JPH11325916A - 集積された角速度センサ装置及びその製造方法 - Google Patents

集積された角速度センサ装置及びその製造方法

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JPH11325916A
JPH11325916A JP10302417A JP30241798A JPH11325916A JP H11325916 A JPH11325916 A JP H11325916A JP 10302417 A JP10302417 A JP 10302417A JP 30241798 A JP30241798 A JP 30241798A JP H11325916 A JPH11325916 A JP H11325916A
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forming
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フェラーリ パオロ
Benedetto Vigna
ビグナ ベネデット
Mario Foroni
フォローニ マリオ
Marco Ferrera
フェレーラ マルコ
Pietro Montanini
モンタニーニ ピエトロ
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STMicroelectronics SRL
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】振動型の集積された角速度センサ、及び高レベ
ルの性能及び信頼性を有しかつ低コストでのその製造方
法を提供する。 【解決手段】角速度センサーは、エピタキシャル層の中
に形成され互いに及び装置の残りの部分に対し定着要素
により定着される一対の可動質量体２ａ，２ｂをそな
え、該可動質量体は互いに対称的で、それぞれの固定励
起電極７ａ1 ，７ａ2 が間に挿入される可動励起電極６
ａ及び固定検出電極７ｂ1,７ｂ2 が間に挿入される可動
検出電極６ｂを有する。可動及び固定励起電極は第１の
方向に延び、可動及び固定検出電極は第１の方向に対し
垂直で装置の表面に対し平行な単一平面上に配置された
第２の方向に延びる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、集積された角速度
センサー装置及びその製造方法に関する。既知の通り、
角速度センサー又はジャイロスコープ又はヨーセンサー
（ｙａｗｓｅｎｓｏｒ）は、移動体の速度ベクトルの方
向の変動を測定することのできる装置である。
【０００２】
【従来の技術】角度センサーは、自動車業界において、
ＡＢＳ，能動サスペンション，ＡＳＲ，車両及び慣性航
法（ナビゲーション）システムのダイナミック制御のた
めに用いることができ、又消費者向け物品では、シネカ
メラ内の画像安定化システムのため、又スポーツ機器、
三次元“マウス”などに使用でき、工業プロセス制御、
例えば産業用機械の制御、ロボット工学において、医薬
分野において、そして軍事分野では新型兵器システムの
ために使用可能である。
【０００３】回転質量体の角度モーメントの保存に基づ
いている従来のジャイロスコープは、あまりにもコスト
高でかつかさが高く、新しい利用分野のためには信頼性
が不充分である。さらに、光ファイバー及びレーザージ
ャイロスコープは優れた性能レベルを有するとはいって
も、指摘されている利用分野にはコストが高すぎる。小
型で安価なジャイロスコープに対する必要性の増加は、
数多くの工業的及び学術的研究センタにおける開発活動
に刺激を与えてきた。かくして、１９５０年代頃、最初
の振動型ジャイロスコープが生産された。これらは、非
慣性回転系内で振動する質量体（ｍａｓｓ）に対するコ
リオリの力（Ｃｏｒｉｏｌｉｓ ｆｏｒｃｅ）の影響を
検出することによって、それらがとりつけられている系
の角速度を測定する。これらのセンサーにおいては、感
応性質量体を起動機構を用いて移動させ続けることが必
須である。１９５０年代に生産された最初のジャイロス
コープは、感応性質量体の励起及びコリオリの力の検出
のため磁界を用いていたが、その後１９６０年代におい
ては、現在最も一般的に用いられているタイプである圧
電効果が利用された（例えば B. Johnson,「振動型回転
センサ」、センサ及びアクチュエータ、１９９５年、Ｓ
ＡＥ，ＳＰ−１０６６，ｐ４１〜４７参照）。
