JPH08125199A - 半導体力学量センサ及びその製造方法 - Google Patents

半導体力学量センサ及びその製造方法

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JPH08125199A JP6265776A JP26577694A JPH08125199A JP H08125199 A JPH08125199 A JP H08125199A JP 6265776 A JP6265776 A JP 6265776A JP 26577694 A JP26577694 A JP 26577694A JP H08125199 A JPH08125199 A JP H08125199A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、固定電極に印加される電圧を変化
させても固定電極の変形・変位が発生せず精度の高い測
定を行え、絶縁性の犠牲層厚さを変えたり、犠牲層エッ
チング時間に影響されずに可動電極・固定電極と半導体
基板間での絶縁耐圧を上げることのできる半導体力学量
センサ及びその製造方法を提供する。 【構成】 本発明の半導体力学量センサは、十分に厚い
絶縁膜上に電極アンカー部を形成し、半導体基板との絶
縁耐圧を上げている。特に、十分に厚い絶縁膜をセンサ
検出回路作製時または拡散電極の分離に形成されるＬＯ
ＣＯＳ酸化膜として、プロセス増加を防ぎコスト増を抑
えていると共に、アンカー部を固定電極の一端のみに設
けるのではなく、複数箇所設けたり固定電極全体にわた
って設けることにより、半導体基板に引かれることによ
る変形・変位を防ぐ構造としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板を用いた半
導体力学量センサ及びその製造方法に係り、詳しくは梁
構造を持ち加速度、ヨーレート等を検出するために静電
気力を用いる半導体力学量センサ及びその製造方法に関
する。
【０００２】
【従来技術】従来の薄膜梁構造を有する加速度センサと
しては、刊行物ＳＡＥ９１０４９６に示されたものがあ
る。
【０００３】図１３はこの加速度センサ全体を示す図で
ある。
【０００４】図１３において、Ａ０はＳｉ基板、Ａ１は
梁、Ａ２はマス、Ａ３は静電容量を形成しサーボ動作を
行う可動電極、Ａ４はＡ３との間に静電容量を形成しサ
ーボ動作を行う固定電極である。
【０００５】Ａ１からＡ４はポリシリコンで形成されて
おり、マスＡ２、可動電極Ａ３は梁Ａ１に支持されＳｉ
基板Ａ０より所定の間隔を持って配置されている。
【０００６】また梁Ａ１と固定電極Ａ４は端の部分Ａ５
においてＳｉ基板Ａ０に固定されている。
【０００７】これらは、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、ポリシリコンで形成したもの
である。
【０００８】図１３中のＢ−Ｂ断面図を図１４に、Ｃ−
Ｃ断面図を図１５に示す。
【０００９】このセンサの検出原理を図１４で説明する
と、可動電極Ａ３１は両側の固定電極Ａ４１とＡ４２の
中心にあり、可動電極Ａ３１と固定電極Ａ４１，Ａ４２
間の静電容量Ｃ１，Ｃ２は等しい。
【００１０】また、可動電極Ａ３１と固定電極Ａ４１，
Ａ４２間には電圧Ｖ１，Ｖ２が印加されており、加速度
が生じていないときにはＶ１＝Ｖ２であり、可動電極Ａ
３１は固定電極Ａ４１と４２から等しい静電気力で引か
れている。
【００１１】ここで、加速度が基板水平方向に働き、可
動電極がＡ３１が変位すると可動電極Ａ３１と固定電極
Ａ４１，Ａ４２間の距離が変わり静電容量Ｃ１，Ｃ２が
等しくなくなる。
【００１２】このときに静電容量が等しくなるように、
例えば可動電極Ａ３１が固定電極Ａ４１側に変位したと
すると、電圧Ｖ１が下がり、電圧Ｖ２が上がる、これに
より静電気力で固定電極Ａ４２側に可動電極Ａ３１は引
かれる。
【００１３】可動電極Ａ３１が中心位置となり静電容量
Ｃ１，Ｃ２が等しくなれば、加速度と静電気力が等しく
つり合っており、このときの電圧Ｖ１，Ｖ２から加速度
の大きさを求めることができる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１３
に示したような梁部を持ちそれを電極として用いた場合
には、静電気力による梁の変形、梁に印加する電圧を上
げると基板との間で絶縁破壊が起きるという問題があ
る。
【００１５】具体的には図１４，図１５のような構造で
あるときには、加速度発生時に両側の固定電極に加わる
