JP3500780B2 - 半導体力学量センサの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加速度，ヨーレイト，
振動等の力学量を検出するための半導体力学量センサに
係り、詳しくは、ＭＩＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕ
ｌａｔｏｒ−ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄＥ
ｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）型の半導体力学量セ
ンサの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、梁構造を有する可動部と、基板と
の突発的な衝突防止のために、可動部側もしくは基板側
に突起を形成して、可動部に突発的な力が作用したとし
ても可動部よりも突起が先に接触して可動部の変位量を
所定値内とするようにしたセンサが知られている。この
ようなセンサとして、例えば、米国特許第５，３２６，
７２６号がある。これは、同特許におけるＦＩＧ．１１
に示されているように、犠牲層を形成した後に突起部を
形成する箇所をエッチングし、ＦＩＧ．１２に示されて
いるように、梁構造の脚の部分になる箇所に突起部形成
用の溝も深い溝を形成し、ＦＩＧ．１３に示されている
ように、可動部形成膜であるポリシリコンを埋め込んで
いる。その後、犠牲層エッチングを行い梁構造としてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、犠牲層をウ
ェットエッチングにより除去する工程において、可動部
と基板との間に、エッチング液との置換液（純水等）が
入り、この置換液（純水等）の乾燥の際に、置換液の表
面張力によって可動部が基板側に引っ張られ可動部が基
板の表面に固着してしまう問題がある。

【０００４】 又、基板の上下方向に対して寸法の異な
る突起部および脚を形成するため、複数回のエッチング
が必要となるという問題もある。そこで、この発明の目
的は、可動部の基板への固着防止に加え、可動範囲制限
用突起と可動部の脚部とを容易に形成することができる
半導体力学量センサの製造方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、半導体基板と、脚部により前記半導体基板の上方に
所定の間隔を隔てて配置され、力学量の作用に伴って変
位する薄膜よりなる梁構造の可動部と、前記可動部の下
面に設けられ、前記可動部の前記半導体基板側への変位
量を制限する可動範囲制限用突起とを備えた半導体力学
量センサの製造方法であって、半導体基板の主表面に厚
さがほぼ均一なる犠牲層を形成する第１工程と、前記犠
牲層の上にレジストを形成する第２工程と、前記レジス
トに対しフォトマスクを用いて所定の解像度を有する露
光機にて露光する第３工程と、前記露光されたレジスト
を用いて前記犠牲層の一部である可動範囲制限用突起の
形成箇所を薄くする第４工程と、前記残された犠牲層の
上に、薄膜よりなる可動部形成膜を形成する第５工程
と、前記可動部形成膜の下の前記犠牲層をエッチング除
去して脚部、可動部、可動範囲制限用突起を形成する第
６工程とを有し、前記第３工程における前記フォトマス
クは、脚部形成のためのパターン、および、突起形成領
域が前記露光機の解像度よりも細かい複数の微細パター
ンを有するものであり、前記第４工程は、突起形成領域
において底面側先端が尖るあるいは丸みを帯びた溝を形
成するものである半導体力学量センサの製造方法をその
要旨とする。

【０００６】

【０００７】 請求項２の記載の発明は、請求項１の記
載の発明において前記第３工程における前記フォトマス
クの前記突起形成領域の前記微細パターンは、突起形成
領域において突起形成領域の中心側にいくほど徐々に光
透過量が変化する半導体力学量センサの製造方法をその
要旨とする。

【０００８】

【作用】請求項１に記載の発明によれば、第１工程によ
り、半導体基板の主表面に厚さがほぼ均一なる犠牲層が
形成され、第２工程により、犠牲層の上にレジストが形
成され、第３工程によりレジストに対しフォトマスクを
用いて所定の解像度を有する露光機にて露光される。こ
の第３工程において、フォトマスクとして、脚部形成の
ためのパターン、および、突起形成領域が露光機の解像
度よりも細かい複数の微細パターンを有するものが用い
られる。

【０００９】

【００１０】

【００１１】第４工程により、露光されたレジストを用
いて犠牲層の一部である可動範囲制限用突起の形成領域
において底面側先端が尖るあるいは丸みを帯びた溝が形
成される。

【００１２】第５工程により、残された犠牲層の上に、
薄膜よりなる可動部形成膜が形成され、第６工程によ
り、可動部形成膜の下の犠牲層をエッチング除去して脚
部、可動部、および先端が尖るあるいは丸みを帯びた可
動範囲制限用突起が形成される。

