DE69530716T2

DE69530716T2 - Beschleunigungssensor und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE69530716T2
Application number: DE69530716T
Authority: DE
Inventors: Hirofumi Anjo-city Uenoyama; Kenichi Tokai-city Ao; Masakazu Nagoya-city Kanosue; Yasutoshi Okazaki-city Suzuki; Yukihiro Seto-city Takeuchi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1994-03-07
Filing date: 1995-03-07
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2015-03-08
Also published as: JPH07301640A; US5619050A; EP0671629B1; DE69530716D1; JP3435844B2; EP0671629A2; EP0671629A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Bereich der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Halbleiterbeschleunigungssensor und ein Herstellungsverfaharen davon.
2. Stand der Technik:
Als ein Halbleiterbeschleunigungssensor ist der Differenzkapazitätshalbleiterbeschleunigungssensor in PCT WO 92/03740 offengelegt, der Polysilizium als eine Elektrode verwendet. Diese Art von Sensor ist mit Bezug auf die 18 und 19 beschrieben. 18 zeigt eine Draufsicht des Sensors und in 19 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie E-E von 18 gezeigt.
Eine Balkenstruktur 63 ist auf einem Siliziumsubstrat 41 angeordnet. Die Balkenstruktur 63, die aus Polysilizium hergestellt ist, ist aus Verankerungsabschnitten 43, 44, 45 und 46 und einem beweglichen Abschnitt 42 aufgebaut, der mit einem vorbestimmten Abstand oberhalb des Siliziumsubstrats 41 angeordnet ist. Ferner umfasst der bewegliche Abschnitt 42 Balkenabschnitte 47 und 48, einen Gewichtsabschnitt 49 und einen beweglichen Elektroden-Abschnitt 50. D. h., die Balkenabschnitte 47 und 48 stehen von den Verankerungsabschnitten 43, 44, 45 und 46 hervor, und der Gewichtsabschnitt 49 wird von diesen Balkenabschnitten 47 und 48 gelagert. Der bewegliche Elektroden-Abschnitt 50 ist in einem Abschnitt dieses Gewichtsabschnitts 49 ausgebildet. Andererseits ist ein Paar fester Elektroden 51, die einem beweglichen Elektroden-Abschnitt 50 entsprechen, so angeordnet, dass sie einander auf dem Siliziumsubstrat 41 gegenüberliegen. Dann wird, für den Fall, in dem eine Beschleunigung sich in einer parallelen Richtung (gezeigt durch Y in 18) auf der Fläche des Siliziumsubstrats 41 ändert, die elektrische Kapazität zwischen dem beweglichen Elektroden-Abschnitt 50 und der festen Elektrode 51 verändert, so dass die Kapazität auf einer Seite zunimmt, während sie auf der anderen Seite verringert wird. Ferner wird eine darunter liegende Elektrode 52 einer Störstellendiffusionsschicht in einem Bereich, in dem das Siliziumsubstrat 41 ausgebildet ist, der dem beweglichen Abschnitt 42 gegenüberliegt, ausgebildet; dadurch, dass das elektrische Potential dieser darunter liegenden Elektrode 42 gleich dem elektrischen Potential des beweglichen Abschnittes 42 gemacht wird, wird verhindert, dass der bewegliche Abschnitt 42 aufgrund der elektrostatischen Kraft, die zwischen dem Siliziumsubstrat 41 und dem beweglichen Abschnitt 42 erzeugt wird, in Richtung des Siliziumsubstrats 41 gezogen wird.
Ferner gilt obiger Differenzkapazitätshalbleiterbeschleunigungssensor als verbesserter MIS-Transistor-Halbleiterbeschleunigungssensor.
Der MIS-Transistor-Halbleiterbeschleunigungssensor gemäß dem früheren Schaffen der Erfinder dieser Erfindung wird mit Bezug auf die 20, 21, 22 und 23 beschrieben. 20 zeigt eine Draufsicht des Sensors, in 21 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie F-F von 20 gezeigt, in 22 ist die Querschnittsansicht entlang der Linie G-G von 20 gezeigt, und in 23 ist die Querschnittsansicht entlang der Linie H-H von 20 gezeigt.
In einer Beschreibung dieses Sensors werden Vorrichtungen, die dieselben Funktionen wie der zuvor erwähnte Differenzkapazitätshalbleiterbeschleunigungssensor verwirklichen, durch die gleichen Bezugszeichen dargestellt, eine Beschreibung der entsprechenden Teile wird nicht gegeben. Wie in 20 gezeigt, werden bewegliche Elektroden-Abschnitte 53 und 54, die als Gate-Elektroden wirken, in dem beweglichen Abschnitt 42 ausgebildet. Zwischenzeitig werden, wie in den 20 und 22 gezeigt, zwei Paare fester Elektroden (Source- und Drain-Elektroden) 55, 56, 57 und 58, die jeweils aus einer Störstellendiffusionsschicht bestehen, jeweils auf beiden Seiten der beweglichen Elektroden-Abschnitte 53 und 54 ausgebildet. Ferner wird, wie in 20 und 21 gezeigt, eine Peripherschaltung 59 in dem Siliziumsubstrat 41 ausgebildet. Diese Peripherschaltung 59 und die Balkenstruktur 63 sind elektrisch verbunden, und die Peripherschaltung 59 und die festen Elektroden 55 bis 58 sind elektrisch verbunden; außerdem sind die Peripherschaltung 59 und die darunter liegende Elektrode 52 elektrisch verbunden. Noch genauer ist die elektrische Verbindung der Peripherschaltung 59 und der Balkenstruktur 63 in 24 gezeigt. Ein Verdrahtungsmaterial 60, wie z. B. Al-Si, steht von der Peripherschaltung 59 hervor, und dieses Verdrahtungsmaterial 60 und die Balkenstruktur 63 sind über einen Störstellendiffusionsbereich 61 verbunden. Eine Spannung, die von dieser Peripherschaltung 59 erzeugt wird, wird an die Balkenstruktur 63 angelegt.
