JP3660119B2

JP3660119B2 - Semiconductor dynamic quantity sensor

Info

Publication number: JP3660119B2
Application number: JP3632598A
Authority: JP
Inventors: 誠一郎石王; 峰一酒井
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-02-18
Filing date: 1998-02-18
Publication date: 2005-06-15
Anticipated expiration: 2018-02-18
Also published as: JPH11230985A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、梁構造の可動部を有し、例えば加速度、ヨーレート、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。
【０００２】
【従来の技術】
可動電極と固定電極との容量変化によって加速度等の検出を行う差動容量型半導体力学量センサでは、可動電極及び固定電極をエッチング形成した後の乾燥工程において、可動電極と固定電極との間に介在する純水の表面張力によって、可動電極及びこれに対向する固定電極が付着したり、梁とこれに対向する基板が同様に付着したりすることが問題となっている。また、上記乾燥工程以外の時、例えば梁のバネ定数により決定される力よりも大きな加速度が発生した場合にも、可動電極が固定電極に引き寄せられ、加速度が小さくなったのちにもファンデルワールス力により、可動電極と固定電極とが付着してしまうという問題がある。
【０００３】
このような問題を解決するものとして、米国特許第５，５４２，２９５号明細書に示されるセンサがある。このセンサでは、図１６に示すように折り曲げ梁タイプのものにおいて、梁部２０１から錘部２０２の方向に突出するストッパー部２０３を設け、さらに梁部２０１と錘部２０２との間隔を可動電極と固定電極との間隔よりも小さくすることで、可動電極と固定電極との付着を防止するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記米国特許第５，５４２，２９５号明細書に示されるセンサにおいては、折り曲げ梁タイプのものを用いることから、梁部２０１の変位に伴いストッパー部が図１７の点線部に示すように変位して、梁部２０１と錘部２０２との間隔を大きくし、可動電極と固定電極との間隔以上に可動部が変位できるようになってしまって付着防止ができなくなるという問題がある。差動容量型半導体力学量センサのように可動電極と固定電極との間隔が非常に狭く、この間隔と梁と錘との間隔とにあまり差を設けられないものにおいては、この問題が顕著に発生し、特に共振状態のように梁部２０１が基板面方向のみならず基板面垂直方向にも変位するような場合に発生し易くなる。
【０００５】
本発明は上記問題に鑑みてなされ、共振状態のように梁が様々な方向に変位するような場合にも可動電極と固定電極とが付着しない半導体力学量検出センサを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、以下の技術的手段を採用する。請求項１に記載の発明においては、基板（１）上に可動部（２Ａ）と固定部（２Ｂ）とを備えてなり、前記可動部は、前記基板上に形成された第１のアンカー部（３ａ、３ｂ）と、可動電極（７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂ）を有する質量部（６）と、前記第１のアンカー部と前記質量部との間において略多角形を構成するように折り曲げられて配置された梁部（４、５）とを有し、前記梁部を介して前記質量部が前記第１のアンカー部に支持されるようになっており、前記固定部は、前記可動電極と対向する形状を成し前記基板上に固定された固定電極（９ａ、９ｂ、１１ａ、１１ｂ、１３ａ、１３ｂ、１５ａ、１５ｂ）と、前記基板上に形成された第２のアンカー部（１００ａ、１０１ａ）に支持され前記可動部の水平方向の変位を規制するストッパー部（１００、１０１）とを有しており、前記ストッパー部は、前記梁部が構成する略多角形の内側に配されていると共に、前記第１、第２のアンカー部を介して前記可動部と電気的に接続されていることを特徴としている。
【０００７】
このように、可動部と分離された固定部にストッパー部を備え、このストッパー部によって可動部の水平方向の移動を規制するようにすれば、共振時等においてもストッパー部が変位しないため、共振時においても可動電極と固定電極とが付着しないようにできる。
さらに、第１のアンカー部と第２のアンカー部を介して可動部とストッパー部とを電気的に接続するようにすれば、可動部とストッパー部との電位差を無くすことができるため、静電気力によってストッパー部に可動部が付着することを防止することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（第１実施気形態）
図１に、本発明の一実施形態にかかる半導体加速度センサの斜視図を示す。また、図２に図１に示す半導体加速度センサの平面図を示し、図３、図４に、図２におけるＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図を示す。
【００１１】
図１〜図３において、基板１の上面には、単結晶シリコン（単結晶半導体材料）を溝によって分離して形成された梁構造体（可動部）２Ａと固定部２Ｂとが配置されている。
図２、図３に示されるように、梁構造体２Ａは、基板１側から突出する２つのアンカー部３ａ、３ｂにより架設されており、基板１の上面において固定部２Ｂから所定間隔を隔てた位置に配置されている。アンカー部３ａ、３ｂはポリシリコン薄膜よりなる。
【００１２】
アンカー部３ａ、３ｂは、それぞれ梁部４、梁部５を支持している。梁部４、５は、略長方形状（多角形状）に折り曲げられた折り曲げ型の梁で構成されている。換言すれば、梁部４、５は、その長手方向が図２の左右方向となる略長方形で構成されており、内周を開口させることによって２本の梁を構成し、２つの梁の変位によって梁構造体２Ａを可動とするようになっている。
【００１３】
また、梁部４、５の内周の開口部分には、図２に示す梁部４、５の紙面上下方向への移動を規制するストッパー部１００、１０１が形成されている。具体的には、図３に示すように、このストッパー部１００、１０１は、梁構造体２Ａとは分離して構成されていると共にアンカー部１００ａ、１０１ａにて基板４９側に固定され、固定部２Ｂの一部を成している。そして、このストッパー部１００、１０１は、アンカー部３ａ、３ｂを介して梁構造体２Ａと電気的に接続されており、梁構造体２Ａと等電位になっている。また、ストッパー部１００、１０１は、梁部との接触面積を小さくするために部分的に突出した形状（突出部分１００ｂ、１０１ｂ）で構成されており、この突出部分１００ｂ、１０１ｂが実質的なストッパーとしての役割を果たすようになっている。そして、この突出部分１００ｂ、１０１ｂは梁部４、５の端から所定の間隔（例えば２μｍ）をもって形成されており、この間隔以上に梁構造体２Ａが移動できないようにしている。
