特開 2024-125819 加速度センサ及び加速度センサの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024125819

(43)【公開日】2024-09-19

(54)【発明の名称】加速度センサ及び加速度センサの製造方法

(51)【国際特許分類】

   G01P 15/125 20060101AFI20240911BHJP

   G01P 15/08 20060101ALI20240911BHJP

   B81B 3/00 20060101ALI20240911BHJP

   B81C 1/00 20060101ALI20240911BHJP

   H01L 29/84 20060101ALI20240911BHJP

【ＦＩ】

G01P15/125 Z

G01P15/08 101B

B81B3/00

B81C1/00

H01L29/84 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023033901

(22)【出願日】2023-03-06

(71)【出願人】

【識別番号】000116024

【氏名又は名称】ローム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100145403

【弁理士】

【氏名又は名称】山尾 憲人

(74)【代理人】

【識別番号】100184343

【弁理士】

【氏名又は名称】川崎 茂雄

(74)【代理人】

【識別番号】100197561

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 三喜男

(72)【発明者】

【氏名】紙西 大祐

【テーマコード（参考）】

3C081

4M112

【Ｆターム（参考）】

3C081AA01

3C081BA07

3C081BA22

3C081BA29

3C081BA32

3C081BA41

3C081BA44

3C081BA48

3C081BA53

3C081CA02

3C081CA13

3C081CA23

3C081CA29

3C081CA40

3C081DA03

3C081DA26

3C081DA27

3C081EA02

4M112AA02

4M112BA07

4M112CA24

4M112DA03

4M112DA06

4M112DA11

4M112EA03

4M112EA04

4M112EA12

(57)【要約】

【課題】温度変化による影響を抑制してセンサの信頼性を向上させる。
【解決手段】加速度センサは、第１主面１０ａ及び第１主面１０ａとは反対側の第２主面１０ｂを有するとともに第１主面１０ａに一部が露出する空洞１２が形成された基板１０と、基板１０に形成されて空洞１２内に配置される固定電極２１及び固定電極２１に対して基板１０の厚さ方向に移動可能である可動電極３１とを備える。固定電極２１及び可動電極３１の一方に、固定電極２１及び可動電極３１の他方より第１主面側に突出する段差部２６が設けられる。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１主面及び前記第１主面とは反対側の第２主面を有するとともに前記第１主面に一部が露出する空洞が形成された基板と、
前記基板に形成されて前記空洞内に配置される固定電極及び前記固定電極に対して前記基板の厚さ方向に移動可能である可動電極と、
を備え、
前記固定電極及び前記可動電極の一方に、前記固定電極及び前記可動電極の他方より前記第１主面側に突出する段差部が設けられている、
加速度センサ。

【請求項2】

前記基板に前記空洞内に配置される第１ビーム及び第２ビームが形成され、
前記固定電極及び可動電極は、前記第１ビーム及び前記第２ビームによって形成されている、
請求項１に記載の加速度センサ。

【請求項3】

前記段差部の前記第１主面側は、前記第１主面と前記基板の厚さ方向位置が同一である、
請求項１に記載の加速度センサ。

【請求項4】

前記固定電極は、櫛歯状に形成される固定電極部を有し、
前記可動電極は、櫛歯状に形成される可動電極部を有している、
請求項１に記載の加速度センサ。

【請求項5】

前記固定電極部及び前記可動電極部は、前記基板の厚さ方向に直交する方向に対向して配置されている、
請求項４に記載の加速度センサ。

【請求項6】

前記基板上に形成される配線を備え、
前記固定電極部及び前記可動電極部の一方は、前記段差部上に前記配線と同一材料から形成されるカバー部を有している、
請求項４に記載の加速度センサ。

【請求項7】

前記基板は、単結晶シリコン基板であり、
前記カバー部は、多結晶シリコン層又は金属シリサイド層によって形成されている、
請求項６に記載の加速度センサ。

【請求項8】

第１主面及び前記第１主面とは反対側の第２主面を有する基板を準備し、
前記基板に前記第１主面に一部が露出する空洞を形成するとともに前記空洞内に配置される固定電極及び前記固定電極に対して前記基板の厚さ方向に移動可能である可動電極を形成し、
前記固定電極及び前記可動電極の一方に、前記固定電極及び前記可動電極の他方より前記第１主面側に突出する段差部が設けられる、
加速度センサの製造方法。

【請求項9】

前記基板に前記空洞内に配置される第１ビーム及び第２ビームを形成し、
前記固定電極及び可動電極は、前記第１ビーム及び前記第２ビームによって形成される、
請求項８に記載の加速度センサの製造方法。

【請求項10】

前記固定電極は、櫛歯状に形成される固定電極部を有し、
前記可動電極は、櫛歯状に形成される可動電極部を有している、
請求項８に記載の加速度センサの製造方法。

【請求項11】

前記基板上に配線を形成し、
前記段差部上に前記配線と同一材料から形成されるカバー部を形成する、
請求項８に記載の加速度センサの製造方法。

【請求項12】

前記基板は、単結晶シリコン基板であり、
前記カバー部は、多結晶シリコン層又は金属シリサイド層によって形成されている、
請求項１１に記載の加速度センサの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、加速度センサ及び加速度センサの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、静電容量型ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）加速度センサが開示されている。前記加速度センサは、基板に接続部材を介して配置された質量構造体と、基板上に質量構造体の下側に配置された電極とを備え、加速度に応じて変位する質量構造体と電極との間の静電容量を検出して基板の厚さ方向の加速度を検出するように構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５１４５３４９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