Dann wird eine Spannung zwischen der Balkenstruktur 63 und dem Siliziumsubstrat 41 angelegt, und eine Spannung wird zwischen den festen Elektroden 55 und 56 und zwischen den festen Elektroden 57 und 58 angelegt. In diesem Zustand ändert sich eine Beschleunigung in paralleler Richtung (gezeigt durch Z in 20) auf der Fläche des Siliziumsubstrats 41 und eine Veränderung eines Stromes (Drain-Strom) zwischen den festen Elektroden 55 und 56 und zwischen den festen Elektroden 55 und 58 tritt aufgrund des Versatzes der beweglichen Elektroden-Abschnitte 53 und 54 auf. Diese Veränderung des Stromes wird durch die Peripherschaltung 59 gemessen und die ausgeübte Beschleunigung wird erfasst.
Hier wird, wie in 24 gezeigt, die elektrische Verbindung zwischen der Peripherschaltung 59 und der Balkenstruktur 63 durch den Störstellendiffusionsbereich 61 ausgebildet. Es wurde das Problem klar, dass dadurch ein Kriechstrom von dem Störstellendiffusionsbereich 61 zu dem Siliziumsubstrat 41 auftritt, der einen Spannungsverlust der Spannung begründet, die an die Balkenstruktur 63 angelegt wird. D. h., trotz der vorgeschriebenen Spannung, die von der Peripherschaltung 59 erzeugt wird, wird nur die Spannung, die durch den Kriechstrom verloren wird, an die Balkenstruktur 63 angelegt. Ferner wird, wie in 23 gezeigt, der Kanal 62 zwischen festen Elektroden (Source- und Drain-Elektroden) 55 bis 58 und einer darunter liegenden Elektrode 52 ausgebildet, wobei Kriechstrom auftritt und ebenso das Problem der Verschlechterung der Sensorcharakteristik besteht.
WO 93/25915 legt eine ähnliche Technik wie die in 24 offen, genauer gesagt, wird ein Halbleitersensor, bei dem eine Balkenstruktur und eine Peripherschaltung monolithisch ausgebildet sind, beschrieben, und diese zwei Teile werden über eine Diffusionsschicht 44 in einem Halbleitersubstrat 30 verbunden.
Ferner legt US 4571661 einen Halbleiterbeschleunigungssensor offen, der eine Balkenstruktur 14, eine Peripherschaltung 26, 28 und ein Verbindungsbauteil 44 enthält. Allerdings entspricht dieses Verbindungsbauteil dem Verdrahtungsfilm der vorliegenden Erfindung und es gibt keine Lehre bezüglich eines elektrisch leitenden Dünnfilms, der aus Polysilizium hergestellt ist.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Halbleiterbeschleunigungssensor und ein Herstellungsverfahren davon bereitzustellen, der in der Lage ist, den Kriechstrom zu verringern.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, dass in einem Halbleiterbeschleunigungssensor, der eine Beschleunigung durch einen Versatz eines beweglichen Abschnitts erfasst, der ein Halbleitersubstrat, eine Balkenstruktur, die den beweglichen Abschnitt aufweist, der mit einem vorbestimmten Abstand oberhalb des Halbleitersubstrats angeordnet ist, und eine Peripherschaltung, die in dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist, und mit der Balkenstruktur elektrisch verbunden ist, und einen elektrisch leitenden Dünnfilm aus Polysilizium zum Verbinden der Balkenstruktur mit der Peripherschaltung vorsieht.
Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Balkenstruktur und die Peripherschaltung durch den elektrisch leitenden Dünnfilm aus Polysilizium verbunden. Wenn, wie in 24, die Balkenstruktur und die Peripherschaltung durch eine Störstellendiffusionsschicht, die in dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist, verbunden werden, tritt ein Kriechstrom von der Störstellendiffusionsschicht auf. Gemäß der Erfinder allerdings tritt kein Kriechstrom auf, da keine Störstellendiffusionsschicht zum Verbinden der Balkenstruktur und der Peripherschaltung vorgesehen ist.
In einem Fall, in dem der elektrisch leitende Dünnfilm auf einer unteren Schichtseite in einem Abschnitt angeordnet ist, der mit der Balkenstruktur verbindet, kann der elektrisch leitende Dünnfilm aus demselben Material wie eine Gate-Elektrode eines MOS-Transistors sein, der in der Peripherschaltung ausgebildet ist. Wenn der elektrisch leitende Dünnfilm das gleiche Material wie eine Gate-Elektrode eines MOS-Transistors einer Peripherschaltung verwendet, wird die Anzahl der Herstellungsprozesse nicht erhöht, um den elektrisch leitenden Dünnfilm auszubilden.
Andererseits kann, in einem Fall, in dem der elektrisch leitende Dünnfilm auf einer oberen Schichtseite in dem Verbindungsabschnitt angeordnet ist, der elektrisch leitende Dünnfilm einen Verdrahtungsfilm mit stranggepresstem Metall enthalten, der von der Peripherschaltung hervorsteht. Wenn die Balkenstruktur und die Peripherschaltung durch eine Schicht des Verdrahtungsfilms, der von der Peripherschaltung hervorsteht, elektrisch verbunden sind, werden die elektrischen Verbindungspunkte auf das absolute Minimum begrenzt.
Hier ist es wünschenswert, einen Abschnitt der Balkenstruktur im Vergleich mit den anderen Abschnitten für den Verbindungsabschnitt zu verdünnen; den Verbindungsabschnitt auf einer Isolatorschicht anzusiedeln; und den Verdrahtungsfilm, der von der Peripherschaltung hervorsteht, auf dem verdünnten Verbindungsabschnitt anzuordnen. Wenn der Abschnitt in der Balkenstruktur, der mit dem Verdrahtungsfilm verbindet, dünn gemacht ist, wird die Stufe klein und daher tritt kein Stufenschneiden in dem Verdrahtungsfilm auf. Wenn andererseits in einem Fall, in dem ein Verdrahtungsfilm in einem Punkt angeordnet ist, der nicht ein dünner Verbindungsabschnitt ist, ist die Stufe groß und aufgrund von schlechter Stufenabdeckung besteht das Problem, dass Stufenschneiden in dem Verdrahtungsfilm auftritt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden durch ein Studium der folgenden detaillierten Beschreibung, der beiliegenden Ansprüche und der Zeichnung deutlicher, wobei all dieses ein Teil dieser Anmeldung ist.
