JPH09246569A - Manufacture of silicon structure, silicon structure and acceleration sensor having silicon structure - Google Patents
Manufacture of silicon structure, silicon structure and acceleration sensor having silicon structureInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン構造体の
製造方法とシリコン構造体およびシリコン構造体を備え
た加速度センサに関し、詳しくは基板上に成膜した多結
晶シリコン膜を所望の形状に成形する工程を備えるシリ
コン構造体の製造方法とシリコン構造体およびシリコン
構造体を備えた加速度センサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a silicon structure, a silicon structure, and an acceleration sensor having the silicon structure. More specifically, a polycrystalline silicon film formed on a substrate is formed into a desired shape. The present invention relates to a method for manufacturing a silicon structure including the steps of :, a silicon structure, and an acceleration sensor including the silicon structure.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、この種のシリコン構造体の製造方
法としては、単結晶シリコン基板上に酸化シリコン膜を
成膜し、この酸化膜上にさらにCVD(Chemical Vapor
Deposition )法によって多結晶シリコン膜を積層する
方法が、NIKKEI ELECTRONICS 1991.11.11(No.540) 223
頁〜231頁に開示されている。このように積層した多結
晶シリコン膜に対して、エッチングなど所定の成形処理
を施し、シリコン構造体を形成する。このようなシリコ
ン構造体の製造方法によれば、それ以前の、単結晶シリ
コンバルクに対してエッチングなどの成形処理を施して
シリコン構造体を製造する方法に比べて、複雑な形状の
加工が可能となり、シリコン構造体の設計の自由度が増
した。例えば、このようなシリコン構造体として、加速
度や圧力の変化を検出するセンサを製造する場合には、
単結晶シリコンバルクを成形してセンサを製造する場合
よりも小型で高性能なセンサを製造することが可能であ
る。2. Description of the Related Art Conventionally, as a method of manufacturing a silicon structure of this type, a silicon oxide film is formed on a single crystal silicon substrate, and a CVD (Chemical Vapor) film is further formed on the oxide film.
NIKKEI ELECTRONICS 1991.11.11 (No.540) 223 is a method of laminating a polycrystalline silicon film by the Deposition method.
Pp.-231. The polycrystalline silicon film thus laminated is subjected to a predetermined forming process such as etching to form a silicon structure. According to such a method for manufacturing a silicon structure, it is possible to process a complicated shape as compared with the conventional method for manufacturing a silicon structure by performing a molding process such as etching on a single crystal silicon bulk. Therefore, the degree of freedom in designing the silicon structure is increased. For example, when manufacturing a sensor that detects changes in acceleration and pressure as such a silicon structure,
It is possible to manufacture a sensor that is smaller and has higher performance than the case where a sensor is manufactured by molding a single crystal silicon bulk.
【0003】上記したように、積層した多結晶シリコン
膜に対して成形処理を施して製造したセンサは、通常、
単結晶シリコン表面に積層した多結晶シリコンにより形
成した可動極板と固定極板とを備える。加速度や圧力な
どセンサが検出しようとする外的条件が変化するとき、
それに伴って、この可動極板が変位し、可動極板と2枚
の固定極板との間の差動容量が変化する。この差動容量
の変化はアナログ電圧に変換されて加速度などの検出が
行なわれる。As described above, a sensor manufactured by subjecting a laminated polycrystalline silicon film to a molding treatment is usually
A movable electrode plate and a fixed electrode plate formed of polycrystalline silicon laminated on the surface of single crystal silicon are provided. When external conditions such as acceleration and pressure that the sensor is trying to detect change,
Along with this, the movable electrode plate is displaced, and the differential capacitance between the movable electrode plate and the two fixed electrode plates changes. This change in the differential capacitance is converted into an analog voltage to detect acceleration or the like.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たように、基板上に積層した多結晶シリコン膜を成形し
てセンサの極板などのシリコン構造体を製造すると、形
成した多結晶シリコン膜内には残留応力が分布して曲げ
モーメントが発生し、シリコン構造体が変形するという
問題があった。このような曲げモーメントが生じること
による弊害を、センサを構成する梁構造において説明す
る。センサを構成する極板のように梁構造を有するシリ
コン構造体は、その支持の方法によって片持ち梁と両持
ち梁とに分けることができる。片持ち梁は一端が固定端
であり他端が自由端となっている構造であり、両持ち梁
は両端が固定された構造である。多結晶シリコン層でこ
れらの構造を形成する際には、犠牲層となる酸化シリコ
ン膜上に多結晶シリコン層を形成し、エッチングにより
犠牲層を除くことによって、所望の梁構造を得る。この
ような両持ち梁および片持ち梁内に残留応力が分布する
と、曲げモーメントが生じてこれらが変形を起こしてし
まう。このような変形は、例えばシリコン構造体がセン
サの極板である場合にはセンサ感度の低下につながるな
どの不都合を生じる。ここで、多結晶シリコン層の形成
方法と、両持ち梁および片持ち梁内に生じる残留応力に
ついて説明する。However, as described above, when a polycrystalline silicon film laminated on a substrate is molded to manufacture a silicon structure such as an electrode plate of a sensor, the polycrystalline silicon film thus formed has the following structure. Had a problem that residual stress was distributed and a bending moment was generated, which deformed the silicon structure. An adverse effect caused by such a bending moment will be described in the beam structure that constitutes the sensor. A silicon structure having a beam structure such as a polar plate forming a sensor can be divided into a cantilever beam and a double-supported beam depending on a method of supporting the same. The cantilever has a structure in which one end is a fixed end and the other end is a free end, and the cantilever has a structure in which both ends are fixed. When forming these structures with a polycrystalline silicon layer, a desired beam structure is obtained by forming a polycrystalline silicon layer on a silicon oxide film serving as a sacrificial layer and removing the sacrificial layer by etching. When residual stress is distributed in such a cantilever beam and a cantilever beam, a bending moment is generated and they are deformed. Such deformation causes a problem such as a decrease in sensor sensitivity when the silicon structure is an electrode plate of the sensor. Here, a method for forming the polycrystalline silicon layer and residual stresses generated in the cantilever beam and the cantilever beam will be described.
【0005】多結晶シリコン層を積層する方法として
は、まず結晶構造の無いアモルファスシリコン層を成膜
し、その後アモルファスシリコン層の結晶化を行なう方
法と、最初から多結晶の状態でシリコン層を成膜する方
法とがある。アモルファスシリコンは、CVD法でシリ
コン層を積層する際、600℃以下で成膜を行なった場
合に形成される構造であり、成膜後1000℃程度の高
温で処理することによって(この処理をアニールとい
う)多結晶シリコンとすることができる。As a method for laminating a polycrystalline silicon layer, first, an amorphous silicon layer having no crystal structure is formed, and then the amorphous silicon layer is crystallized, or a silicon layer is formed in a polycrystalline state from the beginning. There is a method of filming. Amorphous silicon has a structure formed when a film is formed at a temperature of 600 ° C. or lower when a silicon layer is deposited by a CVD method, and is processed at a high temperature of about 1000 ° C. (this process is annealed). It can be polycrystalline silicon.
【0006】このような、結晶構造の無いアモルファス
シリコン層を成膜する方法による場合には、アニールの
際に結晶化が進むにつれてシリコン層全体が小さくなろ
うとする力が働き、そのため残留応力として引っ張り応
力が生じる。しかしながら、犠牲層である酸化膜と接す
る側では、性質の異なる酸化膜と接するために結晶化が
進み難くなり、犠牲層との界面付近においては多数の結
晶が小さなサイズで形成される。このような、結晶のサ
イズの小さな犠牲層側では、結果的に残留応力として圧
縮応力が生じる。図7に、アモルファスシリコン層とし
て成膜する方法によって形成した片持ち梁において発生
する残留応力の分布の状態を示す。犠牲層と接していた
側では圧縮応力が生じ、境界面から離れるに従って引っ
張り応力が強くなる。そのため、このように形成した片
持ち梁では、多結晶シリコン膜の両面で異なる方向に残
留応力が働くために曲げモーメントMが生じ、自由端側
が反ってしまう。従って、センサの極板をなす片持ち梁
をこのような方法で製造した場合には、センサの検出精
度が悪化してしまうおそれがあった。In the case of such a method for forming an amorphous silicon layer having no crystal structure, a force acts to reduce the size of the entire silicon layer as crystallization progresses during annealing, and as a result, the residual stress causes tensile stress. Stress is generated. However, on the side in contact with the oxide film which is the sacrificial layer, it becomes difficult to crystallize because it comes into contact with the oxide film having different properties, and many crystals are formed in a small size in the vicinity of the interface with the sacrificial layer. On the side of such a sacrificial layer having a small crystal size, compressive stress is eventually generated as residual stress. FIG. 7 shows a state of distribution of residual stress generated in a cantilever formed by a method of forming an amorphous silicon layer. Compressive stress occurs on the side that was in contact with the sacrificial layer, and the tensile stress increases as the distance from the boundary surface increases. Therefore, in the cantilever thus formed, the residual moment acts in different directions on both surfaces of the polycrystalline silicon film, so that a bending moment M occurs and the free end side warps. Therefore, when the cantilever forming the electrode plate of the sensor is manufactured by such a method, the detection accuracy of the sensor may be deteriorated.