電圧が変化した場合には、両側の固定電極と基板間に働
く静電気力も変化して、固定電極が変形・変化し可動電
極と固定電極の対向面積が両側で異なり静電気力の大き
さが設計と異なり、精度の良い加速度の検出ができない
という問題点があった。
【００１６】また、可動電極及び固定電極のアンカー部
が薄い絶縁膜あるいはＰＮ接合上にある場合には、高い
電圧をかけた場合には基板との間に絶縁破壊が生じて、
電極に印加する電圧を制限されるという問題点があっ
た。
【００１７】例えば、酸化膜の絶縁耐圧は１０ＭＶ／ｃ
ｍ程度であることから、１０ｎｍ程度の酸化膜では固定
電極に印加できる電圧は１０Ｖが上限になる。
【００１８】このような問題の対策として、アンカー部
を絶縁性の十分に厚い犠牲層上に形成する方法もある
が、目標とするエアギャップが変わったり、アンカーと
して機能する部分が犠牲層エッチング時間により変化し
梁の長さが設計と変わりバネ定数が小さくなったり、長
時間のエッチングではアンカー部が消失してしまう等の
エッチング時間の精密な制御が必要である。
【００１９】このような問題点に対し、本発明の目的
は、固定電極に印加される電圧を変化させても固定電極
の変形・変位が発生せず精度の高い測定を行え、絶縁性
の犠牲層厚さを変えたり、犠牲層エッチング時間に影響
されずに可動電極・固定電極と基板間での絶縁耐圧を上
げることのできる半導体力学量センサ及びその製造方法
を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】本発明によると、上記課
題を解決するために、半導体基板と、前記半導体基板の
上方に所定の間隔を隔てて配置され、梁構造体によって
変位可能となるよう支持された可動部と、前記半導体基
板の上方の前記可動部と同一面を含む所定の高さで、前
記可動部とギャップを介して配置され、前記可動部を静
電気力を利用して移動させることを目的とした固定部
と、備え、力学量の作用に伴う前記可動部の変位から力
学量を検出するようにしたセンサであって、前記半導体
基板と前記固定部との間に絶縁膜を設け、前記絶縁膜が
ＬＯＣＯＳ酸化膜であることを特徴とした半導体力学量
センサが提供される。
【００２１】また、本発明によると、前記固定部が前記
ＬＯＣＯＳ酸化膜上に固定される前記固定部の一部をア
ンカ−部とし、該アンカ−部が前記ＬＯＣＯＳ酸化膜の
最厚部を含む部分に設けられることを特徴とする半導体
力学量センサが提供される。
【００２２】また、本発明によると、前記絶縁膜が、Ｌ
ＯＣＯＳ酸化膜とＳｉＮ膜であることを特徴とする半導
体力学量センサが提供される。
【００２３】また、本発明によると、前記固定部が前記
可動部と前記半導体基板から等しい高さで配置されるよ
うに、前記固定部の電極部が前記絶縁膜の端より前記半
導体基板に平行方向に突き出していることを特徴とする
半導体力学量センサが提供される。
【００２４】また、本発明によると、前記アンカー部を
前記固定部に複数箇所設けたことを特徴とする半導体力
学量センサが提供される。
【００２５】また、本発明によると、前記アンカー部を
前記固定電極の長手方向全体に設けたことを特徴とする
半導体力学量センサが提供される。
【００２６】また、本発明によると、前記ＬＯＣＯＳ酸
化膜上に耐熱性の導電材料を形成し、前記耐熱性導電材
料上に前記アンカー部を形成して前記耐熱性導電材料を
配線として利用したことを特徴とする半導体力学量セン
サが提供される。
【００２７】また、本発明によると、半導体基板の表面
にＬＯＣＯＳ酸化膜を形成する第１工程と、前記半導体
基板の主表面に犠牲層を形成し、前記犠牲層に固定部用
アンカーを形成するためのエッチングを行う第２工程
と、前記犠牲層上に可動部、固定部を形成する第３工程
と、前記可動部が変位可能となるように、前記犠牲層を
エッチング除去する第４工程とを備えたことを特徴とす
る半導体力学量センサの製造方法が提供される。
【００２８】また、本発明によると、半導体基板の表面
にＬＯＣＯＳ酸化膜を形成する第１工程と、前記ＬＯＣ
ＯＳ酸化膜上に耐熱性導電材料を形成する第２工程と、
前記ＬＯＣＯＳ酸化膜及び耐熱性導電材料上に窒化膜を
形成し、前記耐熱性導電材料上の窒化膜の一部にアンカ
ー用の開口部を設ける第３工程と、前記半導体基板の主
表面に犠牲層を形成し、前記犠牲層にアンカー形成用の
開口部を前記窒化膜の開口部上に設ける第４工程と、前
記犠牲層及び開口部上に、可動部、固定部を形成する第
５工程と、前記可動部が変位可能となるように、前記犠
