JPH05180866A - Dynamical quantity sensor - Google Patents

Dynamical quantity sensor

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JPH05180866A
JPH05180866A JP492A JP492A JPH05180866A JP H05180866 A JPH05180866 A JP H05180866A JP 492 A JP492 A JP 492A JP 492 A JP492 A JP 492A JP H05180866 A JPH05180866 A JP H05180866A
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JP
Japan
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displacement electrode
semiconductor substrate
region
quantity sensor
mechanical quantity
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Application number
JP492A
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Japanese (ja)
Inventor
Takeo Tsukamoto
健夫 塚本
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Publication of JPH05180866A publication Critical patent/JPH05180866A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To provide a dynamical quantity sensor which can high-sensitively detect a dynamical quantity such as the quantity of displacement and acceleration or the like, and can be simply produced. CONSTITUTION:A source domain 12 and a drain domain 13 having a conductive type different from a semiconductor substrate 11 are formed on the surface of the semiconductor substrate 11. In addition, a displacement electrode 15 which is opposite to a domain including the source domain 12 and the drain domain 13 and can be displaced to the above domain is provided. A space between the displacement electrode 15 and the semiconductor substrate 11 is set up within extent where field effect is active. A dynamical quantity is detected on a phenomenon that, when reverse bias voltage is applied to the displacement electrode 15, the form of a channel 16 being an inversion layer alters according to the quantity of displacement of the displacement electrode 15, and resistance between the source domain 12 and the drain domain 13 therefore alters.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、変位量、加速度などの
力学量を検出する力学量センサに関し、特に、半導体製
造技術を用いて作成することのできる力学量センサに関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a mechanical quantity sensor for detecting a mechanical quantity such as a displacement quantity and an acceleration, and more particularly to a mechanical quantity sensor which can be manufactured by using semiconductor manufacturing technology.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、モノリシックに形成された加速度
センサは、"10th SENSOR SYMPOSIUM",1991年、41〜44頁
に記載されているように、加速度に応じて振動する振動
電極と、この振動電極の上下に配置された2つの検出電
極とを有し、これら電極間の容量あるいは容量差の変化
を計測することで加速度を検出するようになっている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a monolithically formed acceleration sensor is a vibrating electrode that vibrates in response to acceleration, and this vibrating electrode, as described in "10th SENSOR SYMPOSIUM", 1991, pp. 41-44. It has two detection electrodes arranged above and below, and the acceleration is detected by measuring the change in capacitance or capacitance difference between these electrodes.

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の加速度センサでは、モノリシック基板上の配線容
量、浮遊容量と比較して、プロセスの制約により電極間
の容量をあまり大きくすることができないため、加速度
変化による容量変化が小さく、したがってこの変化がノ
イズなどに埋もれてしまい、微小な加速度変化を検出で
きないといった問題点がある。また、このような問題点
を避けるため、ブリッジ接続により、容量変化分だけを
差動的に検出するように工夫されたものでは、構成上、
振動板の上下に精度良く検出電極を作らねばならない
が、3つの電極を精度良く積み重ねることは非常に難し
く、また構成が複雑であるためプロセス上の問題点が多
い。
However, in the above-mentioned conventional acceleration sensor, the capacitance between the electrodes cannot be increased so much due to the process limitation as compared with the wiring capacitance and the stray capacitance on the monolithic substrate. There is a problem that the change in capacitance due to a change in acceleration is small, and therefore this change is buried in noise, etc., and a minute change in acceleration cannot be detected. Further, in order to avoid such a problem, a bridge connection is devised to detect only the capacitance change differentially.
Although it is necessary to accurately form the detection electrodes above and below the diaphragm, it is extremely difficult to stack the three electrodes with high accuracy, and there are many process problems due to the complicated structure.

【0003】本発明の目的は、変位量、加速度などの力
学量を高感度に検出でき、かつ容易に製造できる力学量
センサを提供することにある。
An object of the present invention is to provide a mechanical quantity sensor which can detect mechanical quantities such as displacement and acceleration with high sensitivity and can be easily manufactured.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明の力学量センサ
は、第1の導電型の半導体基体と、前記半導体基体の表
面内に少なくとも1つ設けられた前記第1の導電型と異
なる第2の導電型のソース領域と、前記半導体基体の表
面内に前記ソース領域から離れて少なくとも1つ設けら
れた前記第2の導電型のドレイン領域と、前記半導体基
体の表面の前記ソース領域および前記ドレイン領域を一
体的に含む領域を素子領域とするとき、前記素子領域に
対して電界効果を及ぼし得る程度離隔して設けられかつ
前記素子領域に対して変位可能である変位電極とを有す
る。
A mechanical quantity sensor of the present invention includes a semiconductor substrate of a first conductivity type and a second conductivity type provided in at least one surface of the semiconductor substrate and different from the first conductivity type. Conductive type source region, at least one second conductive type drain region provided in the surface of the semiconductor substrate away from the source region, and the source region and the drain on the surface of the semiconductor substrate. When the region integrally including the region is an element region, the displacement electrode is provided so as to be separated from the element region to such an extent that an electric field effect can be exerted and is displaceable with respect to the element region.

