JPH07231103A - Semiconductor dynamic-quantity sensor apparatus and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor dynamic-quantity sensor apparatus and manufacture thereof

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Publication number
JPH07231103A
JPH07231103A JP32062294A JP32062294A JPH07231103A JP H07231103 A JPH07231103 A JP H07231103A JP 32062294 A JP32062294 A JP 32062294A JP 32062294 A JP32062294 A JP 32062294A JP H07231103 A JPH07231103 A JP H07231103A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
sensor device
semiconductor
polycrystalline silicon
temperature
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP32062294A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuhiko Kano
加納  一彦
Yukihiro Takeuchi
竹内  幸裕
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
NipponDenso Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NipponDenso Co Ltd filed Critical NipponDenso Co Ltd
Priority to JP32062294A priority Critical patent/JPH07231103A/en
Publication of JPH07231103A publication Critical patent/JPH07231103A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To provide the semiconductor dynamic-quantity sensor apparatus having a structure which can decrease the residual stress at a beam-shaped part without heat treatment for a long time at high temperature and the manufacturing method for forming the apparatus at low heat-treating temperature matching an IC process. CONSTITUTION:When polysilicon is formed on the main surface of a P-type silicon substrate 17, the P-type silicon substrate 17 is held at 575 deg.C or lower (the specified temperature where tensile stress is generated in the polysilicon). Thereafter, a beam-shaped movable electrode 24 is formed by partially etching out the formed polysilicon. Thereafter, heat treatment is performed for the P-type silicon substrate 17 at 950 deg.C (the temperature where the tensile stress generated in the polysilicon in film formation is alleviated until the temperature becomes substantially zero, and the temperature where the diffusion of impurities introduced into the P-type polysilicon substrate 17 is substantially suppressed). In this way, the semiconductor acceleration sensor having the beam-shaped part and the movable part comprising the polysilicon having the less residual stress, whose crystal-particle diameter is 100 nm or less, is obtained.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は変位自在な可動部を有す
る半導体力学量センサ装置に係わり、特に自動車などの
移動体の車体制御、エンジン制御、エアバック制御等に
好適な半導体力学量センサ装置及びその製造方法に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor dynamic quantity sensor device having a displaceable movable part, and more particularly to a semiconductor dynamic quantity sensor device suitable for vehicle body control, engine control, airbag control, etc. of a moving body such as an automobile. And a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、薄膜梁構造を有し、外力(加速度
センサ等)を検出する力学量センサ装置として、圧電効
果を利用した圧電式、差動トランスを利用した磁気式、
あるいは半導体式でシリコンの微細加工技術を駆使した
半導体歪ゲージ式や静電容量式、MISFET型等のも
のが広く知られている。この中で低加速度レベル、低周
波数レベルを精度良く検出でき、安価で大量生産に適し
ている方式として半導体式は最も有望視されている。そ
して、半導体式においては、小型化の要求のもとにその
可動部の薄膜化は必然とされている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a mechanical quantity sensor device having a thin film beam structure for detecting an external force (acceleration sensor etc.), a piezoelectric type utilizing a piezoelectric effect, a magnetic type utilizing a differential transformer,
Alternatively, a semiconductor type such as a semiconductor strain gauge type, a capacitance type, or a MISFET type, which makes full use of silicon microfabrication technology, is widely known. Among them, the semiconductor type is regarded as the most promising as a method that can detect a low acceleration level and a low frequency level with high accuracy and is suitable for mass production at a low cost. In the case of the semiconductor type, it is inevitable that the movable part is made thin due to the demand for miniaturization.

【0003】このような薄膜梁構造を有する半導体力学
量センサ装置の従来例として、SAE910496に示
されたものがある。図20はその半導体力学量センサ装
置を示す図である。これは、シリコン基板上に表面マイ
クロマシニング技術を用いて多結晶シリコンで可動電極
を形成し、加速度に伴う可動電極−固定電極間の静電容
量変化で加速度を検出するようにしたものである。
As a conventional example of a semiconductor dynamic quantity sensor device having such a thin film beam structure, there is one shown in SAE910496. FIG. 20 is a diagram showing the semiconductor mechanical quantity sensor device. In this technique, a movable electrode is formed of polycrystalline silicon on a silicon substrate by using a surface micromachining technique, and the acceleration is detected by a change in capacitance between the movable electrode and the fixed electrode due to the acceleration.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図20
に示したような両持ち梁状部を持つ構造は、製造時にお
いて残留応力(特に圧縮応力)により、構造体が本来設
計した形状から変形してしまうという問題がある。多結
晶シリコンの残留応力は、高温で長時間の熱処理(アニ
ール)によりある程度まで低減することはできるが、I
Cプロセスと整合性が取れなくなるという問題がある。
すなわち、小型化等のために同一基板上に上記半導体力
学量センサ装置とMOSFET等から成る他の制御回路
(半導体力学量センサ装置の検出回路等)を形成しよう
とした場合、あまり高温で熱処理するとMOSFETと
して基板に導入した不純物が熱によって拡散してしま
い、特性が変わってしまうという問題があった。また時
間的にも無駄が多くなって生産性の低下にもなってしま
い、実用的ではなかった。
However, as shown in FIG.
The structure having the doubly supported beam-like portion as shown in (1) has a problem that the structure is deformed from the originally designed shape due to residual stress (particularly compressive stress) at the time of manufacturing. The residual stress of polycrystalline silicon can be reduced to some extent by heat treatment (annealing) at high temperature for a long time.
There is a problem that it is not compatible with the C process.
That is, when it is attempted to form another control circuit (a detection circuit of a semiconductor dynamical amount sensor device, etc.) including the semiconductor dynamical amount sensor device and a MOSFET etc. on the same substrate for downsizing, etc. There is a problem that the impurities introduced into the substrate as the MOSFET are diffused by heat and the characteristics are changed. In addition, it is not practical because it wastes a lot of time and also reduces productivity.

【0005】そこで本発明の目的は、高温で長時間の熱
処理をすることなく梁状部の残留応力を低減できる構造
の半導体力学量センサ装置及びそれをICプロセスと整
合性のとれる低い熱処理温度で形成する製造方法を提供
することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor dynamic quantity sensor device having a structure capable of reducing the residual stress of a beam-like portion without performing a heat treatment at a high temperature for a long time, and at a low heat treatment temperature compatible with an IC process. It is to provide a manufacturing method for forming.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に成された請求項1記載の発明である半導体力学量セン
サ装置は、基板主表面上に多結晶シリコンを形成する第
1の工程と、この多結晶シリコンを部分的にエッチング
除去し梁形状の可動部を形成する第2の工程とを備え、
外力の作用に伴う前記可動部の変位に基づいてこの外力
を検出するようにした半導体力学量センサ装置であっ
て、この半導体力学量センサ装置は、外力を検出し信号
を出力する外力検出部とこの外力検出信号を処理するM
OSFETからなる制御回路とを少なくとも同ーの基板
表面上に形成して製造されるものであって、前記第1の
工程の際に、多結晶シリコンに引っ張り応力を生じさせ
る所定の温度で前記基板を保ちつつ前記多結晶シリコン
を形成し、前記第2の工程の後に、さらに前記多結晶シ
リコンに生じた引っ張り応力を実質的に零となるまで緩
和すると共に前記MOSFETとして前記基板に導入し
た不純物の拡散を実質的に抑止する温度でもって前記基
板に対して熱処理を行う第3の工程を行うことを特徴と
している。
In order to achieve the above object, the semiconductor dynamical amount sensor device according to the invention of claim 1 has a first step of forming polycrystalline silicon on a main surface of a substrate. And a second step of partially removing the polycrystalline silicon by etching to form a beam-shaped movable portion,
A semiconductor dynamical quantity sensor device for detecting the external force based on the displacement of the movable part due to the action of the external force, wherein the semiconductor dynamical quantity sensor device detects an external force and outputs a signal. M for processing this external force detection signal
A substrate is manufactured by forming a control circuit including an OSFET on at least the same substrate surface, and the substrate is provided at a predetermined temperature that causes tensile stress in the polycrystalline silicon during the first step. The polycrystalline silicon is formed while maintaining the above condition, and after the second step, the tensile stress generated in the polycrystalline silicon is further relaxed until it becomes substantially zero, and the impurities introduced into the substrate as the MOSFET are removed. It is characterized in that a third step of heat-treating the substrate is carried out at a temperature at which diffusion is substantially suppressed.

