JP5350339B2 - 微小電気機械システムおよびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ：Micro Electro Mechanical Systems）およびその製造技術に関し、特に、ＳＯＩ基板上に形成される微小電気機械システムおよびその製造技術に適用して有効な技術に関する。
特開２００９−０２７０１６号公報（特許文献１）には、ＳＯＩ基板にＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）構造体および貫通孔を形成する技術が記載されている。
特開平１１−１７３８５１号公報（特許文献２）には、角速度センサにおいて、振動子を可動側駆動電極と固定側駆動電極により第１方向に振動させた状態で、振動子をＺ軸周りの角速度に応じて第１方向と直交する方向に変位させ、この変位量を可動側検出電極および固定側検出電極によって検出することが記載されている。そして、基板上に設けた各ストッパは、接続部により振動子と同電位に保持された状態で、第２方向に対する振動子の変位量を規制し、可動側駆動電極と固定側駆動電極、可動側検出電極と固定側検出電極がそれぞれ接触するのを防止することが記載されている。
特許第３５５１８２１号（特許文献３）には、下層と中層と上層からなるＳＯＩ基板の上層を加工して可動部を形成し、この可動部の直下にある中層をウェットエッチングで除去する際、一部の中層を残存させて可動部の直下に突起部からなるストッパを形成する技術が記載されている。
特開２００５−２４１５００号公報（特許文献４）には、半導体基板上に下部容量検出電極を形成し、この下部容量検出電極上に空洞部を介して可動部を形成する技術が記載されている。そして、可動部の半導体基板の厚さ方向の変位を、可動部と下部容量検出電極で構成される容量素子の容量変化で検出する技術が記載されている。
特開２００９−０２７０１６号公報 特開平１１−１７３８５１号公報 特許第３５５１８２１号 特開２００５−２４１５００号公報
微小電気機械システム（以下、ＭＥＭＳともいう）は、例えば、ＳＯＩ基板を加工して形成される。具体的にＳＯＩ基板は、支持基板と、支持基板上に形成された中間絶縁層と、中間絶縁層上に形成された活性層を有している。そして、ＳＯＩ基板の活性層を加工することにより、ＭＥＭＳ構造体を形成する。このＭＥＭＳ構造体は、例えば、弾性変形可能な弾性変形部（梁）と、この弾性変形部の一端と接続された可動部と、弾性変形部の他端と接続された固定部とを有するように構成される。このように構成されているＭＥＭＳ構造体では、弾性変形部および可動部の下層に形成されている中間絶縁層が除去されて、弾性変形部が弾性変形可能なように構成されているとともに、可動部が変位可能なように構成されている。一方、固定部の下層に形成されている中間絶縁層は残存しており、固定部は、残存している中間絶縁層を介して支持基板に固定されている。
以上のように構成されているＭＥＭＳによって、例えば、可動部の変位に基づいて角速度や加速度などの物理量を検出する角速度センサや加速度センサが実現される。また、上述したように構成されるＭＥＭＳによって、例えば、可動部の変位によりミラー（可動部）の角度や位置を調整できるマイクロミラーや、可動部の変位によってマイクロレンズの焦点位置を調整するマイクロレンズアクチュエータが実現される。
したがって、ＭＥＭＳにおいては、可動部が変位可能なように構成することが重要であるが、一方であまり大きく可動部が変位しすぎると、可動部とその他の部材がぶつかり、可動部がその他の部材に固着（ステッキング）してしまう問題点が生じる。例えば、ＳＯＩ基板の厚さ方向に可動部が変位した場合を考える。この場合、可動部の変位量が大きくなりすぎると、可動部の変位量が、可動部と支持基板の間に形成されている中間絶縁層を除去して形成された隙間の距離を超えて、可動部が支持基板にぶつかることが生じる。すると、可動部が支持基板に固着してしまい、それ以後、可動部が変位できなくなってしまう。この結果、ＭＥＭＳが正常に動作しなくなる問題点が発生する。
本発明の目的は、ＭＥＭＳを構成する可動部がその他の部材に固着することを抑制できる技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
本発明における微小電気機械システムの製造方法は、（ａ）支持基板と、前記支持基板上に形成された中間絶縁層と、前記中間絶縁層上に形成された活性層からなるＳＯＩ基板を用意する工程と、（ｂ）前記（ａ）工程後、前記ＳＯＩ基板の可動部形成領域において、前記支持基板を貫通して前記中間絶縁層を露出する突起形成用穴を形成する工程とを備える。次に、（ｃ）前記（ｂ）工程後、前記突起形成用穴の底部から露出する前記中間絶縁層を除去し、前記突起形成用穴の底部から前記活性層を露出する工程と、（ｄ）前記（ｃ）工程後、前記突起形成用穴の底部から露出する前記活性層および前記突起形成用穴の内壁を酸化して、前記突起形成用穴の底部から露出する前記活性層の表面および前記突起形成用穴の内壁に第１酸化層を形成する工程とを備える。続いて、（ｅ）前記（ｄ）工程後、前記突起形成用穴の内部に導体膜を埋め込む工程と、（ｆ）前記（ｅ）工程後、前記ＳＯＩ基板の前記活性層をパターニングすることにより、ＭＥＭＳセンサの弾性変形部と、前記弾性変形部の一端に接続される可動部と、前記弾性変形部の他端に接続される固定部とを形成する工程とを備える。さらに、（ｇ）前記（ｆ）工程後、前記可動部が形成されている前記可動部形成領域および前記弾性変形部が形成されている弾性変形部形成領域に存在する前記中間絶縁層を除去することにより、前記弾性変形部で前記可動部を懸架するとともに、前記突起形成用穴に埋め込まれた前記導体膜の一部を露出して、前記導体膜の一部からなる突起部を形成し、さらに、前記突起部に接触する前記第１酸化層を除去することにより、前記突起部と前記可動部との間に隙間を形成する工程とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明における微小電気機械システムの製造方法は、（ａ）支持基板と、前記支持基板上に形成された中間絶縁層と、前記中間絶縁層上に形成された活性層からなるＳＯＩ基板を用意する工程と、（ｂ）前記（ａ）工程後、前記ＳＯＩ基板の可動部形成領域において、前記支持基板を貫通して前記中間絶縁層を露出する複数の突起形成用穴を形成する工程とを備える。次に、（ｃ）前記（ｂ）工程後、前記複数の突起形成用穴の底部から露出する前記中間絶縁層を除去し、前記複数の突起形成用穴の底部から前記活性層を露出する工程と、（ｄ）前記（ｃ）工程後、前記複数の突起形成用穴の底部から露出する前記活性層および前記突起形成用穴の内壁を酸化して、前記複数の突起形成用穴の底部から露出する前記活性層の表面および前記突起形成用穴の内壁に第１酸化層を形成する工程とを備える。そして、（ｅ）前記（ｄ）工程後、前記複数の突起形成用穴の内部に導体膜を埋め込む工程と、（ｆ）前記（ｅ）工程後、前記ＳＯＩ基板の前記活性層をパターニングすることにより、ＭＥＭＳセンサの弾性変形部と、前記弾性変形部の一端に接続される可動部と、前記弾性変形部の他端に接続される固定部とを形成する工程とを備える。続いて、（ｇ）前記（ｆ）工程後、前記可動部が形成されている前記可動部形成領域および前記弾性変形部が形成されている弾性変形部形成領域に存在する前記中間絶縁層を除去することにより、前記弾性変形部で前記可動部を懸架するとともに、前記複数の突起形成用穴のそれぞれに埋め込まれた前記導体膜の一部を露出して、前記導体膜の一部からなる複数の突起部を形成し、さらに、前記複数の突起部のそれぞれに接触する前記第１酸化層を除去することにより、前記複数の突起部のそれぞれと前記可動部との間に隙間を形成する工程とを備える。ここで、前記（ｂ）工程は、前記ＳＯＩ基板に形成されている前記支持基板の第１領域を、前記ＳＯＩ基板に形成されている前記支持基板の第２領域と電気的に分離するため、前記第１領域を囲むように前記複数の突起形成用穴を形成することを特徴とするものである。
また、本発明における微小電気機械システムは、（ａ）支持基板と、前記支持基板上に形成された中間絶縁層と、前記中間絶縁層上に形成された活性層からなるＳＯＩ基板と、（ｂ）前記活性層を加工して形成され、かつ、前記活性層の下層に形成されている前記中間絶縁層が除去されるようにして形成された弾性変形部とを備える。そして、（ｃ）前記活性層を加工して形成され、かつ、前記活性層の下層に形成されている前記中間絶縁層が除去されるようにして形成されるとともに、前記弾性変形部の一端と接続された可動部とを備える。さらに、（ｄ）前記活性層を加工して形成され、かつ、前記活性層の下層に残存している前記中間絶縁層を介して前記支持基板に固定されるとともに、前記弾性変形部の他端と接続された固定部と、（ｅ）前記可動部と前記支持基板が固着しないように設けられたストッパ部とを備える。このとき、前記ストッパ部は、（ｅ１）前記支持基板を貫通するように設けられた突起形成用穴と、（ｅ２）前記突起形成用穴の内壁に形成された酸化層と、（ｅ３）前記突起形成用穴に前記酸化層を介して埋め込まれた導体膜と、（ｅ４）前記突起形成用穴から前記可動部側に向ってはみ出した前記導体膜の一部からなる突起部とを有する。そして、前記突起部と前記可動部との間の距離は、前記支持基板と前記可動部との間の距離よりも小さくなっていることを特徴とするものである。
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
ＭＥＭＳを構成する可動部がその他の部材に固着することを抑制できる。
本発明の実施の形態１における加速度センサの構成を示す上面図である。 実施の形態１における加速度センサの構成を示す下面図である。 （ａ）は図１および図２のＡ−Ａ線で切断した断面図であり、（ｂ）は図１および図２のＢ−Ｂ線で切断した断面図である。 （ａ）は実施の形態１における加速度センサの製造工程を図１のＡ−Ａ線で切断した断面で説明する断面図であり、（ｂ）は実施の形態１における加速度センサの製造工程を図１のＢ−Ｂ線で切断した断面で説明する断面図である。 （ａ）は図４（ａ）に続く加速度センサの製造工程を示す断面図であり、（ｂ）は、図４（ｂ）に続く加速度センサの製造工程を示す断面図である。 （ａ）は図５（ａ）に続く加速度センサの製造工程を示す断面図であり、（ｂ）は、図５（ｂ）に続く加速度センサの製造工程を示す断面図である。 （ａ）は図６（ａ）に続く加速度センサの製造工程を示す断面図であり、（ｂ）は、図６（ｂ）に続く加速度センサの製造工程を示す断面図である。 （ａ）は図７（ａ）に続く加速度センサの製造工程を示す断面図であり、（ｂ）は、図７（ｂ）に続く加速度センサの製造工程を示す断面図である。 （ａ）は図８（ａ）に続く加速度センサの製造工程を示す断面図であり、（ｂ）は、図８（ｂ）に続く加速度センサの製造工程を示す断面図である。 （ａ）は図９（ａ）に続く加速度センサの製造工程を示す断面図であり、（ｂ）は、図９（ｂ）に続く加速度センサの製造工程を示す断面図である。 （ａ）は図１０（ａ）に続く加速度センサの製造工程を示す断面図であり、（ｂ）は、図１０（ｂ）に続く加速度センサの製造工程を示す断面図である。 図８（ａ）に示す製造工程中の突起部近傍の構造を拡大して示す図である。 図１０（ａ）に示す製造工程中の突起部近傍の構造を拡大して示す図である。 実施の形態１における角速度センサの構成を示す上面図である。 実施の形態２における加速度センサの構成を示す上面図である。 実施の形態２における加速度センサの構成を示す下面図である。 （ａ）は、図１５および図１６のＡ−Ａ線で切断した断面図であり、（ｂ）は図１５および図１６のＢ−Ｂ線で切断した断面図である。 図１７（ｂ）の破線で囲んだ領域を拡大して示す図であり、加速度検出動作の一例を説明する図である。 図１７（ｂ）の破線で囲んだ領域を拡大して示す図であり、加速度検出動作の一例を説明する図である。 実施の形態３における加速度センサの構成を示す上面図である。 実施の形態３における加速度センサの構成を示す下面図である。 図２０および図２１のＡ−Ａ線で切断した断面図である。 実施の形態４におけるマイクロミラーの構成を示す斜視図である。 実施の形態４におけるマイクロミラーの構成を示す平面図である。 図２４のＡ−Ａ線で切断した断面図である。 実施の形態５におけるマイクロレンズアクチュエータの構成を示す平面図である。 図２６のＡ−Ａ線で切断した断面図である。 実施の形態５におけるマイクロレンズアクチュエータにレーザ光を照射する例を示す断面図である。 実施の形態６における加速度センサの構成を示す上面図である。 実施の形態６における加速度センサの構成を示す下面図である。 図２９および図３０のＡ−Ａ線で切断した断面図である。
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。
（実施の形態１）
本実施の形態１では、微小電気機械システムの一例として、静電容量型加速度センサを挙げて説明する。図１は、本実施の形態１における加速度センサ１００の構成を示す上面図である。図１において、本実施の形態１における加速度センサ１００は、ＳＯＩ基板１００Ｓに形成されている。ＳＯＩ基板１００Ｓは、支持基板と、支持基板上に形成された中間絶縁層と、中間絶縁層上に形成された活性層（シリコン層）から形成されており、図１では、活性層（シリコン層）の加工形状が示されている。
図１に示すように、本実施の形態１における加速度センサ１００は、まず、可動部１０１と、梁（弾性変形部）１０２と、固定部１０３とを有している。可動部１０１は、梁１０２を介して固定部１０３と接続されており、加速度センサ１００に働く加速度に応じて可動部１０１が変位可能なように構成されている。具体的に、梁１０２は、弾性変形可能なように構成されており、この梁１０２の一端に可動部１０１が接続され、梁１０２の他端に固定部１０３が接続されている。例えば、ｙ方向に加速度が印加されると、梁１０２が印加された加速度によって弾性変形し、この弾性変形する梁１０２と接続されている可動部１０１がｙ方向に変位するようになっている。つまり、本実施の形態１における加速度センサ１００では、例えば、ｙ方向に加速度が印加されると、梁１０２が弾性変形し、この結果、梁１０２の一端と接続されている可動部１０１がｙ方向に変位するように構成されている。したがって、本実施の形態１における加速度センサ１００は、ｙ方向に加速度が印加されると、この加速度の大きさと向きに応じて、可動部１０１がｙ方向に変位することになる。
なお、可動部１０１は、ＳＯＩ基板１００Ｓの活性層を加工して形成されているが、この可動部１０１が変位可能なように、可動部１０１を構成する活性層の下層に形成されている中間絶縁層は除去される。このため、可動部１０１には、エッチング孔１０６が設けられており、可動部１０１の下層に存在する中間絶縁層を除去しやすくなっている。つまり、可動部１０１に設けられているエッチング孔１０６は、可動部１０１の下層に存在する中間絶縁層をエッチングで除去しやすくするために形成されている。
次に、可動部１０１と一体化するようにして可動電極１０４が形成されており、この可動電極１０４と向い合うように固定電極１０５が形成されている。例えば、図１では、可動部１０１の右側から６本の可動電極１０４が突出しており、可動部１０１の左側からも６本の可動電極１０４が突出している。そして、例えば、可動部１０１の右側から突出している６本の可動電極１０４のうち、上部側（＋ｙ方向側）の３本の可動電極１０４と向い合うように櫛歯状の固定電極１０５ａが形成されている。同様に、可動部１０１の右側から突出している６本の可動電極１０４のうち、下部側（−ｙ方向側）の３本の可動電極１０４と向い合うように櫛歯状の固定電極１０５ｂが形成されている。そして、固定電極１０５ａと固定電極１０５ｂの間には、ダミーパターン１０９が形成されている。
ここで、可動電極１０４と固定電極１０５ａにより容量素子Ｃ１が形成されている。例えば、上部側の３本の可動電極１０４と向い合うように櫛歯状の固定電極１０５ａが形成されているが、このとき、固定電極１０５ａを上部電極（＋ｙ方向側電極）とし、可動電極１０４を下部電極（−ｙ方向側電極）とする容量素子（コンデンサ）Ｃ１が形成される。
一方、可動電極１０４と固定電極１０５ｂにより容量素子Ｃ２が形成されている。例えば、下部側の３本の可動電極１０４と向い合うように櫛歯状の固定電極１０５ｂが形成されているが、このとき、可動電極１０４を上部電極（＋ｙ方向側電極）とし、固定電極１０５ｂを下部電極（−ｙ方向側電極）とする容量素子（コンデンサ）Ｃ２が形成される。