【００１４】
梁部４と梁部５との間には、長方形状を成す錘部（質量部）６が架設されている。なお、図示しないが、エッチング液の進入を行い易くするために、この錘部６の上下に貫通する透孔を形成してもよい。さらに、錘部６における一方の側面（図２においては左側面）から２つの可動電極７ａ、７ｂが突出している。この可動電極７ａ、７ｂは棒状を成し、等間隔をおいて平行に、例えば２００〜４００μｍの長さを有して延びている。また、錘部６における他方の側面（図１においては右側面）からは２つの可動電極８ａ、８ｂが突出している。この可動電極８ａ、８ｂは棒状を成し、等間隔に平行に、例えば２００〜４００μｍの長さを有して延びている。ここで、梁部４、５、質量部６、可動電極７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂは後述する犠牲層酸化膜の一部若しくは全部をエッチング除去することにより、可動となっている。そして、これらが可動部を構成している。
【００１５】
また、基板１の上面には、２つの第１の固定電極９ａ、９ｂ及び第２の固定電極１１ａ、１１ｂが固定されている。第１の固定電極９ａ、９ｂは基板１側から突出するアンカー部１０ａ、１０ｂにより支持されており、梁構造体２の各可動電極７ａ、７ｂの一方向の側面に対向して配置されている。また、第２の固定電極１１ａ、１１ｂは基板１側から突出するアンカー部１２ａ、１２ｂにより支持されており、梁構造体２の各可動電極７ａ、７ｂの他方の側面に対向して配置されている。これら第１、第２の固定電極９ａ、９ｂ、１１ａ、１１ｂは、可動電極７ａ、７ｂと略等間隔で配置されており、梁部４、５とストッパー部１００、１０１との間隔よりも大きい間隔（例えば２．５〜３．０μｍ）となっている。
【００１６】
同様に、基板１の上面には、第１の固定電極１３ａ、１３ｂ及び第２の固定電極１５ａ、１５ｂが固定されている。第１の固定電極１３ａ、１３ｂはアンカー部１４ａ、１４ｂにより支持され、かつ、梁構造体２の各可動電極８ａ、８ｂの一方の側面に対向して配置されている。また、第２の固定電極１５ａ、１５ｂは、アンカー部１６ａ、１６ｂにより支持され、かつ、梁構造体２の各可動電極８ａ、８ｂの他方の側面に対向して配置されている。なお、本実施形態では、可動電極及び第１、第２の固定電極を左右両側面に２つづつ設けたものを示しているが、実際には３０〜１００個の可動電極等を設けるようにしている。これは、可動電極等の数を増加させることにより容量を増加させ、より好適に容量検出が行えるようにするためである。
【００１７】
なお、図示しないが、基板の上面には、電極取出部が形成されており、この電極取出部から可動電極及び第１、第２の固定電極による容量変化に基づく電位が取り出せるようになっている。この電極取出部は基板１から突出するアンカー部により支持されている。
基板１は、図３、図４に示すように、シリコン基板４９の上に、貼り合わせ用薄膜（ポリシリコン薄膜）４８とシリコン酸化膜４７とシリコン窒化膜４６と導電性薄膜（リン等の不純物をドーピングしたポリシリコン薄膜）４５とシリコン窒化膜４３とを積層した構成となっており、導電性薄膜４５がシリコン窒化膜４３、４６の内部に埋め込まれた構造となっている。
【００１８】
導電性薄膜４５は、図３に示すように、アンカー部３ａ、３ｂ、１００ａ、１０１ａを構成し、また図４に示すように、アンカー部１０ａ、１０ｂ、１２ａを構成している。なお、図３、図４に図示されていないアンカー部１２ｂ、１４ａ、１４ｂ、１６ａ、１６ｂについても導電性薄膜４５により構成されている。
また、導電性薄膜４５は、第１の固定電極９ａ、９ｂと電極取出部との間、第１の固定電極１３ａ、１３ｂと電極取出部との間、第２の固定電極１１ａ、１１ｄと電極取出部との間、及び第２の固定電極１５ａ、１５ｂと電極取出部との間をそれぞれ電気的に接続する配線を形成すると共に、下部電極（静電気力相殺用固定電極）２６を形成している。図５に下部電極２６のパターンを斜線で示す。この図に示されるように、下部電極２６は基板１の上面部における梁構造体２Ａと対向する領域に形成されている。
【００１９】
また、図３、図４に示すように、アンカー部３ａの上方にはアルミ薄膜よりなる電極（ボンディングパッド）５１が設けられている。
そして、本実施形態では、さらに梁構造体２Ａを構成する梁部４、５、錘部６、可動電極７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂの下部において、シリコン窒化膜４３を部分的に突出させたストッパー５０が形成されている。図６に、ストッパー５０の形成位置を三角形で示す。この図に示されるように、梁部４、５、錘部６、可動電極７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂの下部の全ての部分に形成されている。
【００２０】
上記構成において、梁構造体２Ａの可動電極７ａ、７ｂと第１の固定電極９ａ、９ｂとの間に第１のコンデンサが、また梁構造体２Ａの可動電極７ａ、７ｂと第２の固定電極１１ａ、１１ｂとの間に第２のコンデンサが形成される。同様に、梁構造体２Ａの可動電極８ａ、８ｂと第１の固定電極１３ａ、１３ｂとの間に第１のコンデンサが、また梁構造体２Ａの可動電極８ａ、８ｂと第２の固定電極１５ａ、１５ｂとの間に第２のコンデンサが形成される。
【００２１】
そして、第１、第２のコンデンサの容量に基づいて梁構造体２Ａに作用する加速度を検出できるようになっている。より詳しくは、可動電極と固定電極とにより２つの差動静電容量を形成し、２つの容量が等しくなるようにサーボ動作を行う。このような構成、作動となる本実施形態に示す加速度センサにおいて、上述したように、ストッパー５０が梁部４、５、錘部６、可動電極７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂの下部全てに形成されているため、梁構造体２Ａが自重によって下方に移動した時にも面積が小さなストッパー５０にしか触れなくなり、犠牲層エッチング後の乾燥工程の際等において、梁構造体２Ａのいずれの部分も下方の基板４９側に付着しないようにすることができる。
【００２２】
さらに、梁構造体２Ａと下部電極２６とを等電位にすることにより梁構造体２Ａと基板１との間に生じる静電気力を相殺する。つまり、下部電極２６はアンカー部３ａ、３ｂを通じて梁部４、５及び錘部６と結合されているため、電気的に等電位であり、梁部４、５及び静電気力により基板１に付着することを防止することができる。すなわち、梁構造体２Ａはシリコン基板４９に対して絶縁されているため、梁構造体２Ａとシリコン基板４９間のわずかな電位差によっても梁構造体２Ａが基板４９側に付着しようとするが、それを防止することができる。
【００２３】
