JPH1126777A - 半導体ヨーレートセンサ - Google Patents
半導体ヨーレートセンサInfo
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- JPH1126777A JPH1126777A JP9174869A JP17486997A JPH1126777A JP H1126777 A JPH1126777 A JP H1126777A JP 9174869 A JP9174869 A JP 9174869A JP 17486997 A JP17486997 A JP 17486997A JP H1126777 A JPH1126777 A JP H1126777A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 梁構造体の強制振動をモニタして梁構造体の
共振周波数を一定に維持する。 【解決手段】 梁構造体２は、基板上に形成されたアン
カー部４ａ〜４ｄと、このアンカー部４ａ〜４ｄにより
梁部５、６を介して支持された質量部７と、この質量部
７に設けられた可動電極８、９を有している。また、基
板上には、可動電極８、９と対向する形状の固定電極１
０、１１が固定されている。ここで、可動電極８、９と
固定電極１０、１１の間に駆動電圧を印加して、梁構造
体２を基板に対する水平方向に強制振動させたとき、基
板に対する垂直方向の梁構造体の変位に基づいてヨーレ
ートが検出される。また、梁部５、６には、梁構造体２
の強制振動をモニタする歪ゲージ１５、１９が形成され
ており、この歪ゲージ１５、１９の出力を用いて梁構造
体２を一定の共振周波数で強制振動させる。
共振周波数を一定に維持する。 【解決手段】 梁構造体２は、基板上に形成されたアン
カー部４ａ〜４ｄと、このアンカー部４ａ〜４ｄにより
梁部５、６を介して支持された質量部７と、この質量部
７に設けられた可動電極８、９を有している。また、基
板上には、可動電極８、９と対向する形状の固定電極１
０、１１が固定されている。ここで、可動電極８、９と
固定電極１０、１１の間に駆動電圧を印加して、梁構造
体２を基板に対する水平方向に強制振動させたとき、基
板に対する垂直方向の梁構造体の変位に基づいてヨーレ
ートが検出される。また、梁部５、６には、梁構造体２
の強制振動をモニタする歪ゲージ１５、１９が形成され
ており、この歪ゲージ１５、１９の出力を用いて梁構造
体２を一定の共振周波数で強制振動させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体材料よりな
る梁構造体を有してヨーレートを検出する半導体ヨーレ
ートセンサに関する。
る梁構造体を有してヨーレートを検出する半導体ヨーレ
ートセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の半導体ヨーレートセンサ
として、特開平８−１４８６９８号公報に示されるもの
がある。この半導体ヨーレートセンサにおいては、半導
体材料にて梁構造体を構成するとともにこの梁構造体を
基板の上面において所定間隔を隔てた位置に配置し、梁
構造体を基板の表面に対し水平方向に振動させたとき、
基板の表面に対する垂直方向の梁構造体の変位に基づい
て、ヨーレートを検出するようにしている。
として、特開平８−１４８６９８号公報に示されるもの
がある。この半導体ヨーレートセンサにおいては、半導
体材料にて梁構造体を構成するとともにこの梁構造体を
基板の上面において所定間隔を隔てた位置に配置し、梁
構造体を基板の表面に対し水平方向に振動させたとき、
基板の表面に対する垂直方向の梁構造体の変位に基づい
て、ヨーレートを検出するようにしている。
【０００３】さらに、梁構造体に水平変位検出用の可動
ゲート電極を設けるとともに、基板にソース・ドレイン
電極を設け、梁構造体の水平方向の変位、すなわち梁構
造体の強制振動をソース・ドレイン間のドレイン電流と
して検出し、その検出出力に基づき梁構造体を一定の共
振周波数で強制振動させている。
ゲート電極を設けるとともに、基板にソース・ドレイン
電極を設け、梁構造体の水平方向の変位、すなわち梁構
造体の強制振動をソース・ドレイン間のドレイン電流と
して検出し、その検出出力に基づき梁構造体を一定の共
振周波数で強制振動させている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のものでは、梁構造体の水平方向の変位を検出するた
めに、梁構造体に水平変位検出用の可動ゲート電極を設
ける他、基板にもソース・ドレイン電極を設ける必要が
あり、構成が複雑になるという問題がある。本発明は上
記問題に鑑みたもので、梁構造体の強制振動を、新規な
簡単な構成にてモニタできるようにすることを目的とす
る。
来のものでは、梁構造体の水平方向の変位を検出するた
めに、梁構造体に水平変位検出用の可動ゲート電極を設
ける他、基板にもソース・ドレイン電極を設ける必要が
あり、構成が複雑になるという問題がある。本発明は上
記問題に鑑みたもので、梁構造体の強制振動を、新規な
簡単な構成にてモニタできるようにすることを目的とす
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明においては、梁部（５、６、
