JP2023037783A - Inertial sensor, method for manufacturing inertial sensor, and inertial measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、慣性センサー、慣性センサーの製造方法、および慣性計測装置に関する。 The present invention relates to an inertial sensor, an inertial sensor manufacturing method, and an inertial measurement device.
特許文献1には、半導体基板であるシリコン基板に絶縁体充填用トレンチ溝が形成され、絶縁体充填用トレンチ溝に充填された絶縁体によって、例えば、固定電極と、その根元部での外周部とが、電気的に分離されている角速度センサーが記載されている。また、特許文献2には、シリコン基板に絶縁分離トレンチが形成され、絶縁分離トレンチの側壁に側壁絶縁膜が形成され、側壁絶縁膜が形成された絶縁分離トレンチ内に導電性材料としての埋込ポリシリコンが充填された半導体装置が記載されている。
In
しかしながら、特許文献1に記載の角速度センサーに、特許文献2に記載の技術を適用した場合には、固定電極と、その根元部での外周部との間、つまり、トレンチで分離された半導体間に導電性材料が挿入されるので、トレンチで分離された半導体間の寄生容量が増大し、角速度センサーのバイアス特性などが劣化する懸念がある。なお、バイアス特性とは、角速度センサーなどの慣性センサーにおける入力成分とは無関係な出力成分であるバイアスの大きさや安定性を意味する。
However, when the technique described in
慣性センサーは、基板と、前記基板の主面に形成される絶縁膜と、前記絶縁膜における前記基板とは反対側の面に形成される第1半導体層および第2半導体層と、前記第1半導体層における前記第2半導体層側の第1側面に形成される第1側壁酸化膜と、前記第2半導体層における前記第1半導体層側の第2側面に形成される第2側壁酸化膜と、を備え、前記第1側面は、前記絶縁膜側の端部において前記第2半導体層側に凸状の第1曲面部を有し、前記絶縁膜側とは反対側の端部において前記第2半導体層側に凸状の第2曲面部を有し、前記第2側面は、前記絶縁膜側の端部において前記第1半導体層側に凸状の第3曲面部を有し、前記絶縁膜側とは反対側の端部において前記第1半導体層側に凸状の第4曲面部を有し、前記第1側壁酸化膜と、前記第2側壁酸化膜と、は物理的に接触する。 The inertial sensor includes a substrate, an insulating film formed on a main surface of the substrate, first and second semiconductor layers formed on a surface of the insulating film opposite to the substrate, and the first semiconductor layer. a first sidewall oxide film formed on a first side surface of a semiconductor layer on the second semiconductor layer side; and a second sidewall oxide film formed on a second side surface of the second semiconductor layer on the first semiconductor layer side. , the first side surface has a first curved surface portion protruding toward the second semiconductor layer at an end portion on the insulating film side, and the first curved surface portion at an end portion opposite to the insulating film side. a second curved surface portion protruding toward the second semiconductor layer, the second side surface having a third curved surface portion protruding toward the first semiconductor layer at an end portion on the insulating film side; The end portion opposite to the film side has a convex fourth curved surface portion on the first semiconductor layer side, and the first sidewall oxide film and the second sidewall oxide film are in physical contact. .
慣性センサーの製造方法は、基板と、前記基板の主面に形成される絶縁膜と、前記絶縁膜における前記基板とは反対側の面に形成される半導体層と、を有する基体を準備する工程と、前記半導体層の一部を除去することにより、トレンチ部と、前記トレンチ部を介して対向する第1半導体層および第2半導体層と、を形成する工程と、前記第1半導体層と前記第2半導体層とを同時に酸化して、前記第1半導体層における前記第2半導体層側の第1側面に第1側壁酸化膜と、前記第2半導体層における前記第1半導体層側の第2側面に第2側壁酸化膜と、を形成し、前記第1側壁酸化膜と前記第2側壁酸化膜とを物理的に接触させることによって前記トレンチ部を埋め込む工程と、を有する。 A method for manufacturing an inertial sensor includes a step of preparing a base body having a substrate, an insulating film formed on a main surface of the substrate, and a semiconductor layer formed on a surface of the insulating film opposite to the substrate. forming a trench portion and a first semiconductor layer and a second semiconductor layer facing each other across the trench portion by removing a portion of the semiconductor layer; oxidizing the second semiconductor layer at the same time to form a first sidewall oxide film on the first side surface of the first semiconductor layer on the second semiconductor layer side; forming a second sidewall oxide film on a side surface, and filling the trench by bringing the first sidewall oxide film and the second sidewall oxide film into physical contact with each other.
慣性計測装置は、上述の慣性センサーと、前記慣性センサーを制御する制御部と、を備える。 An inertial measurement device includes the inertial sensor described above and a control unit that controls the inertial sensor.
次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
説明の便宜上、図5を除く以下の各図には、互いに直交する3つの軸として、X軸、Y軸、およびZ軸を図示している。X軸に沿った方向を「X方向」、Y軸に沿った方向を「Y方向」、Z軸に沿った方向を「Z方向」と言う。また、各軸方向の矢印先端側を「プラス側」、矢印基端側を「マイナス側」とも言う。つまり、例えば、Y方向とは、Y方向プラス側とY方向マイナス側との両方の方向を言う。また、Z向プラス側を「上」、Z方向マイナス側を「下」とも言う。また、以下の各図においては、説明を分かりやすくするため、実際とは異なる寸法や尺度で記載している場合がある。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
For convenience of explanation, the following figures except FIG. 5 show the X-axis, Y-axis, and Z-axis as three mutually orthogonal axes. The direction along the X axis is called the "X direction", the direction along the Y axis is called the "Y direction", and the direction along the Z axis is called the "Z direction". In addition, the tip side of the arrow in each axial direction is also called the "plus side", and the base side of the arrow is called the "minus side". That is, for example, the Y direction refers to both the Y direction plus side and the Y direction minus side. The positive side in the Z direction is also called "upper", and the negative side in the Z direction is also called "lower". In addition, in the following figures, there are cases where dimensions and scales are different from the actual ones in order to make the description easier to understand.
1.実施形態1
実施形態1に係る慣性センサーの一例としての加速度センサー1について、図1~図4を参照して説明する。
加速度センサー1は、可動部2と、固定電極部3と、の間の距離に依存する静電容量の変動を用いて加速度を検出する静電容量型の加速度センサーである。
1.
