特許 5696686 半導体装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5696686

(24)【登録日】2015年2月20日

(45)【発行日】2015年4月8日

(54)【発明の名称】半導体装置

(51)【国際特許分類】

   G01P 15/125 20060101AFI20150319BHJP

   G01P 15/18 20130101ALI20150319BHJP

   G01P 15/08 20060101ALI20150319BHJP

   H01L 29/84 20060101ALI20150319BHJP

【ＦＩ】

   G01P15/125 Z

   G01P15/18

   G01P15/08 101C

   H01L29/84 Z

【請求項の数】5

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2012-122267(P2012-122267)

(22)【出願日】2012年5月29日

(65)【公開番号】特開2013-64724(P2013-64724A)

(43)【公開日】2013年4月11日

【審査請求日】2013年12月24日

(31)【優先権主張番号】特願2011-187680(P2011-187680)

(32)【優先日】2011年8月30日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】特許業務法人快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】畑 良幸

(72)【発明者】

【氏名】野々村 裕

(72)【発明者】

【氏名】明石 照久

(72)【発明者】

【氏名】船橋 博文

(72)【発明者】

【氏名】藤吉 基弘

(72)【発明者】

【氏名】大村 義輝

【審査官】 岡田 卓弥

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−２０６１４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００１／５３１９４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００１−２２７９５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３２６３６５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｐ１５／００−１５／１８

Ｈ０１Ｌ２９／８４

Ｂ８１Ｂ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の幅を有する第１トレンチと、前記第１の幅とは異なる第２の幅を有し、前記第１トレンチと連通した第２トレンチとを有する半導体層を備えており、
前記第１トレンチと前記第２トレンチとが接している箇所に、前記第１の幅と前記第２の幅との差を段階的に補償するための補償パターンが形成され、
前記第２の幅は、前記第１の幅よりも大きく、
前記補償パターンは、前記第２トレンチに向けて突出して形成されている、半導体装置。

【請求項2】

前記第１トレンチおよび前記第２トレンチにより挟まれた先端部を備えており、
前記先端部の近傍において、前記第１トレンチは前記第２トレンチと接しており、
前記補償パターンが前記先端部に形成されている請求項１の半導体装置。

【請求項3】

前記第１トレンチおよび前記第２トレンチにより挟まれた先端部を備えており、
前記先端部の近傍において、前記第１トレンチは前記第２トレンチと接しており、
前記補償パターンが前記第２トレンチの端部に対向している側壁に形成されている請求項１の半導体装置。

【請求項4】

支持基板と、
可動構造体と、
前記支持基板に対して位置が固定された櫛歯状の固定電極と、
前記可動構造体に対して位置が固定された櫛歯状の可動電極を備えており、
前記固定電極と前記可動電極が互いに対向して配置されており、
前記先端部が、前記固定電極の先端部または前記可動電極の先端部である請求項２または３の半導体装置。

【請求項5】

前記半導体層の厚みが２００μｍ以上であり、
前記第１トレンチまたは前記第２トレンチは、幅に対する深さの比率が２０以上である請求項１から４の何れか一項の半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書は、半導体装置に関する。特に、厚い半導体層に幅の狭いトレンチが形成された半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

非特許文献１には、支持基板と可動構造体を備える半導体装置が開示されている。この半導体装置では、半導体層に、支持基板に対して位置を固定された櫛歯状の固定電極と、可動構造体に対して位置を固定された櫛歯状の可動電極が形成されている。固定電極と可動電極は互いに対向して配置されており、両者の対向面積と距離に応じた静電容量が構成されている。この半導体装置では、半導体層の厚みを１２０μｍとし、固定電極と可動電極の間のトレンチの幅を１０μｍ程度とすることで、静電容量の変化を高い感度で検出することができる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【非特許文献1】B. Vakili Amini、外２名，「SUB-MICRO-GRAVITY CAPACITIVE SOI MICROACCELEROMETERS」，Proc. Int. Conf. Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (Transducers '05)，２００５年，ｐ．５１５−５１８

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

非特許文献１に示される半導体装置よりもさらに厚い半導体層、例えば、厚さが２００μｍ〜４００μｍ程度の半導体層に、１０μｍ〜２０μｍ程度の距離で互いに対向する櫛歯状の固定電極と可動電極を形成するためには、高アスペクト比のトレンチを精密に形成する技術が不可欠となる。しかしながら、本発明者らの研究により、このように厚い半導体層に幅の狭いトレンチを形成しようとすると、半導体の残渣を生じやすくなることが分かった。

【0005】

図１８には、単結晶シリコンからなる半導体層に、可動電極支持部２１５から伸びる櫛歯状の可動電極２１６と、可動電極２１６に対向して配置されている櫛歯状の固定電極２１４を形成する際に、固定電極２１４の先端部の近傍に半導体の残渣Ｚが生じる様子を示している。この例では、半導体層の厚さは２００μｍ〜４００μｍ程度である。また、固定電極２１４について、近接して配置される可動電極２１６（固定電極２１４から見て図１８の上方に位置する可動電極２１６）との間の距離は１０μｍ〜２０μｍ程度であり、離間して配置される可動電極２１６（固定電極２１４から見て図１８の下方に位置する可動電極２１６）との間の距離は４０μｍ〜５０μｍ程度であり、先端部に対向する可動電極支持部２１５との間の距離は１０μｍ〜２０μｍ程度である。半導体層にディープＲＩＥ法を用いたトレンチ加工を施して、上記のような形状を形成しようとすると、半導体層の表面からの深さが浅い箇所では精密に加工ができるものの、表面からの深さが深い箇所では、図１８に示すように、固定電極２１４の先端部と可動電極支持部２１５の間に半導体の残渣Ｚが生じてしまう。