【0007】また、請求項2に記載の発明によれば、請
求項1において、前記第1の工程における基板の設定温
度を575℃以下とし、請求項3によれば、請求項1に
おいて、前記第1の工程における基板の設定温度を57
0℃とし、且つ前記第3の工程における基板に対する熱
処理温度を950℃とし、請求項4によれば、請求項1
において、前記外力検出部と前記制御回路とを構成する
各種部材のうち、少なくとも前記基板主表面に対して重
畳位置関係が共通であると共に同ーの材料で構成される
部材は、前記基板主表面上において選択的に同ーの工程
にて形成される。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the set temperature of the substrate in the first step is set to 575 ° C. or lower, and according to the third aspect, in the first aspect, the Set the temperature of the substrate in the first step to 57
The heat treatment temperature for the substrate in the third step is 950 ° C., and according to claim 4,
In the various members forming the external force detecting unit and the control circuit, a member having a common superposition positional relationship with at least the substrate main surface and made of the same material is the substrate main surface. It is selectively formed in the same process as above.

【0008】また上記目的を達成するために成された請
求項5記載の発明である半導体力学量センサ装置の製造
方法は、基板主表面上に絶縁膜を形成する第1の工程
と、この絶縁膜上の多結晶シリコンを形成する第2の工
程と、この多結晶シリコンを部分的にエッチング除去し
て梁状部を形成する第3の工程と、この梁状部の下の前
記絶縁膜を犠牲層としてエッチングすることにより梁構
造体を形成する第4の工程とを備え、前記梁構造体は外
力の作用に伴い自在に変位する可動部を有し、この可動
部の変位に基づいてこの外力を検出するようにした半導
体力学量センサ装置の製造方法であって、この半導体力
学量センサ装置は、前記梁構造体とこの梁構造体からの
外力検出信号を処理するMOSFETからなる制御回路
とを少なくとも同ーの基板主表面上に形成して製造され
たものであって、前記第2の工程の際に、多結晶シリコ
ンに引っ張り応力を生じさせる所定の温度で前記基板を
保ちつつ前記多結晶シリコンを形成し、その後の第4の
工程までに前記多結晶シリコンに生じた引っ張り応力を
実質的に零となるまで緩和すると共に前記MOSFET
として前記基板に導入した不純物の拡散を実質的に抑止
する温度でもって前記基板に対して熱処理を行う第5の
工程を行うことを特徴としている。
Further, in order to achieve the above object, the method for manufacturing a semiconductor dynamical amount sensor device according to claim 5 of the present invention comprises a first step of forming an insulating film on the main surface of the substrate, and the insulating step. The second step of forming polycrystalline silicon on the film, the third step of partially etching away the polycrystalline silicon to form a beam-shaped portion, and the insulating film below the beam-shaped portion A fourth step of forming a beam structure by etching as a sacrificial layer, wherein the beam structure has a movable portion that is freely displaced by the action of an external force, and based on the displacement of the movable portion, A method for manufacturing a semiconductor dynamical amount sensor device for detecting an external force, wherein the semiconductor dynamical amount sensor device includes a control circuit including the beam structure and a MOSFET that processes an external force detection signal from the beam structure. At least the same It is manufactured by being formed on a main surface of a substrate, and the polycrystalline silicon is formed while maintaining the substrate at a predetermined temperature that causes tensile stress in the polycrystalline silicon in the second step. The tensile stress generated in the polycrystalline silicon by the subsequent fourth step is relaxed to substantially zero and the MOSFET is
As a fifth aspect, the fifth step of performing heat treatment on the substrate is performed at a temperature at which diffusion of impurities introduced into the substrate is substantially suppressed.

【0009】また、請求項6に記載の発明によれば、請
求項5において、前記第2の工程における基板の設定温
度を575℃以下とし、請求項7によれば、請求項5に
おいて、前記第2の工程における基板の設定温度を57
0℃とし、且つ前記第5の工程における基板に対する熱
処理温度を950℃とすることを特徴とし、請求項8に
よれば、請求項5において、前記梁構造体と前記制御回
路とを構成する各種部材のうち、前記基板主表面に対し
て重畳位置関係が共通であると共に同ーの材料で構成さ
れる部材は、前記基板主表面上において少なくとも同ー
の工程にて形成される。
According to a sixth aspect of the invention, in the fifth aspect, the set temperature of the substrate in the second step is 575 ° C. or lower, and the seventh aspect is the fifth aspect. Set the temperature of the substrate in the second step to 57
The heat treatment temperature for the substrate in the fifth step is set to 0 ° C., and the heat treatment temperature to the substrate is set to 950 ° C. According to claim 8, in claim 5, various types constituting the beam structure and the control circuit are provided. Among the members, a member having the same overlapping positional relationship with the main surface of the substrate and made of the same material is formed on the main surface of the substrate in at least the same step.

【0010】また、請求項9によれば、本発明において
製造される半導体力学量センサ装置の可動部および梁構
造体は多結晶シリコンからなり、その結晶粒径が100
nm以下であることを特徴としている。なお、本発明に
おいて、可動部に作用する外力とは、実施例に示される
加速度の他に、各種圧力、静電気力、電磁気力など可動
部が変位可能なあらゆる力を示す。
According to a ninth aspect of the present invention, the movable portion and the beam structure of the semiconductor dynamical amount sensor device manufactured in the present invention are made of polycrystalline silicon and have a crystal grain size of 100.
It is characterized in that it is less than or equal to nm. In the present invention, the external force acting on the movable portion refers to any force capable of displacing the movable portion such as various pressures, electrostatic force, electromagnetic force, etc. in addition to the acceleration shown in the embodiment.

【0011】[0011]

【作用及び発明の効果】上記のように成された請求項1
記載の発明によれば、基板主表面上に多結晶シリコンが
形成される(第1の工程)際に、多結晶シリコンに引っ
張り応力を生じさせる所定の温度で基板が保たれつつ多
結晶シリコンが形成され、そして、この多結晶シリコン
が部分的にエッチング除去されて梁形状の可動部が形成
された(第2の工程)後に、多結晶シリコンに生じた引
っ張り応力が実質的に零となるまで緩和されると共に、
MOSFETとして基板に導入した不純物の拡散が実質
的に抑止される温度でもって基板に対して熱処理が行な
われる(第3の工程)。これにより、高温で長時間の熱
処理をすることなく梁状部の残留応力を低減できる構造
の半導体力学量センサ装置が得られ、ICプロセスと整
合性のとれる低い熱処理温度で半導体力学量センサ装置
が製造可能となる。
[Operation and effects of the invention] Claim 1 constructed as described above.
According to the invention described above, when the polycrystalline silicon is formed on the main surface of the substrate (first step), the polycrystalline silicon is formed while the substrate is kept at a predetermined temperature that causes tensile stress in the polycrystalline silicon. After the polycrystalline silicon is formed and the beam-shaped movable portion is formed by partially removing the polycrystalline silicon by etching (second step), the tensile stress generated in the polycrystalline silicon becomes substantially zero. It will be alleviated
The substrate is heat-treated at a temperature at which diffusion of impurities introduced into the substrate as a MOSFET is substantially suppressed (third step). As a result, it is possible to obtain a semiconductor dynamic quantity sensor device having a structure capable of reducing the residual stress of the beam-shaped portion without performing a heat treatment at a high temperature for a long time, and the semiconductor dynamic quantity sensor device at a low heat treatment temperature compatible with the IC process. Can be manufactured.

