JP2002202318A - Semiconductor dynamic quantity sensor and method for manufacturing the same - Google Patents

Semiconductor dynamic quantity sensor and method for manufacturing the same

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JP2002202318A
JP2002202318A JP2000399053A JP2000399053A JP2002202318A JP 2002202318 A JP2002202318 A JP 2002202318A JP 2000399053 A JP2000399053 A JP 2000399053A JP 2000399053 A JP2000399053 A JP 2000399053A JP 2002202318 A JP2002202318 A JP 2002202318A
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Japan
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thin film
quantity sensor
semiconductor
cavity
electrode
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JP2000399053A
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Japanese (ja)
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Yukihiro Takeuchi
竹内  幸裕
Kazuhiko Kano
加納  一彦
Hiroyuki Wado
弘幸 和戸
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Original Assignee
Denso Corp
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    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P2015/0805Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
    • G01P2015/0808Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate
    • G01P2015/0811Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate for one single degree of freedom of movement of the mass
    • G01P2015/0814Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate for one single degree of freedom of movement of the mass for translational movement of the mass, e.g. shuttle type

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the sensitivity irregularity caused by the irregularity of electrostatic capacity between a movable electrode and a fixed electrode even if the control of the film thickness of a structure is insufficient. SOLUTION: A support part (base plate part 3 + square frame part 5), a beam structure 6 and fixed electrodes 16b and 22b are demarcated by the cavity 2 formed to a silicon substrate 1 to extend in a lateral direction and the grooves 4a and 4b formed to the silicon substrate 1 to extend in a longitudinal direction. The fixed electrodes 16b and 22b are opposed to the movable electrode of the beam structure. Dielectric membranes 40 and 41 also function as protective films at the time of etching of the substrate for forming the cavity 2 to the side walls of the movable electrode and the fixed electrodes 16b and 22b. The membranes 40 and 41 contain at least either one of silicon nitride, aluminum oxide, calcium fluoride, zirconium oxide, tantalum oxide and cerium oxide as a dielectric material.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、可動電極を有す
る梁構造体を具備し、例えば、加速度やヨーレートや振
動等の力学量を検出する半導体力学量センサに関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor dynamic quantity sensor having a beam structure having a movable electrode and detecting a dynamic quantity such as acceleration, yaw rate, vibration, and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種のセンサ構造体として、特
開2000−286430公報に開示されたものがあ
る。このセンサを、図11の平面図および図12の縦断
面図を用いて説明する。シリコン基板100に形成した
横方向に延びる空洞101の下にベースプレート部10
2が区画され、この空洞101および縦方向に延びる溝
103により四角枠部104と、可動電極105を有す
る梁構造体106と、固定電極107が区画されてい
る。固定電極107は梁構造体106の可動電極105
と対向している。さらに、可動電極105と四角枠部1
04との間および固定電極107と四角枠部104との
間に溝108が形成され、この溝108の内部に電気的
絶縁材料109が埋め込まれている。そして、可動電極
105と固定電極107とでコンデンサが形成され、こ
のコンデンサの静電容量の変化に基づいて加速度を検出
することができる。
2. Description of the Related Art Conventionally, as this type of sensor structure, there is one disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-286430. This sensor will be described with reference to a plan view of FIG. 11 and a longitudinal sectional view of FIG. A base plate portion 10 is provided below a laterally extending cavity 101 formed in a silicon substrate 100.
2, a rectangular frame 104, a beam structure 106 having a movable electrode 105, and a fixed electrode 107 are defined by the cavity 101 and the groove 103 extending in the vertical direction. The fixed electrode 107 is a movable electrode 105 of the beam structure 106.
And is facing. Further, the movable electrode 105 and the square frame 1
A groove 108 is formed between the fixed electrode 107 and the fixed frame 107 and the square frame 104, and an electrically insulating material 109 is embedded in the groove 108. Then, a capacitor is formed by the movable electrode 105 and the fixed electrode 107, and the acceleration can be detected based on a change in the capacitance of the capacitor.

【0003】製造の際には、図13に示すように、シリ
コン基板100の上面に溝108を形成するとともに絶
縁材料109で埋め込み、さらに、シリコン基板100
の上面から異方性エッチングを行い、四角枠部と梁構造
体と固定電極を区画形成するための縦方向に延びる溝1
03を形成し、溝103の底面を除く側壁に保護膜11
0を形成する。そして、図14に示すように、溝103
の底面からシリコン基板100に対し等方性エッチング
を行い、横方向に延びる空洞101を形成する。その結
果、空洞101の下に位置するベースプレート部102
と、四角枠部104と、梁構造体106と、固定電極1
07とが区画形成される。
At the time of manufacturing, as shown in FIG. 13, a groove 108 is formed on the upper surface of a silicon substrate 100 and is buried with an insulating material 109.
Trench 1 extending in the vertical direction for partitioning the rectangular frame portion, the beam structure, and the fixed electrode by performing anisotropic etching from the upper surface of
03 is formed, and the protective film 11 is
0 is formed. Then, as shown in FIG.
Isotropic etching is performed on the silicon substrate 100 from the bottom surface of the silicon substrate 100 to form a cavity 101 extending in the lateral direction. As a result, the base plate portion 102 located below the cavity 101
, Square frame 104, beam structure 106, fixed electrode 1
07 are formed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た半導体加速度センサの図14における等方性エッチン
グでは、梁構造体106および固定電極107の厚さ
は、エッチング時間でしか制御することができず、エッ
チングの面内バラツキを考えると、構造体の厚さバラツ
キが非常に大きくなり、ウエハ面内のセンサチップにお
いて可動・固定電極間の静電容量等に大きな差(分布)
が発生する可能性がある。さらに、再現性よくセンサが
製造できない可能性も有する。
However, in the above-described isotropic etching of the semiconductor acceleration sensor in FIG. 14, the thickness of the beam structure 106 and the fixed electrode 107 can be controlled only by the etching time. Considering the in-plane variation of the etching, the thickness variation of the structure becomes extremely large, and the sensor chip in the wafer surface has a large difference (distribution) in the capacitance between movable and fixed electrodes.
May occur. Further, there is a possibility that a sensor cannot be manufactured with high reproducibility.

【0005】本発明は上記問題に鑑みたもので、構造体
膜厚制御が不十分であっても可動電極と固定電極間の静
電容量がバラツクことに起因するセンサの感度バラツキ
を低減することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to reduce a variation in sensitivity of a sensor caused by a variation in capacitance between a movable electrode and a fixed electrode even when the structure thickness control is insufficient. With the goal.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載の半導体
力学量センサは、可動電極と固定電極の側壁に、空洞を
形成するための基板エッチングの際の保護膜としても機
能する誘電体薄膜を形成し、かつ、当該薄膜は誘電体材
料として、少なくとも窒化シリコン、酸化アルミニウ
ム、フッ化カルシウム、酸化ジルコニウム、酸化タンタ
ル、酸化セリウムのいずれかを含むことを特徴としてい
る。これにより、半導体基板の等方性エッチングを原因
とした構造体(可動電極、固定電極)の厚さにバラツキ
が生じても、対向する部分に残された誘電体薄膜により
静電容量のバラツキが低減される。より詳しく述べる
と、構造体(電極)の厚さが所望の値から減るとその
分、静電容量が減じるが、誘電体薄膜が残っていると構
造体(電極)の底面部分からの回り込みによる静電容量
が増加し、対向部分で減じた静電容量を補充することが
できる。このようにして、構造体膜厚制御が不十分であ
っても可動電極と固定電極間の静電容量がバラツクこと
を抑制し、センサの感度バラツキを低減することができ
ることとなる。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor dynamic quantity sensor, wherein a dielectric thin film also functions as a protective film at the time of etching a substrate for forming a cavity on a side wall of a movable electrode and a fixed electrode. And the thin film contains at least one of silicon nitride, aluminum oxide, calcium fluoride, zirconium oxide, tantalum oxide, and cerium oxide as a dielectric material. As a result, even if the thickness of the structure (movable electrode, fixed electrode) varies due to isotropic etching of the semiconductor substrate, the variation in capacitance is caused by the dielectric thin film left in the opposing portion. Reduced. More specifically, as the thickness of the structure (electrode) decreases from a desired value, the capacitance decreases accordingly. However, if the dielectric thin film remains, the dielectric film is wrapped around from the bottom portion of the structure (electrode). The capacitance increases, and the reduced capacitance at the opposing portion can be replenished. In this way, even if the control of the thickness of the structure is insufficient, the variation in the capacitance between the movable electrode and the fixed electrode can be suppressed, and the variation in the sensitivity of the sensor can be reduced.

【0007】特に、誘電体薄膜の誘電体材料として窒化
シリコンを用いれば、半導体製造工程で通常用いられる
材料を使用することで、新たな設備投資が必要でなく安
価なセンサを形成することができる。
In particular, if silicon nitride is used as the dielectric material of the dielectric thin film, an inexpensive sensor can be formed without using new capital investment by using a material usually used in a semiconductor manufacturing process. .

【0008】請求項2に記載の半導体力学量センサによ
れば、誘電体薄膜の応力によって生じる構造体の変形を
低減することができる。請求項3に記載の半導体力学量
センサによれば、誘電体薄膜が対向する電極に接触して
可動範囲を制限してセンサとしての機能を阻害すること
を防止できる。
According to the semiconductor dynamic quantity sensor according to the second aspect, the deformation of the structure caused by the stress of the dielectric thin film can be reduced. According to the semiconductor dynamic quantity sensor according to the third aspect, it is possible to prevent the dielectric thin film from being in contact with the facing electrode and restricting the movable range, thereby inhibiting the function as the sensor.

【0009】請求項4に記載の半導体力学量センサによ
れば、一般に圧縮応力を有する膜としてシリコン酸化
膜、引張応力を有する膜としてシリコン窒化膜が知られ
ており、半導体製造工程で通常用いられる材料を混合し
て形成することで、新たな設備投資が必要でなく安価な
センサを形成することができる。
According to the semiconductor dynamic quantity sensor of the fourth aspect, a silicon oxide film is generally known as a film having a compressive stress, and a silicon nitride film is known as a film having a tensile stress, and is generally used in a semiconductor manufacturing process. By forming a mixture of materials, an inexpensive sensor can be formed without requiring new capital investment.

【0010】請求項5に記載の半導体力学量センサによ
れば、誘電体薄膜の応力によって生じる構造体の変形を
圧縮と引張をバランスさせることで低減することができ
る。請求項6に記載の半導体力学量センサによれば、一
般に圧縮応力を有する膜としてシリコン酸化膜、引張応
力を有する膜としてシリコン窒化膜が知られており、半
導体製造工程で通常用いられる材料を使用することで、
新たな設備投資が必要でなく安価なセンサを形成するこ
とができる。
[0010] According to the semiconductor dynamic quantity sensor according to the fifth aspect, the deformation of the structure caused by the stress of the dielectric thin film can be reduced by balancing the compression and the tension. According to the semiconductor physical quantity sensor according to the sixth aspect, a silicon oxide film is generally known as a film having a compressive stress, and a silicon nitride film is known as a film having a tensile stress, and a material usually used in a semiconductor manufacturing process is used. by doing,
Inexpensive sensors can be formed without requiring new capital investment.

【0011】請求項7に記載の半導体力学量センサによ
れば、誘電体薄膜と構造体との熱膨張係数の違いにより
生じる変形を減じて、温度特性に優れたセンサを提供で
きる。
According to the semiconductor physical quantity sensor according to the present invention, it is possible to provide a sensor excellent in temperature characteristics by reducing deformation caused by a difference in thermal expansion coefficient between the dielectric thin film and the structure.

【0012】請求項8に記載の半導体力学量センサによ
れば、誘電体薄膜の膜厚が100nm以上になってお
り、誘電体薄膜の一部での構造体(可動電極、固定電
極)が消失した部分において、ピーリング、製造工程内
でのパーティクル化、使用時での破損等を防ぐことがで
きる。
According to the semiconductor physical quantity sensor of the present invention, the thickness of the dielectric thin film is 100 nm or more, and the structure (movable electrode, fixed electrode) in a part of the dielectric thin film disappears. In such a portion, it is possible to prevent peeling, particle formation in the manufacturing process, breakage during use, and the like.

【0013】請求項9に記載の半導体力学量センサによ
れば、半導体製造工程で最も一般に使用される基板を用
いることで、新たな設備投資が必要でなく安価なセンサ
を形成することができる。
According to the semiconductor dynamic quantity sensor according to the ninth aspect, by using a substrate most commonly used in a semiconductor manufacturing process, an inexpensive sensor can be formed without requiring new capital investment.

【0014】請求項10に記載の半導体力学量センサの
製造方法によれば、請求項1〜9に記載の半導体力学量
センサを製造でき、さらに、誘電体薄膜を原子層毎の成
膜で形成することにより均一な膜厚で成膜することがで
きる。
According to the method for manufacturing a semiconductor dynamic quantity sensor according to the tenth aspect, the semiconductor dynamic quantity sensor according to the first to ninth aspects can be manufactured, and further, the dielectric thin film is formed by film formation for each atomic layer. By doing so, a film can be formed with a uniform film thickness.

