JPH08335706A - 半導体力学量センサの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】梁構造の可動部の反りを抑制することができる
半導体力学量センサの製造方法を提供する。 【構成】シリコン基板１７上に犠牲層としてのシリコン
酸化膜２２を形成するとともにその上に可動部形成用薄
膜としてのポリシリコン薄膜２４を成膜し、このポリシ
リコン薄膜２４に対し、Ｐ（リン）をイオン注入する。
この際、加速電圧を変化させて膜厚方向に所定の濃度分
布となるようにする。シリコン酸化膜２２の除去により
シリコン基板１７の上方に所定の間隔を隔てて梁構造の
可動部（可動ゲート電極）が配置される。シリコン基板
１７には固定電極（ソース・ドレイン電極）が形成され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は半導体力学量センサに
係り、詳しくは、加速度、ヨーレート、振動等の力学量
を検出する半導体力学量センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体加速度センサの小型化、低
価格化の要望が高まっている。このために、特表平４−
５０４００８号公報にてポリシリコンを電極として用い
た差動容量式半導体加速度センサが示されている。この
種のセンサを図２６，２７を用いて説明する。図２６に
センサの平面図を示すとともに、図２７に図２６のＩ−
Ｉ断面図を示す。

【０００３】シリコン基板１００の上方には所定間隔を
隔てて梁構造の可動部１０１が配置されている。ポリシ
リコン薄膜よりなる可動部１０１は、梁部１０２，１０
３と重り部１０４と可動電極部１０５とからなる。可動
部１０１は、アンカー部１０６，１０７，１０８，１０
９にてシリコン基板１００の上面に固定されている。。
つまり、アンカー部１０６，１０７，１０８，１０９か
ら梁部１０２，１０３が延設され、この梁部１０２，１
０３に重り部１０４が支持されている。この重り部１０
４には可動電極部１０５が突設されている。一方、シリ
コン基板１００上には、１つの可動電極部１０５に対し
固定電極１１０が２つ対向するように配置されている。
そして、シリコン基板１００の表面に平行な方向（図２
６にＹで示す）に加速度が加わった場合、可動電極部１
０５と固定電極１１０との間の静電容量において片側の
静電容量は増え、もう一方は減る構造となっている。

【０００４】このセンサの製造は、図２８に示すよう
に、シリコン基板１００の上にシリコン酸化膜等の犠牲
層１１１を形成するとともに犠牲層１１１におけるアン
カー部となる箇所に開口部１１２を形成する。その後、
図２９に示すように、犠牲層１１１の上に可動部１０１
となるポリシリコン薄膜１１３を成膜し、所望のパター
ン形状にする。引き続き、図３０に示すように、エッチ
ング液にてポリシリコン薄膜１１３の下の犠牲層１１１
を除去し、シリコン基板１００の上方に可動部１０１を
所定間隔を隔てて配置する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図１４に示
すように、可動部１０１となるポリシリコン薄膜１１３
には成膜時に内部応力σが発生しこの内部応力σは膜厚
方向に対し変化する。その結果、ポリシリコン薄膜１１
３の膜厚方向に内部応力分布が存在し、犠牲層エッチン
グ後の可動部１０１が反ってしまう。つまり、図２６に
示すように、可動電極部１０５は重り部１０４を固定端
とした片持ち梁構造となっており、膜厚方向に内部応力
分布が存在することにより可動電極部１０５が反ってし
まう。その結果、可動電極部１０５と固定電極１１０と
を精度よく対向配置することができなかった。又、重り
部１０４も膜厚方向に内部応力分布が存在することによ
り反りが発生してまう。その結果、この重り部１０４か
ら突出する可動電極部１０５も変位してしまい可動電極
部１０５と固定電極１１０とを精度よく対向配置するこ
とができなかった。

【０００６】このような梁構造体の膜厚方向の内部応力
を小さくする一般的な手法として、長時間高温で熱処理
（例えば、１１５０℃、２４時間）することが行われて
いる。しかしながら、この方法ではシリコン基板１００
における可動部１０１の周辺に設けた周辺回路を構成す
るトランジスタ等にダメージを与えてしまう等の理由に
よりＩＣプロセスと整合せず、半導体加速度センサに適
用することは実用的でなかった。