牲層をエッチング除去する第６工程とを備えたことを特
徴とする半導体力学量センサの製造方法が提供される。
【００２９】また、本発明によると、半導体基板の表面
にＬＯＣＯＳ酸化膜を形成する第１工程と、前記ＬＯＣ
ＯＳ酸化膜上に窒化膜を形成する第２工程と、前記ＬＯ
ＣＯＳ酸化膜及び窒化膜上に耐熱性導電材料上に前記窒
化膜を形成する第３工程と、前記半導体基板の主表面に
犠牲層を形成し、前記犠牲層にアンカー形成用の開口部
を前記耐熱性導電材料上に設ける第４工程と、前記犠牲
層及び開口部上に、可動部、固定部を形成する第５工程
と、前記可動部が変位可能となるように、前記犠牲層を
エッチング除去する第６工程とを備えたことを特徴とす
る半導体力学量センサの製造方法が提供される。
【００３０】
【作用】上記解決手段によると、本発明の半導体力学量
センサは、センサ検出回路作製時、または拡散電極の分
離時に形成されるＬＯＣＯＳ酸化膜を絶縁膜として、そ
の絶縁膜上に電極アンカー部を形成し、基板との絶縁耐
圧を上げていると共に、、プロセス増加を防ぎコスト増
を抑えている。
【００３１】また、アンカー部を固定電極の一端のみに
設けるのではなく、複数箇所設けたり固定電極全体にわ
たって設けることにより、基板に引かれることによる変
形・変位を防ぐ構造としている。
【００３２】さらに、本発明の半導体力学量センサの製
造方法は、半導体基板の表面にＬＯＣＯＳ酸化膜を形成
する工程と、前記半導体基板の主表面に犠牲層を形成す
る工程と、前記犠牲層上に梁形状の可動部、固定部を形
成する工程と、前記可動部が変位可能となるように、前
記犠牲層をエッチング除去する工程とを備えたものであ
る。
【００３３】
【実施例】以下、本発明の具体的な一実施例について図
面を参照して詳細に説明する。
【００３４】図１は、本実施例のヨーレートセンサの平
面図を示すもので、ヨーレートの検出にトランジスタを
利用したものである。
【００３５】図１において、１は半導体基板でＰ型シリ
コンを使用した場合について説明する。
【００３６】２１，２２，２３，２４はアンカー部、３
１，３２，３３，３４は梁、４はヨーレートによる変位
量を稼ぐための重り、４１，４２はトランジスタでいう
ゲートの役割を兼ねる可動電極、５１，５２，５３，５
４は可動電極４１，４２に振動を与える励振用の電極で
ある。
【００３７】重り４、可動電極４１，４２、励振用電極
５１〜５４は半導体基板１の上方に所定の間隔を隔てて
配置され、梁３１〜３４及びアンカー部２１〜２４によ
り支持される。
【００３８】ここで、アンカー部は図示しない犠牲層上
に形成されている。
【００３９】これらアンカー部２１〜２４、梁部３１〜
３４、重り４、可動電極４１，４２、励振用電極５１〜
５４は、例えばポリシリコンやタングステン等の耐熱金
属によって一体に構成されている。
【００４０】この実施例においては、代表的な材料とし
てポリシリコンが使用される。
【００４１】７１，７２，８１，８２はＰ型シリコン基
板にイオン注入等の手段でＮ型不純物を導入することに
よって形成された拡散層からなるソース電極並びにドレ
イン電極であり、それらは可動電極４１，４２とエアギ
ャップを持ったトランジスタを構成する。
【００４２】６１，６２，６３，６４は励振用固定電極
で、重り４と一体形成された励振用電極５１〜５４との
間に所定の周波数で電位差を与え、重り４に図中に示す
ｘ方向の振動を与える。
【００４３】励振用固定電極６１〜６４は、励振用電極
５１〜５４等と同時にポリシリコン材料で形成される。
【００４４】また、これら励振用固定電極６１〜６４
は、基板１上に形成された図示しないＬＯＣＯＳ酸化膜
上に図示しないアンカー部を介して固定される。
【００４５】９はＰ型シリコン基板にイオン注入等の手
段でＮ型不純物を導入することによって形成された拡散
層からなる下部電極であり、重り４と等電位とすること
により可動電極４が静電気力で基板方向に変位し基板と
接触することを防ぐ。
【００４６】可動電極４１，４２は、重り、梁、アンカ
ー部、図示しない配線を介して外部回路に接続され、下
部電極９も図示しない配線を介して外部回路に接続され
る。さらに励振用固定電極６１〜６４が所定の周波数の
電圧信号が供給される外部回路に図示しない配線を介し
て接続される。
【００４７】但し、６１と６２の組と、６３と６４の組
では、電圧信号の位相が１８０度反転する。
【００４８】さらにソース電極７１，７２、ドレイン電
極８１，８２は図示されないアルミニウム配線を介し図
示しない外部の電流検出回路に接続される。