1 ist eine Draufsicht auf einen Halbleiterbeschleunigungssensor einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in 1;
3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie B-B in 1;
4 ist eine Schnittansicht entlang der Linie C-C in 1;
5 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils eines Halbleiterbeschleunigungssensors;
6 ist eine Schnittansicht eines Halbleiterbeschleunigungssensors einer zweiten Ausführungsform;
7 bis 11 sind Schnittansichten, die die Herstellungsprozesse des Halbleiterbeschleunigungssensors der zweiten Ausführungsform zeigen;
12 ist eine Draufsicht auf einen Halbleiterbeschleunigungssensor einer dritten Ausführungsform;
13 ist eine Schnittansicht entlang der Linie D-D in 12;
14 ist eine Draufsicht eines Halbleiterbeschleunigungssensors einer vierten Ausführungsform;
15 ist eine Draufsicht auf einen Halbleiterbeschleunigungssensor zu Vergleichszwecken;
16 ist eine Draufsicht auf einen Halbleiterbeschleunigungssensor eines Anwendungsbeispiels der vierten Ausführungsform;
17 ist eine Schnittansicht eines Halbleiterbeschleunigungssensors eines anderen Anwendungsbeispiels;
18 ist eine Draufsicht auf einen Halbleiterbeschleunigungssensor zum Beschreiben des Standes der Technik;
19 ist eine Schnittansicht entlang der Linie E-E von 18;
20 ist eine Draufsicht auf einen Halbleiterbeschleunigungssensor des früheren Schaffens;
21 ist eine Schnittansicht entlang der Linie F-F von 20;
22 ist eine Schnittansicht entlang der Linie G-G von 20;
23 ist eine Schnittansicht entlang der Linie H-H von 20; und
24 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils eines herkömmlichen Halbleiterbeschleunigungssensors.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER DERZEIT BEVORZUGTEN BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
(Erste Ausführungsform)
Eine erste Ausführungsform gemäß dieser Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben.
1 zeigt eine Draufsicht auf einen Halbleiterbeschleunigungssensor der vorliegenden Ausführungsform. Ferner ist der Querschnitt A-A von 1 in 2 gezeigt, der Querschnitt B-B von 1 ist in 3 gezeigt und der Querschnitt C-C von 1 ist in 4 gezeigt.
Die vorliegende Ausführungsform wird ein MIS-Transistor-Halbleiterbeschleunigungssensor. In einem N-Typ Siliziumsubstrat als einem Halbleitersubstrat wird ein P-Wannenbereich 35 ausgebildet, und eine Balkenstruktur 64, die aus einem Polysiliziumdünnfilm hergestellt ist, wird in der oberen Fläche dieses P-Wannenbereichs 35 vorgesehen. Die Balkenstruktur 64 ist aus Verankerungsabschnitten 3, 4, 5 und 6 und einem beweglichen Abschnitt 2 aufgebaut, der mit einem vorbestimmten Abstand oberhalb des Siliziumsubstrats 1 angeordnet ist. Ferner umfasst der bewegliche Abschnitt 2 Balkenabschnitte 7 und 8, einen Gewichts-(Massen-)-Abschnitt 9 und bewegliche Elektroden-Abschnitte 10 und 11.
Genauer gesagt, sind vier Verankerungsabschnitte 3, 4, 5 und 6 jeweils auf hervorstehende Weise auf dem Siliziumsubstrat 1 angeordnet. Als nächstes wird ein gürtelförmiger Balkenabschnitt 7 mit einem vorbestimmten Ab stand oberhalb des Siliziumsubstrats 1 verlängert, so dass er einen Verankerungsabschnitt 3 und einen Verankerungsabschnitt 4 verbindet. Ferner wird ein anderer gürtelförmiger Balkenabschnitt 8 mit einem vorbestimmten Abstand oberhalb des Siliziumsubstrats 1 verlängert, so dass er den Verankerungsabschnitt 5 und den Verankerungsabschnitt 6 verbindet. Der Gewichtsabschnitt 9 ist in einem zentralen Abschnitt in einer Längsrichtung der beiden Balkenabschnitte 7 und 8 mit dem vorbestimmten Abstand oberhalb des Siliziumsubstrats 1 angeordnet.
Ferner ist ein längsförmiger beweglicher Elektrodenabschnitt 10 hervorstehend in einem zentralen Abschnitt in einer Längsrichtung des Balkenabschnitts 7 angeordnet. Auf die gleiche Weise ist ein anderer längsförmiger beweglicher Elektrodenabschnitt 11 hervorstehend in einem zentralen Abschnitt in einer Längsrichtung des Balkenabschnitts 8 angeordnet. Wie in 3 gezeigt, werden feste Elektroden 12 und 13 (die aus einer Störstellendiffusionsschicht hergestellt sind), in der Fläche des Siliziumsubstrats 1 ausgebildet, um jeder Seite des beweglichen Elektroden-Abschnitts 11 zu entsprechen. Die festen Elektroden 12 und 13 werden durch den Einbau von N+ Störstellen in das Siliziumsubstrat 1 über ein Verfahren, wie z. B. der Ionenimplantation, eingebaut. Auf dieselbe Weise wird, wie in 1 gezeigt, ein anderes Paar fester Elektroden 14 und 15, von denen jede eine Störstellendiffusionsschicht ist, in der Fläche des Siliziumsubstrats 1 ausgebildet, um dem anderen beweglichen Elektroden-Abschnitt 10 zu entsprechen.