前記特許文献１に記載の加速度センサでは、基板上に電極が配置されることから、基板がモールドパッケージされる場合に温度変化によってパッケージに応力が生じると、質量構造体と電極との間の静電容量に悪影響を及ぼし、センサの信頼性を低下させるおそれがある。

【0005】

これに対し、シリコン基板などの基板に浮いた状態で固定電極及び固定電極に対して基板の厚さ方向に移動可能である可動電極を支持させ、固定電極と可動電極との静電容量を検出して基板の厚さ方向の加速度を検出する加速度センサが考えられる。前記加速度センサではまた、可動電極上にシリコン酸化膜を部分的に形成して可動電極を撓ませ、加速度の向きに応じて固定電極と可動電極との間の静電容量を変化させて加速度を検出することが考えられる。

【0006】

このような加速度センサでは、固定電極及び可動電極はそれぞれ基板に浮いた状態で支持されることから、温度変化によってパッケージに応力が生じる場合においても固定電極及び可動電極との間の静電容量に悪影響を及ぼすことを抑制することができるものの、温度変化によってシリコン酸化膜が形成された可動電極が変形し、センサの信頼性を低下させるおそれがある。

【0007】

本開示は、基板の厚さ方向の加速度を検出する加速度センサにおいて、温度変化による影響を抑制してセンサの信頼性を向上させることを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示は、第１主面及び前記第１主面とは反対側の第２主面を有するとともに前記第１主面に一部が露出する空洞が形成された基板と、前記基板に形成されて前記空洞内に配置される固定電極及び前記固定電極に対して前記基板の厚さ方向に移動可能である可動電極と、を備え、前記固定電極及び前記可動電極の一方に、前記固定電極及び前記可動電極の他方より前記第１主面側に突出する段差部が設けられている、加速度センサを提供する。

【0009】

本開示によれば、基板に形成された固定電極及び可動電極は空洞内に配置されるので、温度変化によってパッケージに応力が生じる場合においても固定電極及び可動電極との間の静電容量に悪影響を及ぼすことを抑制することができる。段差部は固定電極及び可動電極の一方に設けられるので、基板の厚さ方向の加速度に応じて固定電極と可動電極との間の静電容量を変化させ、加速度を検出することができる。段差部と固定電極及び可動電極の一方とは、基板によって同一材料から形成して線膨張係数を等しくすることができるので、基板の厚さ方向の加速度を検出する加速度センサにおいて、温度変化による影響を抑制してセンサの信頼性を向上させることができる。

【0010】

また、本開示は、第１主面及び前記第１主面とは反対側の第２主面を有する基板を準備し、前記基板に前記第１主面に一部が露出する空洞を形成するとともに前記空洞内に配置される固定電極及び前記固定電極に対して前記基板の厚さ方向に移動可能である可動電極を形成し、前記固定電極及び前記可動電極の一方に、前記固定電極及び前記可動電極の他方より前記第１主面側に突出する段差部が設けられる、加速度センサの製造方法を提供する。

【0011】

本開示によれば、基板に空洞内に配置される固定電極及び可動電極が形成されるので、温度変化によってパッケージに応力が生じる場合においても固定電極及び可動電極との間の静電容量に悪影響を及ぼすことを抑制することができる。固定電極及び可動電極の一方に段差部が設けられるので、基板の厚さ方向の加速度に応じて固定電極と可動電極との間の静電容量を変化させ、加速度を検出することができる。段差部と固定電極及び可動電極の一方とは、基板によって同一材料から形成して線膨張係数を等しくすることができるので、基板の厚さ方向の加速度を検出する加速度センサにおいて、温度変化による影響を抑制してセンサの信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、本開示の実施形態に係る加速度センサの平面図である。

【図2】図２は、第１センサ部の平面図である。

【図3】図３は、図２のIII－III線に沿う加速度センサの断面図である。

【図4】図４は、第２センサ部の平面図である。

【図5】図５は、図４のＶ－Ｖ線に沿う加速度センサの断面図である。

【図6】図６は、第１センサ部の固定電極部及び可動電極部を示す図である。

【図7】図７は、第２センサ部の固定電極部及び可動電極部を示す図である。

【図8】図８は、加速度センサの製造方法を説明する図である。

【図9】図９は、加速度センサの製造方法を説明する図である。

【図10】図１０は、加速度センサの製造方法を説明する図である。

【図11】図１１は、固定電極及び可動電極上に酸化膜が形成された加速度センサの平面図である。

【図12】図１２は、図１１のXII－XII線に沿う加速度センサの断面図である。

【図13】図１３は、図１１に示す加速度センサの第１センサ部の固定電極部及び可動電極部を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本開示の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。

【0014】

図１は、本開示の実施形態に係る加速度センサの平面図である。図１に示すように、本開示の実施形態に係る加速度センサ１は、静電容量型加速度センサ素子２を有する加速度センサである。加速度センサ１は、センサ素子２を有する基板１０を備えた基板アセンブリ１１を備えている。加速度センサ１は、半導体微細加工技術を用いて基板１０を加工して製造される。