【００１３】よって、フォトマスクの増加なしで可動範
囲制限用突起を製作することができる。その結果、プロ
セスを増やすことなく半導体力学量センサが製造され
る。又、１枚のフォトマスクで脚部および突起を製作す
るため犠牲層の加工が容易となる。

【００１４】又、センサ製造時において可動部と基板と
の間に液体が入った場合にも突起の存在により突起と基
板との間にのみ液滴が形成され、液滴による可動部と基
板との付着力を弱くできるとともに、突起の先端が尖る
あるいは丸みを帯びているので、前述の液滴による突起
と基板との接触面積を小さくして可動部と基板との付着
力を更に弱くして可動部の基板への固着が回避される。

【００１５】 請求項２に記載の発明によれば、請求項
１に記載の発明の作用に加え、第３工程におけるフォト
マスクの突起形成領域の微細パターンは、突起形成領域
において突起形成領域の中心側にいくほど徐々に光透過
量が変化するものであるので、容易に所定の突起形状と
することが可能となる。

【００１６】

【実施例】

（第１実施例）以下、この発明を半導体加速度センサに
具体化した第１実施例を図面に従って説明する。

【００１７】図１は、本実施例の半導体加速度センサの
平面図を示す。又、図２には図１のＡ−Ａ断面を示し、
図３には図１のＢ−Ｂ断面を示し、図４には図１のＣ−
Ｃ断面を示す。本半導体加速度センサは表面マイクロマ
シニング技術を用いたものである。

【００１８】Ｐ型シリコン基板１の上の一部には、ゲー
ト絶縁膜としてのシリコン酸化膜２が形成されている。
このシリコン酸化膜２は基板表面のリーク電流を低減す
るとともにトランジスタ特性の経時変化を抑制するため
のものである。又、同様に、Ｐ型シリコン基板１の上の
一部には所定の厚みを有する絶縁分離用シリコン酸化膜
３（本実施例ではＬＯＣＯＳ酸化膜）が形成されてい
る。さらに、シリコン酸化膜２とシリコン酸化膜３の上
には、後述する犠牲層をエッチングする時のシリコン酸
化膜２の保護用として、シリコン窒化膜（絶縁膜）４が
形成されている。本実施例では、Ｐ型シリコン基板１と
シリコン酸化膜２とシリコン酸化膜３とシリコン窒化膜
４とから半導体基板が構成されている。

【００１９】シリコン酸化膜３の形成領域におけるシリ
コン窒化膜４上には４つの脚部としてのアンカー部６が
配置され、シリコン酸化膜２の形成領域の上方において
アンカー部６を基端とする可動部５が架設されている。
可動部５は４本の梁部７と重り部８と可動ゲート電極部
９，１０とからなり、梁構造をなしている。より詳しく
は、アンカー部６から帯状の梁部７が延び、四角形状の
重り部８が支持されている。又、重り部８には長方形状
の可動ゲート電極部９，１０が相反する方向に突設され
ている。可動部５とアンカー部６とは、厚さが２μｍ程
度のポリシリコン薄膜よりなる。又、可動部５（梁部
７、重り部８、可動ゲート電極部９，１０）は、シリコ
ン基板１（シリコン窒化膜４）の上方に所定の間隔を隔
てて配置されている。このように、可動部５はアンカー
部（脚部）６により基板１の上方に所定の間隔を隔てて
配置され、シリコン基板１の表面に垂直な方向と平行な
方向とに変位できるようになっている。

【００２０】又、重り部８は矩形の開口部１１が開けら
れており、後述する犠牲層エッチングの際のエッチング
液が浸透しやすくなっている。図４に示すように、可動
部５の可動ゲート電極部１０の下方でのシリコン基板１
には、可動ゲート電極部１０に対しその両側にＮ型不純
物拡散層よりなるソース・ドレイン部としての固定電極
１２，１３が形成されている。同様に、図１に示すよう
に、可動部５の可動ゲート電極部９の下方でのシリコン
基板１には、可動ゲート電極部９に対しその両側にＮ型
不純物拡散層よりなるソース・ドレイン部としての固定
電極１４，１５が形成されている。図４に示すように、
シリコン基板１における固定電極１２，１３間にはチャ
ネル領域１６が形成され、同チャネル領域１６はシリコ
ン基板１と可動ゲート電極部１０との間に電圧を印加す
ることにより生じたものである。そして、固定電極１
２，１３間に電圧を印加することによりこのチャネル領
域１６にドレイン電流が流れる。同様に、シリコン基板
１における固定電極１４，１５間にはチャネル領域（図
示略）が形成され、同チャネル領域はシリコン基板１と
可動ゲート電極部９との間に電圧を印加することにより
生じたものである。そして、固定電極１４，１５間に電
圧を印加することによりこのチャネル領域にドレイン電
流が流れる。