Ferner ist, wie in 3 gezeigt, eine Inversionsschicht 16 zwischen den Elektroden 12 und 13 in dem Siliziumsubstrat 1 ausgebildet, wobei diese Inversionsschicht 16 sich als ein Ergebnis einer Spannung entwickelt, die zwischen dem Siliziumsubstrat 1 und dem beweglichen E lektroden-Abschnitt 11 angelegt wird. Auf dieselbe Weise wird eine Inversionsschicht (nicht dargestellt) zwischen den Elektroden 14 und 15 in dem Siliziumsubstrat 1 ausgebildet, wobei diese Inversionsschicht sich als Ergebnis einer Spannung entwickelt, die zwischen dem Siliziumsubstrat 1 und dem beweglichen Elektroden-Abschnitt 10 angelegt wird.
Außerdem wird, wie in 1 und 2 gezeigt, die darunter liegende Elektrode 17 mittels einer N+ Störstellendiffusionsschicht in einem Abschnitt in dem Siliziumsubstrat 1 ausgebildet, der dem beweglichen Abschnitt 2 gegenüberliegt, und zumindest nicht die festen Elektroden 12, 13, 14 und 15 enthält. Die darunter liegende Elektrode dient dazu, die elektrostatische Kraft, die zwischen dem Siliziumsubstrat 1 und dem beweglichen Elektroden-Abschnitt 2 auftritt, zu reduzieren, indem sie das gleiche elektrische Potential wie der bewegliche Abschnitt 2 (die beweglichen Abschnitte 10, 11) aufweist.
Wie in den 3 und 4 gezeigt, werden umgebende feste Elektroden 12 und 13, und der festen Elektroden 14 und 15, Siliziumoxidfilme 18, die mittels eines LOCOS-Verfahrens (nachstehend als LOCOS-Film bezeichnet) ausgebildet werden, vorgesehen, und unterhalb der jeweiligen LOCOS-Filme 18 wird eine Kanalstopschicht 19 vorgesehen. Die Kanalstopschicht 19 ist durch die Implantation eines B-(Bor)-Ions ausgebildet. In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Kriechstromverhinderungsbauteil aus diesem LOCOS-Film 18 und der Kanalstopschicht 19 aufgebaut.
Ferner ist, wie in 1 gezeigt, eine Peripherschaltung 20 in dem Siliziumsubstrat 1 ausgebildet; die Peripherschaltung 20 und die Balkenstruktur 64 sind elektrisch verbunden, und die Peripherschaltung 20 und die festen Elektroden 12, 13, 14 und 15 sind elektrisch verbunden und ferner ist die Peripherschaltung 20 und die darunter liegende Elektrode 17 elektrisch verbunden.
Der Aufbau der elektrischen Verbindung der Peripherschaltung 20 und der Balkenstruktur 64 ist in 5 gezeigt. Ein MOS-Transistor ist innerhalb der Peripherschaltung 20 ausgebildet. D. h., ein N-Wannenbereich 21 ist innerhalb eines Siliziumsubstrats 1 ausgebildet, ein P+ Sourcebereich 22 und ein P+ Drainbereich 23 sind in dem N-Wannenbereich 21 ausgebildet und eine Polysilizium-Gate-Elektrode 25 ist auf einem Siliziumoxidfilm 24 als ein Gateoxidfilm ausgebildet. Im übrigen ist ein Siliziumoxidfilm 26 auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats 1 in einem Balkenstrukturausbildungsbereich ausgebildet. Darauf ist ein elektrisch leitender Dünnfilm 27 aus Polysilizium ausgebildet. Auf dem elektrisch leitenden Dünnfilm 27 ist der Verankerungsabschnitt 5 der Balkenstruktur 64 angeordnet. Der elektrisch leitende Dünnfilm 27 ist auch auf dem LOCOS-Film 28 auf dem Siliziumsubstrat 1 ausgebildet. Der Endabschnitt des elektrisch leitenden Dünnfilms 27 ist mit einem Drainbereich 23 des MOS-Transistors über einen Al-Si-Film 29 verbunden.
Dieser Aufbau wird auf folgende Weise ausgebildet. Zunächst werden der Sourcebereich 22 und der Drainbereich 23 des MOS-Transistors in der Oberfläche des Siliziumsubstrats 1 ausgebildet, wobei bekannte Halbleiterherstellungstechnologien verwendet werden. Danach wird ein Polysiliziumdünnfilm, der eine Polysilizium-Gate-Elektrode 25 wird, abgeschieden, in die gewünschte Struktur verarbeitet und die Polysilizium-Gate-Elektrode 25 ist ausgebildet. Zu diesem Zeitpunkt bleibt auch der Polysiliziumdünnfilm an den Verdrahtungspunkten der Balkenstruktur 64 und der Peripherschaltung 20 und bildet einen elektrisch leitenden Dünnfilm 27. Als nächstes wird ein BPSG-Film 30 mittels einem CVD-Verfahren abgeschieden, der BPSG-Film 30 der punktverbindenden Balkenstruktur 64 wird geöffnet, ein Polysiliziumfilm, der eine Balkenstruktur 64 ausbildet, wird bei ungefähr 600°C abgeschieden und in die gewünschte Struktur verarbeitet. Danach wird der BPSG-Film 30 des Punktes, der den Al-Si-Film 29 verbindet, geöffnet, der Al-Si-Film 29 wird über einen Sputterprozess abgeschieden und in die gewünschte Struktur verarbeitet. Danach wird der BPSG-Film 30 unter dem beweglichen Abschnitt 2 durch Ätzen entfernt, und ein Zustand des Versatzes wird möglich gemacht. Schließlich wird ausgeheilt und der ohmsche Kontakt wird sichergestellt.
Außerdem kann in der Peripherschaltung 20 nicht nur ein MOS-Transistor, sondern auch ein Bi-CMOS aufgebaut sein.
Als nächstes wird der Betrieb des Beschleunigungssensors beschrieben.