【０００７】そこで、この発明の目的は、梁構造の可動
部の反りを抑制することができる半導体力学量センサの
製造方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、半導体基板と、前記半導体基板の上方において下側
に配置された犠牲層の除去により所定の間隔を隔てて配
置され、薄膜よりなる梁構造の可動部とを備え、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
うにした半導体力学量センサの製造方法であって、半導
体基板上に犠牲層を形成し、その上に可動部形成用薄膜
を形成する際または形成後に膜厚方向に所定の濃度分布
となるように内部応力調整物質をイオン注入法を用いて
導入して前記可動部の反りを抑制するようにした半導体
力学量センサの製造方法をその要旨とする。

【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、イオン注入の際の加速電圧を変化させ
ることで、膜厚方向に所定の濃度分布を得るようにした
半導体力学量センサの製造方法をその要旨とする。

【００１０】請求項３に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、イオン注入の際の注入物質を変えるこ
とで、膜厚方向に所定の濃度分布を得るようにした半導
体力学量センサの製造方法をその要旨とする。

【００１１】請求項４に記載の発明は、半導体基板と、
前記半導体基板の上方において下側に配置された犠牲層
の除去により所定の間隔を隔てて配置され、薄膜よりな
る梁構造の可動部とを備え、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半導体力学
量センサの製造方法であって、半導体基板上に犠牲層を
形成し、その上に可動部形成用薄膜を形成する際に膜厚
方向に所定の濃度分布となるように内部応力調整物質を
導入して前記可動部の反りを抑制するようにした半導体
力学量センサの製造方法をその要旨とする。

【００１２】請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の
いずれか１項に記載の発明において、前記可動部は、ポ
リシリコンまたはアモルファスシリコンよりなる半導体
力学量センサの製造方法をその要旨とする。

【００１３】

【作用】請求項１に記載の発明によれば、半導体基板上
に犠牲層を形成し、その上に可動部形成用薄膜を形成す
る際または形成後に膜厚方向に所定の濃度分布となるよ
うに内部応力調整物質をイオン注入法を用いて導入して
可動部の反りを抑制する。つまり、内部応力調整物質を
薄膜の膜厚方向に所望の濃度分布にすることにより薄膜
の膜厚方向に分布する内部応力による曲げモーメントが
小さくなり、反りが抑制される。

【００１４】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明の作用に加え、イオン注入の際の加速電圧
を変化させることで、膜厚方向に所望のイオン濃度分布
を得る。

【００１５】請求項３に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明の作用に加え、イオン注入の際の注入物質
を変えることで、膜厚方向に所定の濃度分布を得る。請
求項４に記載の発明によれば、半導体基板上に犠牲層を
形成し、その上に可動部形成用薄膜を形成する際に膜厚
方向に所定の濃度分布となるように内部応力調整物質を
導入して可動部の反りを抑制する。つまり、内部応力調
整物質を薄膜の膜厚方向に所望の濃度分布にすることに
より薄膜の膜厚方向に分布する内部応力による曲げモー
メントが小さくなり、反りが抑制される。

【００１６】請求項５に記載の発明によれば、請求項１
〜４のいずれか１項に記載の発明の作用に加え、ポリシ
リコン薄膜またはアモルファスシリコン薄膜に対し内部
応力調整物質が導入される。

【００１７】

【実施例】

（第１実施例）以下、この発明を具体化した第１実施例
を図面に従って説明する。

【００１８】図１は、本実施例の半導体加速度センサの
平面図を示す。又、図２には図１のＡ−Ａ断面を示し、
図３には図１のＢ−Ｂ断面を示す。本実施例では、ＭＩ
Ｓトランジスタ式の半導体加速度センサとなっている。
Ｐ型シリコン基板１上にはシリコン酸化膜２が形成され
ている。又、Ｐ型シリコン基板１上には、シリコン酸化
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）。シリコン酸化膜２にはゲート電極
としての可動部４の両端が支持されている。この可動部
４は空隙部３に延びる梁構造となっており、シリコン基
板１の上方に所定の間隔を隔てて配置されている。さら
に、可動部４は帯状にて直線的に延びるポリシリコン薄
膜よりなる。より詳細には、可動部４は、厚さ２μｍの
ポリシリコン層からなり、可動部４は、Ｐ（リン）が導
入されており、このＰ（リン）は図１５のように、膜厚
方向に所定の濃度分布となっている。つまり、下面側は
薄く、上面側は濃くなっている。

