JP5380891B2

JP5380891B2 - Ｍｅｍｓおよびｍｅｍｓ製造方法

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Publication number: JP5380891B2
Application number: JP2008112423A
Authority: JP
Inventors: 敦夫服部
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2008-04-23
Filing date: 2008-04-23
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2028-04-23
Also published as: JP2009266928A

Description

本発明はＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）およびＭＥＭＳ製造方法に関し、特にピエゾ抵抗部の形成方法に関する。

従来、ピエゾ抵抗を用いたＭＥＭＳとして加速度センサ、振動ジャイロスコープ、圧力センサ、振動センサ、マイクロホン、力覚センサ等が知られている。このようなＭＥＭＳのピエゾ抵抗部は半導体層の表面にフォトレジストからなる保護膜を形成し、保護膜の通孔から露出している半導体層に不純物を注入することによって形成される。そしてピエゾ抵抗部が形成された半導体層の表面には絶縁層が形成され、ピエゾ抵抗部のコンタクトホールがエッチングによって絶縁層に形成される（例えば特許文献１参照）。
特開２００３−１３６４９４号公報

しかし上記従来の方法では次の問題がある。すなわち、ピエゾ抵抗部が形成された直後の半導体層の表面にも、ピエゾ抵抗部が形成された半導体層の表面に絶縁層が形成された直後の絶縁層の表面にも明瞭な凹凸がない。したがってコンタクトホールのパターンを、絶縁層の表面の凹凸をアライメントマークに用いて正確に位置決めすることができないという問題がある。また、アライメントマークを形成するためのプロセスを追加すれば製造コストの上昇を招くという問題がある。

本発明はこの問題を解決するために創作されたものであってピエゾ抵抗部とそのコンタクトホールとのアライメント精度の向上を目的の１つとする。

（１）上記目的を達成するためのＭＥＭＳ製造方法は、半導体層の表面に絶縁層を形成し、絶縁層に複数のコンタクトホールを形成し、コンタクトホールが形成された絶縁層の表面に通孔を有する保護膜を形成し、通孔から露出している絶縁層を貫通させて半導体層に不純物を注入することにより複数のコンタクトホールの間にピエゾ抵抗部を形成する、ことを含む。

コンタクトホールが形成された絶縁層の表面には明瞭な凹凸が表れる。したがってコンタクトホールの形成後に保護膜の通孔を形成する工程では、コンタクトホールと保護膜の通孔とのアライメント精度が向上する。本発明によると、コンタクトホールの形成後に形成された保護膜の通孔から露出している絶縁層を貫通させて半導体層に不純物を注入するため、ピエゾ抵抗部とコンタクトホールとのアライメント精度を向上させることができる。

（２）上記目的を達成するためのＭＥＭＳ製造方法において、コンタクトホールの直下の半導体層にピエゾ抵抗部より高濃度の不純物を注入することにより、ピエゾ抵抗部に連続するコンタクト抵抗低減部を形成する、ことを含むことが望ましい。
コンタクトホールに形成される配線要素とピエゾ抵抗部との間にピエゾ抵抗部よりも高濃度の不純物を注入することにより、配線要素とピエゾ抵抗部との電気的な接続が良好になる（オーミック接触性が良好になる）。

（３）上記目的を達成するためのＭＥＭＳ製造方法において、ピエゾ抵抗部とコンタクトホールとに対応する通孔を保護膜に形成し、通孔から露出している絶縁層および半導体層に不純物を注入することによりピエゾ抵抗部とコンタクト抵抗低減部とを同時に形成する、ことを含むことが望ましい。
ピエゾ抵抗部とコンタクト抵抗低減部とを同時に形成することにより、ＭＥＭＳの製造コストを低減することができる。

（４）上記目的を達成するためのＭＥＭＳ製造方法において、コンタクトホールに対応する他の通孔を有する他の保護膜を絶縁層の表面に形成し、他の通孔から露出している半導体層に不純物を注入することによりコンタクト抵抗低減部を形成する、ことを含んでもよい。

（５）上記目的を達成するためのＭＥＭＳは、半導体層と半導体層に形成されているピエゾ抵抗部と半導体層に結合している絶縁層とを備える可撓部を備え、ピエゾ抵抗部のコンタクトホールが絶縁層に形成され、ピエゾ抵抗部およびピエゾ抵抗部の真上領域における絶縁層に不純物が注入されている。

このような構造を有するＭＥＭＳは、半導体層の表面に絶縁層を形成し、絶縁層に複数のコンタクトホールを形成し、コンタクトホールが形成された絶縁層の表面に保護膜を形成し、保護膜から露出している絶縁層を貫通させて半導体層に不純物を注入することにより複数のコンタクトホールの間にピエゾ抵抗部を形成する方法により製造できる。したがってこのような構造を採用することにより、ピエゾ抵抗部とコンタクトホールとのアライメント精度が高いＭＥＭＳを実現することができる。