【0015】

以下では、基板１０の表面に沿う所定方向をＸ方向とし、基板１０の表面に沿うとともにＸ方向に直交する方向をＹ方向とし、Ｘ方向及びＹ方向と直交して基板１０の表面に直交する基板１０の厚さ方向をＺ方向とする。図１では、Ｚ方向一方側から見た基板アセンブリ１１を示している。図１では、基板１０に形成される配線及びパッド部を省略して示している。

【0016】

センサ素子２は、基板１０の表面に直交する方向であるＺ方向に作用する加速度を検出するセンサ素子２である。センサ素子２は、Ｙ方向他方側に配置される第１センサ部２ａとＹ方向一方側に配置される第２センサ部２ｂとを有している。

【0017】

基板１０には、複数のパッド部（不図示）が設けられるとともにセンサ素子２とパッド部とを電気的に接続する配線が設けられている。パッド部は、外部の電子部品などに接続され、センサ素子２に電気信号を入力したりセンサ素子２の電気信号を出力したりするようになっている。

【0018】

図２は、第１センサ部の平面図である。図３は、図２のIII－III線に沿う加速度センサの断面図である。図４は、第２センサ部の平面図である。図５は、図４のＶ－Ｖ線に沿う加速度センサの断面図である。

【0019】

図２から図５に示すように、基板アセンブリ１１は、表面である第１主面１０ａと、第１主面１０ａとは反対側の裏面である第２主面１０ｂとを有する基板１０を備えている。基板１０は、図１に示すように、平面視で矩形状に形成されている。基板１０は、半導体基板として不純物をドーピングして導電性を付与した導電性単結晶シリコン基板が用いられる。

【0020】

基板１０は、センサ素子２に対応して第１主面側に、第１主面１０ａに一部が露出する空洞１２が形成されている。空洞１２は、第１主面１０ａから基板１０の厚さ方向に窪んで形成され、底壁部１２ａと底壁部１２ａから基板１０の厚さ方向に延在する側壁部１２ｂとを有している。

【0021】

基板１０には、第１センサ部２ａを構成する第１ビーム２０及び第２ビーム３０と、第２センサ部２ｂを構成する第１ビーム４０及び第２ビーム５０と、第１ビーム２０、４０及び第２ビーム３０、５０をそれぞれ支持する支持部１３とが形成されている。第１ビーム２０、４０及び第２ビーム３０、５０は、一端部及び他端部がそれぞれ支持部１３に支持され、Ｙ方向に延びて平面視で略矩形状に形成されている。第２ビーム３０、５０は、第１ビーム２０、４０をそれぞれ囲むように配置されている。第１ビーム２０、４０及び第２ビーム３０、５０はそれぞれ、Ｘ方向に略対称に形成されている。

【0022】

第１ビーム２０、４０及び第２ビーム３０、５０はそれぞれ、空洞１２内に配置され、空洞１２内に浮いた状態で支持部１３に支持されている。第１ビーム２０、４０及び第２ビーム３０、５０は、基板１０の一部によって形成されている。支持部１３は、図１に示すように、センサ素子２の周囲を囲むように略環状に形成され、支持部１３の内面は、空洞１２の側壁部１２ｂによって構成されている。

【0023】

図２に示すように、第１センサ部２ａでは、第１ビーム２０は、固定電極２１を形成し、第２ビーム３０は、固定電極２１に対して基板１０の厚さ方向に移動可能である可動電極３１を形成する。

【0024】

固定電極２１は、支持部１３に支持されるベース部２２と、櫛歯状に形成される固定電極部２３とを有している。ベース部２２は、平面視で、支持部１３に接続されてＹ方向一方側に直線状に延在するとともにＸ方向に離間して配置される一対の第１直線部分２４と、一対の第１直線部分２４のＹ方向一端側にそれぞれ接続されてＸ方向に直線状に延在する第２直線部分２５とを有している。固定電極部２３は、ベース部２２の第２直線部分２５からＸ方向に離間してＹ方向一方側に直線状に延在し、それぞれ平板状に形成されている。

【0025】

ベース部２２のＹ方向他方側には、具体的には第１直線部分２４のＹ方向他方側には、固定電極２１と支持部１３とを電気的に分離するとともに機械的に連結する分離部１４が設けられている。分離部１４は、酸化シリコンを有し、絶縁膜である酸化シリコン膜１５によって形成されている。

【0026】

可動電極３１は、支持部１３に支持されるベース部３２と、櫛歯状に形成される可動電極部３３とを有している。ベース部３２は、平面視で、支持部１３に接続されてＹ方向一方側に直線状に延在するとともにＸ方向に離間して配置される一対の第１直線部分３４と、一対の第１直線部分３４のＹ方向一端側にそれぞれ接続されてＸ方向に直線状に延在する第２直線部分３５とを有している。可動電極部３３は、ベース部３２の第２直線部分３５からＸ方向に離間してＹ方向他方側に直線状に延在し、それぞれ平板状に形成されている。可動電極部３３は、固定電極部２３と互いに噛み合うように基板１０の厚さ方向に直交するＸ方向に対向して配置されている。