【0015】請求項11に記載の半導体力学量センサの
製造方法によれば、原子層毎に成膜する際に原子層エピ
タキシー(Atomic Layer Epitaxy)法を使用するこ
とで、誘電体薄膜の厚さを制御性良く、また溝に成膜す
るときに問題となる浅い部分と深い部分での成膜レート
の違いを解消した半導体力学量センサの製造方法を提供
できる。
According to the method of manufacturing a semiconductor dynamic quantity sensor according to the eleventh aspect, the thickness of the dielectric thin film is reduced by using an atomic layer epitaxy method when forming a film for each atomic layer. With good controllability, a method of manufacturing a semiconductor dynamic quantity sensor can be provided in which a difference in a film formation rate between a shallow portion and a deep portion, which is a problem when forming a film in a groove, is eliminated.

【0016】請求項12に記載の半導体力学量センサ
は、可動電極と固定電極の側壁に、空洞を形成するため
の基板エッチングの際の保護膜としても機能する導電性
薄膜を形成したことを特徴としている。これにより、構
造体(可動電極、固定電極)の厚さにバラツキが生じて
も、対向する部分に残された導電性薄膜により静電容量
のバラツキが低減される。より詳しく述べると、構造体
(電極)の厚さが所望の値から減るとその分、静電容量
が減じるわけであるが、導電性薄膜が残っているとそれ
自身が対向電極として機能し静電容量を形成するからで
ある。このようにして、構造体膜厚制御が不十分であっ
ても可動電極と固定電極間の静電容量がバラツクことを
抑制し、センサの感度バラツキを低減することができる
こととなる。
According to a twelfth aspect of the present invention, in the semiconductor physical quantity sensor, a conductive thin film which also functions as a protective film at the time of etching a substrate for forming a cavity is formed on the side walls of the movable electrode and the fixed electrode. And Thus, even if the thickness of the structure (the movable electrode or the fixed electrode) varies, the variation of the capacitance is reduced by the conductive thin film left on the opposing portion. More specifically, when the thickness of the structure (electrode) decreases from a desired value, the capacitance decreases accordingly. However, when the conductive thin film remains, the structure itself functions as a counter electrode and becomes static. This is because capacitance is formed. In this way, even if the control of the thickness of the structure is insufficient, the variation in the capacitance between the movable electrode and the fixed electrode can be suppressed, and the variation in the sensitivity of the sensor can be reduced.

【0017】請求項13,14,15,17に記載の半
導体力学量センサによれば、例えばアルミニウムなどの
金属を用いれば、半導体基板を等方性エッチングすると
きに充分な選択比を得ることができ、製造工程で導電性
薄膜が消失することが無くなる。
According to the semiconductor dynamic quantity sensor according to the present invention, if a metal such as aluminum is used, a sufficient selectivity can be obtained when the semiconductor substrate is isotropically etched. The conductive thin film does not disappear in the manufacturing process.

【0018】請求項16に記載の半導体力学量センサに
よれば、導電性薄膜が対向する電極に接触して可動範囲
を制限したり電気的に短絡することを防ぐことができ
る。請求項18に記載の半導体力学量センサによれば、
導電性薄膜の応力によって生じる構造体の変形を低減す
ることができる。
According to the semiconductor dynamic quantity sensor according to the present invention, it is possible to prevent the conductive thin film from contacting the opposing electrode to restrict the movable range or to electrically short-circuit. According to the semiconductor dynamic quantity sensor according to claim 18,
The deformation of the structure caused by the stress of the conductive thin film can be reduced.

【0019】請求項19に記載の半導体力学量センサに
よれば、導電性薄膜の応力によって生じる構造体の変形
を圧縮と引張をバランスさせることで低減することがで
きる。
According to the semiconductor physical quantity sensor of the nineteenth aspect, the deformation of the structure caused by the stress of the conductive thin film can be reduced by balancing the compression and the tension.

【0020】請求項20に記載の半導体力学量センサに
よれば、導電性薄膜と構造体との熱膨張係数の違いによ
り生じる変形を減じて、温度特性に優れたセンサを提供
できる。
According to the semiconductor dynamic quantity sensor of the present invention, it is possible to provide a sensor having excellent temperature characteristics by reducing deformation caused by a difference in thermal expansion coefficient between the conductive thin film and the structure.

【0021】請求項21に記載の半導体力学量センサに
よれば、導電性薄膜の膜厚が100nm以上になってお
り、導電性薄膜の一部での構造体(可動電極、固定電
極)が消失した部分において、ピーリング、製造工程内
でのパーティクル化、使用時での破損等を防ぐことがで
きる。
According to the semiconductor dynamic quantity sensor according to the twenty-first aspect, the conductive thin film has a thickness of 100 nm or more, and the structure (movable electrode, fixed electrode) in a part of the conductive thin film disappears. In such a portion, it is possible to prevent peeling, particle formation in the manufacturing process, breakage during use, and the like.

【0022】請求項22に記載のように、半導体製造工
程で最も一般に使用される基板を用いることで、新たな
設備投資が必要でなく安価なセンサを形成することがで
きる。
By using a substrate most commonly used in a semiconductor manufacturing process, an inexpensive sensor can be formed without requiring new capital investment.

【0023】請求項23に記載のように、構造体と導電
性薄膜をオーミックコンタクトとすれば、構造体も電気
信号の経路となり抵抗が下がるため、より高応答な計測
が可能となる。
As described in the twenty-third aspect, if the structure and the conductive thin film are in ohmic contact, the structure also becomes a path for an electric signal and the resistance is reduced, so that a measurement with higher response can be performed.

【0024】請求項24に記載の半導体力学量センサの
製造方法によれば、請求項12〜23のいずれかに記載
の半導体力学量センサを製造でき、さらに、導電性薄膜
を原子層毎の成膜で形成することにより導電性薄膜を均
一に形成できる。
According to the method of manufacturing a semiconductor dynamic quantity sensor according to claim 24, the semiconductor dynamic quantity sensor according to any one of claims 12 to 23 can be manufactured, and the conductive thin film can be formed for each atomic layer. By forming the film, a conductive thin film can be formed uniformly.

【0025】請求項25に記載の半導体力学量センサの
製造方法によれば、原子層毎に成膜する際に原子層エピ
タキシー(Atomic Layer Epitaxy)法を使用するこ
とで、導電性薄膜の厚さを制御性良く、また溝に成膜す
るときに問題となる浅い部分と深い部分での成膜レート
の違いを解消し膜厚の均一性に優れた半導体力学量セン
サの製造方法を提供できる。
According to the method for manufacturing a semiconductor dynamic quantity sensor according to the twenty-fifth aspect, the thickness of the conductive thin film can be reduced by using an atomic layer epitaxy method when forming a film for each atomic layer. The method of manufacturing a semiconductor dynamic quantity sensor excellent in uniformity of film thickness by eliminating the difference in film formation rate between a shallow portion and a deep portion, which is problematic when forming a film in a groove, can be provided.

【0026】請求項26に記載の半導体力学量センサの
製造方法によれば、導電性薄膜と可動電極・固定電極の
オーミックコンタクトをとることができ、全体の抵抗を
減ずることができ、高い周波数を用いた測定方法にも対
応できるようになる。
According to the method of manufacturing a semiconductor dynamic quantity sensor according to the twenty-sixth aspect, an ohmic contact between the conductive thin film and the movable electrode / fixed electrode can be obtained, the overall resistance can be reduced, and a high frequency can be obtained. It will be possible to respond to the measurement method used.

【0027】請求項27に記載の半導体力学量センサ
は、半導体基板の上に、支持部の電位を制御もしくは一
定に維持するための電極を設けたことを特徴としてい
る。よって、支持部を所望の電位に固定でき、支持部の
電位が原因となるノイズ等を低減することができ、より
精度の高いセンシングが可能となる。このようにして、
構造体膜厚制御が不十分であっても可動電極と固定電極
間の静電容量がバラツクことに起因するセンサの感度バ
ラツキを低減することができることとなる。
According to a twenty-seventh aspect of the present invention, there is provided a semiconductor dynamic quantity sensor, wherein an electrode for controlling or maintaining a constant electric potential of a supporting portion is provided on a semiconductor substrate. Therefore, the support portion can be fixed at a desired potential, noise and the like caused by the potential of the support portion can be reduced, and more accurate sensing can be performed. In this way,
Even if the structure thickness control is insufficient, it is possible to reduce the variation in the sensitivity of the sensor due to the variation in the capacitance between the movable electrode and the fixed electrode.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】(第1の実施の形態)以下、この
発明を具体化した第1の実施の形態を図面に従って説明
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0029】図1,2には、本実施形態における加速度
センサを示す。図1は、加速度センサの平面図であり、
図2は、加速度センサの斜視図である。また、図3には
図1のA−A線での断面を、図4には図1のB−B線で
の断面を示す。
FIGS. 1 and 2 show an acceleration sensor according to this embodiment. FIG. 1 is a plan view of the acceleration sensor,
FIG. 2 is a perspective view of the acceleration sensor. FIG. 3 shows a cross section taken along line AA in FIG. 1, and FIG. 4 shows a cross section taken along line BB in FIG.

【0030】図5は加速度センサの配線を取り除いた状
態での斜視図を示している。つまり、図2は、本センサ
の配線を含む斜視図であり、これに対し、図5では配線
を除いたものとなっている。
FIG. 5 is a perspective view in a state where the wiring of the acceleration sensor is removed. In other words, FIG. 2 is a perspective view including the wiring of the present sensor, whereas FIG.

【0031】図3において、単層の半導体基板としての
シリコン基板1の内部には空洞2が形成されており、こ
の空洞2は所定の厚さtを有し、かつ、横方向(水平方
向)に延びている。基板1における空洞2の下の部位が
ベースプレート部3となっている。つまり、空洞2によ
りベースプレート部3が区画され、空洞2の下にベース
プレート部3が位置している。また、基板1における空
洞2の上の部位において、図1,3に示すように、溝4
a,4b,4c,4dが形成され、この溝4a〜4dは
縦方向に延び、かつ、空洞2に達している。この空洞2
および溝4a〜4dにより、図5に示すように、四角枠
部5および梁構造体6が区画形成されている。四角枠部
5は、空洞2および溝4a,4bの横に位置し、ベース
プレート部3の上面に立設されている。この四角枠部5
は基板1の側壁にて構成されている。また、梁構造体6
は、空洞2の上に位置し、四角枠部5から延びている。
このとき、梁構造体6はベースプレート部3の上面から
所定の間隔tをおいて配置されている。さらに、空洞2
および溝4a,4bにより、固定電極16a〜16d,
17a〜17d,22a〜22d,23a〜23dが区
画され、これら固定電極は空洞2の上に位置し、四角枠
部5から延びている。
In FIG. 3, a cavity 2 is formed inside a silicon substrate 1 as a single-layer semiconductor substrate, the cavity 2 has a predetermined thickness t, and has a lateral direction (horizontal direction). Extends to. A portion of the substrate 1 below the cavity 2 is a base plate portion 3. That is, the base plate 3 is defined by the cavity 2, and the base plate 3 is located below the cavity 2. Also, at a portion of the substrate 1 above the cavity 2, as shown in FIGS.
a, 4b, 4c, 4d are formed, and the grooves 4a to 4d extend in the vertical direction and reach the cavity 2. This cavity 2
As shown in FIG. 5, the rectangular frame portion 5 and the beam structure 6 are defined by the grooves 4a to 4d. The rectangular frame portion 5 is located beside the cavity 2 and the grooves 4a and 4b, and stands upright on the upper surface of the base plate portion 3. This square frame part 5
Are constituted by the side walls of the substrate 1. In addition, beam structure 6
Is located above the cavity 2 and extends from the square frame 5.
At this time, the beam structure 6 is disposed at a predetermined interval t from the upper surface of the base plate 3. Furthermore, cavity 2
The fixed electrodes 16a to 16d,
17a to 17d, 22a to 22d, and 23a to 23d are defined, and these fixed electrodes are located above the cavity 2 and extend from the rectangular frame 5.

【0032】本実施形態においては、ベースプレート部
3と四角枠部5により、梁構造体と固定電極を支持する
ための支持部を構成している。図5において、梁構造体
6は、アンカー部7,8と、梁部9,10と、質量部1
1と、可動電極12a,12b,12c,12d,13
a,13b,13c,13dを備えている。四角枠部5
における対向する内壁面においてアンカー部7,8が突
設され、アンカー部7,8には梁部9,10を介して質
量部11が連結支持されている。つまり、質量部11
は、四角枠部5の内方においてアンカー部7,8により
架設され、かつ、ベースプレート部3の上面において所
定間隔tを隔てた位置に配置されている。
In this embodiment, the base plate 3 and the rectangular frame 5 constitute a support for supporting the beam structure and the fixed electrodes. In FIG. 5, the beam structure 6 includes anchor portions 7 and 8, beam portions 9 and 10, and a mass portion 1.
1 and movable electrodes 12a, 12b, 12c, 12d, 13
a, 13b, 13c, and 13d. Square frame part 5
The anchor portions 7 and 8 project from the opposing inner wall surfaces of the above, and a mass portion 11 is connected and supported to the anchor portions 7 and 8 via beams 9 and 10. That is, the mass part 11
Is installed by the anchor portions 7 and 8 inside the square frame portion 5 and is disposed at a position on the upper surface of the base plate portion 3 at a predetermined interval t.