本実施の形態１における加速度センサ１００では、可動部１０１が梁１０２を介して固定部１０３と接続されているが、可動部１０１、梁１０２および固定部１０３は、導電性を有する活性層（シリコン層）で形成されている。このため、可動部１０１、梁１０２および固定部１０３は、機械的に接続されているとともに、電気的にも接続されているということができる。そして、この固定部１０３には、貫通孔１０８が形成されており、この貫通孔１０８に導電材料が埋め込まれて貫通電極１１７が形成されている。同様に、固定電極１０５ａ、固定電極１０５ｂおよびダミーパターン１０９にも、それぞれ、貫通孔１０８が形成されており、この貫通孔１０８に導電材料が埋め込まれて貫通電極１１７が形成されている。
次に、図２は、本実施の形態１における加速度センサ１００の構成を示す下面図である。図２において、本実施の形態１における加速度センサ１００は、ＳＯＩ基板１００Ｓに形成されている。ＳＯＩ基板１００Ｓは、支持基板と、支持基板上に形成された中間絶縁層と、中間絶縁層上に形成された活性層（シリコン層）から形成されており、図２では、支持基板側の加工形状が示されている。
図２に示すように、ＳＯＩ基板１００Ｓの支持基板側には、貫通孔１０８が形成されており、この貫通孔１０８に導電材料が埋め込まれて貫通電極１１７が形成されている。そして、この貫通電極１１７は、支持基板に形成された電極１１０と電気的に接続されている。したがって、図１と図２を参照すると、図１に示す可動部１０１は、梁１０２を介して固定部１０３と電気的に接続されており、この固定部１０３は、貫通電極１１７を介して、支持基板側に形成された電極１１０と電気的に接続されている。同様に、図１に示す固定電極１０５ａは、別の貫通電極１１７を介して、支持基板側に形成された別の電極１１０と電気的に接続され、図１に示す固定電極１０５ｂは、さらに別の貫通電極１１７を介して、支持基板側に形成されたさらに別の電極１１０と電気的に接続されている。
このことから、図１に示す可動部１０１（可動電極１０４）、固定電極１０５ａ、および、固定電極１０５ｂは、それぞれ別の電極１１０を介して、外部回路と接続できるように構成されていることがわかる。
さらに、図２に示すように、ＳＯＩ基板１００Ｓの支持基板側には、突起形成用穴１１１が形成されており、この突起形成用穴１１１に導電性材料が埋め込まれている。本実施の形態１における加速度センサ１００の特徴は、この突起形成用穴１１１を設けて、突起形成用穴１１１の内部に導電性材料を埋め込んだ構造を有していることにある。以下に、この特徴構造について、図３（ａ）を使用して説明する。
図３（ａ）は、図１および図２のＡ−Ａ線で切断した断面図である。図３（ａ）に示すように、本実施の形態１における加速度センサ１００は、支持基板１１２Ｓと、支持基板１１２Ｓ上に形成された中間絶縁層１１２Ｂと、中間絶縁層１１２Ｂ上に形成された活性層１１２ＡからなるＳＯＩ基板１００Ｓを加工して形成されている。具体的に、本実施の形態１における加速度センサ１００では、活性層（シリコン層）１１２Ａ上にポリシリコン膜１１４が形成されており、この活性層１１２Ａとポリシリコン膜１１４を一体的に加工することにより、可動部１０１、梁１０２および固定部１０３が形成されている。このとき、梁１０２の一端に可動部１０１が接続され、梁１０２の他端に固定部１０３が接続されている。そして、可動部１０１および梁１０２を形成している活性層１１２Ａの下層の中間絶縁層１１２Ｂは除去されて隙間１１６が形成されている。これに対し、固定部１０３を形成している活性層１１２Ａの下層の中間絶縁層１１２Ｂは残存しており、固定部１０３は、中間絶縁層１１２Ｂを介して支持基板１１２Ｓに固定されている。
一方、可動部１０１および梁１０２が形成されている活性層１１２Ａの下層に位置する支持基板１１２Ｓを貫通するように突起形成用穴１１１が形成されている。そして、この突起形成用穴１１１の内壁を含む支持基板１１２Ｓの裏面に酸化シリコン膜１１３が形成されており、酸化シリコン膜１１３を介して突起形成用穴１１１の内部にポリシリコン膜１１４が埋め込まれている。この突起形成用穴１１１の内部に埋め込まれたポリシリコン膜１１４の一部が、突起形成用穴１１１から可動部１０１側に向ってはみ出して突起部１１５を形成している。すなわち、本実施の形態１では、突起形成用穴１１１から中間絶縁層１１２Ｂを除去することにより形成された隙間１１６へ突起部１１５が突き出ている。このとき、突起部１１５上にある活性層１１２Ａ（可動部１０１）には凹部１１９が形成されており、突起部１１５が活性層１１２Ａと接触しないように構成されている。
ここで、本実施の形態１の特徴は、支持基板１１２Ｓを貫通するように突起形成用穴１１１を設け、この突起形成用穴１１１に酸化シリコン膜１１３を介して導電材料であるポリシリコン膜１１４を埋め込み、このポリシリコン膜１１４の一部を突起形成用穴１１１から可動部１０１側に向ってはみ出して突起部１１５を形成している点にある。つまり、本実施の形態１では、突起形成用穴１１１からポリシリコン膜１１４を可動部１０１側にはみ出させることにより突起部１１５を形成している点に特徴がある。そして、本実施の形態１では、突起部１１５と可動部１０１との間の距離が、支持基板１１２Ｓと可動部１０１との間の距離よりも小さくなっている。これにより、可動部１０１が支持基板１１２Ｓに接触することを抑制でき、この結果、可動部１０１が支持基板１１２Ｓに固着（ステッキング）することを抑制できる効果が得られる。以下に、この理由について説明する。
例えば、図３（ａ）に示す突起部１１５が形成されていない場合を考える。加速度センサ１００にＳＯＩ基板１００Ｓの厚さ方向に外力が印加されたとする。この場合、可動部１０１は、ＳＯＩ基板１００Ｓの厚さ方向に変位する。外力が小さいときには、可動部１０１の変位量が小さいので、可動部１０１は支持基板１１２Ｓとの間の隙間１１６の範囲内で変位する。この場合は、可動部１０１は支持基板１１２Ｓと接触することはない。これに対し、外力が大きくなると、可動部１０１の変位量が隙間１１６の距離よりも大きくなることが起こりうる。この場合は、可動部１０１が支持基板１１２Ｓと接触することになる。このとき、可動部１０１の大部分の面積が支持基板１１２Ｓと接触すると、可動部１０１が支持基板１１２Ｓと接触した影響により、可動部１０１が支持基板１１２Ｓに固着（ステッキング）してしまうことが生じる。すると、外力がなくなっても、可動部１０１が支持基板１１２Ｓに固着したままとなり、その後、可動部１０１が支持基板１１２Ｓから離れた状態を確保することができなくなる。この結果、加速度センサ１００として、正常な機能を実現することができなくなってしまう。
そこで、本実施の形態１では、図３（ａ）に示すように、突起形成用穴１１１からポリシリコン膜１１４を可動部１０１側にはみ出させることにより突起部１１５を形成し、突起部１１５と可動部１０１との間の距離が、支持基板１１２Ｓと可動部１０１との間の距離よりも小さくなるように構成している。例えば、加速度センサ１００にＳＯＩ基板１００Ｓの厚さ方向に外力が印加されたとする。この場合、可動部１０１は、ＳＯＩ基板１００Ｓの厚さ方向に変位する。しかし、外力が大きくなっても、突起部１１５と可動部１０１の距離が、可動部１０１と支持基板１１２Ｓとの間の距離よりも小さくなっているので、まず、可動部１０１は変位量が大きくなっても、可動部１０１と突起部１１５が接触することになる。このことは、可動部１０１と支持基板１１２Ｓが直接接触することを抑制できることを意味する。すなわち、可動部１０１がＳＯＩ基板１００Ｓの厚さ方向に変位する場合、まず、可動部１０１は突起部１１５と接触することになる。突起部１１５の端部は小さいので、可動部１０１が突起部１１５と接触する場合であっても、可動部１０１と突起部１１５の接触面積は小さくなる。このため、可動部１０１が突起部１１５に接触しても、可動部１０１が突起部１１５に固着することはほとんどないと考えられる。可動部１０１が固着するのは、可動部１０１の大部分の面積が他の部材と接触する場合であると考えられるので、本実施の形態１のように、可動部１０１を面積の小さな突起部１１５で接触させることにより、可動部１０１の固着（ステッキング）を抑制することができるのである。つまり、本実施の形態１では、突起形成用穴１１１からポリシリコン膜１１４を可動部１０１側にはみ出させることにより突起部１１５を形成し、突起部１１５と可動部１０１との間の距離が、支持基板１１２Ｓと可動部１０１との間の距離よりも小さくなるように構成することにより、突起部１１５を可動部１０１と支持基板１１２Ｓとの間の固着を防止するストッパとして機能させている。このようにして、本実施の形態１によれば、可動部１０１が支持基板１１２Ｓに固着することを抑制できるという顕著な効果を得ることができる。
次に、図３（ｂ）は、図１および図２のＢ−Ｂ線で切断した断面図である。図３（ｂ）に示すように、本実施の形態１における加速度センサ１００は、支持基板１１２Ｓと、支持基板１１２Ｓ上に形成された中間絶縁層１１２Ｂと、中間絶縁層１１２Ｂ上に形成された活性層１１２ＡからなるＳＯＩ基板１００Ｓを加工して形成されている。具体的に、本実施の形態１における加速度センサ１００では、活性層（シリコン層）１１２Ａ上にポリシリコン膜１１４が形成されており、この活性層１１２Ａとポリシリコン膜１１４を一体的に加工することにより、可動部１０１、可動電極１０４および固定電極１０５ａが形成されている。このとき、可動部１０１と可動電極１０４とは一体的に形成されている。そして、可動部１０１および可動電極１０４を形成している活性層１１２Ａの下層の中間絶縁層１１２Ｂは除去されて隙間１１６が形成されている。ここで、可動部１０１の下層に形成されている中間絶縁層１１２Ｂを効率よく除去できるように、可動部１０１には複数のエッチング孔１０６が形成されている。これに対し、固定電極１０５ａを形成している活性層１１２Ａの下層の中間絶縁層１１２Ｂは残存しており、固定電極１０５ａは、中間絶縁層１１２Ｂを介して支持基板１１２Ｓに固定されている。
さらに、固定電極１０５ａには、支持基板１１２Ｓ、中間絶縁層１１２Ｂおよび活性層１１２Ａを貫通する貫通孔１０８が形成されている。そして、この貫通孔１０８の内壁を含む支持基板１１２Ｓの裏面には、酸化シリコン膜１１３が形成されており、さらに、酸化シリコン膜１１３を介して貫通孔１０８の内部を埋め込むようにポリシリコン膜１１４が形成されている。これにより、貫通孔１０８をポリシリコン膜１１４で埋め込んだ貫通電極１１７が形成されることになる。これにより、活性層１１２Ａおよび活性層１１２Ａ上に形成されているポリシリコン膜１１４からなる固定電極１０５ａは、活性層１１２Ａ、中間絶縁層１１２Ｂおよび支持基板１１２Ｓを貫通する貫通電極１１７で接続されており、この貫通電極１１７は、支持基板１１２Ｓの裏面に形成されている電極１１０と接続されている。したがって、固定電極１０５ａは、貫通電極１１７を介して、支持基板１１２Ｓの裏面に形成されている電極１１０と電気的に接続されていることになる。
本実施の形態１における加速度センサ１００は上記のように構成されており、以下に、その動作について説明する。まず、図１を参照しながら、本実施の形態１における加速度センサ１００の動作について説明する。始めに、図１の＋ｙ方向に加速度が印加されたとする。この場合、固定部１０３は変化しないが、梁１０２が弾性変形し、これによって、可動部１０１は＋ｙ方向に変位する。すると、可動部１０１と一体的に形成されている可動電極１０４も＋ｙ方向に変位する。一方、固定電極１０５ａおよび固定電極１０５ｂは固定されているので変位しない。この結果、可動電極１０４と固定電極１０５ａからなる容量素子Ｃ１において、固定電極１０５ａが変位せず、可動電極１０４が＋ｙ方向に変位することから、固定電極１０５ａと可動電極１０４との間の距離が小さくなる。ここで、容量素子Ｃ１の容量値は固定電極１０５ａと可動電極１０４との間の距離が小さくなるほど大きくなるので、容量素子Ｃ１の容量値は増加する方向に変化する。
一方、可動電極１０４と固定電極１０５ｂからなる容量素子Ｃ２において、固定電極１０５ｂが変位せず、可動電極１０４が＋ｙ方向に変位することから、固定電極１０５ｂと可動電極１０４との間の距離が大きくなる。ここで、容量素子Ｃ２の容量値は固定電極１０５ｂと可動電極１０４との間の距離が大きくなるほど小さくなるので、容量素子Ｃ２の容量値は減少する方向に変化する。したがって、加速度センサ１００に＋ｙ方向の加速度が印加されると、容量素子Ｃ１においては容量値が増加する方向に変化し、容量素子Ｃ２においては容量値が減少する方向に変化する。そこで、本実施の形態１では、容量素子Ｃ１と容量素子Ｃ２の容量変化のうち、容量値が増加する方向の容量素子Ｃ１を検出するように構成する。これにより、例えば、容量素子Ｃ１の容量値が増加する方向に変化する場合、＋ｙ方向に加速度が印加されているということがわかる。
可動電極１０４が可動部１０１、梁１０２、固定部１０３、および、貫通電極１１７を介して裏面の電極１１０と接続され、固定電極１０５ａが別の貫通電極１１７を介して裏面の別の電極１１０と接続されていることから、この容量素子Ｃ１の容量値の変化は、これらの電極１１０を介して外部回路に出力される。外部回路には、例えば、容量電圧変換回路が設けられており、この容量電圧変換回路で加速度センサ１００から出力された容量変化を電圧信号に変換する。その後、容量電圧変換回路で変換された電圧信号は、信号処理部で信号処理され最終的に加速度信号として外部に出力される。このように構成されている加速度センサ１００により加速度信号を検出することができる。つまり、上述した場合、容量素子Ｃ１の容量値が増加していることから、＋ｙ方向に加速度が印加されているということを判別することができ、かつ、容量素子Ｃ１の容量値の変化を電圧信号に変換することにより、加速度の大きさを検出することができる。
続いて、図１の−ｙ方向に加速度が印加されたとする。この場合、固定部１０３は変化しないが、梁１０２が弾性変形し、これによって、可動部１０１は−ｙ方向に変位する。すると、可動部１０１と一体的に形成されている可動電極１０４も−ｙ方向に変位する。一方、固定電極１０５ａおよび固定電極１０５ｂは固定されているので変位しない。この結果、可動電極１０４と固定電極１０５ｂからなる容量素子Ｃ２において、固定電極１０５ｂが変位せず、可動電極１０４が−ｙ方向に変位することから、固定電極１０５ｂと可動電極１０４との間の距離が小さくなる。ここで、容量素子Ｃ２の容量値は固定電極１０５ｂと可動電極１０４との間の距離が小さくなるほど大きくなるので、容量素子Ｃ２の容量値は増加する方向に変化する。
一方、可動電極１０４と固定電極１０５ａからなる容量素子Ｃ１において、固定電極１０５ａが変位せず、可動電極１０４が−ｙ方向に変位することから、固定電極１０５ａと可動電極１０４との間の距離が大きくなる。ここで、容量素子Ｃ１の容量値は固定電極１０５ａと可動電極１０４との間の距離が大きくなるほど小さくなるので、容量素子Ｃ１の容量値は減少する方向に変化する。したがって、加速度センサ１００に−ｙ方向の加速度が印加されると、容量素子Ｃ２においては容量値が増加する方向に変化し、容量素子Ｃ１においては容量値が減少する方向に変化する。そこで、本実施の形態１では、容量素子Ｃ１と容量素子Ｃ２の容量変化のうち、容量値が増加する方向の容量素子Ｃ２を検出するように構成する。これにより、例えば、容量素子Ｃ２の容量値が増加する方向に変化する場合、−ｙ方向に加速度が印加されているということがわかる。
可動電極１０４が可動部１０１、梁１０２、固定部１０３、および、貫通電極１１７を介して裏面の電極１１０と接続され、固定電極１０５ｂが別の貫通電極１１７を介して裏面の別の電極１１０と接続されていることから、この容量素子Ｃ２の容量値の変化は、これらの電極１１０を介して外部回路に出力される。外部回路には、例えば、容量電圧変換回路が設けられており、この容量電圧変換回路で加速度センサ１００から出力された容量変化を電圧信号に変換する。その後、容量電圧変換回路で変換された電圧信号は、信号処理部で信号処理され最終的に加速度信号として外部に出力される。このように構成されている加速度センサ１００により加速度信号を検出することができる。つまり、上述した場合、容量素子Ｃ２の容量値が増加していることから、−ｙ方向に加速度が印加されているということを判別することができ、かつ、容量素子Ｃ２の容量値の変化を電圧信号に変換することにより、加速度の大きさを検出することができる。以上のようにして、本実施の形態１における加速度センサ１００によれば、ｙ方向の加速度の向きと大きさを検出することができることがわかる。