An
The
図1および図2に示すように、加速度センサー1は、基板4と、絶縁膜5と、半導体層6と、がZ方向に沿ってこの順で積層される基体7を用いて構成される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
基板4は、基板4の主面である第1面F1と、第1面F1とは表裏関係にある第2面F2と、を有する。本実施形態では、第1面F1は、基板4のZ方向プラス側の面であり、基板4の上面とも言う。第2面F2は、基板4のZ方向マイナス側の面であり、基板4の下面ともいう。Z方向での平面視で、基板4の中央部には、有底の凹部8が形成される。凹部8は、基板4の第1面F1に開口を有し、第1面F1から第2面F2に向かって窪む形状である。凹部8をキャビティとも言う。本実施形態では、基板4は、半導体基板であり、具体的には、単結晶シリコン基板である。
The
基板4の上面である第1面F1には、絶縁膜5が形成される。本実施形態では、絶縁膜5は、酸化シリコンにより形成される。また、本実施形態では、凹部8の側面および底面にも絶縁膜5が形成される。なお、本実施形態では、絶縁膜5は、第1面F1に形成されていればよく、凹部8の側面および底面の絶縁膜5は除去されていても構わない。また、本実施形態では、基板4の下面である第2面F2には絶縁膜が形成されていないが、第2面F2に絶縁膜が形成されていても構わない。
An
絶縁膜5を挟んで基板4の反対側には、半導体層6が形成される。半導体層6は、凹部8の周辺部において、絶縁膜5における基板4とは反対側の面である第3面F3と接合している。絶縁膜5の第3面F3を、絶縁膜5の上面とも言う。
A
半導体層6は、絶縁膜5とは反対側の面である第4面F5を有する。半導体層6の第4面F5を、半導体層6の上面とも言う。半導体層6は、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウムなどの半導体により形成される。半導体層6は、ボロン(B)やリン(P)などの不純物をドープした単結晶半導体により形成されることが好ましい。不純物をドープすることにより半導体層6にキャリアを発生させ、抵抗率を下げることができる。本実施形態では、半導体層6は、ボロンをドープすることにより抵抗率を0.001~100Ωcmとした単結晶シリコンにより形成される。また、本実施形態では、基体7は、キャビティである凹部8を有するSOI(Silicon On Insulator)基板である。
The
半導体層6を用いて、可動部2、固定電極部3、外枠部9および弾性部13が形成される。本実施形態では、Z方向での平面視で、可動部2は、凹部8の内側に形成される。可動部2を挟んで、可動部2のX方向の両側には、複数の固定電極部3が形成される。外枠部9は、可動部2および固定電極部3を囲む略矩形の枠状である。外枠部9は、凹部8の周辺部において、絶縁膜5の上面である第3面F3に形成される。可動部2と、外枠部9と、は弾性部13を介して連結している。
The
可動部2は、可動電極支持部10と、可動電極支持部10に支持される複数の可動電極指11と、を有する。本実施形態では、可動部2は、Y方向に変位可能な振動子である。可動電極支持部10は、Y方向を長辺とする矩形状を有する。可動電極支持部10のY方向の両端には弾性部13が形成される。可動電極支持部10のX方向の両側面には、可動電極指11が形成される。可動電極指11は、可動電極支持部10から固定電極部3に向かって自由端が延出する片持ち梁形状である。
The
固定電極部3は、固定電極支持部15と、固定電極指16と、を有する。固定電極支持部15は、凹部8の周辺部において、絶縁膜5の上面である第3面F3に形成される。固定電極指16は、固定電極支持部15から可動部2に向かって自由端が延出する片持ち梁形状である。
The fixed
X方向プラス側に延出する可動電極指11と、X方向マイナス側に延出する固定電極指16と、は間隔を隔てて対向して配置される。同様に、X方向マイナス側に延出する可動電極指11と、X方向プラス側に延出する固定電極指16と、は間隔を隔てて対向して配置される。可動部2が静止している状態において、可動電極指11の側面と、固定電極指16の側面と、は所定の間隔を有する。
The
固定電極部3と、外枠部9と、の間には絶縁分離領域20が形成される。具体的には、絶縁分離領域20は、固定電極部3が有する固定電極支持部15と、外枠部9と、の間に形成される。固定電極部3と、外枠部9と、は絶縁分離領域20および絶縁膜5により電気的に分離される。絶縁分離領域20は、後述する第1側壁酸化膜21および第2側壁酸化膜22を有する。
An insulating
絶縁分離領域20の上面と、半導体層6の上面である第4面F5のうち外枠部9および固定電極支持部15の上面と、には層間絶縁膜24が形成される。層間絶縁膜24は、熱CVD(Chemical Vapor Deposition)法による酸化シリコンで形成される酸化シリコン膜であることが好ましい。本実施形態では、層間絶縁膜24は、減圧熱CVD法による高温酸化シリコンHTO(High Temperature Oxide)で形成される。
An interlayer insulating
層間絶縁膜24には、固定電極支持部15に対応する位置において、コンタクト26が形成される。また、層間絶縁膜24の上面には、電極パッド27,28と、配線29と、が配置される。配線29の一端は、コンタクト26を介して固定電極支持部15に電気的に接続する。配線29の他端は、電極パッド27に電気的に接続する。つまり、固定電極部3と、電極パッド27と、は配線29を介して電気的に接続される。電極パッド28は、図示しない配線により、可動部2と電気的に接続される。本実施形態では、電極パッド27,28および配線29は、金属多層膜により形成される。この金属多層膜は、層間絶縁膜24との密着性を確保できる材料により形成されることが好ましい。具体的には、電極パッド27,28および配線29は、窒化チタン、アルミニウム、銅などからなる金属多層膜により形成される。
A
また、本実施形態では、外枠部9は、図示しない配線により、例えば、電気的に接地されており、外枠部9と、固定電極部3と、の間には電位差が生じている。
Further, in this embodiment, the
このような加速度センサー1は、次のようにして加速度を検出することができる。なお、本実施形態では、加速度センサー1は、Y方向の加速度を検出する。
Y方向の加速度が印加されると、可動部2が基体7に対してY方向に変位する。そのため、可動部2が有する可動電極指11と、固定電極部3が有する固定電極指16と、の間の静電容量が変化する。この静電容量の変化に基づいて、Y方向の加速度を検出することができる。
Such an
When acceleration in the Y direction is applied, the
次に、固定電極支持部15と、外枠部9と、の間に形成される絶縁分離領域20について、詳細に説明する。
Next, the insulating
上述したように、外枠部9と、固定電極支持部15および固定電極指16を有する固定電極部3と、は半導体層6により形成されている。また、外枠部9と、固定電極支持部15とは、凹部8の周辺部において絶縁膜5の上面である第3面F3に形成されている。
As described above, the
つまり、半導体層6により形成される外枠部9は、本開示における第1半導体層41に相当する。また、半導体層6により形成される固定電極部3は、本開示における第2半導体層42に相当する。
以下の説明では、外枠部9と、固定電極支持部15と、をそれぞれ、第1半導体層41と、第2半導体層42と、に言い換えて説明する。
That is, the
In the following description, the
図2、図3および図4に示すように、第1半導体層41(外枠部9)と、第2半導体層42(固定電極支持部15)と、は絶縁膜5の上面である第3面F3に形成される。第1半導体層41と、第2半導体層42と、の間には有底の溝であるトレンチ部40が形成される。トレンチ部40の底面は、絶縁膜5の上面である第3面F3である。第1半導体層41と、第2半導体層42と、はトレンチ部40を挟んで離間している。
As shown in FIGS. 2, 3 and 4, the first semiconductor layer 41 (outer frame portion 9) and the second semiconductor layer 42 (fixed electrode support portion 15) form the upper surface of the insulating
第1半導体層41は、第1側面W1を有する。第1側面W1は、第1半導体層41における第2半導体層42側の面である。第2半導体層42は、第2側面W2を有する。第2側面W2は、第2半導体層42における第1半導体層41側の面である。 The first semiconductor layer 41 has a first side surface W1. The first side surface W1 is a surface of the first semiconductor layer 41 on the second semiconductor layer 42 side. The second semiconductor layer 42 has a second side surface W2. The second side surface W2 is a surface of the second semiconductor layer 42 on the first semiconductor layer 41 side.
