JPH07335909A - 静電容量型センサ及びその製造方法 - Google Patents
静電容量型センサ及びその製造方法Info
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- JPH07335909A JPH07335909A JP6127922A JP12792294A JPH07335909A JP H07335909 A JPH07335909 A JP H07335909A JP 6127922 A JP6127922 A JP 6127922A JP 12792294 A JP12792294 A JP 12792294A JP H07335909 A JPH07335909 A JP H07335909A
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- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
- G01P2015/0822—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
- G01P2015/0825—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass
- G01P2015/0828—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass the mass being of the paddle type being suspended at one of its longitudinal ends
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- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 感度及び精度の劣化の無い状態でセンササイ
ズを微小化できる静電容量型センサを提供すること。 【構成】 静電容量型センサは、Ｎ型シリコン基板１の
主面に浅く形成されたＰ+ 型不純物のイオン打ち込み層
の下部固定電極層２と、基板主面に熱酸化で形成された
シリコン酸化膜３と、これに下部極板ギャップＧ1 を介
して下面が臨む片持ち梁型の可動電極板部４ａを備えた
ポリシリコン製の可動電極部４と、この上面に上部極板
ギャップＧ2 を介して下面が臨む電極板部５ａを備えた
上部固定電極部５を有している。シリコン基板１を用い
て半導体製造プロセスにより形成可能な構造であるか
ら、極板ギャップＧ1,Ｇ2 は１μｍ程度に設定でき、平
板面積の縮小化が可能である。別部品の組立工程を経ず
に製造できるので、極板ギャップＧ1,Ｇ2 のバラツキを
抑制でき、検出精度が向上する。
ズを微小化できる静電容量型センサを提供すること。 【構成】 静電容量型センサは、Ｎ型シリコン基板１の
主面に浅く形成されたＰ+ 型不純物のイオン打ち込み層
の下部固定電極層２と、基板主面に熱酸化で形成された
シリコン酸化膜３と、これに下部極板ギャップＧ1 を介
して下面が臨む片持ち梁型の可動電極板部４ａを備えた
ポリシリコン製の可動電極部４と、この上面に上部極板
ギャップＧ2 を介して下面が臨む電極板部５ａを備えた
上部固定電極部５を有している。シリコン基板１を用い
て半導体製造プロセスにより形成可能な構造であるか
ら、極板ギャップＧ1,Ｇ2 は１μｍ程度に設定でき、平
板面積の縮小化が可能である。別部品の組立工程を経ず
に製造できるので、極板ギャップＧ1,Ｇ2 のバラツキを
抑制でき、検出精度が向上する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、加速度又は力を検出す
る静電容量型センサに関し、特に、半導体製造プロセス
を利用して製造される静電容量型センサに関する。
る静電容量型センサに関し、特に、半導体製造プロセス
を利用して製造される静電容量型センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】静電容量型センサは、加速度又は力によ
り平板コンデンサの極板ギャップが変化しその静電容量
値に応じた電圧を出力するもので、固定電極と可動電極
を有している。従来、この種の静電容量型センサの構造
は、シリコン基板からフォトリソグフィにより形成した
ダイヤフラム状の錘部及び厚肉縁部から成り、表面に電
極膜を備える可動電極部材と、凹部の底面に電極膜を形
