JP2002289875A

JP2002289875A - 半導体力学量センサ及びその製造方法

Info

Publication number: JP2002289875A
Application number: JP2001392247A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Fujii; 哲夫藤井
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-12-25
Filing date: 2001-12-25
Publication date: 2002-10-04
Anticipated expiration: 2020-03-30
Also published as: JP3633555B2

Abstract

(57)【要約】【目的】可動電極と固定電極との間を確実に電気的に
絶縁し、全体構造を簡素化しつつ、ノイズの影響を低減
して加速度の検出精度，検出感度を向上する。【構成】単結晶シリコン基板１の下面側に絶縁層９を
介して単結晶シリコン基板８を設け、片持ち梁１３の全
周に亘って単結晶シリコン基板１を上面側から下面側ま
で貫通するトレンチ溝１３を穿設することにより、片持
ち梁１３と該片持ち梁１３に対向する各固定電極１４〜
１７とを一体的に形成する構成とした。これにより、片
持ち梁１３と各固定電極１４〜１７とはトレンチ溝３に
より電気的に絶縁される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動車等の運動
体の力学量を検出するのに用いて好適な半導体力学量セ
ンサに関し、特に、支持梁が力学量に応じて水平方向に
変位する半導体力学量センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、従来技術による片持梁式の加速
度センサとしては、シリコン基板に設けられ、基端側が
固定端となり先端側が加速度に応じてシリコン基板と水
平方向に変位する質量部を有する支持梁と、該支持梁の
固定端を除く外周側を取囲むように前記シリコン基板を
上面から下面まで貫通して設けられた略コ字状の溝と、
該溝により前記シリコン基板に一体形成され、支持梁の
周囲に所定寸法離間して設けられた固定部と、前記シリ
コン基板の表面に設けられた低抵抗のＰ型拡散層によっ
て前記支持梁および該支持梁に対向する固定部に形成さ
れた可動電極および固定電極とからなるものが、例えば
特開昭６２−２３２１７１号公報等によって知られてい
る。

【０００３】そして、この加速度センサは、支持梁の幅
寸法をその厚さ寸法よりも小さくすることにより加速度
検出方向に指向性を付与し、該支持梁を加速度に応じて
シリコン基板と水平な方向に変位せしめ、この支持梁の
水平方向変位による各電極間の静電容量変化を加速度検
出信号として検出するようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した各
従来技術による加速度センサでは、シリコン基板を貫通
する略コ字状の溝を形成することにより、該基板に支持
梁と固定部とを一体的に形成している。しかし、この溝
は支持梁の固定端側を除くコ字状に形成されているに過
ぎず、該支持梁の固定端側はシリコン基板を介して固定
部側と接続されているから、支持梁に形成された可動電
極と固定部に形成された固定電極との間の電気的絶縁性
が低く、ノイズの影響を受け易くなって加速度の検出精
度や検出感度等が大幅に低下するという問題がある。

【０００５】また、上述した各従来技術による静電容量
式の加速度センサにあっては、加速度の検出感度を高め
るべく、可動電極と固定電極との間の電極間寸法（即
ち、溝の幅寸法）を数十ｍ程度の狭小な寸法にする必要
があるが、支持梁と固定部とが物理的に接続されている
ため、この狭小な溝の両側面に電気的に分離された可動
電極、固定電極を形成するのが難しい。

【０００６】即ち、特開昭６２−２３２１７１号公報に
示す従来技術によるものでは、エッチング技術によりシ
リコン基板を上下に貫通する２個の溝を左，右に離間し
て穿設した後、シリコン基板の表面に該各溝を取囲むよ
うにして抵抗値の低いＰ型拡散層を形成し、再度エッチ
ング技術により各溝を広げて略コ字状に形成することに
より、このＰ型拡散層を溝の両側で分断して可動電極，
固定電極を形成するようになっているから、エッチング
技術による溝の形成がＰ型拡散層形成工程を挟む前，後
の２段階で行われることになり、製造工程が大幅に複雑
化し、製造コストが増大するという問題がある。

【０００７】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、可動電極と固定電極との間を確実に電気
的に絶縁することができ、ノイズの影響を低減して加速
度の検出精度，検出感度を向上できるようにした加速度
センサを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項１に係る力学量センサは、シリコン材料
から形成された第１の基板と、該第１の基板の下面側に
位置して周縁部に設けられた絶縁部材を介して該第１の
基板と該絶縁部材によって電気的に絶縁された状態で設
けられた第２の基板とを備え、前記第１の基板は、力学
量に応じて水平方向に変位する質量部を有する支持梁
と、該支持梁の全周に亘って前記第１の基板を貫通して
設けられた絶縁溝と、該絶縁溝を挟んで前記支持梁の両
側に設けられ、前記第２の基板に固定された固定部とか
ら構成し、前記絶縁部材によって前記第２の基板の上面
と前記支持梁および質量部の下面との間に隙間を確保す
る構成としたことにある。請求項２に係る力学量センサ
は、シリコン材料から形成された第１の基板と、該第１
の基板の下面側に位置して支持部に設けられた絶縁部材
を介して該第１の基板と該絶縁部材によって電気的に絶
縁された状態で設けられた第２の基板とを備え、前記第
１の基板は、力学量に応じて水平方向に変位するおもり
部、可動電極及び梁部を有する可動部と、該可動部の全
周に亘って前記第１の基板を貫通して設けられた絶縁溝
と、該絶縁溝を挟んで前記可動電極に対向して設けら
れ、前記第２の基板に固定された固定部とから構成し、
前記絶縁部材によって前記第２の基板の上面と前記おも
り部、可動電極及び梁部を有する前記可動部の下面との
間に隙間を確保する構成としたことにある。