【００１９】又、シリコン酸化膜２によりＰ型シリコン
基板１と可動部４とが絶縁されている。ここで、可動部
４の下部における空隙部３は、シリコン酸化膜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
ものであり、その膜厚分だけの間隔（エアギャップ）を
隔てて配置されている。この犠牲層エッチングの際に
は、エッチング液として、可動部４がエッチングされ
ず、犠牲層であるシリコン酸化膜２がエッチングされる
エッチング液が使用される。

【００２０】又、シリコン酸化膜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
動部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。

【００２１】図３において、Ｐ型シリコン基板１の表面
における可動部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。

【００２２】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。

【００２３】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は同一基板内に形成した周辺回路と接
続されている。

【００２４】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は可動部（梁構造体）４に電圧を印加
することにより生じたものである。

【００２５】次に、半導体加速度センサの作動を図３を
用いて説明する。ゲート電極としての可動部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。本加速度センサが加速度を受けて、図中に示す
Ｚ方向（基板の表面に垂直な方向）に可動部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。このように本加速度セ
ンサは電流量の増減で加速度を検出することができる。

【００２６】次に、このように構成した半導体加速度セ
ンサの製造工程を図４〜図１３を用いて説明する。ここ
で、図面の左側に可動部形成領域（センシング領域）、
右側には周辺回路の一部をなすトランジスタを示す。

【００２７】図４に示すように、ウェハ状態の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１８，１９，２０，２１を
形成する。

【００２８】そして、図５に示すように、その一部が犠
牲層となるシリコン酸化膜２２をセンサ作製部に形成す
る。尚、このとき、基板全体にシリコン酸化膜２２を成
膜し後からトランジスタ作製部上のシリコン酸化膜を除
去してもよい。

【００２９】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。そして、図７に示すように、可動部形成材料およ
びトランジスタのゲート電極形成材料であるポリシリコ
ン薄膜をＬＰＣＶＤ法により成膜し、可動部の形成領域
のポリシリコンにＰ（リン）をイオン注入する。この
際、加速電圧（加速エネルギー）を変化させることによ
り、図１５のように膜厚方向に所定の濃度分布とする。

【００３０】続いて、ポリシリコン薄膜に対し、フォト
リソ工程を経てドライエッチング等でセンサの可動部形
成用ポリシリコン薄膜２４とトランジスタのゲート電極
形成用ポリシリコン薄膜２５とにパターニングする。つ
まり、シリコン酸化膜２２の上に可動部形成用ポリシリ
コン薄膜２４を配置する。尚、この際、可動部形成用ポ
リシリコン薄膜２４とゲート電極形成用ポリシリコン薄
膜２５とは別々に形成してもよい。

【００３１】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
ソ工程を経てシリコン酸化膜２２における可動部形成用
ポリシリコン薄膜２４の両側に開口部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２９，３０を形成する。

【００３２】さらに、シリコン酸化膜２２の開口部２
６，２７、レジスト２８の開口部２９，３０から可動部
形成用ポリシリコン薄膜２４とゲート電極形成用ポリシ
リコン薄膜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。

【００３３】次に、図１０に示すように、可動部形成用
ポリシリコン薄膜２４とアルミ配線、およびゲート電極
形成用ポリシリコン薄膜２５とアルミ配線を電気的に絶
縁するための層間絶縁膜（シリコン酸化膜）３５を成膜
する。そして、図１１に示すように、配線用拡散層１
８，１９，２０，２１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。

【００３４】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（シリコン酸化
膜）３５の一部と可動部形成用ポリシリコン薄膜２４の
下のシリコン酸化膜２２をフッ酸系エッチング液を用い
てエッチングする。その結果、シリコン基板１７の上に
エアギャップを介して梁構造の可動部４が配置される。

【００３５】このようにして、ＭＩＳトランジスタ式半
導体加速度センサの製作工程が終了する。このようなセ
ンサ製造工程における可動部形成用ポリシリコン薄膜２
４への不純物導入に際して膜厚方向に所定の不純物濃度
分布とすることにより可動部４の反りが抑制される。