【００４９】図２は、図１のＡ−Ａ線に対応する断面構
造を示すものである。
【００５０】半導体基板１はＰ型シリコンによって構成
され、その主表面部にＮ型不純物による拡散層であるソ
ース電極７１、ドレイン電極８１が形成されるもので、
ゲートとして機能する可動電極４１によってソース電極
７１とドレイン電極８１との間に反転層９１が形成され
る。
【００５１】可動電極４１と半導体基板１との間にはギ
ャップ１００が設定され、可動電極４１は基板に対し垂
直方向の変位が可能となっている。
【００５２】図３は、図１のＢ−Ｂ線に対応する断面構
造を示すものである。半導体基板１の上に形成された絶
縁膜１１０で重り４が梁３２，３３、アンカー部２２，
２３を介して支持される。
【００５３】絶縁膜１１０によりギャップ１００が設定
され、絶縁膜１１０はＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 等により構
成される。
【００５４】また半導体基板１の主表面に不純物拡散層
からなる下部電極９が形成されている。
【００５５】この絶縁膜１１０は、重り４と梁３１〜３
４と半導体基板１との間隔を設定する犠牲層で構成され
るもので、アンカー部２１〜２４に対応する部分を除い
てエッチング除去されてギャップ１００が形成される。
【００５６】このエッチングに際しては、重り４、梁３
１〜３４、アンカー部２１〜２４を構成される材料であ
るポリシリコンと基板１がエッチングされず、犠牲層で
ある絶縁膜１１０のみがエッチングされるエッチング液
が使用される。
【００５７】図４は図１のＣ−Ｃ線に対応する断面構造
を示すものである。
【００５８】半導体基板１上にＬＯＣＯＳ酸化膜１１１
が形成されており、その一部をアンカーとして励振用固
定電極６４が形成されている。
【００５９】励振用電極５４は励振用固定電極６４のそ
れぞれ中心位置にあり、基板１の表面との間にギャップ
１００が設定されている。
【００６０】下部電極９は、励振用電極５４と対向する
基板１上に形成され、励振用電極５４と基板１間に静電
気力が生じないように励振用電極５４と等電位にされ
る。
【００６１】励振用固定電極６４に電圧を印加すると励
振用電極５４に静電気力が生じる。この場合に、紙面垂
直方向に引き込み力が生じ、重り４に変位が起きる。
【００６２】また、図中ｄ１，ｄ２に示すように励振用
固定電極の幅ｄ１がＬＯＣＯＳ酸化膜１１１の幅ｄ２よ
り大きく設定してある。
【００６３】ｄ１がｄ２より小さい場合には、励振用固
定電極の励振用電極に対向する部分がＬＯＣＯＳ酸化膜
の厚さ分だけ基板表面からの間隔が大きくなり、励振用
電極と高さが異なってしまい静電気力の大きさが設計か
ら変化し、センサの感度等が変化するという問題が発生
する。
【００６４】ｄ１がｄ２より大きければ励振用固定電極
の励振用電極に対向する部分は、励振用電極と同じ図示
されない犠牲層膜厚分だけ基板から離れ、常に励振用電
極と等しい高さに容易にすることができる。
【００６５】ｄ１とｄ２の差は１０μｍ以下が望まし
い。
【００６６】これは電極の突き出しが長いと基板との間
に生じる静電気力で励振用固定電極が基板側に引かれ変
位してしまうためである。
【００６７】この変位を小さくするにはｄ１，ｄ２の差
を小さくすることが有効である。
【００６８】このように構成されるヨーレートセンサの
作動について説明すると、可動電極４１，４２に対し半
導体基板１との間に電圧を印加すると、ソース電極７１
及び７２とドレイン電極８１及び８２との間に、反転層
９１，９２が形成され電流が流れる。
【００６９】また、励振用固定電極６１〜６４と励振用
電極５１〜５４との間にある周波数の励振用電圧を励振
用固定電極６１及び６２と６３及び６４で１８０度位相
をずらして印加して、重り４を基板１と水平方向（図１
中のｘ方向）に振動させる。ヨーレートによって発生す
るコリオリ力は、この振動の速度に比例するものであ
り、振動速度を大きくとるために周波数は振幅の大きく
なる共振点に選ぶことが好ましい。
【００７０】このように励振され振動している重り４に
対して、半導体基板１と水平で図１中にωで示した軸を
持ったヨーレートが発生すると、振動速度並びに振動体
質量に比例したコリオリ力が発生し、重り４が基板に対
して垂直方向に変位しこれと同時に可動電極４１，４２
も変位し図２に示したギャップ１００が変化する。
【００７１】ゲートとして機能する可動電極４１，４２
が変位することにより、反転層９１，９２に加わる電界
強度が変化し反転層９１，９２のキャリア濃度が変化し