【0007】多結晶シリコン層を積層するもう一つの方
法としては、既述したように、最初から多結晶の状態で
シリコン層を成膜する方法がある。CVD法によりシリ
コン層を積層するときに、600℃を越える温度で成膜
すると、シリコンは結晶化しながら積層される。以後、
このような方法で積層したシリコン層を、高温ポリシリ
コン層と呼ぶことにする。このような方法で片持ち梁を
形成した場合にも、やはり曲げモーメントが生じ、自由
端側が反ってしまう。高温ポリシリコン層で片持ち梁を
形成する場合には、アモルファスシリコン層の場合のよ
うにアニールによって引っ張り応力が生じることはない
が、犠牲層である酸化膜側と表面側とでは、多結晶シリ
コンの結晶化の状態が異なるために、分布する残留応力
の大きさに差が生じる。酸化膜と接する側では、アモル
ファスシリコンの場合と同様に結晶化が進み難く、より
大きな圧縮応力が働く。このように、残留応力の分布に
差が生じることで高温ポリシリコン層全体では曲げモー
メントが生じる。従って、高温ポリシリコン層によって
片持ち梁を形成した場合にも片持ち梁に変形が生じ、片
持ち梁がセンサの極板を形成する場合にはセンサの検出
感度が悪化してしまうという問題があった。Another method for laminating the polycrystalline silicon layer is, as described above, a method of forming the silicon layer in a polycrystalline state from the beginning. When a silicon layer is laminated by the CVD method, if the film is formed at a temperature higher than 600 ° C., the silicon is laminated while being crystallized. Since then
The silicon layer laminated by such a method will be referred to as a high temperature polysilicon layer. Even when a cantilever is formed by such a method, a bending moment still occurs and the free end side warps. When forming a cantilever with a high-temperature polysilicon layer, tensile stress does not occur due to annealing as in the case of an amorphous silicon layer, but polycrystalline silicon is used between the oxide film side and the surface side, which are sacrificial layers. Due to the different crystallization states, the residual stresses distributed have different magnitudes. On the side in contact with the oxide film, crystallization is unlikely to proceed, and a larger compressive stress acts, as in the case of amorphous silicon. As described above, the difference in residual stress distribution causes a bending moment in the entire high-temperature polysilicon layer. Therefore, even when the cantilever is formed by the high temperature polysilicon layer, the cantilever is deformed, and when the cantilever forms the electrode plate of the sensor, the detection sensitivity of the sensor deteriorates. there were.
【0008】さらに、上述した両持ち梁をアモルファス
シリコン層を成膜する方法によって形成した場合には、
アニール処理の後の両持ち梁全体の残留応力が引っ張り
応力となるが、この引っ張り応力があまり大きいと両持
ち梁の反応性が低下してしまう。この両持ち梁がセンサ
の極板を形成する場合には、両持ち梁の反応性の低下は
センサの検出感度の悪化につながるおそれがある。ま
た、両持ち梁を高温ポリシリコン層を成膜する方法によ
って形成した場合には、両持ち梁全体の残留応力が圧縮
応力となるが、両持ち梁に圧縮応力が生じることは両持
ち梁の変形につながり、やはり採用し難い。Furthermore, when the above-mentioned doubly supported beam is formed by a method of forming an amorphous silicon layer,
The residual stress of the whole doubly supported beam after the annealing process becomes tensile stress, but if this tensile stress is too large, the reactivity of the doubly supported beam will decrease. When the doubly supported beam forms the electrode plate of the sensor, a decrease in the reactivity of the doubly supported beam may lead to deterioration in the detection sensitivity of the sensor. Further, when the doubly supported beam is formed by the method of depositing the high temperature polysilicon layer, the residual stress of the entire doubly supported beam becomes the compressive stress, but the compressive stress is generated in the doubly supported beam. It leads to deformation and is difficult to adopt.
【0009】このように、シリコン層の積層時の状態が
アモルファスシリコンであるか高温ポリシリコンである
かにかかわらず、一定の条件でシリコン層を積層してシ
リコン構造体を製造すると、内部に生じる残留応力によ
って、製造したシリコン構造体が変形してしまい、所望
の形状が得られないという問題があった。As described above, when a silicon structure is manufactured by laminating silicon layers under a certain condition, regardless of whether the silicon layers are laminated at a state of amorphous silicon or high-temperature polysilicon, they occur inside. There is a problem that the manufactured silicon structure is deformed by the residual stress, and a desired shape cannot be obtained.
【0010】本発明のシリコン構造体の製造方法とシリ
コン構造体およびシリコン構造体を備えた加速度センサ
は、こうした問題を解決し、シリコン構造体を形成する
多結晶シリコン膜で生じる曲げモーメントを制御し、シ
リコン構造体を所望の形状に形成することを目的として
なされ、次の構成を採った。The silicon structure manufacturing method, the silicon structure, and the acceleration sensor having the silicon structure according to the present invention solve these problems and control the bending moment generated in the polycrystalline silicon film forming the silicon structure. The following constitution was adopted for the purpose of forming a silicon structure into a desired shape.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明のシリコン構造体の製造方法は、基板上に多結晶シ
リコン膜を成膜する多結晶膜成膜工程と、前記多結晶シ
リコン膜を所望の形状に成形する多結晶膜形状成形工程
とを備えたシリコン構造体の製造方法において、前記多
結晶膜成膜工程は、第1のシリコン層を、アモルファス
シリコンの状態で成膜する第1シリコン層成膜工程と、
前記第1のシリコン層上に、多結晶構造を有する状態で
第2のシリコン層を成膜する第2シリコン層成膜工程と
を備えることを要旨とする。Means for Solving the Problem and Its Action / Effect: A method for manufacturing a silicon structure according to the present invention comprises a polycrystalline film forming step of forming a polycrystalline silicon film on a substrate, and a step of forming the polycrystalline silicon film. In the method for manufacturing a silicon structure, which comprises a polycrystalline film shape forming step of forming a desired shape, the polycrystalline film forming step comprises forming a first silicon layer in a state of amorphous silicon. A silicon layer forming step,
A second silicon layer forming step of forming a second silicon layer on the first silicon layer while having a polycrystalline structure.
【0012】以上のように構成された本発明のシリコン
構造体の製造方法は、基板上に多結晶シリコン膜を形成
する際、まず第1のシリコン層をアモルファスシリコン
の状態で形成する。次にこの第1のシリコン層の上に、
第2のシリコン層を多結晶構造を有する状態で形成す
る。このように形成した多結晶シリコン膜を所望の形状
に成形する。In the method of manufacturing a silicon structure of the present invention having the above-described structure, when the polycrystalline silicon film is formed on the substrate, the first silicon layer is first formed in the state of amorphous silicon. Then on this first silicon layer,
The second silicon layer is formed so as to have a polycrystalline structure. The polycrystalline silicon film thus formed is formed into a desired shape.
【0013】このようなシリコン構造体の製造方法によ
れば、形成された多結晶シリコン膜はアモルファスシリ
コン層上に高温ポリシリコン層を積層してなり、これら
各シリコン層では、残留応力が異なる方向に働く。アモ
ルファスシリコン層では、全体として残留応力は引っ張
り応力であり、高温ポリシリコン層では、残留応力は全
体として圧縮応力である。従って、アモルファスシリコ
ン層上に高温ポリシリコン層を重層することによって、
異なる方向に働く残留応力で曲げモーメントを相殺する
ことができ、これによって多結晶シリコン膜の形状を安
定化することができる。According to such a method for manufacturing a silicon structure, the formed polycrystalline silicon film is formed by stacking a high temperature polysilicon layer on an amorphous silicon layer, and the residual stress is different between the silicon layers. To work. In the amorphous silicon layer, the residual stress is a tensile stress as a whole, and in the high temperature polysilicon layer, the residual stress is a compressive stress as a whole. Therefore, by overlaying the high temperature polysilicon layer on the amorphous silicon layer,
Bending moments can be offset by residual stresses acting in different directions, and thus the shape of the polycrystalline silicon film can be stabilized.
【0014】ここで、前記第1のシリコン層の膜厚と、
前記第2のシリコン層の膜厚との膜厚比は、前記第1の
シリコン層と同じアモルファスシリコンの状態で成膜し
た多結晶シリコン層の有する平均残留応力および曲率半
径と、前記第2のシリコン層と同じ多結晶構造を有する
状態で成膜した多結晶シリコン層の有する平均残留応力
および曲率半径とを用いて求め、前記所望の形状に成形
された多結晶シリコン膜において、曲げモーメントが所
定の値になるよう決定することとしても良い。Here, the film thickness of the first silicon layer,
The film thickness ratio to the film thickness of the second silicon layer is the average residual stress and the radius of curvature of the polycrystalline silicon layer formed in the same amorphous silicon state as the first silicon layer, and the second Obtained using the average residual stress and the radius of curvature of the polycrystalline silicon layer formed in the state of having the same polycrystalline structure as the silicon layer, in the polycrystalline silicon film formed into the desired shape, the bending moment is predetermined. The value may be determined to be
【0015】このような場合には、まず、前記第1のシ
リコン層と同じくアモルファスシリコンの状態で成膜し
た多結晶シリコン層と、前記第2のシリコン層と同じく
多結晶構造を有する状態で成膜した多結晶シリコン層と
を作製する。作製した各多結晶シリコン層について、平
均残留応力および曲率半径を測定する。これらの値を基
に、アモルファスシリコン層と高温ポリシリコン層とを
重層したときに全体で生じる曲げモーメントが所定の値
となるように、各シリコン層の膜厚比を決める。従っ
て、各層に生じる残留応力によって曲げモーメントを相
殺し、所望の曲げモーメントを有する多結晶シリコン膜
を得ることができる。In such a case, first, the polycrystalline silicon layer formed in the state of amorphous silicon like the first silicon layer and the polycrystalline silicon layer formed in the same state as the second silicon layer are formed. And a filmed polycrystalline silicon layer. The average residual stress and the radius of curvature of each produced polycrystalline silicon layer are measured. Based on these values, the film thickness ratio of each silicon layer is determined so that the bending moment generated as a whole when the amorphous silicon layer and the high temperature polysilicon layer are overlaid becomes a predetermined value. Therefore, the bending moment can be canceled by the residual stress generated in each layer, and a polycrystalline silicon film having a desired bending moment can be obtained.
【0016】このとき、前記膜厚比を決定する際、前記
第2のシリコン層に対応する前記多結晶シリコン層の有
する曲率半径として無限大を用いる構成も好適である。At this time, it is also preferable that the radius of curvature of the polycrystalline silicon layer corresponding to the second silicon layer is infinite when determining the film thickness ratio.