【0006】

また、図１９に示すように、上記した半導体の残渣Ｚが発生しないように、固定電極２１４の先端部と可動電極支持部２１５の間の距離を４０μｍ〜５０μｍ程度に広げた場合には、半導体層の表面からの深さが深い箇所で、固定電極２１４の先端部と可動電極２１６の間に半導体の残渣Ｚが生じてしまう。

【0007】

上記のような半導体の残渣Ｚが生じてしまうと、固定電極２１４と可動電極２１６を完全に分離して形成することができなくなってしまう。したがって、半導体装置を、静電容量の変化を検出するセンサとして使用することができなくなってしまう。

【0008】

上記のようなトレンチ加工における半導体の残渣の発生は、互いに対向して配置される櫛歯状の可動電極と固定電極を形成する場合だけでなく、厚い半導体層に幅の狭いトレンチを形成しようとする際に広く問題となる。

【0009】

本明細書では、上記の課題を解決する技術を提供する。本明細書では、厚い半導体層に幅の狭いトレンチを形成する際に、半導体の残渣を生じることなくトレンチを形成することが可能な技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明者らの研究の結果、厚い半導体層に幅の狭いトレンチを形成する際に生じる半導体の残渣は、トレンチの幅が急変する箇所で発生することを突き止めた。以下に半導体の残渣が発生するメカニズムを説明する。

【0011】

通常、厚い半導体層に幅の狭いトレンチを形成する場合には、ディープＲＩＥ法の一種であるボッシュ法が用いられる。図２０〜図２５は、ボッシュ法によるトレンチ加工の様子を示している。ボッシュ法では、図２０に示すように、まずマスク３０６が形成された半導体層３０４の表面側からＣ_４Ｆ_８プラズマを用いて保護膜３０８を成膜する。そして、図２１に示すように、ＳＦ_６プラズマを用いて側壁以外に形成された保護膜３０８を除去する。そして、図２２に示すように、ＳＦ_６プラズマを用いて半導体層３０４のエッチングを行う。その後、図２３に示すように、再び半導体層３０４の表面側から保護膜３０８を成膜する。そして、図２４に示すように、側壁以外に形成された保護膜３０８を除去する。そして、図２５に示すように、半導体層３０４のエッチングを行う。このように、ボッシュ法においては、側壁への保護膜３０８の成膜と、半導体層３０４のエッチングを繰り返すことによって、半導体層３０４を深く掘り下げていく。なお、図２０〜図２５の例では、半導体層３０４の下方に積層された酸化膜層３０２は、半導体層３０４のエッチングにおけるエッチストップ材として機能する。

【0012】

図２６〜図３０は、ディープＲＩＥ法を用いたトレンチ加工において、トレンチの幅が急変する箇所で半導体の残渣が発生するメカニズムについて、本発明者らが検討した結果を示している。図２６に示すように、三方をトレンチＴ１、Ｔ２、Ｔ３で囲われた形状を半導体層３０４に形成する場合を例として説明する。ここでは、半導体層の厚みを２００μｍ〜４００μｍ程度とし、トレンチＴ１の幅を１０μｍ〜２０μｍ程度とし、トレンチＴ２の幅を１０μｍ〜２０μｍ程度とし、トレンチＴ３の幅を４０μｍ〜５０μｍ程度とする。なお、図２７〜図３０の斜視図においては、説明を明瞭にするために、図２６のＡ−Ａ断面を左側手前に示している。

【0013】

図２６に示すような形状のトレンチを半導体層３０４に形成する場合、図２７に示すように、酸化膜層３０２に積層された半導体層３０４の表面にマスク３０６を形成した後、ボッシュ法によってトレンチを掘り下げていく。この際、幅の狭いトレンチＴ１に対応する箇所３０４ａと幅の広いトレンチＴ３に対応する箇所３０４ｃでは、ガスの置換性が異なるため、エッチングレートに差が生じる。これにより、同じ時間だけエッチングを行っても、図２８に示すように、幅の狭いトレンチＴ１に対応する箇所３０４ａと、幅の広いトレンチＴ３に対応する箇所３０４ｃには、高低差が生じる。その結果、トレンチの幅が急変する箇所３０４ｂには、傾斜部が形成されることになる。ボッシュ法をさらに継続していくと、図２９に示すように、幅の狭いトレンチＴ１に対応する箇所３０４ａと、幅の広いトレンチＴ３に対応する箇所３０４ｃの高低差がさらに大きくなり、トレンチの幅が急変する箇所３０４ｂの傾斜部がより急峻になる。その結果、本来なら側壁３０４ｄのみに成膜される保護膜が、トレンチの幅が急変する箇所３０４ｂの急峻な傾斜部にも成膜されるようになり、傾斜部の直下の半導体層についてはそれ以上のエッチングが困難となる。その後さらにボッシュ法を継続していき、図３０に示すように、幅の広いトレンチＴ３に対応する箇所のエッチングが酸化膜層３０２ｃまで到達し、幅の狭いトレンチＴ１に対応する箇所のエッチングが酸化膜層３０２ａまで到達しても、トレンチの幅が急変する箇所３０４ｂには、半導体の残渣Ｚが残ってしまう。