（６）上記目的を達成するためのＭＥＭＳにおいて、ピエゾ抵抗部およびピエゾ抵抗部の真上領域における絶縁層に注入された不純物のピーク濃度がピエゾ抵抗部にあってもよい。

（７）上記目的を達成するためのＭＥＭＳにおいて、ピエゾ抵抗部およびピエゾ抵抗部の真上領域における絶縁層に注入された不純物のピーク濃度が絶縁層にあることが好ましい。
このような構造を有するＭＥＭＳは、上述したように半導体層の表面に絶縁層を形成し、絶縁層に複数のコンタクトホールを形成し、コンタクトホールが形成された絶縁層の表面に保護膜を形成し、保護膜から露出している絶縁層を貫通させて半導体層に不純物を注入することにより複数のコンタクトホールの間にピエゾ抵抗部を形成する方法により製造できる。この方法で製造する場合、ピエゾ抵抗部の不純物の最大濃度は半導体層の絶縁層との界面に位置し、半導体層のその断面における不純物の分布は絶縁層との界面近傍の狭い範囲に限定される。したがって、このような構造を有するＭＥＭＳは、感度が高くなる方法で製造することができる。

（８）上記目的を達成するためのＭＥＭＳにおいてピエゾ抵抗部の真上領域における絶縁層の不純物ピーク濃度とコンタクトホールの直下の半導体層の不純物ピーク濃度とが等しい、
このような構造を有するＭＥＭＳはピエゾ抵抗部とコンタクト抵抗低減部とを同時に形成する方法により製造できる。したがってこのような構造を採用することにより、ＭＥＭＳの製造コストを低減することができる。

請求項に記載された動作の順序は、技術的な阻害要因がない限りにおいて記載順に限定されず、同時に実行されても良いし、記載順の逆順に実行されても良いし、連続した順序で実行されなくても良い。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら以下の順に説明する。尚、各図において対応する構成要素には同一の符号が付され、重複する説明は省略される。
１．第一実施形態
（構成）
本発明のＭＥＭＳの第一実施形態としてピエゾ抵抗型の加速度センサを図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃに示す。加速度センサ１は互いに直交する３軸の加速度成分を検出するためのＭＥＭＳである。

加速度センサ１は平面視が十文字の形態を有する可撓部Ｆと、可撓部Ｆの４つの端部と結合している支持部Ｓと、可撓部Ｆの中央に結合している錘部Ｍと、可撓部Ｆの変形または変位を検出するためのピエゾ抵抗部１３１とを備える。

可撓部ＦはＳＯＩウエハのＳＯＩ層である半導体層１３と絶縁層２０とで主に構成されている。可撓部Ｆにはピエゾ抵抗部１３１とコンタクト抵抗低減部１３２とが含まれている。半導体層１３の厚さは例えば１０μｍとする。絶縁層２０は半導体層１３に結合している。絶縁層２０の厚さは半導体層１３よりも十分薄く、例えば０．３μｍとする。絶縁層２０は二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる。絶縁層２０にはピエゾ抵抗部１３１のコンタクトホールＨ１が複数形成されている。

半導体層１３の表層（錘部Ｍと結合していない面を表とする。）にはピエゾ抵抗部１３１とコンタクト抵抗低減部１３２とが形成されている。半導体層１３の残部は単結晶シリコン（Ｓｉ）からなる。ピエゾ抵抗部１３１にはホウ素（Ｂ）イオンがシリコンの不純物として注入されている。コンタクト抵抗低減部１３２はピエゾ抵抗部１３１の両端部に連続している。コンタクト抵抗低減部１３２にはピエゾ抵抗部１３１よりも高濃度でホウ素イオンがシリコンの不純物として注入されている。コンタクトホールＨ１においてコンタクト抵抗低減部１３２と配線３１ｂとが結合している。配線３１ｂとピエゾ抵抗部１３１とはコンタクト抵抗低減部１３２を介して電気的に接続されている。配線３１ｂは白金（Ｐｔ）からなる。ピエゾ抵抗部１３１およびコンタクト抵抗低減部１３２に注入する不純物としてはホウ素の他にリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）等を用いることができる。

可撓部Ｆの中央部には錘部Ｍの中央部が結合している。錘部Ｍの平面視は中央の矩形の４つの角のそれぞれに矩形が接続された形態を有する。錘部Ｍの中央部以外は、可撓部Ｆにも支持部Ｓにも重なっていない。錘部Ｍはバルク層１１と接続層１２と半導体層１３と絶縁層２０とからなる。錘部Ｍと可撓部Ｆとは半導体層１３においてＣ字形の４つのスリットＳ１によって切り分けられている。バルク層１１はＳＯＩウエハの単結晶シリコンからなるベースウエハからなる。バルク層１１と半導体層１３とを結合している接続層１２はＳＯＩウエハの二酸化シリコンからなる絶縁層からなる。