Eine vorbestimmte Spannung wird durch die Peripherschaltung 20 erzeugt, und die vorbestimmte Spannung wird an die Balkenstruktur 64 angelegt, wobei der Strom durch den Al-Si-Film 29 und den elektrisch leitenden Dünnfilm 27 in 5 fließt. Zu diesem Zeitpunkt wird, durch Verwendung des elektrisch leitenden Dünnfilms 27, der aus Polysilizium als Verdrahtungsmaterial hergestellt ist, ein Kriechstrom zu dem Substrat 1 verhindert. Ferner ist der Al-Si-Film 29 mit dem elektrisch leitenden Dünnfilm 27 von oberhalb des elektrisch leitenden Dünnfilms 27 verbunden. Daher sind durch den so angeordneten elektrisch leitenden Dünnfilm 27 Verdrahtungskontaktfehler auf demselben Niveau wie in der Peripherschaltung 20; und zwar treten sie nicht auf.
Auf dieselbe Weise wird eine Spannung durch die Peripherschaltung 20 zwischen der Balkenstruktur 64 (bewegliche Elektroden-Abschnitte 10 und 11) und dem Siliziumsubstrat 1 angelegt, eine Spannung wird zwischen festen Elektroden 12 und 13 und zwischen festen Elektroden 14 und 15 angelegt; die Inversionsschicht 16 wird ausgebildet; und ein Strom fließt zwischen den festen Elektroden 12 und 13 und auch zwischen den festen Elektroden 14 und 15. In dem Fall, in dem dieser Beschleunigungssensor eine Beschleunigung aufnimmt und der bewegliche Abschnitt 2 in die Richtung X versetzt wird, wie in 1 gezeigt (eine parallele Richtung in der Oberfläche des Substrates 1), verändert sich die Breite des Inversionsschichtausbildungsbereiches ("Gatebreite" in einem Transistor genannt) zwischen den festen Elektroden 12 und 13, und ebenso zwischen den festen Elektroden 14 und 15. Das Ergebnis ist, dass der Strom, der in den festen Elektroden 12 und 13 fließt, verringert ist, und im Gegensatz dazu der Strom, der zwischen den festen Elektroden 14 und 15 fließt, erhöht wird. Die Peripherschaltung 20 erfasst eine Beschleunigung durch Messen dieser Ströme zwischen den festen Elektroden.
Ferner verringert die Peripherschaltung 20 die elektrostatische Kraft, die zwischen dem Siliziumsubstrat 1 und dem beweglichen Abschnitt 2 auftritt, dadurch, dass das elektrische Potential der darunter liegenden Elektrode 17 mit dem elektrischen Potential der Balkenstruktur 64 (bewegliche Elektroden-Abschnitte 10 und 11) gleichgesetzt wird.
Bei dieser Reihe der Beschleunigungserfassung tritt durch den LOCOS-Film 18 und die Kanalstopfilme 19, welche die festen Elektroden 12 und 13 und die festen Elektroden 14 und 15 jeweils umgeben, selbst, wenn eine Spannung an die Balkenstruktur 64 angelegt ist, kein Kriechstrom zwi schen den festen Elektroden (Source-, Drain-Elektroden) 12, 13, 14 und 15 und der darunter liegenden Elektrode 17 auf; und eine stabile Sensorcharakteristik kann erhalten werden.
Auf diese Weise in der vorliegenden Ausführungsform wie in 5 gezeigt, da die Balkenstruktur 64 und die Peripherschaltung 20 durch einen elektrisch leitenden Dünnfilm 27 aus Polysilizium elektrisch verbunden sind; während in dem Fall, in dem ein Störstellendiffusionsbereich 61 verwendet wurde, wie in 24 gezeigt, ein Kriechstrom zu dem Substrat auftrat, ist in der vorliegenden Ausführungsform das Auftreten von Kriechstrom zu dem Substrat verhindert. Demzufolge kann die vorbestimmte Spannung an die Balkenstruktur 64 angelegt werden.
Ferner kann, da der elektrisch leitende Dünnfilm 27, wie auch die Gate-Elektrode 25 des MOS-Transistors, der in der Peripherschaltung ausgebildet ist, aus Polysilizium ist, der elektrisch leitende Dünnfilm 27 zur selben Zeit wie der des Ausbildens der Gate-Elektrode 25 ausgebildet werden, und es ist nicht notwendig, die Anzahl der Herstellungsprozesse zu erhöhen, um den elektrisch leitenden Dünnfilm 27 auszubilden.
Darüber hinaus wird ein Kriechstromverhinderungsbauteil aus einem LOCOS-Film 18 und einer Kanalstopschicht 19 zwischen den festen Elektroden 12-15 in dem Siliziumsubstrat 1 und der darunter liegenden Elektrode 17 angeordnet. Ferner kann, selbst wenn eine Spannung an den beweglichen Abschnitt 2 angelegt wird, der einen Gateabschnitt ausbildet, das Auftreten von Kriechstrom zwischen den festen Elektroden (Source-, Drain-Elektroden) 12 bis 15 und der darunter liegenden Elektrode 17 gesteuert werden und eine stabile Sensorcharakteristik kann erhalten werden.
Ferner kann für den elektrisch leitenden Film 27 ein anderes Gate-Elektrodenmaterial verwendet werden, wie z. B. Aluminium oder Platin, oder ein dünner Metallfilm, wie z. B. ein Metall aus der Aluminiumgruppe, Titan, Wolfram, Chrom, Silizium, Zirkonium, Platin oder Nickel.
(Zweite Ausführungsform)
Eine zweite Ausführungsform wird nachstehend hauptsächlich anhand der Unterschiede zwischen dieser und der ersten Ausführungsform beschrieben.
Ein Halbleiterbeschleunigungssensor dieser Ausführungsform ist in 6 gezeigt. 6 entspricht 5 der ersten Ausführungsform, die den Aufbau einer elektrischen Verbindung zwischen der Peripherschaltung 20 und der Balkenstruktur 64 zeigt.