【００３６】以下に、可動部４の反り抑制効果を図１４
〜１７を用いて説明する。図１４に示すように、シリコ
ン酸化膜２２（犠牲層）上に厚さｈのポリシリコン薄膜
を成膜すると、一般的に膜厚方向に内部応力が不均一に
なる現象が発生する。

【００３７】膜厚方向をＺ軸とし、膜厚方向の内部応力
をσｚとすると、中立軸に発生する曲げモーメントＭ１
は次のように求められる。

【００３８】

【数１】

【００３９】又、この曲げモーメントＭ１による梁の変
形はある曲率半径をもち、その時の曲率半径Ｒ１は次の
ように求められる。 Ｒ＝ＥＩｚ／Ｍ１ ・・・（２） ここで Ｉｚ＝１／１２・ｈ³ ただし、Ｅはポリシリコン薄膜（可動部）のヤング率、
Ｉｚは断面２次モーメントである。

【００４０】このように、膜厚方向に応力が不均一に分
布している場合、梁構造体は本来設計した値より変形し
てしまう。そこで本実施例は、形状を本来設計した値に
近づけるために、膜厚方向に所定の不純物濃度分布とし
て変形を抑制している。

【００４１】一般的に薄膜の残留応力は、成膜手法（装
置）、成膜条件、熱処理温度、熱処理時間、不純物濃度
等により変化することが知られている。例えば、ポリシ
リコン薄膜の残留歪は図１６（１９９１，ＩＥＥＥ，Ｃ
ontrolof residual stress of polysilicon thin film
by heavy doping in surfacemicromachining，９５７〜
９６０頁）のように不純物濃度で変化することが知られ
ている。この文献では横型減圧ＣＶＤ炉、成膜条件：温
度５７０℃、圧力５００ｍtorr、熱処理温度１０５０
℃、熱処理時間６０分、不純物：Ｐ、Ａｓを用いてい
る。この文献では、Ｐ、Ａｓ等の不純物をポリシリコン
薄膜に導入していくと、イオン注入量とともに残留応力
（残留応力は歪と膜のヤング率の積であらわされる）が
引っ張り応力から圧縮応力に変化していく結果が報告さ
れている。

【００４２】このように残留応力が不純物濃度に依存す
ることを用い、ポリシリコン薄膜の反り量を低減させて
いる。図１７において実線にて示すσ_z1は、ポリシリコ
ン薄膜の応力分布の一例を示している。この図１７のポ
リシリコン薄膜で半導体加速度センサを形成すると梁は
基板側に反ってしまう。そこで、応力分布σ_z1を有する
ポリシリコン薄膜に対し図１５のような膜厚方向での不
純物濃度分布となるイオン注入を行う。このようにし
て、膜厚方向に所望の不純物濃度分布を形成すると、図
１７において一点鎖線にて示す応力分布σ_z2が発生する
（不純物濃度分布による応力が発生する）。その結果、
このようにしてポリシリコン薄膜の膜厚方向に適当な不
純物濃度分布を与えることにより、図１７において二点
鎖線にて示すように応力が一定値となった分布σ_z3とな
る。つまり、膜厚方向の応力が打ち消し合い（σ_z3＝σ
_z1＋σ_z2）、中立軸に発生するモーメントが０に近くな
り反りが小さくなる。

【００４３】ここで、不純物注入後の応力分布は図１７
のσ_z3のように膜厚方向に必ずしも応力が均一になる必
要はなく、例えばＺ＝０（中立軸）に対して上下対称で
あってもよく、要は、（１）式で計算した値が０に近く
なるように膜厚方向に応力が分布していればよい。