て、ソース電極７１及び７２とドレイン電極８１及び８
２間の電流が変わる。
【００７２】この電流変化によってヨーレートが検出で
きるようになる。
【００７３】ヨーレートにより振動体に働くコリオリ力
を高感度に検出する場合には、振動速度を大きくするこ
とが有効である。
【００７４】このためには、共振周波数で振動している
振動体の振幅を大きくする必要がある。
【００７５】共振周波数で振動している振動体の振幅を
大きくするには、励振用固定電極に印加する電圧を上げ
なくてはならない。本実施例では励振用固定電極を図４
に示すように絶縁破壊耐圧の大きいＬＯＣＯＳ酸化膜上
に設けてあるため、通常より大きな電圧を励振用固定電
極に印加することができ、重りの振幅の大きい高感度な
ヨーレートセンサを構成することができる。
【００７６】本実施例の製造工程を図１中のＣ−Ｃ断面
を代表として図５に示す。
【００７７】図５の（ａ）に示すように半導体基板１上
に絶縁膜として厚さ５０ｎｍ以上または通常のトランジ
スタのゲート酸化膜よりも厚いＬＯＣＯＳ酸化膜１１１
を形成する。
【００７８】つぎに、図５の（ｂ）に示すように半導体
基板１の表面にイオン注入により不純物を導入し、下部
電極となる拡散抵抗９を形成する。
【００７９】このときにソース電極７１，７２、ドレイ
ン電極８１，８２部分も同時に形成される。
【００８０】この後、図５の（ｃ）に示すように基板１
の上に犠牲層１１０を形成しエッチング工程を経てＬＯ
ＣＯＳ酸化膜１１１上に励振用固定電極６４のアンカー
部分となる開口部１１２を設ける。
【００８１】つぎに、図６の（ａ）に示すようにポリシ
リコン層を成膜加工して、励振用電極５４、励振用固定
電極６４を形成する。
【００８２】このとき、同時に他のアンカー部、梁、重
り、可動電極も同時に形成される。つぎに、図６の
（ｂ）に示すように犠牲層エッチングを行い、ギャップ
１００を形成し励振用固定電極５４を可動する。
【００８３】このとき、梁、重り、可動電極の下部にあ
る犠牲層も同時にエッチングされ、励振による基板水平
方向の振動及びヨーレートによるコリオリ力での垂直方
向の変位が可能となり、ヨーレートをトランジスタで検
出するセンサとして機能する。
【００８４】本製造工程で犠牲層１１０に酸化膜を用い
る場合には、犠牲層１１０形成前に窒化膜をＬＯＣＯＳ
酸化膜１１１上に形成することが好ましい。
【００８５】窒化膜により、酸化膜である犠牲層エッチ
ング時にＬＯＣＯＳ酸化膜１１１をエッチング液から保
護することができる。
【００８６】この実施例で説明したヨーレートセンサに
おいては、励振用固定電極を３本、励振用電極を２本と
したが、それ以外の本数でも良い。
【００８７】また励振用固定電極と励振用電極の対向面
を同じ高さとしたが、必ずしも同じ高さにする必要はな
い。基板としてＰ型半導体を用いて説明したが、これは
Ｎ型半導体で構成することもできるもので、この場合の
拡散電極はＰ型で構成される。
【００８８】図１中に示したＤ−Ｄ断面を図７に示す。
【００８９】半導体基板１上にＬＯＣＯＳ酸化膜１１１
が形成されており、ＬＯＣＯＳ酸化膜１１１上に一部を
アンカーとして励振用固定電極６１が形成されている。
【００９０】このような構造であれば、励振用固定電極
６１に高電圧を印加しても絶縁破壊が起こりにくく、基
板との間に静電気力が発生しても励振用固定電極６１は
基板に固定されているので変位しない。
【００９１】図７以外に図８に示すようにアンカー部を
複数個設ける構造でも良い。
【００９２】図９に高い電圧のかかるアンカー構造の他
の例を図１中のＣ−Ｃ断面に相当する励振用固定電極部
分を代表に示す。
【００９３】本例は図４に示した断面図との違いを中心
に述べる。
【００９４】励振用固定電極６４は耐熱性導電材料２０
０を介してＬＯＣＯＳ酸化膜１１１上に形成される。
【００９５】さらに、犠牲層エッチング時にＬＯＣＯＳ
酸化膜１１１を保護するための窒化膜２２０が設けてあ
る。
【００９６】図９の構造の図１中でいうＤ−Ｄ断面を図
１０に示す。
【００９７】ＬＯＣＯＳ酸化膜１１１上に耐熱性導電材
料２００が形成され、励振用固定電極６４より長く形成
されその一端にアルミニウム配線２１０が接続されてい
る。アルミニウム配線上には窒化膜２５０が形成され、
犠牲層エッチング時のアルミニウム配線の保護を目的と
している。
【００９８】アルミニウム配線２１０は外部の回路に接
続される。
【００９９】したがって、励振用固定電極６４は耐熱性
導電材料２００、アルミニウム配線２１０を介して、外