【０００９】

【作用】請求項１記載の発明では、第１の基板を構成す
る可動部および各固定部とは絶縁溝により分断されて電
気的に絶縁され、該可動部には可動電極が形成されると
共に該各固定部には固定電極が形成される。そして、力
学量が加わると、可動部はこの力学量に応じて水平方向
に変位し、該可動部と各固定部との間の静電容量が変化
するから、この静電容量変化を可動電極と固定電極とに
より力学量検出信号として検出することができる。ま
た、絶縁部材によって第２の基板の上面と可動部および
おもり部の下面との間に隙間を確保したから、該隙間に
よって可動部の変位を確保することができる。

【００１０】請求項３記載の発明では、第１の基板を構
成する可動部および各固定部とは絶縁溝により分断され
て電気的に絶縁され、該可動部には可動電極が形成され
ると共に該各固定部には固定電極が形成される。そし
て、力学量が加わると、可動部はこの力学量に応じて水
平方向に変位し、該可動部と各固定部との間の静電容量
が変化するから、この静電容量変化を可動電極と固定電
極とにより力学量検出信号として検出することができ
る。また、絶縁部材によって第２の基板の上面と可動部
の下面との間に隙間を確保したから、該隙間によって可
動部の変位を確保することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】（第１実施例）以下、この発明を
具体化した一実施例を図面に従って説明する。

【００１２】図１には、加速度センサの平面図を示すと
ともに、図２には図１のＡ−Ａ断面図を示す。本加速度
センサは容量型加速度センサであり、図２に示すよう
に、単結晶シリコン基板８上にＳｉＯ２膜９を介して単
結晶シリコン基板１が接合され、単結晶シリコン基板１
には同基板１を貫通するトレンチ３により片持ち梁１３
が形成されている。この片持ち梁１３は、図１に示すよ
うに、その先端側が２つに分かれた構造をなしている。
そして、片持ち梁１３は、単結晶シリコン基板１の表面
に平行な方向（図１中、Ｃ矢印方向）に可動となってい
る。さらに、単結晶シリコン基板１において、信号処理
回路１０がポリシリコン膜６及びＳｉＯ２膜５により片
持ち梁１３とは電気的に絶縁された状態で形成されてい
る。

【００１３】図３〜図１０にはその製造工程を示す。以
下に、製造工程を説明する。図３に示すように、１〜２
０Ω・ｃｍのｎ型（１００）単結晶シリコン基板１を用
意し、その主表面に熱酸化により１μｍ程度のＳｉＯ２
膜２を形成し、フォトリソグラフィー手法によりＳｉＯ
２膜２を所定のパターンに形成する。続いて、単結晶シ
リコン基板１の主表面側において、リアクティブイオン
エッチング等により所定の深さ、例えば０．２〜３０μ
ｍ程度の垂直の壁を持つトレンチ３を形成する。本実施
例では、約３μｍの場合で説明する。

【００１４】そして、ＳｉＯ２膜２を除去した後、図４
に示すように、トレンチ３の内壁を含む単結晶シリコン
基板１の主表面に、リンやヒ素等によるｎ＋拡散層４を
形成し、さらに熱酸化等により０．１〜１μｍのＳｉＯ
２膜５を形成する。この時、エッチングのダメージを除
去するため、ｎ＋拡散層４を形成する前にＳｉＯ２を熱
酸化で形成し除去する、いわゆる犠牲酸化を行ってもよ
い。

【００１５】続いて、図５に示すように、単結晶シリコ
ン基板１の主表面にポリシリコン膜６を形成して、トレ
ンチ３をポリシリコン膜６にて充填する。尚、ポリシリ
コン膜６をバイアス用導電路として使用すべく同ポリシ
リコン膜６に不純物を導入する場合には、ポリシリコン
膜６を形成する前に薄いポリシリコン層を形成しリン等
を高濃度に拡散しておけばポリシリコン膜６に不純物を
導入することができる。

【００１６】次に、図６に示すように、ポリシリコン膜
６の表面を鏡面研磨して所定の厚さのポリシリコン膜６
が残るようする。続いて、ポリシリコン膜６に対しイオ
ン注入等により所定領域にボロンによるｐ＋拡散層７を
形成する。

