特許 6048435 ＳＯＩ基板およびそれを用いた物理量センサ、ＳＯＩ基板の製造方法および物理量センサの製造方法

(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】6048435

(24)【登録日】2016年12月2日

(45)【発行日】2016年12月21日

(54)【発明の名称】ＳＯＩ基板およびそれを用いた物理量センサ、ＳＯＩ基板の製造方法および物理量センサの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/02 20060101AFI20161212BHJP

   H01L 27/12 20060101ALI20161212BHJP

   H01L 29/84 20060101ALI20161212BHJP

   G01P 15/125 20060101ALI20161212BHJP

   B81B 3/00 20060101ALI20161212BHJP

   B81C 1/00 20060101ALI20161212BHJP

【ＦＩ】

   H01L27/12 B

   H01L21/02 B

   H01L29/84 Z

   G01P15/125 Z

   B81B3/00

   B81C1/00

【請求項の数】4

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2014-65941(P2014-65941)

(22)【出願日】2014年3月27日

(65)【公開番号】特開2015-191917(P2015-191917A)

(43)【公開日】2015年11月2日

【審査請求日】2014年10月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】110001128

【氏名又は名称】特許業務法人ゆうあい特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】西田 純也

(72)【発明者】

【氏名】吉岡 テツヲ

(72)【発明者】

【氏名】浅井 信哉

【審査官】 右田 勝則

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１４５１５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１６４０５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３３１８９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２２９３５６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／０２

Ｂ８１Ｂ ３／００

Ｂ８１Ｃ １／００

Ｇ０１Ｐ １５／１２５

Ｈ０１Ｌ ２７／１２

Ｈ０１Ｌ ２９／８４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一面（１０ａ）を有するシリコン基板で構成される第１基板（１０）を用意する工程と、
前記第１基板の一面に窪み部（１１）を形成する工程と、
前記第１基板を熱酸化して熱酸化膜（２０、９０）を形成する工程と、
前記第１基板の一面側に前記熱酸化膜を介して第２基板（３０）を接合する工程と、を行い、
前記熱酸化膜を形成する工程の後、前記第１基板の一面のうちの前記窪み部の開口部における周辺部を境界領域（１２ａ）とし、前記境界領域より面積が大きく、前記境界領域を取り囲む領域を周辺領域（１２ｂ）としたとき、前記熱酸化膜（２０）のうちの前記境界領域に形成された部分の厚さを前記周辺領域に形成された部分の厚さ以下にする熱酸化膜調整工程を行い、
前記第２基板を接合する工程では、前記熱酸化膜のうちの前記周辺領域に形成された部分と前記第２基板とを接合し、
前記熱酸化膜調整工程では、前記第１基板の一面側に、前記熱酸化膜のうちの前記境界領域に形成された部分が露出するようにレジスト（９０）を形成した後、前記レジストをマスクとして前記熱酸化膜のうちの前記境界領域に形成された部分を薄膜化することにより、前記熱酸化膜のうちの前記境界領域に形成された部分の厚さを前記周辺領域に形成された部分の厚さ以下にすることを特徴とするＳＯＩ基板の製造方法。

【請求項2】

請求項１に記載の製造方法で製造したＳＯＩ基板を用意する工程と、
前記第２基板に、所定方向に変位可能とされた複数の可動電極（４４）を有する可動部（４０）と、前記可動電極と対向する第１固定電極（５１）が備えられる第１支持部（５２）を有する第１固定部（５０）と、前記可動電極と対向する第２固定電極（６１）が備えられる第２支持部（６２）を有し、前記第２支持部が前記可動部を挟んで前記第１支持部と反対側に配置された第２固定部（６０）と、を含んで構成されるセンシング部（３１）を形成する工程と、を行う物理量センサの製造方法において、
前記ＳＯＩ基板を用意する工程における前記熱酸化膜調整工程では、前記熱酸化膜のうちの前記第１支持部における前記可動部側と反対側の端部と対向する部分に第１溝部（２１ａ）を形成すると共に、前記第２支持部における前記可動部側と反対側の端部と対向する部分に第２溝部（２１ｂ）を形成する工程を行い、
前記センシング部を形成する工程では、前記第１支持部における前記可動部側の端部の一部が前記窪み部の壁面に形成された前記熱酸化膜で囲まれる空間（１３）に突出すると共に前記可動部側と反対側の端部の一部が前記第１溝部上に突出するように第１固定部を形成し、かつ、前記第２支持部における前記可動部側の端部の一部が前記空間に突出すると共に前記可動部側と反対側の端部の一部が前記第２溝部上に突出するように前記第２固定部を形成することにより、前記第１支持部のうちの前記熱酸化膜を介して前記第１基板と接合されている部分の面積と、前記第２支持部のうちの前記熱酸化膜を介して前記第１基板と接合されている部分の面積とを等しくすることを特徴とする物理量センサの製造方法。