成したガラス体の固定電極部材とを有しており、可動電
極部材の厚肉縁部と固定電極部材の凹部の周りの縁部と
をロウ付け等で接合した組み付け構造である。
り平板コンデンサの極板ギャップが変化しその静電容量
値に応じた電圧を出力するもので、固定電極と可動電極
を有している。従来、この種の静電容量型センサの構造
は、シリコン基板からフォトリソグフィにより形成した
ダイヤフラム状の錘部及び厚肉縁部から成り、表面に電
極膜を備える可動電極部材と、凹部の底面に電極膜を形
成したガラス体の固定電極部材とを有しており、可動電
極部材の厚肉縁部と固定電極部材の凹部の周りの縁部と
をロウ付け等で接合した組み付け構造である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
静電容量型センサにあっては、次のような問題点があっ
た。
静電容量型センサにあっては、次のような問題点があっ
た。
【０００４】 静電容量型センサのチップサイズ縮小
化のためには、平板コンデンサの対向面積Ｓを微小化す
る必要があるが、同時に検出感度を落とさないために、
平板コンデンサの極板ギャップｄを短縮し、静電容量Ｃ
の増大を図る必要がある。ところが、上記の静電容量型
センサは、シリコン基板にフォトリソグラフィーを施し
て得られた可動電極部材（シリコン材）と固定電極部材
（ガラス材）とを接合した組立体である。極板ギャップ
ｄは、ダイヤフラム膜の厚さ，ガラス体にエッチング形
成した凹部の深さ，及び接合面のロウ材の膜厚の和で決
まるが、組立体の一方の部品である可動電極部材のダイ
ヤフラム膜の厚さや組立体の他方の部品である固定電極
部材の凹部の深さはそれぞれ数μｍ程度が最小限界であ
るので、従来の極板ギャップｄの最小値は高々１０μｍ
程度が限界であった。このため、必要な静電容量を得る
には、平板コンデンサの対向面積Ｓを一定値以下にする
ことができず、静電容量型センサのサイズ縮小化が困難
であった。
化のためには、平板コンデンサの対向面積Ｓを微小化す
る必要があるが、同時に検出感度を落とさないために、
平板コンデンサの極板ギャップｄを短縮し、静電容量Ｃ
の増大を図る必要がある。ところが、上記の静電容量型
センサは、シリコン基板にフォトリソグラフィーを施し
て得られた可動電極部材（シリコン材）と固定電極部材
（ガラス材）とを接合した組立体である。極板ギャップ
ｄは、ダイヤフラム膜の厚さ，ガラス体にエッチング形
成した凹部の深さ，及び接合面のロウ材の膜厚の和で決
まるが、組立体の一方の部品である可動電極部材のダイ
ヤフラム膜の厚さや組立体の他方の部品である固定電極
部材の凹部の深さはそれぞれ数μｍ程度が最小限界であ
るので、従来の極板ギャップｄの最小値は高々１０μｍ
程度が限界であった。このため、必要な静電容量を得る
には、平板コンデンサの対向面積Ｓを一定値以下にする
ことができず、静電容量型センサのサイズ縮小化が困難
であった。
【０００５】 静電容量型センサは可動電極部材と固
定電極部材との組立体であるので、可動電極側のダイヤ
フラム膜の膜厚のバラツキと固定電極部材の凹部の深さ
のバラツキと接合面のロウ材の膜厚のバラツキとが独立
に生じており、極板ギャップｄのバラツキが必然的に大
きくなっている。この点からも精度劣化を防止するた
め、極板ギャップｄの縮小化に無理があった。
定電極部材との組立体であるので、可動電極側のダイヤ
フラム膜の膜厚のバラツキと固定電極部材の凹部の深さ
のバラツキと接合面のロウ材の膜厚のバラツキとが独立
に生じており、極板ギャップｄのバラツキが必然的に大
きくなっている。この点からも精度劣化を防止するた
め、極板ギャップｄの縮小化に無理があった。
【０００６】そこで上記問題点に鑑み、本発明の課題
は、感度及び精度の劣化の無い状態でセンササイズを微
小化できる静電容量型センサ及びその製造方法を提供す
ることにある。
は、感度及び精度の劣化の無い状態でセンササイズを微
小化できる静電容量型センサ及びその製造方法を提供す
ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の講じた手段は、シリコン基板等の第１導電
型の半導体基板の主面側に形成された第２導電型のイオ
ン打ち込み層の固定電極層と、上記基板の主面に形成さ
れた絶縁膜と、この絶縁膜に第１の極板ギャップを介し
て下面が臨む可動電極膜とを有して成ることを特徴とす
る。そして、このような構造を有し、可動電極膜の上面
に第２の極板ギャップを介して下面が臨む固定電極膜を