支持部Ｓは矩形枠の形態を有する。支持部Ｓはバルク層１１、接続層１２、半導体層１３および絶縁層２０からなる。支持部Ｓと錘部Ｍとは絶縁層２０および半導体層１３においてＣ字形の４つのスリットＳ１によって切り分けられている。支持部Ｓと錘部Ｍとはバルク層１１および接続層１２において環状のスリットＳ２によって切り分けられている。

加速度センサ１は配線３１ｂに接続される外部配線によって図示しない検出回路に接続される。検出回路はブリッジ回路を構成している。ピエゾ抵抗部１３１の抵抗値は可撓部Ｆの変形量または変位量を示す電圧信号に検出回路によって変換される。可撓部Ｆは３次元の変形が可能である形態であるため、加速度センサ１を用いて３次元の加速度を検出できる。

図２Ａ、図２Ｂはピエゾ抵抗部１３１とコンタクト抵抗低減部１３２と絶縁層２０の不純物濃度の一例を示す図である。図２Ｂに実線で示す濃度分布は図２Ａに示すＡＡ線の断面における不純物濃度を示している。図２Ｂに一点鎖線で示す濃度分布は図２Ａに示すＢＢ線の断面における不純物濃度を示している。コンタクト抵抗低減部１３２の不純物濃度とピエゾ抵抗部１３１の不純物濃度とを同じ深さで比較すると、いずれの深さ（絶縁層２０の表面を基準とする）で比較しても、ピエゾ抵抗部１３１の不純物濃度よりもコンタクト抵抗低減部１３２の不純物濃度が高い。したがってピエゾ抵抗部１３１と配線３１ｂとのオーミック接触性は、これらの間に接続されているコンタクト抵抗低減部１３２によって向上している。

図２Ｂの実線で示すように、ピエゾ抵抗部１３１を通る断面において不純物濃度のピークはピエゾ抵抗部１３１にあり、半導体層１３の絶縁層２０との界面近傍に位置する。すなわちピエゾ抵抗部１３１の真上領域における絶縁層２０の不純物の最大濃度はピエゾ抵抗部１３１の不純物ピーク濃度よりも低くなっている。そしてピエゾ抵抗部１３１の不純物濃度ピークは半導体層１３の絶縁層２０との界面近傍に位置する。可撓部Ｆが変形するとき、応力は可撓部Ｆの表面において最も大きくなる。可撓部Ｆの表層を構成する絶縁層２０は半導体層１３に比べて十分薄く、ピエゾ抵抗部１３１は半導体層１３の絶縁層２０との界面近傍に位置し、ピエゾ抵抗部１３１の不純物濃度ピークは半導体層１３の絶縁層２０との界面近傍に位置する。したがってピエゾ抵抗部１３１の不純物濃度ピークが半導体層１３の中層近傍に位置する場合に比べると本実施形態の加速度センサ１の感度は高くなる。

半導体層１３と絶縁層２０とにおいてこのような不純物濃度分布を有する加速度センサ１は次に述べる方法によって製造することができる。

（製造方法）
はじめに図３に示すようにＳＯＩウエハ１０の半導体層１３の表面に絶縁層２０を形成する。その結果、半導体層１３の表面に結合された絶縁層２０が形成される。ＳＯＩウエハ１０は、例えば単結晶シリコンからなる厚さ６２５μｍのバルク層１１と、熱酸化により形成された二酸化シリコンからなる厚さ１μｍの絶縁層である接続層１２と、単結晶シリコンからなる厚さ１０μｍのボンドウエハである半導体層１３とで構成される。続いてフォトレジストからなりコンタクトホールＨ１に対応する通孔を有する保護膜Ｒ１を絶縁層２０の表面に形成する。さらに続いて保護膜Ｒ１を用いたエッチングにより絶縁層２０にコンタクトホールＨ１を形成する。具体的には例えばＣＦ_４をエッチングガスに用いた反応性エッチングにより絶縁層２０をエッチングする。

次に絶縁層２０を単層の保護膜として用いて、または絶縁層２０と保護膜Ｒ１とを二層の保護膜として用いて、半導体層１３の表層に不純物を注入する。その結果、コンタクトホールＨ１の直下においてコンタクト抵抗低減部１３２が半導体層１３の表面近傍に形成される。このときコンタクト抵抗低減部１３２は不純物の拡散によってコンタクトホールＨ１からはみ出す領域にまで形成される。不純物イオンの膜厚方向の濃度分布は、イオン注入のための加速電圧によって制御される。その後、アニールによって半導体層１３の結晶構造を整形し、コンタクト抵抗低減部１３２を活性化する。

次に図４Ａに示すようにフォトレジストからなりピエゾ抵抗部１３１に対応する通孔を有する保護膜Ｒ２を接続層１２およびコンタクトホールＨ１から露出している半導体層１３の表面に形成する。マスクを用いて保護膜Ｒ２を露光するとき、保護膜Ｒ２の下地である絶縁層２０にはコンタクトホールＨ１が形成されているため、コンタクトホールＨ１に対応する明瞭な凹凸を基準に用いてコンタクトホールＨ１に対して保護膜Ｒ２のマスクを正確にアライメントすることができる。したがって保護膜Ｒ２の現像により、ピエゾ抵抗部１３１に対応する通孔をコンタクトホールＨ１を基準として保護膜Ｒ２に正確に形成することができる。