部の回路に接続される。
【０１００】このような構成にすると、励振用固定電極
６４の上部から配線を取り出すときに生じる段差での配
線の段切れの問題を回避できる。
【０１０１】図９、１０に示した構造の製造工程を図１
１に並列して示す。
【０１０２】図１１（ａ１），（ａ２）に示すように半
導体基板１上にＬＯＣＯＳ酸化膜１１１を形成する。
【０１０３】つぎに、図１１（ｂ１），（ｂ２）に示す
ようにＬＯＣＯＳ酸化膜１１１上に例えばポリシリコン
のような耐熱性導電材料２００を形成する。
【０１０４】図１１（ｃ１），（ｃ２）で基板１上の主
たる表面に窒化膜２２０を形成し、耐熱性導電材料２０
０上にアンカー用の開口部２３０を設ける。
【０１０５】つぎに、図１１（ｄ１），（ｄ２）で窒化
膜２２０上に犠牲層１１０を形成しエッチング工程を経
てＬＯＣＯＳ酸化膜１１１上にアンカー部分及び配線用
の開口部２４０，２４１を設ける。
【０１０６】つぎに、図１２（ａ１），（ａ２）でポリ
シリコンまたはタングステンのような耐熱金属層を成膜
加工して、励振用固定電極６４を形成する。
【０１０７】このとき、同時に他のアンカー部、梁、重
り、可動電極も同時に形成される。図１２（ｂ１），
（ｂ２）で配線用のコンタクトホール２３１が耐熱性導
電材料２００上に形成される。
【０１０８】図１２（ｃ１），（ｃ２）で耐熱性導電材
料２００に接続するアルミニウム配線２１０を形成しア
ルミニウム配線２１０上に窒化膜２５０が形成される。
【０１０９】窒化膜２５０にはパッシベーション用のプ
ラズマ窒化膜を用いても良い。
【０１１０】図１２（ｄ１），（ｄ２）で犠牲層エッチ
ングを行い、ギャップ１００が形成される。
【０１１１】犠牲層１１０が酸化膜等の場合、エッチン
グ液にＨＦ等が用いられるが、アルミニウム配線２１０
は窒化膜２５０で保護されエッチングされることはな
い。
【０１１２】このとき、梁、重り、可動電極の下部にあ
る犠牲層も同時にエッチングされ、励振による基板水平
方向の振動及びヨーレートによるコリオリ力での垂直方
向の変位が可能となり、ヨーレート検出が可能となる。
【０１１３】本実施例は励振用固定電極のアンカー部の
構造について述べたが、これは可動する側の例えば図１
中に示すアンカー部２１，２２，２３，２４に用いても
良い。
【０１１４】図９、図１０に示したアンカ−構造の他の
例を図１６、図１７にそれぞれ示す。 この図１６、図
１７の例と、図９、図１０に示したアンカ−構造との違
いは、耐熱性導電材料２００が窒化膜２２０上に形成さ
れることであり、それの製造方法を図１８、図１９を参
照して説明する。
【０１１５】まず、図１８（ａ１）、（ａ２）に示すよ
うに半導体基板１上にＬＯＣＯＳ酸化膜１１１を形成す
る。
【０１１６】つぎに、図１８（ｂ１）、（ｂ２）に示す
ように半導体基板１の主たる表面に窒化膜２２０を形成
する。
【０１１７】つぎに、図１８（ｃ１）、（ｃ２）に示す
ようにＬＯＣＯＳ酸化膜１１１及び窒化膜２２０上に例
えばポリシリコンのような耐熱性導電材料２００を形成
する。 つぎに、図１８（ｄ１）、（ｄ２）に示すよう
に半導体基板１の主たる表面に犠牲層１１０を形成し、
エッチング工程を経て耐熱性導電材料２００上にアンカ
−部分及び配線用の開口部２４０、２４１を設ける。
【０１１８】つぎに、図１９（ａ１）、（ａ２）に示す
ようにポリシリコンまたはタングステンのような耐熱性
金属層を成膜加工して、励振用固定電極６４を形成す
る。
【０１１９】このとき、他のアンカ−部、梁、重り、可
動電極も同時に形成する。
【０１２０】つぎに、図１９（ｂ１）、（ｂ２）に示す
ように耐熱性導電材料２００に接続するアルミニウム配
線２１０を形成し、このアルミニウム配線２１０上に窒
化膜２５０を形成する。
【０１２１】つぎに、図１９（ｃ１）、（ｃ２）に示す
ように犠牲層をエッチングして、ギャップ１００を形成
する。
【０１２２】図９、図１０で示した構造では窒化膜２２
０が耐熱性導電材料２００を常に保護してパッシ−ベ−
ションの役割を果たし、耐熱性導電材料２００は環境に
よる物性の経時変化がおきにくい構造となっている。
【０１２３】これに対し、図１６、図１７に示した構造
は耐熱性導電材料２００が窒化膜２２０上にあり、窒化
膜２２０にアンカ−用の開口部及びコンタクトホ−ルを
形成する工程を省くことができ、プロセスを短縮するこ
とができるという特徴を有している。
【０１２４】以上の実施例についてはヨーレートセンサ
について述べたが、本発明はサーボ検出を行う加速度セ
ンサにも利用でき、また静電気力を利用するアクチュエ