【００１７】一方、図７に示すように、もう１枚の（１
００）単結晶シリコン基板８を用意し、その主表面に熱
酸化による０．１〜１．０μｍのＳｉＯ２膜９を形成す
る。次に、単結晶シリコン基板１と単結晶シリコン基板
８とを、例えば過酸化水素水と硫酸の混合水溶液中に入
れ、親水性化処理を行う。そして、乾燥後、図８に示す
ように、単結晶シリコン基板１の主表面と単結晶シリコ
ン基板８の主表面とを室温中で重ね合わせ、４００〜１
１００°Ｃの炉の中に０．５〜２時間入れ強固な接合を
行う。

【００１８】次に、図９に示すように、アルカリ系の水
溶液、例えばＫＯＨ溶液等を用いて単結晶シリコン基板
１の裏面側を選択ポリッシングしてＳｉＯ２膜２が表れ
るまで処理する。その結果、単結晶シリコン基板１の厚
さが、例えば、３μｍ程度となり、薄膜化される。

【００１９】そして、図１０に示すように、単結晶シリ
コン基板１の所定領域に通常のＣＭＯＳプロセス、又は
バイポーラプロセス等を用いて信号処理回路（ＩＣ回路
部）１０を形成する。尚、図１及び図１０においては、
信号処理回路１０の一部としてＭＯＳトランジスタのみ
を示す。さらに、信号処理回路１０の上面にパッシベー
ション膜１１として、例えばプラズマＣＶＤ法によるプ
ラズマＳｉＮ膜（Ｐ−ＳｉＮ）を形成する。引き続き、
このパッシベーション膜１１の所定の領域に窓１２を明
ける。

【００２０】そして、図２に示すように、ＴＭＡＨ（テ
トラメチルアンモニウムハイドロオキサイト）（ＣＨ
３）４ＮＯＨの約２０％溶液を用いて、単結晶シリコン
基板１の裏面側（図２中、上側）からパッシベーション
膜１１の窓１２を通してポリシリコン膜６をエッチング
除去する。このとき、パッシベーション膜１１（Ｐ−Ｓ
ｉＮ）、ＳｉＯ２膜５，アルミ配線層，ｐ＋拡散層（ｐ
＋ポリシリコン膜）７は選択的エッチングではほとんど
エッチングされない。

【００２１】尚、ポリシリコン膜６のエッチング除去の
際に、図１における片持ち梁１３の幅の広い部分にエッ
チング用穴４８が設けられ、このエッチング用穴４８を
通してポリシリコン膜６をより確実にエッチング除去す
るようにしている。

【００２２】その結果、片持ち梁１３が形成される。こ
のとき、片持ち梁１３は、図２に示すように、単結晶シ
リコン基板１の深さ方向の厚さＬ１に対し単結晶シリコ
ン基板１の表面に平行な方向の厚さＬ２の方が小さくな
っている。

【００２３】容量型加速度センサにおいては、片持ち梁
１３の先端部分（２つに分かれた部分）が可動電極とな
るとともに、図１に示すように、この片持ち梁１３の先
端部分に対向する単結晶シリコン基板１が固定電極１
４，１５，１６，１７となる。又、図１に示すように、
固定電極１４と固定電極１６とがアルミ配線層１８ａに
て取り出され、固定電極１５と固定電極１７とがアルミ
配線層１８ｂにて取り出され、さらに、片持ち梁（可動
電極）１３がアルミ配線層１８ｃにて取り出されてい
る。このアルミ配線層１８ａ，１８ｂ，１８ｃは信号処
理回路１０と接続され、この信号処理回路１０により加
速度による片持ち梁（可動電極）１３の変位に伴う信号
処理が行われるようになっている。又、片持ち梁１３
（可動電極）及び固定電極１４，１５，１６，１７に配
置したｎ＋拡散層４（図２参照）により、電位が一定に
保たれる。

【００２４】尚、本実施例では容量型加速度センサとし
たが、片持ち梁１３の根元部分の表面にピエゾ抵抗層を
形成すればピエゾ抵抗型の加速度センサとすることがで
きる。勿論、この両タイプのセンサを同一基板内に形成
すれば、さらにその精度、信頼性を向上させることがで
きる。

【００２５】このように製造された加速度センサにおい
ては、単結晶シリコン基板８上にＳｉＯ２膜を介して単
結晶シリコン基板１が接合されてＳＯＩ構造となってい
る。さらに、片持ち梁１３においては、単結晶シリコン
基板１の深さ方向の厚さＬ１に対し単結晶シリコン基板
１の表面に平行な方向の厚さＬ２の方が小さい。よっ
て、片持ち梁１３が単結晶シリコン基板１の表面におい
て表面に平行な方向に移動可能となり、基板表面に平行
な方向への加速度が検出される。

【００２６】このように本実施例では、単結晶シリコン
基板１の主表面に、片持ち梁１３を形成するための所定
深さのトレンチ（溝）３を形成し（第１工程）、単結晶
シリコン基板１の主表面にポリシリコン膜６を形成して
トレンチ３を当該ポリシリコン膜６にて充填するととも
に、そのポリシリコン膜６の表面を平滑化した（第２工
程）。そして、単結晶シリコン基板１の主表面と、Ｓｉ
Ｏ２膜（絶縁膜）９を形成した単結晶シリコン基板８と
を、ＳｉＯ２膜９を介して接合し（第３工程）、単結晶
シリコン基板１の裏面側を所定量研磨して単結晶シリコ
ン基板１を薄膜化した（第４工程）。さらに、単結晶シ
リコン基板１の表面に信号処理回路１０を形成した後、
単結晶シリコン基板１の裏面側からポリシリコン膜６を
エッチング除去して片持ち梁１３を形成した（第５工
程）。