また、折り曲げ型の梁部４、５の内部に、部分的に突出した突出部分１００ｂ、１０１ｂを備えたストッパー部１００、１０１を設けると共に、突出部分１００ｂ、１０１ｂと梁部４、５との間隔よりも可動電極と第１、第２の固定電極との間隔の方を大きくしているため、図２の紙面上下方向に梁構造体２Ａが移動しても、可動電極と第１、第２の固定電極とが接触しないようにすることができる。このため、可動電極と第１、第２の固定電極との付着を防止することができる。そして、ストッパー部１００、１０１を梁構造体２Ａとは分離しているため、梁部４、５が共振してもストッパー部１００、１０１が変位せず、可動電極と第１、第２の固定電極との間隔以上に梁構造体が移動することがない。このため、共振時においても固定電極と可動電極とが付着しないようにできる。
【００２４】
また、ストッパー部１００、１０１をアンカー部１００ａ、１０１ａを介して梁構造体２Ａと等電位としているため、梁構造体２Ａとストッパー部１００、１０１との間に静電気力が発生しないようにできる。このため、静電気力による梁構造体２Ａとストッパー部１００、１０１との付着も防止できる。このように、ストッパー部１００、１０１を梁構造体２Ａとは分離して構成すると共に、突出部分１００ｂ、１０１ｂと梁部４、５との間隔を可動電極と第１、第２の固定電極との間隔よりも狭くし、さらにアンカー部１００ａ、１０１ａを介してストッパー部１００、１０１と梁構造体２Ａとを等電位にすることで、梁構造体２Ａと固定部２Ｂとが付着することを防止することができる。なお、ストッパー部１００、１０１を梁部４、５と分離して（別体で）設けているため、梁部４、５を形成するときの自由度を備えているという効果もある。
【００２５】
次に、図１〜図６に示した加速度センサの製造工程を図７〜図１３を用いて説明する。なお、図７〜図１３は、図２におけるＢ−Ｂ断面での製造工程を示す概略断面図である。
〔図７に示す工程〕
まず、第１の半導体基板としての単結晶シリコン基板４０を用意する。そして、このシリコン基板４０にｎ型不純物をイオンを注入し、シリコン基板４０の表層部にコンタクト用のｎ⁺型層４０ａを形成する。その後、ｎ⁺型層４０ａ上に犠牲層用薄膜としてのシリコン酸化膜４１を熱酸化、ＣＶＤ法等により成膜する。
【００２６】
〔図８に示す工程〕
フォトリソグラフィにより、レジスト膜８０をマスクとしてシリコン酸化膜４１を一部エッチングし、凹部４２を形成する。これは、犠牲層エッチング工程において梁構造体２Ａがリリースされた後に表面張力等で基板に付着するのを防止すべく、付着面積を減らすために形成する。
【００２７】
〔図９に示す工程〕
さらに、犠牲層エッチング時のエッチングストッパとなるシリコン窒化膜４３をデポジションする。その後、シリコン酸化膜４１とシリコン窒化膜との積層体に対してフォトリソグラフィを経てドライエッチング等によりアンカー部形成領域に開口部４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄを形成する。この開口部４４ａ〜４４ｄは、梁構造体２Ａと基板（下部電極）とを接続するため、及び固定電極（及び電極取出部）と配線パターンとを接続するためのものである。
【００２８】
そして、開口部４４ａ〜４４ｄを含むシリコン窒化膜４３上に導電性薄膜となるポリシリコン薄膜４５をデポジションし、その後、ポリシリコン薄膜４５にリン拡散等により不純物を導入し、フォトリソグラフィを経てシリコン窒化膜４３上の所定領域に配線パターン４５ａと下部電極４５ｂ及びアンカー部４５ｃを形成する。そして、ポリシリコン薄膜４５を含むシリコン窒化膜４３上にシリコン窒化膜４６をデポジションし、さらにシリコン酸化膜４７をＣＶＤ法等により成膜する。
【００２９】
〔図１０に示す工程〕
さらに、シリコン酸化膜４７の上に貼り合わせ用薄膜としてのポリシリコン薄膜４８を成膜する。その後、このポリシリコン薄膜４８に対して表面研磨を施し、貼り合わせ用の面として平坦化する。
〔図１１に示す工程〕
シリコン基板４０とは別の単結晶シリコン基板（支持板）４９を用意し、ポリシリコン薄膜４８の表面に貼り合わせる。
【００３０】
〔図１２に示す工程〕
シリコン基板４０とシリコン基板４９の表裏を逆にして、シリコン基板４０側を表面研磨し、シリコン基板４０を所望の厚さ（例えば２〜２０μｍ）まで薄膜化する。その後、シリコン基板４０にｎ型不純物をイオン注入し、シリコン基板４０の表層部にコンタクト用のｎ⁺型層４０ｂを形成する。
【００３１】
〔図１３に示す工程〕
シリコン基板４０の所定領域に電極（パッド）５１を形成したのち、フォトリソグラフィを経てシリコン基板４０をエッチングし、梁部４、錘部６、可動電極７ａ及び第１、第２の固定電極９ａ、９ｂ、１１ａを分離する一定幅のトレンチを形成する。なお、ここでシリコン基板４０に対し、リン拡散等により不純物を導入し、後に静電容量を検出するための電極となるようにする。
【００３２】
続いて、ＨＦ系のエッチング液を用いて犠牲層エッチングを行い、犠牲酸化膜を除去する。これにより、梁構造体２Ａを構成する梁部４（５）、錘部６、可動電極７ａ（７ｂ、８ａ、８ｂ）等がリリースされ、可動となる。この際、エッチング後の乾燥の過程で可動部が基板に付着するのを防止するために、パラジクロロベンゼン等の昇華材を用いる。
【００３３】
そして、凹部４３が形成されていた部分は、シリコン窒化膜４３が部分的に突出したストッパー５０となる。
このようにして、埋め込みＳＯＩ基板を用い、配線パターン及び下部電極を絶縁体分離により形成した加速度センサを形成することができる。なお、図１４は上記のように製造した図１３に示す加速度センサの斜視断面図である。
【００３４】
上述した実施形態においては、犠牲層用薄膜４１としてシリコン酸化膜を用い、導電性薄膜４５としてポリシリコン薄膜を用いているため、犠牲層エッチング工程において、ＨＦ系エッチング液を用いた場合、シリコン酸化膜はＨＦに溶けるがポリシリコン薄膜は溶けないので、ＨＦ系エッチング液の濃度や温度を正確に管理したり、エッチングの終了を正確なる時間管理にて行う必要がなく、製造が容易となる。
【００３５】
そして、この犠牲層エッチング工程において、図８に示す凹部４２により図４に示すストッパー５０が形成されているので、梁構造体２Ａがリリースされた後におけるエッチング液の置換工程において梁構造体２Ａと基板１との間に純水等のリンス液（置換液）の液滴が残るが、この液滴の付着面積を減らして液滴による表面張力を小さくしてリンス液の蒸発の際に可動部が基板に固着するのが防止される。
【００３６】
なお、従来技術として、特開平６−３４７４７４号公報に示されるセンサのように、可動電極や固定電極に突起状のストッパーを設けることにより可動電極と固定電極との接触面積を少なくし、可動電極と固定電極とが付着しないようにするものもあるが、このように可動電極や固定電極に突起状のストッパーを直接形成すると、容量が変化して正しく容量検出が行え無くなる場合があると考えられる。また、このような場合において、可動電極と固定電極との間に電位差が発生すると、静電気力によって可動電極と固定電極とが付着する場合もあるため、好ましくないといえる。
【００３７】