【0005】[0005]

【作用】この力学量センサは、基本的には、MOS(Met
al-Oxide-Semiconductor)型電界効果トランジスタ(F
ET)のゲート酸化膜を取り除き、ゲート電極がチャネ
ル領域に対して変位可能となるようにしたものであり、
ゲート電極が変位電極ということになり、素子領域がチ
ャネル領域に対応することになる。したがって、変位電
極と素子領域との間の空間を真空で構成されたゲート絶
縁層と考えることができ、従来のMOS型FETの動作
原理から本発明の力学量センサの動作原理を理解するこ
とができる。
[Operation] This mechanical quantity sensor is basically a MOS (Met
al-Oxide-Semiconductor) type field effect transistor (F
(ET) gate oxide film is removed so that the gate electrode can be displaced with respect to the channel region.
The gate electrode serves as a displacement electrode, and the element region corresponds to the channel region. Therefore, the space between the displacement electrode and the element region can be considered as a gate insulating layer formed by vacuum, and the operating principle of the mechanical quantity sensor of the present invention can be understood from the operating principle of the conventional MOS FET. it can.

【0006】一般にMOSFETでは、ゲート電極に逆
バイアス電圧を印加すると、ゲート電極に対向する部分
の半導体基体の表面に電荷が誘起され、ソース領域とド
レイン領域に挟まれた領域(チャネル領域)には、誘起
された電荷量に応じて、反転層によるチャネルが形成さ
れる。この状態でソース領域とドレイン領域との間にバ
イアス電圧を印加すると、チャネル領域をキャリアが移
動し、ある抵抗値で表わされる電流−電圧特性(I−V
特性)が得られる。この場合、ゲート電極に加える電圧
(ゲート電圧)が大きいほど、そしてソース−ドレイン
間の電圧が小さいほど、大きなチャネルが形成され、ソ
ース−ドレイン間の抵抗が小さくなる。このゲート電圧
に対するチャネル抵抗の変化が極めて大きいので、微小
なチャネル変化を検出器として利用することができる。
上述したソース−ドレイン間の抵抗はゲート電圧だけで
なく、ゲート直下の絶縁層の厚さ(絶縁層は気体や固体
でも良い)を変えることによっても大きく変化する。こ
れは、ゲート電圧に応じて反転層に誘起される電荷の量
は、ゲート電圧が一定であれば、絶縁層の厚みに反比例
するからである。
Generally, in a MOSFET, when a reverse bias voltage is applied to the gate electrode, charges are induced on the surface of the semiconductor substrate in the portion facing the gate electrode, and a region (channel region) sandwiched between the source region and the drain region is formed. A channel is formed by the inversion layer according to the amount of induced charges. When a bias voltage is applied between the source region and the drain region in this state, carriers move in the channel region, and a current-voltage characteristic (I-V) represented by a certain resistance value.
Characteristic) is obtained. In this case, the larger the voltage applied to the gate electrode (gate voltage) and the smaller the voltage between the source and the drain, the larger the channel is formed, and the resistance between the source and the drain becomes smaller. Since the change in the channel resistance with respect to the gate voltage is extremely large, a minute change in the channel can be used as a detector.
The resistance between the source and the drain described above largely changes not only by the gate voltage but also by changing the thickness of the insulating layer directly under the gate (the insulating layer may be gas or solid). This is because the amount of charges induced in the inversion layer according to the gate voltage is inversely proportional to the thickness of the insulating layer if the gate voltage is constant.