【0017】多結晶構造を有する状態で成膜した第2の
シリコン層に対応する多結晶シリコン層は、残留応力の
分布が不均一になることに起因して曲げモーメントが生
じて反る。既述したように、性質の異なる酸化シリコン
膜との境界面付近では、結晶状態が異なるために残留応
力の圧縮の程度が異なる。これに対して、アモルファス
シリコン層上に重層する場合には、このような原因でシ
リコン層に曲げが生じることはほとんど無いと考えられ
る。第2のシリコン層にとってアモルファスシリコン層
は、酸化シリコン膜に比べてはるかに性質が近いため、
境界面の結晶構造が影響を受けて残留応力の分布に影響
することが少ないと思われるからである。そこで、第2
のシリコン層に対応する多結晶シリコン層の有する曲率
半径として、酸化シリコン膜上に成膜した多結晶シリコ
ン層での実測値に代えて無限大を用いることによって、
膜厚比の値をより所望の条件に近づけることができる。The polycrystalline silicon layer corresponding to the second silicon layer formed in the state of having a polycrystalline structure is warped due to a bending moment caused by uneven distribution of residual stress. As described above, in the vicinity of the interface with the silicon oxide film having different properties, the degree of compression of residual stress is different because the crystalline state is different. On the other hand, when the amorphous silicon layer is overlaid, it is considered that the silicon layer hardly bends due to such a cause. Since the amorphous silicon layer is much closer in nature to the second silicon layer than the silicon oxide film,
This is because it seems that the crystal structure of the boundary surface is less likely to affect the distribution of residual stress. Therefore, the second
As the radius of curvature of the polycrystalline silicon layer corresponding to the silicon layer of, by using infinity instead of the measured value in the polycrystalline silicon layer formed on the silicon oxide film,
The value of the film thickness ratio can be brought closer to a desired condition.
【0018】また、前記膜厚比を決定する際、前記曲げ
モーメントにおける所定の値が0である構成としてもよ
い。このような場合には、所望の形状に成形した多結晶
シリコン膜において曲げモーメントが発生しないため、
反りのないシリコン構造体を得ることができる。Further, when the film thickness ratio is determined, the predetermined value of the bending moment may be zero. In such a case, a bending moment does not occur in the polycrystalline silicon film formed into a desired shape,
A silicon structure having no warp can be obtained.
【0019】さらに、上記シリコン構造体の製造方法
は、前記多結晶シリコン膜を所望の形状に成形し、該多
結晶シリコン膜が外力に従って変位したとき、該変位し
た量を電気的な信号として出力するセンサの動作部を形
成し、前記外力の検出を可能とした構成としてもよい。Further, in the above method for manufacturing a silicon structure, the polycrystalline silicon film is formed into a desired shape, and when the polycrystalline silicon film is displaced according to an external force, the displaced amount is output as an electric signal. It is also possible to form an operating portion of the sensor to enable the detection of the external force.
【0020】このような場合には、センサの動作部を形
成する際、異なる残留応力を有する2層のシリコン層を
重層することによって曲げモーメントを相殺し、センサ
の動作部の形状を安定化することができる。In such a case, when forming the operating portion of the sensor, the bending moment is offset by stacking two silicon layers having different residual stresses to stabilize the shape of the operating portion of the sensor. be able to.
【0021】本発明のシリコン構造体は、基板上に形成
され、所定の形状を有する多結晶シリコン膜を備えたシ
リコン構造体であって、前記多結晶シリコン膜は、平均
残留応力が引っ張り応力である第1多結晶シリコン層
と、該第1多結晶シリコン層上に重層され平均残留応力
が圧縮応力である第2多結晶シリコン層とからなり、該
多結晶シリコン膜において所定の曲げモーメントを生じ
ることを要旨とする。The silicon structure of the present invention is a silicon structure formed on a substrate and provided with a polycrystalline silicon film having a predetermined shape, wherein the average residual stress of the polycrystalline silicon film is tensile stress. It is composed of a certain first polycrystalline silicon layer and a second polycrystalline silicon layer overlaid on the first polycrystalline silicon layer and having an average residual stress of compressive stress, and a predetermined bending moment is generated in the polycrystalline silicon film. That is the summary.
【0022】以上のように構成されたシリコン構造体で
は、平均残留応力が引っ張り応力である第1多結晶シリ
コン層と、平均残留応力が圧縮応力である第2多結晶シ
リコン層とを重層して多結晶シリコン膜を形成すること
によって、この多結晶シリコン膜において所定の曲げモ
ーメントを生じている。従って、このようなシリコン構
造体によれば、異なる残留応力を生じる2種類のシリコ
ン層を重層することによって、発生する曲げモーメント
が相殺可能となっている。In the silicon structure constructed as described above, the first polycrystalline silicon layer whose average residual stress is tensile stress and the second polycrystalline silicon layer whose average residual stress is compressive stress are laminated. By forming the polycrystalline silicon film, a predetermined bending moment is generated in this polycrystalline silicon film. Therefore, according to such a silicon structure, it is possible to cancel the bending moment generated by stacking two types of silicon layers that generate different residual stresses.
【0023】このとき、前記所定の曲げモーメントの値
が0である構成としてもよい。この場合には、前記所定
の形状を有する多結晶シリコン膜に曲げモーメントが発
生しないため、この多結晶シリコン膜が変形することが
ない。At this time, the value of the predetermined bending moment may be zero. In this case, since no bending moment is generated in the polycrystalline silicon film having the predetermined shape, the polycrystalline silicon film is not deformed.
【0024】また、前記多結晶シリコン膜の平均残留応
力が引っ張り応力である構成も好ましい。このような構
成とすれば、多結晶シリコン膜が両持ち梁を形成する場
合に、両持ち梁の残留応力が圧縮応力であることに起因
して両持ち梁が変形することがない。Further, it is also preferable that the average residual stress of the polycrystalline silicon film is a tensile stress. With such a structure, when the polycrystalline silicon film forms a doubly supported beam, the doubly supported beam does not deform due to the residual stress of the doubly supported beam being a compressive stress.
【0025】さらに、前記多結晶シリコン膜は、外力に
従って変位して、該変位した量を電気的な信号として出
力することによって前記外力を検出可能にするセンサの
動作部を形成する構成としてもよい。Further, the polycrystalline silicon film may be displaced in accordance with an external force, and an operating portion of a sensor capable of detecting the external force by outputting the displaced amount as an electrical signal may be formed. .
【0026】このような場合には、異なる残留応力を有
する2層の多結晶シリコン層によってセンサの動作部を
形成することによって、所定の曲げモーメントを生じる
センサの動作部を得ることができる。ここで、所定の曲
げモーメントを0として各シリコン層の膜厚比を決定す
るならば、膜厚比を制御することによって反りのないセ
ンサ動作部を得ることができる。従って、センサ動作部
の反りに起因してセンサの感度が悪化することがない。In such a case, by forming the operating part of the sensor by two layers of polycrystalline silicon layers having different residual stresses, the operating part of the sensor that produces a predetermined bending moment can be obtained. Here, if the film thickness ratio of each silicon layer is determined by setting a predetermined bending moment to 0, a sensor operation unit without warpage can be obtained by controlling the film thickness ratio. Therefore, the sensitivity of the sensor does not deteriorate due to the warp of the sensor operating unit.
【0027】また、本発明の加速度センサは、上記した
センサの動作部を形成するシリコン構造体を備えた加速
度センサであることを要旨とする。このような加速度セ
ンサでは、異なる残留応力を有する2層の多結晶シリコ
ン層によって加速度センサの動作部を形成することによ
って、加速度センサの動作部の形状を安定化している。
従って、加速度センサの動作部において非所望の曲げモ
ーメントが生じ、これによって加速度センサの動作部が
変形してセンサ感度が低下するといった問題が生じるこ
とがない。Further, the gist of the acceleration sensor of the present invention is that it is an acceleration sensor provided with a silicon structure forming the operating portion of the above-mentioned sensor. In such an acceleration sensor, the shape of the operation part of the acceleration sensor is stabilized by forming the operation part of the acceleration sensor by two polycrystalline silicon layers having different residual stresses.
Therefore, there is no problem that an undesired bending moment is generated in the operating portion of the acceleration sensor, which deforms the operating portion of the acceleration sensor and reduces the sensor sensitivity.
【0028】[0028]
【発明の他の態様】本発明は、以下のような他の態様を
とることも可能である。本発明の第1の他の態様として
は、本発明のシリコン構造体の製造方法において、前記
第2シリコン層成膜工程によって多結晶構造を有する状
態で成膜した前記第2のシリコン層上に、前記第1シリ
コン層成膜工程によってアモルファスシリコンの状態で
成膜した前記第1のシリコン層を重層するシリコン構造
体の製造方法とすることができる。Other Embodiments of the Invention The present invention can also take the following other embodiments. As a first other aspect of the present invention, in the method for producing a silicon structure of the present invention, the second silicon layer is formed on the second silicon layer by the second silicon layer forming step. A method of manufacturing a silicon structure in which the first silicon layer formed in the state of amorphous silicon by the first silicon layer forming step is overlaid.
【0029】このような製造方法によれば、所望の形状
に成形する多結晶シリコン膜において、アモルファスシ
リコンの状態または多結晶構造を有する状態のシリコン
膜として単独で成膜した場合に比べてさらに大きな曲げ
モーメントを発生させることができ、この曲げモーメン
トを利用して湾曲面の構造を形成することができる。According to such a manufacturing method, the polycrystalline silicon film formed into a desired shape has a larger size than a case where a single amorphous silicon film or a polycrystalline silicon film is formed. A bending moment can be generated, and this bending moment can be used to form a curved surface structure.
【0030】ここで、前記第2のシリコン層の膜厚と前
記第1のシリコン層の膜厚との膜厚比は、前記第1のシ
リコン層と同じアモルファスシリコンの状態で成膜した
多結晶シリコン層の有する平均残留応力および曲率半径
と、前記第2のシリコン層と同じ多結晶構造を有する状
態で成膜した多結晶シリコン層の有する平均残留応力お
よび曲率半径とを用いて求め、前記所望の形状に成形さ
れた多結晶シリコン膜において、曲げモーメントが所定
の値となるよう決定する構成としてもよい。Here, the film thickness ratio between the film thickness of the second silicon layer and the film thickness of the first silicon layer is the same as that of the first silicon layer. The average residual stress and the radius of curvature of the silicon layer and the average residual stress and the radius of curvature of the polycrystalline silicon layer formed in the state of having the same polycrystalline structure as the second silicon layer are used to obtain the desired value. In the polycrystalline silicon film formed in the above shape, the bending moment may be determined to have a predetermined value.
【0031】この場合には、生じる曲げモーメントの値
を第1のシリコン層と第2のシリコン層との膜厚比によ
って制御するため、所望の反りを有する多結晶シリコン
膜を得ることができる。In this case, since the value of the bending moment generated is controlled by the film thickness ratio of the first silicon layer and the second silicon layer, a polycrystalline silicon film having a desired warp can be obtained.