【0014】

本発明者らは、上記の知見に基づいて、厚みのある半導体層に幅の狭いトレンチと幅の広いトレンチが接続されたパターンを形成する際に、半導体の残渣が生じることを防止する構造を考え出した。本明細書では、半導体層にトレンチが形成された半導体装置を開示する。その半導体装置では、前記半導体層において、前記トレンチの幅が急変する箇所に、前記トレンチの幅の急変を補償する補償パターンが形成されている。

【0015】

上記の半導体装置では、補償パターンによってトレンチの幅の急変が補償されているので、ディープＲＩＥ法によってトレンチ加工を行う際に、半導体の残渣の原因となる急峻な傾斜部の発生を防ぐことができる。これによって、厚い半導体層に幅の狭いトレンチと幅の広いトレンチが接続されたパターンを形成する際に、半導体の残渣が発生することを防止することができる。

【0016】

上記の半導体装置は、前記半導体層に、前記トレンチによって三方を囲われた先端部が形成されており、前記先端部の近傍において、前記トレンチの幅が急変しており、前記補償パターンが、前記先端部に形成されていることが好ましい。

【0017】

半導体層がトレンチによって三方を囲われた先端部を有する場合、トレンチの幅の急変を補償する補償パターンは、その先端部に形成されていてもよいし、その先端部に対向する箇所に形成されていてもよい。しかしながら、先端部に補償パターンを形成する場合には、小さな補償パターンでトレンチの幅の急変を補償して、半導体の残渣の発生を防止することができる。補償パターンは、トレンチの幅の急変を補償するために形成されているが、半導体装置の機械的な特性や電気的な特性にも影響を及ぼすことがある。このような影響は少ないほうがより好ましい。上記の半導体装置によれば、補償パターンを形成することにより半導体装置の機械的な特性や電気的な特性に与える影響を小さくすることができる。

【0018】

上記の半導体装置は、支持基板と可動構造体を備えており、前記半導体層に、前記支持基板に対して位置を固定された櫛歯状の固定電極と、前記可動構造体に対して位置を固定された櫛歯状の可動電極を備えており、前記固定電極と前記可動電極が互いに対向して配置されており、前記固定電極および／または前記可動電極の先端部に、前記補償パターンが形成されていることが好ましい。

【0019】

上記のように支持基板と可動構造体を備える半導体装置では、櫛歯状の固定電極と可動電極の対向面積を広くし、固定電極と可動電極の間の距離を短くするために、半導体層の厚みを厚くし、トレンチの幅を狭くすることが望まれる。しかしながら、このような櫛歯状の固定電極と可動電極において、半導体層の厚みを厚くし、トレンチの幅を狭くすると、トレンチの幅が急激に変化する部分において半導体の残渣を生じやすくなってしまう。上記の半導体装置によれば、櫛歯状の固定電極と可動電極において、半導体層の厚みを厚くし、トレンチの幅を狭くしても、半導体の残渣が発生することを防止することができる。

【0020】

あるいは、上記の半導体装置は、前記半導体層に、前記トレンチによって三方を囲われた先端部が形成されており、前記先端部の近傍において、前記トレンチの幅が急変しており、前記補償パターンが、前記先端部に対向する箇所に形成されていてもよい。

【0021】

上記の半導体装置は、支持基板と可動構造体を備えており、前記半導体層に、前記支持基板に対して位置を固定された櫛歯状の固定電極と、前記可動構造体に対して位置を固定された櫛歯状の可動電極を備えており、前記固定電極と前記可動電極が互いに対向して配置されており、前記固定電極および／または前記可動電極の先端部に、前記補償パターンが形成されていてもよい。

【0022】

上記の半導体装置では、前記半導体層の厚みが２００μｍ以上であり、前記トレンチの最小の幅に対する前記トレンチの深さの比率が２０以上であることが好ましい。

【0023】

本発明者らが研究した結果、半導体層の厚みが２００μｍ以上であり、トレンチの最小の幅に対するトレンチの深さの比率が２０以上となる場合には、トレンチの幅が急変する箇所に残渣が発生しやすくなる。上記の半導体装置によれば、半導体層にこのように高アスペクト比のトレンチ加工が必要となる形状の半導体装置についても、半導体の残渣が発生することを防止することができる。

【発明の効果】

【0024】

本明細書が開示する技術によれば、厚い半導体層に幅の狭いトレンチを形成する際に、半導体の残渣を生じることなくトレンチを形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】実施例１の加速度センサ１０の平面図である。