【００２７】よって、ウェハプロセスの途中における信
号処理回路１０の形成プロセスでは、ポリシリコン膜６
により単結晶シリコン基板１の表面部分にはトレンチ３
が埋められており、ＩＣ素子の汚染、製造装置への汚
染、それに伴う電気特性の不良や劣化が防止できる。つ
まり、ウェハプロセスはプロセス途中の熱処理、フォト
リソグラフィー処理等においてウェハ表面に凹部や貫通
孔等の表面構造が現れないようにすることにより、コン
タミネーション等を防止してウェハプロセスの安定化を
図り、高精度の加速度センサを安定して供給することが
できる。

【００２８】このように製造された加速度センサは、単
結晶シリコン基板８上にＳｉＯ２膜（絶縁膜）９を介し
て接合され、かつ薄膜化された単結晶シリコン基板１
と、単結晶シリコン基板１に形成され、その表面に平行
な方向に可動な片持ち梁１３と、単結晶シリコン基板１
に形成され、加速度による片持ち梁１３の動作に伴う信
号処理を行う信号処理回路１０とを備えている。そし
て、単結晶シリコン基板１の表面に平行な方向に加速度
が作用すると、単結晶シリコン基板１に形成した片持ち
梁１３が動作する。その片持ち梁１３の動作に伴い単結
晶シリコン基板１に形成した信号処理回路１０にて信号
処理が行われる。このようにして、単結晶シリコンを用
いた表面マイクロマシーニング技術により加速度センサ
が形成され、新規な構造にて高精度、高信頼性を図るこ
とができることとなる。

【００２９】又、前記片持ち梁１３の表面、及び、片持
ち梁１３と対向する単結晶シリコン基板１をＳｉＯ２膜
（絶縁体）５にて被覆したので、容量型加速度センサに
おける電極ショートを未然に防止することができる。
尚、片持ち梁１３の表面と、片持ち梁１３と対向する単
結晶シリコン基板１とは、少なくともいずれかがＳｉＯ
２膜（絶縁体）５にて被覆されていればよい。

【００３０】尚、本実施例の応用として、図１１，１２
に示すように、寄生容量を減らすため片持ち梁１３を信
号処理回路（ＩＣ回路部）１０と切り離し、エアーブリ
ッジ配線としてもよい。又、固定電極１４，１５，１
６，１７も同様な構造にしてもよい。さらに、前記実施
例ではアルミ配線層を用いたがポリシリコン層により配
線部を形成してもよい。さらには、前記実施例では梁の
先端に２つの可動電極を形成するとともに４つの固定電
極１４，１５，１６，１７を形成したが、さらに感度を
向上させるために、可動電極部と固定電極部とを櫛歯状
にしてもよい。

【００３１】（第２実施例）次に、第２実施例を第１実
施例との相違点を中心に説明する。

【００３２】前記第１実施例では片持ち梁１３を形成す
るために、この部分を単結晶シリコン基板から一定距離
離す目的でｐ＋拡散層（ｐ＋ポリシリコン膜）７を形成
したが、本実施例においては、この一定距離離すために
トレンチを形成する前に凹部を形成している。

【００３３】図１３〜図２１にはその製造工程を示す。
図１３に示すように、ｎ型（１００）単結晶シリコン基
板２０を用意し、単結晶シリコン基板２０の主表面にド
ライエッチング又はウェットエッチングにより凹部２１
を所定の深さ、例えば０．１〜５μｍの深さで形成す
る。そして、図１４に示すように、単結晶シリコン基板
２０の主表面にＳｉＯ２膜２２を形成し、フォトリソグ
ラフィー手法のよりパターンを形成する。続いて、凹部
２１の底部を含む単結晶シリコン基板２０の主表面にド
ライエッチング等により０．１〜３０μｍ程度のトレン
チ２３を形成する。

【００３４】そして、図１５に示すように、トレンチ２
３の内壁を含む単結晶シリコン基板２０の主表面に、ｎ
＋拡散層２４を形成するとともに、熱酸化によりＳｉＯ
２膜２５を形成する。その後、図１６に示すように、ト
レンチ２３内にＬＰＣＶＤ法によりポリシリコン膜２６
を埋め込む。

【００３５】引き続き、図１７に示すように、ＳｉＯ２
膜２５をストッパーとしてポリシリコン膜２６の表面を
研摩し、表面を平滑にする。この時、ポリシリコン膜２
６とＳｉＯ２膜２５の表面が平滑になることが望ましい
が、ポリシリコン膜２６の部分がへこみぎみになったと
してもＳｉＯ２膜２５の表面が平滑になっていれば続い
て行われるウエハ接合において差し支えない。