【0027】

ベース部３２のＹ方向他方側には、具体的には第１直線部分３４のＹ方向他方側には、可動電極３１と支持部１３とを電気的に分離するとともに機械的に連結する分離部１４が設けられている。

【0028】

第１センサ部２ａでは、可動電極３１のベース部３２の支持部側に、第１直線部分３４にバネ部３７が設けられている。バネ部３７は、ベース部３２の他の部分に対して幅が小さく形成されている。これにより、可動電極３１は、Ｚ方向の加速度に応じて固定電極２１に対してＺ方向に移動可能とされ、可動電極部３３が、Ｚ方向の加速度に応じて固定電極部２３に対してＺ方向に移動可能とされている。

【0029】

第１センサ部２ａでは、固定電極２１に、可動電極３１より第１主面側に、すなわち第２主面１０ｂから第１主面１０ａに向かう方向に突出する段差部２６が設けられている。図３に示すように、段差部２６は、固定電極部２３に可動電極部３３より第１主面側に突出するように設けられている。段差部２６は、平面視で固定電極部２３に略等しい矩形状に形成されている。

【0030】

段差部２６の第１主面側は、基板１０の第１主面１０ａによって形成され、第１主面１０ａと基板１０の厚さ方向位置が同一とされている。固定電極部２３と可動電極部３３とは、第２主面側が基板１０の厚さ方向位置が略同一とされ、固定電極部２３は、可動電極部３３より基板１０の厚さ方向に厚く形成されている。

【0031】

段差部２６上には、基板１０上に設けられる配線４と同一材料から形成されるカバー部２８が設けられている。カバー部２８は、段差部２６を覆って平面視で段差部２６と同一形状に形成されている。配線４及びカバー部２８は、不純物をドーピングして導電性が付与された多結晶シリコン層によって形成されている。

【0032】

図６は、第１センサ部の固定電極部及び可動電極部を示す図である。加速度センサ１にＺ方向一方側の加速度が作用する場合、可動電極部３３は、図６の一点鎖線で示すように固定電極部２３に対してＺ方向他方側に変位され、固定電極２１と可動電極３１との間の静電容量が減少される。加速度センサ１にＺ方向他方側の加速度が作用する場合、可動電極部３３は、図６の破線で示すように固定電極部２３に対してＺ方向一方側に変位され、固定電極２１と可動電極３１との間の静電容量が維持される。第１センサ部２ａは、固定電極２１と可動電極３１との間の静電容量の変化を検出してＺ方向一方側の加速度を検出するようになっている。

【0033】

第２センサ部２ｂの第１ビーム４０及び第２ビーム５０は、図１に示すように、第１センサ部２ａの第１ビーム２０及び第２ビーム３０と平面視でＹ方向に略対称に形成されている。

【0034】

図４に示すように、第２センサ部２ｂでは、第２ビーム５０は、固定電極５１を形成し、第１ビーム４０は、固定電極５１に対して基板１０の厚さ方向に移動可能である可動電極４１を形成する。

【0035】

固定電極５１は、支持部１３に支持されるベース部５２と、櫛歯状に形成される固定電極部５３とを有している。ベース部５２は、平面視で、支持部１３に接続されてＹ方向他方側に直線状に延在するとともにＸ方向に離間して配置される一対の第１直線部分５４と、一対の第１直線部分５４のＹ方向他端側にそれぞれ接続されてＸ方向に直線状に延在する第２直線部分５５とを有している。固定電極部５３は、ベース部５２の第２直線部分５５からＸ方向に離間してＹ方向一方側に直線状に延在し、それぞれ平板状に形成されている。

【0036】

可動電極４１は、支持部１３に支持されるベース部４２と、櫛歯状に形成される可動電極部４３とを有している。ベース部４２は、平面視で、支持部１３に接続されてＹ方向他方側に直線状に延在するとともにＸ方向に離間して配置される一対の第１直線部分４４と、一対の第１直線部分４４のＹ方向他端側にそれぞれ接続されてＸ方向に直線状に延在する第２直線部分４５とを有している。可動電極部４３は、ベース部４２の第２直線部分４５からＸ方向に離間してＹ方向他方側に直線状に延在し、それぞれ平板状に形成されている。可動電極部４３は、固定電極部５３と互いに噛み合うように基板１０の厚さ方向に直交するＸ方向に対向して配置されている。

【0037】

第２センサ部２ｂでは、可動電極４１のベース部４２の支持部側に、第１直線部分４４にバネ部４７が設けられている。バネ部４７は、ベース部４２の他の部分に対して幅が小さく形成されている。これにより、可動電極４１は、Ｚ方向の加速度に応じて固定電極５１に対してＺ方向に移動可能とされ、可動電極部４３は、Ｚ方向の加速度に応じて固定電極部５３に対してＺ方向に移動可能とされている。

【0038】

固定電極５１のベース部５２のＹ方向一方側には、固定電極５１と支持部１３とを電気的に分離するとともに機械的に連結する分離部１４が設けられている。可動電極４１のベース部４２のＹ方向一方側についても、可動電極４１と支持部１３とを電気的に分離するとともに機械的に連結する分離部１４が設けられている。

【0039】

第２センサ部２ｂでは、可動電極４１に、固定電極５１より第１主面側に突出する段差部４６が設けられている。図５に示すように、段差部４６は、可動電極部４３に固定電極部５３より第１主面側に突出するように設けられている。段差部４６は、平面視で可動電極部４３に略等しい矩形状に形成されている。