【0033】アンカー部7,8と梁部9,10との間に
は絶縁溝14a,14bが形成され、その内部には酸化
膜等の電気的絶縁材料15a,15bが配置され、この
絶縁材料15a,15bにて電気的に絶縁されている。
Insulating grooves 14a and 14b are formed between the anchor portions 7 and 8 and the beam portions 9 and 10, and electrically insulating materials 15a and 15b such as oxide films are disposed therein. It is electrically insulated at 15a and 15b.

【0034】質量部11における一方の側面からは4つ
の可動電極12a〜12dが突出している。また、質量
部11における他方の側面からは4つの可動電極13a
〜13dが突出している。可動電極12a〜12d,1
3a〜13dは、等間隔で平行に延びる櫛歯状の形状に
なっている。このように、梁構造体6は、力学量である
加速度により変位する可動電極12a〜12d,13a
〜13dを有する。
Four movable electrodes 12a to 12d protrude from one side surface of the mass portion 11. Also, four movable electrodes 13a are provided from the other side surface of the mass portion 11.
To 13d protrude. Movable electrodes 12a to 12d, 1
3a to 13d have a comb shape extending in parallel at equal intervals. As described above, the beam structure 6 includes the movable electrodes 12a to 12d and 13a which are displaced by acceleration which is a mechanical quantity.
~ 13d.

【0035】図5において、四角枠部5の内壁面におけ
る可動電極12a〜12dと対向する面には、第1の固
定電極16a,16b,16c,16dおよび第2の固
定電極17a,17b,17c,17dが固定されてい
る。第1の固定電極16a〜16dはベースプレート部
3の上面に所定間隔tを隔てた位置に配置され、可動電
極12a〜12dの一方の側面と対向している。同様
に、第2の固定電極17a〜17dはベースプレート部
3の上面に所定間隔tを隔てた位置に配置され、可動電
極12a〜12dの他方の側面と対向している。ここ
で、第1の固定電極16a〜16dと四角枠部5との間
には絶縁溝18a〜18d(図3参照)が形成され、そ
の内部には酸化膜等の電気的絶縁材料19a〜19d
(図3参照)が配置され、この絶縁材料19a〜19d
にて電気的に絶縁されている。同様に、第2の固定電極
17a〜17dと四角枠部5との間には絶縁溝20a〜
20d(図4参照)が形成され、その内部には酸化膜等
の電気的絶縁材料21a〜21d(図4参照)が配置さ
れ、この絶縁材料21a〜21dにて電気的に絶縁され
ている。
In FIG. 5, the first fixed electrodes 16a, 16b, 16c, 16d and the second fixed electrodes 17a, 17b, 17c are provided on the inner wall surface of the rectangular frame portion 5 facing the movable electrodes 12a to 12d. , 17d are fixed. The first fixed electrodes 16a to 16d are arranged on the upper surface of the base plate portion 3 at a predetermined interval t, and face one side surface of the movable electrodes 12a to 12d. Similarly, the second fixed electrodes 17a to 17d are arranged on the upper surface of the base plate portion 3 at a predetermined interval t, and face the other side surfaces of the movable electrodes 12a to 12d. Here, insulating grooves 18a to 18d (see FIG. 3) are formed between the first fixed electrodes 16a to 16d and the square frame portion 5, and inside the insulating grooves 18a to 18d are electrically insulating materials 19a to 19d such as oxide films.
(See FIG. 3), and the insulating materials 19a to 19d
Is electrically insulated. Similarly, between the second fixed electrodes 17a to 17d and the square frame portion 5, insulating grooves 20a to 20d are provided.
20d (see FIG. 4) is formed, and electrically insulating materials 21a to 21d (see FIG. 4) such as an oxide film are disposed therein, and are electrically insulated by the insulating materials 21a to 21d.

【0036】同様に、図5において、四角枠部5の内壁
面における可動電極13a〜13dと対向する面には、
第1の固定電極22a,22b,22c,22dおよび
第2の固定電極23a,23b,23c,23dが固定
されている。第1の固定電極22a〜22dはベースプ
レート部3の上面に所定間隔tを隔てた位置に配置さ
れ、可動電極13a〜13dの一方の側面と対向してい
る。同様に、第2の固定電極23a〜23dはベースプ
レート部3の上面に所定間隔tを隔てた位置に配置さ
れ、可動電極13a〜13dの他方の側面と対向してい
る。ここで、第1の固定電極22a〜22dと四角枠部
5との間には絶縁溝24a〜24d(図3参照)が形成
され、その内部には酸化膜等の電気的絶縁材料25a〜
25d(図3参照)が配置され、この絶縁材料25a〜
25dにて電気的に絶縁されている。同様に、第2の固
定電極23a〜23dと四角枠部5との間には絶縁溝2
6a〜26d(図4参照)が形成され、その内部には酸
化膜等の電気的絶縁材料27a〜27d(図4参照)が
配置され、この絶縁材料27a〜27dにて電気的に絶
縁されている。
Similarly, in FIG. 5, on the surface of the inner wall surface of the square frame portion 5 facing the movable electrodes 13a to 13d,
The first fixed electrodes 22a, 22b, 22c, 22d and the second fixed electrodes 23a, 23b, 23c, 23d are fixed. The first fixed electrodes 22a to 22d are arranged on the upper surface of the base plate portion 3 at a predetermined interval t, and face one side surface of the movable electrodes 13a to 13d. Similarly, the second fixed electrodes 23a to 23d are arranged on the upper surface of the base plate section 3 at positions separated by a predetermined interval t, and face the other side surfaces of the movable electrodes 13a to 13d. Here, insulating grooves 24a to 24d (see FIG. 3) are formed between the first fixed electrodes 22a to 22d and the square frame portion 5, and inside the insulating grooves 24a to 24d are electrically insulating materials 25a to 25d such as oxide films.
25d (see FIG. 3), and the insulating materials 25a to 25d
It is electrically insulated at 25d. Similarly, an insulating groove 2 is provided between the second fixed electrodes 23 a to 23 d and the square frame 5.
6a to 26d (see FIG. 4) are formed, and electrical insulating materials 27a to 27d (see FIG. 4) such as an oxide film are disposed therein, and are electrically insulated by the insulating materials 27a to 27d. I have.

【0037】このように本実施形態においては、トレン
チ溝を酸化膜等で埋め込んだ絶縁材料15a,15b,
19a〜19d,21a〜21d,25a〜25d,2
7a〜27dを介して可動および固定電極が四角枠部5
に支持されるとともに、ベースプレート部3側から電気
的に絶縁されている。
As described above, in the present embodiment, the insulating materials 15a, 15b,
19a to 19d, 21a to 21d, 25a to 25d, 2
The movable and fixed electrodes are connected to the square frame 5 through 7a to 27d.
And is electrically insulated from the base plate portion 3 side.

【0038】図2に示すように、第1の固定電極16a
〜16dは配線28により外部に電位が取り出され、ま
た、第2の固定電極17a〜17dは配線29により外
部に電位が取り出されている。同様に、第1の固定電極
22a〜22dは配線30により外部に電位が取り出さ
れ、また、第2の固定電極23a〜23dは配線31に
より外部に電位が取り出されている。より詳しくは、図
3に示すように、第1の固定電極16a〜16d,22
a〜22dからは、酸化膜32,33上に形成されてい
る配線28,30によりコンタクト部34,35を通し
て四角枠部5と電気的に絶縁を保った状態で外部に電位
が取り出されている。また、図4に示すように、第2の
固定電極17a〜17d,23a〜23dからは、酸化
膜32,33上に形成されている配線29,31により
コンタクト部36,37を通して四角枠部5と電気的に
絶縁を保った状態で外部に電位が取り出されている。
As shown in FIG. 2, the first fixed electrode 16a
In 16 to 16d, the potential is taken out to the outside by the wiring 28, and in the second fixed electrodes 17a to 17d, the potential is taken out to the outside by the wiring 29. Similarly, the potential of the first fixed electrodes 22a to 22d is extracted to the outside by the wiring 30, and the potential of the second fixed electrodes 23a to 23d is extracted to the outside by the wiring 31. More specifically, as shown in FIG. 3, the first fixed electrodes 16a to 16d, 22
From a to 22d, a potential is taken out to the outside while being electrically insulated from the rectangular frame portion 5 through the contact portions 34 and 35 by the wirings 28 and 30 formed on the oxide films 32 and 33. . Further, as shown in FIG. 4, the rectangular frame portion 5 is formed from the second fixed electrodes 17a to 17d and 23a to 23d through the contact portions 36 and 37 by the wirings 29 and 31 formed on the oxide films 32 and 33. The electric potential is extracted to the outside while keeping the electrical insulation.

【0039】また、図2に示すように、可動電極12a
〜12d,13a〜13dの電位は質量部11と梁部
9,10を通し、配線38,39により(詳しくは、梁
部9,10に設けられているコンタクト部を通じて)外
部に電位が取り出されている。
As shown in FIG. 2, the movable electrode 12a
12d and 13a to 13d pass through the mass portion 11 and the beam portions 9 and 10, and are extracted to the outside by wirings 38 and 39 (specifically, through contact portions provided in the beam portions 9 and 10). ing.

【0040】一方、シリコン基板1に形成された溝4a
〜4dの側壁には誘電体薄膜が形成されている。図3,
4では、質量部11、固定電極16b,17a,22
b,23aの側壁に、それぞれ誘電体薄膜が形成されて
いる状態を示す。つまり、図3,4に示すように、質量
部11の側壁には誘電体薄膜40が、固定電極16a〜
16d,17a〜17d,22a〜22d,23a〜2
3dの側壁には誘電体薄膜41,42がそれぞれ形成さ
れている。
On the other hand, the groove 4a formed in the silicon substrate 1
A dielectric thin film is formed on the side walls of 4d to 4d. Figure 3,
4, the mass 11 and the fixed electrodes 16b, 17a, 22
This shows a state in which a dielectric thin film is formed on each of the side walls b and 23a. That is, as shown in FIGS. 3 and 4, the dielectric thin film 40 is provided on the side wall of the
16d, 17a-17d, 22a-22d, 23a-2
Dielectric thin films 41 and 42 are formed on the 3d side wall, respectively.

【0041】誘電体薄膜40,41,42としてシリコ
ン窒化膜が用いられ、同膜は空気より誘電率が高い。薄
膜40,41,42の誘電体材料として、窒化シリコン
の他にもAl2 3 、CaF2 、ZrO2 、TaO5
CeO2 を用いてもよい。さらに、誘電体薄膜40,4
1,42は残留応力が少ない方が可動電極と固定電極の
変形を防ぐことができることから、引っ張り応力を有す
るシリコン窒化膜と圧縮応力を有するシリコン酸化膜と
を積層したものを用いてもよい。また、SiON膜とし
て、酸素と窒素の組成比を制御して応力を減じてもよ
い。さらに、可動電極・固定電極の熱膨張係数の近い誘
電体薄膜であれば、温度変化にて生じる応力の発生を抑
えることができ、電極が変形することがない。
A silicon nitride film is used as the dielectric thin films 40, 41, and 42, and has a higher dielectric constant than air. As a dielectric material of the thin films 40, 41, and 42, in addition to silicon nitride, Al 2 O 3 , CaF 2 , ZrO 2 , TaO 5 ,
CeO 2 may be used. Further, the dielectric thin films 40, 4
Since a smaller residual stress can prevent the movable electrode and the fixed electrode from being deformed, the layers 1 and 42 may be formed by laminating a silicon nitride film having a tensile stress and a silicon oxide film having a compressive stress. The stress may be reduced by controlling the composition ratio of oxygen and nitrogen as the SiON film. Furthermore, if the movable electrode and the fixed electrode are dielectric thin films having similar thermal expansion coefficients, the generation of stress caused by a temperature change can be suppressed, and the electrodes will not be deformed.

【0042】また、誘電体薄膜40,41,42に関し
て、電極側壁からベースプレート部3に向かう方向(下
側)へ突出する部分は、可動電極・固定電極が無くなる
ため、構造的強度が大幅に減ずる。このため、製造工程
中および使用時に破損してしまう可能性がある。さらに
は、誘電体薄膜そのものが持つ膜厚方向の応力分布によ
って、反り、ひどい場合にはピーリングが発生する可能
性がある。これらを解決するためには膜を厚くすること
が有効であり、できれば100nm以上が望ましい。
Further, with respect to the dielectric thin films 40, 41, and 42, the portions protruding from the electrode side walls toward the base plate portion 3 (downward) have no movable electrode or fixed electrode, so that the structural strength is greatly reduced. . For this reason, it may be damaged during the manufacturing process and during use. Furthermore, warping or peeling may occur in severe cases due to the stress distribution in the film thickness direction of the dielectric thin film itself. In order to solve these problems, it is effective to increase the thickness of the film, and preferably 100 nm or more.

【0043】一方、基板1の上面には(図3,4では、
四角枠部5、質量部11、固定電極16a〜16d,1
7a〜17d,22a〜22d,23a〜23dの上部
には)、上述したように酸化膜32,33が形成されて
いる。
On the other hand, on the upper surface of the substrate 1 (in FIGS. 3 and 4,
Square frame part 5, mass part 11, fixed electrodes 16a to 16d, 1
7a to 17d, 22a to 22d, and 23a to 23d), the oxide films 32 and 33 are formed as described above.