【００３６】一方、図１８に示すように、もう１枚の
（１００）単結晶シリコン基板２７を用意し、その主表
面に熱酸化による０．１〜１．０μｍのＳｉＯ２膜２８
を形成する。次に、単結晶シリコン基板２０，２７を、
例えば過酸化水素水と硫酸の混合水溶液中に入れ、親水
性化処理を行う。そして、乾燥後、両単結晶シリコン基
板２０，２７の主表面を室温中で重ね合わせ、４００〜
１１００°Ｃの炉の中に０．５〜２時間入れ強固な接合
を行う。

【００３７】次に、図１９に示すように、アルカリ系の
水溶液、例えばＫＯＨ溶液等を用いて単結晶シリコン基
板２０の裏面側を選択ポリッシングしてＳｉＯ２膜２５
が表れるまで処理する。その結果、単結晶シリコン基板
２０の厚さが、例えば、３μｍ程度となり、薄膜化され
る。

【００３８】そして、図２０に示すように、通常のＣＭ
ＯＳプロセス、又はバイポーラプロセス等を通して信号
処理回路（ＩＣ回路部）１０を形成する。さらに、信号
処理回路１０の上面にパッシベーション膜１１として、
例えばプラズマＣＶＤ法によるプラズマＳｉＮ膜（Ｐ−
ＳｉＮ膜）を形成する。引き続き、このパッシベーショ
ン膜１１の所定の領域に窓１２を明ける。

【００３９】そして、図２１に示すように、ＴＭＡＨ
（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイト）（Ｃ
Ｈ３）４ＮＯＨの約２０％溶液を用いて、単結晶シリコ
ン基板２０の裏面側からパッシベーション膜１１の窓１
２を通してポリシリコン膜２６をエッチング除去する。
このとき、パッシベーション膜１１（Ｐ−ＳｉＮ）、Ｓ
ｉＯ２膜２５，アルミ配線層は選択的エッチングではほ
とんどエッチングされない。

【００４０】その結果、片持ち梁１３が形成される。

【００４１】（第３実施例）次に、第３実施例を第１実
施例との相違点を中心に説明する。

【００４２】前記第１，第２実施例においてはウェハ接
合の前にトレンチ内にポリシリコンを埋め込んだが、本
実施例ではウェハ接合後トレンチ内にポリシリコンを埋
め込み、最終工程でこの埋め込んだポリシリコンを除去
し、加速度センサを作製している。

【００４３】図２２〜図２８には、製造工程を示す。図
２２に示すように、ｎ型（１００）単結晶シリコン基板
３０を用意し、その主表面に深さ０．１〜５μｍの凹部
３１を形成する。一方、図２３に示すように、単結晶シ
リコン基板３２を用意し、その主表面に熱酸化によるＳ
ｉＯ２膜３３を形成する。そして、単結晶シリコン基板
３０の主表面と単結晶シリコン基板３２の主表面とを接
合する。

【００４４】さらに、図２４に示すように、単結晶シリ
コン基板３０の裏面側を所定の厚さ（０．１〜３０μ
ｍ）になるまで鏡面研磨する。そして、図２５に示すよ
うに、ＳｉＯ２膜３４を０．１〜２μｍ形成し、続いて
エッチングによりトレンチ３５を形成する。この時、片
持ち梁１３が形成される。

【００４５】次に、熱拡散法等により、ヒ素やリンのＮ
型不純物を高濃度に導入し、ＳｉＯ２膜３３，３４で覆
われていない領域にｎ＋高濃度層３６を形成する。続い
て、図２６に示すように、単結晶シリコン基板３０の表
面にポリシリコン膜３７を形成してトレンチ３５をポリ
シリコン膜３７で充填する。その後、図２７に示すよう
に、ポリシリコン膜３７の表面を選択研磨してＳｉＯ２
膜３４が表れるまで平坦にする。さらに、図２８に示す
ように、信号処理回路１０を形成した後、最後に単結晶
シリコン基板３０の裏面側（上面側）からポリシリコン
膜３７をエッチング除去して片持ち梁１３を形成する。

【００４６】このように本実施例では、単結晶シリコン
基板３０の主表面と、ＳｉＯ２膜（絶縁膜）３３を形成
した単結晶シリコン基板３２とを、ＳｉＯ２膜３３を介
して接合し（第１工程）、単結晶シリコン基板３０の裏
面側を所定量研磨して単結晶シリコン基板３０を薄膜化
する（第２工程）。そして、単結晶シリコン基板３０の
裏面に、片持ち梁１３を形成するための所定深さのトレ
ンチ（溝）３５を形成し（第３工程）、単結晶シリコン
基板３０の裏面にポリシリコン膜３７を形成してトレン
チ３５をポリシリコン膜３７にて充填するとともに、そ
のポリシリコン膜３７の表面を平滑化する（第４工
程）。さらに、単結晶シリコン基板３０に信号処理回路
を形成した後、単結晶シリコン基板３０の裏面側からポ
リシリコン膜３７をエッチング除去して片持ち梁１３を
形成した（第５工程）。