第1半導体層41における第2半導体層42側の第1側面W1には、第1側壁酸化膜21が形成される。第2半導体層42における第1半導体層41側の第2側面W2には、第2側壁酸化膜22が形成される。第1側壁酸化膜21と、第2側壁酸化膜22と、は物理的に接触する。図3中に、第1側壁酸化膜21と、第2側壁酸化膜22と、が物理的に接触する接触領域C1を示す。本実施形態では、接触領域C1は、Z方向と略平行に延設される。なお、本開示における「略平行」や「略等しい」とは、製造ばらつきを含めて「平行」や「等しい」ことを意味する。
A first
第1側壁酸化膜21と第2側壁酸化膜22とを物理的に接触させることによってトレンチ部40が埋め込まれる。これにより、第1側壁酸化膜21と第2側壁酸化膜22とを有する絶縁分離領域20がトレンチ部40に形成される。
The
本実施形態では、第1および第2側壁酸化膜21,22は、それぞれ第1および第2半導体層41,42を熱酸化法により酸化することにより、形成される。本実施形態では、第1および第2側壁酸化膜21,22は、第1および第2半導体層41,42を構成する単結晶シリコンを熱酸化法により酸化した酸化シリコンにより形成される。熱酸化法によりシリコンを酸化して形成した酸化シリコンを、熱酸化シリコンとも言う。
In this embodiment, the first and second
第1半導体層41における第2半導体層42側の第1側面W1は、絶縁膜5側の端部において第2半導体層42側に凸状の第1曲面部R1を有し、絶縁膜5側とは反対側の端部において第2半導体層42側に凸状の第2曲面部R2を有する。また、本実施形態では、第1側面W1において、第1曲面部R1と、第2曲面部R2と、は平面部L1によって連結されている。平面部L1は、Z方向と略平行に延設される。
A first side surface W1 of the first semiconductor layer 41 on the side of the second semiconductor layer 42 has a first curved surface portion R1 that protrudes toward the second semiconductor layer 42 at the end on the side of the insulating
同様に、第2半導体層42における第1半導体層41側の第2側面W2は、絶縁膜5側の端部において第1半導体層41側に凸状の第3曲面部R3を有し、絶縁膜5側とは反対側の端部において第1半導体層41側に凸状の第4曲面部R4を有する。また、本実施形態では、第2側面W2において、第3曲面部R3と、第4曲面部R4と、は平面部L2によって連結されている。平面部L2は、Z方向と略平行に延設される。
Similarly, the second side surface W2 of the second semiconductor layer 42 on the side of the first semiconductor layer 41 has a third curved surface portion R3 that protrudes toward the first semiconductor layer 41 at the end portion on the side of the insulating
このように、第1半導体層41の第1側面W1は、絶縁膜5側の端部において第2半導体層42側に凸状の第1曲面部R1を有し、絶縁膜5側とは反対側の端部において第2半導体層42側に凸状の第2曲面部R2を有する。そして、第2半導体層42における第1半導体層41側の第2側面W2は、絶縁膜5側の端部において第1半導体層41側に凸状の第3曲面部R3を有し、絶縁膜5側とは反対側の端部において第1半導体層41側に凸状の第4曲面部R4を有する。これにより、第1半導体層41と、第2半導体層42と、の間におけるフリンジ容量などの寄生容量を低減することができるので、バイアス特性が良好な加速度センサー1を提供することができる。ここで、本実施形態の加速度センサー1におけるバイアス特性とは、静止状態に於けるゼロ点からのずれ、若しくはオフセットの特性を言う。このバイアスが低く、安定した加速度センサー1は良好な慣性センサーと言える。
Thus, the first side surface W1 of the first semiconductor layer 41 has the first curved surface portion R1 that protrudes toward the second semiconductor layer 42 at the end on the insulating
また、図3および図4に示すように、平面部L1と平面部L2が共にZ方向と略平行の場合、第1曲面部R1の曲率と、第2曲面部R2の曲率と、第3曲面部R3の曲率と、第4曲面部R4の曲率と、は略等しくなる。これにより、フリンジ容量などの寄生容量の対称性が増すので、バイアス特性が良好な加速度センサー1を提供することができる。
Moreover, as shown in FIGS. 3 and 4, when both the plane portion L1 and the plane portion L2 are substantially parallel to the Z direction, the curvature of the first curved surface portion R1, the curvature of the second curved surface portion R2, and the curvature of the third curved surface The curvature of the portion R3 and the curvature of the fourth curved surface portion R4 are substantially equal. This increases the symmetry of the parasitic capacitance such as the fringe capacitance, so that the
また、第1半導体層41において、第1半導体層41の表面近傍には不純物濃度低下領域45が形成される。同様に、第2半導体層42において、第2半導体層42の表面近傍には不純物濃度低下領域46が形成される。第1半導体層41の表面は、第1側面W1と、第1半導体層41の上面と、第1半導体層41の下面と、を含む。第2半導体層42の表面は、第2側面W2と、第2半導体層42の上面と、第2半導体層42の下面と、を含む。第1半導体層41および第2半導体層42の上面は、半導体層6の上面である第4面F5である。第1半導体層41および第2半導体層42の下面は、第1半導体層41および第2半導体層42における絶縁膜5の第3面F3に対向する面である。
Also, in the first semiconductor layer 41 , an impurity concentration
不純物濃度低下領域45,46は、第1および第2半導体層41,42に予めドープされているボロンやリンなどの不純物の濃度が低下している領域である。これは第1および第2半導体層41,42を熱酸化法により酸化する際に、不純物の外方拡散が起こるためである。外方拡散とは、半導体層に予めドープされている不純物が、半導体層から蒸発して拡散する現象である。不純物の外方拡散は、特に不純物がボロンの場合、顕著である。不純物濃度低下領域45,46は、第1および第2半導体層41,42の内部と比べて、電気抵抗が高くなる。そのため、不純物濃度低下領域45,46が形成されることにより、第1半導体層41と、第2半導体層42と、の間における絶縁抵抗をさらに高めることができるので、バイアス特性がさらに安定した加速度センサー1を提供することができる。
The low-impurity-
また、本実施形態では、絶縁膜5におけるトレンチ部40に接する領域の膜厚は、絶縁膜5における第1および第2半導体層41,42に接する領域の膜厚よりも厚い。絶縁膜5におけるトレンチ部40に接する領域とは、絶縁膜5におけるトレンチ部40の底面に対応する領域である。この領域の絶縁膜5が厚くなる理由は、第1および第2半導体層41,42を熱酸化法により酸化する際に、酸素原子が絶縁膜5内に侵入、且つ拡散し、基板4と反応して熱酸化膜となるからである。絶縁膜5におけるトレンチ部40に接する領域の膜厚を、絶縁膜5における第1および第2半導体層41,42に接する領域の膜厚よりも厚くすることにより、第1半導体層41と、第2半導体層42と、の間における寄生容量をさらに低減することができるので、バイアス特性がさらに良好な加速度センサー1を提供することができる。
Further, in the present embodiment, the film thickness of the insulating
絶縁膜5におけるトレンチ部40に接する領域において、絶縁膜5の上面である第3面F3は、トレンチ部40に向かって凸状の曲面を有し、絶縁膜5の下面である基板4の第1面F1に対向する面は、基板4に向かって凸状の曲面を有する。
In the region of the insulating
また、本実施形態では、絶縁分離領域20において、第1側壁酸化膜21と第2側壁酸化膜22とが物理的に接触する接触領域C1と、第1側壁酸化膜21と第2側壁酸化膜22とが物理的に接触しない空隙50と、を有する。空隙50は、接触領域C1における絶縁膜5側の端部と、絶縁膜5の上面である第3面F3と、の間に形成される。接触領域C1における絶縁膜5側の端部を、接触領域C1の下端とも言う。空隙50は、絶縁膜5と、第1側壁酸化膜21と、第2側壁酸化膜22と、に囲まれることにより、形成される。空隙50が形成されると、この空隙50における誘電率は真空の誘電率ε0となる。真空の誘電率ε0は8.85×10-12[F/m]である。一般に、真空の誘電率ε0に対する酸化膜の比誘電率は3.8~3.9であるから、比誘電率が1である空隙50の存在によりフリンジ容量は低減する。即ち、第1半導体層41と、第2半導体層42と、の間における寄生容量をさらに低減することができるので、バイアス特性がさらに良好な加速度センサー1を提供することができる。
Further, in the present embodiment, in the
第1側壁酸化膜21において、接触領域C1の下端と、絶縁膜5の上面である第3面F3と、の間の面は、第2半導体層42に向かって凸状の曲面である。つまり、空隙50と第1側壁酸化膜21との境界面は曲面である。同様に、第2側壁酸化膜22において、接触領域C1の下端と、絶縁膜5の上面である第3面F3と、の間の面は、第1半導体層41に向かって凸状の曲面である。つまり、空隙50と第2側壁酸化膜22との境界面は曲面である。そして、上述したように、絶縁膜5がトレンチ部40に接する領域において、絶縁膜5の上面である第3面F3は、トレンチ部40に向かって凸状の曲面を有する。つまり、空隙50と絶縁膜5との境界面は曲面である。
In the first
このように、空隙50と絶縁膜5との境界面と、空隙50と第1側壁酸化膜21との境界面と、空隙50と第2側壁酸化膜22との境界面と、はそれぞれ曲面である。このような曲面の存在により、第1半導体層41と第2半導体層42との間では電界が集中せず緩和される。従って、バイアス特性がさらに安定した加速度センサー1を提供することができる。
Thus, the interface between the
また、上述したように、本実施形態では、第1半導体層41および第2半導体層42は、不純物をドープした単結晶シリコンであり、第1側壁酸化膜21および第2側壁酸化膜22は、酸化シリコンである。酸化シリコンは良好な絶縁体であるため、第1半導体層41と、第2半導体層42と、を有する絶縁分離領域20の絶縁特性が向上する。これにより、第1半導体層41と、第2半導体層42と、の間における寄生容量をさらに低減することができるので、バイアス特性がさらに良好な加速度センサー1を提供することができる。