有して成ることが望ましい。
に、本発明の講じた手段は、シリコン基板等の第１導電
型の半導体基板の主面側に形成された第２導電型のイオ
ン打ち込み層の固定電極層と、上記基板の主面に形成さ
れた絶縁膜と、この絶縁膜に第１の極板ギャップを介し
て下面が臨む可動電極膜とを有して成ることを特徴とす
る。そして、このような構造を有し、可動電極膜の上面
に第２の極板ギャップを介して下面が臨む固定電極膜を
有して成ることが望ましい。
【０００８】このような静電容量型センサの製造方法
は、第１導電型の半導体基板の主面に熱酸化により酸化
絶縁膜を形成する工程と、上記半導体基板の主面側に上
記酸化絶縁膜を介して第２導電型のイオン打ち込みを施
して固定電極層を形成する工程と、上記酸化絶縁膜の上
にＰＳＧ等の電極間スペーサを形成する工程と、上記電
極間スペーサの上に可動電極膜を形成する工程と、ウェ
ットエッチングにより上記電極間スペーサを除去して空
洞化する工程とを有することを特徴とする。
は、第１導電型の半導体基板の主面に熱酸化により酸化
絶縁膜を形成する工程と、上記半導体基板の主面側に上
記酸化絶縁膜を介して第２導電型のイオン打ち込みを施
して固定電極層を形成する工程と、上記酸化絶縁膜の上
にＰＳＧ等の電極間スペーサを形成する工程と、上記電
極間スペーサの上に可動電極膜を形成する工程と、ウェ
ットエッチングにより上記電極間スペーサを除去して空
洞化する工程とを有することを特徴とする。
【０００９】
【作用】上記のような構造（半導体構造）の静電容量型
センサは、半導体製造プロセスで一貫的に製造可能で、
マイクロメカニカルセンサとして構成できる。このた
め、第１の極板ギャップや絶縁膜の膜厚を１μｍ以下に
形成可能であり、コンデンサの極板間隔を微小化でき、
静電容量の増大を図ることができるので、逆に、平板面
積の縮小化が可能であり、チップサイズの縮小化が達成
される。また、別体部品の組立体ではなく、半導体基板
を唯一の母材として酸化工程、イオン打ち込み工程、第
１の極板ギャップのスペーサの成膜工程、可動電極膜の
成膜工程及びスペーサの除去工程でシーケンス的に製造
でき、極板間隔のバラツキを抑制できるため、検出精度
の向上させることができる。特に、固定電極層と可動電
極膜との間には絶縁膜が介在しているため、その高い誘
電率によって静電容量は非常に増大している。このた
め、チップサイズの微小化を図ることが可能である。そ
して固定電極層は、パターニングにより形成するのでは
なく、また熱拡散工程を用いるのでもなく、絶縁膜を介
してイオン注入により形成可能であるから、固定電極層
の界面は平滑性に優れており、またその側面は段階接合
に近く、電極形成規模を限定でき、理想形に近い平板コ
ンデンサである。
センサは、半導体製造プロセスで一貫的に製造可能で、
マイクロメカニカルセンサとして構成できる。このた
め、第１の極板ギャップや絶縁膜の膜厚を１μｍ以下に
形成可能であり、コンデンサの極板間隔を微小化でき、
静電容量の増大を図ることができるので、逆に、平板面
積の縮小化が可能であり、チップサイズの縮小化が達成
される。また、別体部品の組立体ではなく、半導体基板
を唯一の母材として酸化工程、イオン打ち込み工程、第
１の極板ギャップのスペーサの成膜工程、可動電極膜の
成膜工程及びスペーサの除去工程でシーケンス的に製造
でき、極板間隔のバラツキを抑制できるため、検出精度
の向上させることができる。特に、固定電極層と可動電
極膜との間には絶縁膜が介在しているため、その高い誘
電率によって静電容量は非常に増大している。このた
め、チップサイズの微小化を図ることが可能である。そ
して固定電極層は、パターニングにより形成するのでは
なく、また熱拡散工程を用いるのでもなく、絶縁膜を介
してイオン注入により形成可能であるから、固定電極層
の界面は平滑性に優れており、またその側面は段階接合
に近く、電極形成規模を限定でき、理想形に近い平板コ
ンデンサである。
【００１０】固定電極膜を有する構造にあっては、固定
電極膜が可動電極膜の撓み量を制限するストッパ機能を
果たすが、これに任意電圧を印加すると可動電極膜の可
動特性を得る初期試験用のテスト電極として用いること
ができ、迅速な信頼性試験が可能となる。また、その結
果を用いて校正用の電極として校正電位を印加しておく
ことも可能である。勿論、固定電極層と可動電極膜とか
らなるコンデンサと同様に、検出用コンデンサとして用
いることもできる。
電極膜が可動電極膜の撓み量を制限するストッパ機能を
果たすが、これに任意電圧を印加すると可動電極膜の可