【００２１】図２に示すように、可動部５の各梁部７に
おける重り部８の近接位置には、シリコン基板１に向か
って突出（変位）する可動範囲制限用突起（可動範囲制
限部）１７がそれぞれ形成されている。可動範囲制限用
突起１７は先端が丸みを帯びている。この可動範囲制限
用突起１７とシリコン基板１の上のシリコン窒化膜４と
のギャップ（距離）Ｌ１は、図４に示すように、可動部
５の可動ゲート電極部９，１０とシリコン基板１の上の
シリコン窒化膜４とのギャップ（距離）Ｌ２よりも小さ
くなっている。このように、可動範囲制限用突起１７
は、梁部７における重り部８に近接した位置に設けられ
るとともに、ポリシリコン薄膜よりなる可動部５を下方
に変位させて形成している。

【００２２】又、シリコン基板１の表面には、可動部５
と対向した部分での固定電極１２，１３，１４，１５の
ない領域においてＮ型不純物拡散層よりなる下部電極１
８が形成されている。この下部電極１８は可動部５の電
位と等電位に保たれており、シリコン基板１と可動部５
との間で発生する静電気力を抑えるものである。

【００２３】シリコン基板１における可動部５の配置領
域の周辺には周辺回路（図示略）が形成されている。そ
して、周辺回路と可動部５（可動ゲート電極部９，１
０）とが電気的に接続されるとともに、周辺回路と固定
電極１２，１３，１４，１５とが電気的に接続され、さ
らに、周辺回路と下部電極１８とが電気的に接続されて
いる。

【００２４】次に、この半導体加速度センサの動作を説
明する。可動部５とシリコン基板１との間、および固定
電極１２，１３（１４，１５）間に電圧をかけると、チ
ャネル領域１６が形成され、固定電極１２，１３（１
４，１５）間に電流が流れる。ここで、本半導体加速度
センサが加速度を受けて、図１に示すＸ₊ 方向（基板１
の表面に平行な方向）に可動ゲート電極部９，１０（可
動部５）が変位した場合には、固定電極間のチャネル領
域の面積（トランジスタでいうチャネル幅）が変わるこ
とにより、固定電極１２，１３に流れる電流は減少し、
固定電極１４，１５に流れる電流は増大する。又、図１
に示すＸ_- 方向（基板１の表面に平行な方向）に可動ゲ
ート電極部９，１０（可動部５）が変位した場合には、
固定電極間のチャネル領域の面積（トランジスタでいう
チャネル幅）が変わることにより、固定電極１２，１３
に流れる電流は増加し、固定電極１４，１５に流れる電
流は減少する。一方、本半導体加速度センサが加速度を
受けて、図４に示すＺ₊ 方向（基板１の表面に垂直で、
かつ、基板１から離間する方向）に可動ゲート電極部
９，１０が変位した場合には、電界強度の変化によって
チャネル領域１６のキャリア濃度が減少するため、前記
電流は同時に減少する。

【００２５】このようにして、加速度による可動ゲート
電極部９，１０と固定電極１２，１３、および１４，１
５との相対的位置の変化により固定電極１２，１３間と
固定電極１４，１５間に流れる電流が変化し、この電流
変化の大きさ、位相により二次元の加速度が検出され
る。