２４ｂ、２４ｃ）に、梁構造体（２、３）の強制振動を
モニタする歪ゲージ（１５、１９、２５、２９）を形成
したことを特徴としている。このように梁構造体を構成
する梁部に歪ゲージを形成するという簡単な構成にて、
梁構造体の強制振動をモニタすることができる。
め、請求項１に記載の発明においては、梁部（５、６、
２４ｂ、２４ｃ）に、梁構造体（２、３）の強制振動を
モニタする歪ゲージ（１５、１９、２５、２９）を形成
したことを特徴としている。このように梁構造体を構成
する梁部に歪ゲージを形成するという簡単な構成にて、
梁構造体の強制振動をモニタすることができる。
【０００６】この場合、請求項２に記載の発明のよう
に、歪ゲージの出力に基づいて、可動電極と固定電極の
間に強制振動用の電圧を印加する回路手段（４０〜４
６）を備えれば、梁構造体の共振周波数を一定に維持す
るようにすることができる。また、歪ゲージの配線は、
請求項３、４に記載したように、梁部に形成した、拡散
層（１６、２０、２６、３０）、金属配線（１６’）と
することができ、その配線を用いて、請求項５に記載し
たように、歪ゲージと、アンカー部に形成した電極部
（１７、１８、２１、２２、２７、２８、３１、３２）
間を電気接続することができる。
に、歪ゲージの出力に基づいて、可動電極と固定電極の
間に強制振動用の電圧を印加する回路手段（４０〜４
６）を備えれば、梁構造体の共振周波数を一定に維持す
るようにすることができる。また、歪ゲージの配線は、
請求項３、４に記載したように、梁部に形成した、拡散
層（１６、２０、２６、３０）、金属配線（１６’）と
することができ、その配線を用いて、請求項５に記載し
たように、歪ゲージと、アンカー部に形成した電極部
（１７、１８、２１、２２、２７、２８、３１、３２）
間を電気接続することができる。
【０００７】この場合、配線は、請求項６に記載したよ
うに、梁部でＵターンする形状を有するものの他、請求
項７に記載したように、梁部から質量部を回る形状を有
して構成することができる。後者の場合には、梁幅が狭
い場合であっても歪ゲージおよび配線を容易に形成する
ことができる。また、歪ゲージは、請求項８に記載した
ように、梁構造体の振動方向に位置する２本の梁部にそ
れぞれ形成することができる。この場合、一方の梁部に
形成された歪ゲージは圧縮の歪みを受け、他方の梁部に
形成された歪ゲージは引っ張りの歪みを受けるため、両
歪ゲージの抵抗値は互いに逆方向に変化する。従って、
両歪ゲージを用いてハーフブリッジ回路あるいはフルブ
リッジ回路を構成することにより、精度よく梁構造体の
強制振動をモニタすることができる。
うに、梁部でＵターンする形状を有するものの他、請求
項７に記載したように、梁部から質量部を回る形状を有
して構成することができる。後者の場合には、梁幅が狭
い場合であっても歪ゲージおよび配線を容易に形成する
ことができる。また、歪ゲージは、請求項８に記載した
ように、梁構造体の振動方向に位置する２本の梁部にそ
れぞれ形成することができる。この場合、一方の梁部に
形成された歪ゲージは圧縮の歪みを受け、他方の梁部に
形成された歪ゲージは引っ張りの歪みを受けるため、両
歪ゲージの抵抗値は互いに逆方向に変化する。従って、
両歪ゲージを用いてハーフブリッジ回路あるいはフルブ
リッジ回路を構成することにより、精度よく梁構造体の
強制振動をモニタすることができる。
【０００８】また、請求項９に記載の発明のように、歪
ゲージを梁部の面内方向振動時の中立軸に対しオフセッ
トした位置に形成することにより、梁構造体の強制振動
を好適にモニタすることができる。
ゲージを梁部の面内方向振動時の中立軸に対しオフセッ
トした位置に形成することにより、梁構造体の強制振動
を好適にモニタすることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。 （第１実施形態）図１に、本発明の第１実施形態を示す
半導体ヨーレートセンサの模式的な平面構成を示す。
について説明する。 （第１実施形態）図１に、本発明の第１実施形態を示す
半導体ヨーレートセンサの模式的な平面構成を示す。
【００１０】図１に示すように、半導体ヨーレートセン
サは、半導体基板１の上面に梁構造体（可動構造体）
２、３を備え、両梁構造体２、３を逆相にて励振させ、
差動検出を行ってヨーレートを検出するようにしてい
る。梁構造体２は、基板１側から突出する４つのアンカ
ー部４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄにより架設されており、基
板１の上面において所定間隔を隔てた位置に配置されて
いる。
サは、半導体基板１の上面に梁構造体（可動構造体）
２、３を備え、両梁構造体２、３を逆相にて励振させ、
差動検出を行ってヨーレートを検出するようにしてい
る。梁構造体２は、基板１側から突出する４つのアンカ
ー部４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄにより架設されており、基
板１の上面において所定間隔を隔てた位置に配置されて
いる。
【００１１】アンカー部４ａとアンカー部４ｃの間に
は、梁部５が架設されており、アンカー部４ｂとアンカ
ー部４ｄとの間には、梁部６が架設されている。また、
梁部５と梁部６との間には、質量部（重り部又はマス