動特性を得る初期試験用のテスト電極として用いること
ができ、迅速な信頼性試験が可能となる。また、その結
果を用いて校正用の電極として校正電位を印加しておく
ことも可能である。勿論、固定電極層と可動電極膜とか
らなるコンデンサと同様に、検出用コンデンサとして用
いることもできる。
【００１１】
【実施例】次に、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。
説明する。
【００１２】〔第１実施例〕図１は本発明の第１実施例
に係る静電容量型センサを示す縦断面図である。
に係る静電容量型センサを示す縦断面図である。
【００１３】本例の静電容量型センサは、半導体製造プ
ロセスを利用して製造されたマイクロメカニカルセンサ
で、例えばＮ型シリコン基板１の主面に浅く形成された
Ｐ+型不純物のイオン打ち込み層の下部固定電極層２
と、基板の主面に熱酸化で形成されたシリコン酸化膜
（電気絶縁膜）３と、このシリコン酸化膜３に下部極板
ギャップ（空隙）Ｇ1 を介して下面が臨む片持ち梁（カ
ンチレバー）型の可動電極板部４ａを備えたポリシリコ
ン製の可動電極部４と、可動電極板部４ａの上面に上部
極板ギャップ（空隙）Ｇ2 を介して下面が臨む電極板部
５ａを備えた上部固定電極部５と、上部固定電極部５の
上に被覆形成されたパッシベーション膜６とを有してい
る。可動電極部４には可撓性を付与するための支持側く
びれ部４ｂが形成されている。なお、図示してないが、
下部固定電極層２，可動電極部４及び上部電極部５は電
極配線により外部接続可能となっている。
ロセスを利用して製造されたマイクロメカニカルセンサ
で、例えばＮ型シリコン基板１の主面に浅く形成された
Ｐ+型不純物のイオン打ち込み層の下部固定電極層２
と、基板の主面に熱酸化で形成されたシリコン酸化膜
（電気絶縁膜）３と、このシリコン酸化膜３に下部極板
ギャップ（空隙）Ｇ1 を介して下面が臨む片持ち梁（カ
ンチレバー）型の可動電極板部４ａを備えたポリシリコ
ン製の可動電極部４と、可動電極板部４ａの上面に上部
極板ギャップ（空隙）Ｇ2 を介して下面が臨む電極板部
５ａを備えた上部固定電極部５と、上部固定電極部５の
上に被覆形成されたパッシベーション膜６とを有してい
る。可動電極部４には可撓性を付与するための支持側く
びれ部４ｂが形成されている。なお、図示してないが、
下部固定電極層２，可動電極部４及び上部電極部５は電
極配線により外部接続可能となっている。
【００１４】このようなシリコン半導体基板１を用いた
各電極の積層構造は、図２及び図３に示す半導体製造技
術（プレーナ技術）により製造可能となっている。ま
ず、図２（ａ）に示すように、Ｎ型シリコン基板１を主
面を熱酸化してシリコン酸化膜２を形成する。次に、図
２（ｂ）に示す如く、Ｐ型不純物のイオン打ち込みを行
い、シリコン酸化膜２下の浅い部位に高濃度のＰ型イオ
ン打ち込み層の下部固定電極層２を形成する。この下部
固定電極層２の上面はシリコン酸化膜３で覆われている
ので界面平滑性に優れており、従来構造に比して平板コ
ンデンサの理想形に近づけることができる。また、イオ
ン打ち込み後には熱拡散のドライブを施さないので、段
階接合の高濃度不純物領域を形成でき、下部固定電極層
２の導電率を大きくできる。その後、図２（ｃ）に示す
ように、シリコン酸化膜３の上にＰＳＧ（リンガラス）
膜を０．３〜１μｍ成膜し、パターニングを施して下部
電極間スペーサ膜７を形成する。この下部電極間スペー
サ膜７の一端部には片持ち梁の可動電極部４の支持側く
びれ部４ｂを象るための突部７ａが形成されている。
各電極の積層構造は、図２及び図３に示す半導体製造技
術（プレーナ技術）により製造可能となっている。ま
ず、図２（ａ）に示すように、Ｎ型シリコン基板１を主
面を熱酸化してシリコン酸化膜２を形成する。次に、図
２（ｂ）に示す如く、Ｐ型不純物のイオン打ち込みを行
い、シリコン酸化膜２下の浅い部位に高濃度のＰ型イオ
ン打ち込み層の下部固定電極層２を形成する。この下部
固定電極層２の上面はシリコン酸化膜３で覆われている
ので界面平滑性に優れており、従来構造に比して平板コ
ンデンサの理想形に近づけることができる。また、イオ
ン打ち込み後には熱拡散のドライブを施さないので、段
階接合の高濃度不純物領域を形成でき、下部固定電極層
２の導電率を大きくできる。その後、図２（ｃ）に示す
ように、シリコン酸化膜３の上にＰＳＧ（リンガラス）
膜を０．３〜１μｍ成膜し、パターニングを施して下部