【０００４】現在、感応性コンポーネントにシリコン微
細構造が含まれているような振動型ジャイロスコープが
設計されつつある。実際、マイクロエレクトロニクス産
業に典型的な機械及び生産プロセスを使用する可能性に
より、自動車産業や消費者商品での利用分野にとって必
須の必要条件である、大量低コストでのジャイロスコー
プの生産が可能となるはずである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、振動型の集積された角速度センサ、及び高レベルの
性能及び信頼性を有しかつ低コストでのその製造方法を
提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によると、それぞ
れ請求項１及び請求項１１に規定されているような、集
積された角速度センサ及びその製造方法が提供される。
本発明を理解する目的で、ここで好ましい実施形態につ
いて、添付図面を参照しながら、純粋に制限的ではない
例を示して記述する。
【０００７】
【発明の実施の形態】本装置は、感応性コンポーネント
及び相対的信号処理回路をそなえて成る。図１〜３に詳
細に示されている感応性コンポーネント１は、図１にＡ
として示されている水平中心軸との関係において対称で
ある構造を有する。その結果、この図１ではこの感応性
コンポーネントの約半分だけが示されている。感応性コ
ンポーネント１は、互いに接続され、定着要素（ａｎｃ
ｈｏｒａｇｅ ｅｌｅｍｅｎｔ）３及び４によりＮ+ ド
ープされた多結晶シリコンのバルク領域１２に定着させ
られている２つの可動質量体（ｍｏｂｉｌｅ ｍａｓ
ｓ）２ａ及び２ｂをそなえて成る。上から見た詳細図で
は、可動質量体２ａ，２ｂは実質的に、互いに面する第
１の側面１０ａ、該第１の側面に対し平行な第２の側面
１０ｂ及び該第１及び第２の側面１０ａ，１０ｂに対し
垂直な第３及び第４の側面１０ｃ，１０ｄを有する２つ
の隣接する正方形又は矩形の形状をもつ。（互いに面し
ている）可動質量体２ａ，２ｂの該第１の側面１０ａか
ら、定着要素４が延びている。可動質量体２ａ，２ｂの
各々の第２，第３及び第４の側面１０ｂ−１０ｄから
は、センサの可動電極６ａ，６ｂを形成する細長い延長
部分が延びており、特に、該可動電極６ａは、該側面１
０ｃ，１０ｄに対して垂直に可動質量体２ａ，２ｂの各
々の第３及び第４の側面１０ｃ，１０ｄから延びて可動
励起電極を形成し、一方可動電極６ｂは、該第２の側面
１０ｂに対して垂直に各々の可動質量体２ａ，２ｂの第
２の側面１０ｂから延び、可動検出電極を形成する。
【０００８】定着要素３は、可動質量体２ａ，２ｂのコ
ーナーから、この可動質量体２ａ，２ｂの第３の側面１
０ｃ，第２の側面１０ｂ及び第４の側面１０ｄの間に延
び、Ｌ字形をしており、しかも可動質量体２ａ，２ｂか
ら出発して、可動電極６ａに対し平行な第１の区分３
ａ、及び可動電極６ｂに対して平行でかつ可動電極６ａ
から離れるように延びる第２の区分３ｂをそなえて成
る。一方、定着要素４は、可動質量体２ａ，２ｂの第１
の側面１０ａの中心から延び、可動質量体２ａ，２ｂか
ら出発して、各々、可動電極６ａに対し平行な第１の区
分４ａ、互いに対面する凹部を伴いＵ字形になった第２
の区分４ｂ、及び互いに対面する２つの定着要素４に共
通の第３の区分４ｃをそなえ、かくして互いに対面して
２つの可動質量体２ａ，２ｂの間に延びる２本のフォー
ク５を形成している。
【０００９】可動電極６ａ，６ｂには、それぞれの固定
領域８ａ1 ，８ａ2 及び８ｂ1 ，８ｂ2 から出発して固
定電極７ａ1 ，７ａ2 及び７ｂ1 ，７ｂ2 が間に挿入さ
れるか又はかみ合わされて（入り込まされて）おり、特
に、固定電極７ａ1 ，及び７ａ2 は、可動電極６ａと互
いにかみ合わされ（入り込まされ）、互いに隣接してお
り、可動質量体２ａ，２ｂの第３及び第４の両方の側面
１０ｃ，１０ｄについて、固定電極７ａ1 は定着要素４
の近傍に配置され、固定電極７ａ2 は定着要素３の近傍
に配置される。固定電極７ｂ1 及び７ｂ2 は可動電極６
ｂと互いにかみ合わされ互いに隣接しており、固定電極
７ｂ1 は、図１の左側に配置され、固定電極７ｂ2 はそ
の右側に配置される。固定電極７ａ2 は、図中電圧Ｖ+
及びＶ-により表わされているように、固定電極７ａ1
との関係において正の電圧にバイアスされ、特に、該固
定電極７ａ2 に印加される電圧Ｖ+ は方形波であり、図
１の頂部及び底部に向かって交互に直接的な力を生成し