【図2】実施例１の加速度センサ１０について図１のII−II断面で見た縦断面図である。

【図3】実施例１の加速度センサ１０について図１のIII−III断面で見た縦断面図である。

【図4】実施例１の加速度センサ１０のＸ方向検出部１１０の詳細を示す部分拡大図である。

【図5】実施例１に係る加速度センサ１０の製造工程を示す図である。

【図6】実施例１に係る加速度センサ１０の製造工程を示す図である。

【図7】実施例１に係る加速度センサ１０の製造工程を示す図である。

【図8】実施例１に係る加速度センサ１０の製造工程を示す図である。

【図9】実施例１に係る加速度センサ１０の製造工程を示す図である。

【図10】実施例１に係る加速度センサ１０の製造工程を示す図である。

【図11】実施例１に係る加速度センサ１０の製造工程を示す図である。

【図12】実施例１に係る加速度センサ１０のＸ方向検出部１１０の変形例を示す図である。

【図13】実施例１に係る加速度センサ１０のＸ方向検出部１１０の他の変形例を示す図である。

【図14】実施例１に係る加速度センサ１０のＸ方向検出部１１０の他の変形例を示す図である。

【図15】実施例１に係る加速度センサ１０のＸ方向検出部１１０の他の変形例を示す図である。

【図16】実施例１に係る加速度センサ１０のＸ方向検出部１１０の他の変形例を示す図である。

【図17】実施例１に係る加速度センサ１０のＸ方向検出部１１０の他の変形例を示す図である。

【図18】従来技術において半導体の残渣Ｚが発生する様子を示す図である。

【図19】従来技術において半導体の残渣Ｚが発生する様子を示す図である。

【図20】ボッシュ法を用いたトレンチ加工の様子を示す図である。

【図21】ボッシュ法を用いたトレンチ加工の様子を示す図である。

【図22】ボッシュ法を用いたトレンチ加工の様子を示す図である。

【図23】ボッシュ法を用いたトレンチ加工の様子を示す図である。

【図24】ボッシュ法を用いたトレンチ加工の様子を示す図である。

【図25】ボッシュ法を用いたトレンチ加工の様子を示す図である。

【図26】従来技術において半導体の残渣Ｚが発生するメカニズムを示す図である。

【図27】従来技術において半導体の残渣Ｚが発生するメカニズムを示す図である。

【図28】従来技術において半導体の残渣Ｚが発生するメカニズムを示す図である。

【図29】従来技術において半導体の残渣Ｚが発生するメカニズムを示す図である。

【図30】従来技術において半導体の残渣Ｚが発生するメカニズムを示す図である。

【図31】本願発明の変形例を示す図である。

【図32】本願発明の別の変形例を示す図である。

【図33】本願発明の別の変形例を示す図である。

【図34】実施例２の角速度センサ９０の平面図である。

【図35】実施例２の角速度センサ９０について図３４のXXXV−XXXV断面で見た縦断面図である。

【図36】実施例２の角速度センサ９０の最も外側の固定電極５１８ａの先端部の近傍を示す部分拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

好ましい実施例の特徴を最初に列記する。
（特徴１）半導体層は、不純物を添加された単結晶シリコンからなる。
（特徴２）半導体層の下方に、酸化シリコンからなる酸化膜層が積層されている。
（特徴３）半導体層のトレンチは、ディープＲＩＥ法により形成される。

【実施例】

【0027】

（実施例１）
以下では図１−図３を参照しながら、実施例１に係る加速度センサ１０の構造について説明する。図２、図３に示すように、加速度センサ１０は、導電体からなる第１層２０と、絶縁体からなる第２層３０と、導電体からなる第３層４０の積層構造を有している。具体的には、本実施例の加速度センサ１０では、第１層２０は不純物を添加した単結晶シリコンからなり、第２層３０は酸化シリコンからなり、第３層４０は不純物を添加した単結晶シリコンからなる、いわゆるＳＯＩ（Silicon on Insulator）構造を有している。本実施例の加速度センサ１０では、第３層４０は２００μｍ〜４００μｍ程度の厚みを有している。

【0028】

図１−図３に示すように、加速度センサ１０は、支持基板１００と、プルーフマス１０２と、支持梁１０４と、支持部１０６を備えている。支持基板１００は第１層２０に形成されている。プルーフマス１０２、支持梁１０４、支持部１０６は第３層４０に形成されている。支持部１０６は、第２層３０に形成された絶縁支持部１０８を介して、支持基板１００に対して固定されている。支持梁１０４は支持部１０６とプルーフマス１０２の間を連結している。プルーフマス１０２は、矩形の平板形状に形成されている。プルーフマス１０２には犠牲層エッチングのためのホール１０２ａが多数形成されている。プルーフマス１０２は、支持基板１００から間隙を隔てて、支持基板１００に対して略平行となるように、支持梁１０４によって支持されている。支持梁１０４は、Ｘ方向およびＺ方向についての曲げ剛性およびせん断剛性が低くなるように、細長い形状に形成されている。従って、例えばプルーフマス１０２にＸ方向の慣性力が作用すると、支持梁１０４がＸ方向に撓んで、プルーフマス１０２は支持基板１００に対してＸ方向に相対変位する。また、プルーフマス１０２にＺ方向の慣性力が作用すると、支持梁１０４がＺ方向に撓んで、プルーフマス１０２は支持基板１００に対してＺ方向に相対変位する。このときの支持梁１０４の撓み量は、プルーフマス１０２に作用する慣性力の大きさに応じたものとなる。言い換えると、支持基板１００に対するプルーフマス１０２の相対変位量は、プルーフマス１０２に作用する加速度の大きさに応じたものとなる。従って、支持基板１００に対するプルーフマス１０２の変位量を検出することで、加速度センサ１０に作用している加速度を検出することができる。