【0012】なお、このときの第1の工程における基板
の設定温度を575℃以下としたり、また、第1の工程
における基板の設定温度を570℃としてポリシリコン
を成膜し、且つ第3の工程における基板に対する熱処理
温度をICプロセスと整合のとれる950℃とすること
が好適である。上記にような製造方法により、多結晶シ
リコンからなる可動部および梁構造体は、その結晶粒径
が100nm以下とすることができ、梁状部の残留応力
を実質零にすることができる。
At this time, the substrate set temperature in the first step is set to 575 ° C. or lower, or the substrate set temperature in the first step is set to 570 ° C. to form a polysilicon film, and the third film is formed. The heat treatment temperature for the substrate in the step is preferably 950 ° C., which is compatible with the IC process. By the manufacturing method as described above, the crystal grain size of the movable portion and the beam structure made of polycrystalline silicon can be 100 nm or less, and the residual stress of the beam-shaped portion can be substantially zero.

【0013】[0013]

【実施例】以下、この発明を具体化したー実施例を図面
に従って説明する。図1は半導体プロセスによって製造
され、例えば加速度の作用に伴って変位する両持ち梁状
部を有する半導体力学量センサ装置の平面図を示す図で
ある。又、図2は図1のA−A断面を示し、図3は図1
のB−B断面を示す。
Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a plan view of a semiconductor dynamic quantity sensor device which is manufactured by a semiconductor process and has a doubly supported beam-like portion which is displaced by the action of acceleration, for example. 2 shows a cross section taken along the line AA of FIG. 1, and FIG.
3 shows a cross section taken along line BB of FIG.

【0014】P型シリコン基板1上には絶縁膜2が形成
され、絶縁膜2はSiO2 ,Si34 等よりなる。
又、P型シリコン基板1上には、絶縁膜2の無い長方形
状の領域、即ち、空隙部3が形成されている(図1参
照)。絶縁膜2の上には、空隙部3を架設するように両
持ち梁構造の可動電極4(可動部)が配置されている。
この可動電極4は帯状にて直線的に延び、結晶粒径が約
50nmのポリシリコン(多結晶シリコン)よりなる。
又、絶縁膜2によりP型シリコン基板1と可動電極4と
が絶縁されている。
An insulating film 2 is formed on a P-type silicon substrate 1, and the insulating film 2 is made of SiO 2 , Si 3 N 4 or the like.
Further, a rectangular region without the insulating film 2, that is, a void portion 3 is formed on the P-type silicon substrate 1 (see FIG. 1). On the insulating film 2, a movable electrode 4 (movable portion) having a double-supported beam structure is arranged so as to bridge the void 3.
The movable electrode 4 linearly extends in a strip shape and is made of polysilicon (polycrystalline silicon) having a crystal grain size of about 50 nm.
The insulating film 2 insulates the P-type silicon substrate 1 and the movable electrode 4 from each other.

【0015】尚、可動電極4の下部における空隙部3
は、絶縁膜2の一部が犠牲層としてエッチングされるこ
とにより形成されるものである。この犠牲層エッチング
の際には、エッチング液として、可動電極4がエッチン
グされず、犠牲層である絶縁膜2がエッチングされるエ
ッチング液が使用される。又、絶縁膜2上には層間絶縁
膜5が配置され、その上にはコンタクトホール7を介し
て可動電極4と電気的接続するためのアルミ配線6が配
置されている。
The gap 3 below the movable electrode 4
Is formed by etching a part of the insulating film 2 as a sacrificial layer. When the sacrifice layer is etched, an etching solution that does not etch the movable electrode 4 but etches the insulating film 2 that is the sacrifice layer is used as the etching solution. An interlayer insulating film 5 is arranged on the insulating film 2, and an aluminum wiring 6 for electrically connecting to the movable electrode 4 via a contact hole 7 is arranged thereon.

【0016】図3において、P型シリコン基板1上にお
ける可動電極4の両側には不純物拡散層からなる固定電
極8,9が形成され、この固定電極8,9はP型シリコ
ン基板1にイオン注入等によりN型不純物を導入するこ
とによって形成されたものである。又、図1に示すよう
に、P型シリコン基板1には不純物拡散層からなる配線
10,11が形成され、配線10,11はP型シリコン
基板1にイオン注入等によりN型不純物を導入すること
によって形成されたものである。そして、固定電極8と
配線10、固定電極9と配線11とはそれぞれ電気的に
接続されている。
In FIG. 3, fixed electrodes 8 and 9 made of impurity diffusion layers are formed on both sides of the movable electrode 4 on the P-type silicon substrate 1, and the fixed electrodes 8 and 9 are ion-implanted into the P-type silicon substrate 1. It is formed by introducing N-type impurities. Further, as shown in FIG. 1, wirings 10 and 11 made of an impurity diffusion layer are formed in the P-type silicon substrate 1, and the wirings 10 and 11 introduce N-type impurities into the P-type silicon substrate 1 by ion implantation or the like. It is formed by The fixed electrode 8 and the wiring 10 are electrically connected to each other, and the fixed electrode 9 and the wiring 11 are electrically connected to each other.

【0017】さらに、配線10はコンタクトホール12
を介してアルミ配線13と電気的に接続されている。
又、配線11はコンタクトホール14を介してアルミ配
線15と電気的に接続されている。そして、アルミ配線
13,15及び6は外部の電子回路と接続されている。
又、図3に示すように、P型シリコン基板1における固
定電極8,9間には、反転層16が形成され、同反転層
16は可動電極(両持ち梁)4に電圧を印加することに
より生じたものである。
Further, the wiring 10 has a contact hole 12
It is electrically connected to the aluminum wiring 13 via.
Further, the wiring 11 is electrically connected to the aluminum wiring 15 through the contact hole 14. The aluminum wirings 13, 15 and 6 are connected to an external electronic circuit.
Further, as shown in FIG. 3, an inversion layer 16 is formed between the fixed electrodes 8 and 9 on the P-type silicon substrate 1, and the inversion layer 16 applies a voltage to the movable electrode (double-supported beam) 4. It was caused by.

【0018】次に、このように構成した半導体力学量セ
ンサ装置の製造工程を図4〜図13を用いて説明する。
ここで、図面の左側にセンサ、右側には処理回路に必要
なトランジスタの工程(ICプロセス)を示す。図4に
示すように、P型シリコン基板17を用意し、フォトリ
ソ工程を経て、イオン注入等によりセンサやトランジス
タのソース・ドレインの配線部分となるN型拡散層1
8,19,20,21を形成する。
Next, the manufacturing process of the semiconductor dynamical quantity sensor device thus constructed will be described with reference to FIGS.
Here, a sensor is shown on the left side of the drawing, and a process of a transistor (IC process) necessary for a processing circuit is shown on the right side. As shown in FIG. 4, a P-type silicon substrate 17 is prepared, a photolithography process is performed, and an N-type diffusion layer 1 serving as a source / drain wiring portion of a sensor or a transistor is formed by ion implantation or the like.
8, 19, 20, 21 are formed.