【0044】このように本実施形態の半導体加速度セン
サは、図3,4に示すように、ベースプレート部3が空
洞2により区画され、四角枠部5が空洞2および溝4
a,4bにより区画され、可動電極12a〜12d,1
3a〜13dを有する梁構造体6が空洞2および溝4a
〜4dにより区画され、固定電極16a〜16d,17
a〜17d,22a〜22d,23a〜23dが空洞2
および溝4a,4bにより区画されている。また、溝1
4a,14b,18a〜18d,20a〜20d,24
a〜24d,26a〜26dが、可動電極12a〜12
d,13a〜13dと四角枠部5との間および固定電極
16a〜16d,17a〜17d,22a〜22d,2
3a〜23dと四角枠部5との間に形成され、電気的絶
縁材料15a,15b,19a〜19d,21a〜21
d,25a〜25d,27a〜27dが埋め込まれてい
る。
As described above, in the semiconductor acceleration sensor according to the present embodiment, as shown in FIGS. 3 and 4, the base plate portion 3 is partitioned by the cavity 2, and the rectangular frame portion 5 is formed by the cavity 2 and the groove 4.
a, 4b, the movable electrodes 12a to 12d, 1
Beam structure 6 having 3a to 13d includes cavity 2 and groove 4a
4d, and fixed electrodes 16a to 16d, 17
a to 17d, 22a to 22d, and 23a to 23d are hollow 2
And the grooves 4a and 4b. Groove 1
4a, 14b, 18a to 18d, 20a to 20d, 24
a to 24d and 26a to 26d are movable electrodes 12a to 12d.
d, 13a to 13d and the rectangular frame 5 and fixed electrodes 16a to 16d, 17a to 17d, 22a to 22d, 2
3a to 23d and the rectangular frame portion 5, and electrically insulating materials 15a, 15b, 19a to 19d, 21a to 21
d, 25a to 25d and 27a to 27d are embedded.

【0045】よって、シリコン基板1に形成した空洞2
と溝4a〜4dによりベースプレート部3と四角枠部5
と梁構造体6と固定電極16a〜16d,17a〜17
d,22a〜22d,23a〜23dとが区画されると
ともに、可動電極12a〜12d,13a〜13dと四
角枠部5との間および固定電極16a〜16d,17a
〜17d,22a〜22d,23a〜23dと四角枠部
5との間に形成された溝14a,14b,18a〜18
d,20a〜20d,24a〜24d,26a〜26d
に埋め込まれた電気的絶縁材料15a,15b,19a
〜19d,21a〜21d,25a〜25d,27a〜
27dにより電極が電気的に分離されている。
Therefore, the cavity 2 formed in the silicon substrate 1
Base plate portion 3 and square frame portion 5 by means of grooves 4a to 4d.
And beam structure 6 and fixed electrodes 16a to 16d and 17a to 17
d, 22a to 22d, and 23a to 23d, and between the movable electrodes 12a to 12d, 13a to 13d and the rectangular frame 5, and to the fixed electrodes 16a to 16d, 17a.
Grooves 14a, 14b, 18a-18 formed between the rectangular frame portion 5 and the square frame portion 5-17d, 22a-22d, 23a-23d.
d, 20a to 20d, 24a to 24d, 26a to 26d
Electrically insulating materials 15a, 15b, 19a embedded in
~ 19d, 21a ~ 21d, 25a ~ 25d, 27a ~
The electrodes are electrically separated by 27d.

【0046】このように、1枚のシリコン基板に、可動
電極を有する梁構造体、および可動電極に対向配置され
た固定電極を作り込んだ半導体力学量センサにおいて、
単層の半導体基板、即ち、単結晶シリコン基板1を用い
ているためセンサの断面構造を簡単化することができ
る。
As described above, in a semiconductor dynamic quantity sensor in which a beam structure having a movable electrode and a fixed electrode opposed to the movable electrode are formed on one silicon substrate,
Since a single-layer semiconductor substrate, that is, a single-crystal silicon substrate 1 is used, the cross-sectional structure of the sensor can be simplified.

【0047】次に、このように構成した加速度センサの
動作について、図5を用いて説明する。可動電極12a
〜12dと第1の固定電極16a〜16dとの間には第
1のコンデンサが、また、可動電極12a〜12dと第
2の固定電極17a〜17dとの間には第2のコンデン
サが形成されている。同様に、可動電極13a〜13d
と第1の固定電極22a〜22dとの間に第1のコンデ
ンサが、また、可動電極13a〜13dと第2の固定電
極23a〜23dとの間に第2のコンデンサが形成され
ている。
Next, the operation of the acceleration sensor configured as described above will be described with reference to FIG. Movable electrode 12a
A first capacitor is formed between the movable electrodes 12a to 12d and the first fixed electrodes 16a to 16d, and a second capacitor is formed between the movable electrodes 12a to 12d and the second fixed electrodes 17a to 17d. ing. Similarly, the movable electrodes 13a to 13d
A first capacitor is formed between the first and second fixed electrodes 22a to 22d, and a second capacitor is formed between the movable electrodes 13a to 13d and the second fixed electrodes 23a to 23d.

【0048】ここで、可動電極12a〜12d(13a
〜13d)は、両側の固定電極16a〜16d(22a
〜22d)と17a〜17d(23a〜23d)の中心
に位置し、可動電極と固定電極間の静電容量C1,C2
は等しい。また、可動電極12a〜12d(13a〜1
3d)と固定電極16a〜16d(22a〜22d)間
には電圧V1が、可動電極12a〜12d(13a〜1
3d)と固定電極17a〜17d(23a〜23d)間
には電圧V2が印加されている。
Here, the movable electrodes 12a to 12d (13a
To 13d) are fixed electrodes 16a to 16d (22a) on both sides.
22d) and 17a to 17d (23a to 23d), the capacitances C1 and C2 between the movable electrode and the fixed electrode.
Are equal. The movable electrodes 12a to 12d (13a to 1
3d) and the fixed electrodes 16a to 16d (22a to 22d), the voltage V1 is applied to the movable electrodes 12a to 12d (13a to 1d).
Voltage V2 is applied between 3d) and fixed electrodes 17a to 17d (23a to 23d).

【0049】加速度が生じていないときには、V1=V
2であり、可動電極12a〜12d(13a〜13d)
は、固定電極16a〜16d(22a〜22d)と17
a〜17d(23a〜23d)から等しい静電気力で引
かれている。
When no acceleration occurs, V1 = V
2 and the movable electrodes 12a to 12d (13a to 13d)
Are fixed electrodes 16a to 16d (22a to 22d) and 17
a to 17d (23a to 23d) with the same electrostatic force.

【0050】そして、加速度が基板1の表面に平行な方
向に作用し、可動電極12a〜12d(13a〜13
d)が変位すると、可動電極と固定電極との間の距離が
変わり静電容量C1,C2が等しくなくなる。
Then, the acceleration acts in a direction parallel to the surface of the substrate 1, and the movable electrodes 12a to 12d (13a to 13d)
When d) is displaced, the distance between the movable electrode and the fixed electrode changes, and the capacitances C1 and C2 become unequal.

【0051】このとき、例えば可動電極12a〜12d
(13a〜13d)が固定電極16a〜16d(22a
〜22d)側に変位したとすると、静電容量C1とC2
が等しくなるように外部から電圧V1,V2を制御す
る。この場合、電圧V1を下げ、電圧V2を上げる。こ
れにより静電気力で固定電極17a〜17d(23a〜
23d)側に可動電極12a〜12d(13a〜13
d)は引かれる。
At this time, for example, the movable electrodes 12a to 12d
(13a to 13d) are fixed electrodes 16a to 16d (22a
2222d), the capacitances C1 and C2
The voltages V1 and V2 are externally controlled so that the voltages V1 and V2 become equal. In this case, the voltage V1 is decreased and the voltage V2 is increased. Thereby, the fixed electrodes 17a to 17d (23a to
The movable electrodes 12a to 12d (13a to 13d)
d) is subtracted.

【0052】可動電極12a〜12d(13a〜13
d)が中心位置に戻り静電容量C1,C2が等しくなれ
ば、加速度と静電気力が等しく釣り合っており、このと
きの電圧V1,V2から加速度の大きさを求めることが
できる。
The movable electrodes 12a to 12d (13a to 13
If d) returns to the center position and the capacitances C1 and C2 become equal, the acceleration and the electrostatic force are equally balanced, and the magnitude of the acceleration can be obtained from the voltages V1 and V2 at this time.

【0053】このように、第1のコンデンサと第2のコ
ンデンサにおいて、加速度の作用による変位に対して、
可動電極が変位しないように第1と第2のコンデンサを
形成している固定電極の電圧を制御し、その電圧の変化
で加速度を検出する。つまり、容量変化検出型のセンサ
となっている。
As described above, in the first capacitor and the second capacitor, with respect to the displacement caused by the action of the acceleration,
The voltage of the fixed electrode forming the first and second capacitors is controlled so that the movable electrode is not displaced, and the acceleration is detected based on the change in the voltage. That is, it is a capacitance change detection type sensor.

【0054】次に、加速度センサの製造方法を、図1の
B−B断面での図6〜10に示す工程図に従って説明す
る。なお、製造工程の説明において、各固定電極および
梁構造体の絶縁構造(支持構造)は同じであるので、図
1のB−B断面を説明することによりその他の部位の説
明は省略する。
Next, a method of manufacturing the acceleration sensor will be described with reference to the process diagrams shown in FIGS. In the description of the manufacturing process, the insulating structure (supporting structure) of each fixed electrode and beam structure is the same, so that the description of the other parts will be omitted by describing the BB cross section of FIG.

【0055】まず、図6に示すように、単層の半導体基
板としての単結晶シリコン基板1を用意し、シリコン基
板1の上面から異方性エッチングを行い、可動および固
定電極を四角枠部から電気的に絶縁するための縦方向に
延びる第1の溝20a,26aをパターン形成する。そ
して、シリコン基板1の上にシリコン酸化膜を成膜し、
溝20a,26aを絶縁材料(酸化膜)21a,27a
で埋め込み、かつ基板表面を酸化膜32で覆う。
First, as shown in FIG. 6, a single-crystal silicon substrate 1 as a single-layer semiconductor substrate is prepared, and anisotropic etching is performed from the upper surface of the silicon substrate 1 to move the movable and fixed electrodes from the rectangular frame portion. First grooves 20a, 26a extending in the vertical direction for electrical insulation are formed by patterning. Then, a silicon oxide film is formed on the silicon substrate 1,
The grooves 20a and 26a are formed of insulating materials (oxide films) 21a and 27a.
And the substrate surface is covered with an oxide film 32.

【0056】さらに、図7に示すように、配線材料50
を成膜しパターニングを行い、続いて、酸化膜33を成
膜して配線パターン50を覆う。引き続き、図8に示す
ように、基板1と配線材料50の上部の酸化膜32,3
3を一部除去してコンタクトホール36,37を形成
し、さらに、配線材料29,31を成膜しパターニング
を行う。
Further, as shown in FIG.
Is formed and patterned, and then an oxide film 33 is formed to cover the wiring pattern 50. Subsequently, as shown in FIG. 8, the oxide films 32 and 3 on the substrate 1 and the wiring material 50 are formed.
3 is partially removed to form contact holes 36 and 37, and further, wiring materials 29 and 31 are formed and patterned.

【0057】そして、図9に示すように、シリコン基板
1に構造体形成のためのマスクフォトを行い、マスク5
1にて酸化膜32,33のエッチングを行う。続いて、
マスク51を用いてシリコン基板1の上面から異方性エ
ッチング(トレンチエッチング)を行い、四角枠部と梁
構造体と固定電極を形成するための縦方向に延びる溝
(第2の溝)4a,4bを形成する。図9では、質量部
(11)および固定電極(17a,23a)となる領域
を形成する。また、異方性エッチング時あるいはエッチ
ング後に異方性エッチングを行った溝4a,4bの内壁
面(側面および底面)に、等方性エッチングに先立つ側
壁の保護を兼ねるシリコン窒化膜(誘電体薄膜)40,
42を形成し、さらに、溝底面に付いた誘電体薄膜を除
去する。このようにして、溝4a,4bの底面を除く溝
4a,4bの側壁に誘電体薄膜40,42を形成する。
Then, as shown in FIG. 9, a mask photo is formed on the silicon substrate 1 for forming a structure, and a mask 5 is formed.
In step 1, the oxide films 32 and 33 are etched. continue,
Anisotropic etching (trench etching) is performed from the upper surface of the silicon substrate 1 using the mask 51, and vertically extending grooves (second grooves) 4a for forming a square frame, a beam structure, and a fixed electrode are formed. 4b is formed. In FIG. 9, regions to be the mass part (11) and the fixed electrodes (17a, 23a) are formed. In addition, a silicon nitride film (dielectric thin film) which also protects the side walls prior to isotropic etching is provided on the inner wall surfaces (side surfaces and bottom surfaces) of the grooves 4a and 4b subjected to anisotropic etching during or after anisotropic etching. 40,
42 are formed, and the dielectric thin film on the bottom of the groove is removed. Thus, the dielectric thin films 40 and 42 are formed on the side walls of the grooves 4a and 4b except for the bottom surfaces of the grooves 4a and 4b.