本実施の形態１における加速度センサ１００は、例えば、図１のｙ方向に印加される加速度を検出できるように構成されている。しかし、このような加速度センサ１００においても、例えば、図１のｚ方向に外力が加わる場合がある。つまり、図３（ａ）および図３（ｂ）のＳＯＩ基板１００Ｓの厚さ方向に外力が加わる場合がある。この場合、例えば、図３（ａ）に示すように、可動部１０１と支持基板１１２Ｓとの間には隙間１１６が形成されているので、可動部１０１がＳＯＩ基板１００Ｓの厚さ方向に変位することが考えられる。このとき、本実施の形態１では、図３（ａ）に示すように、可動部１０１と支持基板１１２Ｓとの間に突起部１１５を形成している。このため、外力が大きくなっても、本実施の形態１では、突起部１１５と可動部１０１の距離が、可動部１０１と支持基板１１２Ｓとの間の距離よりも小さくなっているので、まず、可動部１０１は変位量が大きくなっても、可動部１０１と突起部１１５が接触することになる。すなわち、可動部１０１がＳＯＩ基板１００Ｓの厚さ方向に変位する場合、まず、可動部１０１は突起部１１５と接触することになる。突起部１１５の端部は小さいので、可動部１０１が突起部１１５と接触する場合であっても、可動部１０１と突起部１１５の接触面積は小さくなる。このため、可動部１０１が突起部１１５に接触しても、可動部１０１が突起部１１５に固着することはほとんどないと考えられる。可動部１０１が固着するのは、可動部１０１の大部分の面積が他の部材と接触する場合であると考えられるので、本実施の形態１のように、可動部１０１を面積の小さな突起部１１５で接触させることにより、可動部１０１の固着（ステッキング）を抑制することができるのである。つまり、本実施の形態１では、突起形成用穴１１１からポリシリコン膜１１４を可動部１０１側にはみ出させることにより突起部１１５を形成し、突起部１１５と可動部１０１との間の距離が、支持基板１１２Ｓと可動部１０１との間の距離よりも小さくなるように構成しているので、可動部１０１と支持基板１１２Ｓとの間の固着を防止することができるのである。この結果、本実施の形態１によれば、可動部１０１が支持基板１１２Ｓに固着することにより、ｙ方向に加速度が印加された場合における可動部１０１のｙ方向への変位が妨げられるという現象を抑制できるので、加速度センサ１００の信頼性を向上することができるという顕著な効果を得ることができる。
続いて、本実施の形態１における加速度センサ１００の製造方法について説明する。上述したように、本実施の形態１における加速度センサ１００は、主にＭＥＭＳ構造体（可動部１０１、梁１０２、固定部１０３など）を形成する活性層と、活性層の下層に形成される中間絶縁層と、中間絶縁層の下層に形成される支持基板（支持層）から形成される。これらの層を作製する方法としては、支持基板に中間絶縁層を形成した基板に、ポリシリコン膜を堆積して中間絶縁層上に活性層を形成する第１の作製方法と、支持基板に中間絶縁層を形成した基板に、シリコン基板を接合し、この接合したシリコン基板を研磨することにより、中間絶縁層上に活性層を形成する第２の作製方法がある。
静電容量型加速度センサでは、検出する容量素子の容量値が大きければ大きいほど高感度な加速度センサを得ることができるので、活性層の厚みは厚い方がよく、活性層の厚みを厚くできる第２の作製方法を使用することが望ましい。このような第２の作製方法には、シリコン基板にＭＥＭＳ構造体からなるパターンを形成した後、パターンを形成したシリコン基板を、中間絶縁層を形成した支持基板に接合する方法と、パターンのないＳＯＩ基板を購入し、このＳＯＩ基板にＭＥＭＳ構造体を形成する方法がある。
シリコン基板にＭＥＭＳ構造体からなるパターンを形成した後、パターンを形成したシリコン基板を、中間絶縁層を形成した支持基板に接合する方法では、ＳＯＩ基板を購入してＭＥＭＳ構造体を形成する方法に比べて、パターン合わせの手間や、接合装置の導入などが必要となる。この結果、加速度センサの製造効率が悪くなり、製造コストが高くなってしまう問題点がある。したがって、加速度センサの作製には、パターンのないＳＯＩ基板を購入してＭＥＭＳ構造体を形成する方法が製造効率およびコスト低減の観点から望ましいといえる。そこで、本実施の形態１では、上述した様々な加速度センサ１００の作製方法を適用することができるが、特に、製造効率やコストの観点から優れているパターンのないＳＯＩ基板からＭＥＭＳ構造体を形成する方法について説明する。
さらに、上述したように、本実施の形態１における加速度センサ１００では、図１、図２および図３（ｂ）に示すように、貫通電極１１７を形成する必要がある。つまり、ＳＯＩ基板１００Ｓの活性層１１２Ａを加工してＭＥＭＳ構造体を形成するとともに、この活性層１１２Ａに形成したＭＥＭＳ構造体からの電気的な引き出しは、支持基板１１２Ｓの裏面から行っている。したがって、本実施の形態１における加速度センサ１００では、貫通電極１１７を形成する必要があると考えられる。そこで、本実施の形態１では、貫通電極１１７を形成することを前提とし、この貫通電極１１７を形成するプロセスを利用することにより、突起形成用穴１１１からポリシリコン膜１１４を可動部１０１側にはみ出させることにより突起部１１５を形成し、突起部１１５と可動部１０１との間の距離が、支持基板１１２Ｓと可動部１０１との間の距離よりも小さくなるようにする製造方法について、図面（図４〜図１１）を参照しながら説明する。なお、図４〜図１１においては、（ａ）が図１および図２のＡ−Ａ線で切断した断面での製造工程を示し、（ｂ）が図１および図２のＢ−Ｂ線で切断した断面での製造工程を示している。
まず、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、ＳＯＩ基板１００Ｓを用意する。このＳＯＩ基板１００Ｓは、支持基板１１２Ｓと、この支持基板１１２Ｓ上に形成された中間絶縁層１１２Ｂと、中間絶縁層１１２Ｂ上に形成された活性層（シリコン層）１１２Ａから構成されている。そして、支持基板１１２Ｓの裏面（図４（ａ）、（ｂ）の下側の面）にハードマスクとなる酸化シリコン膜（図示せず）を形成し、この酸化シリコン膜上にレジスト膜（図示せず）を塗布する。その後、フォトリソグラフィ技術を使用することにより、レジスト膜をパターニングする。レジスト膜のパターニングは、突起形成用穴１１１および貫通電極形成用第１穴１０８ａを形成する領域を開口するように行われる。続いて、パターニングしたレジスト膜をマスクとして酸化シリコン膜をエッチングする。その後、パターニングしたレジスト膜および酸化シリコン膜（ハードマスク）をマスクにしたドライエッチングを使用することにより支持基板１１２Ｓを加工して、図４（ａ）に示すような突起形成用穴１１１および図４（ｂ）に示すような貫通電極形成用第１穴１０８ａを形成する。このとき、支持基板１１２Ｓが、例えば、シリコンから構成され、中間絶縁層１１２Ｂが酸化シリコン膜から形成されているので、支持基板１１２Ｓ（シリコン）のドライエッチングでは、中間絶縁層１１２Ｂがエッチングストッパ層となる。このため、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、支持基板１１２Ｓに形成された突起形成用穴１１１の底部および貫通電極形成用第１穴１０８ａの底部に中間絶縁層１１２Ｂが露出する。そして、酸素プラズマによるアッシング処理により、パターニングしたレジスト膜を除去した後、フッ酸溶液を使用することにより、ハードマスクである酸化シリコン膜を除去する。なお、本実施の形態１では、突起形成用穴１１１および貫通電極形成用第１穴１０８ａを形成するためのハードマスクとして、酸化シリコン膜を使用しているが、これに限らず、例えば、アルミニウム膜などの金属膜を使用してもよい。
続いて、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、支持基板１１２Ｓと反対側の活性層１１２Ａ上に酸化シリコン膜（図示せず）を形成し、この酸化シリコン膜上にレジスト膜（図示せず）を塗布する。そして、フォトリソグラフィ技術を使用することにより、レジスト膜をパターニングする。レジスト膜のパターニングは、貫通電極を形成する領域だけを開口するように行われる。次に、パターニングしたレジスト膜をマスクにして酸化シリコン膜をエッチングする。その後、パターニングしたレジスト膜および酸化シリコン膜（ハードマスク）をマスクにしたドライエッチングを使用することにより活性層１１２Ａを加工して、図５（ｂ）に示すような貫通電極形成用第２穴１０８ｂを形成する。このとき、活性層１１２Ａが、例えば、シリコンから構成され、中間絶縁層１１２Ｂが酸化シリコン膜から形成されているので、活性層１１２Ａ（シリコン）のドライエッチングでは、中間絶縁層１１２Ｂがエッチングストッパ層となる。このため、図５（ｂ）に示すように、貫通電極形成用第２穴１０８ｂの底部に中間絶縁層１１２Ｂが露出する。そして、酸化プラズマによるアッシング処理により、パターニングしたレジスト膜を除去した後、フッ酸溶液を使用することにより、ハードマスクである酸化シリコン膜を除去する。
次に、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、突起形成用穴１１１の底部から露出する中間絶縁層１１２Ｂ、貫通電極形成用第１穴１０８ａの底部と貫通電極形成用第２穴１０８ｂの底部から露出する中間絶縁層１１２Ｂを除去する。中間絶縁層１１２Ｂは、酸化シリコン膜から形成されているので、例えば、フッ酸溶液を使用することにより、露出している中間絶縁層１１２Ｂを除去することができる。これにより、図６（ａ）に示すように、突起形成用穴１１１の底部では中間絶縁層１１２Ｂが除去されて、突起形成用穴１１１の底部で活性層１１２Ａが露出する。一方、図６（ｂ）に示すように、貫通電極形成用第１穴１０８ａと貫通電極形成用第２穴１０８ｂが繋がり、ＳＯＩ基板１００Ｓを貫通する貫通孔１０８が形成される。
続いて、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、ＳＯＩ基板１００Ｓに対して、１０００℃以上の酸素雰囲気内で熱酸化処理を実施する。これにより、支持基板１１２Ｓの裏面、活性層１１２Ａの表面、貫通孔１０８の内壁、突起形成用穴１１１の内壁および突起形成用穴１１１の底部に露出する活性層１１２Ａの表面に酸化シリコン膜１１３が形成される。そして、活性層１１２Ａの上面に形成された酸化シリコン膜１１３を、例えば、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法で除去する。このとき、活性層１１２Ａの上面に形成された酸化シリコン膜１１３の除去には、ＣＭＰ法に限らす、エッチングによって除去してもよい。
次に、図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、ＳＯＩ基板１００Ｓの両面に導電性膜として例えば、導電性不純物を導入したポリシリコン膜１１４を形成する。これにより、活性層１１２Ａの上面および支持基板１１２Ｓの裏面にポリシリコン膜１１４が形成される。このとき、図８（ａ）に示すように、突起形成用穴１１１の内部にもポリシリコン膜１１４が充填される。詳細には、突起形成用穴１１１の底部までポリシリコン膜１１４が充填される。同様に、図８（ｂ）に示すように、貫通孔１０８の内部にもポリシリコン膜１１４が充填される。このため、貫通孔１０８にポリシリコン膜１１４を充填した貫通電極１１７が形成される。なお、本実施の形態１では、突起形成用穴１１１および貫通孔１０８を埋め込む導電性材料として、ポリシリコン膜１１４を使用したが、これに限らず、例えば、めっき法を使用して金属膜を埋め込むようにしてもよい。
続いて、活性層１１２Ａを加工することによりＭＥＭＳ構造体を形成する。具体的には、図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、活性層１１２Ａ上に酸化シリコン膜（図示せず）を形成し、この酸化シリコン膜上にレジスト膜（図示せず）を塗布する。そして、フォトリソグラフィ技術を使用することにより、レジスト膜をパターニングする。レジスト膜のパターニングは、活性層１１２Ａ（ポリシリコン膜１１４を含む）にＭＥＭＳ構造体を形成するように行われる。そして、パターニングしたレジスト膜をマスクにして酸化シリコン膜をエッチングする。その後、酸化シリコン膜をハードマスクにして、活性層１１２Ａをエッチングすることにより、活性層１１２ＡにＭＥＭＳ構造体を形成する。具体的に、図９（ａ）では、ＭＥＭＳ構造体として、可動部１０１、梁１０２および固定部１０３が形成され、図９（ｂ）では、エッチング孔１０６を形成した可動部１０１、可動電極１０４、および、固定電極１０５ａが形成されていることがわかる。その後、パターニングしたレジスト膜およびハードマスクである酸化シリコン膜を除去する。
次に、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、フッ酸溶液によるウェットエッチングあるいは気相エッチングにより、活性層１１２Ａに形成されたＭＥＭＳ構造体の下層に存在する中間絶縁層１１２Ｂを除去する。具体的には、図１０（ａ）に示すように、ＭＥＭＥ構造体のうち可動部１０１および梁１０２の下層に形成されている中間絶縁層１１２Ｂが除去されて隙間１１６が形成される。これにより、可動部１０１は変位可能になるとともに梁１０２は弾性変形可能となる。一方、固定部１０３の下層に形成されている中間絶縁層１１２Ｂは除去されないように調整される。すなわち、固定部１０３の面積は大きくなっているので、固定部１０３の下層に形成されている中間絶縁層１１２Ｂはサイドエッチングされるものの大部分が残存する。このため、固定部１０３の下層に中間絶縁層１１２Ｂを残すことにより、固定部１０３は、中間絶縁層１１２Ｂを介して支持基板１１２Ｓに固定される。
ここで、図１０（ａ）に示すように、可動部１０１の下層に形成されている中間絶縁層１１２Ｂは除去されるので、可動部１０１の下層に形成されている突起形成用穴１１１の周囲に存在する中間絶縁層１１２Ｂも除去される。この結果、図１０（ａ）に示すように、突起形成用穴１１１に埋め込まれたポリシリコン膜１１４の一部が可動部１０１側に向ってはみ出して突起部１１５が形成される。そして、突起部１１５上に形成されている酸化シリコン膜１１３も除去されて、突起部１１５と可動部１０１との間に凹部１１９が形成される。このとき、突起部１１５と可動部１０１との間の距離は、支持基板１１２Ｓと可動部１０１との間の距離よりも小さくなる。つまり、本実施の形態１では、突起形成用穴１１１の底部（可動部１０１の裏面）に形成されている酸化シリコン膜１１３の膜厚を中間絶縁層１１２Ｂの膜厚よりも薄くなるように調整して形成することにより、突起部１１５と可動部１０１との間の距離を、支持基板１１２Ｓと可動部１０１との間の距離よりも小さくなるように形成することができる。
さらに、図１０（ｂ）に示すように、可動部１０１および可動電極１０４の下層に形成されている中間絶縁層１１２Ｂが除去されていることがわかる。特に、可動部１０１にはエッチング孔１０６が複数形成されており、可動部１０１にエッチング孔１０６を設けることにより、可動部１０１の下層に形成されている中間絶縁層１１２Ｂを効率よく除去することができる。一方、固定電極１０５ａの下層に形成されている中間絶縁層１１２Ｂは除去されずに残存する。このため、固定電極１０５ａは、中間絶縁層１１２Ｂを介して支持基板１１２Ｓに固定された状態となる。
その後、図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、ガラスなどからなる別基板１１８をＳＯＩ基板１００Ｓに接合する。つまり、図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、別基板１１８にはキャビティが設けられており、このキャビティとＳＯＩ基板１００Ｓに形成したＭＥＭＳ構造体（可動部１０１、梁１０２、固定部１０３など）とが平面的に重なるように、ＳＯＩ基板１００Ｓに別基板（ガラスキャップ基板）１１８を接合する。これにより、ＭＥＭＳ構造体は気密封止されることになる。このようにＭＥＭＳ構造体を気密封止するのは、ＭＥＭＳ構造体の周囲の圧力を安定化させるためや、ＭＥＭＳ構造体への異物の侵入を防ぐためである。そして、ＳＯＩ基板１００Ｓの裏面（支持基板１１２Ｓの裏面）に電極１１０を形成する。なお、本実施の形態１では、ＳＯＩ基板１００Ｓにガラスキャップ基板を接合した後、ＳＯＩ基板１００Ｓの裏面に電極１１０（アルミニウム膜などから形成される）を形成するようにしているが、これに限らず、例えば、ＳＯＩ基板１００Ｓの裏面に電極１１０を形成した後、ＳＯＩ基板１００Ｓとガラスキャップ基板（別基板１１８）を接合するようにしてもよい。以上のようにして、本実施の形態１における微小電気機械システム（加速度センサ）を製造することができる。