【0040】

段差部４６の第１主面側は、基板１０の第１主面１０ａによって形成され、第１主面１０ａと基板１０の厚さ方向位置が同一とされている。可動電極部４３と固定電極部５３とは、第２主面側が基板１０の厚さ方向位置が略同一とされ、可動電極部４３は、固定電極部５３より基板１０の厚さ方向に厚く形成されている。

【0041】

段差部４６上には、基板１０上に設けられる配線４と同一材料から形成されるカバー部４８が設けられている。カバー部４８は、段差部４６を覆って平面視で段差部４６と同一形状に形成されている。配線４及びカバー部４８は、不純物をドーピングして導電性が付与された多結晶シリコン層によって形成されている。配線４及びカバー部２８、４８は、チタンシリサイド層などの金属シリサイド層によって形成するようにしてもよい。

【0042】

図７は、第２センサ部の固定電極部及び可動電極部を示す図である。加速度センサ１にＺ方向他方側の加速度が作用する場合、可動電極部４３は、図７の破線で示すように固定電極部５３に対してＺ方向一方側に変位され、固定電極５１と可動電極４１との間の静電容量が減少される。加速度センサ１にＺ方向一方側の加速度が作用する場合、可動電極部４３は、図６の一点鎖線で示すように固定電極部５３に対してＺ方向他方側に変位され、固定電極５１と可動電極４１との間の静電容量が維持される。第２センサ部２ｂは、固定電極５１と可動電極４１との間の静電容量の変化を検出してＺ方向他方側の加速度を検出するようになっている。

【0043】

図２に示すように、第１センサ部２ａの固定電極２１及び可動電極３１にはそれぞれ、配線４がコンタクト５を介して接続されている。図４に示すように、第２センサ部２ｂの固定電極５１及び可動電極４１にはそれぞれ、配線４がコンタクト５を介して接続されている。各配線４は、パッド部に接続されている。支持部１３には、接地部分としての支持部１３とパッド部とを電気的に接続する配線がコンタクトを介して接続されている。

【0044】

各配線４は、多結晶シリコン層によって形成され、コンタクト５は、基板１０の第１主面１０ａ及び分離部１４上に形成された酸化シリコン膜１５に形成されたコンタクト孔に多結晶シリコン層が埋め込まれて形成されている。多結晶シリコン層は、不純物をドーピングして導電性が付与されている。

【0045】

加速度センサ１は、Ｚ方向の加速度が作用するときに、第１センサ部２ａの固定電極２１及び可動電極３１によって形成される第１キャパシタＣ１と、第２センサ部２ｂの固定電極５１及び可動電極４１によって形成される第２キャパシタＣ２の静電容量の変化を電気信号として取り出してＺ方向の加速度を検出するようになっている。

【0046】

第１キャパシタＣ１及び第２キャパシタＣ２は、Ｚ方向の加速度が作用していないとき静電容量が等しい又はほぼ等しく形成されている。Ｚ方向一方側の加速度が作用する場合、第１キャパシタＣ１の静電容量が減少する一方、第２キャパシタＣ２の静電容量が維持される。Ｚ方向他方側の加速度が作用する場合、第２キャパシタＣ２の静電容量が減少する一方、第１キャパシタＣ１の静電容量が維持される。

【0047】

加速度センサ１では、第１センサ部２ａの固定電極２１に第１入力電圧を印加するとともに、第２センサ部２ｂの固定電極５１に第２入力電圧を印加する。第１入力電圧及び第２入力電圧として、例えば０Ｖ～５Ｖの間において、逆位相の電圧が印加される。第１入力電圧及び第２入力電圧が印加されるとき、第１センサ部２ａの可動電極３１及び第２センサ部２ｂの可動電極４１からの出力電圧を測定することで、Ｚ方向の加速度が検出される。

【0048】

加速度センサ１において、第１センサ部２ａの固定電極２１に代えて、第１センサ部２ａの可動電極３１に段差部及びカバー部を形成し、第２センサ部２ｂの可動電極４１に代えて、第２センサ部２ｂの固定電極５１に段差部及びカバー部を形成するようにしてもよい。

【0049】

本実施形態に係る加速度センサ１では、基板１０に空洞１２内に配置される固定電極２１、５１及び可動電極３１、４１が形成され、固定電極２１、５１及び可動電極３１、４１の一方に、固定電極２１、５１及び可動電極３１、４１の他方より第１主面側に突出する段差部２６、４６が設けられる。

【0050】

これにより、基板１０に形成された固定電極２１、５１及び可動電極３１、４１は空洞１２内に配置されるので、温度変化によってパッケージに応力が生じる場合においても固定電極２１、５１及び可動電極３１、４１との間の静電容量に悪影響を及ぼすことを抑制することができる。段差部２６、４６は固定電極２１、５１及び可動電極３１、４１の一方に設けられるので、基板１０の厚さ方向の加速度に応じて固定電極２１、５１と可動電極３１、４１との間の静電容量を変化させ、加速度を検出することができる。