【請求項3】

一面（１０ａ）を有し、前記一面に窪み部（１１）が形成されたシリコン基板で構成される第１基板（１０）と、
前記第１基板に形成された熱酸化膜（２０）と、
前記第１基板の一面側に前記熱酸化膜を介して配置された第２基板（３０）と、を備えるＳＯＩ基板において、
前記熱酸化膜は、前記第１基板の一面のうちの前記窪み部の開口部における周辺部を境界領域（１２ａ）とし、前記境界領域より面積が大きく、前記境界領域を取り囲む領域を周辺領域（１２ｂ）としたとき、前記熱酸化膜のうちの前記境界領域に形成された部分の厚さが前記周辺領域に形成された部分の厚さより薄くされており、
前記第２基板は、前記熱酸化膜のうちの前記周辺領域に形成された部分のみと接合され、
前記熱酸化膜のうちの前記境界領域に形成された部分と前記第２基板との間には、緩和空間（７０）が構成されていることを特徴とするＳＯＩ基板。

【請求項4】

請求項３に記載のＳＯＩ基板を備え、
前記第２基板に、所定方向に変位可能とされた複数の可動電極（４４）を有する可動部（４０）と、前記可動電極と対向する第１固定電極（５１）が備えられる第１支持部（５２）を有する第１固定部（５０）と、前記可動電極と対向する第２固定電極（６１）が備えられる第２支持部（６２）を有し、前記第２支持部が前記可動部を挟んで前記第１支持部と反対側に配置された第２固定部（６０）と、を含んで構成されるセンシング部（３１）が形成されている物理量センサにおいて、
前記熱酸化膜には、前記第１支持部における前記可動部側と反対側の端部と対向する部分に第１溝部（２１ａ）が形成されていると共に、前記第２支持部における前記可動部側と反対側の端部と対向する部分に第２溝部（２１ｂ）が形成されており、
前記第１支持部は、前記可動部側の端部の一部が前記窪み部の壁面に形成された前記熱酸化膜で囲まれる空間（１３）に突出すると共に前記可動部側と反対側の端部の一部が前記第１溝部上に突出し、
前記第２支持部は、前記可動部側の端部の一部が前記空間に突出すると共に前記可動部側と反対側の端部の一部が前記第２溝部上に突出しており、
前記第１支持部のうちの前記熱酸化膜を介して前記第１基板と接合されている部分の面積と、前記第２支持部のうちの前記熱酸化膜を介して前記第１基板と接合されている部分の面積とが等しくされていることを特徴とする物理量センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一面に窪み部が形成された第１基板に熱酸化膜が形成され、第１基板の一面側に熱酸化膜を介して第２基板が配置されたＳＯＩ基板およびそれを用いた物理量センサ、ＳＯＩ基板の製造方法および物理量センサの製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来より、一面に窪み部が形成された第１基板に熱酸化膜が形成され、第１基板の一面側に熱酸化膜を介して第２基板が配置されたＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板が提案されている（例えば、特許文献１参照）。なお、このようなＳＯＩ基板では、第１基板としてシリコン基板が用いられる。

【0003】

上記ＳＯＩ基板は、次のように製造される。すなわち、まず、第１基板の一面に窪み部を形成する。次に、第１基板を熱酸化して熱酸化膜を形成する。このとき、熱酸化膜は、第１基板の全面に形成され、窪み部の壁面にも形成される。そして、第１基板の一面に形成された熱酸化膜と第２基板とを接合することにより、上記ＳＯＩ基板が製造される。

【0004】

このようなＳＯＩ基板は、第２基板にドライエッチング等を行って物理量に応じたセンサ信号を出力するセンシング部を形成する場合、窪み部に形成された熱酸化膜をエッチングストッパとして利用できる。このため、窪み部の底面が荒れることを抑制できる。また、窪み部に熱酸化膜（絶縁膜）が形成されていることにより、第１基板と第２基板とが異物を介して電気的に接続されることを抑制できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１３−２２９３５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上記ＳＯＩ基板では、第１基板を熱酸化して熱酸化膜を形成すると、窪み部の開口部に応力が集中する。このため、熱酸化膜のうちの窪み部の開口部に形成される部分は、他の領域に形成される部分よりも膜厚が厚くなる。つまり、第１基板の一面において、熱酸化膜は、窪み部の開口部に形成される部分が他の領域に形成される部分より盛り上がって形成される。したがって、このような状態で熱酸化膜と第２基板とを接合すると、熱酸化膜のうちの盛り上がっている部分のみが第２基板と接合されるため、熱酸化膜と第２基板との接合性が悪くなるという問題がある。

【0007】

本発明は上記点に鑑みて、熱酸化膜と第２基板との接合性を向上できるＳＯＩ基板およびそれを用いた物理量センサ、ＳＯＩ基板の製造方法および物理量センサの製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、一面（１０ａ）を有するシリコン基板で構成される第１基板（１０）を用意する工程と、第１基板の一面に窪み部（１１）を形成する工程と、第１基板を熱酸化して熱酸化膜（２０、９０）を形成する工程と、第１基板の一面側に熱酸化膜を介して第２基板（３０）を接合する工程と、を行い、以下の点を特徴としている。