Further, as described above, in the present embodiment, the first semiconductor layer 41 and the second semiconductor layer 42 are monocrystalline silicon doped with impurities, and the first
また、本実施形態では、第1および第2側壁酸化膜21,22は、単結晶シリコンからなる第1および第2半導体層41,42を熱酸化法により酸化した熱酸化シリコンである。熱酸化シリコンは、例えば、CVD法による酸化シリコンと比べ、高品質であり、耐圧の高い絶縁体である。これにより、絶縁分離領域20の絶縁特性がさらに向上する。
In this embodiment, the first and second
また、第1および第2側面W1,W2の高さを高さH1とし、第1側壁酸化膜21と第2側壁酸化膜22とが物理的に接触する接触領域C1の高さを高さH2とすると、本実施形態では、H2/H1は0.905である。第1および第2側面W1,W2の高さH1は、絶縁分離領域20の高さに相当し、本実施形態では、第1および第2側面W1,W2のZ方向の長さである。接触領域C1の高さH2は、接触領域C1の上端から下端までの長さであり、本実施形態では、接触領域C1のZ方向の長さである。つまり、H2/H1は、絶縁分離領域20における接触領域C1の接触率に相当する。本実施形態では、好ましいH2/H1の範囲は、0.905以上、1以下であり、より好ましくは0.946以上、1以下である。
Also, let H1 be the height of the first and second side surfaces W1 and W2, and H2 be the height of the contact region C1 where the first
H2/H1を0.905以上、1以下とすることにより、第1側壁酸化膜21と第2側壁酸化膜22とが物理的に接触する接触領域C1の高さH2が大きくなり、第1側壁酸化膜21と第2側壁酸化膜22とが物理的に接触しない領域である空隙50が小さくなる。これにより、振動や衝撃などの外力や温度などの環境変化による加速度センサー1の機械特性や温度特性の劣化を抑制することができ、高い信頼性を有する加速度センサー1を提供することができる。
By setting H2/H1 to 0.905 or more and 1 or less, the height H2 of the contact region C1 where the first
H2/H1を0.946以上、1以下とすることにより、温度などの環境変化による加速度センサー1の機械特性や温度特性の劣化をさらに抑制することができ、さらに高い信頼性を有する加速度センサー1を提供することができる。
By setting H2/H1 to 0.946 or more and 1 or less, it is possible to further suppress deterioration of the mechanical characteristics and temperature characteristics of the
次に、本実施形態に係る慣性センサーの一例としての加速度センサー1の製造方法について、図5~図13を参照して説明する。
図5に示すように、加速度センサー1の製造方法は、基板4と、基板4の主面である第1面F1に形成される絶縁膜5と、絶縁膜5における基板4とは反対側の面である第3面F3に形成される半導体層6と、を有する基体7を準備する基体形成工程と、半導体層6の一部を除去することにより、トレンチ部40と、トレンチ部40を介して対向する第1半導体層41および第2半導体層42と、を形成するトレンチ部形成工程と、第1半導体層41と第2半導体層42とを同時に酸化して、第1半導体層41における第2半導体層42側の第1側面W1に第1側壁酸化膜21と、第2半導体層42における第1半導体層41側の第2側面W2に第2側壁酸化膜22と、を形成し、第1側壁酸化膜21と第2側壁酸化膜22とを物理的に接触させることによってトレンチ部40を埋め込むトレンチ部埋込工程と、有する。さらに、加速度センサー1の製造方法は、可動部2に電気的に接続される図示しない配線や、固定電極部3に電気的に接続される配線29や、電極パッド27,28などを形成する配線工程と、可動部2、固定電極部3および外枠部9などの外形を形成する可動部形成工程と、を有する。
Next, a method for manufacturing the
As shown in FIG. 5, the method of manufacturing the
1.1 基体形成工程
ステップS1において、図6に示すように、基体7を準備する。
本実施形態では、上述したように、基体7は、キャビティである凹部8を有するSOI基板である。
1.1 Substrate Forming Step In step S1, a
In this embodiment, as described above, the
基体7は、次のようにして製造することができる。
まず、基板4と、半導体層6に相当する構造体基板と、を準備する。構造体基板を活性基板あるいは活性層基板とも言う。基板4に凹部8を形成し、さらに、基板4の表面に絶縁膜を形成する。上述したように、本実施形態では、基板4の主面である第1面F1と、凹部8の側面および底面に絶縁膜5が形成される。なお、本実施形態では、絶縁膜5は、第1面F1に形成されていればよく、凹部8の側面および底面の絶縁膜5は除去されていても構わない。また、基板4の第2面F2には絶縁膜が形成されていないが、絶縁膜が形成されていても構わない。絶縁膜5が形成された基板4を支持基板とも言う。
続いて、基板4と、半導体層6に相当する構造体基板と、を絶縁膜5を介して貼り合わせることにより、絶縁膜5を挟んで基板4の反対側に半導体層6が形成された基体7を製造することができる。
The
First, the
Subsequently, by bonding the
1.2 トレンチ部形成工程
次に、ステップS2において、図7および図8に示すように、半導体層6の一部を除去することにより、トレンチ部40を形成する。トレンチ部40は、半導体層6を貫通し、絶縁膜5の上面である第3面F3を底面とする有底の溝である。本実施形態では、ドライエッチング法を用いて、トレンチ部40を形成する。ドライエッチング法としては、例えば、ボッシュプロセスを用いることができる。トレンチ部40の形状は、例えば、幅が3μmであり、深さが30μmである。トレンチ部40の幅は、トレンチ部40のX方向の長さである。トレンチ部40の深さは、トレンチ部40のZ方向の長さである。
1.2 Trench Portion Forming Step Next, in step S2, as shown in FIGS. 7 and 8, the
また、トレンチ部40が形成されることにより、半導体層6は、第1半導体層41と、トレンチ部40を介して第1半導体層41に対向する第2半導体層42と、に物理的に分離される。このようにして、半導体層6の一部を除去することにより、トレンチ部40と、トレンチ部40を介して対向する第1半導体層41および第2半導体層42と、が形成される。なお、本実施形態では、後述する可動部形成工程において外枠部9および固定電極部3の外形が形成される。可動部形成工程において形成される外枠部9は第1半導体層41に相当し、固定電極部3が有する固定電極支持部15は第2半導体層42に相当する。
Further, by forming the
1.3 トレンチ部埋込工程
次に、ステップS3において、図9および図10に示すように、第1半導体層41と第2半導体層42とを同時に酸化して、第1半導体層41における第2半導体層42側の第1側面W1に第1側壁酸化膜21と、第2半導体層42における第1半導体層41側の第2側面W2に第2側壁酸化膜22と、を形成し、第1側壁酸化膜21と第2側壁酸化膜22とを物理的に接触させることによってトレンチ部40を埋め込む。
1.3 Trench Portion Filling Step Next, in step S3, as shown in FIGS. 9 and 10, the first semiconductor layer 41 and the second semiconductor layer 42 are simultaneously oxidized, and the A first
本実施形態では、ステップS2においてトレンチ部40が形成された基体7を酸化炉に投入し、酸化炉内において基体7を、熱酸化法を用いて酸化する。これにより、第1半導体層41と第2半導体層42とを同時に酸化することができる。熱酸化法としては、例えば、パイロジェニック酸化法を用いることができる。酸化処理の時間を短縮するために、気圧を高めた状態で酸化処理を行っても構わない。なお、本開示における「同時」とは、同一工程あるいは同一装置にて処理を行うことを意味する。
In this embodiment, in step S2, the
第1半導体層41と第2半導体層42とを同時に酸化することにより、第1および第2半導体層41,42のそれぞれの表面には同時に酸化膜が形成される。説明の便宜上、第1半導体層41の表面に形成される酸化膜のうち、第1半導体層41の第1側面W1に形成される酸化膜を第1側壁酸化膜21とし、第1半導体層41の上面に形成される酸化膜を第1上面酸化膜61とする。同様に、第2半導体層42の表面に形成される酸化膜のうち、第2半導体層42の第2側面W2に形成される酸化膜を第2側壁酸化膜22とし、第2半導体層42の上面に形成される酸化膜を第2上面酸化膜62とする。第1および第2半導体層41,42の上面は、半導体層6の第4面F5である。
By oxidizing the first semiconductor layer 41 and the second semiconductor layer 42 at the same time, oxide films are simultaneously formed on the respective surfaces of the first and second semiconductor layers 41 and 42 . For convenience of explanation, among the oxide films formed on the surface of the first semiconductor layer 41, the oxide film formed on the first side surface W1 of the first semiconductor layer 41 is referred to as the first
本実施形態では、例えば、パイロジェニック酸化法を用いて、1100℃、30時間以上の酸化処理を行うことにより、第1半導体層41と第2半導体層42とのそれぞれの表面に厚さ3μm以上の酸化膜を形成している。 In this embodiment, for example, a pyrogenic oxidation method is used to perform oxidation treatment at 1100° C. for 30 hours or more, so that each surface of the first semiconductor layer 41 and the second semiconductor layer 42 has a thickness of 3 μm or more. oxide film.