【0051】

図１１は、固定電極及び可動電極上に酸化膜が形成された加速度センサの平面図である。図１２は、図１１のXII－XII線に沿う加速度センサの断面図である。図１３は、図１１に示す加速度センサの第１センサ部の固定電極部及び可動電極部を示す図である。

【0052】

図１１に示す加速度センサ１０１は、加速度センサ１と同様に、第１センサ部１０２ａと第２センサ部１０２ｂとを有し、第１センサ部１０２ａは、空洞１２内に配置される固定電極１２１及び固定電極１２１に対してＺ方向に移動可能である可動電極１３１を有し、第２センサ部１０２ｂは、空洞１２内に配置される固定電極１５１及び固定電極１５１に対してＺ方向に移動可能である可動電極１４１を有している。

【0053】

加速度センサ１０１では、第１センサ部１０２ａの可動電極１３１上に酸化膜１３６が部分的に形成されている。基板１０としてシリコン基板が用いられ、酸化膜１３６として酸化シリコン膜が形成されている。図１２に示すように、酸化膜１３６が形成されることによって可動電極１３１が固定電極１２１に対してＺ方向に撓み、図１３に示すように、固定電極部１２３に対して可動電極部１３３がＺ方向他方側に配置される。

【0054】

加速度センサ１０１にＺ方向一方側の加速度が作用する場合、可動電極部１３３は、図１３の一点鎖線で示すように固定電極部１２３に対してＺ方向他方側に変位され、固定電極１２１と可動電極１３１との間の静電容量が小さくされる。一方、加速度センサ１０１にＺ方向他方側の加速度が作用する場合、可動電極部１３３は、図１３の破線で示すように固定電極部１２３に対してＺ方向一方側に変位され、固定電極１２１と可動電極１３１との間の静電容量が大きくされる。

【0055】

加速度センサ１０１では、第２センサ部１０２ｂの固定電極１５１上にも酸化膜１５６が部分的に形成され、酸化膜１５６が形成されることによって固定電極１５１が可動電極１４１に対してＺ方向に撓み、可動電極部１４３に対して固定電極部１５３がＺ方向他方側に配置される。加速度センサ１０１にＺ方向一方側の加速度が作用する場合、固定電極１５１と可動電極１４１との間の静電容量が大きくされ、加速度センサ１０１にＺ方向他方側の加速度が作用する場合、固定電極１５１と可動電極１４１との間の静電容量が小さくされる。

【0056】

加速度センサ１０１では、第１センサ部１０２ａの固定電極１２１に第１入力電圧を印加するとともに、第２センサ部１０２ｂの固定電極１５１に第１入力電圧とは逆位相の第２入力電圧を印加し、第１センサ部１０２ａの可動電極１３１及び第２センサ部１０２ｂの可動電極１４１からの出力電圧を測定することで、Ｚ方向の加速度が検出される。

【0057】

加速度センサ１０１では、固定電極１２１、１５１及び可動電極１３１、１４１を形成する基板１０としてのシリコン基板と酸化膜１３６、１５６としての酸化シリコン膜とは線膨張係数が異なることから、使用時などの温度変化によって、酸化膜１３６、１５６が形成された固定電極１５１及び可動電極１３１が変形し、センサの信頼性を低下させるおそれがある。

【0058】

本実施形態に係る加速度センサ１では、段差部２６、４６と固定電極２１、５１及び可動電極３１、４１の一方とは、基板１０によって同一材料から形成して線膨張係数を等しくすることができるので、基板１０の厚さ方向の加速度を検出する加速度センサ１において、温度変化による影響を抑制してセンサの信頼性を向上させることができる。

【0059】

次に、加速度センサ１の製造方法について説明する。
加速度センサ１の製造では、シリコン基板である基板１０が準備され、基板１０に、図８に示すように、分離部１４に対応する部分が除去されてトレンチ６１が形成される。トレンチ６１形成後に、熱酸化法によってトレンチ６１及び基板１０の第１主面１０ａ全体が熱酸化され、酸化シリコン膜１５によって分離部１４が形成されるとともに基板１０の第１主面１０ａ上に酸化シリコン膜１５が形成される。そして、酸化シリコン膜１５がパターニングされ、コンタクト孔６２が形成されるとともに固定電極２１、５１及び可動電極３１、４１に対応する部分などの酸化シリコン膜１５が取り除かれる。

【0060】

次に、図９に示すように、ＣＶＤ法によって、基板１０の第１主面１０ａ及び酸化シリコン膜１５上に多結晶シリコン層６３が形成される。多結晶シリコン層６３が形成されると、フォトリソグラフィ及びエッチングによって、多結晶シリコン層６３によって配線４及びカバー部２８、４８が同一工程によって形成されるとともに、基板１０にトレンチ６４が形成されて段差部２６、４６が同一工程によって形成される。段差部２６、４６のＺ方向高さＨ１は、例えば２μｍなどに設定される。トレンチ６４形成後には、パッド部などが形成される。

【0061】

そして、ＣＶＤ法によってＵＳＧ膜が形成され、フォトリソグラフィ及び異方性エッチングによって基板１０がパターニングされ、図１０に示すように、第１ビーム２０、４０及び第２ビーム３０、５０を残すようにトレンチ６５が形成される。

