JPH0918019A - 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Info
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Abstract
ば、対向して配置された電極)とが接触しようとする際
の不具合等を解消することが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】シリコン基板1にはポリシリコン薄膜よりなる
梁構造の可動部3が配置され、可動部3はシリコン基板
1の上方に所定間隔を隔てて配置されている。可動部3
の表面は、シリコン窒化膜よりなる保護膜33a,33
bにて覆われている。可動部3を励振した状態でヨーレ
ートが作用すると、可動部3が基板1の表面に垂直な方
向に変位する。この変位に伴いソース・ドレイン電極で
のドレイン電流が変化し、このドレイン電流の変化から
ヨーレートを検出する。過大な力が加わり、可動部3の
励振用可動電極部と励振用固定電極とが接近しても保護
膜33a,33bにて両者の接触は回避される。
Description
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及びその製造方法に関
するものである。
価格化の要望が高まっている。このために、特表平4−
504003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10,11,12を用いて説明する。図
10にセンサの平面を示すとともに、図11に図10の
D−D断面図を、図12に図10のE−E断面を示す。
てて梁構造の可動部39が配置されている。ポリシリコ
ン薄膜よりなる可動部39は、梁部44,45,46,
47と重り部48と可動電極部49とからなる。可動部
39は、アンカー部40,41,42,43にてシリコ
ン基板38の上面に固定されている。つまり、アンカー
部40,41,42,43から梁部44,45,46,
47が延設され、この梁部44,45,46,47に重
り部48が支持されている。この重り部48には可動電
極部49が突設されている。一方、シリコン基板38上
には、1つの可動電極部49に対し、ポリシリコン薄膜
よりなる固定電極50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38の表面に平行な方向
(図10にYで示す)に加速度が加わった場合、可動電
極部49と固定電極50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。
に、シリコン基板38の上にシリコン酸化膜等の犠牲層
51を形成するとともに犠牲層51におけるアンカー部
となる箇所に開口部52を形成する。その後、図14に
示すように、犠牲層51の上に可動部となるポリシリコ
ン薄膜53を成膜し、所望のパターン形状にする。引き
続き、エッチング液にてポリシリコン薄膜53の下の犠
牲層51を除去し、図15に示すように、シリコン基板
38の上方に可動部39を所定間隔を隔てて配置する。
ン薄膜53の下の犠牲層(シリコン酸化膜)51をエッ
チングして可動部39を形成する工程により、可動部3
9(ポリシリコン薄膜53)および固定電極50がむき
出しになってしまう。その結果、次のような不具合が生
じることがある。図12において二点鎖線にて示すよう
に何らかの原因により(例えば、過大な加速度により)
可動部39の可動電極部49と固定電極50とが接触し
た場合には両コンデンサ電極が短絡してしまう。又、可
動部39および固定電極50が露出しているため、図1
6に示すように、ポリシリコン薄膜よりなる可動部39
および固定電極50の表面に自然酸化膜54が成長した
場合には、可動電極部49と固定電極50との間の距離
が当初L1であったものが自然酸化膜54の膜厚分だけ
変化してL2となってしまい可動電極部49と固定電極
50との間の容量が変化し、特性が変化してしまう。さ
らに、ポリシリコン薄膜よりなる可動部39が露出した
場合には表面においてシリコンのダングリングボンドの
存在により表面が活性な状態になり、可動部39の表面
に液滴が付いた際にはその表面張力が大きくなる。その
結果、犠牲層エッチング工程において基板の表面につい
たエッチング液を洗浄液(純水)と置換した後の乾燥時
に可動部39と基板38との間に洗浄液が液滴状になっ
て残り(図15にWにて示す)、その液滴での表面張力
が大きくなっているので、図17に示すように、可動部
39が基板38側に引っ張られ可動部39が基板38の
表面に固着してしまう。