電極間スペーサ膜７を形成する。この下部電極間スペー
サ膜７の一端部には片持ち梁の可動電極部４の支持側く
びれ部４ｂを象るための突部７ａが形成されている。
【００１５】次に、図２（ｄ）に示すように、ポリシリ
コン膜を成膜してから、パターニングにより可動電極部
４を形成する。なお、ポリシリコン膜の代わりに、アル
ミニウム，チタン，モリブデン，タングステン等の金属
膜を用いても良い。次に、図３（ａ）に示す如く、可動
電極部４の上にＰＳＧ（リンガラス）膜を０．３〜１μ
ｍ成膜し、パターニングを施して上部電極間スペーサ膜
８を形成する。次に、図３（ｂ）に示す如く、上部電極
間スペーサ膜８の上にポリシリコン膜を成膜してから、
パターニングにより上部電極部５を形成する。なお、ポ
リシリコン膜の代わりに、アルミニウム，チタン，モリ
ブデン，タングステン等の金属膜を用いても良い。この
パターニングではエッチング液通過用の孔５ｂを形成し
ておく。次に、図３（ｃ）に示す如く、ウェットエッチ
ングによりエッチング液通過用の孔５ｂを介してＰＳＧ
の下部電極間スペーサ膜７及び上部電極間スペーサ膜８
を除去して空洞化し、極板ギャップＧ1,Ｇ2 を形成す
る。そして、図３（ｄ）に示す如く、上部電極部５の上
にパッシベーション膜６を被覆すると同時に、上記エッ
チング液通過用の孔５ａの閉塞して極板ギャップＧ1,Ｇ
2 の空隙を封止する。なお、極板ギャップＧ1,Ｇ2 の空
隙には空気に限らず誘電率の高いガスを封入しても良
い。
コン膜を成膜してから、パターニングにより可動電極部
４を形成する。なお、ポリシリコン膜の代わりに、アル
ミニウム，チタン，モリブデン，タングステン等の金属
膜を用いても良い。次に、図３（ａ）に示す如く、可動
電極部４の上にＰＳＧ（リンガラス）膜を０．３〜１μ
ｍ成膜し、パターニングを施して上部電極間スペーサ膜
８を形成する。次に、図３（ｂ）に示す如く、上部電極
間スペーサ膜８の上にポリシリコン膜を成膜してから、
パターニングにより上部電極部５を形成する。なお、ポ
リシリコン膜の代わりに、アルミニウム，チタン，モリ
ブデン，タングステン等の金属膜を用いても良い。この
パターニングではエッチング液通過用の孔５ｂを形成し
ておく。次に、図３（ｃ）に示す如く、ウェットエッチ
ングによりエッチング液通過用の孔５ｂを介してＰＳＧ
の下部電極間スペーサ膜７及び上部電極間スペーサ膜８
を除去して空洞化し、極板ギャップＧ1,Ｇ2 を形成す
る。そして、図３（ｄ）に示す如く、上部電極部５の上
にパッシベーション膜６を被覆すると同時に、上記エッ
チング液通過用の孔５ａの閉塞して極板ギャップＧ1,Ｇ
2 の空隙を封止する。なお、極板ギャップＧ1,Ｇ2 の空
隙には空気に限らず誘電率の高いガスを封入しても良
い。
【００１６】このように、本例の静電容量型センサは、
シリコン基板１を用いて半導体製造プロセスにより形成
可能な構造となっているため、極板ギャップＧ1,Ｇ2 は
１μｍ程度に設定できる。このため、平板面積を従前に
比して１桁程度まで縮小化できる。また、別部品の組み
立て工程を経ずに製造できるので、極板ギャップＧ1,Ｇ
2 の短縮化に拘らず、そのバラツキを抑制でき、検出精
度を向上させることができる。
シリコン基板１を用いて半導体製造プロセスにより形成
可能な構造となっているため、極板ギャップＧ1,Ｇ2 は
１μｍ程度に設定できる。このため、平板面積を従前に
比して１桁程度まで縮小化できる。また、別部品の組み
立て工程を経ずに製造できるので、極板ギャップＧ1,Ｇ
2 の短縮化に拘らず、そのバラツキを抑制でき、検出精
度を向上させることができる。
【００１７】ここで、下部電極層１と可動電極４とが下
部コンデンサを構成しており、可動電極４と上部電極部
５とが下部コンデンサに直列の上部コンデンサを構成し
ている。上部コンデンサの極板ギャップＧ2 は空隙のみ
で形成されているが、下部コンデンサの極板距離は極板
ギャップＧ1,とシリコン酸化膜３の膜厚との和で与えら
れる。シリコン酸化膜３の誘電率は空気のそれよりも数
倍高いので、下部コンデンサの静電容量は空隙のみの場
合に比して大きく設定できる。この点からも検出感度の
向上を図ることができる。特に、本例では、パターニン
グにより下部電極を形成するのではなく、また熱拡散工
程を用いるのでもなく、シリコン酸化膜３を介してイオ
ン注入により不純物拡散層たる下部電極層２が形成され
ている。
部コンデンサを構成しており、可動電極４と上部電極部
５とが下部コンデンサに直列の上部コンデンサを構成し
ている。上部コンデンサの極板ギャップＧ2 は空隙のみ