続いて保護膜Ｒ２から露出している絶縁層２０を貫通させて半導体層１３に不純物を注入することにより、図４に示すように半導体層１３にピエゾ抵抗部１３１を形成する。保護膜Ｒ２がコンタクトホールＨ１を基準に用いて正確にパターニングされているため、コンタクトホールＨ１とその直下に形成されているコンタクト抵抗低減部１３２とに対して正確な領域にピエゾ抵抗部１３１が形成される。このとき保護膜Ｒ２の通孔から露出しているのは絶縁層２０であり、ピエゾ抵抗部１３１を形成すべき領域の真上には絶縁層２０が重なっている。したがって、少なくとも一部の不純物が絶縁層２０を貫通し半導体層１３の表層にとどまる加速電圧を用いて不純物を注入する。具体的には図２Ｂに実線で示すように不純物濃度のピークが半導体層１３の絶縁層２０との界面近傍に位置するようにイオン注入のための加速電圧が設定される。その結果、コンタクト抵抗低減部１３２に連続するピエゾ抵抗部１３１が半導体層１３の絶縁層２０との界面近傍に形成される。その後、アニールによって半導体層１３および絶縁層２０の結晶構造を整形し、ピエゾ抵抗部１３１を活性化する。尚、半導体層１３に注入する不純物の深さ方向の濃度分布がばらついたとしても（例えばピエゾ抵抗部１３１とコンタクト抵抗低減部１３２のそれぞれの濃度ピークの位置が設計値からずれたとしても）、抵抗の差分をブリッジ回路で検出し、その差分から加速度を導出可能であるため、特段の問題はない。

次に図５に示すようにピエゾ抵抗部１３１の配線となる導電層３１を、コンタクトホールＨ１から露出した半導体層１３の表面と絶縁層２０の表面全体に形成する。具体的には導電層３１として、例えば厚さ０．１μｍの白金からなる堆積膜をスパッタリングによって形成する。白金を堆積させる前に密着層として厚さ３０ｎｍのチタン（Ｔｉ）の膜を形成してもよい。またイリジウム（Ｉｒ）、二酸化イリジウム（ＩｒＯ_２）、ＳｒＲｕＯ_３などから導電層３１を形成してもよい。

次に図６Ａに示すようにフォトレジストからなる保護膜Ｒ４を用いて導電層３１をエッチングすることにより、図６Ｂに示すピエゾ抵抗部１３１の配線３１ｂを形成する。たとえば白金からなる導電層３１はアルゴンイオンを用いたミリングによってエッチングする。導電層３１を反応性イオンエッチングによってエッチングしてもよい。

次に図７Ａ、図７Ｂに示すように図示しないフォトレジストからなる保護膜を用いて絶縁層２０および半導体層１３をエッチングすることによってＣ字形のスリットＳ１を形成する。その結果、支持部Ｓと可撓部Ｆの半導体層１３および絶縁層２０からなる部分が形成される。絶縁層２０および半導体層１３は例えばＣＦ_４ガスを用いた反応性イオンエッチングによってエッチングされる。フッ酸（ＨＦ）や緩衝フッ酸（ＢＨＦ）を用いたウエットエッチングによって絶縁層２０および半導体層１３をエッチングしてもよい。

次に図８Ａ、図８Ｂに示すようにワークの表面（配線が形成されている面）を補強基板１００に接着する。接着剤Ｂとして例えばワックスを用いる。フォトレジスト、両面粘着テープなどでワークを補強基板１００に接着してもよい。続いてフォトレジストからなる保護膜Ｒ５を用いてバルク層１１をエッチングすることにより環状のスリットＳ２を形成する。その結果、支持部Ｓと錘部Ｍのバルク層１１からなる部分が形成される。バルク層１１は、例えばＣ_４Ｆ_８プラズマによるパッシベーションとＳＦ_６プラズマによるエッチングとを短く交互に繰り返すＤｅｅＰ−ＲＩＥ（いわゆるボッシュプロセス）によってエッチングされる。

次に図９Ａ、図９Ｂに示すようにバルク層１１を保護膜として用いて接続層１２をエッチングし、半導体層１３を露出させる。その結果、接続層１２のスリットＳ１とスリットＳ２との間にあった領域が除去され、可撓部Ｆが形成される。例えば二酸化シリコンからなる接続層１２は緩衝フッ酸を用いてエッチングする。
その後、ワークから接着剤Ｂを剥離し、ダイシングなどの後工程を実施すると図１に示す加速度センサ１が完成する。