により可動部と他の部材(例えば、対向して配置された
電極)とが接触しようとする際の不具合等を解消するこ
とが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。
は、半導体基板と、前記半導体基板の上方に所定間隔を
隔てて配置され、力学量の作用に伴う変位に基づいて力
学量を検出するための薄膜よりなる梁構造の可動部と、
前記可動部の表面を被覆する保護膜とを備えた半導体力
学量センサをその要旨とする。
前記半導体基板の上方に所定間隔を隔てて配置され、力
学量の作用に伴う変位に基づいて力学量を検出するため
の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に基づいて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
体基板の上に犠牲層を形成するとともに、その上の可動
部形成領域に保護膜を形成する第1工程と、可動部形成
領域での前記保護膜の上に可動部形成用薄膜を形成する
とともに可動部形成用薄膜の露出面を保護膜で覆う第2
工程と、前記保護膜を除去することなく前記犠牲層のみ
を選択的に除去可能なエッチング液を用いて、前記可動
部形成用薄膜の下の犠牲層をエッチング除去する第3工
程とを備えた半導体力学量センサの製造方法をその要旨
とする。
の発明における前記犠牲層をシリコン酸化膜とし、前記
保護膜をシリコン窒化膜とした半導体力学量センサの製
造方法をその要旨とする。
に伴い薄膜よりなる梁構造の可動部が変位し、この変位
に基づいて力学量が検出される。又、例えば、可動部と
他の部材(例えば、対向して配置された電極)とが接触
しようとしても可動部が保護膜にて覆われているので、
接触による不具合、例えば、短絡等を防止することがで
きる。
で、例えば、シリコンを可動部の材料として使用した際
の可動部の表面での自然酸化膜の成長が防止され、さら
に、ウェットエッチングによる犠牲層除去により可動部
を梁構造としようとした際において、可動部の表面を不
活性な状態とし可動部と基板との間の液滴の表面張力を
弱くできる。
により、半導体基板の上に犠牲層が形成されるととも
に、その上の可動部形成領域に保護膜が形成される。第
2工程により、可動部形成領域での前記保護膜の上に可
動部形成用薄膜が形成されるとともに可動部形成用薄膜
の露出面が保護膜で覆われる。第3工程により、保護膜
を除去することなく犠牲層のみを選択的に除去可能なエ
ッチング液を用いて、可動部形成用薄膜の下の犠牲層が
エッチング除去される。その結果、請求項1に記載の半
導体力学量センサが製造される。
に記載の発明の作用に加え、犠牲層はシリコン酸化膜で
あり、保護膜はシリコン窒化膜であるので、HF系エッ
チング等を用いて容易に選択的エッチングが行われる。
した一実施例を図面に従って詳細に説明する。
面図を示し、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。図2には図1のA−A断面を示し、図3
には図1のB−B断面を示し、図3には図1のB−B断
面を示し、図4には図1のC−C断面を示す。
上には絶縁膜2が形成されている。この絶縁膜2は、シ
リコン窒化膜とシリコン酸化膜とを交互に積層した複合
体(積層体)よりなる。
リシリコン薄膜よりなる梁構造の可動部3が設けられて
いる。可動部3は梁部4,5,6,7と重り部8と可動
ゲート電極部9,10と励振用可動電極部11,12,
13,14とからなる。この可動部3は、アンカー部1
5,16,17,18によりシリコン基板1の表面に固
定され、シリコン基板1(絶縁膜2)の上方に所定間隔
を隔てて配置されている。より詳しくは、アンカー部1
5,16,17,18から梁部4,5,6,7が延び、
梁部4,5,6,7により四角形状の重り部8が支持さ
れている。重り部8はヨーレートによる変位量を稼ぐた
めのものである。重り部8からは可動ゲート電極部9,
10が互い離間する方向に突出している。可動ゲート電
極部9,10は、トランジスタでいうゲートの役割を兼
ねる可動電極である。又、重り部8からは励振用可動電
極部11,12,13,14が突出している。励振用可
動電極部11,12,13,14は可動部3(可動ゲー
ト電極部9,10)に対し振動を与える励振用の電極で
ある。可動部3はシリコン基板1の表面に垂直な方向と
水平な方向に変位できるようになっている。
可動電極部11,12,13,14と対向するように励
振用固定電極19,20,21,22がアンカー部2
3,24,25,26により固定されている。この励振
用固定電極19,20,21,22は、可動部3と同様