【0007】本発明の力学量センサにおいて、MOSF
ETのゲート電極に相当する変位電極に対して逆バイア
ス電圧を印加すると、上述のMOSFETの場合と同様
に、ソース領域とドレイン領域とで挟まれた部分にチャ
ネルが形成される。振動などの加速度が加わることによ
り、変位電極は、半導体基体の表面すなわちチャネル領
域に対して、遠ざかる方向か近付く方向に変位する。変
位電極が半導体基体の表面から遠ざかる場合には、チャ
ネル領域において誘起される電荷の量が急激に減少し、
チャネルが薄くなり、ソース−ドレイン間の抵抗が増大
する。一方、変位電極が半導体基体の表面に近付く場合
には、チャネル領域において誘起される電荷の量が急激
に増加し、チャネルが厚くなって、ソース−ドレイン間
の抵抗が減少する。したがって、変位電極に一定の逆バ
イアス電圧を印加した状態でソース領域−ドレイン領域
間の抵抗を測定することにより、変位電極の変位量を直
接知ることができ、この変位量からこの力学量センサに
加わった加速度を求めることができる。なお、変位電極
に印加する逆バイアス電圧は反転層の形成に必要な大き
さでなければならないが、真空の誘電率は一般にSiO
2酸化膜の誘電率の1/4程度であるから、バイアス電
圧は同じ構成のMOSFETに比べて約4倍大きな値が
必要である。
In the mechanical quantity sensor of the present invention, the MOSF
When a reverse bias voltage is applied to the displacement electrode corresponding to the gate electrode of ET, a channel is formed in the portion sandwiched between the source region and the drain region, as in the case of the above MOSFET. By applying acceleration such as vibration, the displacement electrode is displaced in a direction away from or toward the surface of the semiconductor substrate, that is, the channel region. When the displacement electrode moves away from the surface of the semiconductor substrate, the amount of charge induced in the channel region sharply decreases,
The channel becomes thinner and the resistance between the source and drain increases. On the other hand, when the displacement electrode approaches the surface of the semiconductor substrate, the amount of charges induced in the channel region sharply increases, the channel becomes thicker, and the resistance between the source and the drain decreases. Therefore, it is possible to directly know the displacement amount of the displacement electrode by measuring the resistance between the source region and the drain region while a constant reverse bias voltage is applied to the displacement electrode. The applied acceleration can be calculated. The reverse bias voltage applied to the displacement electrode must be large enough to form the inversion layer, but the dielectric constant of vacuum is generally SiO.
Since it is about 1/4 of the dielectric constant of the 2 oxide film, the bias voltage needs to be about 4 times larger than that of the MOSFET having the same structure.

【0008】半導体基体に使用される半導体としては、
特に制限はなく、SiやGe、あるいはGaAsなどの
化合物半導体でもよい。また、半導体基体の導電型はp
型、n型のいずれであってもよいが、高速振動の検出に
はp型半導体を用いた方が、n型反転チャネルにできる
キャリアの有効質量が小さいので、好ましい。また、p
型とn型の半導体を組み合わせてコンプリメンタリー型
のものを形成してもよい。ソース領域とドレイン領域は
それぞれ最低1つずつ必要であるが、1つに限定される
ことはなく、複数のソース領域および複数のドレイン領
域が1つの変位電極に対して設けられるようにしてもよ
い。
As the semiconductor used for the semiconductor substrate,
There is no particular limitation, and a compound semiconductor such as Si, Ge, or GaAs may be used. The conductivity type of the semiconductor substrate is p.
Although it may be of either the n-type or the n-type, it is preferable to use the p-type semiconductor for detecting the high-speed vibration because the effective mass of the carrier that can be formed in the n-type inversion channel is small. Also, p
A complementary type may be formed by combining a semiconductor of n-type and a semiconductor of n-type. At least one source region and at least one drain region are required, but the number is not limited to one, and a plurality of source regions and a plurality of drain regions may be provided for one displacement electrode. ..

【0009】このような力学量センサを単一の半導体基
板内に複数形成しその配置を工夫すれば、さまざまな方
向の加速度ベクトルを検出可能なものが得られる。
By forming a plurality of such mechanical sensors in a single semiconductor substrate and devising their arrangement, a sensor capable of detecting acceleration vectors in various directions can be obtained.

【0010】変位電極を半導体基体に取り付けるために
は、半導体基体表面の素子領域以外の部位にスペーサ層
を積層し、このスペーサ層の上面に変位電極の一端を固
着すればよい。このように構成すれば変位電極が片持ち
ばり構造となり、加速度に対して敏感に変位するように
なる。スペーサ層としては、半導体基体表面を酸化させ
て形成された酸化膜などを使用することができる。ま
た、素子領域の上に弾性体を積層し、この弾性体の上面
に変位電極を接着するようにしてもよい。この場合は、
加速度と変位電極の質量とによって弾性体が変形し、こ
の変形による変位電極と素子領域との距離の変化が検出
されることになる。
In order to attach the displacement electrode to the semiconductor substrate, a spacer layer may be laminated on the surface of the semiconductor substrate other than the element region, and one end of the displacement electrode may be fixed to the upper surface of the spacer layer. According to this structure, the displacement electrode has a cantilever structure, and the displacement electrode is sensitive to displacement. As the spacer layer, an oxide film or the like formed by oxidizing the surface of the semiconductor substrate can be used. Alternatively, an elastic body may be laminated on the element region, and the displacement electrode may be bonded to the upper surface of the elastic body. in this case,
The elastic body is deformed by the acceleration and the mass of the displacement electrode, and a change in the distance between the displacement electrode and the element region due to this deformation is detected.