以上説明した方法によって加速度センサ１を製造すると、ピエゾ抵抗部１３１を形成するための保護膜Ｒ２を、ピエゾ抵抗部１３１のコンタクトホールＨ１を絶縁層２０に形成した後に形成するため、コンタクトホールＨ１とその直下に形成されているコンタクト抵抗低減部１３２とに対して正確な領域にピエゾ抵抗部１３１を形成することができる。そして、コンタクトホールＨ１に対応する凹凸をアライメントマークとして用いるため、保護膜Ｒ２をパターニングするためのアライメントマークを付加的に形成する必要がない。したがって製造コストが増大することはない。

（変形例）
図１０Ａ、図１０Ｂはピエゾ抵抗部１３１とコンタクト抵抗低減部１３２と絶縁層２０の不純物濃度の変形例を示す図である。図１０Ｂに実線で示す濃度分布は図１０Ａに示すＡＡ線の断面における不純物濃度を示している。図１０Ｂに一点鎖線で示す濃度分布は図１０Ａに示すＢＢ線の断面における不純物濃度を示している。図１０Ｂの実線で示すように、ピエゾ抵抗部１３１を通る断面において不純物濃度のピークは絶縁層２０にあり、絶縁層２０の半導体層１３との界面近傍に位置してもよい。この場合、ピエゾ抵抗部１３１の不純物の濃度ピークは半導体層１３の絶縁層２０との界面に位置し、半導体層１３のその断面における不純物の分布は絶縁層２０との界面近傍の狭い範囲に限定される。したがってピエゾ抵抗部１３１を通る断面において不純物濃度のピークが半導体層１３にある場合に比べるとモーションセンサの感度が高くなる。

２．第二実施形態
本発明のＭＥＭＳの第二実施形態として６次元のモーションセンサを図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃに示す。モーションセンサ２は互いに直交する３軸の加速度成分と、互いに直交する３軸の角速度成分とを検出するためのＭＥＭＳである。

モーションセンサ２の可撓部Ｆは半導体層１３と絶縁層２０と絶縁層４０とで主に構成されている。可撓部Ｆにはピエゾ抵抗部１３１とコンタクト抵抗低減部１３２と圧電素子３０とが含まれている。

圧電素子３０はピエゾ抵抗部１３１の真上に位置し、絶縁層２０の平坦かつ平滑な表面に結合している。圧電素子３０とピエゾ抵抗部１３１とを垂直方向に重ねることによってレイアウト効率が高まる。圧電素子３０は、絶縁層２０に結合している下層電極３１ａと、圧電層３２と、上層電極３３ａとから構成されている。下層電極３１ａは白金（Ｐｔ）からなる。下層電極３１ａと圧電層３２との界面は平坦かつ平滑に形成されている。圧電層３２は下層電極３１ａと上層電極とに結合している。圧電層３２はＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）からなる。上層電極３３ａは白金からなる。下層電極３１ａと表面配線５１とは配線３１ｃによって接続されている。上層電極３３ａは表面配線５１に直接接続されている。

絶縁層４０は圧電素子３０、圧電素子３０の下層電極３１ａの配線３１ｃ、ピエゾ抵抗部１３１の内部配線３１ｂおよび絶縁層２０の全体を覆っている。表面配線５１は絶縁層４０に形成されているコンタクトホールを介してピエゾ抵抗部１３１の内部配線３１ｂ、圧電素子３０の下層電極３１ａの配線３１ｃおよび圧電素子３０の上層電極３３ａに接続している。

ピエゾ抵抗部１３１と表面配線５１とは、コンタクトホールＨ１を介してコンタクト抵抗低減部１３２に接続されている内部配線３１ｂとピエゾ抵抗部１３１に接続されているコンタクト抵抗低減部１３２とによって電気的に接続されている。

図１２Ａ、図１２Ｂはピエゾ抵抗部１３１とコンタクト抵抗低減部１３２と絶縁層２０の不純物濃度を示す図である。図１２Ｂに実線で示す濃度分布は図１２Ａに示すＡＡ線の断面における不純物濃度を示している。図１２Ｂに一点鎖線で示す濃度分布は図１２Ａに示すＢＢ線の断面における不純物濃度を示している。図１２Ｂに示すように、実線で示されたピエゾ抵抗部１３１の真上領域における絶縁層２０の不純物ピーク濃度と一点鎖線で示されたコンタクトホール直下の半導体層１３の不純物ピーク濃度は等しい。図１２Ｂの実線で示すようにピエゾ抵抗部１３１を通る断面において不純物濃度のピークは絶縁層２０に位置する。すなわちピエゾ抵抗部１３１の真上領域における絶縁層２０の不純物ピーク濃度はピエゾ抵抗部１３１の不純物ピーク濃度よりも高くなっている。そしてピエゾ抵抗部１３１の不純物の最大濃度は半導体層１３の絶縁層２０との界面に位置し、半導体層１３のその断面における不純物の分布は絶縁層２０との界面近傍の狭い範囲に限定されている。したがってピエゾ抵抗部１３１を構成する不純物が深さ方向において半導体層１３の広い範囲に分布する場合に比べると本実施形態のモーションセンサ２の感度は高くなる。