にポリシリコン薄膜よりなる。そして、励振用可動電極
部11,12,13,14と励振用固定電極19,2
0,21,22との間に所定の周波数で電位差を与える
と、静電気力により重り部8が図1中に示すX方向に振
動する。
の下方でのシリコン基板1の表面には、ソース・ドレイ
ン電極27,28が形成されている。この電極27,2
8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したものである。より
詳しくは、シリコン基板1に拡散層であるソース・ドレ
イン電極27,28が形成されるとともに、絶縁膜(ゲ
ート絶縁膜)2を介して可動ゲート電極部10が離間し
て配置され、エアギャップ式トランジスタを構成してい
る。この可動ゲート電極部10に電圧を印加することで
ソース・ドレイン電極27,28間に反転層32が形成
される。
極部9の下方でのシリコン基板1の表面には、ソース・
ドレイン電極29,30が形成されている。この電極2
9,30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、絶縁膜
(ゲート絶縁膜)2を介して可動ゲート電極部9が離間
して配置され、エアギャップ式トランジスタを構成して
いる。この可動ゲート電極部9に電圧を印加することで
ソース・ドレイン電極29,30間に反転層(図示略)
が形成される。
動電極部11,12,13,14とに対向するP型シリ
コン基板1には、下部電極31が形成され、この下部電
極31はイオン注入等によりN型不純物を導入すること
によって形成したものである。下部電極31は可動部3
(重り部8)と同電位にされ、可動部3が静電気力で基
板方向に変位して基板と接触するのを防いでいる。
梁部4〜7とアンカー部15〜18と図示しない配線と
を経由して外部回路に接続され、下部電極31も図示し
ない配線を介して外部回路に接続されている。
回路に配線を介して接続され、所定の周波数の電圧信号
が供給される。ただし、励振用固定電極19と20の組
と、励振用固定電極21と22の組では、電圧信号の位
相が逆相となっている(180度位相がズレている)。
は配線を通して電流検出回路(図示略)に接続されてい
る。又、可動部3(ポリシリコン薄膜)の表面には保護
膜33,33bが形成されている。より詳しくは、可動
部3(ポリシリコン薄膜)の下面が保護膜33aにて覆
われ、上面および側面が保護膜33bにて覆われてい
る。この保護膜33a,33bとゲート絶縁膜2とによ
りトランジスタの動作を安定化させている。その詳細に
ついては後述する。
をエッチングすることにより、基板の上方に所定の間隔
を隔てて配置されたものである。このエッチングに際し
ては、可動部3の表面の保護膜33a,33bと絶縁膜
2とがエッチングされず、犠牲層のみがエッチングされ
るエッチング液が使用される。本実施例では、犠牲層と
してシリコン酸化膜が、保護膜33a,33bとしてシ
リコン窒化膜が、エッチング液としてHF系のエッチン
グ液が用いられる。
サの動作を説明する。可動ゲート電極9,10に対しシ
リコン基板1との間に電圧を印加すると、ソース・ドレ
イン電極27,28との間およびソース・ドレイン電極
29,30との間に反転層(32)が形成され電流が流
れる。
可動電極部11,12との間、及び励振用固定電極2
1,22と励振用可動電極部13,14との間に、ある
周波数の励振用電圧を180度位相をズラして印加し
て、励振用可動電極11〜14に静電気力を生じさせ
る。その結果、斥力と引力が生じ、可動部3(重り部
8)がシリコン基板1の表面と水平な方向(図1中のX
方向)に振動する。
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。
に対して、シリコン基板1の表面に水平で図1中にωで
示した軸をもったヨーレートが発生すると、振動速度並
びに振動体の質量に比例したコリオリ力が発生し、重り
部8がシリコン基板1の表面に垂直な方向に変位し、こ
れと同時に可動ゲート電極部9,10も変位し、可動ゲ
ート電極部9,10とシリコン基板1との間隔(エアギ
ャップ)が変化する。可動ゲート電極部9,10が変位
することにより、反転層32に加わる電界強度が変化し
反転層32のキャリア濃度が変化して、ソース・ドレイ
ン電極27,28間および29,30間の電流(ドレイ
ン電流)が変化する。
れる。次に、本ヨーレートセンサの製造方法を、図5〜
9を用いて説明する。図5〜9は、図1中のB−B断面
での図である。
用意し、P型シリコン基板1の上に絶縁膜2、即ち、シ
リコン窒化膜とシリコン酸化膜とを交互に積層した複合
体(積層体)を形成する。そして、図6に示すように、