【００４４】このように本実施例では、シリコン基板１
７（半導体基板）上に犠牲層としてのシリコン酸化膜２
２を形成し、その上に可動部形成用薄膜としてのポリシ
リコン薄膜２４を形成した後に膜厚方向に所定の濃度分
布となるように内部応力調整物質としてのリン（Ｐ）を
イオン注入して可動部４の反りを抑制した。つまり、リ
ン（Ｐ）を薄膜の膜厚方向に所望の濃度分布にすること
により薄膜の膜厚方向に分布する内部応力による曲げモ
ーメントが小さくなり、反りが抑制される。又、反りの
抑制のために長時間高温で熱処理（例えば、１１５０
℃、２４時間）すると、周辺回路を構成するトランジス
タ等にダメージを与えてしまうが、本実施例では長時間
高温で熱処理することなく（周辺回路のトランジスタに
ダメージを与えることなく）、反りが抑制できる。

【００４５】本実施例の応用例として、上記実施例で
は、導入する内部応力調整物質はＰ（リン）であった
が、リン（Ｐ）以外にも、Ｂ（ボロン）やＡｓ（砒素）
等の他の不純物や不活性な原子や薄膜を構成する原子等
であってもよい。

【００４６】又、上記実施例では、イオン注入の際の加
速電圧を変化させることにより膜厚方向での所定の不純
物濃度分布を得たが、他の方法として、イオン注入の際
の注入物質を変えることで、膜厚方向に所定の濃度分布
を得るようにしてもよい。つまり、Ｂ（ボロン）を注入
する場合において、加速電圧を一定とした状態で、ＢＦ
₃ をイオン源とし、質量分析器でＢＦ₃ とＢＦ₂ とＢＦ
とＢとを選択的に分離し、ＢＦ₃ とＢＦ₂ とＢＦとＢと
を切り換えてウェハに注入してもよい。各分離物質（Ｂ
Ｆ₃ 、ＢＦ₂ 、ＢＦ、Ｂ）はイオン打ち込み深さが異な
り膜厚方向での濃度分布を制御できる。 （第２実施例）次に、第２実施例を第１実施例との相違
点を中心に説明する。

【００４７】図１８に本実施例の半導体加速度センサの
平面図を示し、図１９に図１８のＣ−Ｃ路面を示し、図
２０に図１８のＤ−Ｄ断面を示し、図２１に図１８のＥ
−Ｅ断面を示す。

【００４８】図１に示す第１実施例では、１本の梁が弾
性体としての機能と重りとしての機能と電極としての機
能を有しているが、図１８に示す第２実施例では弾性体
としての機能と重りとしての機能を有する１本の両持ち
梁部４５と、重りとしての機能と電極としての機能を有
する２本の電極部４６，４７とでポリシリコン薄膜より
なる可動部４８が形成されている。

【００４９】電極部４６，４７の下部のＰ型シリコン基
板４９には、可動部４８の電極部４６，４７に対しその
両側にＮ型拡散層よりなる固定電極５０，５１及び５
２，５３が形成されている。それぞれの固定電極５０，
５１，５２，５３は配線用の拡散層５４，５５，５６，
５７と接続されており、コンタクトホール５８，５９，
６０，６１を介してアルミ配線６２，６３，６４，６５
と接続されている。可動部４８はコンタクトホール６６
を介してアルミ配線６７と接続されている。

【００５０】エッチング領域６８は、図示されていない
絶縁膜のうち犠牲層としてエッチングされる領域を示
し、犠牲層エッチングを行うことで、可動部４８（ポリ
シリコン薄膜）は２ケ所の固定端６９，７０で固定さ
れ、電極部４６，４７が可動構造となる。

【００５１】図１９において、電極部４６，４７よりも
固定電極５０，５１，５２，５３が図の両側で長めに形
成されていることを示している。図２０，図２１におい
て、電極部４６，４７と基板４９との間、及び固定電極
５０と５１との間、５２と５３との間に電圧が加えられ
固定電極５０と５１間、５２と５３間に反転層７１，７
２が形成され、固定電極５０と５１との間、５２と５３
との間にそれぞれ電流が流れる。

【００５２】次に、二次元検出可能な半導体加速度セン
サの作動を、図１９，２０，２１を用いて説明する。本
加速度センサは加速度を受けて、図１９に示すＸ方向
（基板４９の表面に平行な方向）に電極部４６，４７
（可動部）が変位した場合には、両固定電極間の反転層
領域の面積（トランジスタでいうゲート幅）が変わるこ
とにより、固定電極５０，５１に流れる電流は減少し、
固定電極５２，５３に流れる電流は逆に増大する。一
方、本加速度センサが加速度を受けて、図中に示すＺ方
向（基板４９の表面に垂直な方向）に電極部４６，４７
が変位した場合には、反転層７１，７２のキャリア濃度
が減少するため、前記電流は同時に減少する。