図１１に示すモーションセンサ２は表面配線５１に接続される外部配線によって図示しない駆動検出回路に接続される。圧電素子３０には可撓部Ｆを励振するための駆動電圧が駆動検出回路によって印加される。ピエゾ抵抗部１３１の抵抗値は可撓部Ｆの変形量または変位量を示す電圧信号にブリッジ回路によって変換される。可撓部Ｆの励振と角速度とによって生ずるコリオリ力による可撓部の変位成分の振動周波数は可撓部Ｆの励振周波数と一致する。一方、加速度による可撓部Ｆの変位成分は可撓部Ｆの励振周波数と無関係である。したがって可撓部Ｆの励振周波数を、検出対象とする加速度の周波数よりも十分高く設定することにより、可撓部Ｆの変位から加速度成分と角速度成分とを抽出可能になる。可撓部Ｆは３次元の振動が可能である形態であるため、モーションセンサ２を用いて３次元の加速度と３次元の角速度がそれぞれ検出できる。

（製造方法）
はじめに図１３に示すように半導体層１３の表面に絶縁層２０を形成する。続いて、コンタクトホールＨ１に対応する通孔を有する保護膜Ｒ１を絶縁層２０の表面に形成する。続いて保護膜Ｒ１を用いたエッチングにより絶縁層２０にコンタクトホールＨ１を形成する。

次に図１４に示すようにピエゾ抵抗部１３１とコンタクト抵抗低減部１３２とに対応する通孔を有する保護膜Ｒ２ａを接続層２０の表面に形成する。マスクを用いて保護膜Ｒ２ａを露光するとき、保護膜Ｒ２の下地である絶縁層２０にはコンタクトホールＨ１が形成されているため、コンタクトホールＨ１に対応する明瞭な凹凸を基準に用いてコンタクトホールＨ１に対して保護膜Ｒ２ａのマスクを正確にアライメントすることができる。したがって保護膜Ｒ２ａの現像により、ピエゾ抵抗部１３１およびコンタクト抵抗低減部１３２に対応する通孔をコンタクトホールＨ１を基準として保護膜Ｒ２ａに正確に形成することができる。

次に保護膜Ｒ２ａの通孔から露出している絶縁層２０と半導体層１３とに不純物を注入することによりピエゾ抵抗部１３１とコンタクト抵抗低減部１３２とを同時に形成する。保護膜Ｒ２ａがコンタクトホールＨ１を基準に用いて正確にパターニングされているため、コンタクトホールＨ１に対して正確な領域にピエゾ抵抗部１３１とコンタクト抵抗低減部１３２とが形成される。このとき絶縁層２０の表面に打ち込まれる不純物の濃度ピークが図１２に示すように絶縁層２０に位置し、半導体層１３の絶縁層２０との界面近傍にまでその不純物が拡散するように、イオン注入の加速電圧が設定される。このような加速電圧の設定は絶縁層２０の厚さが特定の範囲にある場合に可能である。また絶縁層２０に保護されている半導体層１３に不純物を注入することによりピエゾ抵抗部１３１を形成する一方で半導体層１３の表面に直接不純物を打ち込んでコンタクト抵抗低減部１３２を形成するため、コンタクト抵抗低減部１３２の不純物濃度はピエゾ抵抗部１３１の不純物濃度よりも高くなる。そして絶縁層２０に保護されている半導体層１３に不純物を注入することによりピエゾ抵抗部１３１を形成するため、ピエゾ抵抗部１３１を半導体層１３の絶縁層２０との界面近傍の狭い範囲に形成することができるとともにピエゾ抵抗部１３１の不純物濃度のピークを絶縁層２０との界面に位置づけられる。その後、アニールによって半導体層１３および絶縁層２０の結晶構造を整形し、ピエゾ抵抗部１３１およびコンタクト抵抗低減部１３２を活性化する。

次に図１５に示すようにピエゾ抵抗部１３１の配線および圧電素子の下層電極の配線となる導電層３１を、コンタクトホールＨ１から露出した半導体層１３の表面と絶縁層２０の表面全体に形成する。導電層３１の表面を平坦かつ平滑に形成するため、下地となる絶縁層２０の結晶構造と結晶構造が連続するように（エピタキシャル成長的に）導電層３１の膜を堆積させることが望ましい。具体的には導電層３１として、例えば厚さ０．１μｍの白金からなる膜をスパッタリングによって形成する。白金を堆積させる前に密着層として厚さ３０ｎｍのチタン（Ｔｉ）の膜を形成してもよい。またイリジウム（Ｉｒ）、二酸化イリジウム（ＩｒＯ_２）、ＳｒＲｕＯ_３などから導電層３１を形成してもよい。