上述したように、本実施の形態１における微小電気機械システムの製造方法では、ＳＯＩ基板１００Ｓに貫通電極１１７を形成する工程の一部を利用して、本実施の形態１の特徴であるストッパ（突起部１１５）を形成することができる。このため、ストッパを形成する工程を新たな工程として追加することなく、貫通電極１１７とともにストッパ（突起部１１５）を形成することができる。このため、本実施の形態１によれば、製造工程を増加させることなく、かつ、製造コストを増大させることなく、固着（ステッキング）しにくく信頼性の高い微小電気機械システムを提供することができる。
さらに、本実施の形態１における特徴に起因した効果について、図面を参照しながら説明する。図１２は、図８（ａ）に示す製造工程中の突起部１１５近傍の構造を拡大して示す図である。図１２に示すように、支持基板１１２Ｓ、中間絶縁層１１２Ｂおよび活性層１１２ＡからなるＳＯＩ基板１００Ｓの両面にポリシリコン膜１１４が形成されており、支持基板１１２Ｓおよび中間絶縁層１１２Ｂを貫通して底面が活性層１１２Ａに達するように突起形成用穴１１１が形成されている。この突起形成用穴１１１の内壁には酸化シリコン膜１１３が形成され、この酸化シリコン膜１１３を介して突起形成用穴１１１の内部を埋め込むようにポリシリコン膜１１４が充填されている。このとき、突起形成用穴１１１の内部に埋め込まれたポリシリコン膜１１４のうち、周囲を中間絶縁層１１２Ｂで覆われているポリシリコン膜１１４が突起部１１５を形成している。そして、突起部１１５上には、活性層１１２Ａに侵食するように酸化シリコン膜１１３が形成されている。つまり、突起部１１５の上部には活性層１１２Ａを侵食するように凹部１１９が形成され、この凹部１１９に酸化シリコン膜１１３が形成されている。このとき、本実施の形態１では、例えば、中間絶縁層１１２Ｂの厚さが４μｍであり、突起部１１５と活性層１１２Ａの凹部１１９の間に形成された酸化シリコン膜１１３の厚さが１μｍとなっている。
この状態で、中間絶縁層１１２Ｂを除去すると、図１３のようになる。図１３は、図１０（ａ）に示す製造工程中の突起部１１５近傍の構造を拡大して示す図である。図１３に示すように、中間絶縁層１１２Ｂが除去されて、支持基板１１２Ｓと活性層１１２Ａの間に隙間１１６が形成されている。この隙間１１６の厚さは４μｍ程度となる。そして、中間絶縁層１１２Ｂを除去することにより、突起形成用穴１１１の内部に埋め込まれたポリシリコン膜１１４の一部が露出して突起部１１５が形成される。ここで、中間絶縁層１１２Ｂと突起部１１５の上部に形成されている酸化シリコン膜１１３は同じ種類の膜であるため、中間絶縁層１１２Ｂを除去する工程で、突起部１１５の上部に形成されている酸化シリコン膜１１３も除去される。この結果、突起部１１５と活性層１１２Ａの間に凹部１１９によるスペースが形成される。このスペースの距離は１μｍ程度となる。
したがって、可動部となる活性層１１２Ａが下側に変位する場合、活性層１１２Ａは、まず、突起部１１５に接触し、この突起部１１５によってそれ以上の変位が阻止されるので、可動部となる活性層１１２Ａ全体が支持基板１１２Ｓと固着（ステッキング）することを防止することができる。つまり、本実施の形態１では、小さな面積の突起部１１５でのみ可動部となる活性層１１２Ａと接触するため、活性層１１２Ａ全体が支持基板１１２Ｓに固着することを防止できるのである。
ここで、重要な点は、突起部１１５上に形成されるスペース（凹部１１９）の距離が、中間絶縁層１１２Ｂを除去することにより形成された隙間１１６の距離よりも小さくなっている点である。このように構成することにより、可動部となる活性層１１２Ａが下側に変位しても、まず、活性層１１２Ａとの距離が小さい突起部１１５で接触させることができるので、活性層１１２Ａが支持基板１１２Ｓに固着することを防止できるのである。したがって、本実施の形態１では、突起部１１５の上部に形成する酸化シリコン膜１１３の膜厚を調整することが重要となってくる。そこで、本実施の形態１では、突起部１１５の上部に形成する酸化シリコン膜１１３を熱酸化法で形成している。なぜなら、熱酸化法によれば、シリコンからなる活性層１１２Ａを侵食するように酸化シリコン膜１１３を形成することができるとともに、この酸化シリコン膜１１３の膜厚を均一に形成できるからである。すなわち、本実施の形態１では、突起部１１５と活性層１１２Ａとの間に形成される酸化シリコン膜１１３を熱酸化法で形成することにより、形成される酸化シリコン膜１１３の膜厚を容易に調整することができるのである。つまり、突起部１１５と活性層１１２Ａの間に熱酸化法で均一な膜厚の酸化シリコン膜１１３を形成した後、中間絶縁層１１２Ｂをエッチングする工程で、突起部１１５上に形成されている酸化シリコン膜１１３を除去することにより、突起部１１５と活性層１１２Ａとの間の距離を設計値どおりの距離に容易に制御できるのである。
これに対し、例えば、中間絶縁層１１２Ｂのエッチング量を調整することにより、可動部となる活性層１１２Ａの直下に中間絶縁層１１２Ｂの一部を残存させ、この残存させた中間絶縁層１１２Ｂを突起部として使用することが考えられる。しかし、この場合、中間絶縁層１１２Ｂのエッチング量の制御によって、突起部と活性層１１２Ａとの間の距離が決定されてしまう。つまり、この技術では、制御の難しいエッチング量によって、突起部と活性層１１２Ａとの距離を調整する必要があり、設計値どおりの突起部の高さおよび突起部と活性層１１２Ａとの間の距離を形成することが困難になる。
一方、本実施の形態１によれば、突起部１１５と活性層１１２Ａの間に膜厚制御が容易な熱酸化法による酸化シリコン膜１１３を形成し、この後、熱酸化法で形成された酸化シリコン膜１１３を除去するように構成している。このため、突起部１１５と活性層１１２Ａとの間の間隔を、簡便、かつ、高精度に形成することができる利点がある。
本実施の形態１では、微小電気機械システムの一例として、加速度センサを例に挙げて説明したが、本発明の技術的思想は、加速度センサに限定されず、可動部１０１、梁１０２および固定部１０３などからなるＭＥＭＳ構造体を有する微小電気機械システムに幅広く利用することができる。以下では、加速度センサ以外の例として、例えば、角速度センサ（ジャイロ）にも本発明の技術的思想を適用できることを説明する。
図１４は、本実施の形態１における角速度センサ２００の構成を示す上面図である。図１４において、本実施の形態１における角速度センサ２００は、ＳＯＩ基板２００Ｓに形成されている。ＳＯＩ基板２００Ｓは、支持基板と、支持基板上に形成された中間絶縁層と、中間絶縁層上に形成された活性層（シリコン層）から形成されており、図１４では、活性層（シリコン層）の加工形状が示されている。
図１４に示すように、本実施の形態１における角速度センサ２００は、まず、固定部２０１、支持梁２０２、可動部２０３、検出梁２０４、コリオリ素子２０５、検出電極２０６ａ、固定電極２０６ｂ、駆動電極２０７、および、貫通電極２０８を有している。そして、支持梁２０２は弾性変形可能なように構成されており、一端が可動部２０３に接続され、他端が固定部２０１に接続されている。可動部２０３は、ｘ方向に変位可能なように構成されている。具体的には、可動部２０３と一体的に駆動電極２０７が形成されており、この駆動電極２０７に印加される静電引力により可動部２０３はｘ方向に基準振動できるように構成されている。この可動部２０３の内部には、検出梁２０４を介してコリオリ素子２０５が形成されている。このコリオリ素子２０５はｙ方向に変位可能なようになっている。そして、コリオリ素子２０５と一体的に検出電極２０６ａが形成されており、この検出電極２０６ａと向い合うように固定電極２０６ｂが形成されている。
本実施の形態１における角速度センサ２００は上記のように構成されており、以下に、その動作について、図１４を参照しながら説明する。まず、駆動電極２０７に電圧を印加することにより、静電引力を発生させる。すると、この静電引力により、駆動電極２０７と一体的に形成されている可動部２０３はｘ方向に基準振動する。つまり、可動部２０３は、支持梁２０２を介して固定部２０１と接続されており、駆動電極２０７に電圧を印加すると、可動部２０３はｘ方向に基準振動する。この状態で、ｚ方向周りに角速度が印加されると、ｙ方向にコリオリ力が発生する。このとき、基準振動している可動部２０３には、検出梁２０４を介してコリオリ素子２０５が接続されている。このコリオリ素子２０５はｙ方向に変位可能なように構成されているので、ｙ方向に発生したコリオリ力によって、コリオリ素子２０５がｙ方向に変位する。すると、コリオリ素子２０５と一体的に形成されている検出電極２０６ａと固定電極２０６ｂとの間の距離が変化する。つまり、検出電極２０６ａと固定電極２０６ｂから構成される容量素子の容量値が変化する。以上のことから、検出電極２０６ａと固定電極２０６ｂから構成される容量素子の容量変化を検出することにより、コリオリ力の大きさがわかり、この結果、コリオリ力の発生源となる角速度の大きさを検出することができる。
本実施の形態１における角速度センサ２００においては、例えば、可動部２０３はｘ方向に変位可能なように構成され、コリオリ素子２０５はｙ方向に変位可能なように構成されている。これらの可動部２０３やコリオリ素子２０５は、ＳＯＩ基板２００Ｓの活性層を加工することにより形成されており、可動部２０３やコリオリ素子２０５の直下に形成されている中間絶縁層は除去されている。したがって、角速度センサ２００の可動部２０３やコリオリ素子２０５は、図３に示す加速度センサ１００の可動部１０１と同様の構成をしている。
例えば、角速度センサ２００においても、例えば、図１４のｚ方向に外力が加わる場合がある。つまり、ＳＯＩ基板２００Ｓの厚さ方向に外力が加わる場合がある。この場合、可動部（あるいはコリオリ素子）と支持基板との間には隙間が形成されているので、可動部がＳＯＩ基板の厚さ方向に変位することが考えられる。このとき、本実施の形態１における角速度センサ２００でも、可動部と支持基板との間に突起部を形成する構成が有用である。なぜなら、外力が大きくなっても、本実施の形態１における角速度センサ２００では、突起部と可動部の距離が、可動部と支持基板との間の距離よりも小さくなっているので、まず、可動部は変位量が大きくなっても、可動部と突起部が接触することになる。すなわち、可動部がＳＯＩ基板２００Ｓの厚さ方向に変位する場合、まず、可動部は突起部と接触することになる。突起部の端部は小さいので、可動部が突起部と接触する場合であっても、可動部と突起部の接触面積は小さくなる。このため、可動部が突起部に接触しても、可動部が突起部に固着することはほとんどないと考えられる。可動部が固着するのは、可動部の大部分の面積が支持基板と接触する場合であると考えられるので、本実施の形態１における角速度センサ２００にように、可動部を面積の小さな突起部で接触させることにより、可動部の固着（ステッキング）を抑制することができるのである。つまり、本実施の形態１における角速度センサ２００でも、突起形成用穴からポリシリコン膜を可動部側にはみ出させることにより突起部を形成し、突起部と可動部との間の距離が、支持基板と可動部との間の距離よりも小さくなるように構成することにより、可動部と支持基板との間の固着を防止することができるのである。この結果、本実施の形態１における角速度センサ２００においても、角速度センサ２００の信頼性を向上することができるという顕著な効果を得ることができる。
なお、本実施の形態１における角速度センサ２００の製造方法も、本実施の形態１における加速度センサ１００の製造方法とほぼ同様である。具体的に、角速度センサ２００の製造方法は、図９に示す活性層１１２Ａのパターニングを変えることにより、図１４に示す固定部２０１、支持梁２０２、可動部２０３、検出梁２０４、コリオリ素子２０５、検出電極２０６ａ、固定電極２０６ｂ、駆動電極２０７を形成する以外は、加速度センサ１００の製造方法と同様である。
（実施の形態２）
前記実施の形態１では、ｙ方向の加速度を検出できる加速度センサ１００について説明したが、本実施の形態２では、ｚ方向の加速度を検出できる加速度センサに本発明の技術的思想を適用する例について説明する。
図１５は、本実施の形態２における加速度センサ３００の構成を示す上面図である。図１５において、本実施の形態２における加速度センサ３００は、ＳＯＩ基板１００Ｓに形成されている。ＳＯＩ基板１００Ｓは、支持基板と、支持基板上に形成された中間絶縁層と、中間絶縁層上に形成された活性層（シリコン層）から形成されており、図１５では、活性層（シリコン層）の加工形状が示されている。
図１５に示すように、本実施の形態２における加速度センサ３００は、まず、可動部１０１と、梁（弾性変形部）１０２と、固定部１０３とを有している。可動部１０１は、梁１０２を介して固定部１０３と接続されており、加速度センサ３００に働く加速度に応じて可動部１０１が変位可能なように構成されている。具体的に、梁１０２は、弾性変形可能なように構成されており、この梁１０２の一端に可動部１０１が接続され、梁１０２の他端に固定部１０３が接続されている。例えば、ｚ方向に加速度が印加されると、梁１０２が印加された加速度によって弾性変形し、この弾性変形する梁１０２と接続されている可動部１０１がｚ方向に変位するようになっている。つまり、本実施の形態２における加速度センサ３００では、例えば、ｚ方向に加速度が印加されると、梁１０２が弾性変形し、この結果、梁１０２の一端と接続されている可動部１０１がｚ方向に変位するように構成されている。したがって、本実施の形態２における加速度センサ３００は、ｚ方向に加速度が印加されると、この加速度の大きさと向きに応じて、可動部１０１がｚ方向に変位することになる。
なお、可動部１０１は、ＳＯＩ基板１００Ｓの活性層を加工して形成されているが、この可動部１０１が変位可能なように、可動部１０１を構成する活性層の下層に形成されている中間絶縁層は除去される。ここで、図１５では、可動部１０１にエッチング孔が設けられていないが、例えば、可動部１０１にエッチング孔を設けて、可動部１０１の下層に存在する中間絶縁層を除去しやすくしてもよい。
次に、可動部１０１と一体化するようにして可動電極１０４が形成されており、この可動電極１０４と向い合うように固定電極１０５が形成されている。例えば、図１５では、可動部１０１の右側から３本の可動電極１０４が突出しており、可動部１０１の左側からも３本の可動電極１０４が突出している。そして、例えば、可動部１０１の右側から突出している３本の可動電極１０４と向い合うように櫛歯状の固定電極１０５が形成されている。この可動電極１０４と固定電極１０５により容量素子が形成される。
本実施の形態２における加速度センサ３００では、可動部１０１が梁１０２を介して固定部１０３と接続されているが、可動部１０１、梁１０２および固定部１０３は、導電性を有する活性層（シリコン層）で形成されている。このため、可動部１０１、梁１０２および固定部１０３は、機械的に接続されているとともに、電気的にも接続されているということができる。そして、この固定部１０３には、貫通孔１０８が形成されており、この貫通孔１０８に導電材料が埋め込まれて貫通電極１１７が形成されている。同様に、固定電極１０５にも、それぞれ、貫通孔１０８が形成されており、この貫通孔１０８に導電材料が埋め込まれて貫通電極１１７が形成されている。
次に、図１６は、本実施の形態２における加速度センサ３００の構成を示す下面図である。図１６において、本実施の形態２における加速度センサ３００は、ＳＯＩ基板１００Ｓに形成されている。ＳＯＩ基板１００Ｓは、支持基板と、支持基板上に形成された中間絶縁層と、中間絶縁層上に形成された活性層（シリコン層）から形成されており、図１６では、支持基板側の加工形状が示されている。
図１６に示すように、ＳＯＩ基板１００Ｓの支持基板側には、貫通孔１０８が形成されており、この貫通孔１０８に導電材料が埋め込まれて貫通電極１１７が形成されている。そして、この貫通電極１１７は、支持基板に形成された電極１１０と電気的に接続されている。したがって、図１５と図１６を参照すると、図１５に示す可動部１０１は、梁１０２を介して固定部１０３と電気的に接続されており、この固定部１０３は、貫通電極１１７を介して、支持基板側に形成された電極１１０と電気的に接続されている。同様に、図１５に示す固定電極１０５は、別の貫通電極１１７を介して、支持基板側に形成された別の電極１１０と電気的に接続されている。
このことから、図１５に示す可動部１０１（可動電極１０４）、および、固定電極１０５は、それぞれ別の電極１１０を介して、外部回路と接続できるように構成されていることがわかる。
さらに、図１６に示すように、ＳＯＩ基板１００Ｓの支持基板側には、複数の突起形成用穴１１１がアレイ状（行列状）に形成されており、これらの複数の突起形成用穴１１１に導電性材料が埋め込まれている。そして、複数の突起形成用穴１１１は、電極３０１と電気的に接続されており、この電極３０１は電極３０２と電気的に接続されている。本実施の形態２における加速度センサ３００の特徴は、複数の突起形成用穴１１１を設けて、複数の突起形成用穴１１１の内部に導電性材料を埋め込んだ構造を有していることにある。以下に、この特徴構造について、図１７（ａ）を使用して説明する。