【0019】そして、図5に示すように、その一部が犠
牲層となる絶縁膜22をセンサ作製部に形成する。尚、
このとき、基板全体に絶縁膜22を成膜し後からトラン
ジスタ作製部上の絶縁膜を除去してもよい。さらに、図
6に示すように、ゲート酸化によりトランジスタ作製部
分上にゲート酸化膜23を形成する。
Then, as shown in FIG. 5, an insulating film 22, a part of which serves as a sacrifice layer, is formed in the sensor manufacturing portion. still,
At this time, the insulating film 22 may be formed over the entire substrate, and then the insulating film over the transistor formation portion may be removed. Further, as shown in FIG. 6, a gate oxide film 23 is formed on the transistor manufacturing portion by gate oxidation.

【0020】次に、P型シリコン基板17を570℃一
定に保ち、ポリシリコンをLPCVD等により成膜す
る。この時、SiH4 は80sccmであり、デポ圧は
167mtoorであった。その後図7に示すように、
フォトリソ工程を経てドライエッチ等でセンサの可動電
極24及びトランジスタのゲート電極25をパターニン
グする。
Next, while keeping the P-type silicon substrate 17 at 570 ° C. constant, polysilicon is deposited by LPCVD or the like. At this time, SiH 4 was 80 sccm, and the deposition pressure was 167 mtoor. Then, as shown in FIG.
After the photolithography process, the movable electrode 24 of the sensor and the gate electrode 25 of the transistor are patterned by dry etching or the like.

【0021】そしてこの後、P型シリコン基板17に対
して950℃の温度で3時間、不活性ガス雰囲気中にお
いてアニールする。図15はアニール温度に対する残留
応力の関係を示す図である。図のように基板温度570
℃でポリシリコンを成膜すれば、950℃という低い熱
処理温度でポリシリコン内の残留応力をほぼ0付近まで
低減することができるが、基板温度580℃(Si
4 :80sccm,デポ圧:184mtoor)では
ICプロセスに影響しない熱処理温度(950℃)では
残留応力をさほど低減できず、また例え高温熱処理でも
その残留応力を0付近まで近づけることはできないこと
が分かる。なお製作条件でデポ圧に若干の違いがある
が、この工程においてデポ圧の差は殆ど問題とならな
い。
After that, the P-type silicon substrate 17 is annealed at a temperature of 950 ° C. for 3 hours in an inert gas atmosphere. FIG. 15 is a graph showing the relationship between the annealing temperature and the residual stress. Substrate temperature 570 as shown
If the polysilicon film is formed at a temperature of 950 ° C., the residual stress in the polysilicon can be reduced to almost 0 at a heat treatment temperature as low as 950 ° C.
At H 4 : 80 sccm, deposition pressure: 184 mtoor), it can be seen that the residual stress cannot be reduced so much at the heat treatment temperature (950 ° C.) that does not affect the IC process, and even if the high temperature heat treatment is performed, the residual stress cannot be brought close to 0. . Although there is a slight difference in the deposition pressure depending on the manufacturing conditions, the difference in the deposition pressure does not pose a problem in this process.

【0022】図16は570℃でポリシリコンを成膜し
た後の図7中の領域Cを観察したTEM写真であり、図
17はそれを950℃×3時間のアニールを施した後の
TEM写真である。また図18は580℃でポリシリコ
ンを成膜した後のTEM写真であり、図19はそれを1
150℃×3時間のアニールを施した後のTEM写真で
ある。このように基板温度を570℃としてポリシリコ
ンを成膜すれば、950℃という低い熱処理温度でその
結晶粒径を50nm以下にすることができ、ポリシリコ
ン内の残留応力をほぼ0(零)付近まで低減することが
できるが、基板温度を580℃で成膜したポリシリコン
膜は、1150℃という高い温度の熱処理においても残
留応力をほぼ0付近に低減することはできない。これは
基板温度を570℃としてポリシリコンを成膜して結晶
粒径を100nm以下(本実施例では約50nm)とす
ることで、ポリシリコンの単位体積における結晶粒界
(結晶と結晶の間の隙間)の体積が多くなり、熱処理に
よるポリシリコンの伸縮を緩和し易くなるためであると
思われる。
FIG. 16 is a TEM photograph of the region C in FIG. 7 observed after the polysilicon film is formed at 570 ° C., and FIG. 17 is a TEM photograph after annealing it at 950 ° C. for 3 hours. Is. Further, FIG. 18 is a TEM photograph after forming a polysilicon film at 580 ° C., and FIG.
3 is a TEM photograph after annealing at 150 ° C. for 3 hours. By forming a polysilicon film at a substrate temperature of 570 ° C. as described above, the crystal grain size can be reduced to 50 nm or less at a heat treatment temperature as low as 950 ° C., and the residual stress in the polysilicon is almost 0 (zero). However, the residual stress of the polysilicon film formed at a substrate temperature of 580 ° C. cannot be reduced to almost 0 even by heat treatment at a high temperature of 1150 ° C. This is because the substrate temperature is set to 570 ° C. and polysilicon is deposited to set the crystal grain size to 100 nm or less (about 50 nm in this embodiment). It is considered that this is because the volume of the (gap) becomes large and the expansion and contraction of the polysilicon due to the heat treatment can be eased easily.

【0023】なお、前述のように梁状部に用いられるポ
リシリコンの残留応力は、0付近にすることが望ましい
が、強いて言えば圧縮応力が残るよりも引っ張り応力が
残るほうが好ましい。これは、圧縮応力の場合は構造体
の長さが長くなると座屈変形が起こるのに対し、引っ張
り応力の場合は構造体が座屈して変形することがないか
らである。従って、熱処理の施しも圧縮応力が残ってし
まう580℃よりも950℃以下の熱処理温度で引っ張
り応力となる570℃の方が好ましい。
As described above, it is desirable that the residual stress of the polysilicon used for the beam-shaped portion be close to 0, but in the strong sense, it is preferable that the tensile stress remains rather than the compressive stress remains. This is because in the case of compressive stress, buckling deformation occurs when the length of the structure increases, whereas in the case of tensile stress, the structure does not buckle and deform. Therefore, 570 ° C., which gives tensile stress at a heat treatment temperature of 950 ° C. or lower, is more preferable than 580 ° C., where compressive stress remains even after heat treatment.

【0024】図14にはポリシリコンの成膜温度を種々
変更した場合に、いかなる応力が成膜時に発生するかを
示す。図によると成膜温度が570℃および575℃に
おいて発生する応力は引っ張り応力であり、580℃、
590℃、600℃、および610℃において発生する
応力は圧縮応力であることが分かる。また、560℃に
おける応力は引っ張り応力であり、おおよそ200MP
a〜300MPaの間にあることが分かっている。図で
は560℃における応力を推定し、その推定値を破線に
より示す。また、成膜温度が575℃と580℃の間で
生ずる応力は0(零)になる点を境界にして不安定なも
のとなっており、この範囲においては成膜時に圧縮応力
が発生する可能性があることになる。
FIG. 14 shows what kind of stress is generated during the film formation when the film formation temperature of polysilicon is variously changed. According to the figure, the stress generated at the film forming temperatures of 570 ° C. and 575 ° C. is tensile stress,
It can be seen that the stress generated at 590 ° C, 600 ° C, and 610 ° C is compressive stress. In addition, the stress at 560 ° C is tensile stress, which is approximately 200MP
It is known to be between a and 300 MPa. In the figure, the stress at 560 ° C. is estimated, and the estimated value is indicated by a broken line. Further, the stress generated between the film forming temperatures of 575 ° C. and 580 ° C. is unstable at the boundary of 0 (zero), and in this range, compressive stress may occur during film forming. There is a nature.