酸化処理の時間経過に従って、第1および第2側壁酸化膜21,22は、第1半導体層41の第1側面W1と、第2半導体層42の第2側面W2と、からそれぞれトレンチ部40の内部に向かって成長する。第1および第2側壁酸化膜21,22の厚さが徐々に増大することにより、第1側壁酸化膜21と、第2側壁酸化膜22と、は物理的に接触し、トレンチ部40が埋め込まれる。
The first and second side
第1側壁酸化膜21と、第2側壁酸化膜22と、が物理的に接触すると、第1側壁酸化膜21と第2側壁酸化膜22とが物理的に接触した位置よりもトレンチ部40の底面に近い領域には、酸素の供給が困難となる。そのため、第1側壁酸化膜21と、第2側壁酸化膜22と、が物理的に接触した位置よりもトレンチ部40の底面に近い領域では、第1および第2側壁酸化膜21,22の成長が鈍化または停止し、空隙50が生じ易くなる。そこで、ステップS3において第1および第2半導体層41,42の表面に形成される酸化膜の厚さが、ステップS2におけるトレンチ部40の幅以上となるように酸化処理を行うことにより、空隙50を十分に小さくすることができる。
When the first
また、酸化処理の時間を十分に長くすることにより、第1および第2半導体層41,42のそれぞれの第1および第2側面W1,W2の上端および下端は、丸みを帯びた形状となる。第1および第2側面W1,W2の上端は、第1および第2側面W1,W2の絶縁膜5側の端部である。第1および第2側面W1,W2の下端は、第1および第2側面W1,W2の絶縁膜5側とは反対側の端部である。
Further, by sufficiently lengthening the oxidation treatment time, the upper and lower ends of the first and second side surfaces W1 and W2 of the first and second semiconductor layers 41 and 42 are rounded. The upper ends of the first and second side surfaces W1 and W2 are the ends of the first and second side surfaces W1 and W2 on the insulating
つまり、第1半導体層41の第1側面W1は、絶縁膜5側の端部において第2半導体層42側に凸状の第1曲面部R1を有し、絶縁膜5側とは反対側の端部において第2半導体層42側に凸状の第2曲面部R2を有する。第2半導体層42の第2側面W2は、絶縁膜5側の端部において第1半導体層41側に凸状の第3曲面部R3を有し、絶縁膜5側とは反対側の端部において第1半導体層41側に凸状の第4曲面部R4を有する。
That is, the first side surface W1 of the first semiconductor layer 41 has a first curved surface portion R1 that protrudes toward the second semiconductor layer 42 at the end on the insulating
ステップS3において、第1曲面部R1と、第2曲面部R2と、第3曲面部R3と、第4曲面部R4と、は同時に形成される。上述したように、本開示における「同時」とは、同一工程あるいは同一装置にて処理を行うことを意味する。従って、第1曲面部R1と、第2曲面部R2と、第3曲面部R3と、第4曲面部R4と、は略等しい曲率を有する。これにより、フリンジ容量などの寄生容量の対称性が増し、バイアス特性が良好な加速度センサー1を提供することができる。
In step S3, the first curved surface portion R1, the second curved surface portion R2, the third curved surface portion R3, and the fourth curved surface portion R4 are formed at the same time. As described above, "simultaneously" in the present disclosure means performing processing in the same process or in the same device. Therefore, the first curved surface portion R1, the second curved surface portion R2, the third curved surface portion R3, and the fourth curved surface portion R4 have approximately the same curvature. This increases the symmetry of parasitic capacitance such as fringe capacitance, making it possible to provide the
また、本実施形態では、熱酸化法を用いて酸化処理を行っているため、第1および第2半導体層41,42に予めドープされているボロンやリンなどの不純物が、熱によって外方拡散し易くなる。このため、ステップS3では、第1および第2半導体層41,42の表面近傍に、不純物濃度低下領域45,46を形成することができる。
Further, in the present embodiment, since the oxidation treatment is performed using the thermal oxidation method, impurities such as boron and phosphorus pre-doped in the first and second semiconductor layers 41 and 42 are diffused outward by heat. becomes easier. Therefore, in step S3, the low
また、ステップS3では、トレンチ部40の底面を介して絶縁膜5内を拡散、移動した酸素により、基板4の一部が酸化される。これにより、絶縁膜5におけるトレンチ部40に接する領域の膜厚は、絶縁膜5における第1および第2半導体層41,42に接する領域の膜厚よりも厚くなる。また、絶縁膜5におけるトレンチ部40に接する領域において、絶縁膜5の上面である第3面F3は、トレンチ部40に向かって凸状の曲面を有し、絶縁膜5の下面である基板4の第1面F1に対向する面は、基板4に向かって凸状の曲面を有する。
Further, in step S3, the
1.4 配線工程
次に、ステップS4において、可動部2に電気的に接続される図示しない配線や、固定電極部3に電気的に接続される配線29や、電極パッド27,28などを形成する。
図11および図12に示すように、本実施形態では、固定電極部3に電気的に接続される配線29を形成する前に、第1および第2半導体層41,42の上面に形成される酸化膜である第1および第2上面酸化膜61,62が除去されている。つまり、第1および第2上面酸化膜61,62を除去することにより、第1および第2半導体層41,42の上面と、第1および第2側壁酸化膜21,22の上面と、が平滑化されている。
1.4 Wiring Step Next, in step S4, wiring (not shown) electrically connected to the
As shown in FIGS. 11 and 12, in this embodiment, prior to forming the
第1および第2半導体層41,42の上面と、第1および第2側壁酸化膜21,22の上面と、を平滑化した後に、第1および第2半導体層41,42の上面と、第1および第2側壁酸化膜21,22の上面と、には層間絶縁膜24が形成される。
After smoothing the upper surfaces of the first and second semiconductor layers 41 and 42 and the upper surfaces of the first and second
上述したように、層間絶縁膜24は、熱CVD法による酸化シリコンで形成される酸化シリコン膜であることが好ましい。熱CVD法により形成される酸化シリコン膜は段差被覆性に優れている。そのため、層間絶縁膜24を熱CVD法による酸化シリコンで形成することにより、第1および第2半導体層41,42の上面や第1および第2側壁酸化膜21,22の上面などに凹凸が生じている場合でも、層間絶縁膜24を安定して形成することができる。また、第1および第2半導体層41,42の上面や第1および第2側壁酸化膜21,22の上面などに生じた凹凸は、熱CVD法による酸化シリコンで形成される層間絶縁膜24により吸収されるため、層間絶縁膜24の上面に、電極パッド27,28や配線29などを安定して形成することができる。本実施形態では、層間絶縁膜24は、減圧熱CVD法による高温酸化シリコンHTOで形成される。
As described above, the
層間絶縁膜24は、フォトリソグラフィー技法を用いて、所望の形状にパターニングされる。層間絶縁膜24の上面には、配線29が形成される。図11および図12には図示されないが、電極パッド27,28も、配線29と同様に、層間絶縁膜24の上面に形成される。
The
なお、本実施形態では、第1および第2上面酸化膜61,62を除去することにより、第1および第2半導体層41,42の上面と、第1および第2側壁酸化膜21,22の上面と、が平滑化されているが、第1および第2上面酸化膜61,62を除去しなくても構わない。例えば、第1および第2上面酸化膜61,62の上面を、化学機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)やエッチバックにより平滑化しても構わない。また、第1および第2上面酸化膜61,62を除去せずに、第1および第2上面酸化膜61,62を層間絶縁膜24として用いることにしても構わない。
In this embodiment, by removing the first and second upper
1.5 可動部形成工程
次に、ステップS5において、図13に示すように、可動部2、固定電極部3および外枠部9などの外形を形成する。上述したように、可動部2、固定電極部3および外枠部9などは、半導体層6を用いて形成される。本実施形態では、可動部2、固定電極部3および外枠部9などの各部のそれぞれの外形に応じて、ドライエッチング法などを用いて半導体層6の不要部分を除去する。これにより、可動部2、固定電極部3および外枠部9などの各部のそれぞれの外形が形成されて、図1に示す加速度センサー1となる。
1.5 Movable Part Forming Step Next, in step S5, as shown in FIG. 13, the outlines of the
以上述べた通り、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
慣性センサーの一例としての加速度センサー1は、基板4と、基板4の主面である第1面F1に形成される絶縁膜5と、絶縁膜5における基板4とは反対側の面である第3面F3に形成される第1および第2半導体層41,42と、第1半導体層41における第2半導体層42側の第1側面W1に形成される第1側壁酸化膜21と、第2半導体層42における第1半導体層41側の第2側面W2に形成される第2側壁酸化膜22と、を備え、第1側面W1は、絶縁膜5側の端部において第2半導体層42側に凸状の第1曲面部R1を有し、絶縁膜5側とは反対側の端部において第2半導体層42側に凸状の第2曲面部R2を有し、第2側面W2は、絶縁膜5側の端部において第1半導体層41側に凸状の第3曲面部R3を有し、絶縁膜5とは反対側の端部において第1半導体層41側に凸状の第4曲面部R4を有し、第1側壁酸化膜21と、第2側壁酸化膜22と、は物理的に接触する。
これにより、第1半導体層41と、第2半導体層42と、の間におけるフリンジ容量などの寄生容量を低減することができるので、バイアス特性が良好な加速度センサー1を提供することができる。
As described above, according to this embodiment, the following effects can be obtained.