（比較例）本比較例では両持ち型の梁部を有する加速度センサの例について説明する。上記第１実施形態では、折り曲げ型の梁部を有する加速度センサを示したが、ストッパーを梁構造体２Ａと分離して構成するというものは、このような折り曲げ型の梁部ではないもの、本比較例のような両持ち型の梁部を有する加速度センサにおいても適用できる。この両持ち型の梁部を有する加速度センサの斜視図を図１５に示し、この図に基づいて本比較例における加速度センサを説明する。但し、第１実施形態と同様の部分については同じ符号を付し、異なる部分のみ説明する。
【００３８】
梁構造体２Ａは基板１から突出する４つのアンカー部１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄによって架設されており、基板１の上面において所定間隔隔てた位置に配置されている。アンカー部１５０ａ〜１５０ｄはポリシリコン薄膜よりなる。アンカー部１５０ａとアンカー部１５０ｂとの間には梁部１５１が架設されており、アンカー部１５０ｃとアンカー部１５０ｄとの間には梁部１５２が架設されている。梁部１５１、１５２は１つの梁で構成されている。
【００３９】
梁部１５１に対して、錘部６の反対側には、ストッパー部１５３が配置されている。また、梁部１５２に対して、錘部６の反対側には、ストッパー部１５４が配置されている。このストッパー部１５３、１５４に設けられた突出部１５３ｂ、１５４ｂによって、梁構造体２Ａの紙面左右方向への移動が規制されている。これらのストッパー部１５３、１５４は、梁構造体２Ａや固定部２Ｂとは分離して構成されており、アンカー部１５３ａ、１５４ａを介して基板１側に固定され、アンカー部１５０ａ〜１５０ｄを介して梁構造体２Ａと電気的に接続されている。これにより、ストッパー部１５３、１５４が梁構造体２Ａと等電位になるようになっている。これにより、ストッパー部１５３、１５４と梁構造体２Ａとの電位差による静電気力が発生しないようにでき、静電気力によって梁構造体２Ａがストッパー部１５３、１５４に付着するのを防止することができる。
【００４０】
また、ストッパー部１５３、１５４は、梁部１５１、１５２との接触面積を小さくするために部分的に突出した形状（突出部分１５３ｂ、１５４ｂ）で構成されており、この突出部分１５３ｂ、１５４ｂが実質的なストッパーとしての役割を果たすようになっている。そして、この突出部分１５３ｂ、１５４ｂは梁部１５１、１５２の端から所定の間隔（例えば２μｍ）をもって形成されており、この間隔以上に梁構造体２Ａが移動できないようにしている。なお、可動電極７ａ等と第１、第２の固定電極９ａ等との間は、梁部１５１、１５２と突出部１５３ｂ、１５４ｂとの間の間隔よりも大きくなっており、梁構造体２Ａが移動しても可動電極７ａ等が第１、第２の固定電極９ａ等に付着しないようになっている。
【００４１】
このように、両持ち型の梁部１５１、１５２を有する加速度センサにおいても、ストッパー部１５３、１５４を梁部１５１、１５２と分離して設けると共に、ストッパー部１５３、１５４を梁部１５１、１５２と等電位とし、さらに突出部分１５３ｂ、１５４ｂと梁部１５１、１５２との間よりも可動電極７ａ等と第１、第２の固定電極９ａ等との間の間隔を大きくすることにより、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４２】
なお、ストッパー部１５３、１５４を他の固定部２Ｂと分離せずに設け、固定部２Ｂの任意の箇所に設けたパッドを介して梁構造体２Ａと等電位とすることも可能であるが、梁構造体２Ａ若しくは固定部２Ｂに印加される電位のいずれか一方が変化した場合には、ストッパー部１５３、１５４と梁構造体２Ａとの間に電位差が生じてしまうため、梁構造体２Ａと直接電気的に接続することにより、このような不都合を回避することができる。また、このように他の固定部２Ｂと一体とした場合には、拡散層等を介してストッパー部１５３、１５４を梁構造体２Ａと等電位にすることになるが、拡散抵抗等によって電位差が発生するため、ストッパー部１５３、１５４とパッドとの距離に相応して正確に等電位にすることができない。従って、本比較例のように固定部２Ｂと分離してストッパー部１５３、１５４を設けることにより、正確に等電位とすることができるという効果もある。
【００４３】
なお、上記第１実施形態、比較例では、梁部４、５、１５１、１５２に対して錘部６の反対側に、２つづつ突出部１００ｂ、１０１ｂ、１５３ｂ、１５４ｂを設けるようにしているが、それよりも多くの突出部を梁部４、５、１５１、１５２の長手方向に併設するようにしてもよい。
【００４４】
また、上記第１実施形態、比較例では、ストッパー部１００、１０１と梁構造体２Ａとの電気的接続をポリシリコン膜によって行っているが、シリコン基板に形成した熱拡散層等によって行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる加速度センサの斜視図である。
【図２】図１における加速度センサの上面図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ断面図である。
【図４】図２におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図５】下部電極２６を説明するための図である。
【図６】ストッパー５０の形成位置を説明するための図である。
【図７】図１に示す加速度センサの製造工程を説明するための図である。
【図８】図７に続く加速度センサの製造工程を説明するための図である。
【図９】図８に続く加速度センサの製造工程を説明するための図である。
【図１０】図９に続く加速度センサの製造工程を説明するための図である。
【図１１】図１０に続く加速度センサの製造工程を説明するための図である。
【図１２】図１１に続く加速度センサの製造工程を説明するための図である。
【図１３】図１２に続く加速度センサの製造工程を説明するための図である。
【図１４】図１３に示す加速度センサの斜視断面図である。
【図１５】比較例に示す加速度センサの斜視図である。
【図１６】従来のセンサの構造を説明するための図である。
【図１７】図１６に示すセンサの共振時を説明するための図である。
【符号の説明】
１…基板、２Ａ…梁構造体、２Ｂ…固定部、３ａ、３ｂ…アンカー部、
４、５…梁部、６…錘部、７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂ…可動電極、
９ａ、９ｂ…第１の固定電極、１１ａ、１１ｂ…第２の固定電極、
１３ａ、１３ｂ…第１の固定電極、１５ａ、１５ｂ…第２の固定電極、
１００、１０１…ストッパー部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor mechanical quantity sensor that has a movable part having a beam structure and detects mechanical quantities such as acceleration, yaw rate, and vibration.