【0011】半導体基体の表面と変位電極との間には、
変位電極が変位するための領域が必要であるが、半導体
基体の表面の安定化を考えて、極めて薄い酸化膜を半導
体基体の表面に設けてもよい。また硫化物、リン化合物
などを用いて半導体基体の表面のダングリングボンドの
安定化を行なってもよい。
Between the surface of the semiconductor substrate and the displacement electrode,
Although a region for displacing the displacement electrode is necessary, an extremely thin oxide film may be provided on the surface of the semiconductor substrate in consideration of stabilization of the surface of the semiconductor substrate. In addition, dangling bonds on the surface of the semiconductor substrate may be stabilized by using a sulfide or a phosphorus compound.

【0012】[0012]

【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照して
説明する。図1(A)は本発明の第1の実施例の力学量セ
ンサの構成を示す模式断面図、図1(B)はX-X線での断面
図、図1(c)は上面図である。
Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings. FIG. 1 (A) is a schematic cross-sectional view showing the structure of the mechanical quantity sensor of the first embodiment of the present invention, FIG. 1 (B) is a cross-sectional view taken along line XX, and FIG. 1 (c) is a top view.

【0013】この実施例では、p型GaAsからなる半
導体基体11を用いている。図に示すように、半導体基
体11の表面には、ソース領域12とドレイン領域13
が設けられ、また、ソース領域12とドレイン領域13
から離れた部位の半導体基体11の表面には、酸化膜1
4が設けられている。酸化膜14の上面には、変位電極
15の一端が固着されている。変位電極15は、長方形
の板状のものであり、その他端は自由端となっていて、
ソース領域12、トレイン領域13、そして半導体基体
11のソース領域12とドレイン領域13とを結ぶ領域
の上方に、せり出すようになっている。すなわち変位電
極15は、酸化膜14に一端が固定された片持ちばり構
造となっている。また、変位電極15は、その自重と加
わる加速度によってその自由端側が半導体基体11に対
して近付く方向あるいは遠ざかる方向にたわむよう、そ
の材質や寸法が選択されている。そして、通常加わる程
度の加速度では、変位電極15の自由端が半導体基体1
1の表面に接触することがないようになっている。な
お、酸化膜14の厚さすなわち変位電極15と半導体基
体11の表面との間隔は、変位電極15に印加される逆
バイアス電圧による電界効果によって半導体基体11の
表面に反転層であるチャネル16が形成される程度の間
隔以下とされている。ソース領域12、ドレイン領域1
3、変位電極15には、それぞれバイアス電圧を印加す
るための端子S,D,Gが接続されている。
In this embodiment, the semiconductor substrate 11 made of p-type GaAs is used. As shown in the figure, the source region 12 and the drain region 13 are formed on the surface of the semiconductor substrate 11.
And a source region 12 and a drain region 13
The oxide film 1 is formed on the surface of the semiconductor substrate 11 at a position away from
4 are provided. One end of the displacement electrode 15 is fixed to the upper surface of the oxide film 14. The displacement electrode 15 has a rectangular plate shape, and the other end is a free end.
The protrusion is formed above the source region 12, the train region 13, and the region connecting the source region 12 and the drain region 13 of the semiconductor substrate 11. That is, the displacement electrode 15 has a cantilever structure in which one end is fixed to the oxide film 14. The material and size of the displacement electrode 15 are selected so that the free end side of the displacement electrode 15 bends toward or away from the semiconductor substrate 11 due to its own weight and acceleration. Then, at an acceleration that is normally applied, the free end of the displacement electrode 15 is moved to the semiconductor substrate 1.
It does not come into contact with the surface of 1. The thickness of the oxide film 14, that is, the distance between the displacement electrode 15 and the surface of the semiconductor substrate 11 depends on the field effect of the reverse bias voltage applied to the displacement electrode 15 so that the channel 16 which is an inversion layer is formed on the surface of the semiconductor substrate 11. It is set to be equal to or less than the interval at which it is formed. Source region 12 and drain region 1
3 and the displacement electrode 15 are connected to terminals S, D and G for applying a bias voltage, respectively.