ータにも利用できる。
【０１２５】
【発明の効果】従って、以上詳述したように、本発明に
よれば、ＬＯＣＯＳ酸化膜による厚い絶縁膜上にアンカ
ー部を持つようにしたことにより、固定電極に印加され
る電圧を変化させても固定電極の変形・変位を発生せず
精度の高い測定を行え、絶縁性の犠牲層厚さを変えた
り、犠牲層エッチング時間に影響されずに固定電極と基
板間での絶縁耐圧を上げることのできる半導体力学量セ
ンサ及びその製造方法を提供することが可能となる。
【０１２６】具体的には以下のような効果がある。
【０１２７】請求項１の発明により、通常のＰＮ接合
部、自然酸化膜、ゲート酸化膜上に固定電極、可動電極
のアンカー部を設けた場合に比べ絶縁耐圧を上げること
ができ、固定電極、可動電極に印加する電圧を大きくす
ることができると共に、ＬＯＣＯＳ酸化膜を利用するこ
とでプロセスを増やすことなく十分に厚い絶縁膜を得る
ことができる。
【０１２８】請求項２の発明により、ＬＯＣＯＳ酸化膜
上で最も絶縁耐圧の大きい部分にアンカー部を形成する
ことができる。
【０１２９】請求項３の発明により、絶縁膜として用い
るＬＯＣＯＳ酸化膜を製造プロセス中でのエッチング工
程から保護することができる。
【０１３０】請求項４の発明により、固定電極の可動電
極と対向する部分は可動電極と常に基板から等しい高さ
にすることができる。
【０１３１】一般に、固定電極の幅が絶縁膜の幅より狭
いと固定電極の基板からの高さは絶縁膜の厚さと犠牲層
の厚さを加えたものとなり、可動電極の高さ（犠牲層厚
さ）より高くなってしまうが、本発明によって、固定電
極と可動電極の対向部は常に等しい高さ（犠牲層厚さ
分）となることを容易可能とする。
【０１３２】請求項５の発明により、固定電極が一端の
アンカー部で支持された場合に比べ、バネ定数が格段に
大きくなり、基板との静電気力による固定電極の変形・
変位を小さくすることができる。
【０１３３】請求項６の発明により、固定電極が一端の
アンカー部で支持された場合に比べ、基板との静電気力
による固定電極の変形を無視できるほど小さくすること
ができる。
【０１３４】請求項７の発明により、ＬＯＣＯＳ酸化膜
上に導電材料を形成し、導電材料上にアンカー部を形成
することで、可動電極、固定電極の配線を形成すること
ができ、可動電極、固定電極の上部から取る場合に予想
される配線の段切れを解決することができる。
【０１３５】請求項８の発明により、可動電極、固定電
極のアンカー部が大きな絶縁耐圧を持つ半導体力学量セ
ンサを製造することができる。
【０１３６】請求項９の発明により、可動電極、固定電
極のアンカー部が大きな絶縁耐圧を有し、犠牲層エッチ
ング時にＬＯＣＯＳ酸化膜をエッチング液から保護し、
可動電極、固定電極に段切れのない配線が形成できる半
導体力学量センサを製造することができる。
【０１３７】請求項１０の発明により、可動電極、固定
電極のアンカー部が大きな絶縁耐圧を有し、犠牲層エッ
チング時にＬＯＣＯＳ酸化膜をエッチング液から保護
し、可動電極、固定電極に段切れのない配線が形成でき
る半導体力学量センサを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るヨーレートセンサを示
す平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図。
【図４】図１のＣ−Ｃ断面図。
【図５】本発明の製造工程を示す断面図。
【図６】本発明の製造工程を示す断面図。
【図７】図１のＤ−Ｄ断面図。
【図８】アンカー部を複数個設けた構造を示す断面図。
【図９】アンカー構造の他の例を示す断面図。
【図１０】図９を図１のＤ−Ｄ断面に対応させて示す断
面図。
【図１１】図９、図１０に示した構造の製造工程を示す
断面図。
【図１２】図９、図１０に示した構造の製造工程を示す
断面図。
【図１３】従来の加速度センサの全体を示す図。
【図１４】図１３のＢ−Ｂ断面図。
【図１５】図１３のＣ−Ｃ断面図。
【図１６】アンカー構造の他の例を示す断面図。
【図１７】図１６を図１のＤ−Ｄ断面に対応させて示す
断面図。
【図１８】図１６、図１７に示した構造の製造工程を示
す断面図。
【図１９】図１６、図１７に示した構造の製造工程を示
す断面図。
【符号の説明】
２１〜２４…アンカー部、３１〜３４…梁、４…重り、
４１〜４２…可動電極、５１〜５４…励振用電極、６１
〜６４…励振用固定電極、７１，７２，８１，８２…ソ
ース及びドレイン電極、９…下部電極、１１１…ＬＯＣ