部）７が架設されている。この質量部７には、上下に貫
通する透孔７ａが設けられており、一方の側面からは櫛
歯状の励振用可動電極８が突出し、他方の側面からは櫛
歯状の励振用可動電極９が突出した構造となっている。
これら可動電極８、９は、棒状をなし、等間隔をおいて
平行に延びている。
は、梁部５が架設されており、アンカー部４ｂとアンカ
ー部４ｄとの間には、梁部６が架設されている。また、
梁部５と梁部６との間には、質量部（重り部又はマス
部）７が架設されている。この質量部７には、上下に貫
通する透孔７ａが設けられており、一方の側面からは櫛
歯状の励振用可動電極８が突出し、他方の側面からは櫛
歯状の励振用可動電極９が突出した構造となっている。
これら可動電極８、９は、棒状をなし、等間隔をおいて
平行に延びている。
【００１２】梁構造体３も、梁構造体２と同様の構成と
なっている。また、基板１の上面には、櫛歯状の励振用
固定電極１０、１１、１２が配置されている。各固定電
極１０、１１、１２は、基板１側から突出するアンカー
部により支持されており、梁構造体２、３の各可動電極
８、９と対向するように櫛歯状の形状となっている。
なっている。また、基板１の上面には、櫛歯状の励振用
固定電極１０、１１、１２が配置されている。各固定電
極１０、１１、１２は、基板１側から突出するアンカー
部により支持されており、梁構造体２、３の各可動電極
８、９と対向するように櫛歯状の形状となっている。
【００１３】さらに、基板１の上面部において、梁構造
体２、３における質量部７と対向する領域に、下部電極
（ヨーレート検出用固定電極）１３、１４がそれぞれ形
成されている。上記した構成において、梁構造体２の可
動電極８と固定電極１０との間、および梁構造体２の可
動電極９と固定電極１１との間に、逆相の駆動電圧を印
加すると、電極間の静電気力により、梁構造体２が基板
１の表面に対し水平（平行）方向に強制振動される。同
様に、梁構造体３の可動電極８と固定電極１１との間、
および梁構造体３の可動電極９と固定電極１２との間
に、逆相の駆動電圧を印加すると、電極間の静電気力に
より、梁構造体３が基板１の表面に対し水平方向に強制
振動される。
体２、３における質量部７と対向する領域に、下部電極
（ヨーレート検出用固定電極）１３、１４がそれぞれ形
成されている。上記した構成において、梁構造体２の可
動電極８と固定電極１０との間、および梁構造体２の可
動電極９と固定電極１１との間に、逆相の駆動電圧を印
加すると、電極間の静電気力により、梁構造体２が基板
１の表面に対し水平（平行）方向に強制振動される。同
様に、梁構造体３の可動電極８と固定電極１１との間、
および梁構造体３の可動電極９と固定電極１２との間
に、逆相の駆動電圧を印加すると、電極間の静電気力に
より、梁構造体３が基板１の表面に対し水平方向に強制
振動される。
【００１４】このとき、図に示す方向、すなわち基板１
表面方向に向く軸のまわりにヨーΩが発生すると、梁構
造体２、３の質量部７に対し基板１の表面に垂直な方向
にコリオリ力が生じる。ここで、コリオリ力ｆｃは梁構
造体２、３の質量部７の質量ｍ、振動の速度Ｖ、ヨーΩ
に依存し、数式１で表される。
表面方向に向く軸のまわりにヨーΩが発生すると、梁構
造体２、３の質量部７に対し基板１の表面に垂直な方向
にコリオリ力が生じる。ここで、コリオリ力ｆｃは梁構
造体２、３の質量部７の質量ｍ、振動の速度Ｖ、ヨーΩ
に依存し、数式１で表される。
【００１５】
【数１】ｆｃ＝２ｍＶΩ そして、梁構造体２、３の強制振動中、すなわち励振中
において、コリオリ力ｆｃにより梁構造体２、３の質量
部７が変位すると、この変位が、梁構造体２、３と下部
電極１３、１４との間に形成されるコンデンサの容量
（静電容量）変化として検出される。
において、コリオリ力ｆｃにより梁構造体２、３の質量
部７が変位すると、この変位が、梁構造体２、３と下部
電極１３、１４との間に形成されるコンデンサの容量
（静電容量）変化として検出される。
【００１６】ここで、梁構造体２、３の振動の位相を１
８０度ずらすことにより、梁構造体２、３の質量部７の
変位方向を逆にし、差動検出を行って精度よくヨーレー
トを検出することができる。図２に、図１に示す半導体
ヨーレートセンサの左半分、すなわち梁構造体２の斜視
構成を示す。図１中には図示しなかったが、本実施形態
では、図２に示すように、歪ゲージ１５、１９を、梁部
５、６に拡散層にて形成し、梁構造体２の強制振動をモ
ニタするようにしている。
８０度ずらすことにより、梁構造体２、３の質量部７の
変位方向を逆にし、差動検出を行って精度よくヨーレー
トを検出することができる。図２に、図１に示す半導体
ヨーレートセンサの左半分、すなわち梁構造体２の斜視
構成を示す。図１中には図示しなかったが、本実施形態
では、図２に示すように、歪ゲージ１５、１９を、梁部
５、６に拡散層にて形成し、梁構造体２の強制振動をモ
ニタするようにしている。
【００１７】歪ゲージ１５は、拡散層にて形成された配
線１６を介してアンカー部４ｃに形成された電極部１
７、１８に接続され、歪ゲージ１９は、拡散層にて形成
された配線２０を介してアンカー部４ｄに形成された電
極部１７、１８に接続されている。なお、梁構造体２の
強制振動中において、歪ゲージ１５、１９は梁構造体２
の振動方向に位置しており、歪ゲージ１５、１９のうち