【００２６】又、半導体基板（Ｐ型シリコン基板１、シ
リコン酸化膜２，３、シリコン窒化膜４）と、可動ゲー
ト電極部９，１０以外の可動部５との間、つまり、梁部
７の下面に可動範囲制限用突起１７を設けて、シリコン
窒化膜４と可動ゲート電極部９，１０との間の間隔（Ｌ
２）よりも狭い間隔（Ｌ１）とし、可動部５（可動ゲー
ト電極部９，１０）が基板１に接近する方向（図４にて
Ｚ_- で示す）での移動範囲が制限される。よって、通常
の加速度範囲であれば、正常に加速度センサとして作用
するが、可動部５が基板１から離間する方向に過大な加
速度が加わると、可動部５（可動ゲート電極部９，１
０）はその加速度により基板１に接近する方向に変形し
ようとする。この際に、可動ゲート電極部９，１０がシ
リコン基板１（シリコン窒化膜４）に接触する前に、可
動範囲制限用突起１７がシリコン窒化膜４に接触し、可
動ゲート電極部９，１０のそれ以上のシリコン基板１側
への接近が阻止される。即ち、その過大変形が抑えられ
る。このようにして、可動ゲート電極部９，１０とシリ
コン基板１（シリコン窒化膜４）との接触が回避され、
ＭＩＳＦＥＴのトランジスタ特性が劣化しない。

【００２７】次に、本実施例の半導体加速度センサの製
造工程を、図１のＡ−Ａ断面について、図５〜図１１お
よび図２を用いて説明する。図５に示すように、まずＰ
型シリコン基板１を用意し、その主表面の所定領域にシ
リコン酸化膜３（本実施例ではＬＯＣＯＳ酸化膜）を形
成する。そして、Ｐ型シリコン基板１の上のシリコン酸
化膜３以外の表面にシリコン酸化膜２を熱酸化により形
成し、さらにその下に、Ｎ型不純物拡散層よりなる下部
電極１８並びに図示しないＭＩＳＦＥＴのソース部（１
２），（１４）とドレイン部（１３），（１５）を形成
すべく、同時にイオン注入等により不純物を導入し、熱
処理を行う。さらに、シリコン酸化膜２およびシリコン
酸化膜３の上に全面にシリコン窒化膜４を減圧ＣＶＤ等
により形成する。

【００２８】引き続き、図６に示すように、シリコン窒
化膜４の上に犠牲層となるシリコン酸化膜１９をプラズ
マＣＶＤ等により全面に形成する。このシリコン酸化膜
１９は厚さがほぼ均一である。

【００２９】その後、図７に示すように、シリコン酸化
膜１９の上に、ポジ型レジスト２０を全面にスピンコー
トにより塗布する。そして、図８に示すように、ポジ型
レジスト２０を図１２，１３に示すフォトマスク２１を
用いて露光、現像し、ポジ型レジスト２０をすべて除去
する部分Ｍ１と、ポジ型レジスト２０の厚み方向に一部
を除去する部分（可動範囲制限用突起形成箇所）Ｍ２
と、ポジ型レジスト２０を全て残す部分Ｍ３を形成す
る。

【００３０】この処理について詳細に説明する。図１２
は可動部５の形成領域に対して、ハッチングにて示した
犠牲層をパターニングするフォトマスク２１を示す。図
１３はこのフォトマスク２１における一部であるＤ部の
拡大図である。ここで、ハッチング部はクロム等で形成
された遮光部分を示す。図１３におけるＥ部のように、
梁部７に相当する部分の一部（可動範囲制限用突起形成
箇所）に、露光機の解像度よりも細かい微細パターンと
しての分布露光部２２が形成されている。この分布露光
部２２は、光が透過する微小な矩形の多数の窓２３が図
１４に示すような所定の密度で分布形成されている。こ
の矩形の窓２３の大きさは、このフォトマスク２１を使
って露光する露光機の解像度以下の寸法である。例え
ば、使用する露光機が１０対１の縮小露光機で、その解
像度が１ミクロンであれば、１個の矩形の一辺の大きさ
は１０倍のレチクルサイズで１ミクロン以下が適当であ
る。図１４には、図１３のフォトマスク２１のうち、分
布露光部２２をさらに拡大したものと、そのフォトマス
ク２１の光の透過量を対応して示す。分布露光部２２で
ない領域Ｋ１，Ｋ３における光の透過量はゼロである。

【００３１】一方、分布露光部２２である領域Ｋ２にお
ける光の透過量は、中央に行くほど大きくなるように、
個々の窓部２３の密度（個数／単位面積）が変えられて
いる。又、分布露光部２２である領域Ｋ２における光の
透過量は、中央に行くほど大きくなっているが、中央部
分においては光の透過量が丸みを帯びたピークをもって
いる。