図１７（ａ）は、図１５および図１６のＡ−Ａ線で切断した断面図である。図１７（ａ）に示すように、本実施の形態２における加速度センサ３００は、支持基板１１２Ｓと、支持基板１１２Ｓ上に形成された中間絶縁層と、中間絶縁層上に形成された活性層１１２ＡからなるＳＯＩ基板を加工して形成されている。具体的に、本実施の形態２における加速度センサ３００では、活性層（シリコン層）１１２Ａ上にポリシリコン膜１１４が形成されており、この活性層１１２Ａとポリシリコン膜１１４を一体的に加工することにより、可動部１０１が形成されている。そして、可動部１０１を形成している活性層１１２Ａの下層の中間絶縁層は除去されて隙間１１６が形成されている。
一方、可動部１０１が形成されている活性層１１２Ａの下層に位置する支持基板１１２Ｓを貫通するように複数の突起形成用穴１１１が形成されている。そして、これらの突起形成用穴１１１の内壁を含む支持基板１１２Ｓの裏面に酸化シリコン膜１１３が形成されており、酸化シリコン膜１１３を介して突起形成用穴１１１の内部にポリシリコン膜１１４が埋め込まれている。この突起形成用穴１１１の内部に埋め込まれたポリシリコン膜１１４の一部が、突起形成用穴１１１から可動部１０１側に向ってはみ出して突起部１１５を形成している。すなわち、本実施の形態２では、突起形成用穴１１１から中間絶縁層を除去することにより形成された隙間１１６へ突起部１１５が突き出ている。このとき、突起部１１５上にある活性層１１２Ａ（可動部１０１）には凹部１１９が形成されており、突起部１１５が活性層１１２Ａと接触しないように構成されている。そして、複数の突起形成用穴１１１に埋め込まれたポリシリコン膜１１４は支持基板１１２Ｓの裏面に形成されている電極３０１と電気的に接続されている。
ここで、本実施の形態２の特徴は、支持基板１１２Ｓを貫通するように複数の突起形成用穴１１１を設け、この突起形成用穴１１１に酸化シリコン膜１１３を介して導電材料であるポリシリコン膜１１４を埋め込み、このポリシリコン膜１１４の一部を突起形成用穴１１１から可動部１０１側に向ってはみ出して突起部１１５を形成している点にある。つまり、本実施の形態２では、突起形成用穴１１１からポリシリコン膜１１４を可動部１０１側にはみ出させることにより突起部１１５を形成している点に特徴がある。そして、本実施の形態２では、突起部１１５と可動部１０１との間の距離が、支持基板１１２Ｓと可動部１０１との間の距離よりも小さくなっている。これにより、可動部１０１が支持基板１１２Ｓに接触することを抑制でき、この結果、可動部１０１が支持基板１１２Ｓに固着（ステッキング）することを抑制できる効果が得られる。
次に、図１７（ｂ）は、図１５および図１６のＢ−Ｂ線で切断した断面図である。図１７（ｂ）に示すように、本実施の形態２における加速度センサ３００は、支持基板１１２Ｓと、支持基板１１２Ｓ上に形成された中間絶縁層１１２Ｂと、中間絶縁層１１２Ｂ上に形成された活性層１１２ＡからなるＳＯＩ基板１００Ｓを加工して形成されている。具体的に、本実施の形態２における加速度センサ３００では、活性層（シリコン層）１１２Ａ上にポリシリコン膜１１４が形成されており、この活性層１１２Ａとポリシリコン膜１１４を一体的に加工することにより、可動電極１０４および固定電極１０５が形成されている。そして、可動電極１０４を形成している活性層１１２Ａの下層の中間絶縁層１１２Ｂは除去されて隙間１１６が形成されている。これに対し、固定電極１０５を形成している活性層１１２Ａの下層の中間絶縁層１１２Ｂは残存しており、固定電極１０５は、中間絶縁層１１２Ｂを介して支持基板１１２Ｓに固定されている。
本実施の形態２における加速度センサ３００は上記のように構成されており、以下に、その動作について説明する。図１８は、図１７（ｂ）の破線で囲んだ領域を拡大して示す図である。まず、図１８を参照しながら、本実施の形態２における加速度センサ３００の動作について説明する。図１８に示すように、初期状態においては、可動電極１０４と固定電極１０５が同じ高さに位置している。この状態で、＋ｚ方向に加速度が印加されると、中間絶縁層１１２Ｂで固定されている固定電極１０５は＋ｚ方向に変位しない一方、可動電極１０４は＋ｚ方向に変位する。このときの可動電極１０４の変位量をΔｄ１とする。このとき、固定電極１０５の側面と、可動電極１０４の側面とが重なる面積が減少することから、固定電極１０５の側面と可動電極１０４の側面から構成される容量素子の容量値は減少する。この容量値の変化を検出することにより、＋ｚ方向に印加された加速度を加速度センサ３００で検出することができる。
一方、−ｚ方向に加速度が印加されると、中間絶縁層１１２Ｂで固定されている固定電極１０５は−ｚ方向に変位しない一方、可動電極１０４は−ｚ方向に変位する。このときの可動電極１０４の変位量をΔｄ２とする。このとき、固定電極１０５の側面と、可動電極１０４の側面とが重なる面積が減少することから、固定電極１０５の側面と可動電極１０４の側面から構成される容量素子の容量値は減少する。この容量値の変化を検出することにより、−ｚ方向に印加された加速度を加速度センサ３００で検出することができる。
ここで、上述した構成の加速度センサ３００の場合、＋ｚ方向と−ｚ方向のいずれの方向に加速度が印加された場合も、固定電極１０５の側面と可動電極１０４の側面を電極とする容量素子の容量値が減少することになる。したがって、容量値の変化だけを見ている場合、加速度が＋ｚ方向に印加されているのか、あるいは、加速度が−ｚ方向に印加されているのか判別することができない。
そこで、本実施の形態２における加速度センサ３００では、上述した突起部１１５を利用して、＋ｚ方向の加速度と−ｚ方向の加速度とを区別できる工夫を施している。つまり、本実施の形態２において、突起部１１５は、前記実施の形態１と同様に、可動部１０１が支持基板１１２Ｓに固着することを防止するストッパとしての機能を有しているが、さらに、本実施の形態２では、突起部１１５に別の機能も持たせているのである。
例えば、図１７（ａ）に示すように、複数の突起部１１５は、突起形成用穴１１１に埋め込まれたポリシリコン膜１１４を介して同一の電極３０１と接続されている。したがって、同一の電極３０１に所定電圧を印加すると、複数の突起部１１５のすべてに同一の電圧を印加することができる。このことを利用して、複数の突起部１１５と可動部１０１の間に電位差を生じさせる。すると、可動部１０１と複数の突起部１１５の間に静電引力が生じ可動部１０１が下側に変位する。
図１９に示すように、初期状態において、上述した静電引力により、可動部１０１と一体的に形成されている可動電極１０４を、固定電極１０５よりもΔｄ０だけ下側に変位させることができる。この状態で、＋ｚ方向に加速度が印加されると、可動電極１０４は、例えば、Δｄ１だけ上側に変位する。この場合、初期状態よりも固定電極１０５の側面と可動電極１０４の側面との重なり面積が大きくなるので、固定電極１０５の側面と可動電極１０４の側面を電極とする容量素子の容量値は増加することになる。
一方、−ｚ方向に加速度が印加されると、可動電極１０４は、例えば、Δｄ２だけ下側に変位する。この場合、初期状態よりも固定電極１０５の側面と可動電極１０４の側面との重なり面積が小さくなるので、固定電極１０５の側面と可動電極１０４の側面を電極とする容量素子の容量値は減少することになる。
したがって、初期状態で突起部１１５と可動部１０１との間に電位差を印加すると、静電引力により、可動電極１０４の位置を固定電極１０５の位置からずらすことができる。この結果、＋ｚ方向に加速度が印加された場合、容量素子の容量値を増加するように変化させることができ、−ｚ方向に加速度が印加された場合、容量素子の容量値を減少させるように変化させることができる。このため、向きが反対で同じ大きさの加速度が印加される場合であっても、本実施の形態２における加速度センサ３００によれば、＋ｚ方向に印加されている加速度なのか、あるいは、−ｚ方向に印加されている加速度なのかを区別することができる。このように本実施の形態２では、突起部１１５にストッパとしての機能だけでなく、加速度の方向を区別できる構成を実現するために、突起部１１５を使用している点に特徴がある。
（実施の形態３）
本実施の形態３では、可動部を上部電極とし、突起部を下部電極とする容量素子によって、ｚ方向の加速度を検出する加速度センサに本発明の技術的思想を適用する例について説明する。
図２０は、本実施の形態３における加速度センサ４００の構成を示す上面図である。図２０において、本実施の形態３における加速度センサ４００は、ＳＯＩ基板１００Ｓに形成されている。ＳＯＩ基板１００Ｓは、支持基板と、支持基板上に形成された中間絶縁層と、中間絶縁層上に形成された活性層（シリコン層）から形成されており、図２０では、活性層（シリコン層）の加工形状が示されている。
図２０に示すように、本実施の形態３における加速度センサ４００は、まず、可動部１０１と、梁（弾性変形部）１０２と、固定部１０３とを有している。可動部１０１は、梁１０２を介して固定部１０３と接続されており、加速度センサ４００に働く加速度に応じて可動部１０１が変位可能なように構成されている。具体的に、梁１０２は、弾性変形可能なように構成されており、この梁１０２の一端に可動部１０１が接続され、梁１０２の他端に固定部１０３が接続されている。例えば、ｚ方向に加速度が印加されると、梁１０２が印加された加速度によって弾性変形し、この弾性変形する梁１０２と接続されている可動部１０１がｚ方向に変位するようになっている。つまり、本実施の形態３における加速度センサ４００では、例えば、ｚ方向に加速度が印加されると、梁１０２が弾性変形し、この結果、梁１０２の一端と接続されている可動部１０１がｚ方向に変位するように構成されている。したがって、本実施の形態３における加速度センサ４００は、ｚ方向に加速度が印加されると、この加速度の大きさと向きに応じて、可動部１０１がｚ方向に変位することになる。
なお、可動部１０１は、ＳＯＩ基板１００Ｓの活性層を加工して形成されているが、この可動部１０１が変位可能なように、可動部１０１を構成する活性層の下層に形成されている中間絶縁層は除去される。ここで、図２０では、可動部１０１にエッチング孔が設けられていないが、例えば、可動部１０１にエッチング孔を設けて、可動部１０１の下層に存在する中間絶縁層を除去しやすくしてもよい。
本実施の形態３における加速度センサ４００では、可動部１０１が梁１０２を介して固定部１０３と接続されているが、可動部１０１、梁１０２および固定部１０３は、導電性を有する活性層（シリコン層）で形成されている。このため、可動部１０１、梁１０２および固定部１０３は、機械的に接続されているとともに、電気的にも接続されているということができる。そして、この固定部１０３には、貫通孔１０８が形成されており、この貫通孔１０８に導電材料が埋め込まれて貫通電極１１７が形成されている。
次に、図２１は、本実施の形態３における加速度センサ４００の構成を示す下面図である。図２１において、本実施の形態３における加速度センサ４００は、ＳＯＩ基板１００Ｓに形成されている。ＳＯＩ基板１００Ｓは、支持基板と、支持基板上に形成された中間絶縁層と、中間絶縁層上に形成された活性層（シリコン層）から形成されており、図２１では、支持基板側の加工形状が示されている。
図２１に示すように、ＳＯＩ基板１００Ｓの支持基板側には、貫通孔１０８が形成されており、この貫通孔１０８に導電材料が埋め込まれて貫通電極１１７が形成されている。そして、この貫通電極１１７は、支持基板に形成された電極１１０と電気的に接続されている。したがって、図２０と図２１を参照すると、図２０に示す可動部１０１は、梁１０２を介して固定部１０３と電気的に接続されており、この固定部１０３は、貫通電極１１７を介して、支持基板側に形成された電極１１０と電気的に接続されている。
このことから、図２０に示す可動部１０１は、電極１１０を介して、外部回路と接続できるように構成されていることがわかる。
さらに、図２１に示すように、ＳＯＩ基板１００Ｓの支持基板側には、複数の突起形成用穴１１１がアレイ状（行列状）に形成されており、これらの複数の突起形成用穴１１１に導電性材料が埋め込まれている。そして、複数の突起形成用穴１１１は、電極４０１と電気的に接続されており、この電極４０１は電極４０２と電気的に接続されている。本実施の形態３における加速度センサ４００の特徴は、複数の突起形成用穴１１１を設けて、複数の突起形成用穴１１１の内部に導電性材料を埋め込んだ構造を有していることにある。以下に、この特徴構造について、図２２を使用して説明する。
図２２は、図２０および図２１のＡ−Ａ線で切断した断面図である。図２２に示すように、本実施の形態３における加速度センサ４００は、支持基板１１２Ｓと、支持基板１１２Ｓ上に形成された中間絶縁層１１２Ｂと、中間絶縁層１１２Ｂ上に形成された活性層１１２ＡからなるＳＯＩ基板１００Ｓを加工して形成されている。具体的に、本実施の形態３における加速度センサ４００では、活性層（シリコン層）１１２Ａ上にポリシリコン膜１１４が形成されており、この活性層１１２Ａとポリシリコン膜１１４を一体的に加工することにより、可動部１０１が形成されている。そして、可動部１０１を形成している活性層１１２Ａの下層の中間絶縁層１１２Ｂは除去されて隙間１１６が形成されている。
一方、可動部１０１が形成されている活性層１１２Ａの下層に位置する支持基板１１２Ｓを貫通するように複数の突起形成用穴１１１が形成されている。そして、これらの突起形成用穴１１１の内壁を含む支持基板１１２Ｓの裏面に酸化シリコン膜１１３が形成されており、酸化シリコン膜１１３を介して突起形成用穴１１１の内部にポリシリコン膜１１４が埋め込まれている。この突起形成用穴１１１の内部に埋め込まれたポリシリコン膜１１４の一部が、突起形成用穴１１１から可動部１０１側に向ってはみ出して突起部１１５を形成している。すなわち、本実施の形態３では、突起形成用穴１１１から中間絶縁層１１２Ｂを除去することにより形成された隙間１１６へ突起部１１５が突き出ている。このとき、突起部１１５上にある活性層１１２Ａ（可動部１０１）には凹部１１９が形成されており、突起部１１５が活性層１１２Ａと接触しないように構成されている。そして、複数の突起形成用穴１１１に埋め込まれたポリシリコン膜１１４は支持基板１１２Ｓの裏面に形成されている電極４０１と電気的に接続されている。
ここで、本実施の形態３の特徴は、支持基板１１２Ｓを貫通するように複数の突起形成用穴１１１を設け、この突起形成用穴１１１に酸化シリコン膜１１３を介して導電材料であるポリシリコン膜１１４を埋め込み、このポリシリコン膜１１４の一部を突起形成用穴１１１から可動部１０１側に向ってはみ出して突起部１１５を形成している点にある。つまり、本実施の形態３では、突起形成用穴１１１からポリシリコン膜１１４を可動部１０１側にはみ出させることにより突起部１１５を形成している点に特徴がある。そして、本実施の形態３では、突起部１１５と可動部１０１との間の距離が、支持基板１１２Ｓと可動部１０１との間の距離よりも小さくなっている。これにより、可動部１０１が支持基板１１２Ｓに接触することを抑制でき、この結果、可動部１０１が支持基板１１２Ｓに固着（ステッキング）することを抑制できる効果が得られる。
さらに、本実施の形態３において、突起部１１５は、下部電極としての機能も有する。すなわち、本実施の形態３における加速度センサ４００は、ＳＯＩ基板１００Ｓの厚さ方向（ｚ方向）の加速度を検出する加速度センサであるが、この加速度センサ４００は、可動部１０１を上部電極とし、複数の突起部１１５を下部電極とする容量素子の容量変化によって加速度を検出するようになっている。つまり、複数の突起部１１５は、可動部１０１が支持基板１１２Ｓに固着することを防止するストッパとしての機能を有するとともに、加速度を検出するための容量素子の下部電極としても機能する点に本実施の形態３における特徴がある。
通常、ＳＯＩ基板１００Ｓにおいては、活性層１１２Ａを加工して可動部１０１を形成し、この可動部１０１の下層に形成されている中間絶縁層１１２Ｂを除去している。これにより、可動部１０１は変位可能となる。ここで、ＳＯＩ基板１００Ｓの厚さ方向（ｚ方向）に印加される加速度を検出する加速度センサにおいては、例えば、可動部１０１を上部電極とし、この可動部１０１の下側に下部電極を形成して、この上部電極と下部電極からなる容量素子の容量変化で加速度を検出する構成が考えられる。しかし、通常のＳＯＩ基板１００Ｓにおいては、可動部１０１の下側に下部電極（配線層）を形成することは難しい。これに対し、本実施の形態３においては、可動部１０１が支持基板１１２Ｓに固着することを防止するストッパとして複数の突起部１１５を設けており、これらの突起部１１５を下部電極として使用している。つまり、本実施の形態３では、ストッパとして機能する突起部１１５を下部電極としても使用することにより、ＳＯＩ基板１００Ｓに形成された加速度センサ４００においても、可動部１０１を上部電極とし、複数の突起部１１５を下部電極とする容量素子を構成することができ、この容量素子の容量変化でｚ方向の加速度を検出することができるのである。