Ein MOS-Transistor ist in einer Peripherschaltung 20 ausgebildet. D. h., ein N-Wannenbereich 21 ist in einem Siliziumsubstrat 1 ausgebildet, ein P+ Sourcebereich 22 und ein P+ Drainbereich 23 sind in einem N-Wannenbereich 21 ausgebildet. Und eine Polysilizium-Gate-Elektrode 25 ist auf einem Siliziumoxidfilm 24 als ein Gateoxidfilm ausgebildet. Im übrigen ist ein Verankerungsabschnitt 5 der Balkenstruktur 64 in einem Balkenstrukturausbildungsbereich ausgebildet. Diese Balkenstruktur 64 wird aus einem Polysiliziumfilm hergestellt, und ein Dünnfilmdickenabschnitt 2b, der als ein Verbindungsabschnitt dient, steht von einem Hauptkörperabschnitt 2a des beweglichen Abschnitts 2 hervor. D. h., ein dünner Abschnitt 2b mit einer Filmdicke t2 (z. B. 0,7 μm), der dünner ist als die Filmdicke des Hauptkörperabschnitts 2a (z. B. 2 μm) ist vorgesehen. Das Ende des dünnen Abschnitts 2b des beweglichen Abschnitts 2 ist auf einem BPSG-Film 30 angeord net. Auf dem dünnen Abschnitt 2b des beweglichen Abschnitts 2 verläuft ein Al-Si-Film 29 von dem Drainbereich 23 des MOS-Transistors der Peripherschaltung 20, und die Peripherschaltung 20 und die Balkenstruktur 64 sind nur durch diesen Al-Si-Film 29 elektrisch verbunden.
Dieser Aufbau wird auf folgende Weise ausgebildet. Zunächst werden, wie in 7 gezeigt, ein MOS-Transistorsourcebereich 22 und ein Drainbereich 23 in der Oberfläche des Siliziumsubstrats 1 ausgebildet, wobei bekannte Halbleiterherstellungstechnologien verwendet werden. Danach wird ein Siliziumoxidfilm 24 ausgebildet, dann wird ein Polysiliziumdünnfilm abgeschieden und in das gewünschte Muster verarbeitet, die PolysiliziumGate-Elektrode 25 wird ausgebildet. Als nächstes wird ein BPSG-Film 30 mit Hilfe eines CVD-Verfahrens oder eines Sputterverfahrens abgeschieden, und ein Fenster 36 wird durch Ätzen in den BPSG-Film 30 an einem Punkt ausgebildet, der dem Verankerungsabschnitt 5 der Balkenstruktur 64 gegenüberliegt. Dann wird, wie in 8 gezeigt, ein Polysiliziumfilm 37, welcher die Balkenstruktur 64 wird, mittels eines LPCVD-Verfahrens bei ungefähr 600°C abgeschieden. Zu diesem Zeitpunkt wird die Filmdicke des Polysiliziumfilms 37 t1 (z. B. 2 μm).
Als nächstes wird, wie in 9 gezeigt, in dem Zustand des Maskierens des Abschnitts, der den Hauptkörperabschnitt 2a des beweglichen Abschnitts 2 macht, mit Fotoresist 38, der Polysiliziumfilm 37 bis auf eine vorbestimmte Dicke t2 (z. B. 0,7 μm) heruntergeätzt. Zu diesem Zeitpunkt wird z. B. anisotropisches Ätzen mit KOH oder isotropisches Ätzen mit Fluor- und Nitridsäuren (HF-HNO₃-H₂O₂) verwendet. Somit wird, wie in 10 gezeigt, in dem Zustand des Maskierens des Ortes, welcher der Hauptkörperabschnitt 2a des beweglichen Abschnitts 2 wird, und des Ortes, der der dünne Abschnitt 2b wird, der abge schiedene Polysiliziumfilm 37 der anderen Bereiche durch isotropisches Ätzen abgezogen. Demzufolge wird der bewegliche Abschnitt 2, der einen Hauptkörperabschnitt 2a und einen dünnen Abschnitt zur Verbindung 2b aufweist, strukturiert.
Danach wird, wie in 11 gezeigt, der BPSG-Film 30 oberhalb des MOS-Transistordrainbereichs 23 geätzt und Kontaktlöcher 40 werden ausgebildet. Als nächstes wird ein Verdrahtungsfilm Al-Si-Film 29 mittels Sputtern abgeschieden. Zu diesem Zeitpunkt wird der Al-Si-Film 29 ebenso oberhalb des beweglichen Abschnitts 2 abgeschieden, der den dünnen Abschnitt 2b enthält. Da die Filmdicke des beweglichen Abschnitts 2 bei dem Abschnitt 2b dünn gemacht wird, tritt kein Stufenschneiden das Al-Si-Films 29 auf.
Als nächstes wird der Al-Si-Film 29 in die gewünschte Struktur verarbeitet. Ferner wird, wie in 6 gezeigt, der BPSG-Film 30 unterhalb des beweglichen Abschnitts 2 unter Verwendung einer auf Fluorwasserstoff basierenden Ätzlösung geätzt, und der bewegliche Abschnitt 2 ist in einem Zustand, in dem er zum Versatz in der Lage ist. Zu diesem Zeitpunkt wird zumindest der BPSG-Film 30 unterhalb des Al-Si-Films 29 erhalten. Schließlich wird das Ausheilen, das ein sog. Aluminiumsinthern ist, durchgeführt, und der ohmsche Kontakt wird sichergestellt.
Auf diese Weise werden in der vorliegenden Ausführungsform die Balkenstruktur 64 und die Peripherleitung 20 durch einen Al-Si-Film 29 (Verdrahtungsfilm) einer Schicht verbunden, die von der Peripherschaltung 20 hervorsteht. D. h., die Balkenstruktur 64 und die Peripherschaltung 20 sind durch einen Al-Si-Film 29 elektrisch verbunden, der durch einen einmaligen Film ausgebildet ist. Ferner ist, zusätzlich zu der Verhinderung des Auf tretens eines Kriechstroms auf die gleiche Weise, wie in der ersten Ausführungsform, da es nur einen elektrischen Verbindungspunkt in der Verdrahtung zwischen dem Al-Si-Film 29 und der Balkenstruktur 24 gibt, die Zuverlässigkeit hoch, und eine stabile Sensorcharakteristik kann erhalten werden. Und zwar sind in 24 die elektrischen Verbindungspunkte zwei Punkte: d. h. zwischen der Balkenstruktur 64 und dem Störstellendiffusionsbereich 61, und zwischen dem Störstellendiffusionsbereich 61 und in dem Verdrahtungsmaterial 60. Ferner sind in 5 die elektrischen Verbindungspunkte zwei Punkte: d. h. zwischen der Balkenstruktur 64 und dem elektrisch leitenden Dünnfilm 27, und zwischen dem elektrisch leitenden Dünnfilm 27 und dem Al-Si-Film 29. Im Gegensatz dazu gibt es in der vorliegenden Ausführungsform nur einen elektrischen Verbindungspunkt; durch Beschränkung der elektrischen Verbindungspunkte in der Verdrahtung auf ein absolutes Minimum, ist die Zuverlässigkeit hoch, und eine stabile Sensorcharakteristik kann erhalten werden.