【0058】誘電体材料としてのシリコン窒化膜は、製
造プロセスに適合しており、次工程で行われるシリコン
の等方性エッチングでシリコンよりもエッチング速度が
遅い。なお、採用する誘電体薄膜の形成方法により配線
材料を適宜選択するとともにマスクに関して工夫する。
つまり、熱工程が加わらない場合は、配線材料29,3
1はアルミ等の金属配線またはポリシリコン等の材料が
考えられ、構造体形成のマスクについては、フォトレジ
スト等を残しておいても問題はない。これに対し、熱工
程が加わる場合は、配線材料29,31は高融点金属で
あるタングステンやその化合物、あるいはポリシリコン
等の材料が考えられ、構造体形成のマスクについては、
フォトレジスト等を剥離し、酸化膜のマスクにより構造
体形成を行う。
The silicon nitride film as a dielectric material is suitable for a manufacturing process, and has a lower etching rate than silicon in isotropic etching of silicon performed in the next step. The wiring material is appropriately selected according to the method of forming the dielectric thin film to be employed, and the mask is devised.
That is, when the heat process is not applied, the wiring materials 29, 3
For 1, a metal wiring such as aluminum or a material such as polysilicon can be considered, and there is no problem even if a photoresist or the like is left for a mask for forming a structure. On the other hand, when a heat process is applied, the wiring materials 29 and 31 may be a material such as tungsten or a compound thereof, which is a high melting point metal, or polysilicon.
The photoresist or the like is peeled off, and a structure is formed using an oxide film mask.

【0059】誘電体薄膜40,42に関して、誘電体材
料として窒化シリコンではなくAl 2 3 、CaF2
ZrO2 、TaO5 、CeO2 を用いる場合には、原子
層毎に成膜する原子層エピタキシー(Atomic Layer
Epitaxy)法を使用する。この原子層エピタキシー法を
用いることにより、誘電体薄膜の厚さの制御性が良くな
り、また、溝に成膜するときに問題となる浅い部分と深
い部分での成膜レートの違いを解消し膜厚の均一性に優
れた製造方法を提供できる。
Regarding the dielectric thin films 40 and 42, the dielectric material
Al instead of silicon nitride TwoOThree, CaFTwo,
ZrOTwo, TaOFive, CeOTwoWhen using
Atomic layer epitaxy (Atomic Layer)
Epitaxy) method is used. This atomic layer epitaxy method
By using this, the controllability of the thickness of the dielectric thin film is improved.
In addition, shallow portions and
Excellent film thickness uniformity by eliminating differences in deposition rates
Can provide an improved manufacturing method.

【0060】製造工程の説明に戻り、次に、図10に示
すように、溝4a,4bの底面からシリコン基板1に対
し等方性エッチングを行い、横方向に延びる空洞2を形
成する。これにより、空洞2の下に位置するベースプレ
ート部3と、空洞2および溝4a,4bの横に位置する
四角枠部5と、加速度により変位する可動電極を有する
梁構造体6と、梁構造体6の可動電極に対向して配置さ
れた固定電極17a,23aとが区画形成される。図1
0では質量部11、固定電極17a,23aの下のシリ
コンのみがエッチング除去されて、特に質量部11とベ
ースプレート部3が完全に分離し、下部に所定の間隔t
の空隙が形成される。
Returning to the description of the manufacturing process, next, as shown in FIG. 10, the silicon substrate 1 is isotropically etched from the bottom surfaces of the grooves 4a and 4b to form the cavity 2 extending in the lateral direction. Accordingly, a base plate portion 3 located below the cavity 2, a square frame portion 5 located beside the cavity 2 and the grooves 4a, 4b, a beam structure 6 having a movable electrode displaced by acceleration, and a beam structure The fixed electrodes 17a and 23a arranged opposite to the movable electrode 6 are sectioned. FIG.
At 0, only the silicon under the mass portion 11 and the fixed electrodes 17a and 23a is removed by etching. In particular, the mass portion 11 and the base plate portion 3 are completely separated from each other, and a predetermined interval t
Is formed.

【0061】なお、この等方性エッチングでは、側壁保
護膜として機能する誘電体薄膜40,42はエッチング
されないような組み合わせを選ぶ必要がある。また、こ
の等方性エッチングの際、SF6 や、CF4 等のガス材
料を用いたプラズマエッチング工程を用いることによ
り、ウエット工程に比較してエッチングの後の構造体形
成歩留まりの向上を図ることができる。
In this isotropic etching, it is necessary to select a combination that does not etch the dielectric thin films 40 and 42 functioning as side wall protective films. In addition, in this isotropic etching, by using a plasma etching process using a gas material such as SF 6 or CF 4 , the yield of structure formation after etching is improved as compared with a wet process. Can be.

【0062】最後に、エッチングマスク51を除去する
と、図4に示す加速度センサを形成することができる。
このような工程を経ることにより、等方性エッチング時
の構造体(可動・固定電極)の厚さバラツキによる静電
容量の変化を抑え込むセンサを形成することができる。
つまり、図3,4に示すように、可動電極と固定電極の
側壁に、空洞2を形成するための基板エッチングの際の
保護膜としても機能する誘電体薄膜40,41,42を
形成し、かつ、この薄膜40,41,42は誘電体材料
として、少なくとも窒化シリコン、酸化アルミニウム、
フッ化カルシウム、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、
酸化セリウムのいずれかを含むものとすることにより、
シリコン基板1の等方性エッチングを原因とした構造体
(可動電極、固定電極)の厚さにバラツキが生じても誘
電体薄膜40〜42が可動・固定電極の側壁での下端か
ら下方に突き出ており、この部位(対向する部分に残さ
れた誘電体薄膜40,41,42)により静電容量のバ
ラツキが低減される。詳しくは、構造体(電極)の厚さ
が所望の値から減るとその分、静電容量が減じるが、誘
電体薄膜40,41,42が残っていると構造体(電
極)の底面部分からの回り込みによる静電容量が増加
し、対向部分で減じた静電容量を補充することができ
る。その結果、構造体膜厚制御が不十分であっても可動
電極と固定電極間の静電容量がバラツクことを抑制し、
センサの感度バラツキを低減することができる。また、
誘電体薄膜40,41,42として窒化シリコンを用い
ると、半導体製造工程で通常用いられる材料を使用する
ことで、新たな設備投資が必要でなく安価なセンサを形
成することができる。
Finally, when the etching mask 51 is removed, the acceleration sensor shown in FIG. 4 can be formed.
Through these steps, a sensor can be formed which suppresses a change in capacitance due to a thickness variation of the structure (movable / fixed electrode) during isotropic etching.
That is, as shown in FIGS. 3 and 4, on the side walls of the movable electrode and the fixed electrode, dielectric thin films 40, 41, and 42 which also function as protective films at the time of substrate etching for forming the cavity 2 are formed. The thin films 40, 41, and 42 are made of at least silicon nitride, aluminum oxide,
Calcium fluoride, zirconium oxide, tantalum oxide,
By including any of the cerium oxide,
Even if the thickness of the structure (movable electrode, fixed electrode) varies due to isotropic etching of the silicon substrate 1, the dielectric thin films 40 to 42 protrude downward from the lower end of the side wall of the movable / fixed electrode. This variation (the dielectric thin films 40, 41, 42 left in the opposing portions) reduces variations in capacitance. More specifically, when the thickness of the structure (electrode) decreases from a desired value, the capacitance decreases accordingly, but when the dielectric thin films 40, 41, and 42 remain, the structure (electrode) starts from the bottom portion. , The capacitance increases due to the wraparound, and the capacitance reduced at the facing portion can be supplemented. As a result, even if the structure thickness control is insufficient, the capacitance between the movable electrode and the fixed electrode is prevented from being varied,
Variations in sensor sensitivity can be reduced. Also,
When silicon nitride is used as the dielectric thin films 40, 41, and 42, a material that is usually used in a semiconductor manufacturing process is used, so that a new sensor investment is not required and an inexpensive sensor can be formed.

【0063】特に、誘電体薄膜40,41,42は残留
応力が零であると、誘電体薄膜40,41,42の応力
によって生じる構造体の変形を低減することができる。
また、誘電体薄膜40,41,42は対向する電極に接
近しない方向(図3,4では真下)に延びているように
すると、誘電体薄膜40,41,42が対向する電極に
接触して可動範囲を制限してセンサとしての機能を阻止
することを防止できる。
In particular, when the residual stress of the dielectric thin films 40, 41, 42 is zero, the deformation of the structure caused by the stress of the dielectric thin films 40, 41, 42 can be reduced.
When the dielectric thin films 40, 41, and 42 extend in a direction that does not approach the opposing electrodes (just below in FIGS. 3 and 4), the dielectric thin films 40, 41, and 42 come into contact with the opposing electrodes. It is possible to prevent the function as a sensor from being blocked by restricting the movable range.

【0064】さらに、誘電体薄膜40,41,42をシ
リコンと酸素と窒素で構成すると、一般に圧縮応力を有
する膜としてシリコン酸化膜、引張応力を有する膜とし
てシリコン窒化膜が知られており、半導体製造工程で通
常用いられる材料を混合して形成することで、新たな設
備投資が必要でなく安価なセンサを形成することができ
る。また、誘電体薄膜40,41,42を圧縮応力を有
する材料と引っ張り応力を有する材料で形成すると、誘
電体薄膜40,41,42の応力によって生じる構造体
の変形を圧縮と引張をバランスさせることで低減するこ
とができる。さらに、誘電体薄膜40,41,42がシ
リコン酸化膜とシリコン窒化膜であると、半導体製造工
程で通常用いられる材料を使用することで、新たな設備
投資が必要でなく安価なセンサを形成することができ
る。
Further, when the dielectric thin films 40, 41 and 42 are composed of silicon, oxygen and nitrogen, a silicon oxide film is generally known as a film having a compressive stress, and a silicon nitride film is known as a film having a tensile stress. By forming a mixture of materials usually used in the manufacturing process, a new sensor investment is not required and an inexpensive sensor can be formed. Further, when the dielectric thin films 40, 41, 42 are formed of a material having a compressive stress and a material having a tensile stress, the deformation of the structure caused by the stress of the dielectric thin films 40, 41, 42 is balanced between compression and tension. Can be reduced. Further, when the dielectric thin films 40, 41, and 42 are a silicon oxide film and a silicon nitride film, a material that is usually used in a semiconductor manufacturing process is used, so that a new sensor investment is not required and an inexpensive sensor is formed. be able to.

【0065】また、誘電体薄膜40,41,42を可動
電極・固定電極と同等の熱膨張係数を有するものとする
と、誘電体薄膜40,41,42と構造体との熱膨張係
数の違いにより生じる変形を減じて、温度特性に優れた
センサを提供できる。さらに、誘電体薄膜40,41,
42の厚さを100nm以上にすると、誘電体薄膜の一
部での構造体(可動電極、固定電極)が消失した部分に
おいて、ピーリング、製造工程内でのパーティクル化、
使用時での破損等を防ぐことができる。
If the dielectric thin films 40, 41, 42 have the same coefficient of thermal expansion as the movable electrode / fixed electrode, the difference in the coefficient of thermal expansion between the dielectric thin films 40, 41, 42 and the structure results. It is possible to provide a sensor having excellent temperature characteristics by reducing the resulting deformation. Further, the dielectric thin films 40, 41,
When the thickness of the layer 42 is set to 100 nm or more, peeling, particle formation in the manufacturing process, and the like in the part where the structure (movable electrode, fixed electrode) in a part of the dielectric thin film has disappeared.
Damage during use can be prevented.

【0066】一方、半導体基板はシリコン基板1であ
り、半導体製造工程で最も一般に使用される基板を用い
ることで、新たな設備投資が必要でなく安価なセンサを
形成することができる。
On the other hand, the semiconductor substrate is a silicon substrate 1, and by using a substrate most commonly used in a semiconductor manufacturing process, an inexpensive sensor can be formed without requiring new capital investment.

【0067】また、加速度センサの製造方法において、
誘電体薄膜40,41,42を形成する工程に、原子層
毎に成膜する方法を用いると、誘電体薄膜40,41,
42を均一な膜厚で成膜することができる。 (第2の実施の形態)次に、第2の実施の形態を、第1
の実施の形態との相違点を中心に説明する。なお、第2
の実施の形態は、第1の実施の形態において述べた誘電
体薄膜40〜42と類似しており、同一の部分について
は説明を省略し、図も同じものを用いて説明する。
Further, in the method of manufacturing the acceleration sensor,
If a method of forming a film for each atomic layer is used in the process of forming the dielectric thin films 40, 41, 42, the dielectric thin films 40, 41, 42
42 can be formed with a uniform film thickness. (Second Embodiment) Next, a second embodiment will be described with reference to the first embodiment.
The following description focuses on the differences from this embodiment. The second
This embodiment is similar to the dielectric thin films 40 to 42 described in the first embodiment, and a description of the same portions will be omitted, and the drawings will be described using the same components.

【0068】本実施形態においては、シリコン基板1に
形成された溝4a〜4dの側壁には導電性薄膜が形成さ
れている。図3,4では、質量部11、固定電極16
b,17a,22b,23aの側壁に、それぞれ導電性
薄膜が形成されている状態を示す。つまり、図3,4に
示すように、質量部11の側壁には導電性薄膜40が、
固定電極16a〜16d,17a〜17d,22a〜2
2d,23a〜23dの側壁には導電性薄膜41,42
がそれぞれ形成されている。
In this embodiment, a conductive thin film is formed on the side walls of the grooves 4a to 4d formed in the silicon substrate 1. 3 and 4, the mass 11 and the fixed electrode 16 are shown.
This shows a state in which conductive thin films are formed on the side walls of b, 17a, 22b, and 23a, respectively. That is, as shown in FIGS. 3 and 4, the conductive thin film 40 is
Fixed electrodes 16a to 16d, 17a to 17d, 22a to 2
The conductive thin films 41 and 42 are provided on the side walls of 2d and 23a to 23d.
Are formed respectively.