本実施の形態３における加速度センサ４００は上記のように構成されており、以下に、その動作について、図２２を参照しながら説明する。まず、図２２に示すように、可動部１０１の下層に隙間１１６を介して複数の突起部１１５が形成されている。この可動部１０１を上部電極とし、複数の突起部１１５を下部電極とする容量素子によって加速度を検出する。具体的には、ＳＯＩ基板１００Ｓの厚さ方向に上向き（＋ｚ方向）の加速度が印加された場合を考える。この場合、可動部１０１は＋ｚ方向に変位する一方、突起部１１５は固定されたままである。したがって、可動部１０１と突起部１１５の間の距離が大きくなる。このことは、可動部１０１と突起部１１５からなる容量素子の容量値が減少することを意味する。したがって、この容量値の減少を検出することによって、＋ｚ方向の加速度を検出することができる。
一方、ＳＯＩ基板１００Ｓの厚さ方向に下向き（−ｚ方向）の加速度が印加された場合を考える。この場合、可動部１０１は−ｚ方向に変位する一方、突起部１１５は固定されたままである。したがって、可動部１０１と突起部１１５の間の距離が小さくなる。このことは、可動部１０１と突起部１１５からなる容量素子の容量値が増加することを意味する。したがって、この容量値の増加を検出することによって、−ｚ方向の加速度を検出することができる。
このとき、−ｚ方向に印加される加速度の大きさが大きくなりすぎる場合、可動部１０１が支持基板１１２Ｓと接触して支持基板１１２Ｓに固着してしまうことが考えられる。しかし、本実施の形態３では、支持基板１１２Ｓ上の可動部１０１の直下に突起部１１５を形成しており、突起部１１５と可動部１０１の距離が、可動部１０１と支持基板１１２Ｓとの間の距離よりも小さくなるよう構成されている。したがって、−ｚ方向に大きな加速度が印加されて、可動部１０１は変位量が大きくなっても、まず、可動部１０１と突起部１１５が接触することになる。すなわち、可動部１０１がＳＯＩ基板１００Ｓの厚さ方向に変位する場合、まず、可動部１０１は突起部１１５と接触することになる。突起部１１５の端部は小さいので、可動部１０１が突起部１１５と接触する場合であっても、可動部１０１と突起部１１５の接触面積は小さくなる。このため、可動部１０１が突起部１１５に接触しても、可動部１０１が突起部１１５に固着することはほとんどないのである。可動部１０１が固着するのは、可動部１０１の大部分の面積が支持基板１１２Ｓと接触する場合であると考えられるので、本実施の形態３のように、可動部１０１を面積の小さな突起部１１５で接触させることにより、可動部１０１の固着（ステッキング）を抑制することができるのである。つまり、本実施の形態３では、突起形成用穴１１１からポリシリコン膜１１４を可動部１０１側にはみ出させることにより突起部１１５を形成し、突起部１１５と可動部１０１との間の距離が、支持基板１１２Ｓと可動部１０１との間の距離よりも小さくなるように構成しているので、可動部１０１と支持基板１１２Ｓとの間の固着を防止することができるのである。この結果、本実施の形態３によれば、加速度センサ４００の信頼性を向上することができるという顕著な効果を得ることができる。
（実施の形態４）
本実施の形態４では、微小電気機械システムの一例として、マイクロミラーに本発明の技術的思想を適用する例について説明する。図２３は本実施の形態４におけるマイクロミラー５００の構成を示す斜視図である。このマイクロミラー５００とは、ミラーを単結晶シリコンに形成し、静電気力を使用してマイクロミラー５００を動かすように構成された光学部品であり、例えば、ミラー面にレーザを照射して画像のスキャンニングなどを行うことに使用される。図２３において、ミラー５０１（可動部１０１）は、梁１０２によって支持されており、この梁１０２は固定部１０３に接続されている。
具体的に、本実施の形態４におけるマイクロミラー５００の構成について説明する。図２４は、本実施の形態４におけるマイクロミラー５００の構成を示す平面図である。図２４において、本実施の形態４におけるマイクロミラー５００は、ＳＯＩ基板に形成されている。ＳＯＩ基板は、支持基板と、支持基板上に形成された中間絶縁層と、中間絶縁層上に形成された活性層（シリコン層）から形成されており、図２４では、活性層（シリコン層）の加工形状が示されている。
図２４に示すように、本実施の形態４におけるマイクロミラー５００は、まず、ミラー５０１となる可動部１０１と、梁（弾性変形部）１０２と、固定部１０３とを有している。そして、ミラー５０１（可動部１０１）は、梁１０２によって支持されており、この梁１０２は固定部１０３に接続されている。
図２５は、図２４のＡ−Ａ線で切断した断面図である。図２５に示すように、本実施の形態４におけるマイクロミラー５００は、支持基板１１２Ｓと、支持基板１１２Ｓ上に形成された中間絶縁層１１２Ｂと、中間絶縁層１１２Ｂ上に形成された活性層１１２ＡからなるＳＯＩ基板１００Ｓを加工して形成されている。具体的に、本実施の形態４におけるマイクロミラー５００では、活性層（単結晶シリコン層）１１２Ａを加工することにより、ミラー５０１（可動部１０１）が形成されている。そして、ミラー５０１（可動部１０１）を形成している活性層１１２Ａの下層の中間絶縁層１１２Ｂは除去されて隙間１１６が形成されている。
一方、ミラー５０１（可動部１０１）が形成されている活性層１１２Ａの下層に位置する支持基板１１２Ｓを貫通するように突起形成用穴１１１ａおよび突起形成用穴１１１ｂが形成されている。つまり、ミラー５０１（可動部１０１）と平面的に重なるように突起形成用穴１１１ａおよび突起形成用穴１１１ｂが形成されている。そして、これらの突起形成用穴１１１ａおよび突起形成用穴１１１ｂの内壁を含む支持基板１１２Ｓの裏面に酸化シリコン膜１１３が形成されており、酸化シリコン膜１１３を介して突起形成用穴１１１ａ、１１１ｂの内部にポリシリコン膜１１４が埋め込まれている。この突起形成用穴１１１ａ、１１１ｂの内部に埋め込まれたポリシリコン膜１１４の一部が、突起形成用穴１１１ａ、１１１ｂからミラー５０１（可動部１０１）側に向ってはみ出して突起部１１５ａ、１１５ｂを形成している。すなわち、本実施の形態４では、突起形成用穴１１１ａ、１１１ｂから中間絶縁層１１２Ｂを除去することにより形成された隙間１１６へ突起部１１５ａ、１１５ｂが突き出ている。このとき、突起部１１５ａ、１１５ｂ上にある活性層１１２Ａ（ミラー５０１）には凹部１１９が形成されており、突起部１１５ａ、１１５ｂが活性層１１２Ａと接触しないように構成されている。そして、突起形成用穴１１１ａに埋め込まれたポリシリコン膜１１４は支持基板１１２Ｓの裏面に形成されている電極５０２ａと電気的に接続されている。同様に、突起形成用穴１１１ｂに埋め込まれたポリシリコン膜１１４は支持基板１１２Ｓの裏面に形成されている電極５０２ｂと電気的に接続されている。
ここで、本実施の形態４の特徴は、支持基板１１２Ｓを貫通するように複数の突起形成用穴１１１ａ、１１１ｂを設け、この突起形成用穴１１１ａ、１１１ｂに酸化シリコン膜１１３を介して導電材料であるポリシリコン膜１１４を埋め込み、このポリシリコン膜１１４の一部を突起形成用穴１１１ａ、１１１ｂから可動部１０１側に向ってはみ出して突起部１１５ａ、１１５ｂを形成している点にある。つまり、本実施の形態４では、突起形成用穴１１１ａ、１１１ｂからポリシリコン膜１１４を可動部１０１側にはみ出させることにより突起部１１５ａ、１１５ｂを形成している点に特徴がある。そして、本実施の形態４では、突起部１１５ａ、１１５ｂとミラー５０１（可動部１０１）との間の距離が、支持基板１１２Ｓとミラー５０１（可動部１０１）との間の距離よりも小さくなっている。これにより、ミラー５０１（可動部１０１）が支持基板１１２Ｓに接触することを抑制でき、この結果、ミラー５０１（可動部１０１）が支持基板１１２Ｓに固着（ステッキング）することを抑制できる効果が得られる。
さらに、本実施の形態４において、突起部１１５ａ、１１５ｂは、ミラー５０１（可動部１０１）の角度を調整するという別の機能も合わせ持っている。このことについて説明する。図２５において、突起部１１５ａは、突起形成用穴１１１ａの内部に埋め込まれたポリシリコン膜１１４を介して電極５０２ａと接続されている。同様に、突起部１１５ｂは、突起形成用穴１１１ｂの内部に埋め込まれたポリシリコン膜１１４を介して電極５０２ｂと接続されている。したがって、例えば、電極５０２ａから突起部１１５ａに電圧を印加し、ミラー５０１（可動部１０１）と突起部１１５ａの間に電位差を生じさせると、ミラー５０１（可動部１０１）と突起部１１５ａの間に静電気力が働く。具体的に、ミラー５０１（可動部１０１）と突起部１１５ａの間に静電引力が働くように、ミラー５０１（可動部１０１）と突起部１１５ａの間に電位差を印加する。すると、図２５において、ミラー５０１（可動部１０１）が右側に傾くことになる。これにより、ミラー５０１（可動部１０１）の角度を調整することができる。同様に、電極５０２ｂから突起部１１５ｂに電圧を印加し、ミラー５０１（可動部１０１）と突起部１１５ｂの間に電位差を生じさせると、ミラー５０１（可動部１０１）と突起部１１５ｂの間に静電気力が働く。具体的に、ミラー５０１（可動部１０１）と突起部１１５ｂの間に静電引力が働くように、ミラー５０１（可動部１０１）と突起部１１５ｂの間に電位差を印加する。すると、図２５において、ミラー５０１（可動部１０１）が左側に傾くことになる。これにより、ミラー５０１（可動部１０１）の角度を調整することができる。つまり、突起部１１５ａや突起部１１５ｂに印加する電圧を調整することにより、ミラー５０１（可動部１０１）の角度を調整することができるのである。このように本実施の形態４において、突起部１１５ａ、１１５ｂは、ミラー５０１（可動部１０１）が支持基板１１２Ｓに固着することを防止するストッパとしての機能を有するとともに、ミラー５０１（可動部１０１）の角度を調整する機能も有していることがわかる。
例えば、従来のマイクロミラーでは、１枚の基板にミラーと、角度調整用電極とを形成することができないため、ミラーを形成した基板と、角度調整用電極を形成した基板とを貼り合せる工程が必要となっていた。これに対し、本実施の形態４によれば、ストッパとして機能する突起部１１５ａ、１１５ｂを角度調整用電極としても使用しているので、１枚のＳＯＩ基板にミラーと角度調整用電極（突起部１１５ａ、１１５ｂ）を形成できるので、貼り合せ工程を省略できる利点が得られる。この結果、本実施の形態４におけるマイクロミラー５００によれば、生産効率を向上することができる。
（実施の形態５）
本実施の形態５では、微小電気機械システムの一例として、マイクロレンズアクチュエータに本発明の技術的思想を適用する例について説明する。マイクロレンズアクチュエータとは、マイクロレンズを精密に上下させることにより、マイクロレンズに入射したレーザ光の焦点を合わせて光ディスクにレーザ光を照射させるための部品である。
図２６は、本実施の形態５におけるマイクロレンズアクチュエータ６００の構成を示す平面図である。図２６に示すように、本実施の形態５におけるマイクロレンズアクチュエータ６００は、４つの分離されたレンズ保持部１０１ａ〜１０１ｄを有している。そして、この４つのレンズ保持部１０１ａ〜１０１ｄによってマイクロレンズ６０２が保持されている。４つの分離されたレンズ保持部１０１ａ〜１０１ｄは、独立別個に上下方向（紙面の垂直方向）に変位できるようになっており、レンズ保持部１０１ａ〜１０１ｄの変位を調整することにより、マイクロレンズの位置および傾きを調整できるように構成されている。
次に、図２７は、図２６のＡ−Ａ線で切断した断面図である。図２７に示すように、本実施の形態５におけるマイクロレンズアクチュエータ６００は、支持基板１１２Ｓと、支持基板１１２Ｓ上に形成された中間絶縁層１１２Ｂと、中間絶縁層１１２Ｂ上に形成された活性層１１２ＡからなるＳＯＩ基板１００Ｓを加工して形成されている。具体的に、本実施の形態５におけるマイクロレンズアクチュエータ６００では、ＳＯＩ基板１００Ｓの中央部にＳＯＩ基板１００Ｓを貫通する大きな開口部６０５が形成されており、この開口部６０５上にマイクロレンズ６０２が配置されている。そして、活性層（シリコン層）１１２Ａを加工することにより、レンズ保持部１０１ａ、１０１ｂが形成されている。レンズ保持部１０１ａ、１０１ｂを形成している活性層１１２Ａの下層の中間絶縁層１１２Ｂの一部が除去されて隙間１１６が形成されている。このとき、レンズ保持部１０１ａ、１０１ｂは、活性層１１２Ａを加工して形成された可動部、梁、固定部を一体的に含むように構成されている。
一方、レンズ保持部１０１ａ、１０１ｂが形成されている活性層１１２Ａの下層に位置する支持基板１１２Ｓを貫通するように突起形成用穴１１１ａおよび突起形成用穴１１１ｂが形成されている。つまり、レンズ保持部１０１ａ、１０１ｂと平面的に重なるように突起形成用穴１１１ａおよび突起形成用穴１１１ｂが形成されている。そして、これらの突起形成用穴１１１ａおよび突起形成用穴１１１ｂの内壁を含む支持基板１１２Ｓの裏面に酸化シリコン膜１１３が形成されており、酸化シリコン膜１１３を介して突起形成用穴１１１ａ、１１１ｂの内部にポリシリコン膜１１４が埋め込まれている。この突起形成用穴１１１ａ、１１１ｂの内部に埋め込まれたポリシリコン膜１１４の一部が、突起形成用穴１１１ａ、１１１ｂからレンズ保持部１０１ａ、１０１ｂ側に向ってはみ出して突起部１１５ａ、１１５ｂを形成している。すなわち、本実施の形態５では、突起形成用穴１１１ａ、１１１ｂから中間絶縁層１１２Ｂを除去することにより形成された隙間１１６へ突起部１１５ａ、１１５ｂが突き出ている。このとき、突起部１１５ａ、１１５ｂ上にある活性層１１２Ａには凹部１１９が形成されており、突起部１１５ａ、１１５ｂが活性層１１２Ａと接触しないように構成されている。そして、突起形成用穴１１１ａに埋め込まれたポリシリコン膜１１４は支持基板１１２Ｓの裏面に形成されている電極６０１ａと電気的に接続されている。同様に、突起形成用穴１１１ｂに埋め込まれたポリシリコン膜１１４は支持基板１１２Ｓの裏面に形成されている電極６０１ｂと電気的に接続されている。
ここで、本実施の形態５の特徴は、支持基板１１２Ｓを貫通するように突起形成用穴１１１ａ、１１１ｂを設け、この突起形成用穴１１１ａ、１１１ｂに酸化シリコン膜１１３を介して導電材料であるポリシリコン膜１１４を埋め込み、このポリシリコン膜１１４の一部を突起形成用穴１１１ａ、１１１ｂからレンズ保持部１０１ａ、１０１ｂ側に向ってはみ出して突起部１１５ａ、１１５ｂを形成している点にある。つまり、本実施の形態５では、突起形成用穴１１１ａ、１１１ｂからポリシリコン膜１１４をレンズ保持部１０１ａ、１０１ｂ側にはみ出させることにより突起部１１５ａ、１１５ｂを形成している点に特徴がある。そして、本実施の形態５では、突起部１１５ａ、１１５ｂとレンズ保持部１０１ａ、１０１ｂとの間の距離が、支持基板１１２Ｓとレンズ保持部１０１ａ、１０１ｂとの間の距離よりも小さくなっている。これにより、レンズ保持部１０１ａ、１０１ｂが支持基板１１２Ｓに接触することを抑制でき、この結果、レンズ保持部１０１ａ、１０１ｂが支持基板１１２Ｓに固着（ステッキング）することを抑制できる効果が得られる。
さらに、本実施の形態５において、突起部１１５ａ、１１５ｂは、マイクロレンズ６０２の位置および傾きを調整するという別の機能も合わせ持っている。このことについて説明する。図２７において、突起部１１５ａは、突起形成用穴１１１ａの内部に埋め込まれたポリシリコン膜１１４を介して電極６０１ａと接続されている。同様に、突起部１１５ｂは、突起形成用穴１１１ｂの内部に埋め込まれたポリシリコン膜１１４を介して電極６０１ｂと接続されている。したがって、例えば、電極６０１ａから突起部１１５ａに電圧を印加し、レンズ保持部１０１ａと突起部１１５ａの間に電位差を生じさせると、レンズ保持部１０１ａと突起部１１５ａの間に静電気力が働く。具体的に、レンズ保持部１０１ａと突起部１１５ａの間に静電引力が働くように、レンズ保持部１０１ａと突起部１１５ａの間に電位差を印加する。すると、図２７において、レンズ保持部１０１ａは、突起部１１５ａに引き付けられるように下側に変位する。この結果、レンズ保持部１０１ａで保持されているマイクロレンズ６０２の位置および傾きを調整することができる。同様に、電極６０１ｂから突起部１１５ｂに電圧を印加し、レンズ保持部１０１ｂと突起部１１５ｂの間に電位差を生じさせると、レンズ保持部１０１ｂと突起部１１５ｂの間に静電気力が働く。具体的に、レンズ保持部１０１ｂと突起部１１５ｂの間に静電引力が働くように、レンズ保持部１０１ｂと突起部１１５ｂの間に電位差を印加する。すると、図２７において、レンズ保持部１０１ｂは、突起部１１５ｂに引き付けられるように下側に変位する。この結果、レンズ保持部１０１ｂで保持されているマイクロレンズ６０２の位置および傾きを調整することができる。つまり、突起部１１５ａや突起部１１５ｂに印加する電圧を調整することにより、レンズ保持部１０１ａ、１０１ｂで保持されているマイクロレンズ６０２の位置や傾きを調整することができるのである。このように本実施の形態５において、突起部１１５ａ、１１５ｂは、レンズ保持部１０１ａ、１０１ｂが支持基板１１２Ｓに固着することを防止するストッパとしての機能を有するとともに、レンズ保持部１０１ａ、１０１ｂで保持されているマイクロレンズ６０２の位置や傾きを調整する機能も有していることがわかる。