【００３２】以上、図１２から図１４で説明したフォト
マスク２１を使って、分布露光した後、現像すると、図
８に示すように、完全に光が透過した部分Ｍ１は、完全
に現像されるため、レジスト２０が完全に除去される。
又、完全に光が遮光された部分Ｍ３は、レジスト２０が
完全に残る。一方、部分的に光が透過した部分Ｍ２は、
レジスト２０の膜厚が減少する。

【００３３】次に、図９に示すように、現像されたレジ
スト２０をフォトマスクとして、犠牲層となるシリコン
酸化膜１９をウエットエッチングもしくはドライエッチ
ングする。望ましくは、ＣＦ₄ とＯ₂ によるドライエッ
チングを行う。ＣＦ₄ はシリコン酸化膜１９をエッチン
グし、Ｏ₂ はレジスト２０をエッチングする。この時、
ＣＦ₄ によるシリコン酸化膜１９のエッチングレートと
Ｏ₂ によるレジスト２０のエッチングレートが等しくな
るように、それぞれのガスの流量や圧力を設定すると、
現像されたレジスト２０の形状がそのまま犠牲層となる
シリコン酸化膜１９に転写される。即ち、犠牲層となる
シリコン酸化膜１９に、一部分その膜厚が薄くなった部
分（溝）１９ａと全く膜厚が変化しない部分１９ｂが形
成される。この膜厚が薄くなった部分（溝）１９ａが可
動範囲制限用突起１７の形成箇所であり、部分（溝）１
９ａの底面側先端が丸みを帯びている。又、シリコン酸
化膜１９が無くなった領域（深い溝）の一部がアンカー
部６（脚部）の形成箇所となる。

【００３４】次に、図１０に示すように、可動部形成膜
としてのポリシリコン薄膜２４を、減圧ＣＶＤ等により
成膜する。次に、図１１に示すように、ポリシリコン薄
膜２４をパターニングし、アンカー部６、開口部１１、
梁部７、重り部８、可動ゲート電極部９，１０、可動範
囲制限用突起１７の形状に一括して形成する。

【００３５】最後に、シリコン酸化膜１９（犠牲層）を
エッチングすると、図２に示すように、アンカー部６を
除いて、梁部７、重り部８、可動ゲート電極部９，１
０、および可動範囲制限用突起１７が、下地であるシリ
コン窒化膜４から離間され、可動構造が形成される。

【００３６】このシリコン酸化膜１９（犠牲層）のエッ
チング工程をより詳しく説明すると、基板をエッチング
液中に入れてシリコン酸化膜１９（犠牲層）をエッチン
グし、その後、基板をエッチング液から取り出す。この
状態では基板の表面にエッチング液が付着しているの
で、基板を純水中に入れてエッチング液と置換し、その
後、基板を純水から取り出し、基板を乾燥させる。この
基板の乾燥の際に、可動部（梁部７、重り部８、可動ゲ
ート電極部９，１０）と基板１との間に純水が存在し、
乾燥の進行により純水が液滴状になり、液滴の表面張力
により可動部（梁部７、重り部８、可動ゲート電極部
９，１０）が基板１の表面に引っ張られる形で固着して
可動構造が形成できない場合がある。これに対し、本実
施例では可動範囲制限用突起１７の存在により、上述の
基板表面への可動部の固着を防ぐことができる。これ
は、可動範囲制限用突起１７と基板１との間に前述の純
水の液滴（図２においてＷ１で示す）が形成され、か
つ、この液滴は小さなものであるためである。

【００３７】より詳しくは、図１５に示す可動範囲制限
用突起６０の先端部が平坦な場合に比べ、図２に示す可
動範囲制限用突起１７の先端に丸みをつけることによ
り、図１５に示す液滴の大きさ（Ｗ２で示す）よりも液
滴の大きさが小さくなる。

【００３８】よって、可動部（梁部７、重り部８、可動
ゲート電極部９，１０）と基板１との間に働く液滴の表
面張力が小さくなり、基板表面への可動部の固着を確実
に防止することができる。又、液滴の表面張力が小さく
なることにより仮に可動部が基板表面に一時的に付いた
としても梁の剛性（復元力）にて可動部が基板表面から
離れて元の状態に戻る。このように、容易にかつ確実に
可動構造を形成できる。