【0025】よって図14より明白なように、確実に成
膜時の応力を引っ張り応力とするには、成膜温度を57
5℃以下とすることが必要である。このような温度に設
定して成膜時に引っ張り応力を生じさせ、後工程の熱処
理においてこの引っ張り応力を実質的に零となるまで緩
和させるようにすれば、その間に構造体が座屈して変形
することがない。
Therefore, as is clear from FIG. 14, in order to surely make the stress during film formation the tensile stress, the film formation temperature is set to 57.
It is necessary to set the temperature to 5 ° C or lower. If the temperature is set to such a value and a tensile stress is generated during film formation, and the tensile stress is relaxed to substantially zero in the heat treatment in the subsequent step, the structure will buckle and deform during that time. Never.

【0026】なお、図14および図15は、同じ装置を
用いた結果を示している。引き続き、図8に示すよう
に、N型拡散層からなるセンサの固定電極を形成するた
めに、フォトリソ工程を経て絶縁膜22に可動電極24
に対して自己整合的に開口部26,27を形成する。
又、トランジスタのソース・ドレインを形成するため
に、フォトリソ工程を経てレジスト28により開口部2
9,30を形成する。
14 and 15 show the results using the same device. Subsequently, as shown in FIG. 8, in order to form a fixed electrode of the sensor composed of an N-type diffusion layer, a movable electrode 24 is formed on the insulating film 22 through a photolithography process.
The openings 26 and 27 are formed in a self-aligned manner with respect to.
Further, in order to form the source / drain of the transistor, the opening 2 is formed by the resist 28 through a photolithography process.
9 and 30 are formed.

【0027】さらに、絶縁膜22及びレジスト28の開
口部26,27、レジスト28の開口部29,30から
可動電極24,ゲート電極25に対して自己整合的にイ
オン注入等によって不純物を導入して、図9に示すよう
に、N型拡散層からなるセンサの固定電極31,32、
トランジスタのソース・ドレイン領域33,34を形成
する。
Further, impurities are introduced into the movable electrode 24 and the gate electrode 25 from the openings 26 and 27 of the insulating film 22 and the resist 28 and the openings 29 and 30 of the resist 28 by self-alignment such as ion implantation. As shown in FIG. 9, the fixed electrodes 31, 32 of the sensor made of an N-type diffusion layer,
Source / drain regions 33 and 34 of the transistor are formed.

【0028】次に、図10に示すように、可動電極2
4,ゲート電極25とアルミ配線を電気的に絶縁するた
めの層間絶縁膜35を成膜する。そして、図11に示す
ように、層間絶縁膜35に配線用拡散層18,19,2
0,21とアルミ配線を電気的に接続するためのコンタ
クトホール36,37,38,39をフォトリソ工程を
経て形成する。
Next, as shown in FIG. 10, the movable electrode 2
4. An interlayer insulating film 35 for electrically insulating the gate electrode 25 and the aluminum wiring is formed. Then, as shown in FIG. 11, the wiring diffusion layers 18, 19, 2 are formed on the interlayer insulating film 35.
Contact holes 36, 37, 38, 39 for electrically connecting 0, 21 and aluminum wiring are formed through a photolithography process.

【0029】さらに、図12に示すように、電極材料で
あるアルミニウムを成膜して、フォトリソ工程を経てア
ルミ配線40,41,42,43等を形成する。そし
て、図13に示すように、層間絶縁膜35の一部と絶縁
膜22の一部である犠牲層をエッチングする。このよう
にして、トランジスタ型半導体の力学量センサ装置の製
作工程が終了する。
Further, as shown in FIG. 12, a film of aluminum as an electrode material is formed, and aluminum wirings 40, 41, 42, 43 and the like are formed through a photolithography process. Then, as shown in FIG. 13, the sacrificial layer that is a part of the interlayer insulating film 35 and a part of the insulating film 22 is etched. Thus, the manufacturing process of the mechanical quantity sensor device of the transistor type semiconductor is completed.

【0030】なお、本実施例において基板温度570℃
でポリシリコンを形成することにより、950℃という
低い熱処理温度でポリシリコン内の残留応力をほぼ0付
近まで低減できるが、これにより予めP型シリコン基板
に導入されたN型の不純物拡散層18,19,20,2
1等が熱によって他の領域に拡散してしまうということ
がなくなった。従って本実施例のように同一基板上に半
導体力学量センサ装置(左側)とその処理回路(右側)
を形成することができる。また、本実施例ではアニール
時間を3時間としたが、これよりも短時間の熱処理でも
ポリシリコンの結晶粒径を100nm以下、すなわち残
留応力の低減を達成することができる。なお本実施例で
はアニールをエッチングによる梁状部形成の次工程で行
ったが、ポリシリコンの成膜工程から図12の電極形成
工程までの間であれば、どこで行っても良い。
In this embodiment, the substrate temperature is 570 ° C.
Although the residual stress in the polysilicon can be reduced to almost 0 at a heat treatment temperature as low as 950 ° C. by forming the polysilicon by the method, the N-type impurity diffusion layer 18, which has been previously introduced into the P-type silicon substrate, 19, 20, 2
It is no longer possible for 1 etc. to diffuse into other regions due to heat. Therefore, as in the present embodiment, a semiconductor dynamic quantity sensor device (left side) and its processing circuit (right side) are provided on the same substrate.
Can be formed. Although the annealing time is set to 3 hours in the present embodiment, the crystal grain size of polysilicon can be 100 nm or less, that is, the residual stress can be reduced even by the heat treatment shorter than this. Although the annealing is performed in the next step of forming the beam-shaped portion by etching in this embodiment, it may be performed anywhere between the polysilicon film forming step and the electrode forming step of FIG.

【0031】以上のように形成したポリシリコン梁状部
を有する半導体力学量センサ装置の作動を、図3を用い
て説明する。可動電極4とシリコン基板1との間及び固
定電極8,9間に電圧をかけると、反転層16が形成さ
れ、固定電極8,9間に電流が流れる。本半導体力学量
センサ装置が加速度を受けて、図中に示すZ方向(基板
に垂直方向)に可動電極4が変位した場合には電界強度
の変化によって反転層16のキャリア濃度が増大し電流
が増大する。このように本半導体力学量センサ装置は電
流量の増減で加速度を検出することができる。
The operation of the semiconductor dynamical amount sensor device having the polysilicon beam-shaped portion formed as described above will be described with reference to FIG. When a voltage is applied between the movable electrode 4 and the silicon substrate 1 and between the fixed electrodes 8 and 9, an inversion layer 16 is formed and a current flows between the fixed electrodes 8 and 9. If the movable electrode 4 is displaced in the Z direction (direction perpendicular to the substrate) shown in the figure by the acceleration of the semiconductor dynamical amount sensor device, the carrier concentration of the inversion layer 16 increases due to the change of the electric field strength, and the current is increased. Increase. As described above, the semiconductor dynamical quantity sensor device can detect acceleration by increasing or decreasing the amount of current.