【0032】また、本発明の第2の他の態様としては、
本発明のシリコン構造体において、前記多結晶シリコン
膜は、平均残留応力が圧縮応力である前記第2多結晶シ
リコン層上に、平均残留応力が引っ張り応力である前記
第1多結晶シリコン層を重層してなる構成とすることが
できる。Further, as a second other aspect of the present invention,
In the silicon structure of the present invention, the polycrystalline silicon film is formed by stacking the first polycrystalline silicon layer having an average residual stress of tensile stress on the second polycrystalline silicon layer having an average residual stress of compressive stress. It can be configured as follows.
【0033】このような構成とすれば、異なる残留応力
を有するシリコン層を積層することによって所定の曲げ
モーメントを生じさせることができる。従って、この曲
げモーメントによって湾曲面を形成する多結晶シリコン
膜を備えたシリコン構造体を得ることができる。With this structure, a predetermined bending moment can be generated by laminating silicon layers having different residual stresses. Therefore, it is possible to obtain a silicon structure provided with a polycrystalline silicon film that forms a curved surface by this bending moment.
【0034】[0034]
【発明の実施の形態】以上説明した本発明の構成・作用
を一層明らかにするために、以下本発明の実施の形態を
実施例に基づき説明する。図2(a)は本発明のシリコ
ン構造体の製造方法によって製造した加速度センサ10
の分解斜視図である。加速度センサ10は、蓋部20と
センサ部30とに分けることができる。蓋部20は、シ
リコン基板と熱膨張係数が近いパイレックスガラス基板
で形成されており、低融点ガラスが塗布された辺縁部2
2においてセンサ部30と接着する。図2(b)は、蓋
部20について図2(a)で示した面と反対の面の形状
を示す斜視図である。図2(b)に示すように、蓋部2
0において辺縁部22の内側は凹部構造となっており、
蓋部20がセンサ部30を覆い、辺縁部22でセンサ部
30と接着したとき、この凹部構造がセンサ部30の表
面に形成された構造を保護する。センサ部30では、単
結晶シリコンからなるセンサ基板32上に、後述するよ
うに、多結晶シリコンからなる動作部34が形成されて
いる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In order to further clarify the structure and operation of the present invention described above, the embodiments of the present invention will be described below based on Examples. FIG. 2A shows an acceleration sensor 10 manufactured by the method for manufacturing a silicon structure according to the present invention.
FIG. 3 is an exploded perspective view of FIG. The acceleration sensor 10 can be divided into a lid portion 20 and a sensor portion 30. The lid portion 20 is formed of a Pyrex glass substrate having a thermal expansion coefficient close to that of the silicon substrate, and the edge portion 2 coated with the low melting point glass.
At 2, it is bonded to the sensor unit 30. FIG. 2B is a perspective view showing the shape of the surface of the lid portion 20 opposite to the surface shown in FIG. 2A. As shown in FIG. 2B, the lid 2
At 0, the inside of the edge portion 22 has a concave structure,
When the lid portion 20 covers the sensor portion 30 and is bonded to the sensor portion 30 at the peripheral edge portion 22, the recess structure protects the structure formed on the surface of the sensor portion 30. In the sensor section 30, an operation section 34 made of polycrystalline silicon is formed on a sensor substrate 32 made of single crystal silicon, as will be described later.
【0035】まず最初にセンサ部30における動作部3
4の形成方法について説明する。図3は、センサ部30
の構成を表わす分解斜視図である。図3に示すように動
作部34は、単結晶シリコンからなるセンサ基板32上
に、多結晶シリコンからなる第1層40、第2層42、
第3層44を積層した構造を有する。このような構造
は、酸化シリコン膜形成、多結晶シリコン膜形成、レジ
ストパターン形成、レジストをマスクとするエッチン
グ、レジスト除去というサイクルを繰り返し、最後に酸
化シリコン膜を除去することによって形成される。First, the operation unit 3 in the sensor unit 30.
A method of forming No. 4 will be described. FIG. 3 shows the sensor unit 30.
2 is an exploded perspective view showing the configuration of FIG. As shown in FIG. 3, the operating unit 34 includes a first layer 40, a second layer 42, and a second layer 42 made of polycrystalline silicon on a sensor substrate 32 made of single crystal silicon.
It has a structure in which the third layer 44 is laminated. Such a structure is formed by repeating a cycle of forming a silicon oxide film, forming a polycrystalline silicon film, forming a resist pattern, etching using a resist as a mask, and removing the resist, and finally removing the silicon oxide film.
【0036】図4は、センサ部30における動作部34
を形成する工程を模式的に表わす説明図であり、図3に
おける4ー4断面に対応する。図4では、動作部34に
おける一部分の断面だけを表わしているが、実際に製造
されるときには、一枚のシリコンウエハ上に、縦横に並
ぶ多数のセンサ部30が同時に形成される。シリコンウ
エハ上に形成する各センサ部30の大きさは、本実施例
では、2000μm×1700μmとした。まず最初
に、単結晶シリコンウエハからなるセンサ基板32上
に、熱酸化処理によって酸化シリコン膜36を500n
mの厚さで形成し、この酸化シリコン膜36上に、CV
D法によって窒化シリコン膜38を250nmの厚さで
形成する。FIG. 4 shows the operation unit 34 in the sensor unit 30.
FIG. 4A is an explanatory view schematically showing a step of forming a groove, and corresponds to a section 4-4 in FIG. In FIG. 4, only a part of the cross section of the operation unit 34 is shown, but when actually manufactured, a large number of sensor units 30 arranged vertically and horizontally are simultaneously formed on one silicon wafer. The size of each sensor unit 30 formed on the silicon wafer was 2000 μm × 1700 μm in this embodiment. First, a silicon oxide film 36 of 500 n is formed by thermal oxidation on a sensor substrate 32 made of a single crystal silicon wafer.
m thick, and CV is formed on the silicon oxide film 36.
A silicon nitride film 38 is formed to a thickness of 250 nm by the D method.
【0037】次に、窒化シリコン膜38上に、第1層4
0となる多結晶シリコン層をCVD法によって400n
mの厚さで形成する。第1層40は、620℃で成膜さ
れるため、高温ポリシリコン層として形成される。その
後、この多結晶シリコン層上にレジストを塗布し、所定
の形状にレジストのパターニングを行なう。このレジス
トをマスクとしてエッチングを行なうと、レジストに覆
われていた領域の多結晶シリコン層だけが残り、所望の
形状の第1層40が形成される。本実施例ではエッチン
グの方法として、CF4 を用いてプラズマ中で活性ラジ
カルを生成するプラズマエッチングを採用した。次にこ
の第1層40上に、第1犠牲層41となるPSG膜を、
やはりCVD法によって2μmの厚さで形成する。PS
G膜とはリンを含む酸化シリコン膜のことであり、この
PSG膜で形成される犠牲層は、後の工程でエッチング
によって取り除かれる。PSG膜は均等な厚さで形成さ
れるため、その表面は、第1層40の形状に対応する凹
凸をなしている。この後、PSG膜上にレジストを塗布
し、レジストのパターニングを行なう。図4(a)は、
このレジストのパターニングを終えた状態を表わしてい
る。Next, the first layer 4 is formed on the silicon nitride film 38.
The polycrystal silicon layer which becomes 0 is 400n by the CVD method.
m. Since the first layer 40 is formed at 620 ° C., it is formed as a high temperature polysilicon layer. Then, a resist is applied on this polycrystalline silicon layer, and the resist is patterned into a predetermined shape. When etching is performed using this resist as a mask, only the polycrystalline silicon layer in the region covered with the resist remains, and the first layer 40 having a desired shape is formed. In the present embodiment, as the etching method, plasma etching in which active radicals are generated in plasma using CF 4 is adopted. Next, a PSG film to be the first sacrificial layer 41 is formed on the first layer 40.
After all, it is formed with a thickness of 2 μm by the CVD method. PS
The G film is a silicon oxide film containing phosphorus, and the sacrifice layer formed of this PSG film is removed by etching in a later step. Since the PSG film is formed with a uniform thickness, its surface has irregularities corresponding to the shape of the first layer 40. After that, a resist is applied on the PSG film to pattern the resist. FIG. 4 (a)
This shows a state where the patterning of the resist is completed.
【0038】このレジストをマスクとしてエッチングを
行なうと、レジストに覆われていた領域のPSG膜だけ
が残り、所望の形状の第1犠牲層41が形成される。そ
の後、第1犠牲層41上に、第2層42となる多結晶シ
リコン層を2μmの厚さで形成する。このとき、形成さ
れた多結晶シリコン層の表面は、第1層40および第1
犠牲層41の形状に対応する凹凸を形成している。この
第2層42となる多結晶シリコン層と、後述する第3層
44となる多結晶シリコン層とは、実際にはアモルファ
スシリコン層と高温ポリシリコン層とからなるが、ここ
では便宜的に多結晶シリコン層と呼ぶこととする。この
ように形成した多結晶シリコン層の表面にさらにレジス
トを塗布し、レジストのパターニングを行なう。図4
(b)は、このレジストのパターニングを終えた状態を
表わしている。When etching is performed using this resist as a mask, only the PSG film in the region covered by the resist remains, and the first sacrificial layer 41 having a desired shape is formed. Then, a polycrystalline silicon layer to be the second layer 42 is formed with a thickness of 2 μm on the first sacrificial layer 41. At this time, the surface of the formed polycrystalline silicon layer has the first layer 40 and the first layer 40.
Irregularities corresponding to the shape of the sacrificial layer 41 are formed. The polycrystalline silicon layer that becomes the second layer 42 and the polycrystalline silicon layer that becomes the third layer 44 described later actually consist of an amorphous silicon layer and a high-temperature polysilicon layer, but here, for convenience, It is called a crystalline silicon layer. A resist is further applied to the surface of the polycrystalline silicon layer thus formed, and the resist is patterned. FIG.
(B) shows a state where the patterning of the resist is completed.
【0039】このレジストをマスクとしてエッチングを
行ない、所望の形状の第2層42を形成する。その後、
第2層42上で、再びPSG膜の形成とレジストパター
ンの形成、およびエッチングを行ない、第2犠牲層43
を形成する。図4(c)は、第2犠牲層43となるPS
G膜上で、レジストのパターニングを終えた状態を表わ
している。Etching is performed using this resist as a mask to form the second layer 42 having a desired shape. afterwards,
The PSG film, the resist pattern, and the etching are performed again on the second layer 42, and the second sacrificial layer 43 is formed.
To form In FIG. 4C, the PS serving as the second sacrificial layer 43 is formed.