【0009】

すなわち、熱酸化膜を形成する工程の後、第１基板の一面のうちの窪み部の開口部における周辺部を境界領域（１２ａ）とし、境界領域より面積が大きく、境界領域を取り囲む領域を周辺領域（１２ｂ）としたとき、熱酸化膜（２０）のうちの境界領域に形成された部分の厚さを周辺領域に形成された部分の厚さ以下にする熱酸化膜調整工程を行い、第２基板を接合する工程では、熱酸化膜のうちの周辺領域に形成された部分と第２基板とを接合し、熱酸化膜調整工程では、第１基板の一面側に、熱酸化膜のうちの境界領域に形成された部分が露出するようにレジスト（９０）を形成した後、レジストをマスクとして熱酸化膜のうちの境界領域に形成された部分を薄膜化することにより、熱酸化膜のうちの境界領域に形成された部分の厚さを周辺領域に形成された部分の厚さ以下にすることを特徴としている。

【0010】

これによれば、熱酸化膜のうちの周辺領域に形成された部分と第２基板とを接合することでＳＯＩ基板を構成しているため、熱酸化膜と第２基板との接合性を向上できる。

【0011】

また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の製造方法で製造したＳＯＩ基板を用意する工程と、第２基板に、所定方向に変位可能とされた複数の可動電極（４４）を有する可動部（４０）と、可動電極と対向する第１固定電極（５１）が備えられる第１支持部（５２）を有する第１固定部（５０）と、可動電極と対向する第２固定電極（６１）が備えられる第２支持部（６２）を有し、第２支持部が可動部を挟んで第１支持部と反対側に配置された第２固定部（６０）と、を含んで構成されるセンシング部（３１）を形成する工程と、を行う物理量センサの製造方法において、以下の点を特徴としている。

【0012】

すなわち、ＳＯＩ基板を用意する工程における熱酸化膜調整工程では、熱酸化膜のうちの第１支持部における可動部側と反対側の端部と対向する部分に第１溝部（２１ａ）を形成すると共に、第２支持部における可動部側と反対側の端部と対向する部分に第２溝部（２１ｂ）を形成する工程を行い、センシング部を形成する工程では、第１支持部における可動部側の端部の一部が窪み部の壁面に形成された熱酸化膜で囲まれる空間（１３）に突出すると共に可動部側と反対側の端部の一部が第１溝部上に突出するように第１固定部を形成し、かつ、第２支持部における可動部側の端部の一部が空間に突出すると共に可動部側と反対側の端部の一部が第２溝部上に突出するように第２固定部を形成することにより、第１支持部のうちの熱酸化膜を介して第１基板と接合されている部分の面積と、第２支持部のうちの熱酸化膜を介して第１基板と接合されている部分の面積とを等しくすることを特徴としている。

【0013】

これによれば、位置ずれが発生しても、第１、第２支持部における熱酸化膜を介して第１基板と接合されている部分の面積が変化せず、寄生容量も変化しない。このため、検出精度が低下することを抑制できる。

【0014】

そして、請求項３に記載の発明では、一面（１０ａ）を有し、一面に窪み部（１１）が形成されたシリコン基板で構成される第１基板（１０）と、第１基板に形成された熱酸化膜（２０）と、第１基板の一面側に熱酸化膜を介して配置された第２基板（３０）と、を備えるＳＯＩ基板において、以下の点を特徴としている。

【0015】

すなわち、熱酸化膜は、第１基板の一面のうちの窪み部の開口部における周辺部を境界領域（１２ａ）とし、境界領域より面積が大きく、境界領域を取り囲む領域を周辺領域（１２ｂ）としたとき、熱酸化膜のうちの境界領域に形成された部分の厚さが周辺領域に形成された部分の厚さより薄くされており、第２基板は、熱酸化膜のうちの周辺領域に形成された部分のみと接合され、熱酸化膜のうちの境界領域に形成された部分と第２基板との間には、緩和空間（７０）が構成されていることを特徴としている。

【0016】

これによれば、使用環境が高温に変化して熱酸化膜が膨張する場合、熱酸化膜が緩和空間に膨張でき、熱酸化膜と第２基板との間に熱応力が発生することを抑制できる。

【0017】

また、請求項４に記載の発明では、請求項３に記載のＳＯＩ基板を備え、第２基板に、所定方向に変位可能とされた複数の可動電極（４４）を有する可動部（４０）と、可動電極と対向する第１固定電極（５１）が備えられる第１支持部（５２）を有する第１固定部（５０）と、可動電極と対向する第２固定電極（６１）が備えられる第２支持部（６２）を有し、第２支持部が可動部を挟んで第１支持部と反対側に配置された第２固定部（６０）と、を含んで構成されるセンシング部（３１）が形成されている物理量センサにおいて、以下の点を特徴としている。