【0029】

加速度センサ１０は、Ｘ方向検出部１１０と、Ｚ方向検出部１２４を備えている。Ｘ方向検出部１１０は、固定電極支持部１１２と、固定電極支持部１１２から伸びる櫛歯状の固定電極１１４と、プルーフマス１０２から伸びる可動電極支持部１１５と、可動電極支持部１１５から伸びる櫛歯状の可動電極１１６を備えている。固定電極支持部１１２、固定電極１１４、可動電極支持部１１５および可動電極１１６は、第３層４０に形成されている。固定電極支持部１１２は、第２層３０に形成された絶縁支持部１１３を介して、支持基板１００に対して固定されている。固定電極１１４と可動電極１１６は、Ｘ方向に関して互いに対向するように配置されている。本実施例では、互いに近接する固定電極１１４と可動電極１１６の間の距離は、１０μｍ〜２０μｍ程度である。固定電極１１４と可動電極１１６の間には、両者の対向面積と距離に応じた静電容量が構成される。固定電極１１４に対して可動電極１１６がＸ方向に変位すると、固定電極１１４と可動電極１１６の間のＸ方向の距離が変化し、それに応じて固定電極１１４と可動電極１１６の間の静電容量の大きさが変化する。この静電容量の変化を検出することで、プルーフマス１０２の支持基板１００に対するＸ方向の変位量を検出することができる。なお、本実施例の加速度センサ１０では、プルーフマス１０２に対して一方側（例えば図１の右側）に配置されたＸ方向検出部１１０と、他方側（例えば図１の左側）に配置されたＸ方向検出部１１０の出力を組み合わせることで、製造公差等に起因する容量誤差を補正することができる。

【0030】

図２、図３に示すように、Ｚ方向検出部１２４は、固定電極としての役割を果たす支持基板１００と、可動電極としての役割を果たすプルーフマス１０２から構成されている。支持基板１００とプルーフマス１０２の間には、両者の対向面積と距離に応じた静電容量が構成される。支持基板１００に対してプルーフマス１０２がＺ方向に変位すると、支持基板１００とプルーフマス１０２の間の静電容量の大きさが変化する。この静電容量の変化を検出することで、プルーフマス１０２の支持基板１００に対するＺ方向の変位量を検出することができる。

【0031】

本実施例の加速度センサ１０では、プルーフマス１０２と、支持梁１０４と、支持部１０６と、可動電極支持部１１５と、可動電極１１６が、継ぎ目無く一体的に形成されている。従って、プルーフマス１０２と、支持梁１０４と、支持部１０６と、可動電極支持部１１５と、可動電極１１６は、互いに同電位に保たれている。また、本実施例の加速度センサ１０では、固定電極支持部１１２と、固定電極１１４が、継ぎ目無く一体的に形成されており、互いに同電位に保たれている。後述するように、プルーフマス１０２と、支持梁１０４と、支持部１０６と、可動電極支持部１１５と、可動電極１１６と、固定電極支持部１１２と、固定電極１１４は、第３層４０をトレンチ加工することによって形成される。

【0032】

加速度センサ１０は、支持部１０６の電位（Ｚ方向検出部１２４の可動電極であるプルーフマス１０２の電位でもあり、Ｘ方向検出部１１０の可動電極１１６の電位でもある）を検出する第１表面電極１１８と、支持基板１００の電位（すなわち、Ｚ方向検出部１２４の固定電極の電位）を検出する第２表面電極１２０と、固定電極支持部１１２の電位（すなわち、Ｘ方向検出部１１０の固定電極１１４の電位）を検出する第３表面電極１２２を備えている。これらの表面電極からの出力に基づいて、図示しない演算回路で演算処理を行うことで、加速度センサ１０に作用するＸ方向およびＺ方向の加速度をそれぞれ検出することができる。

【0033】

図４に示すように、固定電極１１４の先端部には、補償パターン１１４ａが形成されている。補償パターン１１４ａは、固定電極１１４に近接して配置された可動電極１１６と対向する面の反対側の面に、扇形形状に形成されている。本実施例では、固定電極１１４から見て、近接して配置された可動電極１１６（図４において上方に位置する可動電極１１６）との間に形成されるトレンチの幅は１０μｍ〜２０μｍ程度である。また、固定電極１１４から見て、離間して配置された可動電極１１６（図４において下方に位置する可動電極１１６）との間に形成されるトレンチの幅は４０μｍ〜５０μｍである。また、固定電極１１４から見て、可動電極支持部１１５との間に形成されるトレンチの幅は１０μｍ〜２０μｍ程度である。仮に、補償パターン１１４ａが形成されていない場合、固定電極１１４の先端部近傍において、１０μｍ〜２０μｍの幅のトレンチから４０μｍ〜５０μｍの幅のトレンチへとトレンチの幅が急変するので、トレンチ加工の際にシリコン残渣が生じてしまう。しかしながら、本実施例では、固定電極１１４の先端部に補償パターン１１４ａが形成されているので、固定電極１１４の先端部の近傍において、トレンチの幅の急変が抑制されている。このような構成とすることによって、固定電極１１４の先端部の近傍におけるシリコン残渣の発生を防止することができる。

【0034】

同様に、可動電極１１６の先端部には、トレンチの幅の急変を抑制する補償パターン１１６ａが形成されている。補償パターン１１６ａは、可動電極１１６に近接して配置された固定電極１１４と対向する面の反対側の面に、扇形形状に形成されている。このような補償パターン１１６ａが形成されていることによって、可動電極１１６の先端部の近傍における、１０μｍ〜２０μｍの幅から４０μｍ〜５０μｍの幅になるような、トレンチの幅の急変が抑制されている。このような構成とすることによって、可動電極１１６の先端部の近傍におけるシリコン残渣の発生を防止することができる。

【0035】

以下では図５−図１１を参照しながら、本実施例の加速度センサ１０の製造方法について説明する。図５−図１１は、図１のII−II線断面、すなわち、図２の断面に相当する。

【0036】

まず、図５に示すように、不純物を添加した単結晶シリコンからなる第１層２０と、酸化シリコンからなる第２層３０と、不純物を添加した単結晶シリコンからなる第３層４０の積層構造を有するＳＯＩウェハ２０２を用意する。なお、本実施例のＳＯＩウェハ２０２では、第１層２０の外側（図５の下側）に、さらに酸化シリコンからなる保護層５０が積層されている。なお、第１層２０は、製造される加速度センサ１０の支持基板１００に相当する。