[0002]
[Prior art]
In a differential capacitance type semiconductor dynamic quantity sensor that detects acceleration or the like by changing the capacitance between the movable electrode and the fixed electrode, in the drying process after the movable electrode and the fixed electrode are formed by etching, between the movable electrode and the fixed electrode. Due to the surface tension of the intervening pure water, there is a problem that the movable electrode and the fixed electrode facing it adhere to each other, and the beam and the substrate facing this adhere in the same manner. Also, at times other than the above drying process, for example, when acceleration greater than the force determined by the spring constant of the beam occurs, the van der Waals is also pulled after the movable electrode is attracted to the fixed electrode and the acceleration is reduced. There is a problem that the movable electrode and the fixed electrode adhere to each other due to the force.
[0003]
As a solution to such a problem, there is a sensor shown in US Pat. No. 5,542,295. In this sensor, a bent beam type as shown in FIG. 16 is provided with a stopper portion 203 that protrudes from the beam portion 201 in the direction of the weight portion 202, and the distance between the beam portion 201 and the weight portion 202 is set to be a movable electrode. By making it smaller than the interval between the fixed electrodes, adhesion between the movable electrode and the fixed electrode is prevented.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the sensor shown in the above-mentioned US Pat. No. 5,542,295, a bent beam type sensor is used, so that the stopper portion is indicated by the dotted line portion in FIG. 17 as the beam portion 201 is displaced. Displacement increases the distance between the beam portion 201 and the weight portion 202, and there is a problem that the movable portion can be displaced more than the distance between the movable electrode and the fixed electrode, thereby preventing adhesion. This problem is noticeable when the gap between the movable electrode and the fixed electrode is very narrow, such as a differential capacitance type semiconductor dynamic quantity sensor, and the gap and the gap between the beam and the weight are not so different. This occurs particularly when the beam portion 201 is displaced not only in the direction of the substrate surface but also in the direction perpendicular to the substrate surface as in a resonance state.
[0005]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a semiconductor dynamic quantity detection sensor in which a movable electrode and a fixed electrode are not attached even when a beam is displaced in various directions as in a resonance state. .
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention employs the following technical means. Claim 1 In the invention described in A movable portion (2A) and a fixed portion (2B) are provided on the substrate (1), and the movable portion includes a first anchor portion (3a, 3b) formed on the substrate and a movable electrode ( 7a, 7b, 8a, 8b) and a beam portion (4, 4) arranged to be bent so as to form a substantially polygon between the first anchor portion and the mass portion. 5), and the mass portion is supported by the first anchor portion via the beam portion, and the fixed portion has a shape facing the movable electrode, and the substrate The movable part supported by the fixed electrodes (9a, 9b, 11a, 11b, 13a, 13b, 15a, 15b) fixed on the second anchor part (100a, 101a) formed on the substrate. Stopper parts (100, 101) that restrict horizontal displacement And has the stopper portion, together with the beam portion is disposed inside the substantially polygonal configuration, it said first, and is electrically connected to the movable part through the second anchor portion It is characterized by that.
[0007]
In this way, if the fixed part separated from the movable part is provided with a stopper part, and the movement of the movable part in the horizontal direction is regulated by this stopper part, the stopper part will not be displaced even during resonance, etc. Even at times, the movable electrode and the fixed electrode can be prevented from adhering.
Furthermore, if the movable part and the stopper part are electrically connected via the first anchor part and the second anchor part, the potential difference between the movable part and the stopper part can be eliminated, so that the electrostatic force Therefore, it is possible to prevent the movable part from adhering to the stopper part.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view of a semiconductor acceleration sensor according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view of the semiconductor acceleration sensor shown in FIG. 1, and FIGS. 3 and 4 are sectional views taken along lines AA and BB in FIG.
[0011]
1 to 3, a beam structure (movable part) 2 A and a fixed part 2 B formed by separating single crystal silicon (single crystal semiconductor material) by grooves are arranged on the upper surface of the substrate 1. .
As shown in FIGS. 2 and 3, the beam structure 2 A is constructed by two anchor portions 3 a and 3 b protruding from the substrate 1 side, and is spaced from the fixed portion 2 B on the upper surface of the substrate 1. Placed in position. The anchor portions 3a and 3b are made of a polysilicon thin film.
[0012]
The anchor parts 3a and 3b support the beam part 4 and the beam part 5, respectively. The beam parts 4 and 5 are configured by bending beams that are bent into a substantially rectangular shape (polygonal shape). In other words, the beam portions 4 and 5 are formed in a substantially rectangular shape whose longitudinal direction is the left-right direction in FIG. 2, and two beams are formed by opening the inner periphery, and the displacement of the two beams Thus, the beam structure 2A is movable.
[0013]
Further, stopper portions 100 and 101 for restricting movement of the beam portions 4 and 5 shown in FIG. Specifically, as shown in FIG. 3, the stopper portions 100 and 101 are configured separately from the beam structure 2A and are fixed to the substrate 49 side by the anchor portions 100a and 101a. Part of 2B. The stopper portions 100 and 101 are electrically connected to the beam structure 2A via the anchor portions 3a and 3b, and are equipotential with the beam structure 2A. Moreover, the stopper parts 100 and 101 are configured to have a partially protruding shape (protruding parts 100b and 101b) in order to reduce the contact area with the beam part, and the protruding parts 100b and 101b are substantially stoppers. As a role. The protruding portions 100b and 101b are formed with a predetermined interval (for example, 2 μm) from the ends of the beam portions 4 and 5, and the beam structure 2A cannot be moved beyond this interval.
[0014]
Between the beam part 4 and the beam part 5, a weight part (mass part) 6 having a rectangular shape is installed. Although not shown, a through-hole penetrating above and below the weight portion 6 may be formed to facilitate the entry of the etching solution. Further, two movable electrodes 7a and 7b protrude from one side surface (left side surface in FIG. 2) of the weight portion 6. The movable electrodes 7a and 7b have a rod shape, and extend in parallel at equal intervals, for example, having a length of 200 to 400 μm. Two movable electrodes 8a and 8b protrude from the other side surface (the right side surface in FIG. 1) of the weight portion 6. The movable electrodes 8a and 8b have a rod shape and extend in parallel with equal intervals, for example, having a length of 200 to 400 μm. Here, beam portions 4 and 5 ,mass The portion 6 and the movable electrodes 7a, 7b, 8a, and 8b are movable by etching away a part or all of a sacrificial layer oxide film described later. And these comprise the movable part.