【００４７】よって、ウェハプロセスの途中における信
号処理回路１０の形成プロセスでは、ポリシリコン膜３
７により単結晶シリコン基板３０の上面部分にはトレン
チ３５が埋められており、ＩＣ素子の汚染、製造装置へ
の汚染、それに伴う電気特性の不良や劣化が防止でき
る。つまり、ウェハプロセスはプロセス途中の熱処理、
フォトリソグラフィー処理等においてウェハ表面に凹部
や貫通孔等の表面構造が現れないようにすることによ
り、コンタミネーション等を防止してウェハプロセスの
安定化を図り、高精度の加速度センサを安定して供給す
ることができる。

【００４８】（第４実施例）次に、第４実施例を第３実
施例との相違点を中心に説明する。

【００４９】本実施例は前記第３実施例に比較してより
安価にセンサを製造するためのものでありる。図２９〜
図３１には、製造工程を示す。

【００５０】図２９に示すように、単結晶シリコン基板
４０の主表面に０．１〜２μｍのＳｉＯ２膜４１を形成
するとともに、このＳｉＯ２膜４１を挟んで単結晶シリ
コン基板４２を接合する。そして、図３０に示すよう
に、単結晶シリコン基板４２の上面を研磨して単結晶シ
リコン基板４２を所定の厚さにする。つまり、単結晶シ
リコン基板４２の厚さを、例えば、３μｍ程度に薄膜化
する。その後、単結晶シリコン基板４２の上面に高濃度
ｎ＋拡散層４３を形成し、さらに、その上にＳｉＯ２膜
４４を形成する。

【００５１】続いて、図３１に示すように、単結晶シリ
コン基板４２にトレンチ４５を形成し、フッ酸溶液によ
りもこのトレンチ４５より下層にあるＳｉＯ２膜４１を
部分的にエッチング除去する。この時、片持ち梁１３と
なる部分の下部のＳｉＯ２膜４１は完全に除去される。

【００５２】その後の処理は、図２６〜図２８と同じで
ある。次に、この第４の実施例の応用例を図３２〜図３
４を用いて説明する。図３２に示すように、単結晶シリ
コン基板４０の主表面に０．１〜２μｍのＳｉＯ２膜４
１を形成するとともに、単結晶シリコン基板４２の主表
面の所定領域に深さが０．１〜３μｍの凹部４７を形成
する。そして、ＳｉＯ２膜４１を挟んで単結晶シリコン
基板４２の主表面を接合する。さらに、図３３に示すよ
うに、単結晶シリコン基板４２の上面を研磨して単結晶
シリコン基板４２を所定の厚さにする。つまり、単結晶
シリコン基板４２の厚さを、例えば、３μｍ程度に薄膜
化する。その後、単結晶シリコン基板４２の上面に高濃
度ｎ＋拡散層４３を形成し、さらに、その上にＳｉＯ２
膜４４を形成する。

【００５３】続いて、図３４に示すように、単結晶シリ
コン基板４２に対し凹部４７に至るトレンチ４５を形成
し、片持ち梁１３を形成する。その後の処理は、図２６
〜図２８と同じである。

【００５４】このようにすることにより、図３１のよう
にＳｉＯ２膜４１を部分的にエッチング除去する場合に
比べ、より確実に電気的絶縁をとることができることと
なる。

【００５５】尚、この発明は上記各実施例に限定される
ものではなく、例えば、片持ち梁構造の他にも、両持ち
梁構造や多数持ち梁構造に対して適用可能である。又、
図３５に示すように、単結晶シリコン基板５０に対し２
つの加速度センサ１３ａ，１３ｂを形成し、加速度セン
サ１３ａによりＸ方向を、加速度センサ１３ｂによりＹ
方向の加速度を検出するようにしてもよい。さらに、こ
のＸ，Ｙ方向加速度センサ１３ａ，１３ｂに対し表面垂
直方向に対して加速度を検出可能な加速度センサを同一
基板に形成し、三次元方向の加速度を検知するようにし
てもよい。さらに、容量型として本加速度センサを用い
る場合は、いわゆるサーボ型（閉ループ回路構成）にす
ることにより、より特性の安定化を図ることができる。

【００５６】又、上記各実施例ではポリシリコン膜６，
２６，３７にてトレンチ（溝）３，２３，３５を充填し
たが、多結晶又は非結質又はそれらの混在したシリコン
膜を用いてもよい。つまり、ポリシリコン又はアモルア
ァスシリコン又はポリシリコンとアモルアァスシリコン
の混在したシリコン膜を用いてもよい。

【００５７】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明では、絶縁基
板上に固定部および可動部を周囲から取囲む周辺部を形
成し、該周辺部によって各半導体力学量センサを仕切る
ようにしたから、当該半導体力学量センサの製造時にエ
ッチング剤が一方の半導体力学量センサから他方の半導
体力学量センサ側へと浸入するのを確実に防止でき、当
該半導体力学量センサ内にエッチング剤が過剰に供給さ
れて固定部および可動部等の損傷を防止し、製造時の歩
留りを効果的に向上でき、生産性を大幅に高めることが
できる。