【0018】

すなわち、熱酸化膜には、第１支持部における可動部側と反対側の端部と対向する部分に第１溝部（２１ａ）が形成されていると共に、第２支持部における可動部側と反対側の端部と対向する部分に第２溝部（２１ｂ）が形成されており、第１支持部は、可動部側の端部の一部が窪み部の壁面に形成された熱酸化膜で囲まれる空間（１３）に突出すると共に可動部側と反対側の端部の一部が第１溝部上に突出し、第２支持部は、可動部側の端部の一部が空間に突出すると共に可動部側と反対側の端部の一部が第２溝部上に突出しており、第１支持部のうちの熱酸化膜を介して第１基板と接合されている部分の面積と、第２支持部のうちの熱酸化膜を介して第１基板と接合されている部分の面積とが等しくされていることを特徴としている。

【0019】

これによれば、第１支持部と第１基板との間に形成される寄生容量と、第２支持部と第１基板との間に形成される寄生容量が等しくなるため、検出精度が低下することを抑制できる。

【0020】

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した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ものである。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の第１実施形態における加速度センサの平面図である。

【図2】図１中のII−II線に沿った断面図である。

【図3】図２中の領域Ａの拡大図である。

【図4】図１に示す加速度センサの製造工程を示す断面図である。

【図5】図４（ｂ）中の領域Ｂの拡大図である。

【図6】本発明の第２実施形態における加速度センサの製造工程を示す断面図である。

【図7】図６（ｆ）中の領域Ｃの拡大図である。

【図8】本発明の第３実施形態における加速度センサの平面図である。

【図9】図８中のIX−IX線に沿った断面図である。

【図10A】図４（ｅ）の工程において位置ずれがある場合の第１支持部近傍の断面図である。

【図10B】図４（ｅ）の工程において位置ずれがない場合の第１支持部近傍の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

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、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

【0023】

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態では、物理量センサとして加速度を検出するセンシング部が形成された加速度センサを例に挙げて説明する。

【0024】

図１および図２に示されるように、本実施形態の加速度センサは、一面１０ａおよび他面１０ｂを有する支持基板１０と、支持基板１０に形成された熱酸化膜２０と、熱酸化膜２０を挟んで支持基板１０と反対側に配置された半導体層３０とを有するＳＯＩ基板１を用いて構成されている。

【0025】

なお、支持基板１０および半導体層３０はシリコン基板で構成されている。また、本実施形態では、支持基板１０が本発明の第１基板に相当し、半導体層３０が本発明の第２基板に相当している。

【0026】

ＳＯＩ基板１には、周知のマイクロマシン加工が施されてセンシング部３１が形成されている。具体的には、半導体層３０には、溝部３２が形成されることによって櫛歯形状の梁構造体を有する可動部４０および第１、第２固定部５０、６０が形成されており、この梁構造体によって加速度に応じたセンサ信号を出力するセンシング部３１が形成されている。

【0027】

また、支持基板１０のうちの梁構造体の形成領域に対応した部分には、窪み部１１が形成されている。そして、熱酸化膜２０は、窪み部１１の壁面を含む支持基板１０の全面に形成されている。つまり、熱酸化膜２０は、支持基板１０の他面１０ｂや側面にも形成されている。

【0028】

熱酸化膜２０は、図３に示されるように、支持基板１０の一面１０ａのうちの窪み部１１の開口部における周辺部分を境界領域１２ａとし、当該境界領域１２ａを取り囲む領域を周辺領域１２ｂとしたとき、境界領域１２ａに形成されている部分の厚さが周辺領域１２ｂに形成されている部分の厚さ以下とされている。本実施形態では、熱酸化膜２０は、境界領域１２ａに形成されている部分の厚さが周辺領域１２ｂに形成されている部分の厚さより薄くされている。なお、境界領域１２ａは、周辺領域１２ｂより面積が小さくされている。

【0029】

そして、半導体層３０は、熱酸化膜２０のうちの周辺領域１２ｂに形成された部分と接合されている。これにより、熱酸化膜２０のうちの支持基板１０の一面１０ａに沿って形成された部分と窪み部１１の壁面に沿って形成された部分とを連結する境界部２０ａと、半導体層３０との間に緩和空間７０が構成されている。つまり、熱酸化膜２０のうちの境界領域１２ａに形成された部分と半導体層３０との間には、緩和空間７０が構成されている。

【0030】

図１および図２に示されるように、半導体層３０に形成された可動部４０は、窪み部１１上を横断するように配置されており、矩形状の錘部４１における長手方向の両端が梁部４２を介してアンカー部４３ａ、４３ｂに一体に連結した構成とされている。アンカー部４３ａ、４３ｂは、窪み部１１の開口縁部で熱酸化膜２０を介して支持基板１０に支持されている。これにより、錘部４１および梁部４２は、窪み部１１の壁面に形成された熱酸化膜２０で囲まれる空間１３（以下では、単に空間１３という）に臨んだ状態となっている。

【0031】

ここで、図１および図２中のｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向の各方向について説明する。図１および図２中では、ｘ軸方向は錘部４１の長手方向（図１中紙面上下方向）である。ｙ軸方向はＳＯＩ基板１の面内においてｘ軸と直交する方向（図１中紙面左右方向）である。ｚ軸方向は、ＳＯＩ基板１の平面方向と直交する方向（図１中紙面奥行き方向）である。