これによって可動質量体２ａ，２ｂに対し、Ｙ軸方向の
振動運動を付与するように、２つの可動質量体２ａ，２
ｂに対して逆位相状態にある。一方、固定電極７ｂ1 及
び７ｂ2 は、以下で記述する通り、可動質量体２ａ，２
ｂにより生成された信号の検出のための電極を表わして
いる。
【００１０】各々の可動電極６ａ，６ｂと２つの対面す
る固定電極７ａ1 ，７ａ2 ，７ｂ1，７ｂ2 の間の静止
状態下（振動無しの状態）での距離は、図２の拡大詳細
図の中に示されている通り同一ではなく、この図中、各
可動電極は単に６として示され、各固定電極は７として
示されている。かくして、各々の可動電極６は、それに
面する２つの固定電極７と共に、互いに平行である２つ
のキャパシタを形成し、そのうち１つのキャパシタ（よ
り短かい距離で固定電極及び可動電極によって構成され
ているキャパシタ）が、可動質量体の振動又は装置の角
速度の検出信号の生成を決定する有効なキャパシタを構
成している。
【００１１】本装置においては、（全てＮ+ 型の多結晶
シリコンをそなえる）可動質量体２ａ，２ｂ、可動電極
６ａ，６ｂ、定着要素３，４、固定領域８ａ1 ，８
ａ2 ，８ｂ1 ，８ｂ2 、及び固定電極７ａ1 ，７ａ2 及
び７ｂ1 ，７ｂ2 を形成するさまざまな領域は、互いか
ら及びバルク領域１２から１つのトレンチ１３によって
分離され、このトレンチの全体的形状は、図１を見れば
わかる。バルク領域１２は、それ自体同じくＰ型の第２
の多結晶エピタキシャル領域１７によりとり囲まれてい
る、Ｐ型の第１の多結晶エピタキシャル領域１４によっ
てとり囲まれており、２つの多結晶エピタキシャル領域
１４，１７は、感応性要素１を装置の残りの部分から電
気的に絶縁している閉鎖された矩形形状をもつ第２のト
レンチ１５によって互いから分離される。
【００１２】固定領域８ａ1 ，８ａ2 ，８ｂ1 ，８ｂ2
及びバルク領域１２は、領域８ａ2及び８ｂ1 について
図３に示されているように、埋込みコンタクトによりバ
イアスされている。詳細に言うと、該領域８ａ2 及び８
ｂ1 はＰ型の基板２０より上に延び、図１３にその形状
が示されている窒化物領域１８ｃ、窒化物領域１８ａ、
及び厚い酸化物領域２１ａ，２１ｂによってそこから電
気的に絶縁されている。特に、図３に示されているよう
に、厚い酸化物領域２１ａ，２１ｂはそれらの中心に１
つのアパーチャ２３を有し、ここにおいて固定領域８ａ
2 及び８ｂ1 は、基板２０の上部表面３０に沿って延び
るＮ+ 型のそれぞれの埋込みコンタクト領域２４ａ，２
４ｂと電気的接触状態にある。特に、埋込みコンタクト
領域２４ａ，２４ｂは、同じく図４の上面図に見られる
埋込みコンタクト領域２４ａについてセンサー部域の近
くに示されている通り、窒化物領域１８ａ、厚い酸化物
領域２１ｃ及び窒化物領域１８ｂを含む一連の絶縁領域
より下で、アパーチャ２３から延びている。埋込みコン
タクト領域２４ａ，２４ｂは、ウエーハの表面４１から
延びるシンカー領域（ｓｉｎｋｅｒ ｒｅｇｉｏｎ）２
６に電気的に接続されている埋込みコンタクト領域２４
ａについて図１０〜１２に示されているように、埋込み
コンタクト領域が対応する深いコンタクト又はシンカー
領域と電気的接触状態にある、単結晶エピタキシャル領
域３７”より下で、多結晶エピタキシャル領域１７の境
界を超えて延びている。図示されている通り、その他の
固定領域８ａ1,８ａ2 ，８ｂ2 及びバルク領域１２（こ
れは可動質量体２ａ，２ｂに電気的に接続されている）
との接触は、固定領域８ａ2 について記述したものと類
似の要領で得られ、特にバルク領域１２は、図３の断面
図の平面に対して平行な平面に沿って、領域２４ａに対
し平行に延びる埋込みコンタクト領域（図示せず）によ
って接続されている。
【００１３】図３を見ればわかるように、トレンチ１３
は、可動電極６ａ，６ｂ、固定電極７ａ1 ，７ａ2 及び
７ｂ1 ，７ｂ2 、及び定着要素３，４の可動質量体２
ａ，２ｂの部域内のエアギャップ１６まで、及び固定領
域８ａ1 ，８ａ2 及び８ｂ1 ，８ｂ2 の部域内の絶縁用
窒化物領域１８ａまで、装置の表面４１から延びてお
り、一方トレンチ１５は、絶縁用窒化物領域１８ｂに至
るまで、装置の表面４１から延びている。
【００１４】上述の感応性要素１の中では、２つの可動
質量体２ａ，２ｂ及び定着フォーク５が存在するため、
適切な信号処理により、２つの可動質量体が受ける見か
けの慣性力がひき起こす影響を除去することが可能とな
る。実際、非慣性系が回転せず線形加速度Ａを受けてい