【００３９】このように本実施例では、半導体基板（Ｐ
型シリコン基板１、シリコン酸化膜２，３、シリコン窒
化膜４）の主表面に厚さがほぼ均一なるシリコン酸化膜
１９（犠牲層）を形成し（第１工程）、シリコン酸化膜
１９の上にレジスト２０を形成し（第２工程）、レジス
ト２０に対しフォトマスク２１を用いて所定の解像度を
有する露光機にて露光し（第３工程）、露光されたレジ
スト２０を用いてシリコン酸化膜１９の一部である可動
範囲制限用突起の形成箇所を薄くし（第４工程）、残さ
れたシリコン酸化膜１９の上に、ポリシリコン薄膜２４
（薄膜よりなる可動部形成膜）を形成し（第５工程）、
ポリシリコン薄膜２４の下のシリコン酸化膜１９をエッ
チング除去してアンカー部６（脚部）、可動部５、可動
範囲制限用突起１７を形成する（第６工程）に際し、第
３工程におけるフォトマスク２１は、アンカー部形成
（脚部形成）のためのパターン、および、突起形成領域
が露光機の解像度よりも細かい微細パターンを有するも
のであり、第４工程は、突起形成領域において底面側先
端が尖るあるいは丸みを帯びた溝（１９ａ）を形成する
ものである。

【００４０】よって、フォトマスクの増加なしで可動範
囲制限用突起を製作することができ、プロセスを増やす
ことなく半導体力学量センサが製造され、又、１枚のフ
ォトマスクでアンカー部（脚部）および突起を製作する
ため犠牲層の加工が容易となる。さらに、突起の先端が
尖るあるいは丸みを有しているので、センサ製造時にお
いて液滴による突起と基板との接触面積を小さくして可
動部と基板との付着力を弱くして可動部の基板への固着
を防止することができる。

【００４１】又、第３工程におけるフォトマスク２１の
突起形成領域は、突起形成領域の中心側にいくほど徐々
に光透過量が大きくなるので、容易に所定の突起形状と
することができる。

【００４２】又、４本の梁部７のそれぞれに可動範囲制
限用突起１７を設けているので、可動部５（梁部７）に
捩じれが発生しても各梁部７に設けた可動範囲制限用突
起１７により確実に可動ゲート電極部９，１０がシリコ
ン基板１（シリコン窒化膜４）に接触する前に可動範囲
制限用突起１７を接触させることができる。

【００４３】さらに、可動部５の梁部７における重り部
８に近接する位置に可動範囲制限用突起１７を設けたの
で、過大な加速度が加わり重り部８が変形しようとして
も可動範囲制限用突起１７によりその変形を防止でき
る。

【００４４】さらには、可動範囲制限用突起１７は可動
部５を構成する薄膜を下方に変位させて形成しているの
で、容易に突起１７を形成することができる。 （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。

【００４５】第１実施例では可動範囲制限用突起１７の
先端を丸くしたが、本実施例では、図１６に示すよう
に、可動範囲制限用突起１７の先端を尖らせている。こ
のようにしても、第１実施例で説明したものと同様の作
用効果を奏する。

【００４６】ここで、可動範囲制限用突起１７の先端を
丸くした場合と、可動範囲制限用突起１７の先端を尖ら
せた場合とにおいて、機械的強度の観点から比較する
と、先端を丸くした方が基板と接触した際に破損する可
能性が少ないと言える。 （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。

【００４７】図１７に本実施例のセンサの断面を示す。
図２に示したように可動範囲制限用突起１７は前記第１
実施例ではポリシリコン薄膜よりなる可動部５を下方に
変位させることにより形成しており可動部５の膜厚と同
じ膜厚であった。これに対し本実施例のセンサにおいて
は、可動範囲制限部としての可動範囲制限用突起２６は
可動部５の膜厚を厚くすることにより形成している。こ
の場合、過大な加速度が加わった際の耐衝撃性に優れた
ものとなる。 （第４実施例）次に、第４実施例を第１実施例との相違
点を中心に説明する。

【００４８】図１８に本実施例のセンサの平面図を、図
１９に図１８のＧ−Ｇ断面を示す。上記第１実施例で
は、４本の梁部７のそれぞれに可動範囲制限用突起１７
を１つずつ形成したが、本実施例では可動範囲制限用突
起１７の設置位置および数を変更している。