【００５３】このように本加速度センサは、２つの電流
量の増減で二次元の加速度を検出することができる。つ
まり、可動電極と二つの固定電極の組み合わせを一対設
け基板表面に平行な方向の変位により両固定電極間の反
転層領域、即ち、ゲート幅が一方は増加し他方は減少す
る構造とした。よって、二つの電流量の増減から基板表
面に平行および垂直それぞれの方向の加速度を検出する
ことが可能となる。即ち、二つの電流量が同相で変化し
た場合には、梁は基板表面に垂直な方向に変位し、逆に
二つの電流量が逆相で変化した場合には、梁は基板表面
に平行な方向に変位したものとして加速度を検出するこ
とができる。

【００５４】このようなセンサにおいて、可動部（ポリ
シリコン薄膜）４８に対し膜厚方向の応力分布を打ち消
すように、膜厚方向に不純物濃度分布を形成する。これ
により、可動部４８における電極部４６，４７は梁部４
５を固定端とした片持ち梁構造となっているが、曲げモ
ーメントが小さくなり電極部４６，４７の反りが抑制で
きる。 （第３実施例）次に、第３実施例を第１実施例との相違
点を中心に説明する。

【００５５】本実施例は半導体ヨーレートセンサに具体
化したものである。図２２には半導体ヨーレートセンサ
の平面図を示し、図２３には図２２のＦ−Ｆ断面図を示
し、図２４には図２２のＧ−Ｇ断面図を示し、図２５に
は図２２のＨ−Ｈ断面図を示す。

【００５６】シリコン基板７３上には、４箇所のアンカ
ー部７４，７５，７６，７７が形成され、このアンカー
部７４，７５，７６，７７にそれぞれ一端が支持される
梁７８，７９，８０，８１によって重り８２が支持され
ている。この重り８２には、可動電極８３，８４が突設
され、この可動電極８３，８４がトランジスタのゲート
電極として機能する。又、重り８２には、互いに所定間
隔を隔てて平行に延びる励振電極８５，８６，８７，８
８が突設されている。

【００５７】重り８２と可動電極８３，８４と励振電極
８５，８６，８７，８８が、図２２中、紙面に平行な方
向（図中、Ｖ方向）および紙面に垂直な方向に変位でき
るようになっている。又、梁７８〜８１と重り８２と可
動電極８３，８４と励振電極８５〜８８とは一体的に形
成されており、これらにより可動部８９が構成されてい
る。この可動部８９とアンカー部７４〜７７とはポリシ
リコン薄膜よりなる。

【００５８】図２４に示すように、シリコン基板７３の
上には絶縁膜９０が形成され、この絶縁膜９０上に可動
部８９が架設されている。図２３に示すように、可動電
極８４の下方におけるシリコン基板７３には可動電極８
４を挟むように不純物拡散による固定電極９１（ソース
・ドレイン領域）が形成されている。同様に、可動電極
８３の下方におけるシリコン基板７３には可動電極８３
を挟むように不純物拡散による固定電極９２（ソース・
ドレイン領域）が形成されている。又、図２３に示すよ
うに、シリコン基板７３における固定電極９１間には、
反転層９３が形成され、同反転層９３はシリコン基板７
３と可動電極８４との間に電圧を印加することにより生
じたものである。同様に、シリコン基板７３における固
定電極９２間には、反転層が形成され、同反転層はシリ
コン基板７３と可動電極８３との間に電圧を印加するこ
とにより生じたものである。

【００５９】シリコン基板７３の上面には、各励振電極
８５，８６，８７，８８に対し所定間隔だけ離れた状態
で励振用固定電極９４，９５，９６，９７が対向配置さ
れている。そして、電極８５と９４、電極８６と９５、
電極８７と９６、電極８８と９７との間に電圧を加え、
互いに引っ張り合う力を加えると、重り８２と可動電極
８３，８４とが紙面に平行な方向（図２２中、Ｖ方向）
に励振される。この励振状態でヨーレートが作用する
と、コリオリの力が働き、重り８２と可動電極８３，８
４とが紙面に垂直な方向に変位する。この変化が可動電
極８３，８４に対応して設けた固定電極９１間および固
定電極９２間のドレイン電流の変化として検出される。