次に導電層３１の表面全体に圧電層３２を形成する。圧電層３２の結晶構造と下地である導電層３１の結晶構造とが連続するように（エピタキシャル成長的に）圧電層３２の膜を堆積させることが望ましい。具体的には圧電層３２として、例えば厚さ３μｍのＰＺＴからなる膜をスパッタリングによって形成する。スパッタリングの代わりにゾルゲル法を用いてもよい。ＰＺＴの代わりにＢＬＴ（Ｂｉ_４−ｘＬａ_ｘＴｉ_３Ｏ_１２）、ＢａＴｉＯ_３、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等を用いてもよい。

次に図１６に示すように圧電層３２の表面全体に圧電素子の上層電極となる導電層３３を形成する。導電層３３として例えば厚さ０．１μｍの白金からなる膜をスパッタリングによって形成する。白金を堆積させる前に密着層として厚さ３０ｎｍのチタンの膜を形成してもよい。イリジウム、二酸化イリジウム、金（Ａｕ）等から導電層３３を形成してもよい。

次に図１７に示すようにフォトレジストからなる保護膜Ｒ３を用いて導電層３３をエッチングすることにより上層電極３３ａを形成する。例えば白金からなる導電層３３はアルゴン（Ａｒ）イオンを用いたミリングによってエッチングする。ベーキングや多階調マスクを用いて保護膜Ｒ３の端面を斜面に形成し、ミリングによって保護膜Ｒ３の断面形状を上層電極３３ａに転写してもよい。

次に図１８に示すように保護膜Ｒ３または上層電極３３ａを用いて圧電層３２をエッチングする。例えばＰＺＴからなる圧電層３２は塩素（Ｃｌ_２）ガスを用いた反応性イオンエッチングによってエッチングする。圧電層３２をエッチングする前に保護膜Ｒ３を除去してもよいし、圧電層３２のエッチング中に保護膜Ｒ３が消失してもよい。

次に図１９に示すようにフォトレジストからなる保護膜Ｒ４を用いて導電層３１をエッチングすることにより、ピエゾ抵抗部１３１の内部配線３１ｂと圧電素子３０の下層電極３１ａの配線３１ｃ（図１１Ｃ参照）とを形成する。その結果、下層電極３１ａが絶縁層２０の表面に結合され圧電層３２が下層電極３１ａの表面に結合された圧電素子３０が内部配線３１ｂ、３１ｃとともに形成される。たとえば白金からなる導電層３１はアルゴンイオンを用いたミリングによってエッチングする。導電層３１を反応性イオンエッチングによってエッチングしてもよい。

次に図２０に示すように圧電素子３０と内部配線３１ｂ、３１ｃと絶縁層２０の表面に絶縁層４０を形成する。絶縁層４０にはコンタクトホールを形成する。このとき、例えば図２０Ｂに示すように可撓部と支持部となる領域以外の領域において絶縁層４０が切り欠かれ絶縁層２０の錘部となる部分が露出するパターンとなるように、コンタクトホール以外の領域も除去する。例えば、感光性ポリイミドを１０μｍの厚さ塗布し、露光し、現像することにより有機物からなる絶縁層４０を形成する。二酸化シリコン、窒化シリコン、アルミナなどの無機絶縁膜を形成し、これらの無機絶縁膜をエッチングすることにより絶縁層４０を形成してもよい。続いてコンタクトホールから露出した圧電素子３０の上層電極３３ａと内部配線３１ｂ、３１ｃとに接続される表面配線５１を絶縁層４０の表面に形成する。表面配線５１は、例えばスパッタリングによって厚さ０．５μｍのアルミニウムからなる導電膜を形成し、この導電膜を塩素ガスを用いた反応性イオンエッチングによってエッチングすることによって形成する。アルミニウムシリサイド（ＡｌＳｉ）、ＡｌＳｉＣｕなどから表面配線５１を形成してもよい。アルミニウムからなる表面配線５１を形成する前に密着層として厚さ３０ｎｍのチタンの膜を形成してもよい。アルゴンイオンを用いたミリングや燐酸、硝酸、酢酸等の混合液を用いたウエットエッチングによって表面配線５１をエッチングしてもよい。

その後、第一実施形態と同様に図２１、図２２、図２３に示す工程を実施することにより、Ｃ字形のスリットＳ１、環状のスリットＳ２を形成し、接続層１２をエッチングし、ダイシングなどの後工程を実施すると図１１に示すモーションセンサ２が完成する。

３．他の実施形態
尚、本発明の技術的範囲は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、本発明は圧力センサ、振動センサ、マイクロホン、力覚センサなどピエゾ抵抗を用いた様々なＭＥＭＳに適用できる。また上記実施形態で示した材質や寸法や成膜方法やパターン転写方法はあくまで例示であるし、当業者であれば自明である工程の追加や削除や工程順序の入れ替えについては説明が省略されている。