【００４９】図１８，１９に示すように、各梁部７には
２個ずつの可動範囲制限用突起１７ａ〜１７ｈが離間し
て設置され、この各可動範囲制限用突起１７ａ〜１７ｈ
の間隔は５０μｍ以上となっている。さらに、重り部８
においても四角形状の重り部８の各辺に対し２個ずつの
四角形状の可動範囲制限用突起１７ｉ〜１７ｑが離間し
て設置され、この各可動範囲制限用突起１７ｉ〜１７ｑ
の間隔も５０μｍ以上となっている。可動範囲制限用突
起１７ａ〜１７ｑの間隔を５０μｍ以上としたのは、可
動範囲制限用突起１７ａ〜１７ｑと基板表面（下部電極
１８）との対向面積の総和をより小さくして、犠牲層エ
ッチング工程での可動範囲制限用突起１７ａ〜１７ｑと
基板表面との間に形成される液滴（エッチング液の置換
液）の表面張力の総和を小さくし、可動部が基板表面に
引っ張られて固着するのを回避するためである。

【００５０】さらに、図１８，１９において、図１の可
動ゲート電極部９，１０およびソース・ドレイン部とし
ての固定電極１２，１３，１４，１５については、重り
部８の中央に開口部（貫通孔）５０が設けられ、Ｘ₊ 方
向に延びる片持ち梁状可動ゲート電極部５１とＸ_- 方向
に延びる片持ち梁状可動ゲート電極部５２を形成してい
る。つまり、開口部５０により対向する一対の梁状可動
ゲート電極部５１，５２が形成されている。又、図１の
トランジスタの位置関係と同様に、片持ち梁状可動ゲー
ト電極５１，５２に相対する位置にソース・ドレイン部
としての固定電極５３，５４，５５，５６が形成されて
いる。このように重り部８の中央部において一対の梁状
可動ゲート電極部５１，５２を接近して配置することが
できる。その結果、図１に示す重り部８における対辺か
ら可動ゲート電極部９，１０を突設した場合に比べ、例
えば、重り部８が反った場合にも可動ゲート電極部５
１，５２を基板に接触しにくくでき、又、基板の結晶構
造が等しい部位（領域）に２つのトランジスタを近接し
て形成でき素子特性の均一化を図ることが可能となる。

【００５１】本実施例の応用例として、可動範囲制限用
突起１７を重り部８にのみ形成してもよい。この場合に
は、感度を高くすべく重り部８の面積を大きくした際に
は加速度により重り部８の変形が生じるが四角形の重り
部８の各隅部に可動範囲制限用突起１７を設けると、重
り部８の変形が防止できる。又、重り部８には突起１７
を設けずに、１本の梁部７に対し可動範囲制限用突起１
７を複数個設けてもよい。 （第５実施例）次に、第５実施例を第１実施例との相違
点を中心に説明する。

【００５２】図２０に本実施例のセンサの断面図を示
す。第１実施例では可動部５に可動範囲制限用突起１７
を設けたが、本実施例では、Ｐ型シリコン基板１（半導
体基板）の上面に可動範囲制限部としての可動範囲制限
用突起２５を形成している。この突起２５は、ＬＯＣＯ
Ｓ酸化膜にて可動範囲制限用突起２５を形成したもので
あり、先端が丸くなっている。

【００５３】本実施例の応用例として、図２１に示すよ
うに、先端を丸めるのではなく先端が尖った突起として
もよい。又、可動部５に可動範囲制限用突起１７を設け
ると共にＰ型シリコン基板１（半導体基板）の上面にも
可動範囲制限用突起を設けてもよい。この場合、可動部
５の下面に第１の突起を設けるとともにこの第１の突起
と対向する基板の上面に第２の突起を形成してもよい。

【００５４】この発明は上記各実施例に限定されるもの
ではなく、上記実施例では可動部５は両持ち梁構造とし
たが、片持ち梁構造であってもよい。又、可動範囲制限
部としての可動範囲制限用突起（１７，２５）は、円錐
や角錐であっても、断面が三角形状の突条となっていて
もよい。

【００５５】又、半導体加速度センサの他にも、半導体
ヨーレイトセンサ、振動センサ等に具体化してもよい。

【００５６】

【発明の効果】以上詳述したように請求項１に記載の発
明によれば、可動部の基板への固着防止に加え、可動範
囲制限用突起と可動部の脚部とを容易に形成することが
できる。