An
As a result, parasitic capacitance such as fringe capacitance between the first semiconductor layer 41 and the second semiconductor layer 42 can be reduced, so the
慣性センサーの一例としての加速度センサー1の製造方法は、基板4と、基板4の第1面F1に形成される絶縁膜5と、絶縁膜5の第3面F3に形成される半導体層6と、を有する基体7を準備する工程と、半導体層6の一部を除去することにより、トレンチ部40と、トレンチ部40を介して対向する第1半導体層41および第2半導体層42と、を形成する工程と、第1半導体層41と第2半導体層42とを同時に酸化して、第1半導体層41の第1側面W1に第1側壁酸化膜21と、第2半導体層42の第2側面W2に第2側壁酸化膜22と、を形成し、第1側壁酸化膜21と第2側壁酸化膜22とを物理的に接触させることによってトレンチ部40を埋め込む工程と、を有する。
これにより、バイアス特性が良好な加速度センサー1の製造方法を提供することができる。
A method of manufacturing an
Thus, it is possible to provide a method for manufacturing the
なお、本実施形態では、外枠部9が第1半導体層41に相当し、固定電極支持部15が第2半導体層42に相当し、外枠部9と固定電極支持部15との間に第1および第2側壁酸化膜21,22を有する絶縁分離領域20が形成されているが、第1および第2半導体層41,42は、外枠部9や固定電極支持部15でなくても構わない。例えば、可動部2と外枠部9との間に絶縁分離領域20を形成し、可動部2が第1半導体層41に相当し、外枠部9が第2半導体層42に相当するものとして、可動部2と外枠部9との間に第1および第2側壁酸化膜21,22を有する絶縁分離領域20が形成されていても構わない。
In this embodiment, the
本実施形態では、加速度センサー1として、Y方向の加速度を検出するセンサーを例示して説明したが、加速度センサー1は、例えば、X方向やZ方向の加速度を検出するセンサーであっても構わない。本実施形態では、慣性センサーの一例として加速度センサー1を例示して説明したが、慣性センサーとしては、例えば、角速度センサーであっても構わない。
In the present embodiment, a sensor that detects acceleration in the Y direction has been exemplified as the
2.実施形態2
次に、実施形態2に係る慣性センサーの一例としての加速度センサー1aについて、図14を参照して説明する。図14は、図2中のD1部の位置における断面図に相当する。なお、実施形態1と同一の構成については、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
2.
Next, an
実施形態2に係る加速度センサー1aは、実施形態1と比べ、第1および第2半導体層41,42のそれぞれの第1および第2側面W1a,W2aの形状が異なること以外は、実施形態1と同様である。
The
図14に示すように、第1半導体層41における第2半導体層42側の第1側面W1aにおいて、第1曲面部R1と、第2曲面部R2と、は平面部L1aと、平面部L3aによって連結されている。平面部L3aは、平面部L1aの下方である絶縁膜5側に配置される。平面部L1aの上端は、第2曲面部R2に連結している。平面部L1aの下端は、平面部L3aの上端に連結している。平面部L3aの下端は、第1曲面部R1に連結している。平面部L1aおよび平面部L3aのそれぞれの上端は、平面部L1aおよび平面部L3aのそれぞれの絶縁膜5側とは反対側の端部である。平面部L1aおよび平面部L3aのそれぞれの下端は、平面部L1aおよび平面部L3aのそれぞれの絶縁膜5側の端部である。
As shown in FIG. 14, on the first side surface W1a of the first semiconductor layer 41 on the side of the second semiconductor layer 42, the first curved surface portion R1 and the second curved surface portion R2 are formed by a flat surface portion L1a and a flat surface portion L3a. Concatenated. The plane portion L3a is arranged on the insulating
平面部L1aは、Z方向と略平行に延設される。
平面部L3aは、Z方向に対して交差するように延設される。具体的には、平面部L3aは、絶縁膜5に向かうに従い第2半導体層42に近づくように傾斜している。つまり、平面部L3aは、絶縁膜5に向かうに従い第2半導体層42に近づくように傾斜する第1斜面部に相当する。
The flat portion L1a extends substantially parallel to the Z direction.
The flat portion L3a extends so as to intersect the Z direction. Specifically, the planar portion L3a is inclined so as to approach the second semiconductor layer 42 toward the insulating
同様に、第2半導体層42における第1半導体層41側の第2側面W2aにおいて、第3曲面部R3と、第4曲面部R4と、は平面部L2aと、平面部L4aによって連結されている。平面部L4aは、平面部L2aの下方である絶縁膜5側に配置される。平面部L2aの上端は、第4曲面部R4に連結している。平面部L2aの下端は、平面部L4aの上端に連結している。平面部L4aの下端は、第3曲面部R3に連結している。平面部L2aおよび平面部L4aのそれぞれの上端は、平面部L2aおよび平面部L4aのそれぞれの絶縁膜5側とは反対側の端部である。平面部L2aおよび平面部L4aのそれぞれの下端は、平面部L2aおよび平面部L4aのそれぞれの絶縁膜5側の端部である。
Similarly, on the second side surface W2a of the second semiconductor layer 42 on the side of the first semiconductor layer 41, the third curved surface portion R3 and the fourth curved surface portion R4 are connected by a flat surface portion L2a and a flat surface portion L4a. . The plane portion L4a is arranged on the insulating
平面部L2aは、Z方向と略平行に延設される。
平面部L4aは、Z方向に対して交差するように延設される。具体的には、平面部L4aは、絶縁膜5に向かうに従い第1半導体層41に近づくように傾斜している。つまり、平面部L4aは、絶縁膜5に向かうに従い第1半導体層41に近づくように傾斜する第2斜面部に相当する。
The flat portion L2a extends substantially parallel to the Z direction.
The plane portion L4a extends so as to intersect the Z direction. Specifically, the plane portion L4a is inclined so as to approach the first semiconductor layer 41 toward the insulating
このように、本実施形態では、第1側面W1aは、絶縁膜5に向かうに従い第2半導体層42に近づくように傾斜する第1斜面部としての平面部L3aを有し、第2側面W2aは、絶縁膜5に向かうに従い第1半導体層41に近づくように傾斜する第2斜面部としての平面部L4aを有する。これにより、空隙50をさらに小さくすることができる。言い換えると、第1側壁酸化膜21と第2側壁酸化膜22とが物理的に接触する接触領域C1の高さH2をさらに大きくすることができる。
As described above, in the present embodiment, the first side surface W1a has the plane portion L3a as the first slope portion that inclines so as to approach the second semiconductor layer 42 toward the insulating
本実施形態によれば、実施形態1での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
第1側面W1aは第1斜面部としての平面部L3aを有し、第2側面W2aは第2斜面部としての平面部L4aを有する。これにより、空隙50をさらに小さくし、接触領域C1の高さH2をさらに大きくすることができるので、振動や衝撃などの外力や、温度などの環境変化による加速度センサー1の機械特性や温度特性の劣化をさらに抑制することができ、さらに高い信頼性を有する加速度センサー1aを提供することができる。
According to this embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the following effects can be obtained.
The first side surface W1a has a plane portion L3a as a first slope portion, and the second side surface W2a has a plane portion L4a as a second slope portion. As a result, the
3.実施形態3
次に、実施形態3に係る慣性センサーの一例としての加速度センサー1bについて、図15を参照して説明する。図15は、図2中のD1部の位置における断面図に相当する。なお、実施形態1と同一の構成については、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
3.
Next, an
実施形態3に係る加速度センサー1bは、実施形態1と比べ、第1および第2半導体層41,42のそれぞれの第1および第2側面W1b,W2bの形状が異なること以外は、実施形態1と同様である。
The
図15に示すように、第1半導体層41における第2半導体層42側の第1側面W1bにおいて、第1曲面部R1と、第2曲面部R2と、は平面部L3bによって連結されている。 As shown in FIG. 15, on the first side surface W1b of the first semiconductor layer 41 on the second semiconductor layer 42 side, the first curved surface portion R1 and the second curved surface portion R2 are connected by a plane portion L3b.