【００５８】また、前記可動部の可動電極および固定部
の固定電極をそれぞれ複数の電極板からくし状に形成す
れば、電極間の有効面積を確実に大きくすることがで
き、加速度に対する静電容量の変化を大きくでき、半導
体力学量センサとしての検出感度を向上させることがで
きる。

【００５９】さらに、本発明の製造方法によれば、絶縁
基板上にシリコン板より形成された固定部および可動部
の厚さを薄くでき、該固定部の固定電極および可動部の
可動電極との離間寸法を微小隙間として確実に確保でき
る。

【００６０】

【発明の効果】以上詳述した通り、請求項１記載の発明
によれば、第１の基板と、該第１の基板の下面側に位置
して周縁部に設けられた絶縁部材を介して該第１の基板
と該絶縁部材によって電気的に絶縁された状態で設けら
れた第２の基板とを備え、前記第１の基板は、加速度に
応じて水平方向に変位する質量部を有する支持梁と、該
支持梁の全周に亘って前記第１の基板を貫通して設けら
れた絶縁溝と、該絶縁溝を挟んで前記支持梁の両側に設
けられ、前記第２の基板に固定された固定部とにより構
成したから、支持梁と各固定部とを絶縁溝および絶縁部
材によって電気的に絶縁することができる。

【００６１】この結果、支持梁の質量部を可動電極とし
て、該質量部に絶縁溝を挟んで対向する各固定部を固定
電極としてそれぞれ利用することができ、力学量センサ
全体の構造，製造工程を簡素化して、製造コストを低減
することができる。

【００６２】また、第１の基板に絶縁部材を介して第２
の基板を設けると共に、支持梁の全周に亘って第１の基
板を上面側から下面側まで貫通する絶縁溝を形成する構
成としたから、該絶縁溝と絶縁部材とによって支持梁と
各固定部との間を電気的に絶縁することができ、可動電
極たる支持梁の質量部と固定電極たる各固定部とが支持
梁の固定端等を介して電気的に接続されるのを防止し、
ノイズの影響を効果的に低減して、力学量の検出精度や
検出感度等を向上することができる。さらに、絶縁部材
によって第２の基板の上面と支持梁および質量部の下面
との間に隙間を確保したから、該隙間によって支持梁の
変位を確保することができる。

【００６３】また、請求項３記載の発明によれば、第１
の基板と、該第１の基板の下面側に位置して支持部に設
けられた絶縁部材を介して該第１の基板と該絶縁部材に
よって電気的に絶縁された状態で設けられた第２の基板
とを備え、前記第１の基板は、加速度に応じて水平方向
に変位するおもり部、可動電極及び梁部を有する可動部
と、該可動部の全周に亘って前記第１の基板を貫通して
設けられた絶縁溝と、該絶縁溝を挟んで前記可動電極に
対向して設けられ、前記第２の基板に固定された固定部
とにより構成したから、可動部と各固定部とを絶縁溝お
よび絶縁部材によって電気的に絶縁することができる。

【００６４】この結果、可動電極に絶縁溝を挟んで対向
する各固定部を固定電極として利用することができ、力
学量センサ全体の構造，製造工程を簡素化して、製造コ
ストを低減することができる。

【００６５】また、第１の基板に絶縁部材を介して第２
の基板を設けると共に、可動部の全周に亘って第１の基
板を上面側から下面側まで貫通する絶縁溝を形成する構
成としたから、該絶縁溝と絶縁部材とによって可動部と
各固定部との間を電気的に絶縁することができ、可動電
極と固定電極たる各固定部とが可動部の固定端等を介し
て電気的に接続されるのを防止し、ノイズの影響を効果
的に低減して、力学量の検出精度や検出感度等を向上す
ることができる。さらに、絶縁部材によって第２の基板
の上面と可動部の下面との間に隙間を確保したから、該
隙間によって可動部の変位を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】加速度センサの平面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面を示す図である。