イオン注入等により不純物を導入して、下部電極31、
およびソース・ドレイン電極27,28,29,30を
形成する。
CVD法等によりシリコン酸化膜よりなる犠牲層34を
形成するとともに、その上にシリコン窒化膜よりなる保
護膜33aを形成する。さらに、エッチング工程を経て
犠牲層34および保護膜33aに対しアンカー部形成箇
所に開口部35を形成する。
a上にCVD法等により可動部3および励振用固定電極
19〜22の形成部材であるポリシリコン薄膜36を成
膜し、さらに、可動部の形状となるようにパターニング
する。このとき、励振用固定電極も同時にパターニング
される。
薄膜36の露出面、即ち、側面および上面にシリコン窒
化膜よりなる保護膜33bを形成する。次に、シリコン
酸化膜よりなる犠牲層34をエッチングして、図3に示
すように、シリコン基板1の上にエアギャップを介して
梁構造の可動部3を配置する。
ング液を用いて犠牲層(シリコン酸化膜)34を除去す
る。より詳しくは、HF系のエッチング液の中にシリコ
ン基板1を所定時間、浸漬し、その後、エッチング液か
ら取り出す。この時、表面にはエッチング液が付いてい
るので、純水中にシリコン基板1を浸漬してエッチング
液と純水とを置換する。そして、純水を乾燥する。その
際、図3においてWにて示すように可動部3の下面とシ
リコン基板1の上面との間に純水が液滴として残り、さ
らなる乾燥の際に可動部3がシリコン基板1の表面に引
っ張られようとする。しかし、可動部3の表面は保護膜
33aにて覆われ、活性なポリシリコンの表面が露出し
ておらず、即ち、シリコンのダングリングボンドが露出
していないので、乾燥の過程で可動部3(梁部4〜7、
重り部8等)がシリコン基板1に固着することが防止さ
れる。つまり、図17に示すように、可動部39の表
面、つまり、ポリシリコンが露出していると、表面が活
性となり、液滴の表面張力により基板38に引っ張られ
固着してしまう。これに対し、保護膜33aの存在によ
りポリシリコンの表面がマスクされており液滴の表面張
力は弱いものとなり乾燥の過程で可動部3(梁部4〜
7、重り部8等)がシリコン基板1に固着することが防
止される。
14および励振用固定電極19〜22の表面が保護膜3
3a,33bにて覆われているので、自然酸化膜が成長
することが無く、図2及び図4に示す間隔(エアギャッ
プ)L3及びL4を一定に保つことができる。つまり、
図2のように可動ゲート電極10とソース・ドレイン電
極27,28で構成されるエアギャップ式トランジスタ
において、間隔L4とゲート絶縁膜2をトランジスタの
ゲート絶縁膜と考えると、可動ゲート電極部(ポリシリ
コン)10の表面が露出していると、自然酸化膜が成長
するためにトランジスタのゲート容量が変化し特性がず
れてしまうことが考えられるが、保護膜33a,33b
によりポリシリコンに自然酸化膜が成長することによる
センサ特性の経時的変化が回避される。
E−E断面)においては、可動部(ポリシリコン)39
の表面が露出していると、自然酸化膜が成長して可動電
極部49と固定電極50との間の距離が変化してしまい
容量値が変化し特性がズレてしまうことがあるが、保護
膜33a,33bによりポリシリコンに自然酸化膜が成
長することによるセンサ特性の経時的変化が回避され
る。
大な加速度が加わり)、励振用可動電極部11〜14と
励振用固定電極19〜22が接触すべく両者が接近して
も、この保護膜33a,33bが絶縁膜として働くため
短絡することを防止する。つまり、図12により説明し
た短絡を未然に防止することができる。
板1の上にシリコン酸化膜よりなる犠牲層34を形成す
るとともに、その上の可動部形成領域にシリコン窒化膜
よりなる保護膜33aを形成し(第1工程)、可動部形
成領域での保護膜33aの上にポリシリコン薄膜36
(可動部形成用薄膜)を形成するとともにポリシリコン
薄膜36の露出面をシリコン窒化膜よりなる保護膜33
bで覆い(第2工程)、保護膜33a,33bを除去す
ることなく犠牲層34のみを選択的に除去可能なHF系
エッチング液を用いて、ポリシリコン薄膜36の下の犠
牲層34をエッチング除去した(第3工程)。その結
果、可動部3の表面が保護膜33a,33bにて被覆さ
れ、可動部3が対向する電極19〜22と接触して短絡
するといった各種の不具合を解消することができる。
可動部(ポリシリコン薄膜)3の上面と下面と側面とに
保護膜33a,33bを配置したが、上面に保護膜が無
くてもよい。又、可動部(ポリシリコン薄膜)3の全て
の領域に保護膜を配置したが、可動ゲート電極部9,1
0と重り部8にのみ保護膜を配置してもよい。要は、可
動部3における必要箇所(必要な面、必要な領域)に配