【0037】

次いで、スパッタリング法およびエッチングによって、第１表面電極１１８、第２表面電極１２０、第３表面電極１２２を形成する。

【0038】

次いで、図６に示すように、第３層４０の表面に酸化シリコンからなる第４層６０を成膜する。

【0039】

次いで、図７に示すように、第４層６０の表面にレジスト７０を塗布する。

【0040】

次いで、図８に示すように、フォトマスク８０を用いたフォトリソグラフィによって、レジスト７０をパターニングする。フォトマスク８０には、加速度センサ１０における第３層４０の形状と同じパターンが形成されている。この工程によって、レジスト７０に、加速度センサ１０における第３層４０の形状が転写される。

【0041】

次いで、図９に示すように、酸化膜ＲＩＥ法によって、第４層６０をパターニングした後、レジスト７０を除去する。これによって、第４層６０にレジスト７０と同様のパターンが形成され、第４層６０に加速度センサ１０における第３層４０の形状が転写される。第４層６０は、後述するディープＲＩＥ法を用いたトレンチ加工において、マスクとして機能する。

【0042】

次いで、図１０に示すように、ディープＲＩＥ法によって、第３層４０をトレンチ加工する。これによって、第３層４０に、プルーフマス１０２、支持梁１０４、支持部１０６、固定電極支持部１１２、固定電極１１４、可動電極支持部１１５、可動電極１１６がそれぞれ形成される。図４に示すように、本実施例の加速度センサ１０では、固定電極１１４の先端部に補償パターン１１４ａが形成されており、可動電極１１６の先端部に補償パターン１１６ａが形成されており、これによって第３層４０におけるトレンチの幅の急変が抑制された形状となっている。従って、図１０に示すように、ディープＲＩＥ法で第３層４０をトレンチ加工する際に、シリコン残渣を生じてしまうことがない。

【0043】

次いで、図１１に示すように、フッ酸を用いたエッチングによって、犠牲層である第２層３０の酸化シリコンを選択的に除去する。これによって、第２層３０から、絶縁支持部１０８および絶縁支持部１１３を除いた部分が除去される。なお、このエッチング工程によって、第４層６０と保護層５０も除去される。以上により、図１〜図３に示す加速度センサ１０を製造することができる

【0044】

（実施例１の加速度センサ１０の変形例）
トレンチの幅の急変を補償するための補償パターンの形状は、上記した補償パターン１１４ａ、１１６ａのような形状に限られない。例えば、図１２に示すように、固定電極１１４、可動電極１１６の先端部に、半円形状の補償パターン１１４ｂ、１１６ｂを形成してもよい。あるいは、図１３に示すように、固定電極１１４、可動電極１１６の先端部に、三角形状の補償パターン１１４ｃ、１１６ｃを形成してもよい。これらの構成とした場合についても、固定電極１１４および可動電極１１６の先端部の近傍におけるトレンチの幅の急変を抑制し、シリコン残渣の発生を防止することができる。

【0045】

また、トレンチの幅の急変を補償するための補償パターンを、固定電極１１４、可動電極１１６の先端部ではなく、固定電極１１４、可動電極１１６の先端部に対向する箇所に形成してもよい。例えば、図１４に示すように、固定電極１１４の先端部に近接して配置された可動電極１１６と可動電極支持部１１５の隅部に、三角形状の補償パターン１１４ｄを形成し、可動電極１１６の先端部に近接して配置された固定電極１１４と固定電極支持部１１２の隅部に、三角形状の補償パターン１１６ｄを形成してもよい。あるいは、図１５に示すように、固定電極１１４の先端部に近接して配置された可動電極１１６と可動電極支持部１１５の隅部に、凹形状の補償パターン１１４ｅを形成し、可動電極１１６の先端部に近接して配置された固定電極１１４と固定電極支持部１１２の隅部に、凹形状の補償パターン１１６ｅを形成してもよい。あるいは、図１６に示すように、固定電極１１４の先端部から離間して配置された可動電極１１６と可動電極支持部１１５の隅部に、三角形状の部分を有する補償パターン１１４ｆを形成し、可動電極１１６の先端部から離間して配置された固定電極１１４と固定電極支持部１１２の隅部に、三角形状の部分を有する補償パターン１１６ｆを形成してもよい。あるいは、図１７に示すように、固定電極１１４の先端部から離間して配置された可動電極１１６と可動電極支持部１１５の隅部に、半円形状の部分を有する補償パターン１１４ｇを形成し、可動電極１１６の先端部から離間して配置された固定電極１１４と固定電極支持部１１２の隅部に、半円形状の部分を有する補償パターン１１６ｇを形成してもよい。これらの構成とした場合についても、固定電極１１４および可動電極１１６の先端部の近傍におけるトレンチの幅の急変を抑制し、シリコン残渣の発生を防止することができる。

【0046】

なお、上記では支持基板１００に対して位置を固定された固定電極１１４と、可動構造体であるプルーフマス１０２に対して位置を固定された可動電極１１６において、シリコン残渣の発生を防止する場合について説明した。本願発明は上記の構成に限定されるものではなく、例えば、可動構造体がプルーフマス１０２を備えておらず、可動電極支持部１１５が支持梁１０４および支持部１０６によって直接的に支持される構成であってもよい。