【0014】次に、この力学量センサの製造方法の一例
について説明する。まず、通常の半導体プロセスによ
り、p型GaASからなる半導体基体11の表面に、S
iイオンをイオン注入して活性化させ、ソース領域12
およびドレイン領域13を形成し、さらに酸化膜14を
厚さ1000Åで形成する。続いて、半導体基体11の
表面(ソース領域12やドレイン領域13を含む)のう
ち、酸化膜14を除いた部分の全面に、酸化膜14の厚
さと同程度のフォトレジスト層(不図示)を形成する。
そののち、フォトレジスト層および酸化膜14の上面の
全面に、蒸着によって厚さ3000Åにチタン膜を形成
し、このチタン膜をフォトリソグラフィ工程によってパ
ターニングして変位電極15とし、最後にウェットのエ
ッチングプロセスによってフォトレジスト層を除去すれ
ばよい。なお、半導体基体11の表面の安定化のため
に、硫化物を用いて表面のダングリングボンドとイオウ
原子とを結合させてある。
Next, an example of a method of manufacturing the mechanical quantity sensor will be described. First, S is formed on the surface of the semiconductor substrate 11 made of p-type GaAs by a normal semiconductor process.
The source region 12 is activated by ion implantation of i ions for activation.
Then, the drain region 13 is formed, and the oxide film 14 is further formed to a thickness of 1000Å. Then, a photoresist layer (not shown) having the same thickness as the oxide film 14 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 11 (including the source region 12 and the drain region 13) except the oxide film 14. Form.
After that, a titanium film having a thickness of 3000 Å is formed on the entire upper surface of the photoresist layer and the oxide film 14 by vapor deposition, and the titanium film is patterned by a photolithography process to form a displacement electrode 15, and finally a wet etching process is performed. The photoresist layer may be removed by. In order to stabilize the surface of the semiconductor substrate 11, dangling bonds on the surface and sulfur atoms are bonded using sulfide.

【0015】次に、この力学量センサの動作について、
主に図1(B)を用いて説明する。
Next, regarding the operation of this mechanical quantity sensor,
The description will be given mainly with reference to FIG.

【0016】MOSFETのゲート電極に相当する変位
電極15に一定の逆バイアス電圧を印加すると、変位電
極15の直下にあたる部分の半導体基体11の表面に
は、反転層であるチャネル16が形成される。図1(B)
では加速度が加わっていないときのチャネル16が実線
aで表わされている。なお、真空あるいは空気に比べ酸
化膜14の誘電率は大きいので、酸化膜14が設けられ
ている部分でチャネル16の厚みが大きくなっている。
When a constant reverse bias voltage is applied to the displacement electrode 15 corresponding to the gate electrode of the MOSFET, a channel 16 which is an inversion layer is formed on the surface of the semiconductor substrate 11 directly below the displacement electrode 15. Figure 1 (B)
Then, the channel 16 when acceleration is not applied is represented by the solid line a. Since the dielectric constant of the oxide film 14 is larger than that of vacuum or air, the thickness of the channel 16 is large at the portion where the oxide film 14 is provided.