一方が圧縮の歪みを受けたとき他方が引っ張りの歪みを
受けるため、歪ゲージ１５、１９の抵抗値は互いに逆方
向に変化する。
線１６を介してアンカー部４ｃに形成された電極部１
７、１８に接続され、歪ゲージ１９は、拡散層にて形成
された配線２０を介してアンカー部４ｄに形成された電
極部１７、１８に接続されている。なお、梁構造体２の
強制振動中において、歪ゲージ１５、１９は梁構造体２
の振動方向に位置しており、歪ゲージ１５、１９のうち
一方が圧縮の歪みを受けたとき他方が引っ張りの歪みを
受けるため、歪ゲージ１５、１９の抵抗値は互いに逆方
向に変化する。
【００１８】図３に、梁構造体２の駆動・検出回路の構
成を示す。歪ゲージ１５、１９は、直列接続されてハー
フブリッジ回路を構成しており、歪ゲージ１５、１９の
それぞれの抵抗値変化が電圧変化として出力される。こ
の出力された電圧は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）４
０およびアンプ４１を介しモニタ信号として取り出され
る。ここで、梁構造体２の強制振動中においては、モニ
タ信号と、梁構造体２を強制振動させる駆動電圧とは位
相が９０度ずれている。そして、移相器４２を介してモ
ニタ信号の位相を９０度ずらし、その信号を一方の固定
電極１０に印加するとともに、反転器４３により位相反
転した信号を他方の固定電極１１に印加する。なお、質
量部７に設けられた可動電極８、９は、基準電圧（例え
ば接地電圧）に固定されている。
成を示す。歪ゲージ１５、１９は、直列接続されてハー
フブリッジ回路を構成しており、歪ゲージ１５、１９の
それぞれの抵抗値変化が電圧変化として出力される。こ
の出力された電圧は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）４
０およびアンプ４１を介しモニタ信号として取り出され
る。ここで、梁構造体２の強制振動中においては、モニ
タ信号と、梁構造体２を強制振動させる駆動電圧とは位
相が９０度ずれている。そして、移相器４２を介してモ
ニタ信号の位相を９０度ずらし、その信号を一方の固定
電極１０に印加するとともに、反転器４３により位相反
転した信号を他方の固定電極１１に印加する。なお、質
量部７に設けられた可動電極８、９は、基準電圧（例え
ば接地電圧）に固定されている。
【００１９】このように、梁構造体２の強制振動をモニ
タする歪ゲージ１５、１９の出力に基づいて、梁構造体
２を強制振動させるための電圧を、可動電極８、９と固
定電極の間に１０、１１間に印加し、それによる梁構造
体２の強制振動を歪ゲージ１５、１９にてモニタすると
いう閉ループにて、自励発振回路を構成している。そし
て、この自励発振回路により、梁構造体２を共振周波数
で強制振動させることができる。
タする歪ゲージ１５、１９の出力に基づいて、梁構造体
２を強制振動させるための電圧を、可動電極８、９と固
定電極の間に１０、１１間に印加し、それによる梁構造
体２の強制振動を歪ゲージ１５、１９にてモニタすると
いう閉ループにて、自励発振回路を構成している。そし
て、この自励発振回路により、梁構造体２を共振周波数
で強制振動させることができる。
【００２０】また、移相器４２を介したモニタ信号を、
整流器４４、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４５、乗算器
４６にて構成される自動ゲイン調整器（ＡＧＣ）回路Ａ
を通すことにより、移相器４２を介したモニタ信号の振
幅を一定にし、梁構造体２の強制振動における振幅を一
定にすることができる。また、梁構造体２と下部電極１
３との間に形成されるコンデンサの容量は、Ｃ−Ｖ変換
器４７にて電圧に変換され、同期検波回路４８にて、ア
ンプ４１を介したモニタ信号により同期検波され、ヨー
レート信号として出力される。
整流器４４、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４５、乗算器
４６にて構成される自動ゲイン調整器（ＡＧＣ）回路Ａ
を通すことにより、移相器４２を介したモニタ信号の振
幅を一定にし、梁構造体２の強制振動における振幅を一
定にすることができる。また、梁構造体２と下部電極１
３との間に形成されるコンデンサの容量は、Ｃ−Ｖ変換
器４７にて電圧に変換され、同期検波回路４８にて、ア
ンプ４１を介したモニタ信号により同期検波され、ヨー
レート信号として出力される。
【００２１】なお、他方の梁構造体３にも、梁構造体２
と同様に、それぞれの梁部５、６に歪ゲージが形成さ
れ、梁構造体３の強制振動をモニタして、梁構造体３を
強制振動させ、ヨーレート検出を行う。次に、上記した
ヨーレートセンサの製造方法について、図２中のＡ−Ａ
断面を用いて説明する。
と同様に、それぞれの梁部５、６に歪ゲージが形成さ
れ、梁構造体３の強制振動をモニタして、梁構造体３を
強制振動させ、ヨーレート検出を行う。次に、上記した
ヨーレートセンサの製造方法について、図２中のＡ−Ａ
断面を用いて説明する。
【００２２】まず、図４に示すように、単結晶のＮ型の
シリコン基板（第１の半導体基板）１００を用意し、こ
のシリコン基板１００にアライメント用の溝１００ａを
トレンチエッチングにより形成する。この後、シリコン
基板１００の上に、犠牲層用薄膜としてのシリコン酸化