【0062】

トレンチ６５形成後には、トレンチ６５の側面上に保護膜が形成され、その後に、異方性エッチングによってトレンチ６５の底面が保護膜より深くなるようにトレンチ６５が深く形成される。異方性エッチングに引き続いて、等方性エッチングによってトレンチ６５がさらに深く形成されるとともに、基板１０の第１主面１０ａに平行な方向にエッチングされ、図３及び図５に示すように、第１主面１０ａに一部が露出する空洞１２が形成されるとともに空洞１２内に第１ビーム２０、４０及び第２ビーム３０、５０が浮いた状態で配置される。等方性エッチング後には、保護膜が除去され、加速度センサ１が製造される。

【0063】

このようにして、基板１０に、空洞１２内に配置される固定電極２１、５１及び固定電極２１、５１に対して基板１０の厚さ方向に移動可能である可動電極３１、４１が形成され、固定電極２１、５１及び可動電極３１、４１の一方に、固定電極２１、５１及び可動電極３１、４１の他方より第１主面側に突出する段差部２６、４６が設けられる。

【0064】

これにより、段差部２６、４６と固定電極２１、５１及び可動電極３１、４１の一方とは、基板１０によって同一材料から形成して線膨張係数を等しくすることができるので、基板１０の厚さ方向の加速度を検出する加速度センサ１において、温度変化による影響を抑制してセンサの信頼性を向上させることができる。

【0065】

このように、本実施形態に係る加速度センサ１は、第１主面１０ａ及び第１主面１０ａとは反対側の第２主面２０ｂを有するとともに第１主面１０ａに一部が露出する空洞１２が形成された基板１０と、基板１０に形成されて空洞１２内に配置される固定電極２１、５１及び固定電極２１、５１に対して基板１０の厚さ方向に移動可能である可動電極３１、４１とを備える。固定電極２１、５１及び可動電極３１、４１の一方に、固定電極２１、５１及び可動電極３１、４１の他方より第１主面側に突出する段差部２６、４６が設けられる。

【0066】

これにより、基板１０に形成された固定電極２１、５１及び可動電極３１、４１は空洞１２内に配置されるので、温度変化によってパッケージに応力が生じる場合においても固定電極２１、５１及び可動電極３１、４１との間の静電容量に悪影響を及ぼすことを抑制することができる。段差部２６、４６は固定電極２１、５１及び可動電極３１、４１の一方に設けられるので、基板１０の厚さ方向の加速度に応じて固定電極２１、５１と可動電極３１、４１との間の静電容量を変化させ、加速度を検出することができる。段差部２６、４６と固定電極２１、５１及び可動電極３１、４１の一方とは、基板１０によって同一材料から形成して線膨張係数を等しくすることができるので、基板１０の厚さ方向の加速度を検出する加速度センサ１において、温度変化による影響を抑制してセンサの信頼性を向上させることができる。

【0067】

また、基板１０に空洞１２内に配置される第１ビーム２０、４０及び第２ビーム３０、５０が形成され、固定電極２１、５１及び可動電極３１、４１は、第１ビーム２０、４０及び第２ビーム３０、５０によって形成される。これにより、固定電極２１、５１及び可動電極３１、４１は、空洞１２内に配置される第１ビーム２０、４０及び第２ビーム３０、５０によって形成されるので、温度変化によってパッケージに応力が生じる場合においても固定電極２１、５１及び可動電極３１、４１との間の静電容量に悪影響を及ぼすことを抑制することができる。

【0068】

また、段差部２６、４６の第１主面側は、第１主面１０ａと基板１０の厚さ方向位置が同一である。これにより、段差部２６、４６の第１主面側を基板１０の第１主面１０ａによって形成することができるので、第１主面１０ａと基板１０の厚さ方向位置が異なる場合に比して、段差部２６、４６を効率的に形成することができ、製造コストを低減することができる。

【0069】

また、固定電極２１、５１は、櫛歯状に形成される固定電極部２３、５３を有し、可動電極３１、４１は、櫛歯状に形成される可動電極部３３、４３を有している。これにより、櫛歯状に形成された固定電極部２３、５３及び可動電極部３３、４３間の静電容量を検出することで、基板１０の厚さ方向の加速度を検出することができる。

【0070】

また、固定電極部２３、５３及び可動電極部３３、４３は、基板１０の厚さ方向に直交する方向に対向して配置されている。これにより、基板１０の厚さ方向に直交する方向に対向して配置された櫛歯状の固定電極部２３、５３及び可動電極部３３、４３間の静電容量を検出することで、基板１０の厚さ方向の加速度を検出することができる。

【0071】

また、基板１０上に形成される配線４を備え、固定電極部２３、５３及び可動電極部３３、４３の一方は、段差部２６、４６上に配線４と同一材料から形成されるカバー部２８、４８を有している。これにより、段差部２６、４６上のカバー部２８、４８と配線４とを同一工程によって形成することができるので、カバー部と配線とを別工程によって形成する場合に比して、製造工程を簡素化することができる。

【0072】

また、基板１０は、単結晶シリコン基板であり、カバー部２８、４８は、多結晶シリコン層又は金属シリサイド層によって形成されている。これにより、単結晶シリコン基板上に形成される多結晶シリコン層又は金属シリサイド層によってカバー部２８、４８及び配線４を同一工程によって形成することができる。