【0069】導電性薄膜40,41,42は、残留応力
が少ない方が可動電極と固定電極の変形を防ぐことがで
きることから、圧縮応力を有する膜と引張応力を有する
膜を積層してもよく、また、組成比を制御して応力を減
じてもよい。また、可動電極・固定電極の熱膨張係数の
近い導電性薄膜であれば、温度変化にて生じる応力の発
生を抑えることができ、電極が変形することがない。
The conductive thin films 40, 41, and 42 may be formed by laminating a film having a compressive stress and a film having a tensile stress, since the smaller the residual stress, the more the deformation of the movable electrode and the fixed electrode can be prevented. Alternatively, the stress may be reduced by controlling the composition ratio. In addition, if the conductive thin film has a thermal expansion coefficient close to that of the movable electrode and the fixed electrode, it is possible to suppress the occurrence of stress caused by a temperature change, and the electrode is not deformed.

【0070】また、導電性薄膜40,41,42に関し
て、等方性エッチングにより可動電極・固定電極(シリ
コン)の下面が削られ、電極側壁からベースプレート部
3に向かう方向(下側)へ突出する部分ができ、構造的
強度が大幅に減ずる。このため、製造工程中および使用
時に破損してしまう可能性がある。さらには、導電性薄
膜40〜42そのものが持つ膜厚方向の応力分布によっ
て、反り、ひどい場合にはピーリングが発生する可能性
がある。これらを解決するためには膜を厚くすることが
有効であり、できれば100nm以上が望ましい。
The lower surfaces of the movable electrode and the fixed electrode (silicon) of the conductive thin films 40, 41, and 42 are shaved by isotropic etching, and protrude from the electrode side walls toward the base plate portion 3 (downward). Parts are formed and the structural strength is greatly reduced. For this reason, it may be damaged during the manufacturing process and during use. Further, the stress distribution in the film thickness direction of the conductive thin films 40 to 42 itself may cause warpage or, in severe cases, peeling. In order to solve these problems, it is effective to increase the thickness of the film, and preferably 100 nm or more.

【0071】また、静電容量型のセンサは搬送波と呼ば
れる数十から数百KHzの周波数で固定電極等の電圧を
変化させセンシングする場合が多い。従って、固定電極
・可動電極の抵抗が低い方が電気的応答が速く、センシ
ングに有利である。このためには、導電性薄膜40〜4
2だけでなく可動電極・固定電極も信号を伝える経路と
するために、導電性薄膜40〜42と可動電極・固定電
極がオーミックコンタクトであることが望ましい。
In many cases, the capacitance type sensor performs sensing by changing the voltage of a fixed electrode or the like at a frequency of several tens to several hundreds KHz called a carrier wave. Therefore, the lower the resistance of the fixed electrode and the movable electrode, the faster the electrical response, which is advantageous for sensing. For this purpose, the conductive thin films 40 to 4
It is desirable that the conductive thin films 40 to 42 and the movable electrode / fixed electrode be ohmic contacts so that the movable electrode / fixed electrode as well as the movable electrode / fixed electrode serve as a path for transmitting a signal.

【0072】図5において、可動電極12a〜12dと
第1の固定電極16a〜16dとの間には第1のコンデ
ンサが、また、可動電極12a〜12dと第2の固定電
極17a〜17dとの間には第2のコンデンサが形成さ
れている。同様に、可動電極13a〜13dと第1の固
定電極22a〜22dとの間に第1のコンデンサが、ま
た、可動電極13a〜13dと第2の固定電極23a〜
23dとの間に第2のコンデンサが形成されている。こ
れらコンデンサの容量は、図3での導電性薄膜40と4
1との間、および図4での導電性薄膜40と42との間
で形成される。
In FIG. 5, a first capacitor is provided between the movable electrodes 12a to 12d and the first fixed electrodes 16a to 16d, and a first capacitor is provided between the movable electrodes 12a to 12d and the second fixed electrodes 17a to 17d. A second capacitor is formed between them. Similarly, a first capacitor is provided between the movable electrodes 13a to 13d and the first fixed electrodes 22a to 22d, and the movable electrodes 13a to 13d and the second fixed electrodes 23a to 23d.
A second capacitor is formed between the second capacitor and the capacitor 23d. The capacitances of these capacitors are the same as those of the conductive thin films 40 and 4 in FIG.
1 and between the conductive thin films 40 and 42 in FIG.

【0073】次に、加速度センサの製造方法を、図1の
B−B断面での図6〜10に示す工程図に従って説明す
る。なお、製造工程の説明において、各固定電極および
梁構造体の絶縁構造(支持構造)は同じであるので、図
1のB−B断面を説明することによりその他の部位の説
明は省略する。
Next, a method of manufacturing the acceleration sensor will be described with reference to the process diagrams shown in FIGS. In the description of the manufacturing process, the insulating structure (supporting structure) of each fixed electrode and beam structure is the same, so that the description of the other parts will be omitted by describing the BB cross section of FIG.

【0074】まず、図6に示すように、単層の半導体基
板としての単結晶シリコン基板1を用意し、シリコン基
板1の上面から異方性エッチングを行い、可動および固
定電極を四角枠部から電気的に絶縁するための縦方向に
延びる第1の溝20a,26aをパターン形成する。そ
して、シリコン基板1の上にシリコン酸化膜を成膜し、
溝20a,26aを絶縁材料(酸化膜)21a,27a
で埋め込み、かつ基板表面を酸化膜32で覆う。
First, as shown in FIG. 6, a single-crystal silicon substrate 1 as a single-layer semiconductor substrate is prepared, and anisotropic etching is performed from the upper surface of the silicon substrate 1 to move the movable and fixed electrodes from the rectangular frame portion. First grooves 20a, 26a extending in the vertical direction for electrical insulation are formed by patterning. Then, a silicon oxide film is formed on the silicon substrate 1,
The grooves 20a and 26a are formed of insulating materials (oxide films) 21a and 27a.
And the substrate surface is covered with an oxide film 32.

【0075】さらに、図7に示すように、配線材料50
を成膜しパターニングを行い、続いて、酸化膜33を成
膜して配線パターン50を覆う。引き続き、図8に示す
ように、基板1と配線材料50の上部の酸化膜32,3
3を一部除去してコンタクトホール36,37を形成
し、さらに、配線材料29,31を成膜しパターニング
を行う。
Further, as shown in FIG.
Is formed and patterned, and then an oxide film 33 is formed to cover the wiring pattern 50. Subsequently, as shown in FIG. 8, the oxide films 32 and 3 on the substrate 1 and the wiring material 50 are formed.
3 is partially removed to form contact holes 36 and 37, and further, wiring materials 29 and 31 are formed and patterned.

【0076】そして、図9に示すように、基板1に構造
体形成のためのマスクフォトを行い、マスク51にて酸
化膜32,33のエッチングを行う。続いて、マスク5
1を用いてシリコン基板1の上面から異方性エッチング
(トレンチエッチング)を行い、四角枠部と梁構造体と
固定電極を形成するための縦方向に延びる溝(第2の
溝)4a,4bを形成する。図9では、質量部(11)
および固定電極(17a,23a)となる領域を形成す
る。また、異方性エッチングを行った溝4a,4bの内
壁面(側面および底面)に、等方性エッチングに先立つ
側壁の保護を兼ねる導電性薄膜40,42を形成し、さ
らに、溝底面に付いた導電性薄膜を除去する。このよう
に、溝4a,4bの底面を除く溝4a,4bの側壁に導
電性薄膜40,42を形成する。
Then, as shown in FIG. 9, a mask photo is formed on the substrate 1 for forming a structure, and the oxide films 32 and 33 are etched with the mask 51. Then, the mask 5
1 is used to perform anisotropic etching (trench etching) from the upper surface of the silicon substrate 1 and vertically extending grooves (second grooves) 4a, 4b for forming a square frame, a beam structure, and a fixed electrode. To form In FIG. 9, the mass part (11)
In addition, a region to be the fixed electrode (17a, 23a) is formed. Also, conductive thin films 40 and 42 are formed on the inner wall surfaces (side surfaces and bottom surfaces) of the grooves 4a and 4b that have been subjected to anisotropic etching to protect the side walls prior to isotropic etching. The conductive thin film is removed. Thus, the conductive thin films 40 and 42 are formed on the side walls of the grooves 4a and 4b except for the bottom surfaces of the grooves 4a and 4b.

【0077】ここで、導電性薄膜40,42は、製造プ
ロセスに適合したものを選択しなければならない。即
ち、次工程で行われるシリコンの等方性エッチングでシ
リコンよりもエッチング速度が遅い導電性材料が選ばれ
る。等方性エッチングにSF6、CF系、XeF2 など
のガスを用いるのであれば、金属、金属を含有した材
料、金属酸化物、金属とシリコンの混合材料が好まし
い。具体的には、Al,Ni,Au,Cu,SnO2
In2 3 ,ZnO,Al/Siなどが挙げられる。
Here, the conductive thin films 40 and 42 must be selected to be suitable for the manufacturing process. That is, a conductive material having a lower etching rate than silicon in isotropic etching of silicon performed in the next step is selected. If a gas such as SF 6 , CF, or XeF 2 is used for the isotropic etching, a metal, a material containing a metal, a metal oxide, or a mixed material of a metal and silicon is preferable. Specifically, Al, Ni, Au, Cu, SnO 2 ,
In 2 O 3 , ZnO, Al / Si and the like can be mentioned.

【0078】また、原子層毎に成膜する原子層エピタキ
シー(Atomic Layer Epitaxy)法を使用すること
で、導電性薄膜40,42の厚さを制御性良くし、ま
た、溝に成膜する時に問題となる浅い部分と深い部分で
の成膜レートの違いを解消し膜厚の均一性に優れた製造
方法を提供できる。
Further, by using an atomic layer epitaxy method for forming a film for each atomic layer, the thickness of the conductive thin films 40 and 42 can be controlled with good controllability. It is possible to provide a manufacturing method having excellent uniformity of film thickness by eliminating the difference in film formation rate between a shallow portion and a deep portion, which is a problem.

【0079】製造工程の説明に戻り、次に、図10に示
すように、溝4a,4bの底面からシリコン基板1に対
し等方性エッチングを行い、横方向に延びる空洞2を形
成する。これにより、空洞2の下に位置するベースプレ
ート部3と、空洞2および溝4a,4bの横に位置する
四角枠部5と、加速度により変位する可動電極を有する
梁構造体6と、梁構造体6の可動電極に対向して配置さ
れた固定電極17a,23aとが区画形成される。図1
0では質量部11、固定電極17a,23aの下のシリ
コンのみがエッチング除去されて、特に質量部11とベ
ースプレート部3が完全に分離し、下部に所定の間隔t
の空隙が形成される。
Returning to the description of the manufacturing process, next, as shown in FIG. 10, the silicon substrate 1 is isotropically etched from the bottom surfaces of the grooves 4a and 4b to form the cavity 2 extending in the lateral direction. Accordingly, a base plate portion 3 located below the cavity 2, a square frame portion 5 located beside the cavity 2 and the grooves 4a, 4b, a beam structure 6 having a movable electrode displaced by acceleration, and a beam structure The fixed electrodes 17a and 23a arranged opposite to the movable electrode 6 are sectioned. FIG.
At 0, only the silicon under the mass portion 11 and the fixed electrodes 17a and 23a is removed by etching. In particular, the mass portion 11 and the base plate portion 3 are completely separated from each other, and a predetermined interval t
Is formed.

【0080】なお、この等方性エッチングでは、前述し
た、側壁保護膜として機能する導電性薄膜40,42は
エッチングされないような組み合わせを選ぶ必要があ
る。また、この等方性エッチングの際、SF6 や、CF
4 等のガス材料を用いたプラズマエッチング工程を用い
ることにより、ウエット工程に比較してエッチングの後
の構造体形成歩留まりの向上を図ることができる。
In the isotropic etching, it is necessary to select a combination that does not etch the conductive thin films 40 and 42 functioning as the side wall protective films. In addition, at the time of this isotropic etching, SF 6 or CF
By using a plasma etching process using a gas material such as 4, a structure formation yield after etching can be improved as compared with a wet process.

【0081】最後に、エッチングマスク51を除去する
と、図4に示す加速度センサを形成することができる。
ここで、導電性薄膜40,42とシリコン(可動電極と
固定電極)とのオーミックコンタクトをとる熱処理を行
う必要があるが、導電性薄膜の成膜以降であればどこで
も良い。しかしながら既に形成済みの配線に問題ない温
度と時間で行う必要がある。
Finally, when the etching mask 51 is removed, the acceleration sensor shown in FIG. 4 can be formed.
Here, it is necessary to perform a heat treatment for making ohmic contact between the conductive thin films 40 and 42 and silicon (the movable electrode and the fixed electrode), but any heat treatment after the conductive thin film is formed may be used. However, it is necessary to perform the process at a temperature and for a time that does not cause any problem for the already formed wiring.

