるものであり、通常の標準的なＩＣ素子の場合のように、ウェハのダイシングカットを行うことにより、図１に示される可動センサ素子Ｓ１ができあがる。

［効果等］
上述してきたように、本実施形態の可動センサ素子Ｓ１は、次のような基本構成を有している。

・基板１と、基板１上に設けられたマイクロメカニカル作用層１００と、マイクロメカニカル作用層１００上に設けられた被覆層２００と、被覆層２００上に設けられた導電帯層３００とを有すること。

・被覆層２００は、単結晶シリコン層１４およびエピタクシーポリシリコン層１５を有し、これら被覆層２００の単結晶シリコン層１４、ピタクシーポリシリコン層１５は、それぞれその下に存在する単結晶シリコン層７の上、開始ポリシリコン層１３の上でエピタキシャル成長していること。

・マイクロメカニカル作用層１００は、単結晶シリコン層７およびエピタクシーポリシリコン層８を有し、これらマイクロメカニカル作用層１００の単結晶シリコン層７、エピタクシーポリシリコン層８は、それぞれその下に存在する単結晶シリコン基板１の上、開始ポリシリコン層６の上でエピタキシャル成長しており、マイクロメカニカル作用層１００のエピタクシーポリシリコン層８に、可動センサ構造体１０が形成されていること。

そして、このような基本構成を有する本実施形態の可動センサ素子Ｓ１においては、次のような点を独自の特徴としている。

すなわち、本実施形態の可動センサ素子Ｓ１においては、基板１、マイクロメカニカル作用層１００の単結晶シリコン層７、および被覆層２００の単結晶シリコン層１４が積層されている積層部８２にて、この積層部８２の積層方向に貫通するように抜かれた抜き部８０とこの抜き部８０の残し部８１とが形成されており、この残し部８１は、積層部８２の厚さよりも薄い薄肉部であってバネ機能を有するものとして構成されていることを特徴としている。

言い換えるならば、本実施形態によれば、基板１の上に、可動センサ構造体１０を有するマイクロメカニカル作用層１００、このマイクロメカニカル作用層１００を被覆する被覆層２００が順次積層された積層体よりなる可動センサ素子において、前記積層体のうち可動センサ構造体１０の周辺部には、前記積層体の積層方向に貫通するように抜かれた抜き部８０とこの抜き部８０の残し部８１とが形成されており、残し部８１は、前記積層体の厚さよりも薄い薄肉部であってバネ機能を有するものとして構成されていることを特徴とする可動センサ素子Ｓ１が提供される。

それによれば、可動センサ素子Ｓ１をセラミックや金属などのパッケージなどの取付部材に実装するときに、可動センサ素子Ｓ１自体に設けられたバネ機能を有する残し部８１が防振機能を発揮する。

また、この残し部８１は、可動センサ素子Ｓ１と同一の材料、本例ではシリコンにて素子と一体的に形成されており、従来のような防振ゴムや接着剤などの別体の防振機能部材を用いた場合のように、防振機能部材と相手部材（つまりセンサ素子や取付部材）との接合部が無くなる。

また、本例ではシリコンにより防振機能部材としての残し部８１が形成されているため、従来に比べて、経時劣化が大幅に抑制される。そのため、本実施形態によれば、防振機能の劣化を抑制することができる。

このように、本実施形態によれば、可動センサ構造体１０を有する可動センサ素子Ｓ１において、当該可動センサ素子Ｓ１を取付部材に実装するにあたって、別部材としての防振機能部材を要することなく、適切に防振機能を確保することができる。

そのため、本実施形態の可動センサ素子Ｓ１をパッケージなどの取付部材に実装する場合には、センサ素子Ｓ１の外周部、すなわち、図１における可動センサ素子Ｓ１において抜き部８０および残し部８１を境として可動センサ構造体１０側とは反対側の部分を、取付部材に対して、従来と同様に、防振機能部材を介さずに固定すればよい。

つまり、本実施形態の可動センサ素子Ｓ１は、取付部材への固定において、防振機能を有する固定部材を用いる必要はなくなり、一般的な接着剤や締結部材などを介して固定を行うことができる。

こうして、本実施形態によれば、従来のような防振機能部材を別途用いることによるコストアップを防止できるとともに、防振機能を適切に確保できるため、安価な構成にてセンサ特性を確保することができる。

また、図１に示される可動センサ素子Ｓ１においては、残し部８１は、積層部８２における基板１およびマイクロメカニカル作用層１００の単結晶シリコン層７が除去され、被覆層２００の単結晶シリコン層１４の一部が残されることで薄肉部となっていることも特徴のひとつである。

それによれば、上述したように、被覆層２００は、残し部８１を介して残し部８１の一側と他側とが連結された形となることから、被覆層２００の上に形成されている導電帯層３００において、残し部８１の一側と他側との電気的な接続を、残し部８１を介して容易に実現することができるため、好ましい。