【0047】

また、本願発明は、上記のような支持基板と可動構造体を備える半導体装置に限定されるものではなく、厚い半導体層に対して幅の狭いトレンチが形成される半導体装置であれば、どのような種類の半導体装置についても適用することができる。

【0048】

例えば、図３１−図３３に示すように、厚い半導体層４０２，４０４，４０６に、幅の狭いトレンチ４１０，４１２，４１４と幅の広いトレンチ４１６，４１８，４２０，４２２が接続するパターンを形成する際に、補償パターン４２４，４２６，４２８，４３０を形成することで、トレンチの幅の急変を補償する構成としてもよい。

【0049】

（実施例２）
以下では図３４−図３６を参照しながら、実施例２に係る角速度センサ９０の構造について説明する。実施例１の加速度センサ１０と同様に、本実施例の角速度センサ９０は、導電体からなる第１層２０と、絶縁体からなる第２層３０と、導電体からなる第３層４０の積層構造を有している。

【0050】

図３４および図３５に示すように、角速度センサ９０は、支持基板５００と、プルーフマス５０２と、第１支持梁５０４と、可動電極支持部５０６と、第２支持梁５０８と、支持部５１０を備えている。支持基板５００は第１層２０に形成されている。プルーフマス５０２と、第１支持梁５０４と、可動電極支持部５０６と、第２支持梁５０８と、支持部５１０は、第３層４０に形成されている。支持部５１０は、第２層３０に形成された絶縁支持部を介して、支持基板５００に対して固定されている。第２支持梁５０８は、支持部５１０と可動電極支持部５０６の間を連結している。第２支持梁５０８は、Ｘ方向についての曲げ剛性およびせん断剛性が低くなるように、細長い形状に形成されている。第１支持梁５０４は、可動電極支持部５０６とプルーフマス５０２の間を連結している。第１支持梁５０４は、Ｚ方向についての曲げ剛性およびせん断剛性が低くなるように、細長い形状に形成されている。プルーフマス５０２は、矩形の平板形状に形成されている。プルーフマス５０２には犠牲層エッチングのためのホール５０２ａが多数形成されている。プルーフマス５０２は、支持基板５００から間隙を隔てて、支持基板５００に対して略平行となるように、支持されている。プルーフマス５０２は、支持基板５００に対して、ＸおよびＺ方向に相対変位可能である。

【0051】

例えば、プルーフマス５０２にＺ方向の力が作用すると、第１支持梁５０４がＺ方向に撓んで、プルーフマス５０２は支持基板５００に対してＺ方向に相対変位する。このときの第１支持梁５０４の撓み量は、プルーフマス５０２に作用する力の大きさに応じたものとなる。従って、支持基板５００に対するプルーフマス５０２のＺ方向の変位量を検出することで、プルーフマス５０２に作用しているＺ方向の力を検出することができる。

【0052】

角速度センサ９０は、Ｘ方向駆動部５１２と、Ｚ方向検出部５１４を備えている。Ｘ方向駆動部５１２は、固定電極支持部５１６と、固定電極支持部５１６から伸びる櫛歯状の固定電極５１８と、可動電極支持部５０６から伸びる櫛歯状の可動電極５２０を備えている。固定電極支持部５１６、固定電極５１８および可動電極５２０は、第３層４０に形成されている。固定電極支持部５１６は、第２層３０に形成された絶縁支持部５１７を介して、支持基板５００に対して固定されている。固定電極５１８と可動電極５２０は、Ｙ方向に関して互いに対向するように配置されている。本実施例では、互いに隣接する固定電極５１８と可動電極５２０の間の距離は、１０μｍ〜２０μｍ程度である。固定電極５１８と可動電極５２０の間に駆動電圧を印加すると、固定電極５１８と可動電極５２０の対向面積を増大させるように、可動電極支持部５０６を固定電極支持部５１６に引き寄せる力が作用する。従って、一方のＸ方向駆動部５１２（例えば図３４の左側のＸ方向駆動部５１２）への駆動電圧の印加と、他方のＸ方向駆動部５１２（例えば図３４の右側のＸ方向駆動部５１２）への駆動電圧の印加を、交互に繰り返し行うことで、プルーフマス５０２に対してＸ方向に沿った周期的な力が作用して、プルーフマス５０２をＸ方向に振動させることができる。すなわち、Ｘ方向駆動部５１２は、コムドライブ型の静電アクチュエータということができる。プルーフマス５０２がＸ方向に振動している状態で、角速度センサ９０にＹ軸周りの角速度が作用すると、プルーフマス５０２にはＺ方向に沿うコリオリ力が作用する。コリオリ力の大きさは角速度の大きさに比例するので、支持基板５００に対するプルーフマス５０２のＺ方向の変位量を検出することで、角速度センサ９０に作用しているＹ軸周りの角速度を検出することができる。

【0053】

Ｚ方向検出部５１４は、固定電極としての役割を果たす支持基板５００と、可動電極としての役割を果たすプルーフマス５０２から構成されている。支持基板５００とプルーフマス５０２の間には、両者の対向面積と距離に応じた静電容量が構成される。支持基板５００に対してプルーフマス５０２がＺ方向に変位すると、支持基板５００とプルーフマス５０２の間の静電容量の大きさが変化する。この静電容量の変化を検出することで、プルーフマス５０２の支持基板５００に対するＺ方向の変位量を検出することができる。