【0082】このような工程を経ることにより、等方性
エッチング時の構造体の膜厚制御が不十分であっても、
常に安定した静電容量を確保できるセンサを形成するこ
とができる。つまり、図3,4に示すように、可動電極
と固定電極の壁面に、空洞2を形成するための基板エッ
チングの際の保護膜としても機能する導電性薄膜40,
41,42を形成することにより、構造体(可動電極、
固定電極)の厚さにバラツキが生じても導電性薄膜40
〜42が可動・固定電極の側壁での下端から下方に突き
出ており、この部位(対向する部分に残された導電性薄
膜40,41,42)により静電容量のバラツキが低減
される。詳しくは、構造体(電極)の厚さが所望の値か
ら減るとその分、静電容量が減じるわけであるが、導電
性薄膜40,41,42が残っているとそれ自身が対向
電極として機能し静電容量を形成するからである。その
結果、構造体膜厚制御が不十分であっても可動電極と固
定電極間の静電容量がバラツクことを抑制し、センサの
感度バラツキを低減することができる。
Through these steps, even if the thickness control of the structure during the isotropic etching is insufficient,
A sensor that can always secure a stable capacitance can be formed. That is, as shown in FIGS. 3 and 4, the conductive thin film 40, which also functions as a protective film at the time of etching the substrate for forming the cavity 2, is formed on the wall surfaces of the movable electrode and the fixed electrode.
By forming 41 and 42, the structure (movable electrode,
Even if the thickness of the fixed electrode varies, the conductive thin film 40
42 protrude downward from the lower end of the side wall of the movable / fixed electrode, and this portion (the conductive thin films 40, 41, 42 left in the opposing portions) reduces variation in capacitance. More specifically, when the thickness of the structure (electrode) decreases from a desired value, the capacitance decreases accordingly. However, if the conductive thin films 40, 41, and 42 remain, they themselves serve as the counter electrode. This is because it functions and forms a capacitance. As a result, even if the control of the thickness of the structure is insufficient, it is possible to suppress the variation in the capacitance between the movable electrode and the fixed electrode, and to reduce the variation in the sensitivity of the sensor.

【0083】特に、導電性薄膜40,41,42は金属
であったり、金属を含有した材料であったり、金属酸化
物であったり、金属とシリコンで構成されているものと
すると好ましい。例えばアルミニウムなどの金属を用い
れば、シリコン基板1を等方性エッチングするときに充
分な選択比を得ることができ、製造工程で導電性薄膜4
0,41,42が消失することが無くなる。
In particular, the conductive thin films 40, 41, and 42 are preferably made of metal, a material containing a metal, a metal oxide, or a metal and silicon. For example, when a metal such as aluminum is used, a sufficient selectivity can be obtained when the silicon substrate 1 is isotropically etched.
0, 41, and 42 do not disappear.

【0084】また、導電性薄膜40,41,42は、残
留応力が零であると、導電性薄膜40〜42の応力によ
って生じる構造体の変形を低減することができる。さら
に、導電性薄膜40,41,42を圧縮応力を有する材
料と引っ張り応力を有する材料で形成すると、導電性薄
膜40〜42の応力によって生じる構造体の変形を圧縮
と引張をバランスさせることで低減することができる。
When the residual stress of the conductive thin films 40, 41 and 42 is zero, the deformation of the structure caused by the stress of the conductive thin films 40 to 42 can be reduced. Further, when the conductive thin films 40, 41, and 42 are formed of a material having a compressive stress and a material having a tensile stress, deformation of a structure caused by the stress of the conductive thin films 40 to 42 is reduced by balancing compression and tension. can do.

【0085】また、導電性薄膜40,41,42を可動
電極・固定電極と同等の熱膨張係数を有するものとする
と、導電性薄膜40〜42と構造体との熱膨張係数の違
いにより生じる変形を減じて、温度特性に優れたセンサ
を提供できる。さらに、導電性薄膜40,41,42の
厚さを100nm以上にすると、導電性薄膜40〜42
の一部での構造体(可動電極、固定電極)が消失した部
分において、ピーリング、製造工程内でのパーティクル
化、使用時での破損等を防ぐことができる。
When the conductive thin films 40, 41, and 42 have the same thermal expansion coefficient as the movable electrode and the fixed electrode, the deformation caused by the difference in the thermal expansion coefficient between the conductive thin films 40 to 42 and the structure. And a sensor having excellent temperature characteristics can be provided. Further, when the thickness of the conductive thin films 40, 41, 42 is 100 nm or more, the conductive thin films 40 to 42
In the part where the structure (movable electrode, fixed electrode) has disappeared, peeling, particle formation in the manufacturing process, breakage during use, and the like can be prevented.

【0086】さらに、導電性薄膜40〜42は対向する
電極に接近しない方向(図3,4では真下)に延びてい
るようにすると、導電性薄膜40〜42が対向する電極
に接触して可動範囲を制限したり電気的に短絡すること
を防ぐことができる。
Further, when the conductive thin films 40 to 42 are extended in a direction not approaching the opposing electrodes (just below in FIGS. 3 and 4), the conductive thin films 40 to 42 come into contact with the opposing electrodes and move. Limiting the range and preventing an electrical short circuit can be prevented.

【0087】一方、半導体基板はシリコン基板1であ
り、半導体製造工程で最も一般に使用される基板を用い
ることで、新たな設備投資が必要でなく安価なセンサを
形成することができる。また、導電性薄膜41,42と
可動電極、および、導電性薄膜40と固定電極をオーミ
ック接触すると、構造体も電気信号の経路となり抵抗が
下がるため、より高応答な計測が可能となる。
On the other hand, the semiconductor substrate is the silicon substrate 1, and by using the substrate most commonly used in the semiconductor manufacturing process, an inexpensive sensor can be formed without requiring new capital investment. In addition, when the conductive thin films 41 and 42 and the movable electrode and the conductive thin film 40 and the fixed electrode make ohmic contact, the structure also becomes a path for an electric signal and the resistance is lowered, so that a measurement with higher response can be performed.

【0088】また、加速度センサの製造方法において、
導電性薄膜40,41,42を形成する工程に、原子層
毎に成膜する方法を用いると、導電性薄膜を均一に形成
できる。さらに、加速度センサの製造方法において、導
電性薄膜を形成する工程もしくはその後の工程の後に、
導電性薄膜と可動電極・固定電極とのオーミックコンタ
クトをとるための熱処理工程を加えると、導電性薄膜と
可動電極・固定電極のオーミックコンタクトをとること
ができ、全体の抵抗を減ずることができ、高い周波数を
用いた測定方法にも対応できる。 (第3の実施の形態)次に、第3の実施の形態を、第1
の実施の形態との相違点を中心に説明する。
In the method for manufacturing an acceleration sensor,
When a method of forming a film for each atomic layer is used in the process of forming the conductive thin films 40, 41, and 42, the conductive thin film can be formed uniformly. Further, in the method for manufacturing an acceleration sensor, after the step of forming a conductive thin film or a subsequent step,
By adding a heat treatment step to make ohmic contact between the conductive thin film and the movable electrode / fixed electrode, it is possible to make ohmic contact between the conductive thin film and the movable electrode / fixed electrode, and reduce the overall resistance. It can also support measurement methods that use high frequencies. (Third Embodiment) Next, a third embodiment will be described with reference to the first embodiment.
The following description focuses on the differences from this embodiment.

【0089】本実施形態においては、図1,2に示すよ
うに、シリコン基板1における四角枠部5の上に電極
(配線)60が形成され、この電極60を通して支持部
(ベースプレート部3+四角枠部5)の電位を制御もし
くは一定に維持することができるようになっている。よ
って、支持部(ベースプレート部3+四角枠部5)を所
望の電位に固定でき、支持部(ベースプレート部3+四
角枠部5)の電位が原因となるノイズ等を低減すること
ができ、より精度の高いセンシングが可能となる。この
ようにしても、構造体膜厚制御が不十分であっても可動
電極と固定電極間の静電容量がバラツクことに起因する
センサの感度バラツキを低減することができる。
In this embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, an electrode (wiring) 60 is formed on the square frame 5 of the silicon substrate 1, and the support (base plate 3 + square frame) is formed through the electrode 60. The potential of the section 5) can be controlled or kept constant. Therefore, the support portion (base plate portion 3 + square frame portion 5) can be fixed at a desired potential, noise and the like caused by the potential of the support portion (base plate portion 3 + square frame portion 5) can be reduced, and more accurate High sensing becomes possible. Even in this case, even if the control of the film thickness of the structure is insufficient, it is possible to reduce the variation in the sensitivity of the sensor due to the variation in the capacitance between the movable electrode and the fixed electrode.

【0090】なお、支持部(ベースプレート部3+四角
枠部5)の電位を取り出す電極(配線)60の形成は、
図7での配線50の形成の際、又は、図8での配線2
9,30の形成の際のどちらかの工程で行えばよい。
The formation of the electrode (wiring) 60 for extracting the potential of the support portion (base plate portion 3 + square frame portion 5) is performed as follows.
When forming the wiring 50 in FIG. 7 or the wiring 2 in FIG.
It may be performed in either of the steps for forming the layers 9 and 30.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 実施の形態における半導体加速度センサを示
す平面図。
FIG. 1 is a plan view showing a semiconductor acceleration sensor according to an embodiment.

【図2】 半導体加速度センサの斜視図。FIG. 2 is a perspective view of a semiconductor acceleration sensor.

【図3】 図1のA−A線での縦断面図。FIG. 3 is a longitudinal sectional view taken along line AA of FIG. 1;

【図4】 図1のB−B線での縦断面図。FIG. 4 is a longitudinal sectional view taken along line BB of FIG. 1;

【図5】 半導体加速度センサの斜視図。FIG. 5 is a perspective view of a semiconductor acceleration sensor.

【図6】 製造工程を説明するための断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process.

【図7】 製造工程を説明するための断面図。FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process.

【図8】 製造工程を説明するための断面図。FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process.

【図9】 製造工程を説明するための断面図。FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process.

【図10】 製造工程を説明するための断面図。FIG. 10 is a sectional view for explaining a manufacturing process.

【図11】 従来技術を説明するための半導体加速度セ
ンサの平面図。
FIG. 11 is a plan view of a semiconductor acceleration sensor for explaining a conventional technique.

【図12】 図11のX−X線での縦断面図。FIG. 12 is a longitudinal sectional view taken along line XX of FIG. 11;

【図13】 製造工程を説明するための断面図。FIG. 13 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process.

【図14】 製造工程を説明するための断面図。FIG. 14 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…シリコン基板、2…空洞、3…ベースプレート部、
4a〜4d…溝、5…四角枠部、6…梁構造体、12a
〜12d…可動電極、13a〜13d…可動電極、14
a〜14b…溝、15a〜15b…絶縁材料、16a〜
16d…固定電極、17a〜17d…固定電極、18a
〜18d…溝、19a〜19d…絶縁材料、20a〜2
0d…溝、21a〜21d…絶縁材料、22a〜22d
…固定電極、23a〜23d…固定電極、24a〜24
d…溝、25a〜25d…絶縁材料、26a〜26d…
溝、27a〜27d…絶縁材料、40,41,42…誘
電体薄膜。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon substrate, 2 ... Cavity, 3 ... Base plate part,
4a to 4d: groove, 5: square frame portion, 6: beam structure, 12a
-12d: movable electrode, 13a-13d: movable electrode, 14
a-14b: groove, 15a-15b: insulating material, 16a-
16d: fixed electrode, 17a to 17d: fixed electrode, 18a
~ 18d ... groove, 19a ~ 19d ... insulating material, 20a ~ 2
0d: groove, 21a to 21d: insulating material, 22a to 22d
... fixed electrodes, 23a to 23d ... fixed electrodes, 24a to 24
d: groove, 25a to 25d: insulating material, 26a to 26d:
Grooves, 27a to 27d: insulating material, 40, 41, 42: dielectric thin film.