The state where the patterning of the resist is completed on the G film is shown.
【0040】次に、第2犠牲層43上に、第3層44と
なる多結晶シリコン層を2μmの厚さで形成し、レジス
トパターンの形成とエッチングを繰り返し、所望の形状
の第3層44を形成する。図4(d)は、第3層44と
なる多結晶シリコン層上でレジストのパターニングを終
えた状態を表わしている。エッチングを行なって形成し
た第3層44の上には、さらにPSG膜を2μmの厚さ
で成膜して第3犠牲層と成す。第3犠牲層を形成した後
は、シリコンウエハ全体に対してアニールを行なう。Next, a polycrystalline silicon layer to be the third layer 44 is formed to a thickness of 2 μm on the second sacrificial layer 43, the resist pattern formation and etching are repeated, and the third layer 44 having a desired shape is formed. To form. FIG. 4D shows a state where the patterning of the resist is completed on the polycrystalline silicon layer which becomes the third layer 44. A PSG film having a thickness of 2 μm is further formed on the third layer 44 formed by etching to form a third sacrificial layer. After forming the third sacrificial layer, the entire silicon wafer is annealed.
【0041】ここで、アニールについて説明する。アニ
ールとは、多結晶シリコン層を高温で処理して安定化す
る工程であり、同時に多結晶シリコン層の抵抗値を下げ
るという作用がある。既述したように、アモルファスシ
リコンはアニールによって多結晶化して安定化する。高
温ポリシリコン層は成膜時から多結晶構造を有するた
め、結晶化のためにはアニールは必須の工程ではない
が、抵抗値を下げるためにはアニールを行なう必要があ
る。後の工程で取り除く犠牲層を、本実施例のようにリ
ンを含む酸化シリコン層であるPSG膜で形成しておけ
ば、この犠牲層と接した状態でアニールを行なう際に、
犠牲層に含まれるリンがシリコン層内部に拡散する。ア
モルファスシリコン層も高温ポリシリコン層も、本来、
センサの極板を構成する部材としては抵抗値が高すぎる
が、このようなアニール処理を行なうことによってリン
を含んで抵抗値が小さくなり、センサとして適当な抵抗
値を有することとなる。PSG膜は、フッ酸によって速
やかにエッチングを受けるため犠牲層として優れている
が、多結晶シリコン層へのリンの供給源としても働いて
いる。Here, the annealing will be described. Annealing is a process of stabilizing a polycrystalline silicon layer by treating it at a high temperature, and at the same time, it has an action of lowering the resistance value of the polycrystalline silicon layer. As described above, amorphous silicon is polycrystallized and stabilized by annealing. Since the high-temperature polysilicon layer has a polycrystalline structure from the time of film formation, annealing is not an essential step for crystallization, but annealing is required to reduce the resistance value. If the sacrificial layer to be removed in a later step is formed of a PSG film which is a silicon oxide layer containing phosphorus as in this embodiment, when annealing is performed in contact with this sacrificial layer,
Phosphorus contained in the sacrificial layer diffuses inside the silicon layer. Originally, both the amorphous silicon layer and the high temperature polysilicon layer
Although the resistance value is too high as a member forming the electrode plate of the sensor, such an annealing treatment reduces the resistance value including phosphorus, so that the sensor has an appropriate resistance value. The PSG film is excellent as a sacrificial layer because it is quickly etched by hydrofluoric acid, but it also functions as a source of phosphorus to the polycrystalline silicon layer.
【0042】アニールの後、シリコンウエハ全体をフッ
酸でエッチング処理して第1ないし第3犠牲層を除去
し、センサ部30を完成する。図4(e)は、エッチン
グによって各犠牲層が除去された後の様子を示す。フッ
酸は、PSG層と同様に酸化シリコン膜をもエッチング
する効果を有するが、ここでは酸化シリコン膜36上に
窒化シリコン膜38が形成されているため、フッ酸から
なるエッチング液が酸化シリコン膜36に染み込むこと
がない。従って、エッチング処理によって第1ないし第
3犠牲層を除去しても、酸化シリコン膜36は影響を受
けない。After the annealing, the entire silicon wafer is etched with hydrofluoric acid to remove the first to third sacrificial layers to complete the sensor section 30. FIG. 4E shows a state after each sacrificial layer is removed by etching. The hydrofluoric acid has the effect of etching the silicon oxide film as well as the PSG layer. However, since the silicon nitride film 38 is formed on the silicon oxide film 36 here, the etching solution of hydrofluoric acid is used as the silicon oxide film. Does not soak into 36. Therefore, even if the first to third sacrificial layers are removed by the etching process, the silicon oxide film 36 is not affected.
【0043】以上、センサ部30を形成する工程を概説
したが、次に、本発明の要部に対応する多結晶シリコン
層の成膜工程について説明する。センサ部30を形成す
る際には、上述したように、第1層から第3層まで3層
の多結晶シリコン層が形成される。この中で、2μmの
厚みを有する第2層および第3層は、下方の1.8μm
と上方の0.2μmとでは、CVD法で成膜する際の条
件が異なる。下方の1.8μmの厚みを有する層は60
0℃以下で成膜され(本実施例では505℃)、結晶構
造を持たないアモルファスシリコン層として形成され
る。上方の0.2μmの厚みを有する層は600℃を越
える温度で成膜され(本実施例では620℃)、成膜時
から多結晶構造を有する高温ポリシリコン層として形成
される。図5に本実施例での成膜条件を示す。ここで各
層の膜厚は、CVD法で成膜する際のガスとの反応時間
によって制御した。The steps of forming the sensor section 30 have been outlined above. Next, the steps of forming a polycrystalline silicon layer corresponding to the main part of the present invention will be described. When forming the sensor unit 30, as described above, three layers of polycrystalline silicon layers from the first layer to the third layer are formed. Among these, the second layer and the third layer having a thickness of 2 μm are the lower 1.8 μm.
And the upper 0.2 μm differ in the conditions for forming a film by the CVD method. The lower layer with a thickness of 1.8 μm is 60
The film is formed at 0 ° C. or lower (505 ° C. in this embodiment) and is formed as an amorphous silicon layer having no crystal structure. The upper layer having a thickness of 0.2 μm is formed at a temperature exceeding 600 ° C. (620 ° C. in this embodiment), and is formed as a high temperature polysilicon layer having a polycrystalline structure from the time of film formation. FIG. 5 shows film forming conditions in this embodiment. Here, the film thickness of each layer was controlled by the reaction time with the gas when the film was formed by the CVD method.
【0044】本実施例の加速度センサ10では、第2層
42は可動極板として働き、第3層44は固定極板とし
て働く。図3に示したように、第2層は中央の1箇所で
支持されて、片持ち梁状の構造を有する。また、第3層
は周囲の6箇所で支持されて、両持ち梁状の構造を有す
る。本実施例では、第2層および第3層を形成する際、
アモルファスシリコン層と高温ポリシリコン層とをそれ
ぞれ上記した膜厚で成膜することによって、これら片持
ち梁あるいは両持ち梁状の構造において曲げモーメント
の発生を抑え、これら各層が反ってしまうことを防止し
ている。In the acceleration sensor 10 of this embodiment, the second layer 42 functions as a movable electrode plate and the third layer 44 functions as a fixed electrode plate. As shown in FIG. 3, the second layer is supported at one central position and has a cantilever structure. Further, the third layer is supported at six places around and has a doubly supported beam-like structure. In this embodiment, when forming the second layer and the third layer,
By forming the amorphous silicon layer and the high-temperature polysilicon layer with the above-mentioned film thicknesses respectively, it is possible to suppress the occurrence of bending moment in these cantilevered or doubly supported beam-like structures and prevent the layers from warping. are doing.
【0045】ここで、積層すべきアモルファスシリコン
層とポリシリコン層との膜厚比の算定方法について説明
する。図1は、アモルファスシリコン層と高温ポリシリ
コン層の2層に分けて積層した多結晶シリコン膜よりな
る片持ち梁において、その内部に分布する残留応力を模
式的に表わした説明図である。本実施例では、図1に示
した片持ち梁において、曲げモーメントが0となるとき
の膜厚比を求め、求めた膜厚比を第2層および第3層の
成膜時に適用することで、センサの動作部を形成するこ
れらの構造の変形を防いでいる。Here, a method for calculating the film thickness ratio between the amorphous silicon layer and the polysilicon layer to be laminated will be described. FIG. 1 is an explanatory diagram that schematically shows the residual stress distributed inside a cantilever made of a polycrystalline silicon film that is divided into two layers, an amorphous silicon layer and a high-temperature polysilicon layer. In the present embodiment, in the cantilever beam shown in FIG. 1, the film thickness ratio when the bending moment becomes 0 is obtained, and the obtained film thickness ratio is applied at the time of forming the second layer and the third layer. , Prevents the deformation of these structures forming the working part of the sensor.
【0046】既述したようにアモルファスシリコン層
は、アニールによって結晶化を行なうと平均残留応力が
引っ張り応力となる。高温ポリシリコン層は、アニール
の前後ともに平均残留応力は圧縮応力となる。図1に示
す片持ち梁において、高温ポリシリコン層に生じる残留
応力である圧縮応力と、アモルファスシリコン層に生じ
る残留応力である引っ張り応力とが打ち消し合って、多
結晶シリコン層全体での曲げモーメントが0となるとき
の各層の膜厚比を予め算出する方法について以下に述べ
る。As described above, when the amorphous silicon layer is crystallized by annealing, the average residual stress becomes tensile stress. The high temperature polysilicon layer has an average residual stress of compressive stress before and after annealing. In the cantilever shown in FIG. 1, the compressive stress, which is the residual stress generated in the high-temperature polysilicon layer, and the tensile stress, which is the residual stress generated in the amorphous silicon layer, cancel each other out, and the bending moment in the entire polycrystalline silicon layer is reduced. A method for calculating the film thickness ratio of each layer when it becomes 0 will be described below.