（他の実施形態）
なお、上記図に示される可動センサ素子は、本発明の一実施形態であり、上記図示例に限定されるものではないことはもちろんである。たとえば、上記特許文献３にも記載されているようなＳＯＩ基板を用いた多層構造のセンサ素子に対しても、本発明は適用可能である。

また、上記実施形態では、本発明の可動センサ素子として、振動体を有する角速度検出用の角速度検出構造体を可動センサ構造体として備えた角速度センサを例にとって説明したが、本発明の可動センサ素子は、角速度センサに限定されるものでない。

たとえば、可動電極を有する加速度検出用の加速度検出構造体を可動センサ構造体として備えた加速度センサなどであってもよいことはもちろんである。

要するに、本発明は、基板の上に、可動センサ構造体を有するマイクロメカニカル作用層、このマイクロメカニカル作用層を被覆する被覆層が順次積層された積層体よりなる可動センサ素子において、前記積層体のうち可動センサ構造体の周辺部に、前記積層体の積層方向に貫通するように抜かれた抜き部とこの抜き部の残し部とを形成し、この残し部を、前記積層体の厚さよりも薄い薄肉部であってバネ機能を有するものとしたことを要部とするものであり、その他の部分については、適宜設計変更が可能である。

（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る可動センサ素子の概略断面図であり、（ｂ）は（ａ）中の上視概略平面図である。 図１に示される可動センサ構造体の概略平面図である。 図１に示される可動センサ素子の製造工程を示す概略断面図である。

符号の説明

１…基板、
６…多結晶性開始層としての第１の開始ポリシリコン層、
７…マイクロメカニカル作用層の単結晶性領域としての第１の単結晶シリコン層、
８…マイクロメカニカル作用層の多結晶性領域としての第１のエピタクシーポリシリコン層、
１０…角速度検出構造体としての可動センサ構造体、
１３…多結晶性開始層としての第２の開始ポリシリコン層、
１４…被覆層の単結晶性領域としての第２の単結晶シリコン層、
１５…被覆層の多結晶性領域としての第２のエピタクシーポリシリコン層、
３０…振動体、８０…抜き部、８１…残し部、８２…積層部、
１００…マイクロメカニカル作用層、２００…被覆層、３００…導電帯層。

Claims (4)

1. 基板（１）の上に、可動センサ構造体（１０）を有するマイクロメカニカル作用層（１００）、このマイクロメカニカル作用層（１００）を被覆する被覆層（２００）が順次積層された積層体よりなる可動センサ素子において、
   前記積層体のうち前記可動センサ構造体（１０）の周辺部には、抜き部（８０）と残し部（８１）とが形成されており、
   前記抜き部（８０）は、前記積層体の周辺部を積層方向に貫通するとともに、前記積層体の一部を前記積層体の厚さよりも薄くバネ機能を有する前記残し部（８１）として残すように抜かれていることを特徴とする可動センサ素子。
2. 基板（１）と、
   前記基板（１）上に設けられたマイクロメカニカル作用層（１００）と、
   前記マイクロメカニカル作用層（１００）上に設けられた被覆層（２００）と、
   前記被覆層（２００）上に設けられた導電帯層（３００）とを有し、
   前記被覆層（２００）は、単結晶性領域（１４）および多結晶性領域（１５）を有し、これら前記被覆層（２００）の前記単結晶性領域（１４）、前記多結晶性領域（１５）は、それぞれその下に存在する単結晶性領域（７）の上、多結晶性開始層（１３）の上でエピタキシャル成長しており、
   前記マイクロメカニカル作用層（１００）は、単結晶性領域（７）および多結晶性領域（８）を有し、これら前記マイクロメカニカル作用層（１００）の前記単結晶性領域（７）、前記多結晶性領域（８）は、それぞれその下に存在する単結晶性領域（１）の上、多結晶性開始層（６）の上でエピタキシャル成長しており、
   前記マイクロメカニカル作用層（１００）の多結晶性領域（８）に、可動センサ構造体（１０）が形成されている可動センサ素子において、
   前記基板（１）、前記マイクロメカニカル作用層（１００）の前記単結晶性領域（７）、および前記被覆層（２００）の前記単結晶性領域（１４）が積層されている積層部（８２）にて、抜き部（８０）と残し部（８１）とが形成されており、
   前記抜き部（８０）は、前記積層部（８２）を積層方向に貫通するとともに、前記積層部（８２）の一部を前記積層部（８２）の厚さよりも薄くバネ機能を有する前記残し部（８１）として残すように抜かれていることを特徴とする可動センサ素子。
3. 前記残し部（８１）は、前記積層部（８２）における前記基板（１）および前記マイクロメカニカル作用層（１００）の前記単結晶性領域（７）が除去され、前記被覆層（２００）の前記単結晶性領域（１４）の一部が残されることで薄肉部となっていることを特徴とする請求項２に記載の可動センサ素子。
4. 前記可動センサ構造体（１０）は、振動体（３０）を有する角速度検出用の角速度検出構造体であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の可動センサ素子。

Images