フロントページの続き (72)発明者 和戸 弘幸 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 Fターム(参考) 4M112 AA02 BA07 CA24 CA26 CA36 DA03 EA03 EA07 Continued on the front page (72) Inventor Hiroyuki Wado 1-1-1 Showa-cho, Kariya-shi, Aichi F-term in DENSO Corporation (reference) 4M112 AA02 BA07 CA24 CA26 CA36 DA03 EA03 EA07

Claims (27)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも半導体基板に形成した横方向
に延びる空洞により区画された支持部と、 前記空洞および半導体基板に形成した縦方向に延びる溝
により区画され、空洞の上に位置し、前記支持部から延
び、かつ、力学量により変位する可動電極を有する梁構
造体と、 前記空洞および溝により区画され、空洞の上に位置し、
前記支持部から延び、かつ、前記梁構造体の可動電極に
対向して配置された固定電極と、 前記可動電極と前記支持部との間および前記固定電極と
前記支持部との間に形成され、電気的絶縁材料が埋め込
まれた溝と、を備えた半導体力学量センサにおいて、 前記可動電極と固定電極の側壁に、前記空洞を形成する
ための基板エッチングの際の保護膜としても機能する誘
電体薄膜を形成し、かつ、当該薄膜は誘電体材料とし
て、少なくとも窒化シリコン、酸化アルミニウム、フッ
化カルシウム、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化
セリウムのいずれかを含むことを特徴とする半導体力学
量センサ。
1. A support section defined by at least a laterally extending cavity formed in a semiconductor substrate, and a support section defined by the longitudinally extending groove formed in the cavity and the semiconductor substrate, the supporting section being positioned above the cavity, A beam structure having a movable electrode that extends from a portion and is displaced by a mechanical quantity, and is defined by the cavity and the groove, and is located on the cavity;
A fixed electrode extending from the support portion and arranged to face the movable electrode of the beam structure; and a fixed electrode formed between the movable electrode and the support portion and between the fixed electrode and the support portion. A semiconductor dynamic quantity sensor having a groove in which an electrically insulating material is embedded, wherein a dielectric film which also functions as a protective film at the time of substrate etching for forming the cavity is formed on the side walls of the movable electrode and the fixed electrode. A semiconductor dynamic quantity sensor, wherein a body thin film is formed, and the thin film contains at least one of silicon nitride, aluminum oxide, calcium fluoride, zirconium oxide, tantalum oxide, and cerium oxide as a dielectric material.
【請求項2】 前記誘電体薄膜は、残留応力が零である
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体力学量セン
サ。
2. The semiconductor physical quantity sensor according to claim 1, wherein the dielectric thin film has zero residual stress.
【請求項3】 前記誘電体薄膜は、対向する電極に接近
しない方向に延びていることを特徴とする請求項1また
は2に記載の半導体力学量センサ。
3. The semiconductor physical quantity sensor according to claim 1, wherein the dielectric thin film extends in a direction not approaching an opposing electrode.
【請求項4】 前記誘電体薄膜は、シリコンと酸素と窒
素で構成したことを特徴とする請求項1〜3のいずれか
1項に記載の半導体力学量センサ。
4. The semiconductor physical quantity sensor according to claim 1, wherein the dielectric thin film is made of silicon, oxygen, and nitrogen.
【請求項5】 前記誘電体薄膜は、圧縮応力を有する材
料と引っ張り応力を有する材料で形成したことを特徴と
する請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体力学量
センサ。
5. The semiconductor physical quantity sensor according to claim 1, wherein the dielectric thin film is formed of a material having a compressive stress and a material having a tensile stress.
【請求項6】 前記誘電体薄膜は、シリコン酸化膜とシ
リコン窒化膜であることを特徴とする請求項5に記載の
半導体力学量センサ。
6. The semiconductor physical quantity sensor according to claim 5, wherein the dielectric thin film is a silicon oxide film and a silicon nitride film.
【請求項7】 前記誘電体薄膜は、可動電極・固定電極
と同等の熱膨張係数を有することを特徴とする請求項1
〜6のいずれか1項に記載の半導体力学量センサ。
7. The device according to claim 1, wherein the dielectric thin film has a thermal expansion coefficient equivalent to that of the movable electrode / fixed electrode.
7. The semiconductor physical quantity sensor according to any one of items 6 to 6.
【請求項8】 前記誘電体薄膜の厚さは100nm以上
であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に
記載の半導体力学量センサ。
8. The semiconductor dynamic quantity sensor according to claim 1, wherein the thickness of the dielectric thin film is 100 nm or more.
【請求項9】 前記半導体基板はシリコン基板であるこ
とを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の半
導体力学量センサ。
9. The semiconductor physical quantity sensor according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is a silicon substrate.
【請求項10】 支持部と、力学量により変位する可動
電極を有する梁構造体と、梁構造体の可動電極に対向し
て配置された固定電極とを備えた半導体力学量センサの
製造方法であって、 半導体基板の上面から異方性エッチングを行い、少なく
とも梁構造体と固定電極を区画形成するための縦方向に
延びる溝を形成する第1の工程と、 前記溝の底面を除く側壁に、原子層毎の成膜による誘電
体薄膜を形成する第2の工程と、 前記溝の底面から前記半導体基板に対し前記誘電体薄膜
を保護膜として等方性エッチングを行い、横方向に延び
る空洞を形成し、支持部と梁構造体と固定電極とを区画
形成する第3の工程と、 を備えたことを特徴とする半導体力学量センサの製造方
法。
10. A method of manufacturing a semiconductor dynamic quantity sensor comprising a support, a beam structure having a movable electrode displaced by a dynamic quantity, and a fixed electrode disposed opposite to the movable electrode of the beam structure. A first step of performing anisotropic etching from the upper surface of the semiconductor substrate to form at least a vertically extending groove for partitioning the beam structure and the fixed electrode; A second step of forming a dielectric thin film by film formation for each atomic layer; and performing a isotropic etching on the semiconductor substrate from a bottom surface of the groove using the dielectric thin film as a protective film to form a cavity extending in a lateral direction. And forming a support part, a beam structure, and a fixed electrode. 3. A method of manufacturing a semiconductor dynamic quantity sensor, comprising:
【請求項11】 前記誘電体薄膜を形成する第2の工程
に、原子層エピタキシー法を用いたことを特徴とする請
求項10に記載の半導体力学量センサの製造方法。
11. The method according to claim 10, wherein an atomic layer epitaxy method is used in the second step of forming the dielectric thin film.
【請求項12】 少なくとも半導体基板に形成した横方
向に延びる空洞により区画された支持部と、 前記空洞および半導体基板に形成した縦方向に延びる溝
により区画され、空洞の上に位置し、前記支持部から延
び、かつ、力学量により変位する可動電極を有する梁構
造体と、 前記空洞および溝により区画され、空洞の上に位置し、
前記支持部から延び、かつ、前記梁構造体の可動電極に
対向して配置された固定電極と、 前記可動電極と前記支持部との間および前記固定電極と
前記支持部との間に形成され、電気的絶縁材料が埋め込
まれた溝と、を備えた半導体力学量センサにおいて、前
記可動電極と固定電極の側壁に、前記空洞を形成するた
めの基板エッチングの際の保護膜としても機能する導電
性薄膜を形成したことを特徴とする半導体力学量セン
サ。
12. A support section defined by at least a laterally extending cavity formed in the semiconductor substrate, and a support section defined by the longitudinally extending groove formed in the cavity and the semiconductor substrate and located above the cavity. A beam structure having a movable electrode that extends from a portion and is displaced by a mechanical quantity, and is defined by the cavity and the groove, and is located on the cavity;
A fixed electrode extending from the support portion and arranged to face the movable electrode of the beam structure; and a fixed electrode formed between the movable electrode and the support portion and between the fixed electrode and the support portion. A semiconductor dynamic quantity sensor having a groove in which an electrically insulating material is embedded, wherein a conductive film that also functions as a protective film at the time of substrate etching for forming the cavity is formed on the side wall of the movable electrode and the fixed electrode A semiconductor dynamic quantity sensor characterized by forming a conductive thin film.
【請求項13】 前記導電性薄膜は金属であることを特
徴とする請求項12に記載の半導体力学量センサ。
13. The semiconductor physical quantity sensor according to claim 12, wherein the conductive thin film is a metal.
【請求項14】 前記導電性薄膜は、金属を含有した材
料であることを特徴とする請求項12に記載の半導体力
学量センサ。
14. The semiconductor physical quantity sensor according to claim 12, wherein the conductive thin film is a material containing a metal.
【請求項15】 前記導電性薄膜は金属酸化物であるこ
とを特徴とする請求項14に記載の半導体力学量セン
サ。
15. The semiconductor physical quantity sensor according to claim 14, wherein the conductive thin film is a metal oxide.
【請求項16】 前記導電性薄膜は、対向する電極に接
近しない方向に延びていることを特徴とする請求項12
〜15のいずれか1項に記載の半導体力学量センサ。
16. The conductive thin film extends in a direction that does not approach an opposing electrode.
16. The semiconductor physical quantity sensor according to any one of items 15 to 15.
【請求項17】 前記導電性薄膜は、金属とシリコンで
形成したことを特徴とする請求項14に記載の半導体力
学量センサ。
17. The semiconductor physical quantity sensor according to claim 14, wherein the conductive thin film is formed of metal and silicon.
【請求項18】 前記導電性薄膜は、残留応力が零であ
ることを特徴とする請求項12〜17のいずれか1項に
記載の半導体力学量センサ。
18. The semiconductor physical quantity sensor according to claim 12, wherein the conductive thin film has no residual stress.
【請求項19】 前記導電性薄膜は、圧縮応力を有する
材料と引っ張り応力を有する材料で形成したことを特徴
とする請求項12〜18のいずれか1項に記載の半導体
力学量センサ。
19. The semiconductor dynamic quantity sensor according to claim 12, wherein the conductive thin film is formed of a material having a compressive stress and a material having a tensile stress.
【請求項20】 前記導電性薄膜は、可動電極・固定電
極と同等の熱膨張係数を有することを特徴とする請求項
12〜19のいずれか1項に記載の半導体力学量セン
サ。
20. The semiconductor dynamic quantity sensor according to claim 12, wherein the conductive thin film has a thermal expansion coefficient equivalent to that of a movable electrode / fixed electrode.
【請求項21】 前記導電性薄膜の厚さは100nm以
上であることを特徴とする請求項12〜20のいずれか
1項に記載の半導体力学量センサ。
21. The semiconductor physical quantity sensor according to claim 12, wherein the conductive thin film has a thickness of 100 nm or more.
【請求項22】 前記半導体基板はシリコン基板である
ことを特徴とする請求項12〜21のいずれか1項に記
載の半導体力学量センサ。
22. The semiconductor physical quantity sensor according to claim 12, wherein the semiconductor substrate is a silicon substrate.
【請求項23】 前記導電性薄膜と可動電極、および、
前記導電性薄膜と固定電極は、オーミック接触している
ことを特徴とする請求項12〜22のいずれか1項に記
載の半導体力学量センサ。
23. The conductive thin film and a movable electrode, and
The semiconductor physical quantity sensor according to any one of claims 12 to 22, wherein the conductive thin film and the fixed electrode are in ohmic contact.
【請求項24】 支持部と、力学量により変位する可動
電極を有する梁構造体と、梁構造体の可動電極に対向し
て配置された固定電極とを備えた半導体力学量センサの
製造方法であって、 半導体基板の上面から異方性エッチングを行い、少なく
とも梁構造体と固定電極を区画形成するための縦方向に
延びる溝を形成する第1の工程と、 前記溝の底面を除く側壁に、原子層毎の成膜による導電
性薄膜を形成する第2の工程と、 前記溝の底面から前記半導体基板に対し前記導電性薄膜
を保護膜として等方性エッチングを行い、横方向に延び
る空洞を形成し、支持部と梁構造体と固定電極とを区画
形成する第3の工程と、を備えたことを特徴とする半導
体力学量センサの製造方法。
24. A method for manufacturing a semiconductor dynamic quantity sensor comprising a support, a beam structure having a movable electrode displaced by a dynamic quantity, and a fixed electrode disposed opposite to the movable electrode of the beam structure. A first step of performing anisotropic etching from the upper surface of the semiconductor substrate to form at least a vertically extending groove for partitioning the beam structure and the fixed electrode; A second step of forming a conductive thin film by film formation for each atomic layer; and performing a isotropic etching on the semiconductor substrate from a bottom surface of the groove using the conductive thin film as a protective film to form a cavity extending in a lateral direction. And forming a support part, a beam structure, and a fixed electrode. 3. A method for manufacturing a semiconductor physical quantity sensor, comprising:
【請求項25】 前記導電性薄膜を形成する第2の工程
に、原子層エピタキシー法を用いたことを特徴とする請
求項24に記載の半導体力学量センサの製造方法。
25. The method according to claim 24, wherein an atomic layer epitaxy method is used in the second step of forming the conductive thin film.
【請求項26】 前記導電性薄膜を形成する第2の工程
もしくは第3の工程の後に、導電性薄膜と可動電極・固
定電極とのオーミックコンタクトをとるための熱処理工
程を加えたことを特徴とする請求項24または25に記
載の半導体力学量センサの製造方法。
26. A heat treatment step for making ohmic contact between the conductive thin film and the movable electrode / fixed electrode after the second step or the third step of forming the conductive thin film. The method of manufacturing a semiconductor dynamic quantity sensor according to claim 24 or 25.
【請求項27】 少なくとも半導体基板に形成した横方
向に延びる空洞により区画された支持部と、 前記空洞および半導体基板に形成した縦方向に延びる溝
により区画され、空洞の上に位置し、前記支持部から延
び、かつ、力学量により変位する可動電極を有する梁構
造体と、 前記空洞および溝により区画され、空洞の上に位置し、
前記支持部から延び、かつ、前記梁構造体の可動電極に
対向して配置された固定電極と、 前記可動電極と前記支持部との間および前記固定電極と
前記支持部との間に形成され、電気的絶縁材料が埋め込
まれた溝と、 を備えた半導体力学量センサにおいて、 前記半導体基板の上に、前記支持部の電位を制御もしく
は一定に維持するための電極を設けたことを特徴とする
半導体力学量センサ。
27. A support section defined by at least a laterally extending cavity formed in a semiconductor substrate, and a support section defined by the cavity and a vertically extending groove formed in the semiconductor substrate, the supporting section being positioned above the cavity, A beam structure having a movable electrode extending from a portion and displaced by a mechanical quantity, defined by the cavity and the groove, located on the cavity,
A fixed electrode extending from the support portion and arranged to face the movable electrode of the beam structure; and a fixed electrode formed between the movable electrode and the support portion and between the fixed electrode and the support portion. A groove in which an electrically insulating material is embedded, wherein the semiconductor physical quantity sensor includes: an electrode for controlling or maintaining a constant potential of the supporting portion on the semiconductor substrate. Semiconductor dynamic quantity sensor.
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CN110040682A (en) * 2019-04-19 2019-07-23 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 The preparation method of highly sensitive acceleration sensor structure

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