置されていればよい。
サについて述べたが、加速度や振動等の力学量を検出す
るセンサに利用できる。又、静電気力を利用したセンサ
(サーボ機構を有するセンサ)等にも利用できる。
も、例えばタングステン等の耐熱金属にて構成してもよ
い。
の理由により可動部と他の部材(例えば、対向して配置
された電極)とが接触しようとする際の不具合等を解消
することができる優れた効果を発揮する。
に記載の半導体力学量センサを容易に製造することがで
きる。請求項3に記載の発明によれば、請求項2に記載
の発明の効果に加え、HF系エッチング液等を用いて容
易に選択的エッチングを行うことができる。
図。
図。
図。
3a,33b…シリコン窒化膜よりなる保護膜、34…
シリコン酸化膜よりなる犠牲層、36…ポリシリコン薄
膜(可動部形成用薄膜)
Claims (3)
- 【請求項1】 半導体基板と、 前記半導体基板の上方に所定間隔を隔てて配置され、力
学量の作用に伴う変位に基づいて力学量を検出するため
の薄膜よりなる梁構造の可動部と、 前記可動部の表面を被覆する保護膜とを備えたことを特
徴とする半導体力学量センサ。 - 【請求項2】 半導体基板と、 前記半導体基板の上方に所定間隔を隔てて配置され、力
学量の作用に伴う変位に基づいて力学量を検出するため
の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に基づいて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、 半導体基板の上に犠牲層を形成するとともに、その上の
可動部形成領域に保護膜を形成する第1工程と、 可動部形成領域での前記保護膜の上に可動部形成用薄膜
を形成するとともに可動部形成用薄膜の露出面を保護膜
で覆う第2工程と、 前記保護膜を除去することなく前記犠牲層のみを選択的
に除去可能なエッチング液を用いて、前記可動部形成用
薄膜の下の犠牲層をエッチング除去する第3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。 - 【請求項3】 前記犠牲層はシリコン酸化膜であり、前
記保護膜はシリコン窒化膜である請求項2に記載の半導
体力学量センサの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16264195A JP3525563B2 (ja) | 1995-06-28 | 1995-06-28 | 半導体力学量センサの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16264195A JP3525563B2 (ja) | 1995-06-28 | 1995-06-28 | 半導体力学量センサの製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0918019A true JPH0918019A (ja) | 1997-01-17 |
JP3525563B2 JP3525563B2 (ja) | 2004-05-10 |
Family
ID=15758487
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP16264195A Expired - Lifetime JP3525563B2 (ja) | 1995-06-28 | 1995-06-28 | 半導体力学量センサの製造方法 |
Country Status (1)
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JP (1) | JP3525563B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008288813A (ja) * | 2007-05-16 | 2008-11-27 | Hitachi Ltd | 半導体装置 |
-
1995
- 1995-06-28 JP JP16264195A patent/JP3525563B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2008288813A (ja) * | 2007-05-16 | 2008-11-27 | Hitachi Ltd | 半導体装置 |
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JP3525563B2 (ja) | 2004-05-10 |
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