で形成されているが、下部コンデンサの極板距離は極板
ギャップＧ1,とシリコン酸化膜３の膜厚との和で与えら
れる。シリコン酸化膜３の誘電率は空気のそれよりも数
倍高いので、下部コンデンサの静電容量は空隙のみの場
合に比して大きく設定できる。この点からも検出感度の
向上を図ることができる。特に、本例では、パターニン
グにより下部電極を形成するのではなく、また熱拡散工
程を用いるのでもなく、シリコン酸化膜３を介してイオ
ン注入により不純物拡散層たる下部電極層２が形成され
ている。
【００１８】下部固定電極層２の上面は界面平滑性に優
れており、またその側面は段階接合に近く、電極形成規
模を限定できる。なお、上部固定電極部５は可動電極部
４のストッパ機能を果たすが、任意電圧を印加して可動
電極部の可動特性を得る初期試験用のテスト電極として
用いたり、校正用の電極として用い、静電容量型センサ
としては下部コンデンサを専ら使用しても良い。
れており、またその側面は段階接合に近く、電極形成規
模を限定できる。なお、上部固定電極部５は可動電極部
４のストッパ機能を果たすが、任意電圧を印加して可動
電極部の可動特性を得る初期試験用のテスト電極として
用いたり、校正用の電極として用い、静電容量型センサ
としては下部コンデンサを専ら使用しても良い。
【００１９】〔第２実施例〕図４は本発明の第２実施例
に係る静電容量型センサを示す縦断面図である。
に係る静電容量型センサを示す縦断面図である。
【００２０】第１実施例の静電容量型センサの可動電極
部が片持ち梁であるのに対し、本例の可動電極部は両持
ち梁としてある。本例の静電容量型センサも、半導体製
造プロセスを利用して製造されたマイクロメカニカルセ
ンサで、Ｎ型シリコン基板１の主面に浅く形成されたＰ
+ 型不純不純物のイオン打ち込み層の下部固定電極層２
と、基板の主面に熱酸化で形成されたシリコン酸化膜
（電気絶縁膜）３と、下部絶縁スペーサ１０，１０間に
架け渡され、シリコン酸化膜３に下部極板ギャップ（空
隙）Ｇ1 を介して下面が臨む両持ち梁型の可動電極部１
１と、上部絶縁スペーサ１２，１２間に架け渡され、可
動電極部１１の上面に上部極板ギャップ（空隙）Ｇ2 を
介して下面が臨む上部固定電極部１３と、上部固定電極
部１３の上に被覆形成されたパッシベーション膜１４と
を有している。なお、図示してないが、下部固定電極層
２，可動電極部１１及び上部電極部１４は電極配線によ
り外部接続可能となっている。コンデンサ容量は平行電
極面積と電極間距離によって決まるが、１〜５PFの容量
が得られるようにするのが好ましい。
部が片持ち梁であるのに対し、本例の可動電極部は両持
ち梁としてある。本例の静電容量型センサも、半導体製
造プロセスを利用して製造されたマイクロメカニカルセ
ンサで、Ｎ型シリコン基板１の主面に浅く形成されたＰ
+ 型不純不純物のイオン打ち込み層の下部固定電極層２
と、基板の主面に熱酸化で形成されたシリコン酸化膜
（電気絶縁膜）３と、下部絶縁スペーサ１０，１０間に
架け渡され、シリコン酸化膜３に下部極板ギャップ（空
隙）Ｇ1 を介して下面が臨む両持ち梁型の可動電極部１
１と、上部絶縁スペーサ１２，１２間に架け渡され、可
動電極部１１の上面に上部極板ギャップ（空隙）Ｇ2 を
介して下面が臨む上部固定電極部１３と、上部固定電極
部１３の上に被覆形成されたパッシベーション膜１４と
を有している。なお、図示してないが、下部固定電極層
２，可動電極部１１及び上部電極部１４は電極配線によ
り外部接続可能となっている。コンデンサ容量は平行電
極面積と電極間距離によって決まるが、１〜５PFの容量
が得られるようにするのが好ましい。
【００２１】このように、本例は両持ち梁の可動電極部
１１となっているが、第１実施例と同様に、半導体製造
プロセスを利用して各層を積層形成できるので、第１実
施例と同様な効果を発揮するものである。
１１となっているが、第１実施例と同様に、半導体製造
プロセスを利用して各層を積層形成できるので、第１実
施例と同様な効果を発揮するものである。
【００２２】なお、上記各実施例における下部電極部は
イオン打ち込みで形成した拡散層となっているが、電極
膜を成膜しても良い。
イオン打ち込みで形成した拡散層となっているが、電極
膜を成膜しても良い。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る静電
容量型センサは、半導体基板の主面側に形成されたイオ
ン打ち込み層を固定電極層として有しており、その基板