【0032】このように本実施例では、P型シリコン基
板17(半導体基板)の主表面に絶縁膜22(犠牲層)
を形成し、その後P型シリコン基板17を570℃一定
に保ちながら絶縁膜22(犠牲層)上にポリシリコン
(多結晶シリコン)を成膜した。そして、このポリシリ
コンを部分的にエッチング除去し、梁形状の可動電極2
4を形成し、不活性ガス雰囲気中で950℃3時間のア
ニールを行った。そして、可動電極24に対し自己整合
的にP型シリコン基板17(半導体基板)に不純物を拡
散して可動電極24の両側において固定電極31,32
を形成し、可動電極24の下の絶縁膜22(犠牲層)を
エッチング除去した。
As described above, in this embodiment, the insulating film 22 (sacrificial layer) is formed on the main surface of the P-type silicon substrate 17 (semiconductor substrate).
After that, polysilicon (polycrystalline silicon) was deposited on the insulating film 22 (sacrificial layer) while keeping the P-type silicon substrate 17 at 570 ° C. constant. Then, this polysilicon is partially removed by etching to remove the beam-shaped movable electrode 2
4 was formed and annealed at 950 ° C. for 3 hours in an inert gas atmosphere. Then, the impurities are diffused into the P-type silicon substrate 17 (semiconductor substrate) in a self-aligning manner with respect to the movable electrode 24 to fix the fixed electrodes 31, 32 on both sides of the movable electrode 24.
Then, the insulating film 22 (sacrificial layer) under the movable electrode 24 was removed by etching.

【0033】その結果、図1〜3に示すように、P型シ
リコン基板1(半導体基板)と、P型シリコン基板1
(半導体基板)の上方に所定の間隔を隔てて配置され
た、結晶粒径が約50nmのポリシリコンから成る梁構
造の可動電極4と、P型シリコン基板1(半導体基板)
における可動電極4の両側に可動電極4に対し自己整合
的に形成された不純物拡散層よりなる固定電極8,9と
を備え、加速度の作用に伴う可動電極4の変位によって
生じる固定電極8,9間の電流の変化(増減)で加速度
を検出するようにした。
As a result, as shown in FIGS. 1 to 3, a P-type silicon substrate 1 (semiconductor substrate) and a P-type silicon substrate 1 are used.
A movable electrode 4 having a beam structure and made of polysilicon having a crystal grain size of about 50 nm, which is arranged above the (semiconductor substrate) with a predetermined interval, and a P-type silicon substrate 1 (semiconductor substrate).
Fixed electrodes 8 and 9 formed of impurity diffusion layers formed in self-alignment with the movable electrode 4 on both sides of the fixed electrode 8 and 9 and generated by displacement of the movable electrode 4 due to the action of acceleration. The acceleration is detected by the change (increase / decrease) in the current during the period.

【0034】このように、梁状部を形成するために、予
め犠牲層を成膜した後にポリシリコンを成膜し、梁形状
を形成した後に犠牲層をエッチングで除去した。ここ
で、一般的に犠牲層とは可動部を形成するために、最終
的に除去消失させることを目的として予め形成する薄膜
層のことをいう。よって、固定電極と可動電極の間の空
隙のばらつきを低減させることが可能となる。一般的に
トランジスタの反転層キャリア濃度は、空隙の大きさに
反比例するため、同様に電流も空隙の大きさに反比例す
る。本実施例は空隙の大きさを犠牲層の膜厚で制御する
ものであり、その方法による膜厚制御性が良好なため、
固定電極間の電流の値の制御性を著しく向上させること
ができる。ここで、ポリシリコンの成膜基板温度を57
0℃とすることで引っ張り応力側に残留応力値を保持で
きる。
As described above, in order to form the beam-shaped portion, a sacrificial layer was formed in advance and then polysilicon was formed. After forming the beam shape, the sacrificial layer was removed by etching. Here, the sacrificial layer generally refers to a thin film layer formed in advance for the purpose of finally removing and eliminating the sacrificial layer to form the movable portion. Therefore, it is possible to reduce the variation in the gap between the fixed electrode and the movable electrode. Generally, the carrier concentration of the inversion layer of the transistor is inversely proportional to the size of the air gap, and thus the current is also inversely proportional to the size of the air gap. In this example, the size of the void is controlled by the film thickness of the sacrificial layer, and since the film thickness controllability by the method is good,
The controllability of the current value between the fixed electrodes can be significantly improved. Here, the deposition substrate temperature of polysilicon is set to 57
By setting the temperature to 0 ° C., the residual stress value can be maintained on the tensile stress side.

【0035】さらに、可動電極を形成するビームに対し
て垂直方向に相対するシリコン基板に一対の固定電極を
設け、その固定電極間に電流を生じさせ可動電極の変位
によりその電流を変化させるトランジスタ構造とした。
よって、固定電極間の電流変化から可動電極の変位を検
出し加速度を測定することができる。トランジスタでは
通常ゲート(ここでは可動電極に相当する)電圧を変化
させることによりドレイン電流を変化させているが、ゲ
ートと基板間のギャップを変化することでも反転層のキ
ャリア濃度が変わるためドレイン電流が変化する。従っ
て、本実施例では、加速度を受けた可動電極の変化を固
定電極間の電流量で検出することができる。電流検出が
可能になったことにより、容量検出方式で必要であった
大きな電極面積が不必要となり、センサの小型化が著し
く向上する。
Further, a transistor structure is provided in which a pair of fixed electrodes are provided on a silicon substrate facing in the direction perpendicular to the beam forming the movable electrodes, and a current is generated between the fixed electrodes to change the current by the displacement of the movable electrodes. And
Therefore, the displacement of the movable electrode can be detected from the change in the current between the fixed electrodes to measure the acceleration. In a transistor, normally, the drain current is changed by changing the gate (here, corresponding to the movable electrode) voltage. However, changing the gap between the gate and the substrate also changes the carrier concentration in the inversion layer, so that the drain current is changed. Change. Therefore, in this embodiment, it is possible to detect the change in the movable electrode that has been subjected to acceleration by the amount of current between the fixed electrodes. Since the current can be detected, the large electrode area required in the capacitance detection method is unnecessary, and the miniaturization of the sensor is significantly improved.

【0036】さらに、上記の二つの固定電極が可動電極
となる梁の形状を形成した後に自己整合的に形成する拡
散層で構成するようにした。このような方法は可動電極
となる梁の形状を形成し、シリコン基板上で固定電極と
なる部分の上の犠牲層を窓開けした後、固定電極となる
部分にイオン注入法で不純物を導入することで容易に達
成できる。よって、可動電極を常に固定電極間の中央部
に形成することが容易に可能となり、製作プロセスでの
位置合わせ精度を向上させることができる。
Further, the two fixed electrodes are constituted by a diffusion layer which is formed in a self-aligning manner after forming the shape of a beam which becomes a movable electrode. According to such a method, a beam shape to be a movable electrode is formed, a sacrifice layer is opened on a portion to be a fixed electrode on a silicon substrate, and then an impurity is introduced into the portion to be a fixed electrode by an ion implantation method. This can be easily achieved. Therefore, it becomes easy to always form the movable electrode in the central portion between the fixed electrodes, and the positioning accuracy in the manufacturing process can be improved.

【0037】又、これらは全てIC作製プロセスそのも
の及び流用であるが、本実施例では950℃という低い
熱処理温度で残留応力ほぼ0とできるため、IC作製プ
ロセスの中で同時にセンサ構造体の形成ができ、回路と
の一体化が著しく容易に可能になるとともに低コスト化
が実現できる。よって、小型化等のために同ー基板上に
加速度検出部とMOSFET等からなる他の制御回路
(加速度検出部の検出回路等)を形成しようとした場
合、MOSFETとして基板に導入した不純物が熱によ
って拡散するのを抑止することも同時にできることにな
る。これは、小型化の要求が強い昨今の半導体技術にお
いて極めて有効である。
Further, although all of these are the IC manufacturing process itself and the diversion, in this embodiment, since the residual stress can be almost zero at the heat treatment temperature as low as 950 ° C., the sensor structure can be formed at the same time in the IC manufacturing process. In addition, it is possible to remarkably easily integrate with a circuit, and cost reduction can be realized. Therefore, if it is attempted to form another control circuit (such as a detection circuit of the acceleration detection unit) including the acceleration detection unit and the MOSFET on the same substrate for the purpose of downsizing, etc., the impurities introduced into the substrate as the MOSFET will not generate heat. At the same time, it will be possible to prevent the spread. This is extremely effective in the recent semiconductor technology in which there is a strong demand for miniaturization.