【0073】

また、本実施形態に係る加速度センサ１の製造方法は、第１主面１０ａ及び第１主面１０ａとは反対側の第２主面１０ｂを有する基板１０を準備し、基板１０に第１主面１０ａに一部が露出する空洞１２を形成するとともに空洞１２内に配置される固定電極２１、５１及び固定電極２１、５１に対して基板１０の厚さ方向に移動可能である可動電極３１、４１を形成し、固定電極２１、５１及び可動電極３１、４１の一方に、固定電極２１、５１及び可動電極３１、４１の他方より第１主面側に突出する段差部２６、４６が設けられる。

【0074】

これにより、基板１０に空洞１２内に配置される固定電極２１、５１及び可動電極３１、４１が形成されるので、温度変化によってパッケージに応力が生じる場合においても固定電極２１、５１及び可動電極３１、４１との間の静電容量に悪影響を及ぼすことを抑制することができる。固定電極２１、５１及び可動電極３１、４１の一方に段差部２６、４６が設けられるので、基板１０の厚さ方向の加速度に応じて固定電極２１、５１と可動電極３１、４１との間の静電容量を変化させ、加速度を検出することができる。段差部２６、４６と固定電極２１、５１及び可動電極３１、４１の一方とは、基板１０によって同一材料から形成して線膨張係数を等しくすることができるので、基板１０の厚さ方向の加速度を検出する加速度センサ１において、温度変化による影響を抑制してセンサの信頼性を向上させることができる。

【0075】

また、基板１０上に配線４を形成し、段差部２６、４６上に配線４と同一材料から形成されるカバー部２８、４８を形成する。これにより、段差部２６、４６上のカバー部２８、４８と配線４とを同一工程によって形成することができるので、カバー部と配線とを別工程によって形成する場合に比して、製造工程を簡素化することができる。

【0076】

本開示は、例示された実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能である。

【0077】

［付記１］
第１主面及び前記第１主面とは反対側の第２主面を有するとともに前記第１主面に一部が露出する空洞が形成された基板と、
前記基板に形成されて前記空洞内に配置される固定電極及び前記固定電極に対して前記基板の厚さ方向に移動可能である可動電極と、
を備え、
前記固定電極及び前記可動電極の一方に、前記固定電極及び前記可動電極の他方より前記第１主面側に突出する段差部が設けられている、
加速度センサ。
［付記２］
前記基板に前記空洞内に配置される第１ビーム及び第２ビームが形成され、
前記固定電極及び可動電極は、前記第１ビーム及び前記第２ビームによって形成されている、
付記１に記載の加速度センサ。
［付記３］
前記段差部の前記第１主面側は、前記第１主面と前記基板の厚さ方向位置が同一である、
付記１又は付記２に記載の加速度センサ。
［付記４］
前記固定電極は、櫛歯状に形成される固定電極部を有し、
前記可動電極は、櫛歯状に形成される可動電極部を有している、
付記１から付記３の何れか１項に記載の加速度センサ。
［付記５］
前記固定電極部及び前記可動電極部は、前記基板の厚さ方向に直交する方向に対向して配置されている、
付記４に記載の加速度センサ。
［付記６］
前記基板上に形成される配線を備え、
前記固定電極部及び前記可動電極部の一方は、前記段差部上に前記配線と同一材料から形成されるカバー部を有している、
付記４又は付記５に記載の加速度センサ。
［付記７］
前記基板は、単結晶シリコン基板であり、
前記カバー部は、多結晶シリコン層又は金属シリサイド層によって形成されている、
付記６に記載の加速度センサ。
［付記８］
第１主面及び前記第１主面とは反対側の第２主面を有する基板を準備し、
前記基板に前記第１主面に一部が露出する空洞を形成するとともに前記空洞内に配置される固定電極及び前記固定電極に対して前記基板の厚さ方向に移動可能である可動電極を形成し、
前記固定電極及び前記可動電極の一方に、前記固定電極及び前記可動電極の他方より前記第１主面側に突出する段差部が設けられる、
加速度センサの製造方法。
［付記９］
前記基板に前記空洞内に配置される第１ビーム及び第２ビームを形成し、
前記固定電極及び可動電極は、前記第１ビーム及び前記第２ビームによって形成される、
付記８に記載の加速度センサの製造方法。
［付記１０］
前記固定電極は、櫛歯状に形成される固定電極部を有し、
前記可動電極は、櫛歯状に形成される可動電極部を有している、
付記８又は付記９に記載の加速度センサの製造方法。
［付記１１］
前記基板上に配線を形成し、
前記段差部上に前記配線と同一材料から形成されるカバー部を形成する、
付記８から付記１０の何れか１項に記載の加速度センサの製造方法。
［付記１２］
前記基板は、単結晶シリコン基板であり、
前記カバー部は、多結晶シリコン層又は金属シリサイド層によって形成されている、
付記１１に記載の加速度センサの製造方法。

【符号の説明】

【0078】

１ 加速度センサ
２ センサ素子
４ 配線
１０ 基板
１０ａ 第１主面
１０ｂ 第２主面
１２ 空洞
２０、４０ 第１ビーム
２１、５１ 固定電極
２３、５３ 固定電極部
２６、４６ 段差部
２８、４８ カバー部
３０、５０ 第２ビーム
３１、４１ 可動電極
３３、４３ 可動電極部

【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】