【0032】

梁部４２は、平行な２本の梁がその両端で連結された矩形枠状とされており、２本の梁の長手方向と直交する方向に変位するバネ機能を有している。具体的には、梁部４２は、ｘ軸方向の成分を含む加速度を受けたとき、錘部４１をｘ軸方向へ変位させると共に、加速度の消失に応じて元の状態に復元させるようになっている。したがって、このような梁部４２を介して支持基板１０に連結された錘部４１は、加速度の印加に応じて、窪み部１１上にて梁部４２の変位方向（ｘ軸方向）へ変位可能となっている。

【0033】

また、可動部４０は、錘部４１の長手方向と直交した方向（ｙ軸方向）に、錘部４１の両側面から互いに反対方向へ一体的に突出形成された複数個の可動電極４４を備えている。図１では、可動電極４４は、錘部４１の左側および右側に各々４個ずつ突出して形成されており、空間１３に臨んだ状態となっている。また、各可動電極４４は、錘部４１および梁部４２と一体的に形成されており、梁部４２が変位することによって錘部４１と共にｘ軸方向に変位可能となっている。

【0034】

第１、第２固定部５０、６０は、同じ形状とされており、窪み部１１の開口縁部のうち、アンカー部４３ａ、４３ｂが支持されている部分以外にて、熱酸化膜２０を介して支持基板１０に支持されている。すなわち、第１、第２固定部５０、６０は、可動部４０を挟むように配置されている。図１では、第１固定部５０が可動部４０に対して紙面左側に配置され、第２固定部６０が可動部４０に対して紙面右側に配置されている。そして、第１、第２固定部５０、６０は互いに電気的に独立している。

【0035】

また、第１、第２固定部５０、６０は、可動電極４４の側面と所定の検出間隔を有するように平行した状態で対向配置された複数個の第１、第２固定電極５１、６１と、熱酸化膜２０を介して支持基板１０に支持された第１、第２支持部５２、６２とを有している。

【0036】

第１、第２固定電極５１、６１は、図１では４個ずつ形成されており、可動電極４４における櫛歯の隙間にかみ合うように櫛歯状に配列されている。そして、各支持部５２、６に片持ち状に支持されることにより、空間１３に臨んだ状態となっている。

【0037】

第１支持部５２は、第１固定電極５１が備えられる第１連結部５２ａと、第１連結部５２ａを外部回路と電気的にするための第１接続部５２ｂとを有している。同様に、第２支持部６２は、第２固定電極６１が備えられる第２連結部６２ａと、第２連結部６２ａを外部回路と電気的にするための第２接続部６２ｂとを有している。

【0038】

第１、第２連結部５２ａ、６２ａは、本実施形態では、長辺が錘部４１の長手方向（ｘ軸方向）と平行となる平面矩形状とされており、それぞれ可動部４０側の端部に第１、第２固定電極５１、６１を備えている。そして、第１、第２連結部５２ａ、６２ａのうちの可動部４０側の端部は、それぞれ空間１３に突出している。

【0039】

第１、第２接続部５２ｂ、６２ｂは、それぞれ第１、第２連結部５２ａ、６２ａと接続され、所定箇所がボンディングワイヤ（図示せず）等を介して外部回路と電気的に接続されるようになっている。なお、可動部４０は、アンカー部４３ｂがボンディングワイヤ（図示せず）等を介して外部回路と電気的に接続される。

【0040】

以上が本実施形態における加速度センサの構成である。このような加速度センサでは、可動電極４４と第１固定電極５１との間に形成される第１容量と、可動電極４４と第２固定電極６１との間に形成される第２容量との容量差に基づいて加速度が検出される。

【0041】

次に、上記加速度センサの製造方法について図４を参照しつつ説明する。

【0042】

まず、図４（ａ）に示されるように、一面１０ａおよび他面１０ｂを有する支持基板１０を用意する。そして、支持基板１０の一面１０ａに図示しないレジスト等を形成し、当該レジストをマスクとしてドライエッチング等で窪み部１１を形成する。

【0043】

次に、図４（ｂ）に示されるように、支持基板１０を熱酸化することにより、支持基板１０の全面に熱酸化膜２０を形成する。このとき、図５に示されるように、支持基板１０のうちの境界領域１２ａでは、応力が集中するため、周辺領域１２ｂより厚い熱酸化膜２０が形成される。言い換えると、境界領域１２ａでは、熱酸化膜２０が盛り上がって形成される。すなわち、支持基板１０における境界領域１２ａとは、熱酸化膜２０が盛り上がって形成される部分ともいえる。

【0044】

続いて、図４（ｃ）に示されるように、熱酸化膜２０のうちの境界領域１２ａに形成された部分が露出するように、支持基板１０の一面１０ａ側にレジスト８０を形成する。そして、当該レジスト８０をマスクとし、ドライエッチングやウェットエッチング等を行うことにより、熱酸化膜２０のうちの境界領域１２ａに形成された部分を周辺領域１２ｂに形成された部分より薄膜化する熱酸化膜調整工程を行う。なお、この工程では、支持基板１０が熱酸化膜２０から露出しないように、熱酸化膜２０のうちの境界領域１２ａに形成された部分を周辺領域１２ｂに形成された部分より薄くする。