図２８は、本実施の形態５におけるマイクロレンズアクチュエータ６００にレーザ光６０４を入射させた様子を示す断面図である。図２８に示すように、レーザ光６０４は、ＳＯＩ基板１００Ｓの裏面側から照射され、ＳＯＩ基板１００Ｓに形成された開口部６０５を通って、マイクロレンズ６０２に入射する。そして、マイクロレンズ６０２に入射したレーザ光６０４は収束して光ディスク６０３上で焦点を結ぶ。
ここで、本実施の形態５におけるマイクロレンズアクチュエータ６００では、マイクロレンズ６０２をレンズ保持部１０１ａ、１０１ｂで保持している。そして、例えば、レーザ光６０４の焦点位置が光ディスク６０３上からずれた場合、突起部１１５ａや突起部１１５ｂに電圧を印加することにより、突起部１１５ａとレンズ保持部１０１ａ、あるいは、突起部１１５ｂとレンズ保持部１０１ｂの間に静電引力を働かせる。この結果、レンズ保持部１０１ａやレンズ保持部１０１ｂが変位して、レンズ保持部１０１ａやレンズ保持部１０１ｂで保持されているマイクロレンズ６０２の位置や傾きが調整される。このため、マイクロレンズ６０２を通過するレーザ光６０４の焦点位置が光ディスク６０３上に来るように調整される。
従来のマイクロレンズアクチュエータの製造方法として、下部電極を形成した基板上に中間絶縁層を形成し、その後、中間絶縁層上にポリシリコン膜などを堆積して上部電極を形成し、さらに、上部電極直下の中間絶縁層を除去する方法や、下部電極を形成した基板と上部電極を形成した基板とを張り合わせる方法などが考えられる。しかし、これらの方法によれば、ポリシリコン膜などを堆積して上部電極を形成するため、上部電極の膜質が不均一になりやすい。この結果、上部電極間の膜応力分布の相違が生じて、マイクロレンズの焦点位置の調整が難しくなる問題点が発生する。また、基板の貼り合せ工程が必要となると、生産効率が低下することが懸念される。
これに対し、本実施の形態５におけるマイクロレンズアクチュエータ６００によれば、レンズ保持部１０１ａ、１０１ｂを形成する活性層を堆積するのではなく、既に活性層１１２Ａが形成されているＳＯＩ基板１００Ｓを用意し、活性層１１２Ａを加工することにより、レンズ保持部１０１ａ、１０１ｂを形成している。このため、活性層１１２Ａを堆積する方法と比べて、レンズ保持部１０１ａ、１０１ｂの膜質が均一となり、レンズ保持部１０１ａ、１０１ｂ間の膜応力分布の相違が少なくなる。この結果、本実施の形態５におけるマイクロレンズアクチュエータ６００によれば、レンズ保持部１０１ａ、１０１ｂで保持しているマイクロレンズ６０２の焦点位置の調整が容易になるという利点が得られる。さらに、本実施の形態５では、ストッパとして機能する突起部１１５ａ、１１５ｂをレンズ保持部１０１ａ、１０１ｂを変位させるための電極としても使用しているので、１枚のＳＯＩ基板にレンズ保持部１０１ａ、１０１ｂと電極（突起部１１５ａ、１１５ｂ）を形成できるので、貼り合せ工程を省略できる利点が得られる。この結果、本実施の形態５におけるマイクロレンズアクチュエータ６００によれば、生産効率を向上することができる。
（実施の形態６）
本実施の形態６では、前記実施の形態２の変形例について説明する。図２９は、本実施の形態６における加速度センサ７００の構成を示す上面図である。図２９において、本実施の形態６における加速度センサ７００は、ＳＯＩ基板１００Ｓに形成されている。ＳＯＩ基板１００Ｓは、支持基板と、支持基板上に形成された中間絶縁層と、中間絶縁層上に形成された活性層（シリコン層）から形成されており、図２９では、活性層（シリコン層）の加工形状が示されている。
図２９に示すように、本実施の形態６における加速度センサ７００は、まず、可動部１０１と、梁（弾性変形部）１０２と、固定部１０３とを有している。可動部１０１は、梁１０２を介して固定部１０３と接続されており、加速度センサ７００に働く加速度に応じて可動部１０１が変位可能なように構成されている。具体的に、梁１０２は、弾性変形可能なように構成されており、この梁１０２の一端に可動部１０１が接続され、梁１０２の他端に固定部１０３が接続されている。例えば、ｚ方向に加速度が印加されると、梁１０２が印加された加速度によって弾性変形し、この弾性変形する梁１０２と接続されている可動部１０１がｚ方向に変位するようになっている。つまり、本実施の形態６における加速度センサ７００では、例えば、ｚ方向に加速度が印加されると、梁１０２が弾性変形し、この結果、梁１０２の一端と接続されている可動部１０１がｚ方向に変位するように構成されている。したがって、本実施の形態６における加速度センサ７００は、ｚ方向に加速度が印加されると、この加速度の大きさと向きに応じて、可動部１０１がｚ方向に変位することになる。
なお、可動部１０１は、ＳＯＩ基板１００Ｓの活性層を加工して形成されているが、この可動部１０１が変位可能なように、可動部１０１を構成する活性層の下層に形成されている中間絶縁層は除去される。ここで、図２９では、可動部１０１にエッチング孔が設けられていないが、例えば、可動部１０１にエッチング孔を設けて、可動部１０１の下層に存在する中間絶縁層を除去しやすくしてもよい。
次に、可動部１０１と一体化するようにして可動電極１０４が形成されており、この可動電極１０４と向い合うように固定電極１０５が形成されている。例えば、図２９では、可動部１０１の右側から３本の可動電極１０４が突出しており、可動部１０１の左側からも３本の可動電極１０４が突出している。そして、例えば、可動部１０１の右側から突出している３本の可動電極１０４と向い合うように櫛歯状の固定電極１０５が形成されている。この可動電極１０４と固定電極１０５により容量素子が形成される。
本実施の形態６における加速度センサ７００では、可動部１０１が梁１０２を介して固定部１０３と接続されているが、可動部１０１、梁１０２および固定部１０３は、導電性を有する活性層（シリコン層）で形成されている。このため、可動部１０１、梁１０２および固定部１０３は、機械的に接続されているとともに、電気的にも接続されているということができる。そして、この固定部１０３には、貫通孔１０８が形成されており、この貫通孔１０８に導電材料が埋め込まれて貫通電極１１７が形成されている。同様に、固定電極１０５にも、それぞれ、貫通孔１０８が形成されており、この貫通孔１０８に導電材料が埋め込まれて貫通電極１１７が形成されている。
次に、図３０は、本実施の形態６における加速度センサ７００の構成を示す下面図である。図３０において、本実施の形態６における加速度センサ７００は、ＳＯＩ基板１００Ｓに形成されている。ＳＯＩ基板１００Ｓは、支持基板と、支持基板上に形成された中間絶縁層と、中間絶縁層上に形成された活性層（シリコン層）から形成されており、図３０では、支持基板側の加工形状が示されている。
図３０に示すように、ＳＯＩ基板１００Ｓの支持基板側には、貫通孔１０８が形成されており、この貫通孔１０８に導電材料が埋め込まれて貫通電極１１７が形成されている。そして、この貫通電極１１７は、支持基板に形成された電極１１０と電気的に接続されている。したがって、図２９と図３０を参照すると、図２９に示す可動部１０１は、梁１０２を介して固定部１０３と電気的に接続されており、この固定部１０３は、貫通電極１１７を介して、支持基板側に形成された電極１１０と電気的に接続されている。同様に、図２９に示す固定電極１０５は、別の貫通電極１１７を介して、支持基板側に形成された別の電極１１０と電気的に接続されている。
このことから、図２９に示す可動部１０１（可動電極１０４）、および、固定電極１０５は、それぞれ別の電極１１０を介して、外部回路と接続できるように構成されていることがわかる。
さらに、図３０に示すように、ＳＯＩ基板１００Ｓの支持基板側には、複数の突起形成用穴１１１が連続するように形成されている。これにより、ＳＯＩ基板１００Ｓは、連続して形成された突起形成用穴１１１で囲まれた分離内部領域７０１と、分離内部領域７０１の外側領域である分離外部領域７０２とに分離される。分離内部領域７０１にはコンタクト孔７０３ａが形成されており、このコンタクト孔７０３ａと接続するように電極７０３が形成され、この電極７０３は電極７０４と接続されている。したがって、ＳＯＩ基板１００Ｓに形成されている分離内部領域７０１は、電極７０４と電気的に接続されることになり、電極７０４に所定電位を印加することにより、分離内部領域７０１に所定電位を印加できるように構成されている。
次に、図３１は、図２９および図３０のＡ−Ａ線で切断した断面図である。図３１に示すように、本実施の形態６における加速度センサ７００は、支持基板１１２Ｓと、支持基板１１２Ｓ上に形成された中間絶縁層１１２Ｂと、中間絶縁層１１２Ｂ上に形成された活性層１１２ＡからなるＳＯＩ基板１００Ｓを加工して形成されている。具体的に、本実施の形態６における加速度センサ７００では、活性層（シリコン層）１１２Ａ上にポリシリコン膜１１４が形成されており、この活性層１１２Ａとポリシリコン膜１１４を一体的に加工することにより、可動部１０１、可動電極１０４および固定電極１０５が形成されている。そして、可動部１０１および可動電極１０４を形成している活性層１１２Ａの下層の中間絶縁層１１２Ｂは除去されて隙間１１６が形成されている。これに対し、固定電極１０５の下層に形成されている中間絶縁層１１２Ｂは残存しており、固定電極１０５は、残存している中間絶縁層１１２Ｂを介して支持基板１１２Ｓに固定されている。
一方、可動電極１０４が形成されている活性層１１２Ａの下層に位置する支持基板１１２Ｓを貫通するように複数の突起形成用穴１１１が形成されている。そして、これらの突起形成用穴１１１の内壁を含む支持基板１１２Ｓの裏面に酸化シリコン膜１１３が形成されており、酸化シリコン膜１１３を介して突起形成用穴１１１の内部にポリシリコン膜１１４が埋め込まれている。この突起形成用穴１１１の内部に埋め込まれたポリシリコン膜１１４の一部が、突起形成用穴１１１から可動部１０１側に向ってはみ出して突起部１１５を形成している。すなわち、本実施の形態６では、突起形成用穴１１１から中間絶縁層１１２Ｂを除去することにより形成された隙間１１６へ突起部１１５が突き出ている。このとき、突起部１１５上にある活性層１１２Ａ（可動電極１０４）には凹部１１９が形成されており、突起部１１５が活性層１１２Ａと接触しないように構成されている。そして、複数の突起形成用穴１１１に埋め込まれたポリシリコン膜１１４は支持基板１１２Ｓの裏面に形成されている電極７０３と電気的に接続されている。
ここで、本実施の形態６では、可動部１０１直下の分離内部領域７０１を囲むように連続して突起形成用穴１１１が形成されており、この連続して周囲を囲むように形成されている突起形成用穴１１１によって、分離内部領域７０１は、突起形成用穴１１１の外側領域にある分離外部領域７０２と分離されている。そして、連続して周囲を囲むように形成されている突起形成用穴１１１によって分離されている分離内部領域７０１は、コンタクト孔７０３ａを介して電極７０３と電気的に接続されている。
さらに、固定電極１０５には、支持基板１１２Ｓ、中間絶縁層１１２Ｂおよび活性層１１２Ａを貫通する貫通電極１１７が形成されることになる。これにより、活性層１１２Ａおよび活性層１１２Ａ上に形成されているポリシリコン膜１１４からなる固定電極１０５は、活性層１１２Ａ、中間絶縁層１１２Ｂおよび支持基板１１２Ｓを貫通する貫通電極１１７で接続されており、この貫通電極１１７は、支持基板１１２Ｓの裏面に形成されている電極１１０と接続されている。したがって、固定電極１０５は、貫通電極１１７を介して、支持基板１１２Ｓの裏面に形成されている電極１１０と電気的に接続されていることになる。
本実施の形態６の特徴は、支持基板１１２Ｓを貫通するように複数の突起形成用穴１１１を設け、この突起形成用穴１１１に酸化シリコン膜１１３を介して導電材料であるポリシリコン膜１１４を埋め込み、このポリシリコン膜１１４の一部を突起形成用穴１１１から可動部１０１側に向ってはみ出して突起部１１５を形成している点にある。つまり、本実施の形態６では、突起形成用穴１１１からポリシリコン膜１１４を可動部１０１側にはみ出させることにより突起部１１５を形成している点に特徴がある。そして、本実施の形態６では、突起部１１５と可動部１０１との間の距離が、支持基板１１２Ｓと可動部１０１との間の距離よりも小さくなっている。これにより、可動部１０１が支持基板１１２Ｓに接触することを抑制でき、この結果、可動部１０１が支持基板１１２Ｓに固着（ステッキング）することを抑制できる効果が得られる。
さらに、本実施の形態６の特徴は、可動部１０１直下の分離内部領域７０１を囲むように連続して突起形成用穴１１１が形成されており、この連続して周囲を囲むように形成されている突起形成用穴１１１によって、分離内部領域７０１を、突起形成用穴１１１の外側領域にある分離外部領域７０２と分離するように構成している点にある。そして、この分離内部領域７０１に電極７０４（図３０参照）から電位を供給するように構成している。この結果、前記実施の形態２の初期状態で突起部１１５と可動部１０１との間に電位差を印加したように、本実施の形態６でも、初期状態で分離内部領域７０１と可動部１０１との間に電位差を印加すると、静電引力により、可動部１０１と一体的に形成されている可動電極１０４の位置を固定電極１０５の位置からずらすことができる。したがって、本実施の形態６における加速度センサ７００においても、前記実施の形態２における加速度センサ３００と同様に、＋ｚ方向の加速度と、−ｚ方向の加速度とを区別することができる。つまり、前記実施の形態２では、突起部１１５自体を、静電引力を発生する電極として利用しているのに対し、本実施の形態６では、連続して周囲を囲むように形成されている突起形成用穴１１１で分離された分離内部領域７０１を、静電引力を発生させる電極として利用している点が相違する。この相違点に基づき、本実施の形態６によれば、可動部１０１の直下に形成されている面状の分離内部領域７０１全体を電極として使用できるため、前記実施の形態２よりも均一に静電引力を発生させることができる利点が得られる。
本実施の形態６における加速度センサ７００は上記のように構成されており、その製造方法は、前記実施の形態１における加速度センサ１００の製造方法とほぼ同様である。突起形成用穴１１１を形成する際、支持基板１１２Ｓの分離内部領域７０１を囲むように連続して突起形成用穴１１１を形成して、分離内部領域７０１と分離外部領域７０２とを分離するように加工する点と、分離内部領域７０１に達するコンタクト孔７０３ａを形成し、このコンタクト孔７０３ａを介して支持基板１１２Ｓの裏面に電極７０３および電極７０４を形成する点が主な相違点となる。
具体的に、本実施の形態６における微小電気機械システムの製造方法を要約すると、以下のようになる。すなわち、（ａ）支持基板１１２Ｓと、支持基板１１２Ｓ上に形成された中間絶縁層１１２Ｂと、中間絶縁層１１２Ｂ上に形成された活性層１１２ＡからなるＳＯＩ基板１００Ｓを用意する。そして、（ｂ）前記（ａ）工程後、ＳＯＩ基板１００Ｓの可動部形成領域において、支持基板１１２Ｓを貫通して中間絶縁層１１２Ｂを露出する複数の突起形成用穴１１１を形成する。次に、（ｃ）前記（ｂ）工程後、複数の突起形成用穴１１１の底部から露出する中間絶縁層１１２Ｂを除去し、複数の突起形成用穴１１１の底部から活性層１１２Ａを露出する。続いて、（ｄ）前記（ｃ）工程後、複数の突起形成用穴１１１の底部から露出する活性層１１２Ａおよび突起形成用穴１１１の内壁を酸化して、複数の突起形成用穴１１１の底部から露出する活性層１１２Ａの表面および突起形成用穴１１１の内壁に酸化シリコン膜１１３を形成する。そして、（ｅ）前記（ｄ）工程後、複数の突起形成用穴１１１の内部にポリシリコン膜１１４を埋め込む。次に、（ｆ）前記（ｅ）工程後、ＳＯＩ基板１００Ｓの活性層１１２Ａをパターニングすることにより、ＭＥＭＳセンサの梁（弾性変形部）１０２と、梁１０２の一端に接続される可動部１０１と、梁１０２の他端に接続される固定部１０３とを形成する。続いて、（ｇ）前記（ｆ）工程後、可動部１０１が形成されている可動部形成領域および梁１０２が形成されている弾性変形部形成領域に存在する中間絶縁層１１２Ｂを除去することにより、梁１０２で可動部１０１を懸架するとともに、複数の突起形成用穴１１１のそれぞれに埋め込まれたポリシリコン膜１１４の一部を露出して、ポリシリコン膜１１４の一部からなる複数の突起部１１５を形成し、さらに、複数の突起部１１５のそれぞれに接触する酸化シリコン膜１１３を除去することにより、複数の突起部１１５のそれぞれと可動部１０１との間に隙間を形成する。ここで、前記（ｂ）工程は、ＳＯＩ基板１００Ｓに形成されている支持基板１１２Ｓの分離内部領域７０１を、ＳＯＩ基板１００Ｓに形成されている支持基板１１２Ｓの分離外部領域７０２と電気的に分離するため、分離内部領域７０１を囲むように複数の突起形成用穴１１１を形成するものである。