【0017】一定の逆バイアス電圧が変位電極15に印
加されているという条件の下で、この力学量センサに振
動などによる加速度が印加されたとする。すると、変位
電極15の自由端側は、加速度の方向と大きさに応じて
たわみ、半導体基体11の方向から遠ざかる方向(図示
一点鎖線)、あるいは半導体基体11の表面に近付く方
向(図示点線)に変位する。変位電極15には逆バイア
ス電圧が印加されているから、この変位にともなって、
チャネル16の形状が変化する。すなわち、変位電極1
5が半導体基体11から遠ざかるように変位するときに
は、チャネル16の形状は、図において一点鎖線bで示
されるように、厚さが薄くなる。一方、半導体基体11
に近付く方向に変位するときは、チャネル16の形状
は、図において点線cで表わされるように、厚みが増
す。チャネル16の断面形状の変化はソース領域12−
ドレイン領域13間の電気抵抗値の変化に直結し、結
局、変位電極15が半導体基体11から遠ざかるように
変位するような加速度が印加されれば、ソース領域12
−ドレイン領域13間の電気抵抗が増加し、逆方向の加
速度が印加されればこの電気抵抗が減少し、電気抵抗の
変化量は加速度の絶対値に対応することになる。したが
って、ソース領域12−ドレイン領域13間の電気抵抗
を監視することにより、この力学量センサに加わる加速
度の方向と大きさを検出することができる。
It is assumed that acceleration due to vibration or the like is applied to the mechanical quantity sensor under the condition that a constant reverse bias voltage is applied to the displacement electrode 15. Then, the free end side of the displacement electrode 15 bends in accordance with the direction and magnitude of acceleration, and moves away from the direction of the semiconductor substrate 11 (dotted line in the figure) or approaches the surface of the semiconductor substrate 11 (dotted line in the figure). Displace. Since a reverse bias voltage is applied to the displacement electrode 15, with this displacement,
The shape of the channel 16 changes. That is, the displacement electrode 1
When 5 is displaced away from the semiconductor body 11, the shape of the channel 16 becomes thin as shown by the chain line b in the figure. On the other hand, the semiconductor substrate 11
When it is displaced in the direction of approaching, the shape of the channel 16 increases in thickness, as indicated by the dotted line c in the figure. The change in the cross-sectional shape of the channel 16 depends on the source region 12-
If an acceleration is applied that is directly connected to the change in the electric resistance value between the drain regions 13 and, in the end, the displacement electrode 15 is displaced away from the semiconductor substrate 11, the source region 12 is obtained.
The electric resistance between the drain regions 13 increases, and if an acceleration in the opposite direction is applied, this electric resistance decreases, and the amount of change in the electric resistance corresponds to the absolute value of the acceleration. Therefore, by monitoring the electrical resistance between the source region 12 and the drain region 13, the direction and magnitude of the acceleration applied to the mechanical quantity sensor can be detected.

【0018】この場合、この力学量センサは通常の半導
体製造プロセスによって形成されるので製造が容易であ
り、また、チャネル16の変化は変位電極15の変位に
対して敏感であるので、高感度に加速度を検出すること
ができる。また、変位電極15を微小に形成できるため
変位電極15が加速度の変化に直ちに追随できるように
なり、応答速度の大きい力学量センサを得ることができ
る。
In this case, since the mechanical quantity sensor is formed by an ordinary semiconductor manufacturing process, it is easy to manufacture, and the change of the channel 16 is sensitive to the displacement of the displacement electrode 15, so that it is highly sensitive. Acceleration can be detected. Further, since the displacement electrode 15 can be formed minutely, the displacement electrode 15 can immediately follow the change in acceleration, and a mechanical quantity sensor having a high response speed can be obtained.

【0019】次に本実施例の第2の実施例について説明
する。図2(A)は本実施例の力学量センサの構成を示す
模式断面図、図2(B)はY-Y線での断面図である。この実
施例は、半導体基体11としてp型Siを用い、さらに
半導体基体11の表面に熱酸化膜17を設けた例であ
る。
Next, a second embodiment of this embodiment will be described. FIG. 2A is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the mechanical quantity sensor of this embodiment, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line YY. This embodiment is an example in which p-type Si is used as the semiconductor substrate 11, and a thermal oxide film 17 is further provided on the surface of the semiconductor substrate 11.

【0020】この力学量センサの製造方法の一例を説明
する。まず、p型Siからなる半導体基体21の表面を
熱酸化させて厚さ100Åの熱酸化膜17を形成した。
次に、イオン注入を用いてP(リン)イオンを注入し、
活性化させてソース領域12およびドレイン領域13を
形成した。そしてソース領域12およびドレイン領域1
3から離れた位置の熱酸化膜17の上に厚さ1000Å
の酸化膜14を形成した。そののち、上述の第1の実施
例と同様の方法により、変位電極15を形成した。この
実施例では、変位電極15として厚さ1000Åのタン
グステン膜を使用している。
An example of a method of manufacturing this mechanical quantity sensor will be described. First, the surface of the semiconductor substrate 21 made of p-type Si was thermally oxidized to form a thermal oxide film 17 having a thickness of 100Å.
Next, P (phosphorus) ions are implanted using ion implantation,
It was activated to form the source region 12 and the drain region 13. And the source region 12 and the drain region 1
1000 Å on the thermal oxide film 17 at a position away from 3
Oxide film 14 was formed. After that, the displacement electrode 15 was formed by the same method as in the above-described first embodiment. In this embodiment, a 1000 Å thick tungsten film is used as the displacement electrode 15.