【0045】

その後、図４（ｄ）に示されるように、支持基板１０の一面１０ａ側に形成された熱酸化膜２０と半導体層３０とを接合してＳＯＩ基板１を形成する。具体的には、熱酸化膜２０は、境界領域１２ａに形成された部分が周辺領域１２ｂに形成された部分より薄くされているため、熱酸化膜２０のうちの周辺領域１２ｂに形成された部分と半導体層３０とを接合する。これにより、周辺領域１２ｂは境界領域１２ａより面積が広くされているため、熱酸化膜２０と半導体層３０との接合性を向上できる。

【0046】

熱酸化膜２０と半導体層３０との接合は、特に限定されるものではないが、例えば、次のように行うことができる。すなわち、まず、熱酸化膜２０の表面（接合面）および半導体層３０の表面（接合面）にＮ_２プラズマ、Ｏ_２プラズマ、またはＡｒイオンビームを照射し、熱酸化膜２０および半導体層３０の各表面（接合面）を活性化させる。次に、適宜形成されたアライメントマークを用いて赤外顕微鏡等によりアライメントを行い、室温〜５５０℃の低温で熱酸化膜２０および半導体層３０をいわゆる直接接合により接合する。

【0047】

なお、ここでは直接接合を例に挙げて説明したが、熱酸化膜２０と半導体層３０とは、陽極接合や中間層接合等の接合技術によって接合されてもよい。また、接合後に、高温アニール等の接合品質を向上させる処理を行ってもよい。さらに、接合後に、半導体層３０を研削研磨によって所望の厚さに加工してもよい。

【0048】

その後、図４（ｅ）に示されるように、半導体層３０上に図示しないレジストを形成し、当該レジストをマスクとしてドライエッチング等を行って溝部３２を形成する。これにより、半導体層３０に上記可動部４０および第１、第２固定部５０、６０を有するセンシング部３１が形成されて上記加速度センサが製造される。なお、この工程では、熱酸化膜２０をエッチングストッパとすることにより、窪み部１１の底部が荒れることを抑制できる。

【0049】

以上説明したように、本実施形態では、支持基板１０を熱酸化して熱酸化膜２０を形成した後、熱酸化膜２０のうちの境界領域１２ａに形成された部分を周辺領域１２ｂに形成された部分より薄くしている。そして、熱酸化膜２０のうちの周辺領域１２ｂに形成された部分と半導体層３０とを接合することにより、ＳＯＩ基板１を構成している。このため、従来のＳＯＩ基板と比較して、熱酸化膜２０と半導体層３０との接合性を向上できる。

【0050】

また、熱酸化膜２０のうちの支持基板１０の一面１０ａに沿って形成された部分と窪み部１１の壁面に沿って形成された部分とを連結する境界部２０ａと、半導体層３０との間に緩和空間７０が構成されている。このため、使用環境が高温に変化して熱酸化膜２０が膨張する場合、熱酸化膜２０が緩和空間７０に膨張でき、熱酸化膜２０と半導体層３０との間に熱応力が発生することを抑制できる。

【0051】

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して熱酸化膜２０のうちの境界領域１２ａに形成された部分の膜厚と周辺領域１２ｂに形成された部分の膜厚とを等しくするものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

【0052】

本実施形態では、まず、図６（ａ）に示されるように、図４（ａ）と同様の工程を行い、支持基板１０に窪み部１１を形成する。

【0053】

次に、図６（ｂ）に示されるように、支持基板１０における窪み部１１の開口部を丸めるために、支持基板１０を熱酸化して丸め用絶縁膜９０を形成する。なお、この工程は、窪み部１１の開口部を丸めることを主目的とするものであるため、上記図３（ｂ）の工程で行う熱酸化より加熱温度が低くてもよいし、加熱時間が短くてもよい。また、この工程においても、支持基板１０のうちの境界領域１２ａでは、応力が集中するため、周辺領域１２ｂより厚い丸め用絶縁膜９０が形成される。

【0054】

そして、図６（ｃ）に示されるように、図６（ｂ）の工程で形成した丸め用絶縁膜９０をウェットエッチング等で除去する。

【0055】

続いて、図６（ｄ）に示されるように、上記図４（ｂ）と同様の工程を行い、支持基板１０を熱酸化して支持基板１０の全面に熱酸化膜２０を形成する。このとき、図６（ｂ）の工程において、窪み部１１の開口部が丸められているため、熱酸化した際に境界領域１２ａ（窪み部１１の開口部）に応力が集中することを抑制できる。このため、支持基板１０には、一面１０ａ上に膜厚がほぼ等しい熱酸化膜２０が形成される。つまり、熱酸化膜２０のうちの境界領域１２ａに形成された部分の膜厚と周辺領域１２ｂに形成された部分の膜厚とがほぼ等しくなる。