Ferner ist ein Abschnitt zum Verbinden von 2b mit einer dünnen Dicke im Vergleich zu den anderen Abschnitten in einem Abschnitt der Balkenstruktur 64 vorgesehen, und auf dem BPSG-Film 30 (Isolierschicht) angeordnet, um die Balkenstruktur 64 mit dem Al-Si-Film 29 (Verdrahtungsfilm) zu verbinden, der von der Peripherschaltung 20 hervorsteht. Daher wird, in dem Fall, in dem der Al-Si-Film 29 auf der Balkenstruktur 64 ausgebildet ist, da der Verbindungspunkt der Balkenstruktur 64 mit dem Al-Si-Film 29 verdünnt ist, die Stufe klein und ein Schneiden des Al-Si-Films 29 tritt nicht auf. Wenn andererseits der Verbindungspunkt der Balkenstruktur 64 mit dem Al-Si-Film 29 nicht verdünnt ist, ist die Stufe groß und die Stufenabdeckung ist schlecht, wodurch das Auftreten von Scheiden in dem Al-Si-Film 29 verursacht wird.
Ferner wird das folgende Verfahren als ein Herstellungsverfahren eines Halbleiterbeschleunigungssensors angepasst, der diese Art von Aufbau hat. D. h., ein BPSG-Film 30 (Isolierschicht) wird auf einem Siliziumsubstrat 1 (Halbleitersubstrat) ausgebildet, und ein Polysiliziumfilm 37 (Balkenstrukturausbildungsfilm) wird oben auf dem BPSG-Film 30 ausgebildet (erster Prozess); der Polysiliziumfilm 37 wird auf eine vorgeschriebene Dicke in einem Zustand geätzt, in dem die Balkenstruktur 64, die einen Abschnitt des Polysiliziumfilms 37 ausbildet (mit Ausnahme des Abschnitts, der die Verbindung 2b bildet), maskiert ist (zweiter Prozess); der Polysiliziumfilm 37 wird durch Ätzen abgezogen, wobei die Balkenstruktur 64, die einen Abschnitt in dem Polysiliziumfilm 37 ausbildet, maskiert ist (dritter Prozess); ein Al-Si-Film 29 (Dünnfilmverdrahtungsmaterial) verbindet einen Punkt in dem Polysiliziumfilm 37 elektrisch dem einer Verbindung 2b, und eine Peripherschaltung 20 wird ausgebildet (vierter Prozess); der BPSG-Film 30 unter dem Polysiliziumfilm 37 (mit Ausnahme mindestens der Punkte des Abscheidens des Al-Si-Films 29) wird durch Ätzen entfernt, und die Balkenstruktur 34 wird ausgebildet (fünfter Prozess). Daher ist aufgrund des Abscheidens des Al-Si-Films 29 auf einem Abschnitt, der einen dünnen Abschnitt 2b in dem vierten Prozess macht, die Stufe klein und Schneiden des Al-Si-Films 29 tritt nicht auf.
Auf diese Weise ist es, in dem Fall möglich, in dem die Filmdicke des Polysiliziumfilms 37 dick ist, der den beweglichen Abschnitt 2 macht, Vorkehrungen zu treffen, um das Schneiden des Verdrahtungsfilms (Al-Si-Film 29) durch Durchführen von zweistufigem Ätzen; das Ätzausbildens des dünnen Abschnitts 2b und des Ätzstrukturierens des gesamten beweglichen Abschnitts 2 zu verhindern.
Ferner werden als ein Dünnfilmverdrahtungsmaterial ein purer Aluminiumfilm oder ein Aluminiumlegierungsfilm etc. verwendet. Als Aluminiumlegierungsfilm bieten sich Filme wie Al-Cu, Al-Si-Cu und Al-Si an.
Darüber hinaus kann in der Peripherschaltung 20 neben einem MOS-Transistor ein Bi-CMOS oder ein Bipolartransistor aufgebaut werden.
(Dritte Ausführungsform)
Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform anhand der Unterschiede zwischen dieser und in der ersten Ausführungsform beschrieben.
In der zuvor erwähnten ersten Ausführungsform werden ein LOCOS-Film 18 und eine Kanalstopschicht 19 zum Steuern des Kriechstroms verwendet, der zwischen der festen Elektrode 12 bis 15 und der darunter liegenden Elektrode 17 fließt. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Aufbau der 12 und 13 angepasst. Ferner zeigt 12 eine Draufsicht des Sensors, 13 zeigt einen Querschnitt D-D in 12.
D. h., als Kriechstromverwendungsbauteil wird der Graben 31 ausgebildet, um ein Paar fester Elektroden 12 und 13 zu umgeben, und wird mit einer Isolierschicht 32, wie z. B. Siliziumoxid, aufgefüllt. Dadurch wird das Auftreten von Kriechstrom verhindert.
(Vierte Ausführungsform)
Als nächstes wird eine der Ausführungsformen auf Basis der Unterschiede zwischen dieser und der ersten Ausführungsform beschrieben.