[0015]
In addition, two first fixed electrodes 9a and 9b and second fixed electrodes 11a and 11b are fixed on the upper surface of the substrate 1. The first fixed electrodes 9a and 9b are supported by anchor portions 10a and 10b protruding from the substrate 1 side, and are arranged to face the one-directional side surfaces of the movable electrodes 7a and 7b of the beam structure 2. . The second fixed electrodes 11a and 11b are supported by anchor portions 12a and 12b protruding from the substrate 1 side, and are arranged to face the other side surfaces of the movable electrodes 7a and 7b of the beam structure 2. Yes. These first and second fixed electrodes 9a, 9b, 11a, 11b are arranged at substantially equal intervals with the movable electrodes 7a, 7b, and are larger than the interval between the beam portions 4, 5 and the stopper portions 100, 101. The interval is set (for example, 2.5 to 3.0 μm).
[0016]
Similarly, on the upper surface of the substrate 1, the first fixed electrodes 13a and 13b and the second fixed electrodes 15a and 15b are fixed. The first fixed electrodes 13a and 13b are supported by the anchor portions 14a and 14b, and are arranged to face one side surface of each movable electrode 8a and 8b of the beam structure 2. The second fixed electrodes 15a and 15b are supported by the anchor portions 16a and 16b, and are disposed to face the other side surfaces of the movable electrodes 8a and 8b of the beam structure 2. In the present embodiment, two movable electrodes and two first and second fixed electrodes are provided on both the left and right side surfaces. However, in reality, 30 to 100 movable electrodes are provided. ing. This is because the capacitance is increased by increasing the number of movable electrodes and the like so that the capacitance can be detected more suitably.
[0017]
Although not shown, an electrode extraction portion is formed on the upper surface of the substrate, and a potential based on capacitance change by the movable electrode and the first and second fixed electrodes can be extracted from the electrode extraction portion. . The electrode extraction part is supported by an anchor part protruding from the substrate 1.
As shown in FIGS. 3 and 4, the substrate 1 is formed on a silicon substrate 49 on a thin film for bonding (polysilicon thin film) 48, a silicon oxide film 47, a silicon nitride film 46, and a conductive thin film (impurities such as phosphorus). And a silicon nitride film 43 are stacked, and the conductive thin film 45 is embedded in the silicon nitride films 43 and 46.
[0018]
As shown in FIG. 3, the conductive thin film 45 constitutes the anchor portions 3a, 3b, 100a, and 101a, and as shown in FIG. 4, the anchor portions 10a, 10b, and 12a. The anchor portions 12b, 14a, 14b, 16a, and 16b that are not shown in FIGS. 3 and 4 are also formed of the conductive thin film 45.
Further, the conductive thin film 45 is formed between the first fixed electrodes 9a and 9b and the electrode extraction portion, between the first fixed electrodes 13a and 13b and the electrode extraction portion, and between the second fixed electrodes 11a and 11d and the electrode. In addition to forming wirings that electrically connect to the extraction section and between the second fixed electrodes 15a and 15b and the electrode extraction section, a lower electrode (static force canceling fixed electrode) 26 is formed. Yes. FIG. 5 shows the pattern of the lower electrode 26 by hatching. As shown in this figure, the lower electrode 26 is formed in a region facing the beam structure 2 A on the upper surface portion of the substrate 1.
[0019]
Further, as shown in FIGS. 3 and 4, an electrode (bonding pad) 51 made of an aluminum thin film is provided above the anchor portion 3a.
In this embodiment, a stopper in which the silicon nitride film 43 is partially protruded below the beam portions 4 and 5, the weight portion 6, and the movable electrodes 7 a, 7 b, 8 a, and 8 b constituting the beam structure 2 A. 50 is formed. In FIG. 6, the formation position of the stopper 50 is shown by a triangle. As shown in this figure, it is formed in all the lower portions of the beam portions 4 and 5, the weight portion 6, and the movable electrodes 7a, 7b, 8a and 8b.
[0020]
In the above configuration, the first capacitor is provided between the movable electrodes 7a and 7b of the beam structure 2A and the first fixed electrodes 9a and 9b, and the movable electrodes 7a and 7b and the second fixed electrode of the beam structure 2A. A second capacitor is formed between 11a and 11b. Similarly, a first capacitor is provided between the movable electrodes 8a and 8b of the beam structure 2A and the first fixed electrodes 13a and 13b, and the movable electrodes 8a and 8b and the second fixed electrode 15a of the beam structure 2A. , 15b, a second capacitor is formed.
[0021]
The acceleration acting on the beam structure 2A can be detected based on the capacities of the first and second capacitors. More specifically, two differential capacitances are formed by the movable electrode and the fixed electrode, and the servo operation is performed so that the two capacitances are equal. Acceleration shown in the present embodiment, which is such a configuration and operation Every time In the sensor, as described above, since the stopper 50 is formed on all the lower portions of the beam portions 4 and 5, the weight portion 6, and the movable electrodes 7a, 7b, 8a, and 8b, the beam structure 2A moves downward due to its own weight. In this case, only the stopper 50 having a small area can be touched, and any part of the beam structure 2A can be prevented from adhering to the lower substrate 49 side in the drying process after the sacrifice layer etching.
[0022]
Furthermore, the electrostatic force generated between the beam structure 2A and the substrate 1 is offset by setting the beam structure 2A and the lower electrode 26 to the same potential. That is, since the lower electrode 26 is coupled to the beam portions 4 and 5 and the weight portion 6 through the anchor portions 3a and 3b, the lower electrode 26 is electrically equipotential and is attached to the substrate 1 by the beam portions 4 and 5 and electrostatic force. This can be prevented. That is, since the beam structure 2A is insulated from the silicon substrate 49, the beam structure 2A tends to adhere to the substrate 49 side even by a slight potential difference between the beam structure 2A and the silicon substrate 49. Can be prevented.
[0023]
In addition, stopper portions 100 and 101 having projecting portions 100b and 101b projecting partially are provided inside the bending beam portions 4 and 5, and the distance between the projecting portions 100b and 101b and the beam portions 4 and 5 is provided. Since the distance between the movable electrode and the first and second fixed electrodes is made larger than that, even if the beam structure 2A moves in the vertical direction of the drawing in FIG. 2, the movable electrode and the first and second electrodes are moved. It is possible to prevent contact with the fixed electrode. For this reason, adhesion between the movable electrode and the first and second fixed electrodes can be prevented. Since the stopper parts 100 and 101 are separated from the beam structure 2A, the stopper parts 100 and 101 are not displaced even when the beam parts 4 and 5 resonate, and the movable electrode and the first and second fixed parts are not displaced. The beam structure does not move beyond the distance from the electrode. For this reason, it is possible to prevent the fixed electrode and the movable electrode from adhering even during resonance.