【0038】つまり、同ー基板面積で回路規模を大きく
しようとすれば沢山の回路が必要となるが、その分MO
SFETのゲート長等を小さくすることになる。この場
合、例えばゲート長が1μm以下のものも必然的に形成
される。この程度のMOSFETにおいて基板に導入し
た不純物は、従来実施していたような高温での処理にお
ける拡散が避けられず、この場合の本願発明の適用は極
めて有効であるといえる。
In other words, a large number of circuits are required to increase the circuit scale with the same substrate area, but MO is correspondingly large.
The gate length of the SFET will be reduced. In this case, for example, a gate length of 1 μm or less is inevitably formed. Impurities introduced into the substrate in MOSFETs of this degree cannot be avoided during the high temperature processing that has been conventionally performed, and it can be said that the application of the present invention in this case is extremely effective.

【0039】なお、本実施例においては梁状部が2本か
らなる両持ち梁構造の半導体力学量センサ装置を用いて
説明したが、本発明においてはこれに限られた訳ではな
く、図20の4本の梁状部でも構わないし、静電容量型
半導体力学量センサ装置でも構わない。すなわち本発明
はポリシリコンから成る梁状部または可動部(電極部を
含む)を有する半導体力学量センサ装置であれば、他の
構成はどのようなものでも良い。
In the present embodiment, the semiconductor dynamical amount sensor device having a double-supported beam structure having two beam-shaped portions has been described, but the present invention is not limited to this, and FIG. The four beam-shaped portions may be used, or the capacitance type semiconductor dynamical amount sensor device may be used. That is, the present invention may have any other configuration as long as it is a semiconductor dynamical quantity sensor device having a beam-shaped portion made of polysilicon or a movable portion (including an electrode portion).

【0040】また、本発明において、可動部に作用する
外力とは、上記実施例に示される加速度の他に、各種圧
力、静電気力、電磁気力など可動部が変位可能なあらゆ
る力を示す。
Further, in the present invention, the external force acting on the movable portion refers to any force capable of displacing the movable portion such as various pressures, electrostatic force, electromagnetic force, etc. in addition to the acceleration shown in the above embodiment.

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

【図1】本発明の一実施例である半導体力学量センサ装
置を示す平面図である。
FIG. 1 is a plan view showing a semiconductor physical quantity sensor device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示した半導体力学量センサ装置のA−A
断面図である。
2 is an AA of the semiconductor dynamical quantity sensor device shown in FIG.
FIG.

【図3】図1に示した半導体力学量センサ装置のB−B
断面図である。
3 is a BB of the semiconductor dynamical quantity sensor device shown in FIG.
FIG.

【図4】図1に示した半導体力学量センサ装置の製造工
程を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor dynamical amount sensor device shown in FIG.

【図5】図1に示した半導体力学量センサ装置の製造工
程を示す断面図である。
5A to 5C are cross-sectional views showing a manufacturing process of the semiconductor dynamical amount sensor device shown in FIG.

【図6】図1に示した半導体力学量センサ装置の製造工
程を示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor dynamical amount sensor device shown in FIG. 1.

【図7】図1に示した半導体力学量センサ装置の製造工
程を示す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor dynamical amount sensor device shown in FIG. 1.

【図8】図1に示した半導体力学量センサ装置の製造工
程を示す断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor dynamical amount sensor device shown in FIG. 1.

【図9】図1に示した半導体力学量センサ装置の製造工
程を示す断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor dynamical amount sensor device shown in FIG. 1.

【図10】図1に示した半導体力学量センサ装置の製造
工程を示す断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor dynamical amount sensor device shown in FIG. 1.

【図11】図1に示した半導体力学量センサ装置の製造
工程を示す断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor physical quantity sensor device shown in FIG. 1.

【図12】図1に示した半導体力学量センサ装置の製造
工程を示す断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor physical quantity sensor device shown in FIG. 1.

【図13】図1に示した半導体力学量センサ装置の製造
工程を示す断面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor dynamical amount sensor device shown in FIG. 1.

【図14】ポリシリコンの成膜温度に対する成膜時の発
生応力を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing stress generated during film formation with respect to a film formation temperature of polysilicon.

【図15】アニール温度に対する残存応力の変化を示す
図である。
FIG. 15 is a diagram showing changes in residual stress with respect to annealing temperature.

【図16】図1に示した半導体力学量センサ装置の領域
C断面のTEM写真である。
16 is a TEM photograph of a section C of the semiconductor dynamical quantity sensor device shown in FIG.

【図17】図1に示した半導体力学量センサ装置の領域
C断面のTEM写真である。
17 is a TEM photograph of a section C of the semiconductor dynamical amount sensor device shown in FIG. 1. FIG.

【図18】図1に示した半導体力学量センサ装置の領域
C断面のTEM写真である。
18 is a TEM photograph of a section C of the semiconductor dynamical amount sensor device shown in FIG. 1. FIG.

【図19】図1に示した半導体力学量センサ装置の領域
C断面のTEM写真である。
19 is a TEM photograph of a section C of the semiconductor dynamical amount sensor device shown in FIG. 1. FIG.

【図20】従来の静電容量型半導体力学量センサ装置を
示す斜視図である。
FIG. 20 is a perspective view showing a conventional electrostatic capacitance type semiconductor mechanical quantity sensor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 P型シリコン基板(基板) 4 可動電極(梁状部,可動部,検出手段,多結晶シリ
コン) 8 固定電極(検出手段) 9 固定電極(検出手段) 17 P型シリコン基板(基板) 22 絶縁膜(犠牲層) 24 可動電極(梁状部,可動部,検出手段,多結晶シ
リコン) 31 固定電極(検出手段) 32 固定電極(検出手段)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 P-type silicon substrate (substrate) 4 Movable electrode (beam-shaped part, movable part, detecting means, polycrystalline silicon) 8 Fixed electrode (detecting means) 9 Fixed electrode (detecting means) 17 P-type silicon substrate (substrate) 22 Insulation Membrane (sacrificial layer) 24 Movable electrode (beam-shaped part, movable part, detection means, polycrystalline silicon) 31 Fixed electrode (detection means) 32 Fixed electrode (detection means)

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【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成7年1月12日[Submission date] January 12, 1995

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図16[Correction target item name] Fig. 16

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図16】 FIG. 16

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図17[Name of item to be corrected] Fig. 17

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図17】 FIG. 17

【手続補正3】[Procedure 3]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図18[Name of item to be corrected] Fig. 18

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図18】 FIG. 18

【手続補正4】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図19[Name of item to be corrected] Fig. 19