【0054】

本実施例の角速度センサ９０では、プルーフマス５０２と、第１支持梁５０４と、可動電極支持部５０６と、可動電極５２０と、第２支持梁５０８と、支持部５１０が、継ぎ目無く一体的に形成されている。従って、プルーフマス５０２と、第１支持梁５０４と、可動電極支持部５０６と、可動電極５２０と、第２支持梁５０８と、支持部５１０は、互いに同電位に保たれている。また、本実施例の加速度センサ１０では、固定電極支持部５１６と、固定電極５１８が、継ぎ目無く一体的に形成されており、互いに同電位に保たれている。プルーフマス５０２と、第１支持梁５０４と、可動電極支持部５０６と、可動電極５２０と、第２支持梁５０８と、支持部５１０と、固定電極支持部５１６と、固定電極５１８は、第３層４０をトレンチ加工することによって形成される。

【0055】

角速度センサ９０は、支持部５１０と導通する（すなわち、Ｚ方向検出部５１４の可動電極であるプルーフマス５０２と導通し、Ｘ方向駆動部５１２の可動電極５２０と導通する）第１表面電極５２２と、支持基板５００と導通する（すなわち、Ｚ方向検出部５１４の固定電極と導通する）第２表面電極５２４と、固定電極支持部５１６と導通する（すなわち、Ｘ方向駆動部５１２の固定電極５１８と導通する）第３表面電極５２６を備えている。第２表面電極５２４と第３表面電極５２６を利用して、Ｘ方向駆動部５１２に駆動電圧を印加し、第１表面電極５２２と第２表面電極５２４を利用して、Ｚ方向検出部５１４の出力を取得して、図示しない演算回路で演算処理を行うことで、角速度センサ９０に作用するＹ軸周りの角速度を検出することができる。

【0056】

本実施例の角速度センサ９０では、固定電極５１８と可動電極５２０がほぼ等間隔で隣接している。従って、固定電極５１８の先端部と可動電極支持部５０６の間の間隔と、可動電極５２０の先端部と固定電極支持部５１６の間の間隔を、互いに隣接する固定電極５１８と可動電極５２０の間の間隔と一致させることで、トレンチの幅がほぼ一定となり、シリコン残渣の発生を防止することができる。しかしながら、このような構成とした場合であっても、最も外側に位置する固定電極５１８ａの先端部の近傍では、トレンチの幅が急激に変化してしまう。そこで、図３６に示すように、本実施例の角速度センサ９０では、最も外側に位置する固定電極５１８ａの先端部に、補償パターン５１８ｂを形成している。また、可動電極支持部５０６の、補償パターン５１８ｂが形成された固定電極５１８ａの先端部に対向する箇所に、補償パターン５０６ｂを形成している。このように、補償パターン５１８ｂと補償パターン５０６ｂを形成することで、固定電極５１８ａの先端部の近傍におけるトレンチの幅の急変を抑制し、シリコン残渣の発生を防止することができる。

【0057】

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

【0058】

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

【符号の説明】

【0059】

１０ 加速度センサ；２０ 第１層；３０ 第２層；４０ 第３層；５０ 保護層；６０ 第４層；７０ レジスト；８０ フォトマスク；１００ 支持基板；１０２ プルーフマス；１０２ａ ホール；１０４ 支持梁；１０６ 支持部；１０８ 絶縁支持部；１１０ Ｘ方向検出部；１１２ 固定電極支持部；１１３ 絶縁支持部；１１４ 固定電極；１１４ａ 補償パターン；１１４ｂ 補償パターン；１１４ｃ 補償パターン；１１４ｄ 補償パターン；１１４ｅ 補償パターン；１１４ｆ 補償パターン；１１４ｇ 補償パターン；１１５ 可動電極支持部；１１６ 可動電極；１１６ａ 補償パターン；１１６ｄ 補償パターン；１１６ｅ 補償パターン；１１６ｆ 補償パターン；１１６ｇ 補償パターン；１１８ 第１表面電極；１２０ 第２表面電極；１２２ 第３表面電極；１２４ Ｚ方向検出部；２０２ ＳＯＩウェハ；２１４ 固定電極；２１５ 可動電極支持部；２１６ 可動電極；３０２ 酸化膜層；３０２ａ 酸化膜層；３０２ｃ 酸化膜層；３０４ 半導体層；３０４ａ 幅の狭いトレンチＴ１に対応する箇所；３０４ｂ トレンチの幅が急変する箇所；３０４ｃ 幅の広いトレンチＴ３に対応する箇所；３０４ｄ 側壁；３０６ マスク；３０８ 保護膜；４０２ 半導体層；４０４ 半導体層；４０６ 半導体層；４１０ 幅の狭いトレンチ；４１２ 幅の狭いトレンチ；４１４ 幅の狭いトレンチ；４１６ 幅の広いトレンチ；４１８ 幅の広いトレンチ；４２０ 幅の広いトレンチ；４２２ 幅の広いトレンチ；４２４ 補償パターン；４２６ 補償パターン；４２８ 補償パターン；４３０ 補償パターン；５００ 支持基板；５０２ プルーフマス；５０２ａ ホール；５０４ 第１支持梁；５０６ 可動電極支持部；５０６ｂ 補償パターン；５０８ 第２支持梁；５１０ 支持部；５１２ Ｘ方向駆動部；５１４ Ｚ方向検出部；５１６ 固定電極支持部；５１７ 絶縁支持部；５１８ 固定電極；５１８ａ 最も外側の固定電極；５１８ｂ 補償パターン；５２０ 可動電極；５２２ 第１表面電極；５２４ 第２表面電極；５２６ 第３表面電極

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】

【図34】

【図35】

【図36】