[0024]
Further, the stopper portions 100 and 101 are connected to the beam structure 2 via the anchor portions 100a and 101a. A The beam structure 2 A And the stoppers 100 and 101 can be prevented from generating an electrostatic force. For this reason, adhesion between the beam structure 2A and the stopper portions 100 and 101 due to electrostatic force can also be prevented. In this way, the stopper portions 100 and 101 are configured separately from the beam structure 2A, and the distance between the protruding portions 100b and 101b and the beam portions 4 and 5 is set to be the movable electrode and the first and second fixed electrodes. And the stoppers 100, 101 and the beam structure 2A are made equipotential via the anchor parts 100a, 101a, thereby preventing the beam structure 2A and the fixing part 2B from adhering to each other. can do. In addition, since the stopper parts 100 and 101 are provided separately from the beam parts 4 and 5 (separately), there is an effect that a degree of freedom in forming the beam parts 4 and 5 is provided.
[0025]
Next, the manufacturing process of the acceleration sensor shown in FIGS. 1 to 6 will be described with reference to FIGS. 7 to 13 are schematic cross-sectional views showing manufacturing steps at the BB cross section in FIG.
[Steps shown in FIG. 7]
First, a single crystal silicon substrate 40 as a first semiconductor substrate is prepared. Then, ions of n-type impurities are implanted into the silicon substrate 40, and n for contact is formed on the surface layer portion of the silicon substrate 40. ⁺ A mold layer 40a is formed. Then n ⁺ A silicon oxide film 41 as a sacrificial layer thin film is formed on the mold layer 40a by thermal oxidation, CVD, or the like.
[0026]
[Steps shown in FIG. 8]
The silicon oxide film 41 is partially etched by photolithography using the resist film 80 as a mask to form the recesses 42. This is formed to reduce the adhesion area in order to prevent the beam structure 2A from adhering to the substrate due to surface tension or the like after the beam structure 2A is released in the sacrificial layer etching process.
[0027]
[Steps shown in FIG. 9]
Further, a silicon nitride film 43 that serves as an etching stopper during the sacrifice layer etching is deposited. Thereafter, openings 44a, 44b, 44c and 44d are formed in the anchor portion formation region by dry etching or the like through photolithography on the stacked body of the silicon oxide film 41 and the silicon nitride film. The openings 44a to 44d are for connecting the beam structure 2A and the substrate (lower electrode), and for connecting the fixed electrode (and electrode extraction portion) and the wiring pattern.
[0028]
Then, a polysilicon thin film 45 that becomes a conductive thin film is deposited on the silicon nitride film 43 including the openings 44a to 44d, and then impurities are introduced into the polysilicon thin film 45 by phosphorus diffusion or the like, and silicon is obtained through photolithography. A wiring pattern 45a, a lower electrode 45b, and an anchor portion 45c are formed in a predetermined region on the nitride film 43. Then, a silicon nitride film 46 is deposited on the silicon nitride film 43 including the polysilicon thin film 45, and a silicon oxide film 47 is formed by a CVD method or the like.
[0029]
[Steps shown in FIG. 10]
Further, a polysilicon thin film 48 as a bonding thin film is formed on the silicon oxide film 47. Thereafter, the polysilicon thin film 48 is subjected to surface polishing and flattened as a bonding surface.
[Steps shown in FIG. 11]
A single crystal silicon substrate (support plate) 49 different from the silicon substrate 40 is prepared and bonded to the surface of the polysilicon thin film 48.
[0030]
[Steps shown in FIG. 12]
The silicon substrate 40 side is polished with the silicon substrate 40 and the silicon substrate 49 turned upside down, and the silicon substrate 40 is thinned to a desired thickness (for example, 2 to 20 μm). Thereafter, n-type impurities are ion-implanted into the silicon substrate 40, and contact n is formed on the surface layer portion of the silicon substrate 40. ⁺ A mold layer 40b is formed.
[0031]
[Steps shown in FIG. 13]
After an electrode (pad) 51 is formed in a predetermined region of the silicon substrate 40, the silicon substrate 40 is etched through photolithography, and the beam portion 4, the weight portion 6, the movable electrode 7a, and the first and second fixed electrodes 9a, A constant width trench for separating 9b and 11a is formed. Here, impurities are introduced into the silicon substrate 40 by phosphorous diffusion or the like so that it becomes an electrode for detecting the capacitance later.
[0032]
Subsequently, sacrificial layer etching is performed using an HF-based etchant to remove the sacrificial oxide film. Thereby, the beam part 4 (5), the weight part 6, the movable electrode 7a (7b, 8a, 8b) etc. which comprise the beam structure 2A are released, and it becomes movable. At this time, a sublimation material such as paradichlorobenzene is used in order to prevent the movable part from adhering to the substrate during the drying process after etching.
[0033]
The portion where the recess 43 is formed becomes a stopper 50 from which the silicon nitride film 43 partially protrudes.
In this way, it is possible to form an acceleration sensor in which a wiring pattern and a lower electrode are formed by insulator separation using a buried SOI substrate. FIG. 14 is a perspective sectional view of the acceleration sensor shown in FIG. 13 manufactured as described above.
[0034]
In the embodiment described above, a silicon oxide film is used as the sacrificial layer thin film 41 and a polysilicon thin film is used as the conductive thin film 45. Therefore, when an HF-based etchant is used in the sacrificial layer etching step, silicon oxide is used. Since the film dissolves in HF but does not dissolve the polysilicon thin film, it is not necessary to accurately control the concentration and temperature of the HF-based etching solution and to perform the etching end with accurate time management, which facilitates manufacture.
[0035]
In this sacrificial layer etching step, since the stopper 50 shown in FIG. 4 is formed by the recess 42 shown in FIG. 8, the beam structure 2A and the beam structure 2A are replaced in the etching solution replacement step after the beam structure 2A is released. A droplet of a rinsing liquid (substitution liquid) such as pure water remains between the substrate 1 and the movable portion during evaporation of the rinsing liquid by reducing the adhesion area of the liquid droplet to reduce the surface tension of the liquid droplet. Is prevented from adhering to the substrate.
[0036]
As a conventional technique, like the sensor disclosed in JP-A-6-347474, the contact area between the movable electrode and the fixed electrode is reduced by providing a protruding stopper on the movable electrode or the fixed electrode. However, if a projecting stopper is formed directly on the movable electrode or fixed electrode in this way, the capacitance may change and the capacitance may not be detected correctly. . In such a case, if a potential difference is generated between the movable electrode and the fixed electrode, it may be undesirable because the movable electrode and the fixed electrode may adhere due to electrostatic force.
[0037]
( Comparative example )Book Comparative example Now, an example of an acceleration sensor having a double-supported beam will be described. In the first embodiment, the acceleration sensor having the folding beam portion is shown. However, the structure in which the stopper is separated from the beam structure 2A is not such a folding beam portion. Comparative example The present invention can also be applied to an acceleration sensor having a both-end supported beam portion. FIG. 15 is a perspective view of the acceleration sensor having the both-end supported beam portion. Comparative example An acceleration sensor will be described. However, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and only different parts will be described.