【００６０】このようなセンサにおいて、可動部（ポリ
シリコン薄膜）８９に対し膜厚方向の応力を打ち消すよ
うに、膜厚方向に所望の不純物濃度分布を形成する。こ
れにより、可動電極８３，８４と励振電極８５，８６，
８７，８８は重り８２を固定端とした片持ち梁構造とな
っているが、曲げモーメントが小さくなり可動電極８
３，８４と励振電極８５，８６，８７，８８の反りが抑
制できる。その結果、励振電極８５，８６，８７，８８
においては、励振用固定電極９４，９５，９６，９７と
精度よく対向配置することができる。又、重り８２も反
りが抑制されているので、この重り８２から突出する可
動電極８３，８４と励振電極８５，８６，８７，８８も
精度よく配置することができる。

【００６１】尚、この発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、例えば、上記第１及び第２実施例ではＭＩ
Ｓトランジスタ式の半導体加速度センサに具体化した
が、図２６に示した差動容量式の半導体加速度センサに
具体化してもよい。この場合においては、ポリシリコン
薄膜よりなる可動部１０１の反りが抑制される。よっ
て、可動電極部１０５の反りも抑制され、可動電極部１
０５と固定電極１１０とを精度よく対向配置することが
できる。又、重り部１０４の反りも抑制でき、この重り
部１０４から突出する可動電極部１０５も所定の位置に
配置することができこのことからも可動電極部１０５と
固定電極１１０とを精度よく対向配置することができる
こととなる。

【００６２】又、半導体加速度センサや半導体ヨーレー
トセンサの他にも、振動を検出する半導体振動センサに
具体化してもよい。又、可動部の材料はポリシリコンの
他にも、アモルファスシリコンやアルミニウムやタング
ステン等でもよい。特に、ポリシリコン薄膜やアモルフ
ァスシリコン薄膜を用いた場合には、ＩＣプロセスと整
合がとれ製造が容易となる。さらに、可動部の成膜方法
としては、ＬＰＣＶＤ法の他にも、プラズマＣＶＤ法等
の他のＣＶＤ法や蒸着法やスパッタリング法を用いても
よい。

【００６３】さらには、犠牲層はシリコン酸化膜の他に
もシリコン窒化膜等の窒化膜やＰＳＧやＢＳＧやＢＰＳ
Ｇであってもよい。又、上述した実施例では、シリコン
基板上にシリコン酸化膜（犠牲層）を形成し、その上に
可動部形成用薄膜（ポリシリコン薄膜）を形成した後に
おいて膜厚方向に所定の濃度分布となるように内部応力
調整物質（リン等）を導入して可動部の反りを抑制する
ようにしたが、可動部形成用薄膜（ポリシリコン薄膜）
を形成する際に膜厚方向に所定の濃度分布となるように
内部応力調整物質を導入して可動部の反りを抑制するよ
うにしてもよい。つまり、イオン注入法を用いる場合に
おいて、所定厚さ分だけ可動部形成用薄膜（ポリシリコ
ン薄膜）を成膜した後にイオン注入を行い、さらに、そ
の上に所定厚さ分だけ可動部形成用薄膜（ポリシリコン
薄膜）を成膜した後にイオン注入を行い、これを繰り返
すことにより所望の可動部の膜厚を得る。あるいは、可
動部形成用薄膜（ポリシリコン薄膜）の成膜時において
添加する不純物濃度（ガス量）をコントロールししつ成
膜を行う（例えば、ホスフィン（ＰＨ₃ ）のガス流量を
変化させる。

【００６４】

【発明の効果】以上詳述したように請求項１に記載の発
明によれば、梁構造の可動部の反りを抑制することがで
きる優れた効果を発揮する。

【００６５】請求項２，３に記載の発明によれば、請求
項１に記載の発明の効果に加え、容易に所望の濃度分布
とすることができる。請求項４に記載の発明によれば、
請求項１と同様に、梁構造の可動部の反りを抑制するこ
とができる優れた効果を発揮する。