【図３】第１実施例の製造工程を示す図である。

【図４】製造工程を示す図である。

【図５】製造工程を示す図である。

【図６】製造工程を示す図である。

【図７】製造工程を示す図である。

【図８】製造工程を示す図である。

【図９】製造工程を示す図である。

【図１０】製造工程を示す図である。

【図１１】第１実施例の応用例を示す平面図である。

【図１２】図１１のＢ−Ｂ断面を示す図である。

【図１３】第２実施例の製造工程を示す図である。

【図１４】製造工程を示す図である。

【図１５】製造工程を示す図である。

【図１６】製造工程を示す図である。

【図１７】製造工程を示す図である。

【図１８】製造工程を示す図である。

【図１９】製造工程を示す図である。

【図２０】製造工程を示す図である。

【図２１】製造工程を示す図である。

【図２２】第３実施例の製造工程を示す図である。

【図２３】製造工程を示す図である。

【図２４】製造工程を示す図である。

【図２５】製造工程を示す図である。

【図２６】製造工程を示す図である。

【図２７】製造工程を示す図である。

【図２８】製造工程を示す図である。

【図２９】第４実施例の製造工程を示す図である。

【図３０】製造工程を示す図である。

【図３１】製造工程を示す図である。

【図３２】第４実施例の応用例の製造工程を示す図であ
る。

【図３３】製造工程を示す図である。

【図３４】製造工程を示す図である。

【図３５】別例の加速度センサの平面図である。

【符号の説明】

１単結晶シリコン基板２ＳｉＯ２膜（絶縁膜）３トレンチ（溝）６ポリシリコン膜８単結晶シリコン基板９ＳｉＯ２膜（絶縁膜）１０信号処理回路１３片持ち梁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリコン材料から形成された第１の基板
と、該第１の基板の下面側に位置して周縁部に設けられ
た絶縁部材を介して該第１の基板と該絶縁部材によって
電気的に絶縁された状態で設けられた第２の基板とを備
え、前記第１の基板は、力学量に応じて水平方向に変位
する質量部を有する支持梁と、該支持梁の全周に亘って
前記第１の基板を貫通して設けられた絶縁溝と、該絶縁
溝を挟んで前記支持梁の両側に設けられ、前記第２の基
板に固定された固定部とから構成し、前記絶縁部材によ
って前記第２の基板の上面と前記支持梁および質量部の
下面との間に隙間を確保する構成としてなる半導体力学
量センサ。
【請求項２】前記絶縁溝を挟んで設置されている前記
支持梁と前記固定部の少なくとも垂直面部は低い抵抗率
をもった低抵抗なシリコン材料であることを特徴とする
請求項１記載の半導体力学量センサ。
【請求項３】シリコン材料から形成された第１の基板
と、該第１の基板の下面側に位置して支持部に設けられ
た絶縁部材を介して該第１の基板と該絶縁部材によって
電気的に絶縁された状態で設けられた第２の基板とを備
え、前記第１の基板は、力学量に応じて水平方向に変位
するおもり部、可動電極及び梁部を有する可動部と、該
可動部の全周に亘って前記第１の基板を貫通して設けら
れた絶縁溝と、該絶縁溝を挟んで前記可動電極に対向し
て設けられ、前記第２の基板に固定された固定部とから
構成し、前記絶縁部材によって前記第２の基板の上面と
前記おもり部、可動電極及び梁部を有する前記可動部の
下面との間に隙間を確保する構成としてなる半導体力学
量センサ。
【請求項４】前記各固定部および前記可動部の少なく
とも表面部は低抵抗な高濃度領域であることを特徴とす
る請求項３記載の半導体力学量センサ。
【請求項５】前記第１の基板に前記可動部の動作に伴
う信号の処理を行う信号処理回路を一体的に備えたこと
を特徴とする請求項１乃至４何れか１つに記載の半導体
力学量センサ。
【請求項６】前記信号処理回路は閉ループ回路である
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。
【請求項７】前記支持梁は、その厚さが幅より大きい
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。
【請求項８】前記可動部は前記第１の基板の厚み方向
の前記梁部の厚さが前記第１の基板の平面方向の前記梁
部の幅より大きいことを特徴とする請求項３に記載の半
導体力学量センサ。
【請求項９】前記支持梁の表面または前記可動部と対
向する前記固定部の表面の何れかは絶縁体で被覆されて
いることを特徴とする請求項７に記載の半導体力学量セ
ンサ。
【請求項１０】前記可動部の表面または前記可動部と
対向する前記固定部の表面の何れかは絶縁体で被覆され
ていることを特徴とする請求項８に記載の半導体力学量
センサ。
【請求項１１】前記支持梁及び前記固定部に高濃度の
ｎ＋電極が設定されていることを特徴とする請求項２に
記載の半導体力学量センサ。
【請求項１２】前記可動部及び前記固定部に高濃度の
ｎ＋電極が設定されていることを特徴とする請求項４に
記載の半導体力学量センサ。
【請求項１３】前記第１の基板は単結晶シリコンであ
りその比抵抗を１〜２０Ω・ｃｍとすることを特徴とす
る請求項１乃至１２何れか１つに記載の半導体力学量セ
ンサ。
【請求項１４】前記可動部と異なる第２可動部が、前
記可動部と絶縁体で電気的に絶縁されかつ前記可動部の
可動方向に対して直交する方向に可動可能な状態で前記
第１の基板に形成されていることを特徴とする請求項３
に記載の半導体力学量センサ。
【請求項１５】前記可動部及び前記第２可動部と異な
る第３可動部が、前記可動部と前記第２可動部と絶縁体
で電気的に絶縁されかつ前記可動部の可動方向及び前記
第２可動部の可動方向に対し互いに直交する方向に可動
可能な状態で前記第１の基板に形成されていることを特
徴とする請求項１４に記載の半導体力学量センサ。
【請求項１６】前記支持梁の電位を略一定にしたこと
を特徴とする請求項１に記載の半導体力学量センサ。
【請求項１７】前記可動部の電位を略一定にしたこと
を特徴とする請求項３に記載の半導体力学量センサ。