の主面に形成された絶縁膜に極板ギャップを介して下面
が臨む可動電極膜を有して成ることを特徴する。従っ
て、次の効果を奏する。
容量型センサは、半導体基板の主面側に形成されたイオ
ン打ち込み層を固定電極層として有しており、その基板
の主面に形成された絶縁膜に極板ギャップを介して下面
が臨む可動電極膜を有して成ることを特徴する。従っ
て、次の効果を奏する。
【００２４】 このような半導体構造の静電容量型セ
ンサは、半導体製造プロセスで一貫的に製造可能で、マ
イクロメカニカルセンサとして構成できる。このため、
コンデンサの極板間隔を微小化でき、静電容量の増大を
図ることができるので、逆に、平板面積の縮小化が可能
であり、チップサイズの縮小化が達成される。また、別
体部品の組立体ではなく、半導体基板を唯一の母材とし
てシーケンス的に製造でき、極板間隔のバラツキを抑制
できるため、検出精度を向上させることができる。
ンサは、半導体製造プロセスで一貫的に製造可能で、マ
イクロメカニカルセンサとして構成できる。このため、
コンデンサの極板間隔を微小化でき、静電容量の増大を
図ることができるので、逆に、平板面積の縮小化が可能
であり、チップサイズの縮小化が達成される。また、別
体部品の組立体ではなく、半導体基板を唯一の母材とし
てシーケンス的に製造でき、極板間隔のバラツキを抑制
できるため、検出精度を向上させることができる。
【００２５】 特に、固定電極層と可動電極膜との間
には絶縁膜が介在しているため、その高い誘電率によっ
て静電容量は非常に増大している。このため、チップサ
イズの微小化を積極的に図ることが可能である。
には絶縁膜が介在しているため、その高い誘電率によっ
て静電容量は非常に増大している。このため、チップサ
イズの微小化を積極的に図ることが可能である。
【００２６】 そして固定電極層は、パターニングに
より形成するのではなく、また熱拡散工程を用いるので
もなく、絶縁膜を介してイオン注入により形成可能であ
るから、固定電極層の界面は平滑性に優れており、また
その側面は段階接合に近く、電極形成規模を限定でき、
理想形の平板コンデンサに近づけることができる。
より形成するのではなく、また熱拡散工程を用いるので
もなく、絶縁膜を介してイオン注入により形成可能であ
るから、固定電極層の界面は平滑性に優れており、また
その側面は段階接合に近く、電極形成規模を限定でき、
理想形の平板コンデンサに近づけることができる。
【００２７】 固定電極膜を有する構造にあっては、
固定電極膜が可動電極膜の撓み量を制限するストッパ機
能を果たすが、これに任意電圧を印加すると可動電極膜
の可動特性を得る初期試験用のテスト電極として用いる
ことができ、迅速な信頼性試験が可能となる。また、そ
の結果を用いて校正用の電極として校正電位を印加して
おくことも可能である。勿論、固定電極層と可動電極膜
とからなるコンデンサと同様に、検出用コンデンサとし
て用いることもできる。
固定電極膜が可動電極膜の撓み量を制限するストッパ機
能を果たすが、これに任意電圧を印加すると可動電極膜
の可動特性を得る初期試験用のテスト電極として用いる
ことができ、迅速な信頼性試験が可能となる。また、そ
の結果を用いて校正用の電極として校正電位を印加して
おくことも可能である。勿論、固定電極層と可動電極膜
とからなるコンデンサと同様に、検出用コンデンサとし
て用いることもできる。
【図１】本発明の第１実施例に係る静電容量型センサを
示す縦断面図である。
示す縦断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｂ）は、本発明の第１実施例に係る
静電容量型センサの製造プロセスを説明する工程断面図
である。
静電容量型センサの製造プロセスを説明する工程断面図
である。
【図３】（ａ）〜（ｂ）は、図２（ｄ）の後工程を説明
する工程断面図である。
する工程断面図である。
【図４】本発明の第２実施例に係る静電容量型センサを
示す縦断面図である。
示す縦断面図である。
１…Ｎ型シリコン基板 ２…下部固定電極層 ３…シリコン酸化膜 ４…片持ち梁の可動電極部 ４ａ…可動電極板部 ４ｂ…支持側くびれ部 ５，１３…上部固定電極部 ５ａ…電極板部 ５ｂ…エッチング液通過用の孔 ６，１４…パッシベーション膜 ７…下部電極間スペーサ膜 ７ａ…突部 ８…上部電極間スペーサ。 １０…下部絶縁スペーサ １１…両持ち梁の可動電極部 １２…上部絶縁スペーサ。
Claims (3)
- 【請求項１】 第１導電型の半導体基板の主面側に形成