[0038]
The beam structure 2 A is constructed by four anchor portions 150 a, 150 b, 150 c, and 150 d that protrude from the substrate 1, and is disposed at a predetermined interval on the upper surface of the substrate 1. Anchor portions 150a to 150d are made of a polysilicon thin film. A beam portion 151 is constructed between the anchor portion 150a and the anchor portion 150b, and a beam portion 152 is constructed between the anchor portion 150c and the anchor portion 150d. The beam portions 151 and 152 are constituted by one beam.
[0039]
A stopper portion 153 is disposed on the opposite side of the weight portion 6 with respect to the beam portion 151. Further, a stopper portion 154 is disposed on the opposite side of the weight portion 6 with respect to the beam portion 152. The protrusions 153b and 154b provided on the stopper portions 153 and 154 restrict the movement of the beam structure 2A in the left-right direction on the paper surface. These stopper portions 153 and 154 are configured separately from the beam structure 2A and the fixing portion 2B, and are fixed to the substrate 1 side via the anchor portions 153a and 154a, and via the anchor portions 150a to 150d. It is electrically connected to the beam structure 2A. Thereby, the stopper parts 153 and 154 become equipotential with the beam structure 2A. Accordingly, an electrostatic force due to a potential difference between the stopper portions 153 and 154 and the beam structure 2A can be prevented, and the beam structure 2A can be prevented from adhering to the stopper portions 153 and 154 due to the electrostatic force.
[0040]
The stopper portions 153 and 154 have a partially protruding shape (protruding portions 153b and 154b) in order to reduce the contact area with the beam portions 151 and 152, and the protruding portions 153b and 154b are substantially formed. It is designed to play a role as an effective stopper. The protruding portions 153b and 154b are formed at a predetermined interval (for example, 2 μm) from the ends of the beam portions 151 and 152, and the beam structure 2A cannot be moved beyond this interval. The distance between the movable electrode 7a and the first fixed electrode 9a and the like is larger than the distance between the beam portions 151 and 152 and the protruding portions 153b and 154b. Even if it moves, the movable electrode 7a and the like do not adhere to the first and second fixed electrodes 9a and the like.
[0041]
Thus, also in the acceleration sensor having the both-end supported beam portions 151 and 152, the stopper portions 153 and 154 are provided separately from the beam portions 151 and 152, and the stopper portions 153 and 154 are provided as the beam portions 151 and 152. In the first embodiment, the potential is made equal and the distance between the movable electrode 7a and the first and second fixed electrodes 9a and the like is larger than between the protruding portions 153b and 154b and the beam portions 151 and 152. The same effect as the form can be obtained.
[0042]
The stopper portions 153 and 154 can be provided without being separated from the other fixing portions 2B, and can be equipotential with the beam structure 2A through pads provided at arbitrary positions of the fixing portion 2B. When either one of the potential applied to the beam structure 2A or the fixed portion 2B changes, a potential difference is generated between the stopper portions 153 and 154 and the beam structure 2A. Such inconvenience can be avoided by direct electrical connection. In addition, when integrated with the other fixing portion 2B in this way, the stopper portions 153 and 154 are made equipotential with the beam structure 2A via the diffusion layer or the like, but the potential difference is caused by the diffusion resistance or the like. Therefore, it cannot be made equipotential accurately according to the distance between the stoppers 153 and 154 and the pad. Therefore, the book Comparative example Thus, by providing the stopper portions 153 and 154 separately from the fixed portion 2B, there is an effect that the equipotential can be accurately set.
[0043]
The above First 1 Embodiment Comparative example Then, two protrusions 100b, 101b, 153b, 154b are provided on the opposite side of the weight part 6 with respect to the beam parts 4, 5, 151, 152, but more protrusions than that are provided. The beam portions 4, 5, 151, and 152 may be provided in the longitudinal direction.
[0044]
In addition, the above 1 Embodiment Comparative example In this case, the stoppers 100 and 101 and the beam structure 2A are electrically connected by the polysilicon film, but may be made by a thermal diffusion layer or the like formed on the silicon substrate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of an acceleration sensor according to an embodiment of the present invention.
2 is a top view of the acceleration sensor in FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
4 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
FIG. 5 is a diagram for explaining a lower electrode 26;
FIG. 6 is a diagram for explaining a position where a stopper 50 is formed.
7 is a drawing for explaining a manufacturing process of the acceleration sensor shown in FIG. 1; FIG.
8 is a view for explaining the manufacturing process of the acceleration sensor subsequent to FIG. 7; FIG.
FIG. 9 is a view for explaining the manufacturing process of the acceleration sensor subsequent to FIG. 8;
10 is a drawing for explaining the acceleration sensor manufacturing process following FIG. 9; FIG.
11 is a view for explaining the manufacturing process for the acceleration sensor subsequent to FIG. 10; FIG.
12 is a diagram for explaining a manufacturing process of the acceleration sensor subsequent to FIG. 11. FIG.
13 is a drawing for explaining the acceleration sensor manufacturing process following FIG. 12; FIG.
14 is a perspective sectional view of the acceleration sensor shown in FIG.
FIG. 15 Comparative example It is a perspective view of the acceleration sensor shown in FIG.
FIG. 16 is a diagram for explaining the structure of a conventional sensor.
17 is a diagram for explaining a resonance time of the sensor shown in FIG. 16; FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Board | substrate, 2A ... Beam structure, 2B ... Fixed part, 3a, 3b ... Anchor part,
4, 5 ... beam part, 6 ... weight part, 7a, 7b, 8a, 8b ... movable electrode,
9a, 9b ... 1st fixed electrode, 11a, 11b ... 2nd fixed electrode,
13a, 13b ... first fixed electrode, 15a, 15b ... second fixed electrode,
100, 101: Stopper portion.

Claims

The movable part (2A) and the fixed part (2B) are provided on the substrate (1),
The movable part includes a first anchor part (3a, 3b) formed on the substrate, a mass part (6) having movable electrodes (7a, 7b, 8a, 8b), and the first anchor part. And the beam portion (4, 5) disposed so as to form a substantially polygonal shape between the mass portion and the mass portion, and the mass portion is the first anchor portion via the beam portion. Has come to be supported by
The fixed part is formed on the substrate, and a fixed electrode (9a, 9b, 11a, 11b, 13a, 13b, 15a, 15b) fixed on the substrate having a shape facing the movable electrode. A stopper portion (100, 101) that is supported by the second anchor portion (100a, 101a) and regulates the displacement of the movable portion in the horizontal direction;
The stopper portion is disposed inside a substantially polygon formed by the beam portion, and is electrically connected to the movable portion via the first and second anchor portions. Semiconductor dynamic quantity sensor.