【0047】[0047]
【数1】 [Equation 1]
【0048】上記(1)式は、図1に示した片持ち梁に
生じる曲げモーメントMを表わす式である。このMの値
が0になるときの高温ポリシリコン層とアモルファスシ
リコン層との膜厚比を求めることができるように、
(1)式を変形する。この膜厚比を求めるためには、高
温ポリシリコン層とアモルファスシリコン層との状態を
表わす変数を代入する必要があるが、各シリコン層での
歪の大きさに関する測定可能な変数として、ここでは曲
率半径と平均残留応力を用いた。(1)式で曲げモーメ
ントMを0として、曲率半径および平均残留応力との関
係に基づいて式を変形すると、以下に示す(2)式が得
られる。The above equation (1) is an equation representing the bending moment M generated in the cantilever beam shown in FIG. In order to obtain the film thickness ratio between the high temperature polysilicon layer and the amorphous silicon layer when the value of M becomes 0,
Equation (1) is modified. In order to obtain this film thickness ratio, it is necessary to substitute a variable representing the state of the high temperature polysilicon layer and the amorphous silicon layer, but here, as a measurable variable regarding the magnitude of strain in each silicon layer, The radius of curvature and the average residual stress were used. When the bending moment M is set to 0 in the equation (1) and the equation is modified based on the relationship between the radius of curvature and the average residual stress, the following equation (2) is obtained.
【0049】[0049]
【数2】 [Equation 2]
【0050】(2)式に各層の曲率半径および平均残留
応力の数値を代入すれば、多結晶シリコン層全体の厚み
tに対するアモルファスシリコン層の厚みt1 の割合で
あるrを求めることができる。代入すべき曲率半径およ
び平均残留応力の値を求めるためには、図5と同じ条件
でアモルファスシリコン層または高温ポリシリコン層を
各々単独で成膜し、アモルファスシリコン層または高温
ポリシリコン層単独で形成される片持ち梁を形成する必
要がある。片持ち梁を形成するには、表面に酸化シリコ
ン膜および窒化シリコン膜を形成したシリコンウエハ上
に、まず犠牲層となる酸化シリコン層を成膜し、その上
に高温ポリシリコン層またはアモルファスシリコン層を
2μmの厚さで成膜し、エッチングを行なって犠牲層を
除く。このように形成した各々の片持ち梁について、平
均残留応力および曲率半径を測定して(2)式に代入し
た。ここで曲率半径は、作製した片持ち梁の長さ(ビー
ム長)と自由端側での反り量から求めることができる。By substituting the numerical values of the radius of curvature and the average residual stress of each layer into the equation (2), the ratio r of the thickness t 1 of the amorphous silicon layer to the total thickness t of the polycrystalline silicon layer can be obtained. In order to obtain the values of the radius of curvature and the average residual stress to be substituted, the amorphous silicon layer or the high temperature polysilicon layer is formed under the same conditions as in FIG. 5, and the amorphous silicon layer or the high temperature polysilicon layer is formed alone. It is necessary to form a cantilever. To form a cantilever, a silicon oxide layer to be a sacrificial layer is first formed on a silicon wafer on which a silicon oxide film and a silicon nitride film are formed, and then a high-temperature polysilicon layer or an amorphous silicon layer is formed thereon. Is formed to a thickness of 2 μm, and the sacrifice layer is removed by etching. The average residual stress and the radius of curvature of each cantilever beam thus formed were measured and substituted into the equation (2). Here, the radius of curvature can be obtained from the length of the produced cantilever (beam length) and the amount of warpage on the free end side.
【0051】高温ポリシリコン層またはアモルファスシ
リコン層からなる片持ち梁を別々に形成し、それぞれの
片持ち梁で測定した各々の平均残留応力および曲率半径
を図5に示す。アモルファスシリコン層は、単独で片持
ち梁を形成した場合も、高温ポリシリコン層を重層して
片持ち梁を形成した場合も、ともに犠牲層である酸化シ
リコン膜上に成膜されるため条件は同じであると考えら
れる。そこで、(2)式に代入する平均残留応力および
曲率半径の値として、アモルファスシリコン層だけで形
成した片持ち梁での実測値をそのまま用いた。しかしな
がら、高温ポリシリコン層の場合は、犠牲層である酸化
シリコン膜上に単独で成膜する時と、アモルファスシリ
コン層上に重層して成膜するときとでは条件が異なる。
そこで本実施例では、高温ポリシリコン層の曲率半径と
して代入する値を、実測値に代えて近似的に無限大を用
いることとした。FIG. 5 shows the average residual stress and the radius of curvature of each cantilever formed by separately forming a cantilever made of a high temperature polysilicon layer or an amorphous silicon layer. The amorphous silicon layer is formed on the sacrificial silicon oxide film both when the cantilever is formed independently and when the cantilever is formed by stacking the high temperature polysilicon layers. Considered the same. Therefore, as the values of the average residual stress and the radius of curvature to be substituted into the equation (2), the measured values of the cantilever formed only by the amorphous silicon layer were used as they were. However, in the case of the high-temperature polysilicon layer, the conditions are different between the case where the film is formed on the silicon oxide film which is the sacrificial layer and the case where the film is formed as a multilayer on the amorphous silicon layer.
Therefore, in this embodiment, the value to be substituted for the radius of curvature of the high-temperature polysilicon layer is set to be approximately infinity instead of the actually measured value.
【0052】高温ポリシリコン層だけで片持ち梁を形成
すると、酸化シリコン膜との境界側と表面側とでは結晶
状態が異なるため、残留応力の分布が不均一となって曲
げモーメントが発生し、片持ち梁は変形して反る。しか
し、酸化シリコン膜よりも性質の近いアモルファスシリ
コン上に高温ポリシリコンを成膜する場合には、下層と
の境界面において結晶状態が異なることに起因するこの
ような曲げモーメントの発生はないと考えられる。実際
にどの程度の反りが生じるのか、曲率半径の実際の値が
いくらになるのかを測定することは容易ではない。そこ
で本実施例では、反りはないものと仮定して、(2)式
においては曲率半径として無限大を代入した。これらの
値を(2)式に代入した結果、曲げモーメントMを0に
するときのrの値として0.91が得られた。すなわ
ち、曲げモーメントMを0にするときのアモルファスシ
リコン層と高温ポリシリコン層との膜厚比は9対1とな
った。この条件で実際に厚さ2μmの片持ち梁を形成し
たところ、片持ち梁のビーム長が300μmを越えても
反りは1μm以下となり、曲げモーメントの発生を抑え
ることができた。図6は、上記rの値に従ってアモルフ
ァスシリコン層と高温ポリシリコン層とを重層して形成
した片持ち梁と、アモルファスシリコン層単独で形成し
た片持ち梁とが示す反り量を比較した図である。When the cantilever is formed only by the high-temperature polysilicon layer, the crystal state is different between the boundary side with the silicon oxide film and the surface side, so that the residual stress distribution becomes non-uniform and a bending moment occurs. The cantilever deforms and warps. However, when forming high-temperature polysilicon on amorphous silicon, which has properties closer to those of silicon oxide film, it is considered that such bending moment does not occur due to the difference in crystalline state at the interface with the lower layer. To be It is not easy to measure how much warp actually occurs and what the actual value of the radius of curvature is. Therefore, in this embodiment, assuming that there is no warp, infinity is substituted as the radius of curvature in the equation (2). As a result of substituting these values into the equation (2), 0.91 was obtained as the value of r when the bending moment M was set to 0. That is, the film thickness ratio between the amorphous silicon layer and the high temperature polysilicon layer when the bending moment M was set to 0 was 9: 1. When a cantilever having a thickness of 2 μm was actually formed under these conditions, even if the beam length of the cantilever exceeded 300 μm, the warp was 1 μm or less, and the occurrence of bending moment could be suppressed. FIG. 6 is a diagram comparing the amounts of warpage of a cantilever formed by stacking an amorphous silicon layer and a high-temperature polysilicon layer according to the value of r and a cantilever formed by using the amorphous silicon layer alone. .
【0053】以上のように、アモルファスシリコン層単
独あるいは高温ポリシリコン層単独で作製した片持ち梁
での残留応力と曲率半径とを測定し、これらの値を
(2)式に代入し(ただし高温ポリシリコン層での曲率
半径は無限大と仮定)、アモルファスシリコン層と高温
ポリシリコン層との膜厚比を求めることにより、反りの
ない片持ち梁を作製することができる。この様にして求
めた膜厚比は、片持ち梁ばかりでなく両持ち梁において
も有効である。As described above, the residual stress and the radius of curvature of the cantilever made of the amorphous silicon layer alone or the high temperature polysilicon layer alone were measured, and these values were substituted into the equation (2) By assuming the radius of curvature in the polysilicon layer to be infinite) and determining the film thickness ratio between the amorphous silicon layer and the high temperature polysilicon layer, a cantilever without warpage can be manufactured. The film thickness ratio thus obtained is effective not only for a cantilever beam but also for a cantilever beam.
【0054】両持ち梁においては、既述したように、平
均残留応力が圧縮応力である場合には変形を起こすおそ
れがある。また、平均残留応力として強い引っ張り応力
が生じている場合にはセンサ感度の低下を招くおそれが
ある。そのため、センサの極板を形成する両持ち梁で
は、変形を起こすことがなく感度の低下も招かない平均
残留応力として、0から50MPa程度の引っ張り応力
が生じていることが望ましい。図1に示す2層構造を有
する多結晶シリコン層全体の平均残留応力は、以下に示
す(3)式で求めることができる。As described above, the doubly supported beam may be deformed when the average residual stress is compressive stress. Further, when a strong tensile stress is generated as the average residual stress, the sensor sensitivity may be deteriorated. Therefore, it is desirable that a tensile stress of about 0 to 50 MPa is generated in the doubly supported beam that forms the electrode plate of the sensor as an average residual stress that does not cause deformation and does not reduce sensitivity. The average residual stress of the entire polycrystalline silicon layer having the two-layer structure shown in FIG. 1 can be calculated by the following equation (3).
【0055】[0055]
【数3】 (Equation 3)
【0056】上記のように算出した膜厚比の値と、アモ
ルファスシリコン層または高温ポリシリコン層単独で形
成した片持ち梁における平均残留応力の実測値とをこの
(3)式に代入すると、形成される多結晶シリコン膜の
平均残留応力は56MPaの引っ張り応力となり、所望
の残留応力が得られる。By substituting the value of the film thickness ratio calculated as described above and the measured value of the average residual stress in the cantilever formed by the amorphous silicon layer or the high temperature polysilicon layer alone into the equation (3), it is formed. The average residual stress of the obtained polycrystalline silicon film becomes a tensile stress of 56 MPa, and a desired residual stress is obtained.