平面部L3bは、Z方向に対して交差するように延設される。具体的には、平面部L3bは、絶縁膜5に向かうに従い第2半導体層42に近づくように傾斜している。つまり、平面部L3bは、絶縁膜5に向かうに従い第2半導体層42に近づくように傾斜する第1斜面部に相当する。
The plane portion L3b extends so as to intersect the Z direction. Specifically, the plane portion L3b is inclined so as to approach the second semiconductor layer 42 toward the insulating
同様に、第2半導体層42における第1半導体層41側の第2側面W2bにおいて、第3曲面部R3と、第4曲面部R4と、は平面部L4bによって連結されている。 Similarly, on the second side surface W2b of the second semiconductor layer 42 on the first semiconductor layer 41 side, the third curved surface portion R3 and the fourth curved surface portion R4 are connected by a flat surface portion L4b.
平面部L4bは、Z方向に対して交差するように延設される。具体的には、平面部L4bは、絶縁膜5に向かうに従い第1半導体層41に近づくように傾斜している。つまり、平面部L4bは、絶縁膜5に向かうに従い第1半導体層41に近づくように傾斜する第2斜面部に相当する。
The plane portion L4b extends so as to intersect the Z direction. Specifically, the plane portion L4b is inclined so as to approach the first semiconductor layer 41 toward the insulating
このように、本実施形態では、第1側面W1bは、絶縁膜5に向かうに従い第2半導体層42に近づくように傾斜する第1斜面部としての平面部L3bを有し、第2側面W2bは、絶縁膜5に向かうに従い第1半導体層41に近づくように傾斜する第2斜面部としての平面部L4bを有する。
As described above, in the present embodiment, the first side surface W1b has the plane portion L3b as the first slope portion that inclines so as to approach the second semiconductor layer 42 toward the insulating
Z軸と第1斜面部としての平面部L3bとが交差する角度と、Z軸と第2斜面部としての平面部L4bとが交差する角度と、を大きくすることにより、空隙50を小さくすることができる。言い換えると、Z軸と第1斜面部としての平面部L3bとが交差する角度と、Z軸と第2斜面部としての平面部L4bとが交差する角度と、を大きくすることにより、第1側壁酸化膜21と第2側壁酸化膜22とが物理的に接触する接触領域C1の高さH2を大きくすることができる。
To reduce the
ここで、平面部L3bと、平面部L4bと、の間の距離をLDとする。平面部L3bと平面部L4bとの間の距離LDは、最大値LDmaxと、最小値LDminと、を有する。平面部L3bと平面部L4bとの間の距離LDは、Z方向プラス側からZ方向マイナス側に向かうに従い小さくなる。言い換えると、平面部L3bと平面部L4bとの間の距離LDは、半導体層6の第4面F5側に向かうに従い大きくなり、絶縁膜5側に向かうに従い小さくなる。つまり、最大値LDmaxは、半導体層6の第4面F5の近傍にあり、最小値LDminは、絶縁膜5の上面である第3面F3の近傍にある。
Here, LD is the distance between the plane portion L3b and the plane portion L4b. A distance LD between the plane portion L3b and the plane portion L4b has a maximum value LDmax and a minimum value LDmin. A distance LD between the plane portion L3b and the plane portion L4b decreases from the positive side in the Z direction toward the negative side in the Z direction. In other words, the distance LD between the plane portion L3b and the plane portion L4b increases toward the fourth surface F5 of the
平面部L3bと平面部L4bとの間の距離LDの最大値LDmaxと、最小値LDminと、の差を大きくすることにより、空隙50を小さくすることができる。言い換えると、最大値LDmaxと、最小値LDminと、の差を大きくすることにより、第1側壁酸化膜21と第2側壁酸化膜22とが物理的に接触する接触領域C1の高さH2を大きくすることができる。
The
また、本実施形態では、Z軸と第1斜面部としての平面部L3bとが交差する角度と、Z軸と第2斜面部としての平面部L4bとが交差する角度と、を十分に大きくすることにより、空隙50が生じないようにすることができる。あるいは、平面部L3bと平面部L4bとの間の距離LDの最大値LDmaxと、最小値LDminと、の差を十分に大きくすることにより、空隙50が生じないようにすることができる。なお、図15は、空隙50の状態の一例として、空隙50が生じていない状態を示す。そのため、図15には空隙50は図示されない。
In addition, in the present embodiment, the angle at which the Z axis intersects with the plane portion L3b as the first slope portion and the angle at which the Z axis and the plane portion L4b as the second slope portion intersect are sufficiently large. Thus, the void 50 can be prevented from being generated. Alternatively, by sufficiently increasing the difference between the maximum value LDmax and the minimum value LDmin of the distance LD between the plane portion L3b and the plane portion L4b, the
表1は、平面部L3bと平面部L4bとの間の距離LDと、第1および第2側面W1,W2の高さH1に対する接触領域C1の高さH2の比であるH2/H1と、について熱酸化シミュレーションにより算出した結果を示す。表1では、平面部L3bと平面部L4bとの間の距離LDの最大値LDmaxに対する平面部L3bと平面部L4bとの間の距離LDの最大値LDmaxと最小値LDminとの差の割合(LDmax-LDmin)/LDmaxを百分率で示している。 Table 1 shows the distance LD between the flat portion L3b and the flat portion L4b and H2/H1, which is the ratio of the height H2 of the contact area C1 to the height H1 of the first and second side surfaces W1 and W2. The results calculated by thermal oxidation simulation are shown. In Table 1, the ratio of the difference (LDmax −LDmin)/LDmax are shown in percentage.
平面部L3bと平面部L4bとの間の距離LDの最大値LDmaxと最小値LDminとの差が0(ゼロ)のとき、平面部L3bと平面部L4bとは、それぞれZ軸と平行になる。このときのH2/H1は0.905であった。最大値LDmaxと最小値LDminとの差が、最大値LDmaxに対して33.3%のとき、即ち最大値LDmaxに対する最大値LDmaxと最小値LDminとの差の割合が1/3のとき、このときのH2/H1は0.946であった。更に、最大値LDmaxと最小値LDminとの差が、最大値LDmaxに対して93.3%のとき、H2/H1は1.000であった。即ち、第1側壁酸化膜21と第2側壁酸化膜22とは全て接触していた。
When the difference between the maximum value LDmax and the minimum value LDmin of the distance LD between the plane portions L3b and L4b is 0 (zero), the plane portions L3b and L4b are parallel to the Z axis. H2/H1 at this time was 0.905. When the difference between the maximum value LDmax and the minimum value LDmin is 33.3% with respect to the maximum value LDmax, that is, when the ratio of the difference between the maximum value LDmax and the minimum value LDmin to the maximum value LDmax is 1/3, this H2/H1 at that time was 0.946. Furthermore, H2/H1 was 1.000 when the difference between the maximum value LDmax and the minimum value LDmin was 93.3% with respect to the maximum value LDmax. That is, the first
本実施形態では、平面部L3bと平面部L4bとの間の距離LDの最大値LDmaxと最小値LDminとの差が、最大値LDmaxに対して50%であるとき、H2/H1は0.961であった。 In this embodiment, H2/H1 is 0.961 when the difference between the maximum value LDmax and the minimum value LDmin of the distance LD between the plane portion L3b and the plane portion L4b is 50% of the maximum value LDmax. Met.
本発明の好ましいH2/H1の範囲は、0.905以上、1以下であり、より好ましくは0.946以上、1以下である。従って、平面部L3bと平面部L4bとの間の距離LDの最大値LDmaxと最小値LDminとの差の範囲は、最大値LDmaxに対して0%以上、100%以下が好ましい。より好ましくは33.3%以上、100%以下である。これにより、振動や衝撃などの外力や温度などの環境変化による加速度センサー1の機械特性や温度特性の劣化を抑制することができ、高い信頼性を有する加速度センサー1を提供することができる。
The preferred range of H2/H1 in the present invention is 0.905 or more and 1 or less, more preferably 0.946 or more and 1 or less. Therefore, the range of the difference between the maximum value LDmax and the minimum value LDmin of the distance LD between the plane portion L3b and the plane portion L4b is preferably 0% or more and 100% or less of the maximum value LDmax. More preferably, it is 33.3% or more and 100% or less. As a result, it is possible to suppress the deterioration of the mechanical characteristics and temperature characteristics of the
本実施形態によれば、実施形態1での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
第1側面W1bは第1斜面部としての平面部L3bを有し、第2側面W2bは第2斜面部としての平面部L4bを有する。これにより、空隙50をさらに小さくし、接触領域C1の高さH2をさらに大きくすることができるので、振動や衝撃などの外力や、温度などの環境変化による加速度センサー1の機械特性や温度特性の劣化をさらに抑制することができ、さらに高い信頼性を有する加速度センサー1bを提供することができる。
According to this embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the following effects can be obtained.