【００５７】 請求項２に記載の発明によれば、請求項
１に記載の発明の効果に加え、容易に突起を所望の形状
にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の半導体加速度センサの平面図。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図。

【図３】図１のＢ−Ｂ断面図。

【図４】図１のＣ−Ｃ断面図。

【図５】半導体加速度センサの製造工程を示す断面図。

【図６】半導体加速度センサの製造工程を示す断面図。

【図７】半導体加速度センサの製造工程を示す断面図。

【図８】半導体加速度センサの製造工程を示す断面図。

【図９】半導体加速度センサの製造工程を示す断面図。

【図１０】半導体加速度センサの製造工程を示す断面
図。

【図１１】半導体加速度センサの製造工程を示す断面
図。

【図１２】犠牲層をパターニングするためのフォトマス
クの平面図。

【図１３】フォトマスクの一部拡大図。

【図１４】フォトマスクの分布露光部および光の透過量
を表す説明図。

【図１５】比較のためのセンサの断面図。

【図１６】第２実施例の半導体加速度センサの断面図。

【図１７】第３実施例の半導体加速度センサの断面図。

【図１８】第４実施例の半導体加速度センサの断面図。

【図１９】図１８のＧ−Ｇ断面図。

【図２０】第５実施例の半導体加速度センサの断面図。

【図２１】第５実施例の応用例の半導体加速度センサの
断面図。

【符号の説明】

１…半導体基板を構成するシリコン基板、２…半導体基
板を構成するシリコン酸化膜、３…半導体基板を構成す
るシリコン酸化膜、４…半導体基板を構成するシリコン
窒化膜、５…可動部、６…脚部としてのアンカー部、７
…梁部、８…重り部、９…可動ゲート電極部、１０…可
動ゲート電極部、１２…ソース・ドレイン部としての固
定電極、１３…ソース・ドレイン部としての固定電極、
１４…ソース・ドレイン部としての固定電極、１５…ソ
ース・ドレイン部としての固定電極、１７…可動範囲制
限部としての可動範囲制限用突起、１９…犠牲層として
のシリコン酸化膜、１９ａ…溝となる部分、２０…ポジ
型レジスト、２１…フォトマスク、２２…微細パターン
としての分布露光部、２４…可動部形成膜としてのポリ
シリコン薄膜、２５…可動範囲制限部としての可動範囲
制限用突起、２６…可動範囲制限部としての可動範囲制
限用突起

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−151889（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−196721（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−196722（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−204502（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−296221（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 29/84 G01L 9/04 G01P 15/12

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板と、脚部により前記半導体基板の上方に所定の間隔を隔てて
   配置され、力学量の作用に伴って変位する薄膜よりなる
   梁構造の可動部と、 前記可動部の下面に設けられ、前記可動部の前記半導体
   基板側への変位量を制限する可動範囲制限用突起とを備
   えた半導体力学量センサの製造方法であって、 半導体基板の主表面に厚さがほぼ均一なる犠牲層を形成
   する第１工程と、 前記犠牲層の上にレジストを形成する第２工程と、 前記レジストに対しフォトマスクを用いて所定の解像度
   を有する露光機にて露光する第３工程と、 前記露光されたレジストを用いて前記犠牲層の一部であ
   る可動範囲制限用突起の形成箇所を薄くする第４工程
   と、 前記残された犠牲層の上に、薄膜よりなる可動部形成膜
   を形成する第５工程と、 前記可動部形成膜の下の前記犠牲層をエッチング除去し
   て脚部、可動部、可動範囲制限用突起を形成する第６工
   程とを有し、 前記第３工程における前記フォトマスクは、脚部形成の
   ためのパターン、および、突起形成領域が前記露光機の
   解像度よりも細かい複数の微細パターンを有するもので
   あり、 前記第４工程は、突起形成領域において底面側先端が尖
   るあるいは丸みを帯びた溝を形成するものである半導体
   力学量センサの製造方法。
2. 【請求項２】 前記第３工程における前記フォトマスク
   の前記突起形成領域の微細パターンは、突起形成領域に
   おいて突起形成領域の中心側にいくほど徐々に光透過量
   が変化する請求項１に記載の半導体力学量センサの製造
   方法。