【0021】この力学量センサでは、バイアスの印加、
動作は第1の実施例と同じであるが、半導体基体11の
表面に熱酸化膜17を形成したため、変位電極15の直
下の部分の電気容量が、等価的にコンデンサを直列接続
したものとなり、このため変位電極15に加える逆バイ
アス電圧は第1の実施例に比べ高い電圧が必要となった
が、安定度は極めて良好であった。
In this mechanical quantity sensor, bias application,
The operation is the same as that of the first embodiment, but since the thermal oxide film 17 is formed on the surface of the semiconductor substrate 11, the electric capacitance of the portion immediately below the displacement electrode 15 is equivalent to that of capacitors connected in series, Therefore, the reverse bias voltage applied to the displacement electrode 15 needs to be higher than that in the first embodiment, but the stability is extremely good.

【0022】次に本実施例の第3の実施例について説明
する。図3は本実施例の力学量センサの構成を示す模式
断面図である。この実施例では半導体基体11としてp
型Siを用い、さらに半導体基体11の表面に熱酸化膜
17と弾性体18を積層し、変位電極15が弾性体18
によって半導体基体11に対して保持されるようにした
ものである。したがって、変位電極15を片持ちばり構
造で支持するための酸化膜14は設けられていない。
Next, a third embodiment of this embodiment will be described. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the mechanical quantity sensor of this embodiment. In this embodiment, p is used as the semiconductor substrate 11.
Type Si, a thermal oxide film 17 and an elastic body 18 are further laminated on the surface of the semiconductor substrate 11, and the displacement electrode 15 is made of the elastic body 18.
Is held by the semiconductor substrate 11. Therefore, the oxide film 14 for supporting the displacement electrode 15 in a cantilever structure is not provided.

【0023】この力学量センサの製造方法の一例を説明
する。まず、p型Siからなる半導体基体11の表面を
熱酸化させて厚さ100Åの熱酸化膜17を形成した。
次に、イオン注入を用いてP(リン)イオンを注入し、
活性化させてソース領域12およびドレイン領域13を
形成した。そして、ソース領域12およびドレイン領域
13に対応する位置にまたがるよう、熱酸化膜17の上
に厚さ1000Åの弾性体18を形成した。この弾性体
18は、例えば厚さ2000〜5000Å程度のシリコ
ンゴムなどからなり、スピナーなどによる塗布法で形成
できる。そののち、弾性体18の上に変位電極15を熱
圧着した。この場合、変位電極15が弾性体18で支持
されているので、変位電極15の変位量を確保するため
には、変位電極15の質量を上述の各実施例よりも重く
する必要がある。このため、変位電極としては、厚さ5
0μm程度の銀板を用いた。
An example of a method of manufacturing this mechanical quantity sensor will be described. First, the surface of the semiconductor substrate 11 made of p-type Si was thermally oxidized to form a thermal oxide film 17 having a thickness of 100Å.
Next, P (phosphorus) ions are implanted using ion implantation,
It was activated to form the source region 12 and the drain region 13. Then, an elastic body 18 having a thickness of 1000 Å was formed on the thermal oxide film 17 so as to extend over the positions corresponding to the source region 12 and the drain region 13. The elastic body 18 is made of, for example, silicon rubber having a thickness of about 2000 to 5000 Å and can be formed by a coating method using a spinner or the like. After that, the displacement electrode 15 was thermocompression bonded onto the elastic body 18. In this case, since the displacement electrode 15 is supported by the elastic body 18, in order to secure the displacement amount of the displacement electrode 15, it is necessary to make the mass of the displacement electrode 15 heavier than that in each of the above-described embodiments. Therefore, the displacement electrode has a thickness of 5
A silver plate of about 0 μm was used.

【0024】この実施例では、加速度が加わったときに
変位電極15の自重によって弾性体18が変形すること
により、変位電極15と半導体基体11との間隔が変化
し、加速度が検出できることになる。
In this embodiment, the elastic body 18 is deformed by the own weight of the displacement electrode 15 when acceleration is applied, so that the distance between the displacement electrode 15 and the semiconductor substrate 11 changes, and the acceleration can be detected.

【0025】[0025]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、MOS型
FET構造において、ゲート電極に相当する変位電極が
印加される力学量によって変位できるようにすることに
より、微小な変位電極の変位をコンダクタンスの大きな
変化として検出できるので、高感度であって、製造が容
易であり、検出信号の処理も容易である力学量センサを
得ることができるという効果がある。
As described above, according to the present invention, in the MOS type FET structure, the displacement electrode corresponding to the gate electrode can be displaced by the applied mechanical amount, so that the displacement of the minute displacement electrode can be reduced. Since it can be detected as a large change in, a mechanical quantity sensor that has high sensitivity, is easy to manufacture, and can easily process a detection signal can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】(A)は本発明の第1の実施例の力学量センサの
構成を示す模式断面図、(B)はX-X線での断面図、(c)は
この力学量センサの上面図である。
1A is a schematic cross-sectional view showing the structure of a mechanical quantity sensor according to a first embodiment of the present invention, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line XX, and FIG. 1C is a top view of the mechanical quantity sensor. Is.