図１Ａ、図１Ｂは本発明の第一実施形態にかかる断面図。図１Ｃは本発明の第一実施形態に係る平面図。図２Ａは本発明の第一実施形態にかかる部分断面図。図２Ｂは本発明の第一実施形態にかかる線グラフ。本発明の第一実施形態にかかる断面図。図４Ａは本発明の第一実施形態にかかる断面図。図４Ｂは本発明の第一実施形態に係る平面図。本発明の第一実施形態にかかる断面図。図６Ａは本発明の第一実施形態にかかる断面図。図６Ｂは本発明の第一実施形態に係る平面図。図７Ａは本発明の第一実施形態にかかる断面図。図７Ｂは本発明の第一実施形態に係る平面図。図８Ａは本発明の第一実施形態にかかる断面図。図８Ｂは本発明の第一実施形態に係る平面図。図９Ａは本発明の第一実施形態にかかる断面図。図９Ｂは本発明の第一実施形態に係る平面図。図１０Ａは本発明の第一実施形態の変形例にかかる部分断面図。図１０Ｂは本発明の第一実施形態の変形例にかかる線グラフ。図１１Ａ、図１１Ｂは本発明の第二実施形態にかかる断面図。図１１Ｃは本発明の第二実施形態にかかる平面図。図１２Ａは本発明の第二実施形態にかかる部分断面図。図１２Ｂは本発明の第二実施形態にかかる線グラフ。本発明の第二実施形態にかかる断面図。本発明の第二実施形態にかかる断面図。本発明の第二実施形態にかかる断面図。本発明の第二実施形態にかかる断面図。本発明の第二実施形態にかかる断面図。本発明の第二実施形態にかかる断面図。本発明の第二実施形態にかかる断面図。図２０Ａは本発明の第二実施形態にかかる断面図。図２０Ｂは本発明の第二実施形態にかかる平面図。図２１Ａは本発明の第二実施形態にかかる断面図。図２１Ｂは本発明の第二実施形態にかかる平面図。本発明の第二実施形態にかかる断面図。本発明の第二実施形態にかかる断面図。

符号の説明

１：加速度センサ、２：モーションセンサ、１０：ウエハ、１１：バルク層、１２：接続層、１３：半導体層、２０：絶縁層、３０：圧電素子、３１：導電層、３１ａ：下層電極、３１ｂ：配線、３１ｃ：配線、３２：圧電層、３３：導電層、３３ａ：上層電極、４０：絶縁層、５１：表面配線、１００：補強基板、１３１：ピエゾ抵抗部、１３２：コンタクト抵抗低減部、Ｂ：接着剤、Ｆ：可撓部、Ｈ１：コンタクトホール、Ｍ：錘部、Ｒ１：保護膜、Ｒ２：保護膜、Ｒ３：保護膜、Ｒ４：保護膜、Ｒ５：保護膜、Ｓ：支持部、Ｓ１：スリット、Ｓ２：スリット

Claims

半導体層の表面に絶縁層を形成し、
前記絶縁層に複数のコンタクトホールを形成し、
前記コンタクトホールが形成された前記絶縁層の表面に前記コンタクトホールを基準に位置決めした通孔を有する保護膜を形成し、
前記通孔から露出している前記絶縁層を貫通させて前記半導体層に不純物を注入することにより複数の前記コンタクトホールの間にピエゾ抵抗部を形成する、
ことを含むＭＥＭＳ製造方法。
前記コンタクトホールの直下の前記半導体層に前記ピエゾ抵抗部より高濃度の不純物を注入することにより、前記ピエゾ抵抗部に連続するコンタクト抵抗低減部を形成する、
ことを含む請求項１に記載のＭＥＭＳ製造方法。
前記コンタクトホールに対応する他の通孔を有する他の保護膜を前記絶縁層の表面に形成し、前記他の通孔から露出している前記半導体層に不純物を注入することにより前記コンタクト抵抗低減部を形成する、
ことを含む請求項２に記載のＭＥＭＳ製造方法。
前記ピエゾ抵抗部と前記コンタクトホールとに対応する前記通孔を前記保護膜に形成し、
前記通孔から露出している前記絶縁層および前記半導体層に不純物を注入することにより前記ピエゾ抵抗部と前記コンタクト抵抗低減部とを同時に形成する、
ことを含む請求項２に記載のＭＥＭＳ製造方法。
半導体層と前記半導体層に形成されているピエゾ抵抗部と前記半導体層に結合している絶縁層とを備える可撓部を備え、
前記ピエゾ抵抗部のコンタクトホールが前記絶縁層に形成され、
前記ピエゾ抵抗部および前記ピエゾ抵抗部の真上領域における前記絶縁層に不純物が注入され、
前記ピエゾ抵抗部の真上領域における前記絶縁層の不純物ピーク濃度と前記コンタクトホールの直下の前記半導体層の不純物ピーク濃度とが等しい、
ＭＥＭＳ。
前記ピエゾ抵抗部および前記ピエゾ抵抗部の真上領域における前記絶縁層に注入された前記不純物のピーク濃度が前記絶縁層にある、
請求項５に記載のＭＥＭＳ。