された第２導電型のイオン打ち込み層の固定電極層と、
前記基板の主面に形成された絶縁膜と、この絶縁膜に第
１の極板ギャップを介して下面が臨む可動電極膜とを有
して成ることを特徴とする静電容量型センサ。 - 【請求項２】 請求項１に記載の静電容量型センサにお
いて、前記可動電極膜の上面に第２の極板ギャップを介
して下面が臨む固定電極膜を有して成ることを特徴とす
る静電容量型センサ。 - 【請求項３】 第１導電型の半導体基板の主面に熱酸化
により酸化絶縁膜を形成する工程と、前記半導体基板の
主面側に前記酸化絶縁膜を介して第２導電型のイオン打
ち込みを施して固定電極層を形成する工程と、前記酸化
絶縁膜の上に電極間スペーサを形成する工程と、前記電
極間スペーサの上に可動電極膜を形成する工程と、ウェ
ットエッチングにより前記電極間スペーサを除去して空
洞化する工程とを有することを特徴とする静電容量型セ
ンサの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6127922A JPH07335909A (ja) | 1994-06-10 | 1994-06-10 | 静電容量型センサ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6127922A JPH07335909A (ja) | 1994-06-10 | 1994-06-10 | 静電容量型センサ及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07335909A true JPH07335909A (ja) | 1995-12-22 |
Family
ID=14971959
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6127922A Pending JPH07335909A (ja) | 1994-06-10 | 1994-06-10 | 静電容量型センサ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07335909A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000506261A (ja) * | 1996-02-27 | 2000-05-23 | ニフォテク・アーエス | 圧力センサ |
| GB2493838A (en) * | 2011-08-15 | 2013-02-20 | Pgs Geophysical As | An electrostatically coupled pressure sensor |
| JP2020508220A (ja) * | 2017-02-20 | 2020-03-19 | ウィラ・ベスローテン・フェンノートシャップＷｉｌａ Ｂ．Ｖ． | 工具を固定するための装置及びこのような装置を製造するための方法 |
-
1994
- 1994-06-10 JP JP6127922A patent/JPH07335909A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000506261A (ja) * | 1996-02-27 | 2000-05-23 | ニフォテク・アーエス | 圧力センサ |
| GB2493838A (en) * | 2011-08-15 | 2013-02-20 | Pgs Geophysical As | An electrostatically coupled pressure sensor |
| US8650963B2 (en) | 2011-08-15 | 2014-02-18 | Pgs Geophysical As | Electrostatically coupled pressure sensor |
| GB2493838B (en) * | 2011-08-15 | 2016-09-14 | Pgs Geophysical As | An electrostatically coupled pressure sensor |
| JP2020508220A (ja) * | 2017-02-20 | 2020-03-19 | ウィラ・ベスローテン・フェンノートシャップＷｉｌａ Ｂ．Ｖ． | 工具を固定するための装置及びこのような装置を製造するための方法 |
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