ＯＳ酸化膜、２２０…窒化膜。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体基板と、 前記半導体基板の上方に所定の間隔を隔てて配置され、
    梁構造体によって変位可能となるよう支持された可動部
    と、 前記半導体基板の上方の前記可動部と同一面を含む所定
    の高さで、前記可動部とギャップを介して配置され、前
    記可動部を静電気力を利用して移動させることを目的と
    した固定部と、を備え、力学量の作用に伴う前記可動部
    の変位から力学量を検出するようにしたセンサであっ
    て、 前記半導体基板と前記固定部との間に絶縁膜を設け、 前記絶縁膜がＬＯＣＯＳ酸化膜であることを特徴とした
    半導体力学量センサ。
  2. 【請求項２】 前記固定部が前記ＬＯＣＯＳ酸化膜上に
    固定される前記固定部の一部をアンカ−部とし、該アン
    カ−部が前記ＬＯＣＯＳ酸化膜の最厚部を含む部分に設
    けられ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。
  3. 【請求項３】 前記絶縁膜が、ＬＯＣＯＳ酸化膜とＳｉ
    Ｎ膜であることを特徴とする請求項１または２に記載の
    半導体力学量センサ。
  4. 【請求項４】 前記固定部が前記可動部と前記半導体基
    板から等しい高さで配置されるように、前記固定部の電
    極部が前記絶縁膜の端より前記半導体基板に平行方向に
    突き出していることを特徴とする請求項１乃至３のいず
    れかに記載の半導体力学量センサ。
  5. 【請求項５】 前記アンカー部を前記固定部に複数箇所
    設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記
    載の半導体力学量センサ。
  6. 【請求項６】 前記アンカー部を前記固定電極の長手方
    向全体に設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいず
    れかに記載の半導体力学量センサ。
  7. 【請求項７】 前記ＬＯＣＯＳ酸化膜上に耐熱性の導電
    材料を形成し、前記耐熱性導電材料上に前記アンカー部
    を形成して前記耐熱性導電材料を配線として利用したこ
    とを特徴とする請求項１、２、４、５、６のいずれかに
    記載の半導体力学量センサ。
  8. 【請求項８】 半導体基板の表面にＬＯＣＯＳ酸化膜を
    形成する第１工程と、 前記半導体基板の主表面に犠牲層を形成し、前記犠牲層
    に固定部用アンカーを形成するためのエッチングを行う
    第２工程と、 前記犠牲層上に可動部、固定部を形成する第３工程と、 前記可動部が変位可能となるように、前記犠牲層をエッ
    チング除去する第４工程とを備えたことを特徴とする半
    導体力学量センサの製造方法。
  9. 【請求項９】 半導体基板の表面にＬＯＣＯＳ酸化膜を
    形成する第１工程と、 前記ＬＯＣＯＳ酸化膜上に耐熱性導電材料を形成する第
    ２工程と、 前記ＬＯＣＯＳ酸化膜及び耐熱性導電材料上に窒化膜を
    形成し、前記耐熱性導電材料上の窒化膜の一部にアンカ
    ー用の開口部を設ける第３工程と、 前記半導体基板の主表面に犠牲層を形成し、前記犠牲層
    にアンカー形成用の開口部を前記窒化膜の開口部上に設
    ける第４工程と、 前記犠牲層及び開口部上に、可動部、固定部を形成する
    第５工程と、 前記可動部が変位可能となるように、前記犠牲層をエッ
    チング除去する第６工程とを備えたことを特徴とする半
    導体力学量センサの製造方法。
  10. 【請求項１０】 半導体基板の表面にＬＯＣＯＳ酸化膜
    を形成する第１工程と、 前記ＬＯＣＯＳ酸化膜上に窒化膜を形成する第２工程
    と、 前記ＬＯＣＯＳ酸化膜及び前記窒化膜上に耐熱性導電材
    料上に窒化膜を形成する第３工程と、 前記半導体基板の主表面に犠牲層を形成し、前記犠牲層
    にアンカー形成用の開口部を前記耐熱性導電材料上に設
    ける第４工程と、 前記犠牲層及び開口部上に、可動部、固定部を形成する
    第５工程と、 前記可動部が変位可能となるように、前記犠牲層をエッ
    チング除去する第６工程とを備えたことを特徴とする半
    導体力学量センサの製造方法。
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