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
本発明は、微小電気機械システムを製造する製造業に幅広く利用することができる。
１００ 加速度センサ
１００Ｓ ＳＯＩ基板
１０１ 可動部
１０１ａ レンズ保持部
１０１ｂ レンズ保持部
１０１ｃ レンズ保持部
１０１ｄ レンズ保持部
１０２ 梁
１０３ 固定部
１０４ 可動電極
１０５ 固定電極
１０５ａ 固定電極
１０５ｂ 固定電極
１０６ エッチング孔
１０８ 貫通孔
１０８ａ 貫通電極形成用第１穴
１０８ｂ 貫通電極形成用第２穴
１０９ ダミーパターン
１１０ 電極
１１１ 突起形成用穴
１１１ａ 突起形成用穴
１１１ｂ 突起形成用穴
１１２Ｓ 支持基板
１１２Ｂ 中間絶縁層
１１２Ａ 活性層
１１３ 酸化シリコン膜
１１４ ポリシリコン膜
１１５ 突起部
１１５ａ 突起部
１１５ｂ 突起部
１１６ 隙間
１１７ 貫通電極
１１８ 別基板
１１９ 凹部
２００ 角速度センサ
２００Ｓ ＳＯＩ基板
２０１ 固定部
２０２ 支持梁
２０３ 可動部
２０４ 検出梁
２０５ コリオリ素子
２０６ａ 検出電極
２０６ｂ 固定電極
２０７ 駆動電極
２０８ 貫通電極
３００ 加速度センサ
３０１ 電極
３０２ 電極
４００ 加速度センサ
４０１ 電極
４０２ 電極
５００ マイクロミラー
５０１ ミラー
５０２ａ 電極
５０２ｂ 電極
６００ マイクロレンズアクチュエータ
６０１ａ 電極
６０１ｂ 電極
６０２ マイクロレンズ
６０３ 光ディスク
６０４ レーザ光
６０５ 開口部
７００ 加速度センサ
７０１ 分離内部領域
７０２ 分離外部領域
７０３ａ コンタクト孔
７０３ 電極
７０４ 電極
Ｃ１ 容量素子
Ｃ２ 容量素子

Claims (15)

  1. 微小電気機械システムの製造方法であって、
    （ａ）支持基板と、前記支持基板上に形成された中間絶縁層と、前記中間絶縁層上に形成された活性層からなるＳＯＩ基板を用意する工程と、
    （ｂ）前記（ａ）工程後、前記ＳＯＩ基板の可動部形成領域において、前記支持基板を貫通して前記中間絶縁層を露出する突起形成用穴を形成する工程と、
    （ｃ）前記（ｂ）工程後、前記突起形成用穴の底部から露出する前記中間絶縁層を除去し、前記突起形成用穴の底部から前記活性層を露出する工程と、
    （ｄ）前記（ｃ）工程後、前記突起形成用穴の底部から露出する前記活性層および前記突起形成用穴の内壁を酸化して、前記突起形成用穴の底部から露出する前記活性層の表面および前記突起形成用穴の内壁に第１酸化層を形成する工程と、
    （ｅ）前記（ｄ）工程後、前記突起形成用穴の内部に導体膜を埋め込む工程と、
    （ｆ）前記（ｅ）工程後、前記ＳＯＩ基板の前記活性層をパターニングすることにより、ＭＥＭＳセンサの弾性変形部と、前記弾性変形部の一端に接続される可動部と、前記弾性変形部の他端に接続される固定部とを形成する工程と、
    （ｇ）前記（ｆ）工程後、前記可動部が形成されている前記可動部形成領域および前記弾性変形部が形成されている弾性変形部形成領域に存在する前記中間絶縁層を除去することにより、前記弾性変形部で前記可動部を懸架するとともに、前記突起形成用穴に埋め込まれた前記導体膜の一部を露出して、前記導体膜の一部からなる突起部を形成し、さらに、前記突起部に接触する前記第１酸化層を除去することにより、前記突起部と前記可動部との間に隙間を形成する工程とを備えることを特徴とする微小電気機械システムの製造方法。
  2. 請求項１記載の微小電気機械システムの製造方法であって、
    前記（ｂ）工程は、前記ＳＯＩ基板の貫通電極形成領域において、前記支持基板を貫通して前記中間絶縁層を露出する貫通電極形成用第１穴を形成し、
    前記（ｂ）工程と前記（ｃ）工程の間に、前記貫通電極形成用第１穴と平面的に重なるように、前記活性層を貫通して前記中間絶縁層を露出する貫通電極形成用第２穴を形成する工程を有し、
    前記（ｃ）工程は、前記貫通電極形成用第１穴の底面から露出し、かつ、前記貫通電極形成用第２穴の底面から露出する前記中間絶縁層を除去することにより、前記貫通電極形成用第１穴と前記貫通電極形成用第２穴を接続して、前記ＳＯＩ基板の前記活性層と前記中間絶縁層と前記支持基板を貫通する貫通孔を形成し、
    前記（ｄ）工程は、前記貫通孔の内壁を酸化して、前記貫通孔の内壁に第２酸化層を形成し、
    前記（ｅ）工程は、前記貫通孔の内部に前記導体膜を埋め込むことにより貫通電極を形成することを特徴とする微小電気機械システムの製造方法。
  3. 請求項１記載の微小電気機械システムの製造方法であって、
    前記（ｄ）工程は、熱酸化法を使用することにより、前記第１酸化層を形成することを特徴とする微小電気機械システムの製造方法。
  4. 微小電気機械システムの製造方法であって、
    （ａ）支持基板と、前記支持基板上に形成された中間絶縁層と、前記中間絶縁層上に形成された活性層からなるＳＯＩ基板を用意する工程と、
    （ｂ）前記（ａ）工程後、前記ＳＯＩ基板の可動部形成領域において、前記支持基板を貫通して前記中間絶縁層を露出する複数の突起形成用穴を形成する工程と、
    （ｃ）前記（ｂ）工程後、前記複数の突起形成用穴の底部から露出する前記中間絶縁層を除去し、前記複数の突起形成用穴の底部から前記活性層を露出する工程と、
    （ｄ）前記（ｃ）工程後、前記複数の突起形成用穴の底部から露出する前記活性層および前記突起形成用穴の内壁を酸化して、前記複数の突起形成用穴の底部から露出する前記活性層の表面および前記突起形成用穴の内壁に第１酸化層を形成する工程と、
    （ｅ）前記（ｄ）工程後、前記複数の突起形成用穴の内部に導体膜を埋め込む工程と、
    （ｆ）前記（ｅ）工程後、前記ＳＯＩ基板の前記活性層をパターニングすることにより、ＭＥＭＳセンサの弾性変形部と、前記弾性変形部の一端に接続される可動部と、前記弾性変形部の他端に接続される固定部とを形成する工程と、
    （ｇ）前記（ｆ）工程後、前記可動部が形成されている前記可動部形成領域および前記弾性変形部が形成されている弾性変形部形成領域に存在する前記中間絶縁層を除去することにより、前記弾性変形部で前記可動部を懸架するとともに、前記複数の突起形成用穴のそれぞれに埋め込まれた前記導体膜の一部を露出して、前記導体膜の一部からなる複数の突起部を形成し、さらに、前記複数の突起部のそれぞれに接触する前記第１酸化層を除去することにより、前記複数の突起部のそれぞれと前記可動部との間に隙間を形成する工程とを備え、
    前記（ｂ）工程は、前記ＳＯＩ基板に形成されている前記支持基板の第１領域を、前記ＳＯＩ基板に形成されている前記支持基板の第２領域と電気的に分離するため、前記第１領域を囲むように前記複数の突起形成用穴を形成することを特徴とする微小電気機械システムの製造方法。
  5. 請求項４記載の微小電気機械システムの製造方法であって、
    前記（ｂ）工程は、前記ＳＯＩ基板の貫通電極形成領域において、前記支持基板を貫通して前記中間絶縁層を露出する貫通電極形成用第１穴を形成し、
    前記（ｂ）工程と前記（ｃ）工程の間に、前記貫通電極形成用第１穴と平面的に重なるように、前記活性層を貫通して前記中間絶縁層を露出する貫通電極形成用第２穴を形成する工程を有し、
    前記（ｃ）工程は、前記貫通電極形成用第１穴の底面から露出し、かつ、前記貫通電極形成用第２穴の底面から露出する前記中間絶縁層を除去することにより、前記貫通電極形成用第１穴と前記貫通電極形成用第２穴を接続して、前記ＳＯＩ基板の前記活性層と前記中間絶縁層と前記支持基板を貫通する貫通孔を形成し、
    前記（ｄ）工程は、前記貫通孔の内壁を酸化して、前記貫通孔の内壁に第２酸化層を形成し、
    前記（ｅ）工程は、前記貫通孔の内部に前記導体膜を埋め込むことにより貫通電極を形成することを特徴とする微小電気機械システムの製造方法。
  6. 請求項４記載の微小電気機械システムの製造方法であって、
    前記（ｄ）工程は、熱酸化法を使用することにより、前記第１酸化層を形成することを特徴とする微小電気機械システムの製造方法。
  7. （ａ）支持基板と、前記支持基板上に形成された中間絶縁層と、前記中間絶縁層上に形成された活性層からなるＳＯＩ基板と、
    （ｂ）前記活性層を加工して形成され、かつ、前記活性層の下層に形成されている前記中間絶縁層が除去されるようにして形成された弾性変形部と、
    （ｃ）前記活性層を加工して形成され、かつ、前記活性層の下層に形成されている前記中間絶縁層が除去されるようにして形成されるとともに、前記弾性変形部の一端と接続された可動部と、
    （ｄ）前記活性層を加工して形成され、かつ、前記活性層の下層に残存している前記中間絶縁層を介して前記支持基板に固定されるとともに、前記弾性変形部の他端と接続された固定部と、
    （ｅ）前記可動部と前記支持基板が固着しないように設けられたストッパ部とを備え、
    前記ストッパ部は、
    （ｅ１）前記支持基板を貫通するように設けられた突起形成用穴と、
    （ｅ２）前記突起形成用穴の内壁に形成された酸化層と、
    （ｅ３）前記突起形成用穴に前記酸化層を介して埋め込まれた導体膜と、
    （ｅ４）前記突起形成用穴から前記可動部側に向ってはみ出した前記導体膜の一部からなる突起部とを有し、
    前記突起部と前記可動部との間の距離は、前記支持基板と前記可動部との間の距離よりも小さくなっていることを特徴とする微小電気機械システム。
  8. 請求項７記載の微小電気機械システムであって、
    前記微小電気機械システムは、静電容量型加速度センサであり、
    前記静電容量型加速度センサは、
    固定電極と、
    前記可動部と一体的に形成された可動電極とを有し、
    前記固定電極と前記可動電極を前記ＳＯＩ基板の面内方向において向い合うように配置して静電容量素子が形成され、
    前記静電容量型加速度センサは、前記ＳＯＩ基板の前記面内方向の加速度が印加された場合、前記固定電極と前記可動電極の間の前記面内方向の距離が変化することによって生じる前記静電容量素子の容量変化に基づいて、前記面内方向に印加された前記加速度を検出するように構成されていることを特徴とする微小電気機械システム。
  9. 請求項７記載の微小電気機械システムであって、
    前記微小電気機械システムは、静電容量型加速度センサであり、
    前記静電容量型加速度センサは、
    固定電極と、
    前記可動部と一体的に形成された可動電極とを有し、
    前記固定電極と前記可動電極を前記ＳＯＩ基板の面内方向において向い合うように配置して静電容量素子が形成され、
    前記静電容量型加速度センサは、前記ＳＯＩ基板の厚さ方向の加速度が印加された場合、前記可動電極が形成されている前記可動部が前記ＳＯＩ基板の前記厚さ方向に変位することで、前記固定電極の側面と前記可動電極の側面との重なり面積が変化することによって生じる前記静電容量素子の容量変化に基づいて、前記厚さ方向に印加された前記加速度を検出するように構成されていることを特徴とする微小電気機械システム。
  10. 請求項９記載の微小電気機械システムであって、
    前記可動電極と平面的に重なるように前記ストッパ部が配置されており、
    前記静電容量型加速度センサは、前記可動電極と前記ストッパ部の間に電位差を印加することにより発生する静電気力によって、前記ＳＯＩ基板の前記厚さ方向に加速度が印加されていない初期状態においても、前記可動電極の位置を平衡状態の位置から前記厚さ方向にずらすように構成されていることを特徴とする微小電気機械システム。
  11. 請求項７記載の微小電気機械システムであって、
    前記微小電気機械システムは、静電容量型加速度センサであり、
    前記静電容量型加速度センサは、
    前記可動部と平面的に重なり、かつ、互いに同電位とされる複数の前記ストッパ部を有し、
    前記可動部を上部電極とし、かつ、複数の前記ストッパ部を下部電極とする静電容量素子が形成され、
    前記静電容量型加速度センサは、前記ＳＯＩ基板の厚さ方向の加速度が印加された場合、前記上部電極である前記可動部と前記下部電極である複数の前記ストッパ部の間の前記厚さ方向の距離が変化することによって生じる前記静電容量素子の容量変化に基づいて、前記厚さ方向に印加された前記加速度を検出するように構成されていることを特徴とする微小電気機械システム。
  12. 請求項７記載の微小電気機械システムであって、
    前記微小電気機械システムは、前記可動部をミラーとするマイクロミラーであり、
    前記マイクロミラーにおいて、前記ミラーとなる前記可動部と平面的に重なるように前記ストッパ部が配置されており、
    前記マイクロミラーは、前記可動部と前記ストッパ部の間に電位差を印加することにより発生する静電気力によって、前記可動部の角度を調整するように構成されていることを特徴とする微小電気機械システム。
  13. 請求項７記載の微小電気機械システムであって、
    前記微小電気機械システムは、マイクロレンズアクチュエータであり、
    前記マイクロレンズアクチュエータは、
    マイクロレンズと、
    前記マイクロレンズを保持するレンズ保持部とを有し、
    前記レンズ保持部は、前記固定部、前記弾性変形部、および、前記可動部を一体的に含み、
    前記マイクロレンズアクチュエータにおいて、前記レンズ保持部と平面的に重なるように前記ストッパ部が配置されており、
    前記マイクロレンズアクチュエータは、前記レンズ保持部と前記ストッパ部の間に電位差を印加することにより発生する静電気力によって、前記レンズ保持部を変位させて前記マイクロレンズの位置を調整するように構成されていることを特徴とする微小電気機械システム。
  14. 請求項７記載の微小電気機械システムであって、
    前記微小電気機械システムは、複数の前記ストッパ部を有し、
    複数の前記ストッパ部は、前記ＳＯＩ基板に形成されている前記支持基板の第１領域を、前記ＳＯＩ基板に形成されている前記支持基板の前記第１領域以外の第２領域と電気的に分離するため、前記第１領域を囲むように形成されていることを特徴とする微小電気機械システム。
  15. 請求項１４記載の微小電気機械システムであって、
    前記微小電気機械システムは、静電容量型加速度センサであり、
    前記静電容量型加速度センサは、
    固定電極と、
    前記可動部と一体的に形成された可動電極とを有し、
    前記固定電極と前記可動電極を前記ＳＯＩ基板の面内方向において向い合うように配置して静電容量素子が形成され、
    前記静電容量型加速度センサは、前記ＳＯＩ基板の厚さ方向の加速度が印加された場合、前記可動電極が形成されている前記可動部が前記ＳＯＩ基板の前記厚さ方向に変位することで、前記固定電極の側面と前記可動電極の側面との重なり面積が変化することによって生じる前記静電容量素子の容量変化に基づいて、前記厚さ方向に印加された前記加速度を検出するように構成され、
    さらに、前記可動部と平面的に重なるように前記第１領域が配置されており、
    前記静電容量型加速度センサは、前記可動部と前記第１領域の間に電位差を印加することにより発生する静電気力によって、前記ＳＯＩ基板の前記厚さ方向に加速度が印加されていない初期状態においても、前記可動部と一体的に形成されている前記可動電極の位置を平衡状態の位置から前記厚さ方向にずらすように構成されていることを特徴とする微小電気機械システム。
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