Wie in 14 gezeigt, werden Schneidabschnitte 33 von beiden Seiten, die dem beweglichen Elektroden-Abschnitt 11 gegenüberliegen, zwischen den festen Elektroden 12 und 13 und der darunter liegenden Elektrode 17 ausgebildet, und die Breite wird kleiner. Dadurch wird, wie in 15 gezeigt, verglichen mit dem Fall, in dem keine Schnittabschnitte sind, der Kriechstromwegweng und Kriechstrom kann verringert werden. D. h., die Kanalbreite des Transistors, die parasitär zwischen der darunter liegenden Elektrode 17 und den festen Elektroden 12 und 13 ausgebildet wird, wird eng, und ein Kriechstrom wird verringert.
Als eine Anwendung der vorliegenden Ausführungsform, wie in 16, kann diese Sollbreite durch ein hindurchgehendes Loch 34 eng gemacht werden, das in dem beweglichen Elektroden-Abschnitt 11 ausgebildet ist, das zwischen den festen Elektroden 12 und 13 und der darunter liegenden Elektrode 17 ist.
Ferner kann durch das Herstellen der Störstellenkonzentration des Substrates örtlich höher als in einem Kanalstopper entsprechend des Kanalausbildungsbereichs des parasitären Transistors eine Kriechstromverringerungswirkung erreicht werden.
Außerdem kann neben den oben erwähnten Ausführungsformen eine Ausführungsform der folgenden Art möglich sein. Z. B. ist es möglich, die Fälle zu realisieren, in denen eine Balkenstruktur 63 und eine Peripherschaltung in einem Differenzkapazitätshalbleiterbeschleunigungssensor, wie er in 18 gezeigt ist, elektrisch mittels eines elektrisch leitenden Dünnfilms 27 verbunden sind, wie in 5 gezeigt, oder elektrisch durch einen einschichtigen Verdrahtungsfilm 29 verbunden sind, wie in 6 gezeigt. Ferner ist es möglich, die zuvor erwähnte Ausführungsform auf die in 3 gezeigte Weise mit einem N-Kanal MOS-Transistor oder auf die in 17 gezeigte Weise mit einem P-Kanal MOS-Transistor zu verwirklichen.
Während die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die vorherigen bevorzugten Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, ist es für den Fachmann offensichtlich, dass Veränderungen in der Form und an Details vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, wie er in den beiliegenden Ansprüchen definiert ist.

Claims

Ein Halbleiterbeschleunigungssensor mit: einem Halbleitersubstrat (1); einer Balkenstruktur (64) mit einem beweglichen Abschnitt (2, 7, 8, 10, 11), der mit einem vorbestimmten Abstand über dem Halbleitersubstrat angeordnet ist; einer in dem Halbleitersubstrat ausgebildeten Peripherschaltung (20), die mit der Balkenstruktur elektrisch verbunden ist, wobei eine aufgebrachte Beschleunigung durch eine Versetzung eines beweglichen Abschnitts erfaßt wird; und einem Verbindungsbauteil (27, 2b, 29) zum elektrischen Verbinden der Balkenstruktur und der Peripherschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsbauteil mindestens einen elektrisch leitenden Dünnfilm (27, 2b) enthält, der aus oberhalb dem Halbleitersubstrat ausgebildeten Polysilizium hergestellt ist.
Ein Halbleiterbeschleunigungssensor nach Anspruch 1, wobei das Verbindungsbauteil (27, 2b, 29) einen Verdrahtungsfilm (29) aufweist, mit dem der elektrisch leitende Dünnfilm (27, 2b) verbunden ist, und der Verdrahtungsfilm von der Peripherschaltung erweitert wird.
Ein Halbleiterbeschleunigungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei der elektrisch leitende Dünnfilm (2b) einen Verbindungsabschnitt (2b) der Balkenstruktur (64) ausbildet, die im Vergleich mit dem anderen Abschnitt der Balkenstruktur (64) eine dünne Dicke aufweist.
Ein Halbleiterbeschleunigungssensor nach Anspruch 3, wobei der Verdrahtungsfilm (29) auf dem Verbindungsabschnitt angeordnet ist.
Ein Halbleiterbeschleunigungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Balkenstruktur (64) oben auf dem elektrisch leitenden Dünnfilm (27) elektrisch verbunden ist.
Ein Halbleiterbeschleunigungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der elektrisch leitende Dünnfilm (27, 2b) aus dem selben Material wie eine Gateelektrode eines MOS-Transistors ist, der in der Peripherschaltung ausgebildet ist.
Ein Halbleiterbeschleunigungssensor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Verbindungsabschnitt der Balkenstruktur auf einem Isolationsfilm angeordnet ist.
Ein Halbleiterbeschleunigungssensor nach Anspruch 7, wobei der Verdrahtungsfilm (29) oben auf dem Verbindungsabschnitt der Balkenstruktur angeordnet ist.
Ein Halbleiterbeschleunigungssensor nach einem der Ansprüche 2, 4 und 8, wobei der Verdrahtungsfilm (29) aus einer in der Peripherschaltung angeordneten aluminiumbasierten Metallverdrahtung ist.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbeschleunigungssensors nach Anspruch 1, mit den Schritten: Ausbilden eines Isolationsfilms (30) auf einem Halbleitersubstrat (1) und Ausbilden eines Balkenstrukturausbildungsfilms (37) auf dem Isolationsfilm; Dünnermachen des Balkenstrukturausbildungsfilms bis auf eine vorbestimmte Filmdicke mit Ausnahme eines Be reich; in dem ein beweglicher Abschnitt einer Balkenstruktur angesiedelt ist; Entfernen des Balkenstrukturausbildungsfilms bis auf einen Bereich für die Balkenstruktur, wobei ein Verbindungsabschnitt (2b) der Balkenstruktur verglichen mit dem beweglichen Abschnitt in der Dicke dünn wird; Ausbilden eines Verdrahtungsfilms (29), der den Verbindungsabschnitt der Balkenstruktur mit einer in dem Halbleitersubstrat ausgebildeten Peripherschaltung verbindet; und Entfernen des unter dem beweglichen Abschnitt der Balkenstruktur angeordneten Isolationsfilms, wobei der bewegliche Abschnitt der Balkenstruktur mit Bezug auf das Halbleitersubstrat versetzbar wird.