【００６６】請求項５に記載の発明によれば、ポリシリ
コンまたはアモルファスシリコン薄膜を用いることで、
請求項１，２，３，４に記載の発明の効果に加え、半導
体力学量センサ作製時にＩＣプロセスと整合がとれるた
め通常使用されている一般的な半導体プロセスで簡単に
製作することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の半導体加速度センサの平面図。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図。

【図３】図１のＢ−Ｂ断面図。

【図４】半導体加速度センサの製造工程を説明するため
の断面図。

【図５】半導体加速度センサの製造工程を説明するため
の断面図。

【図６】半導体加速度センサの製造工程を説明するため
の断面図。

【図７】半導体加速度センサの製造工程を説明するため
の断面図。

【図８】半導体加速度センサの製造工程を説明するため
の断面図。

【図９】半導体加速度センサの製造工程を説明するため
の断面図。

【図１０】半導体加速度センサの製造工程を説明するた
めの断面図。

【図１１】半導体加速度センサの製造工程を説明するた
めの断面図。

【図１２】半導体加速度センサの製造工程を説明するた
めの断面図。

【図１３】半導体加速度センサの製造工程を説明するた
めの断面図。

【図１４】可動部の応力状態を説明するための説明図。

【図１５】不純物濃度分布を示す図。

【図１６】ドーズ量と応力との関係を示した図。

【図１７】応力分布を示す図。

【図１８】第２実施例の半導体加速度センサの平面図。

【図１９】図１８のＣ−Ｃ断面図。

【図２０】図１８のＤ−Ｄ断面図。

【図２１】図１８のＥ−Ｅ断面図。

【図２２】第３実施例の半導体ヨーレートセンサの平面
図。

【図２３】図２２のＦ−Ｆ断面図。

【図２４】図２２のＧ−Ｇ断面図。

【図２５】図２２のＨ−Ｈ断面図。

【図２６】従来技術を説明するための半導体加速度セン
サの平面図。

【図２７】図２６のＩ−Ｉ断面図。

【図２８】従来の半導体加速度センサの製造工程を説明
するための断面図。

【図２９】従来の半導体加速度センサの製造工程を説明
するための断面図。

【図３０】従来の半導体加速度センサの製造工程を説明
するための断面図。

【符号の説明】

４…可動部、１７…半導体基板としてのシリコン基板、
２２…犠牲層としてのシリコン酸化膜、２４…可動部形
成用薄膜としてのポリシリコン薄膜

Claims (5)

【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おいて下側に配置された犠牲層
   の除去により所定の間隔を隔てて配置され、薄膜よりな
   る梁構造の可動部とを備え、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半導体力学
   量センサの製造方法であって、 半導体基板上に犠牲層を形成し、その上に可動部形成用
   薄膜を形成する際または形成後に膜厚方向に所定の濃度
   分布となるように内部応力調整物質をイオン注入法を用
   いて導入して前記可動部の反りを抑制するようにしたこ
   とを特徴とする半導体力学量センサの製造方法。
2. 【請求項２】 イオン注入の際の加速電圧を変化させる
   ことで、膜厚方向に所定の濃度分布を得るようにした請
   求項１に記載の半導体力学量センサの製造方法。
3. 【請求項３】 イオン注入の際の注入物質を変えること
   で、膜厚方向に所定の濃度分布を得るようにした請求項
   １に記載の半導体力学量センサの製造方法。
4. 【請求項４】 半導体基板と、 前記半導体基板の上方において下側に配置された犠牲層
   の除去により所定の間隔を隔てて配置され、薄膜よりな
   る梁構造の可動部とを備え、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半導体力学
   量センサの製造方法であって、 半導体基板上に犠牲層を形成し、その上に可動部形成用
   薄膜を形成する際に膜厚方向に所定の濃度分布となるよ
   うに内部応力調整物質を導入して前記可動部の反りを抑
   制するようにしたことを特徴とする半導体力学量センサ
   の製造方法。
5. 【請求項５】 前記可動部は、ポリシリコンまたはアモ
   ルファスシリコンよりなる請求項１〜４のいずれか１項
   に記載の半導体力学量センサの製造方法。