膜１０１をＣＶＤ法等により成膜する。次に、図５に示
すように、シリコン酸化膜１０１の一部をエッチングし
て凹部１０２を形成する。この凹部１０２は、後述する
犠牲層エッチング工程において、梁構造体が表面張力等
で基板に付着する場合に、その付着面積を減らす突起を
設けるために形成する。さらに、シリコン酸化膜１０１
の上に、犠牲層エッチング時のエッチングストッパとな
るシリコン窒化膜（第１の絶縁体薄膜）１０３を成膜す
る。そして、シリコン窒化膜１０３とシリコン酸化膜１
０１との積層体に対しフォトリソグラフィを経てドライ
エッチング等によりアンカ部形成領域に開口部１０４を
形成する。なお、このとき形成される開口部は、梁構造
体２、３および固定電極１０、１１、１２の全てのアン
カ部に対して形成される。
シリコン基板（第１の半導体基板）１００を用意し、こ
のシリコン基板１００にアライメント用の溝１００ａを
トレンチエッチングにより形成する。この後、シリコン
基板１００の上に、犠牲層用薄膜としてのシリコン酸化
膜１０１をＣＶＤ法等により成膜する。次に、図５に示
すように、シリコン酸化膜１０１の一部をエッチングし
て凹部１０２を形成する。この凹部１０２は、後述する
犠牲層エッチング工程において、梁構造体が表面張力等
で基板に付着する場合に、その付着面積を減らす突起を
設けるために形成する。さらに、シリコン酸化膜１０１
の上に、犠牲層エッチング時のエッチングストッパとな
るシリコン窒化膜（第１の絶縁体薄膜）１０３を成膜す
る。そして、シリコン窒化膜１０３とシリコン酸化膜１
０１との積層体に対しフォトリソグラフィを経てドライ
エッチング等によりアンカ部形成領域に開口部１０４を
形成する。なお、このとき形成される開口部は、梁構造
体２、３および固定電極１０、１１、１２の全てのアン
カ部に対して形成される。
【００２３】引き続き、図６に示すように、開口部１０
４およびシリコン窒化膜１０３の上に、アンカー部を構
成する膜としてポリシリコン薄膜を０．５〜２μｍ程度
の膜厚で成膜し、その成膜中または成膜後に不純物を導
入して導電性薄膜とする。さらに、そのポリシリコン薄
膜をフォトリソグラフィを経てパターニングして、開口
部１０４およびシリコン窒化膜１０３の上の所定領域に
不純物ドープトポリシリコン薄膜１０５を形成する。こ
の後、ポリシリコン薄膜１０５上に窒化膜１０６を形成
する。
４およびシリコン窒化膜１０３の上に、アンカー部を構
成する膜としてポリシリコン薄膜を０．５〜２μｍ程度
の膜厚で成膜し、その成膜中または成膜後に不純物を導
入して導電性薄膜とする。さらに、そのポリシリコン薄
膜をフォトリソグラフィを経てパターニングして、開口
部１０４およびシリコン窒化膜１０３の上の所定領域に
不純物ドープトポリシリコン薄膜１０５を形成する。こ
の後、ポリシリコン薄膜１０５上に窒化膜１０６を形成
する。
【００２４】なお、ポリシリコン薄膜のフォトリソグラ
フィ工程において、ポリシリコン薄膜が薄い（０．５〜
２μｍ）ので、ポリシリコン薄膜の下でのシリコン窒化
膜１０３の開口部１０４の形状を透視することができ、
フォトマスク合わせを正確に行うことができる。そし
て、図７に示すように、窒化膜１０６の上に、シリコン
酸化膜（第２の絶縁体薄膜）１０７を成膜する。
フィ工程において、ポリシリコン薄膜が薄い（０．５〜
２μｍ）ので、ポリシリコン薄膜の下でのシリコン窒化
膜１０３の開口部１０４の形状を透視することができ、
フォトマスク合わせを正確に行うことができる。そし
て、図７に示すように、窒化膜１０６の上に、シリコン
酸化膜（第２の絶縁体薄膜）１０７を成膜する。
【００２５】さらに、図８に示すように、シリコン酸化
膜１０７の上に、貼り合わせ用薄膜としてのポリシリコ
ン薄膜１０８を成膜し、貼り合わせのためにポリシリコ
ン薄膜１０８の表面を機械的研磨等により平坦化する。
次に、図９に示すように、シリコン基板１００とは別の
単結晶シリコン基板（第２の半導体基板）１０９を用意
し、ポリシリコン薄膜１０８とシリコン基板１０９とを
貼り合わせる。
膜１０７の上に、貼り合わせ用薄膜としてのポリシリコ
ン薄膜１０８を成膜し、貼り合わせのためにポリシリコ
ン薄膜１０８の表面を機械的研磨等により平坦化する。
次に、図９に示すように、シリコン基板１００とは別の
単結晶シリコン基板（第２の半導体基板）１０９を用意
し、ポリシリコン薄膜１０８とシリコン基板１０９とを
貼り合わせる。
【００２６】さらに、図１０に示すように、シリコン基
板１００、１０９を表裏逆にして、シリコン基板１００
側を機械的研磨等を行い薄膜化する。その際、シリコン
基板１００に形成した溝１００ａの深さまで、すなわち
溝１００ａが露呈するまで研磨を行うと、シリコン酸化
膜１０１の層が出現し、研磨における硬度が変化するた
め、研磨の終点を容易に検出することができる。また、
アライメント用の溝１００ａ内に形成されたシリコン酸
化膜１０１をアライメントマークとして、以下に示す工
程の成膜およびトレンチエッチングが行われる。
板１００、１０９を表裏逆にして、シリコン基板１００
側を機械的研磨等を行い薄膜化する。その際、シリコン
基板１００に形成した溝１００ａの深さまで、すなわち
溝１００ａが露呈するまで研磨を行うと、シリコン酸化
膜１０１の層が出現し、研磨における硬度が変化するた
め、研磨の終点を容易に検出することができる。また、