The first side surface W1b has a plane portion L3b as a first slope portion, and the second side surface W2b has a plane portion L4b as a second slope portion. As a result, the
4.実施形態4
次に、実施形態4に係る加速度センサー1,1aおよび1bを備える慣性計測装置2000(IMU:Inertial Measurement Unit)について、図16および図17を参照して説明する。なお、以下の説明では、加速度センサー1を適用した構成を例示して説明する。
4.
Next, an inertial measurement unit 2000 (IMU: Inertial Measurement Unit) including
慣性計測装置2000は、自動車や、ロボットなどの運動体の姿勢や、挙動などの慣性運動量を検出する装置である。慣性計測装置2000は、加速度センサーや角速度センサーなどの慣性センサーを備え、いわゆるモーションセンサーとして機能する。
The
図16に示すように、慣性計測装置2000は、平面形状が略正方形の直方体である。慣性計測装置2000は、アウターケース301と、接合部材310と、慣性センサーが実装されたセンサーモジュール325と、を有する。
As shown in FIG. 16, the
アウターケース301の外形は、慣性計測装置2000の全体形状と同様に、平面形状が略正方形の直方体であり、正方形の対角線方向に位置する2箇所の頂点近傍に、それぞれネジ穴302が形成されている。この2箇所のネジ穴302に2本のネジを通して、自動車などの被装着体の被装着面に慣性計測装置2000を固定することができる。
The external shape of the
また、アウターケース301は、箱状であり、その内部にセンサーモジュール325が収納されている。具体的には、アウターケース301の内部に、接合部材310を介在させて、センサーモジュール325を挿入した構成となっている。
Further, the
センサーモジュール325は、インナーケース320と、基板315と、を有する。
インナーケース320は、基板315を支持する部材であり、インナーケース320の下面には接着剤を介して基板315が接合されている。
The
また、インナーケース320は、アウターケース301の内部に収まる形状となっている。インナーケース320には、基板315との接触を防止するための凹部331や後述するコネクター316を露出させるための開口321が形成されている。インナーケース320は、接合部材310を介してアウターケース301に接合されている。
Further, the
次に、慣性センサーが実装された基板315について説明する。
図17に示すように、基板315の上面であるインナーケース320側の面には、加速度センサー1、コネクター316、Z軸まわりの角速度を検出する角速度センサー317zなどが実装されている。基板315の側面には、X軸まわりの角速度を検出する角速度センサー317xやY軸まわりの角速度を検出する角速度センサー317yが実装されている。
Next, the
As shown in FIG. 17, an
なお、加速度センサー1は、必要に応じて、例えば、X方向およびY方向の2方向の加速度を検出可能な加速度センサー、もしくはX方向、Y方向およびZ方向の3方向の加速度を検出可能な加速度センサーとしても構わない。
Note that the
また、基板315の下面であるアウターケース301側の面には、制御部としての制御IC319が実装されている。制御IC319は、MCU(Micro Controller Unit)であり、不揮発性メモリーを含む記憶部や、A/Dコンバーターなどを内蔵しており、慣性計測装置2000の各部を制御する。記憶部には、加速度、および角速度を検出するための順序と内容を規定したプログラムや、検出データをデジタル化してパケットデータに組込むプログラム、付随するデータなどが記憶されている。なお、基板315には、その他にも複数の電子部品が実装されている。
A
このような慣性計測装置2000によれば、上述した慣性センサーの一例としての加速度センサー1を用いているため、加速度センサー1に係る効果を享受した慣性計測装置2000を提供することができる。
Since the
1,1a,1b…加速度センサー、2…可動部、3…固定電極部、4…基板、5…絶縁膜、6…半導体層、7…基体、8…凹部、9…外枠部、10…可動電極支持部、11…可動電極指、15…固定電極支持部、16…固定電極指、20…絶縁分離領域、21…第1側壁酸化膜、22…第2側壁酸化膜、40…トレンチ部、41…第1半導体層、42…第2半導体層、50…空隙、2000…慣性計測装置、319…制御IC、F1…第1面、F3…第3面、R1…第1曲面部、R2…第2曲面部、R3…第3曲面部、R4…第4曲面部、W1,W1a,W1b…第1側面、W2,W2a,W2b…第2側面。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記基板の主面に形成される絶縁膜と、
前記絶縁膜における前記基板とは反対側の面に形成される第1半導体層および第2半導体層と、
前記第1半導体層における前記第2半導体層側の第1側面に形成される第1側壁酸化膜と、
前記第2半導体層における前記第1半導体層側の第2側面に形成される第2側壁酸化膜と、を備え、
前記第1側面は、前記絶縁膜側の端部において前記第2半導体層側に凸状の第1曲面部を有し、前記絶縁膜側とは反対側の端部において前記第2半導体層側に凸状の第2曲面部を有し、
前記第2側面は、前記絶縁膜側の端部において前記第1半導体層側に凸状の第3曲面部を有し、前記絶縁膜側とは反対側の端部において前記第1半導体層側に凸状の第4曲面部を有し、
前記第1側壁酸化膜と、前記第2側壁酸化膜と、は物理的に接触する、
慣性センサー。 a substrate;
an insulating film formed on the main surface of the substrate;
a first semiconductor layer and a second semiconductor layer formed on a surface of the insulating film opposite to the substrate;
a first sidewall oxide film formed on a first side surface of the first semiconductor layer on the second semiconductor layer side;
a second sidewall oxide film formed on a second side surface of the second semiconductor layer on the side of the first semiconductor layer;
The first side surface has a convex first curved surface portion on the second semiconductor layer side at an end portion on the insulating film side, and an end portion on the side opposite to the insulating film side on the second semiconductor layer side. has a convex second curved surface portion,
The second side surface has a third curved surface portion protruding toward the first semiconductor layer at an end portion on the insulating film side, and an end portion opposite to the insulating film side on the first semiconductor layer side. has a convex fourth curved surface portion,
the first sidewall oxide and the second sidewall oxide are in physical contact;
inertial sensor.
請求項1に記載の慣性センサー。 a gap surrounded by the insulating film, the first sidewall oxide film, and the second sidewall oxide film;
The inertial sensor of Claim 1.
前記第2側面は、前記絶縁膜に向かうに従い前記第1半導体層に近づくように傾斜する第2斜面部を有する、
請求項1に記載の慣性センサー。 the first side surface has a first slope portion that slopes toward the second semiconductor layer toward the insulating film;
The second side surface has a second slope portion that slopes toward the first semiconductor layer toward the insulating film,
The inertial sensor of Claim 1.
前記第1側壁酸化膜および前記第2側壁酸化膜は、酸化シリコンである、
請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載の慣性センサー。 the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are single crystal silicon;
wherein the first sidewall oxide film and the second sidewall oxide film are silicon oxide;
The inertial sensor according to any one of claims 1 to 3.
前記半導体層の一部を除去することにより、トレンチ部と、前記トレンチ部を介して対向する第1半導体層および第2半導体層と、を形成する工程と、
前記第1半導体層と前記第2半導体層とを同時に酸化して、前記第1半導体層における前記第2半導体層側の第1側面に第1側壁酸化膜と、前記第2半導体層における前記第1半導体層側の第2側面に第2側壁酸化膜と、を形成し、前記第1側壁酸化膜と前記第2側壁酸化膜とを物理的に接触させることによって前記トレンチ部を埋め込む工程と、
を有する慣性センサーの製造方法。 preparing a base having a substrate, an insulating film formed on a main surface of the substrate, and a semiconductor layer formed on a surface of the insulating film opposite to the substrate;
forming a trench portion and a first semiconductor layer and a second semiconductor layer facing each other through the trench portion by removing a portion of the semiconductor layer;
The first semiconductor layer and the second semiconductor layer are simultaneously oxidized to form a first sidewall oxide film on the first side surface of the first semiconductor layer on the side of the second semiconductor layer and the second oxide film on the second semiconductor layer. forming a second sidewall oxide film on a second side surface of one semiconductor layer, and burying the trench portion by bringing the first sidewall oxide film and the second sidewall oxide film into physical contact;
A method for manufacturing an inertial sensor having
前記慣性センサーを制御する制御部と、
を備える慣性計測装置。 an inertial sensor according to any one of claims 1 to 4;
a control unit that controls the inertial sensor;
inertial measurement device.
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