【0057】以上のようにして求めた膜厚比に基づいて
多結晶シリコン層を成膜し、センサ基板32上に動作部
34を形成した後は、センサ部30と蓋部20との接着
を行なう。既述したように、シリコンウエハ上にはセン
サ部30が縦横に形成されており、パイレックスガラス
からなるガラス基板上には蓋部20が縦横に形成されて
いる。これらシリコンウエハ上に形成されたセンサ部3
0およびガラス基板上に形成された蓋部20について、
それぞれの位置が正しく対応するように、シリコンウエ
ハとガラス基板とを重ね合わせる。重ね合わせの向き
は、センサ部30において動作部34を形成した面と、
蓋部20において既述した凹部構造を形成した面とが対
向する向きとする。ガラス基板は接着部に低融点ガラス
が塗布されているため、このように重ね合わせた両者を
400℃程度に加熱することによって、シリコンウエハ
とガラス基板との接着を行なうことができる。シリコン
ウエハとガラス基板とを接着すると、多数の加速度セン
サが縦横に形成された状態になる。接着の後は、ダイシ
ングを行なうことにより、多数の加速度センサ10を同
時に得ることができる。ダイシングは、鋸引きやレーザ
ーカッターによる分割で実現される。After the polycrystalline silicon layer is formed on the basis of the film thickness ratio obtained as described above and the operating portion 34 is formed on the sensor substrate 32, the sensor portion 30 and the lid portion 20 are adhered to each other. To do. As described above, the sensor portion 30 is formed vertically and horizontally on the silicon wafer, and the lid portion 20 is vertically and horizontally formed on the glass substrate made of Pyrex glass. Sensor part 3 formed on these silicon wafers
0 and the lid portion 20 formed on the glass substrate,
The silicon wafer and the glass substrate are superposed so that the respective positions correspond correctly. The direction of superposition is the same as the surface on which the operating unit 34 is formed in the sensor unit 30,
The direction in which the surface of the lid 20 on which the above-described recessed structure is formed faces is opposite. Since the low melting point glass is applied to the bonding portion of the glass substrate, the silicon wafer and the glass substrate can be bonded to each other by heating both of them thus stacked together to about 400 ° C. When a silicon wafer and a glass substrate are bonded together, a large number of acceleration sensors are formed vertically and horizontally. After the adhesion, a large number of acceleration sensors 10 can be obtained at the same time by performing dicing. Dicing is realized by sawing or division with a laser cutter.
【0058】このように製造した加速度センサ10で
は、単結晶シリコンからなるセンサ基板32上に形成し
た第1層40と、両持ち梁様の構造を有する第3層44
とが固定電極として働く。また、中央部に支持部を有し
て片持ち梁様の構造を有する第2層42が可動極板とし
て働く。センサとして動作するときには、この可動極板
と各固定極板との間はそれぞれ独立したキャパシタを構
成する。加速度が加わらない状態では、第2層は第1お
よび第3層の中間に保持されている。加速度が加わる
と、加速度の大きさに応じて第2層が変位する。このと
き、固定極板である第1層および第3層と、可動極板で
ある第2層との距離が変化し、極板間の容量が変化す
る。各固定極板にはそれぞれ相補型の方形波が印加され
ており、極板間の容量が変化したときには可動極板にお
いて容量の変化量に応じた電圧が発生する。加速度セン
サ10は、補償回路や増幅回路などの信号処理回路を備
える他のチップと接続されるため、加速度センサ10か
ら出力された電圧はこれらの回路で処理されて加速度と
して検出される。In the acceleration sensor 10 manufactured as described above, the first layer 40 formed on the sensor substrate 32 made of single crystal silicon and the third layer 44 having a doubly supported beam-like structure.
And act as fixed electrodes. In addition, the second layer 42 having a cantilever-like structure having a supporting portion in the central portion functions as a movable electrode plate. When operating as a sensor, an independent capacitor is formed between the movable plate and each fixed plate. The second layer is held in the middle of the first and third layers when no acceleration is applied. When acceleration is applied, the second layer is displaced according to the magnitude of acceleration. At this time, the distance between the first and third layers that are the fixed electrode plates and the second layer that is the movable electrode plate changes, and the capacitance between the electrode plates changes. A complementary square wave is applied to each fixed electrode plate, and when the capacitance between the electrode plates changes, a voltage corresponding to the amount of change in the capacitance is generated in the movable electrode plate. Since the acceleration sensor 10 is connected to another chip including a signal processing circuit such as a compensation circuit and an amplification circuit, the voltage output from the acceleration sensor 10 is processed by these circuits and detected as acceleration.
【0059】本実施例の加速度センサ10によれば、多
結晶シリコン層で形成される梁構造(下層との間に空間
が設けられ、1以上の支持部によって支持される構造)
を形成する際、アモルファスシリコンとして成膜される
層と高温ポリシリコン層として成膜される層とを重層す
るため、各層で生じる残留応力が打ち消し合って曲げモ
ーメントの発生を抑え、センサを構成する梁構造の変形
を防ぐことができる。ここで、アモルファスシリコン層
単独または高温ポリシリコン層単独で形成される片持ち
梁において平均残留応力および曲率半径を測定し、この
値を基に積層すべき各層の膜厚比を求めるため、曲げモ
ーメントを0にする条件を予め決定することができる。
このとき、上層にくる高温ポリシリコン層については、
曲率半径として実測値に代えて無限大を用いる。これに
よって、単独で片持ち梁を形成するときと、アモルファ
スシリコン層上に重層して片持ち梁を形成するときとの
条件の違いを補正し、積層すべき膜厚の比としてより望
ましい値を得ることができる。According to the acceleration sensor 10 of the present embodiment, a beam structure formed of a polycrystalline silicon layer (a structure in which a space is provided between the beam and a lower layer and is supported by one or more supporting portions)
When forming, the layer formed as amorphous silicon and the layer formed as high-temperature polysilicon layer are overlaid, so that residual stress generated in each layer cancels each other out and suppresses the occurrence of bending moment, thus forming a sensor. The deformation of the beam structure can be prevented. Here, in order to obtain the film thickness ratio of each layer to be measured based on the average residual stress and the radius of curvature of the cantilever formed by the amorphous silicon layer alone or the high-temperature polysilicon layer alone, the bending moment is calculated. It is possible to predetermine the condition for making
At this time, regarding the high temperature polysilicon layer which is the upper layer,
Infinity is used as the radius of curvature instead of the measured value. This corrects the difference in conditions between the case of forming a cantilever by itself and the case of forming a cantilever by stacking on an amorphous silicon layer, and a more desirable value as the ratio of film thickness to be laminated Obtainable.
【0060】本実施例では、アモルファスシリコン層の
成膜温度を505℃とし、高温ポリシリコン層の成膜温
度を620℃としたが、これらの温度は、それぞれアモ
ルファスシリコン層と高温ポリシリコン層とを成膜可能
な範囲であればよい。本実施例と異なる温度で成膜する
場合には、所望の温度で成膜した片持ち梁を実施例と同
様に作製し、それらについて残留応力や曲率半径などの
値を測定し、既述した(2)式に代入することでアモル
ファスシリコン層と高温ポリシリコン層との膜厚比を求
めることができる。In the present embodiment, the film forming temperature of the amorphous silicon layer was set to 505 ° C. and the film forming temperature of the high temperature polysilicon layer was set to 620 ° C. These temperatures are the same as those of the amorphous silicon layer and the high temperature polysilicon layer, respectively. It may be any range as long as it can form a film. In the case of forming a film at a temperature different from that of this example, a cantilever beam formed at a desired temperature was prepared in the same manner as in the example, and values such as residual stress and radius of curvature were measured for them and described above. By substituting into the equation (2), the film thickness ratio between the amorphous silicon layer and the high temperature polysilicon layer can be obtained.
【0061】本実施例では、アモルファスシリコンとし
て成膜される層の上に直接高温ポリシリコン層として成
膜される層を重層しているが、アモルファスシリコンと
して成膜される層と高温ポリシリコン層として成膜され
る層との間に、別の材質からなる層を挟んでもよい。ま
た、本実施例においては、センサ基板32上に酸化シリ
コン膜36を形成したが、酸化シリコン膜を形成しなく
ても本発明を達成することができる。In this embodiment, the layer formed as the high temperature polysilicon layer is laminated directly on the layer formed as the amorphous silicon, but the layer formed as the amorphous silicon and the high temperature polysilicon layer are stacked. A layer made of another material may be sandwiched between the layer formed as above. Further, although the silicon oxide film 36 is formed on the sensor substrate 32 in this embodiment, the present invention can be achieved without forming the silicon oxide film.
【0062】本実施例の加速度センサは、図2および図
3に示すように、中央の一点が支持部となる第2層42
からなる可動極板と、周囲に複数の支持部を有する第3
層44からなる固定極板を備えるが、これら可動極板や
固定極板は、異なる形状であっても構わない。例えば、
可動極板が周囲に複数の支持部を有し、両持ち梁様の形
態であってもよい。In the acceleration sensor of this embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, the second layer 42 whose central point serves as a supporting portion.
A movable electrode plate composed of a third electrode, and a third electrode having a plurality of supporting portions around the movable electrode plate.
Although the fixed electrode plate including the layer 44 is provided, the movable electrode plate and the fixed electrode plate may have different shapes. For example,
The movable electrode plate may have a plurality of supporting portions around it and may be in the form of a doubly supported beam.
【0063】以上説明したように、シリコン膜を成膜す
る際に成膜温度を変えることで上層と下層とで異なる残
留応力を生じさせ、これらの残留応力が互いに打ち消し
合うことを利用して曲げモーメントを抑える方法は、本
実施例で説明した加速度センサ以外にも種々のセンサに
適用可能である。例えば、ヨーレートセンサや圧力セン
サなど、基板上に成膜した多結晶シリコン膜を所望の形
状に成形することで製造可能なセンサであればよい。As described above, by changing the film formation temperature when forming a silicon film, different residual stresses are produced in the upper layer and the lower layer, and the bending is performed by utilizing the fact that these residual stresses cancel each other out. The method of suppressing the moment can be applied to various sensors other than the acceleration sensor described in this embodiment. For example, a yaw rate sensor or a pressure sensor may be used as long as it can be manufactured by molding a polycrystalline silicon film formed on a substrate into a desired shape.