【0056】

なお、図６（ｄ）の工程は、窪み部１１の開口部が丸められている状態で行っている。このため、熱酸化膜２０のうちの支持基板１０の一面１０ａに沿って形成された部分と窪み部１１の壁面に沿って形成された部分とを連結する境界部２０ａは、丸められた窪み部１１の開口部に沿って形成される（図７参照）。つまり、熱酸化膜２０のうちの支持基板１０の一面１０ａに沿って形成された部分と窪み部１１の壁面に沿って形成された部分とを連結する境界部２０ａは、支持基板１０側と反対側の面が丸められた状態となっている。

【0057】

次に、図６（ｅ）に示されるように、図４（ｄ）と同様の工程を行い、熱酸化膜２０と半導体層３０とを接合する。本実施形態では、図６（ｄ）の工程において、熱酸化膜２０のうちの境界領域１２ａに形成された部分の膜厚と周辺領域１２ｂに形成された部分の膜厚とがほぼ等しくなる。このため、熱酸化膜２０のうちの境界領域１２ａに形成された部分および周辺領域１２ｂに形成された部分が半導体層３０と接合される。

【0058】

その後、図６（ｆ）に示されるように、上記図４（ｅ）と同様の工程を行うことにより、上記加速度センサが製造される。

【0059】

なお、本実施形態においても、図７に示されるように、熱酸化膜２０のうちの支持基板１０の一面１０ａに沿って形成された部分と窪み部１１の壁面に沿って形成された部分とを連結する境界部２０ａと、半導体層３０との間に緩和空間７０が構成される。

【0060】

以上説明したように、本実施形態では、熱酸化膜２０のうちの境界領域１２ａに形成された部分および周辺領域１２ｂに形成された部分が半導体層３０と接合されるため、さらに接合性を向上しつつ、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0061】

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。上記各実施形態の加速度センサでは、可動電極４４と第１固定電極５１との間に形成される第１容量と、可動電極４４と第２固定電極６１との間に形成される第２容量との容量差に基づいて加速度が検出される。しかしながら、実際には、第１容量には、第１固定部５０（第１支持部５２）と支持基板１０との間の寄生容量が含まれ、第２容量には、第２固定部６０（第２支持部６２）と支持基板１０との間の寄生容量が含まれる。この場合、第１容量に含まれる寄生容量と第２容量に含まれる寄生容量とが等しい場合には、第１容量と第２容量との容量差を演算する際に寄生容量がキャンセルされるため、検出精度に特に影響はない。ところが、センシング部３１を形成する際のアライメントずれ等により、第１、第２連結部５２ａ、６２ａのうちの可動部４０側の端部が空間１３に突出する長さが異なる場合がある。すると、第１固定部５０（第１支持部５２）と支持基板１０との間の寄生容量と、第２固定部６０（第２支持部６２）と支持基板１０との間の寄生容量が異なり、検出精度が低下してしまう。

【0062】

したがって、本実施形態は、検出精度が低下することを抑制できるようにしたものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

【0063】

本実施形態では、図８および図９に示されるように、熱酸化膜２０には、第１連結部５２ａのうちの可動部４０側と反対側の端部と対向する部分に第１溝部２１ａが形成されている。また、熱酸化膜２０には、第２連結部６２ａのうちの可動部４０側と反対側の端部と対向する部分に第２溝部２１ｂが形成されている。具体的には、これら第１、第２溝部２１ａ、２１ｂは、第１、第２連結部５２ａ、６２ａのうちの熱酸化膜２０との接合部分における空間１３側の境界（以下では、単に第１、第２連結部５２ａ、６２ａの空間１３側の境界という）に沿った方向（ｘ軸方向）に延設されている。

【0064】

そして、第１、第２連結部５２ａ、６２ａは、それぞれ可動部４０側と反対側の端部が第１、第２溝部２１ａ、２１ｂ上に突出している。詳述すると、第１連結部５２ａは、第１連結部５２ａ（第１支持部５２）と第１溝部２１ａにおける開口部との境界の方向と長さが、第１連結部５２ａ（第１支持部５２）の空間１３側の境界の方向と長さが等しくなるように、第１溝部２１ａ上に突出している。同様に、第２連結部６２ａは、第２連結部６２ａ（第２支持部６２）と第２溝部２１ｂにおける開口部との境界の方向と長さが、第２連結部６２ａ（第２支持部６２）の空間１３側の境界の方向と長さが等しくなるように、第２溝部２１ｂ上に突出している。

【0065】

そして、第１、第２連結部５２ａ、６２ａおよび第１、第２接続部５２ｂ、６２ｂからなる第１、第２支持部５２、６２は、熱酸化膜２０を介して支持基板１０と接合されている部分の面積（対向する部分の面積）が互いに等しくされている。すなわち、第１支持部５２（第１固定部５０）と支持基板１０との間に形成される寄生容量と、第２支持部６２（第２固定部６０）と支持基板１０との間に形成される寄生容量とが等しくされている。

【0066】

なお、ここでの境界の方向と長さが等しい、および面積が等しいとは、完全に一致する場合に加えて、製造誤差等によって生じる若干の誤差を含むものである。

【0067】

このような加速度センサは、上記図４（ｂ）の工程において、熱酸化膜２０に第１、第２溝部２１ａ、２１ｂを形成し、図４（ｅ）の工程において、上記センシング部３１を形成することによって製造される。