アライメント用の溝１００ａ内に形成されたシリコン酸
化膜１０１をアライメントマークとして、以下に示す工
程の成膜およびトレンチエッチングが行われる。
【００２７】この研磨後、梁構造体の強制振動をモニタ
するための歪ゲージ１１０および配線１１１を形成す
る。この場合、Ｎ型の単結晶シリコン基板１００に対
し、ボロン（Ｂ）を低ドーズ量（３×１０14ｃｍ-3程
度）でイオン注入して歪ゲージ１１０を形成し、ボロン
（Ｂ）を高ドーズ量（１×１０16ｃｍ-3程度）でイオン
注入して配線１１１をそれぞれ拡散層で形成する。
するための歪ゲージ１１０および配線１１１を形成す
る。この場合、Ｎ型の単結晶シリコン基板１００に対
し、ボロン（Ｂ）を低ドーズ量（３×１０14ｃｍ-3程
度）でイオン注入して歪ゲージ１１０を形成し、ボロン
（Ｂ）を高ドーズ量（１×１０16ｃｍ-3程度）でイオン
注入して配線１１１をそれぞれ拡散層で形成する。
【００２８】そして、図１１に示すように、層間絶縁膜
１１２を成膜し、フォトリソグラフィを経てドライエッ
チング等によりコンタクトホールを形成する。そして、
層間絶縁膜１１２の上の所定領域にシリコン窒化膜１１
３を形成し、さらに電極部としてのアルミ電極１１４を
成膜・フォトリソグラフィを経て形成する。また、ここ
には図示していないが、単結晶シリコン基板の電位をと
る箇所にリン（Ｐ）をイオン注入し、その上部に電極を
形成している。
１１２を成膜し、フォトリソグラフィを経てドライエッ
チング等によりコンタクトホールを形成する。そして、
層間絶縁膜１１２の上の所定領域にシリコン窒化膜１１
３を形成し、さらに電極部としてのアルミ電極１１４を
成膜・フォトリソグラフィを経て形成する。また、ここ
には図示していないが、単結晶シリコン基板の電位をと
る箇所にリン（Ｐ）をイオン注入し、その上部に電極を
形成している。
【００２９】この後、図１２に示すように、マスク材１
１５を用い、梁構造体のパターンのホトリソグラフィ経
て、梁構造体を形成する。つまり、シリコン基板１００
に梁構造体および固定電極を画定するための溝１１６を
トレッチエッチングにより形成する。このとき、エッチ
ングは、フォトレジストのようなソフトマスク、あるい
は酸化膜のようなハードマスクを用いて行う。
１５を用い、梁構造体のパターンのホトリソグラフィ経
て、梁構造体を形成する。つまり、シリコン基板１００
に梁構造体および固定電極を画定するための溝１１６を
トレッチエッチングにより形成する。このとき、エッチ
ングは、フォトレジストのようなソフトマスク、あるい
は酸化膜のようなハードマスクを用いて行う。
【００３０】最後に、図１３に示すように、ＨＦ系のエ
ッチング液によりシリコン酸化膜１０１をエッチング除
去して、シリコン基板１００を可動構造とし、シリコン
基板１００に梁構造体および固定電極を形成する。この
際、エッチング後の乾燥工程で可動部が基板に固着する
のを防止するため、バラジクロルベンゼン等の昇華剤を
用いる。
ッチング液によりシリコン酸化膜１０１をエッチング除
去して、シリコン基板１００を可動構造とし、シリコン
基板１００に梁構造体および固定電極を形成する。この
際、エッチング後の乾燥工程で可動部が基板に固着する
のを防止するため、バラジクロルベンゼン等の昇華剤を
用いる。
【００３１】このようにして、図１、図２に示す半導体
ヨーレートセンサを製造することができる。なお、図１
３に示すシリコン基板１０９〜シリコン窒化膜１０３ま
での部分にて図１に示す基板１を構成している。また、
この実施形態では、梁構造体２、３の２つの振動子によ
り差動検出してＳ／Ｎ感度を向上させるものを示した
が、１つの梁構造体でヨーレート検出を行うようにして
もよい。 （他の実施形態）上記第１実施形態では、配線１６、２
０を、梁部５、６でＵターンする形状により歪ゲージ１
５、１９と電極部１７、１８間に形成するものを示した
が、図１４に示すように、配線１６、２０を、梁部５、
６から質量部７を回る形状により歪ゲージ１５、１９と
電極部１７、１８間に形成するようにすれば、梁部５、
６の梁幅が狭い場合でも、梁部５、６に歪ゲージ１５、
１９および配線１６、２０を容易に形成することができ
る。
ヨーレートセンサを製造することができる。なお、図１
３に示すシリコン基板１０９〜シリコン窒化膜１０３ま
での部分にて図１に示す基板１を構成している。また、
この実施形態では、梁構造体２、３の２つの振動子によ
り差動検出してＳ／Ｎ感度を向上させるものを示した
が、１つの梁構造体でヨーレート検出を行うようにして
もよい。 （他の実施形態）上記第１実施形態では、配線１６、２
０を、梁部５、６でＵターンする形状により歪ゲージ１
５、１９と電極部１７、１８間に形成するものを示した
が、図１４に示すように、配線１６、２０を、梁部５、
６から質量部７を回る形状により歪ゲージ１５、１９と
電極部１７、１８間に形成するようにすれば、梁部５、
６の梁幅が狭い場合でも、梁部５、６に歪ゲージ１５、
１９および配線１６、２０を容易に形成することができ
る。
【００３２】また、質量部７をアンカー部４ａ〜４ｄに
支持する４つの梁部５、６の各々に歪ゲージを形成し、
それらをフルブリッジ回路を構成するように接続して、
梁構造体２の強制振動をモニタするようにしてもよい。
さらに、本発明は、図１５に示すように、２つの梁構造