【0064】さらに、多結晶シリコン膜を残留応力の異
なる2種のシリコン層から形成する方法を用いれば、曲
げモーメントMを0にしてシリコン層の反りをおさえる
だけでなく、曲げモーメントMを所定の値に設定して各
シリコン層の膜厚比を算出し、所望の反り量を有するシ
リコン層を形成することもできる。Further, by using the method of forming the polycrystalline silicon film from two kinds of silicon layers having different residual stresses, not only the bending moment M is set to 0 but the warp of the silicon layer is suppressed but also the bending moment M is set to a predetermined value. It is also possible to set the value to calculate the film thickness ratio of each silicon layer and form a silicon layer having a desired warp amount.
【0065】本発明に基づいたシリコン構造体の製造方
法は、上記した各種センサばかりでなく、その他種々の
アクチュエータを構成するシリコン構造体の形成に適用
することができる。実施例に示した片持ち梁や両持ち梁
以外にも、固定端を有しない歯車状の回転体などにおい
て、曲げモーメントMを0として端部での反りを抑える
ことも可能である。また、このようなシリコン構造体の
反りを抑える以外にも、湾曲面を有するシリコン構造体
を形成する際にも適用可能である。この場合には、曲げ
モーメントMを所定の値に設定してアモルファスシリコ
ン層と高温ポリシリコン層との膜厚比を算出する。この
膜厚比に従って多結晶シリコン層を成膜すれば、所望の
曲げモーメントを生じ、湾曲面を形成するシリコン構造
体を得ることができる。ここで、高温ポリシリコン層を
下層に、アモルファスシリコン層を上層に形成すれば、
曲げモーメントMはさらに大きな値に設定可能となり、
湾曲の程度が様々なシリコン構造体を製造することが可
能である。The method for manufacturing a silicon structure according to the present invention can be applied not only to the various sensors described above, but also to the formation of silicon structures that form various other actuators. In addition to the cantilever beam and the double-supported beam shown in the embodiment, in a gear-shaped rotating body having no fixed end, the bending moment M can be set to 0 to suppress the warp at the end portion. Further, in addition to suppressing the warp of such a silicon structure, it can be applied to the formation of a silicon structure having a curved surface. In this case, the bending moment M is set to a predetermined value and the film thickness ratio between the amorphous silicon layer and the high temperature polysilicon layer is calculated. If a polycrystalline silicon layer is formed according to this film thickness ratio, a desired bending moment is generated and a silicon structure that forms a curved surface can be obtained. Here, if the high temperature polysilicon layer is formed as the lower layer and the amorphous silicon layer is formed as the upper layer,
Bending moment M can be set to a larger value,
It is possible to manufacture silicon structures with varying degrees of curvature.
【0066】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明はこうした実施例に何等限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々なる
様態で実施し得ることは勿論である。The embodiments of the present invention have been described above.
It is needless to say that the present invention is not limited to these embodiments and can be implemented in various modes without departing from the scope of the present invention.
【図1】アモルファスシリコン層と、高温ポリシリコン
層とを重層して形成した片持ち梁の内部に発生している
残留応力の分布の状態を表わす説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing a state of distribution of residual stress generated inside a cantilever formed by stacking an amorphous silicon layer and a high temperature polysilicon layer.
【図2】加速度センサ10の構成を表わす分解斜視図お
よび蓋部20の斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view showing a configuration of an acceleration sensor 10 and a perspective view of a lid portion 20.
【図3】センサ部30の構成を表わす分解斜視図であ
る。FIG. 3 is an exploded perspective view showing a configuration of a sensor unit 30.
【図4】センサ部30の製造工程を表わす説明図であ
る。FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a manufacturing process of the sensor unit 30.
【図5】アモルファスシリコン層および高温ポリシリコ
ン層の成膜条件と、各条件で作製した片持ち梁の示す性
質とを表わす説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing film forming conditions of an amorphous silicon layer and a high temperature polysilicon layer, and properties of a cantilever manufactured under each condition.
【図6】所定の膜厚比でアモルファスシリコン層と高温
ポリシリコン層とを重層して形成した片持ち梁では反り
がみられない様子を表わす説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing that no warp is observed in a cantilever formed by stacking an amorphous silicon layer and a high temperature polysilicon layer at a predetermined film thickness ratio.
【図7】アモルファスシリコンの状態で成膜して形成し
た片持ち梁の内部に発生している残留応力の分布の状態
を表わす説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing a state of distribution of residual stress generated inside a cantilever formed by forming a film in a state of amorphous silicon.
【符号の説明】 10…加速度センサ 20…蓋部 22…辺縁部 30…センサ部 32…センサ基板 34…動作部 36…酸化シリコン膜 38…窒化シリコン膜 40…第1層 41…第1犠牲層 42…第2層 43…第2犠牲層 44…第3層[Explanation of reference numerals] 10 ... Acceleration sensor 20 ... Lid 22 ... Edge 30 ... Sensor 32 ... Sensor substrate 34 ... Operating part 36 ... Silicon oxide film 38 ... Silicon nitride film 40 ... First layer 41 ... First sacrifice Layer 42 ... Second layer 43 ... Second sacrificial layer 44 ... Third layer
Claims (10)
結晶膜成膜工程と、前記多結晶シリコン膜を所望の形状
に成形する多結晶膜形状成形工程とを備えたシリコン構
造体の製造方法において、 前記多結晶膜成膜工程は、 第1のシリコン層を、アモルファスシリコンの状態で成
膜する第1シリコン層成膜工程と、 前記第1のシリコン層上に、多結晶構造を有する状態で
第2のシリコン層を成膜する第2シリコン層成膜工程と
を備えたシリコン構造体の製造方法。1. A silicon structure comprising: a polycrystalline film forming step of forming a polycrystalline silicon film on a substrate; and a polycrystalline film shape forming step of forming the polycrystalline silicon film into a desired shape. In the manufacturing method, the polycrystalline film forming step includes a first silicon layer forming step of forming a first silicon layer in a state of amorphous silicon, and a polycrystalline structure on the first silicon layer. And a second silicon layer forming step of forming a second silicon layer in the state of having the second silicon layer.
法であって、 前記第1のシリコン層の膜厚と、前記第2のシリコン層
の膜厚との膜厚比は、 前記第1のシリコン層と同じアモルファスシリコンの状
態で成膜した多結晶シリコン層の有する平均残留応力お
よび曲率半径と、前記第2のシリコン層と同じ多結晶構
造を有する状態で成膜した多結晶シリコン層の有する平
均残留応力および曲率半径とを用いて求め、 前記所望の形状に成形された多結晶シリコン膜におい
て、曲げモーメントが所定の値となるよう決定するシリ
コン構造体の製造方法。2. The method for manufacturing a silicon structure according to claim 1, wherein a film thickness ratio between the film thickness of the first silicon layer and the film thickness of the second silicon layer is the first film thickness. Of the polycrystalline silicon layer formed in the same amorphous silicon state as that of the second silicon layer and the average residual stress and the radius of curvature of the polycrystalline silicon layer formed in the state of having the same polycrystalline structure as the second silicon layer. A method for manufacturing a silicon structure, which is obtained by using an average residual stress and a radius of curvature that are possessed, and is determined so that a bending moment has a predetermined value in the polycrystalline silicon film formed into the desired shape.
リコン層に対応する前記多結晶シリコン層の有する曲率
半径として無限大を用いる請求項2記載のシリコン構造
体の製造方法。3. The method for manufacturing a silicon structure according to claim 2, wherein when determining the film thickness ratio, infinity is used as a radius of curvature of the polycrystalline silicon layer corresponding to the second silicon layer.
メントにおける所定の値が0である請求項2または3記
載のシリコン構造体の製造方法。4. The method of manufacturing a silicon structure according to claim 2, wherein a predetermined value of the bending moment is 0 when the film thickness ratio is determined.
の製造方法であって、 前記多結晶シリコン膜を所望の形状に成形し、 該多結晶シリコン膜が外力に従って変位したとき、該変
位した量を電気的な信号として出力するセンサの動作部
を形成し、 前記外力の検出を可能としたシリコン構造体の製造方
法。5. The method for manufacturing a silicon structure according to claim 1, wherein the polycrystalline silicon film is formed into a desired shape, and when the polycrystalline silicon film is displaced according to an external force, the displacement is caused. A method for manufacturing a silicon structure, wherein an operating portion of a sensor that outputs an amount as an electric signal is formed, and the external force can be detected.
多結晶シリコン膜を備えたシリコン構造体であって、 前記多結晶シリコン膜は、 平均残留応力が引っ張り応力である第1多結晶シリコン
層と、該第1多結晶シリコン層上に重層され平均残留応
力が圧縮応力である第2多結晶シリコン層とからなり、 該多結晶シリコン膜において所定の曲げモーメントを生
じるシリコン構造体。6. A silicon structure formed on a substrate, comprising a polycrystalline silicon film having a predetermined shape, wherein the polycrystalline silicon film is a first polycrystalline silicon whose average residual stress is tensile stress. A silicon structure comprising a layer and a second polycrystalline silicon layer which is overlaid on the first polycrystalline silicon layer and has an average residual stress of compressive stress, and which produces a predetermined bending moment in the polycrystalline silicon film.
る請求項6記載のシリコン構造体。7. The silicon structure according to claim 6, wherein the value of the predetermined bending moment is zero.
引っ張り応力である請求項7記載のシリコン構造体。8. The silicon structure according to claim 7, wherein the average residual stress of the polycrystalline silicon film is tensile stress.
において、 前記多結晶シリコン膜は、 外力に従って変位して、該変位した量を電気的な信号と
して出力することによって前記外力を検出可能にするセ
ンサの動作部を形成するシリコン構造体。9. The silicon structure according to claim 6, wherein the polycrystalline silicon film is displaced according to an external force, and the external force can be detected by outputting the displaced amount as an electric signal. A silicon structure forming the working part of the sensor.
た加速度センサ。10. An acceleration sensor comprising the silicon structure according to claim 9.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7515196A JPH09246569A (en) | 1996-03-04 | 1996-03-04 | Manufacture of silicon structure, silicon structure and acceleration sensor having silicon structure |
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JP7515196A JPH09246569A (en) | 1996-03-04 | 1996-03-04 | Manufacture of silicon structure, silicon structure and acceleration sensor having silicon structure |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP7515196A Pending JPH09246569A (en) | 1996-03-04 | 1996-03-04 | Manufacture of silicon structure, silicon structure and acceleration sensor having silicon structure |
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JP (1) | JPH09246569A (en) |
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