【図2】(A)は本発明の第2の実施例の力学量センサの
構成を示す模式断面図、(B)はY-Y線での断面図である。
2A is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a mechanical quantity sensor according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line YY.

【図3】本発明の第3の実施例の力学量センサの構成を
示す模式断面図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the mechanical quantity sensor of the third embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 半導体基体 12 ソース領域 13 ドレイン領域 14 酸化膜 15 変位電極 16 チャネル 17 熱酸化膜 18 弾性体 11 semiconductor substrate 12 source region 13 drain region 14 oxide film 15 displacement electrode 16 channel 17 thermal oxide film 18 elastic body

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 力学量を検出する力学量センサであっ
て、 第1の導電型の半導体基体と、 前記半導体基体の表面内に少なくとも1つ設けられた前
記第1の導電型と異なる第2の導電型のソース領域と、 前記半導体基体の表面内に前記ソース領域から離れて少
なくとも1つ設けられた前記第2の導電型のドレイン領
域と、 前記半導体基体の表面の前記ソース領域および前記ドレ
イン領域を一体的に含む領域を素子領域とするとき、前
記素子領域に対して電界効果を及ぼし得る程度離隔して
設けられかつ前記素子領域に対して変位可能である変位
電極とを有する力学量センサ。
1. A mechanical quantity sensor for detecting a mechanical quantity, comprising: a semiconductor body of a first conductivity type; and a second conductivity type provided in at least one of the semiconductor body and different from the first conductivity type. Source region of conductivity type, the second conductivity type drain region provided in the surface of the semiconductor substrate at a distance from the source region, and the source region and the drain of the surface of the semiconductor substrate. When a region integrally including a region is set as an element region, a mechanical quantity sensor having a displacement electrode which is provided so as to be separated from the element region to such an extent that an electric field effect can be exerted and is displaceable with respect to the element region. ..
【請求項2】 変位電極と素子領域との間には、少なく
とも1層の固体層が設けられている請求項1記載の力学
量センサ。
2. The mechanical quantity sensor according to claim 1, wherein at least one solid layer is provided between the displacement electrode and the element region.
【請求項3】 変位電極が、素子領域以外の部位におい
て、半導体基体に対しスペーサ層を介して取り付けられ
ている請求項1または2記載の力学量センサ。
3. The mechanical quantity sensor according to claim 1, wherein the displacement electrode is attached to the semiconductor substrate via a spacer layer in a region other than the element region.
【請求項4】 スペーサ層が半導体基体に用いた半導体
材料の酸化物からなる請求項3記載の力学量センサ。
4. The mechanical quantity sensor according to claim 3, wherein the spacer layer is made of an oxide of the semiconductor material used for the semiconductor substrate.
【請求項5】 素子領域と変位電極との間に弾性体が充
填され、前記変位電極が前記弾性体によって半導体基体
に保持されている請求項1または2記載の力学量セン
サ。
5. The mechanical quantity sensor according to claim 1, wherein an elastic body is filled between the element region and the displacement electrode, and the displacement electrode is held on the semiconductor substrate by the elastic body.
【請求項6】 請求項1ないし5いずれか1項に記載の
力学量センサにおいて、変位電極が前記力学量センサに
加わる加速度によって変位することを特徴とする力学量
センサ。
6. The mechanical quantity sensor according to claim 1, wherein the displacement electrode is displaced by an acceleration applied to the mechanical quantity sensor.
【請求項7】 前記ソース領域と前記ドレイン領域との
間にバイアス電圧を印加する手段と、前記ソース領域と
前記ドレイン領域のいずれか一方と前記変位電極との間
にバイアス電圧を印加する手段とを有する請求項1ない
し6いずれか1項に記載の力学量センサ。
7. A means for applying a bias voltage between the source region and the drain region, and a means for applying a bias voltage between any one of the source region and the drain region and the displacement electrode. The mechanical quantity sensor according to claim 1, further comprising:
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JP (1) JPH05180866A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6154580A (en) * 1997-07-28 2000-11-28 Nec Corporation Tactile sensor and fingerprint sensor using same

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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