体２、３を、梁部２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄを介
して、４つのアンカー部２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３
ｄにより支持し、音叉型の振動を行うように構成された
半導体ヨーレートセンサにも同様に適用することができ
る。
支持する４つの梁部５、６の各々に歪ゲージを形成し、
それらをフルブリッジ回路を構成するように接続して、
梁構造体２の強制振動をモニタするようにしてもよい。
さらに、本発明は、図１５に示すように、２つの梁構造
体２、３を、梁部２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄを介
して、４つのアンカー部２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３
ｄにより支持し、音叉型の振動を行うように構成された
半導体ヨーレートセンサにも同様に適用することができ
る。
【００３３】この場合、図１６に示すように、歪ゲージ
２５を梁部２４ｂに形成するとともに歪ゲージ２５を配
線２６によりアンカー部２３ｃに形成された電極部２
７、２８に電気接続し、また歪ゲージ２９を梁部２４ｃ
に形成するとともに歪ゲージ２９を配線３０によりアン
カー部２３ｄに形成された電極部３１、３２に電気接続
する。あるいは、図１７に示すように、梁部２４ｂ、２
４ｃから質量部７を回る形状の配線２６、３０を用い、
配線２６により歪ゲージ２５を電極部２７、２８に電気
接続し、また配線３０により歪ゲージ２９を電極部３
１、３２に電気接続するようにしてもよい。
２５を梁部２４ｂに形成するとともに歪ゲージ２５を配
線２６によりアンカー部２３ｃに形成された電極部２
７、２８に電気接続し、また歪ゲージ２９を梁部２４ｃ
に形成するとともに歪ゲージ２９を配線３０によりアン
カー部２３ｄに形成された電極部３１、３２に電気接続
する。あるいは、図１７に示すように、梁部２４ｂ、２
４ｃから質量部７を回る形状の配線２６、３０を用い、
配線２６により歪ゲージ２５を電極部２７、２８に電気
接続し、また配線３０により歪ゲージ２９を電極部３
１、３２に電気接続するようにしてもよい。
【００３４】なお、図１６、図１７に示す構成の場合、
図１８に示すように、歪ゲージ２５（２９）を梁部２４
ｂ（２４ｃ）の中立軸に対して偏位した位置、すなわち
オフセットした位置に形成することによって、歪ゲージ
２５（２９）から梁構造体２（３）の強制振動に応じた
出力を好適に取り出すことができる。このような構成に
することによって、第１実施形態と同様に、梁構造体
２、３の強制振動をモニタすることができる。
図１８に示すように、歪ゲージ２５（２９）を梁部２４
ｂ（２４ｃ）の中立軸に対して偏位した位置、すなわち
オフセットした位置に形成することによって、歪ゲージ
２５（２９）から梁構造体２（３）の強制振動に応じた
出力を好適に取り出すことができる。このような構成に
することによって、第１実施形態と同様に、梁構造体
２、３の強制振動をモニタすることができる。
【００３５】なお、図１６、図１７に示す構成におい
て、歪ゲージ２５、２９を、４つの梁部２４ａ〜２４ｄ
のうちアンカー部２３ｃ、２３ｄに対し内側となる梁部
２４ｂ、２４ｃにそれぞれ設けることにより、拡散層
（歪ゲージ２５、２９、配線２６、３０）の上に保護膜
（パッシベーション膜）を形成した場合に、膜応力によ
り音叉型構造の梁構造体が変形するのを最小限に抑える
ことができる。
て、歪ゲージ２５、２９を、４つの梁部２４ａ〜２４ｄ
のうちアンカー部２３ｃ、２３ｄに対し内側となる梁部
２４ｂ、２４ｃにそれぞれ設けることにより、拡散層
（歪ゲージ２５、２９、配線２６、３０）の上に保護膜
（パッシベーション膜）を形成した場合に、膜応力によ
り音叉型構造の梁構造体が変形するのを最小限に抑える
ことができる。
【００３６】また、上記した種々の実施形態において、
歪ゲージ１５、１９、２５、２９の配線１６、２０、２
６、３０を拡散層にて形成するものを示したが、アルミ
配線等の金属配線にて形成するようにしてもよい。例え
ば、図２に示す構成に対し、図１９に示すようにアルミ
配線１６’を形成し、コンタクトホール１６ａ、１６ｂ
を介して歪ゲージ１５とアルミ配線１６’を電気接続す
る。
歪ゲージ１５、１９、２５、２９の配線１６、２０、２
６、３０を拡散層にて形成するものを示したが、アルミ
配線等の金属配線にて形成するようにしてもよい。例え
ば、図２に示す構成に対し、図１９に示すようにアルミ
配線１６’を形成し、コンタクトホール１６ａ、１６ｂ
を介して歪ゲージ１５とアルミ配線１６’を電気接続す
る。
【００３７】なお、本発明は、上記したような梁構造体
２、３と下部電極１３、１４間の容量に基づいてヨーレ
ート検出を行う静電容量型のものに限らず、特開平８−
１４８６９８号公報に示されるトランジスタ検出型のも
のにも同様に適用することができる。
２、３と下部電極１３、１４間の容量に基づいてヨーレ
ート検出を行う静電容量型のものに限らず、特開平８−
１４８６９８号公報に示されるトランジスタ検出型のも
のにも同様に適用することができる。
【図１】本発明の第１実施形態を示す半導体ヨーレート