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図19】 FIG. 19

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板主表面上に多結晶シリコンを形成す
る第1の工程と、 この多結晶シリコンを部分的にエッチング除去し梁形状
の可動部を形成する第2の工程とを備え、外力の作用に
伴う前記可動部の変位に基づいてこの外力を検出するよ
うにした半導体力学量センサ装置であって、 この半導体力学量センサ装置は、外力を検出し信号を出
力する外力検出部とこの外力検出信号を処理するMOS
FETからなる制御回路とを少なくとも同ーの基板表面
上に形成して製造されるものであって、 前記第1の工程の際に、多結晶シリコンに引っ張り応力
を生じさせる所定の温度で前記基板を保ちつつ前記多結
晶シリコンを形成し、前記第2の工程の後に、さらに前
記多結晶シリコンに生じた引っ張り応力を実質的に零と
なるまで緩和すると共に前記MOSFETとして前記基
板に導入した不純物の拡散を実質的に抑止する温度でも
って前記基板に対して熱処理を行う第3の工程を行うこ
とを特徴とする半導体力学量センサ装置の製造方法。
1. A first step of forming polycrystalline silicon on a main surface of a substrate, and a second step of partially removing the polycrystalline silicon by etching to form a beam-shaped movable portion, wherein an external force is applied. Is a semiconductor dynamical quantity sensor device configured to detect the external force based on the displacement of the movable part due to the action of the external force detection device. The semiconductor dynamical quantity sensor device includes an external force detection part that detects an external force and outputs a signal. MOS for processing external force detection signal
A substrate is manufactured by forming a control circuit composed of an FET at least on the same substrate surface, wherein the substrate is formed at a predetermined temperature that causes tensile stress in the polycrystalline silicon in the first step. The polycrystalline silicon is formed while maintaining the above condition, and after the second step, the tensile stress generated in the polycrystalline silicon is further relaxed until it becomes substantially zero, and the impurities introduced into the substrate as the MOSFET are removed. A method of manufacturing a semiconductor dynamical amount sensor device, which comprises performing a third step of performing heat treatment on the substrate at a temperature at which diffusion is substantially suppressed.
【請求項2】 前記第1の工程における基板の設定温度
を575℃以下とすることを特徴とする請求項1に記載
の半導体力学量センサ装置の製造方法。
2. The method for manufacturing a semiconductor dynamical amount sensor device according to claim 1, wherein the set temperature of the substrate in the first step is set to 575 ° C. or lower.
【請求項3】 前記第1の工程における基板の設定温度
を570℃とし、且つ前記第3の工程における基板に対
する熱処理温度を950℃とすることを特徴とする請求
項1に記載の半導体力学量センサ装置の製造方法。
3. The semiconductor dynamic quantity according to claim 1, wherein the set temperature of the substrate in the first step is 570 ° C., and the heat treatment temperature for the substrate in the third step is 950 ° C. Manufacturing method of sensor device.
【請求項4】 前記外力検出部と前記制御回路とを構成
する各種部材のうち、少なくとも前記基板主表面に対し
て重畳位置関係が共通であると共に同ーの材料で構成さ
れる部材は、前記基板主表面上において選択的に同ーの
工程にて形成される請求項1に記載の半導体力学量セン
サ装置の製造方法。
4. Among various members forming the external force detection unit and the control circuit, a member having a common superposition positional relationship with at least the main surface of the substrate and made of the same material is The method for manufacturing a semiconductor dynamical quantity sensor device according to claim 1, wherein the method is selectively formed in the same step on the main surface of the substrate.
【請求項5】 基板主表面上に絶縁膜を形成する第1の
工程と、 この絶縁膜上の多結晶シリコンを形成する第2の工程
と、 この多結晶シリコンを部分的にエッチング除去して梁状
部を形成する第3の工程と、 この梁状部の下の前記絶縁膜を犠牲層としてエッチング
することにより梁構造体を形成する第4の工程とを備
え、前記梁構造体は外力の作用に伴い自在に変位する可
動部を有し、この可動部の変位に基づいてこの外力を検
出するようにした半導体力学量センサ装置の製造方法で
あって、 この半導体力学量センサ装置は、前記梁構造体とこの梁
構造体からの外力検出信号を処理するMOSFETから
なる制御回路とを少なくとも同ーの基板主表面上に形成
して製造されたものであって、 前記第2の工程の際に、多結晶シリコンに引っ張り応力
を生じさせる所定の温度で前記基板を保ちつつ前記多結
晶シリコンを形成し、その後の第4の工程までに前記多
結晶シリコンに生じた引っ張り応力を実質的に零となる
まで緩和すると共に前記MOSFETとして前記基板に
導入した不純物の拡散を実質的に抑止する温度でもって
前記基板に対して熱処理を行う第5の工程を行うことを
特徴とする半導体力学量センサ装置の製造方法。
5. A first step of forming an insulating film on a main surface of a substrate, a second step of forming polycrystalline silicon on the insulating film, and a step of partially removing the polycrystalline silicon by etching. The method includes a third step of forming a beam-shaped portion, and a fourth step of forming a beam structure by etching the insulating film below the beam-shaped portion as a sacrifice layer, wherein the beam structure has an external force. A method for manufacturing a semiconductor dynamical quantity sensor device having a movable part that is freely displaced according to the action of, and detecting the external force based on the displacement of the movable part. The beam structure and a control circuit formed of a MOSFET that processes an external force detection signal from the beam structure are formed on at least the same main surface of the substrate, and the beam structure is manufactured. When pulled into polycrystalline silicon The polycrystalline silicon is formed while maintaining the substrate at a predetermined temperature that causes stress, and the tensile stress generated in the polycrystalline silicon by the subsequent fourth step is relaxed to substantially zero and A method of manufacturing a semiconductor dynamical amount sensor device, comprising performing a fifth step of performing heat treatment on the substrate at a temperature at which diffusion of impurities introduced into the substrate as a MOSFET is substantially suppressed.
【請求項6】 前記第2の工程における基板の設定温度
を575℃以下とすることを特徴とする請求項5に記載
の半導体力学量センサ装置の製造方法。
6. The method of manufacturing a semiconductor dynamical amount sensor device according to claim 5, wherein the set temperature of the substrate in the second step is set to 575 ° C. or lower.
【請求項7】 前記第2の工程における基板の設定温度
を570℃とし、且つ前記第5の工程における基板に対
する熱処理温度を950℃とすることを特徴とする請求
項5に記載の半導体力学量センサ装置の製造方法。
7. The semiconductor dynamic quantity according to claim 5, wherein the set temperature of the substrate in the second step is 570 ° C., and the heat treatment temperature for the substrate in the fifth step is 950 ° C. Manufacturing method of sensor device.
【請求項8】 前記梁構造体と前記制御回路とを構成す
る各種部材のうち、前記基板主表面に対して重畳位置関
係が共通であると共に同ーの材料で構成される部材は、
前記基板主表面上において少なくとも同ーの工程にて形
成される請求項5に記載の半導体力学量センサ装置の製
造方法。
8. Among various members constituting the beam structure and the control circuit, a member having a common superposition positional relationship with the main surface of the substrate and made of the same material is
The method for manufacturing a semiconductor dynamical amount sensor device according to claim 5, wherein the main surface of the substrate is formed in at least the same steps.
【請求項9】 基板に形成され外力の作用に伴って変位
する可動部を備える梁構造体を有し、この可動部の変位
を電気的出力に変換することで外力を検出する半導体力
学量センサ装置であって、 前記可動部および梁構造体は多結晶シリコンからなり、
その結晶粒径が100nm以下であることを特徴とする
半導体力学量センサ装置。
9. A semiconductor dynamic quantity sensor having a beam structure including a movable portion formed on a substrate and displaced according to the action of an external force, and detecting the external force by converting the displacement of the movable portion into an electrical output. A device, wherein the movable part and the beam structure are made of polycrystalline silicon,
A semiconductor mechanical quantity sensor device having a crystal grain size of 100 nm or less.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6940139B2 (en) 2001-08-30 2005-09-06 Kabushiki Kaisha Toshiba Micromechanical device and method of manufacture thereof
US7070699B2 (en) 2002-05-10 2006-07-04 Xerox Corporation Bistable microelectromechanical system based structures, systems and methods

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US7241638B2 (en) 2001-08-30 2007-07-10 Kabushiki Kaisha Toshiba Micromechanical device and method of manufacture thereof
US7070699B2 (en) 2002-05-10 2006-07-04 Xerox Corporation Bistable microelectromechanical system based structures, systems and methods

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