【0068】

そして、図４（ｅ）の工程では、マスク（レジスト）をパターニングする際に数μｍ程度の位置ずれが発生し、例えば、可動部４０および第１、第２固定部５０、６０が全体的に第１固定部５０側（ｙ軸方向）に位置ずれすることがある。この場合、図１０Ａに示されるように、第１連結部５２ａのうちの空間１３に突出する部分の長さａが短くなり、第１溝部２１ａに突出する部分の長さｂが長くなる。

【0069】

しかしながら、第１連結部５２ａのうちの空間１３および第１溝部２１ａに突出する部分の長さの和は、位置ずれが発生しなかった場合（図１０Ｂ）と位置ずれが発生した場合（図１０Ａ）とで等しい。つまり、第１連結部５２ａのうちの熱酸化膜２０を介して支持基板１０と接合されている部分の面積（支持基板１０と対向する部分の面積）は変化せず、第１連結部５２ａと支持基板１０との間に形成される寄生容量は変化しない。

【0070】

同様に、特に図示しないが、位置ずれが発生したとしても、第２連結部６２ａのうちの空間１３および第２溝部２１ｂに突出する部分の長さの和は変化せず、第２連結部６２ａと支持基板１０との間に形成される寄生容量は変化しない。

【0071】

すなわち、第１、第２溝部２１ａ、２１ｂのｙ軸方向の長さ（幅）を製造上起こり得る位置ずれ量より予め大きく設けておくことにより、上記のように位置ずれが発生したとしても、寄生容量が変化することを抑制できる。このため、上記のように加速度センサを製造することにより、位置ずれが発生したとしても、寄生容量が変化しない加速度センサとすることができる。

【0072】

以上説明したように、本実施形態では、第１、第２溝部２１ａ、２１ｂが形成されており、第１、第２支持部５２、６２は、それぞれ一部が空間１３および第１、第２溝部２１ａ、２１ｂ上に突出している。そして、熱酸化膜２０を介して支持基板１０と接合されている部分の面積（対向する部分の面積）が互いに等しくされている。このため、第１、第２支持部５２、６２（第１、第２固定部５０、６０）と支持基板１０との間に形成される寄生容量が等しくなり、検出精度が低下することを抑制できる。

【0073】

また、このような加速度センサを製造する際には、第１溝部２１ａを形成し、第１連結部５２ａのうちの可動部４０側の端部が空間１３上に突出すると共に、可動部４０側と反対側の端部が第１溝部２１ａ上に突出するように第１固定部５０を形成している。そして、第２溝部２１ｂを形成し、第２連結部６２ａのうちの可動部４０側の端部が空間１３上に突出すると共に、可動部４０側と反対側の端部が第２溝部２１ｂ上に突出するように第２固定部６０を形成している。

【0074】

このため、可動部４０および第１、第２固定部５０、６０を形成する際、可動部４０および第１、第２固定部５０、６０が全体的にｙ軸方向に位置ずれしたとしても、第１、第２支持部５２、６２のうちの熱酸化膜２０を介して支持基板１０と接合されている部分の面積（支持基板１０と対向する部分の面積）は変化しない。すなわち、第１、第２支持部５２、６２（第１、第２固定部５０、６０）と支持基板１０との間に形成される寄生容量は変化しない。したがって、位置ずれが発生したとしても、寄生容量が変化せず、検出精度が低下することを抑制した加速度センサを製造できる。

【0075】

なお、上記では、ｙ軸方向の位置ずれを例に挙げて説明したが、製造上発生し得るｘ軸方向およびｚ軸周りの回転方向の位置ずれが発生したとしても、本実施形態によれば、寄生容量が変化せず、検出精度が低下することを抑制した加速度センサを製造できる。

【0076】

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

【0077】

例えば、上記第１実施形態では、図４（ｃ）の工程において、支持基板１０の一面１０ａ側から研削または研磨することにより、支持基板１０の一面１０ａに形成された熱酸化膜２０を平坦化してもよい。つまり、熱酸化膜２０のうちの境界領域１２ａに形成されている部分の厚さを周辺領域１２ｂに形成されている部分の厚さと等しくしてもよい。

【0078】

また、上記第１、第２実施形態では、物理量センサとして、加速度を検出する加速度センサを例に挙げて説明したが、例えば、角速度を検出する角速度センサや圧力を検出する圧力センサに適用することができる。また、上記第３実施形態では、物理量センサとして、容量差を用いて物理量を検出する角速度センサや圧力センサ等に適用することができる。

【0079】

さらに、上記第２実施形態に上記第３実施形態を組み合わせ、熱酸化膜２０に第１、第２溝部２１ａ、２１ｂを形成するようにしてもよい。

【符号の説明】

【0080】

１０ 支持基板（第１基板）
１０ａ 一面
１１ 窪み部
１２ａ 境界領域
１２ｂ 周辺領域
２０ 熱酸化膜
３０ 半導体層（第２基板）
９０ 熱酸化膜

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10A】

【図10B】