センサの平面構成図である。
センサの平面構成図である。
【図２】図１に示す梁構造体２の斜視構成図である。
【図３】図１に示す梁構造体２の駆動・検出回路の構成
を示す図である。
を示す図である。
【図４】図１、図２に示す半導体ヨーレートセンサの製
造方法を示す工程図である。
造方法を示す工程図である。
【図５】図４に続く工程を示す工程図である。
【図６】図５に続く工程を示す工程図である。
【図７】図６に続く工程を示す工程図である。
【図８】図７に続く工程を示す工程図である。
【図９】図８に続く工程を示す工程図である。
【図１０】図９に続く工程を示す工程図である。
【図１１】図１０に続く工程を示す工程図である。
【図１２】図１１に続く工程を示す工程図である。
【図１３】図１２に続く工程を示す工程図である。
【図１４】本発明の他の実施形態を半導体ヨーレートセ
ンサの斜視構成図である。
ンサの斜視構成図である。
【図１５】本発明のさらに他の実施形態を半導体ヨーレ
ートセンサの平面構成図である。
ートセンサの平面構成図である。
【図１６】図１５に示す半導体ヨーレートセンサの部分
拡大図である。
拡大図である。
【図１７】図１５に示す半導体ヨーレートセンサの他の
構成に係る部分拡大図である。
構成に係る部分拡大図である。
【図１８】図１６、図１７に示す構成場合の歪ゲージ２
５、２９の形成位置を示す図である。
５、２９の形成位置を示す図である。
【図１９】歪ゲージ１５の配線をアルミ配線１６’を用
いて形成した実施形態を示す図である。
いて形成した実施形態を示す図である。
１…基板、２、３…梁構造体、４ａ〜４ｄ、２３ａ〜２
３ｄ…アンカー部、５、６、２４ａ〜２４ｄ…梁部、７
…質量部、８、９…励振用可動電極、１０、１１、１２
…励振用固定電極、１３、１４…下部電極、１５、１
９、２５、２９…歪ゲージ、１６、２０、２６、３０…
配線、１７、１８、２１、２２、２７、２８、３１、３
２…電極部。
３ｄ…アンカー部、５、６、２４ａ〜２４ｄ…梁部、７
…質量部、８、９…励振用可動電極、１０、１１、１２
…励振用固定電極、１３、１４…下部電極、１５、１
９、２５、２９…歪ゲージ、１６、２０、２６、３０…
配線、１７、１８、２１、２２、２７、２８、３１、３
２…電極部。
Claims (9)
- 【請求項１】 基板（１）と、梁構造体（２、３）と、
固定電極（１０、１１、１２）とを備え、 前記梁構造体は、半導体材料よりなり、前記基板上に形
成されたアンカー部（４ａ〜４ｄ、２３ａ〜２３ｄ）
と、前記アンカー部により梁部（５、６、２４ａ〜２４
ｄ）を介して支持され前記基板の上面において所定間隔
を隔てた位置に配置された質量部（７）と、この質量部
に設けられた可動電極（８、９）を有しており、 前記固定電極は、前記可動電極と対向する形状を有して
前記基板上に固定されており、 前記可動電極と前記固定電極の間に駆動電圧を印加し
て、前記梁構造体を前記基板の表面に対し水平方向に強
制振動させたとき、前記基板の表面に対する垂直方向の
前記梁構造体の変位に基づいて、ヨーレートを検出する
ようにした半導体ヨーレートセンサにおいて、 前記梁部に、前記梁構造体の強制振動をモニタする歪ゲ
ージ（１５、１９、２５、２９）を形成したことを特徴
とする半導体ヨーレートセンサ。 - 【請求項２】 前記歪ゲージの出力に基づいて、前記可
動電極と前記固定電極の間に前記強制振動用の電圧を印
加する回路手段（４０〜４６）を備えたことを特徴とす
る請求項１に記載の半導体ヨーレートセンサ。 - 【請求項３】 前記梁部に、前記歪ゲージの配線をなす
拡散層（１６、２０、２６、３０）を形成したことを特
徴とする請求項１又は２に記載の半導体ヨーレートセン
サ。 - 【請求項４】 前記梁部に、前記歪ゲージの配線をなす
金属配線（１６’）を形成したことを特徴とする請求項
１又は２に記載の半導体ヨーレートセンサ。 - 【請求項５】 前記アンカー部に前記歪ゲージの出力を
取り出すための電極部（１７、１８、２１、２２、２
７、２８、３１、３２）が形成されており、前記配線が
前記歪ゲージと前記電極部の間に形成されていることを
特徴とする請求項３又は４に記載の半導体ヨーレートセ
ンサ。 - 【請求項６】 前記配線は前記梁部でＵターンする形状
を有して前記歪ゲージと前記電極部間に形成されている
ことを特徴とする請求項５に記載の半導体ヨーレートセ
ンサ。 - 【請求項７】 前記配線は前記梁部から前記質量部を回
る形状を有して前記歪ゲージと前記電極部間に形成され
ていることを特徴とする請求項５に記載の半導体ヨーレ
ートセンサ。 - 【請求項８】 前記質量部は４本の前記梁部を介して前
記アンカー部に支持されており、前記歪ゲージは、少な
くとも前記梁構造体の振動方向に位置する２本の前記梁
部にそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項１
乃至７のいずれか１つに記載の半導体ヨーレートセン
サ。 - 【請求項９】 前記歪ゲージは前記梁部の面内方向振動
時の中立軸に対しオフセットした位置に形成されている
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１つに記載
の半導体ヨーレートセンサ。
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