る場合、２つの可動質量体２ａ，２ｂ（同じ質量ｍを有
する）は、この両方について同じである力Ｆａを受け
る。一方、コリオリの力（Ｃｏｒｉｏｌｉｓ ｆｏｒｃ
ｅ）Ｆｃは速度ベクトルの方向によって左右され、固定
電極７ｂ1 ，７ｂ2 により検出された信号を減算するこ
とによって、慣性力Ｆａによりひき起こされる共通の影
響を除去することが可能である。Ｗが非慣性系の角速度
であり、Ａがその線形加速度であるとすると、回転系に
対する速度Ｖで、値（質量）ｍをもつ可動質量体に作用
するコリオリの力Ｆｃは、ベクトル積により得られる： Ｆｃ＝２ｍ（Ｗ×Ｖ） 一方、加速度Ａの影響によりひき起こされる慣性力は、
Ｆａ＝ｍＡである。
【００１５】２つの可動質量体２ａ，２ｂは位相的に反
対に移動することから、２つの可動質量体のうちの１つ
には、全体的力Ｆａ＋Ｆｃが作用し、一方もう１つの可
動質量体には、全体的力Ｆａ−Ｆｃが作用する。これら
２つの力に結びつけられた２つの信号が次に減算され、
コリオリの力により誘発された影響の測定が得られる。
【００１６】図示された構造においては、励起（ｅｘｃ
ｉｔａｔｉｏｎ）も検出も共に静電式である。電極対６
ａ，７ａ1 ，７ａ2 は、可動質量体２ａ，２ｂをそれら
の共振振動数でＹ軸に沿って振動させ、かくして電気エ
ネルギーの機械エネルギーへの変換を最適化する。一方
電極対６ｂ，７ｂ1 ，７ｂ2 は、Ｘ方向での電極の距離
の変動を発生させる振動（上述の力Ｆａ）及び回転（コ
リオリの力Ｆｃ）の影響によって、電極対６ｂ，７
ｂ1 ，７ｂ2 と結びつけられた容量の変動を検出し、付
随する回路によって処理され得る対応する信号を生成す
る。
【００１７】センサー装置は、図５〜１３を参照しなが
ら以下で記述する要領で製造される。なおこれらの図
中、さまざまな材料層の厚みは、一定の尺度で示されて
おらず、表示上の理由から全ての図には示されていない
層もいくつかある。図５に示されているように、センサ
ー部域３２及び回路部域３４を構成するＰ型導電性をも
つ単結晶シリコン基板２０の中には、従来のマスキング
及び注入技術により、Ｎ+ 型の埋込みコンタクト領域が
形成されており、図５にはそのうちの埋込みコンタクト
領域２４ａのみが見られる。基板２０の表面３０上に
は、パッド酸化物層３１が２００〜９００Åの厚みで例
えば熱成長により形成され、その上には厚み７００〜３
０００Åで窒化シリコン層１８がデポジットさせられ
る。次に、窒化シリコン層１８の境界が画定され、図１
３に示されているような形状を有している。窒化物層１
８により被覆されていない基板２０の表面３０の部分
は、次に局所的に酸化され、犠牲領域３３、埋込み酸化
物領域２１ａ，２１ｂ及び２１ｃ（図６にはそのうち領
域３３，２１ａ及び２１ｃが見られる）ならびにその他
の電極の埋込みコンタクトのための類似の領域をそなえ
る厚い酸化物領域が形成される。この点に関しては、こ
のステップに存在するさまざまな窒化物及び酸化物領域
を示す図１３も参照されたい。
【００１８】その後、フォト技術ステップの後、プラズ
マエッチングによって、感応性要素１の埋込みコンタク
トが形成されるべきセンサ部域３２内の層３１，１８の
一部分が除去され（アパーチャ２３）、回路部域３４内
の窒化シリコン層１８が除去され、かくして図７の構造
が得られる。なおこの図には、窒化物領域１８ａ，１８
ｂ及び１８ｃは見られるが、その下にあるパッド酸化物
領域は示されていない。
【００１９】このとき、図８に示されているように、多
結晶又は非結晶性の（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ）シリコン層
３５がデポジットされる。フォト技術及びプラズマエッ
チングステップにより、多結晶又は非結晶性のシリコン
層３５がセンサー部域３２を除いて除去され、その後の
エピタキシャル成長ステップのための核を表わすシリコ
ン領域３５’を形成する。その後、エッチングステップ
により、露呈されている場所でパッド酸化物層３１が除
去され、エピタキシャル成長が実施されて、センサ部域
３２内では多結晶構造（多結晶領域３７’）を有し、他
の場所では単結晶構造（単結晶領域３７”）を有する、
いわゆるＰ型の擬似エピタキシャル層（ｐｓｅｕｄｏ−
ｅｐｉｔａｘｉａｌ ｌａｙｅｒ）３７が形成される。
こうして図９に示されるウェーハ３８が得られる。
【００２０】その後、擬似エピタキシャル層３７は、シ
ンカー領域を製造するためＮ型の導電性を決定できるド
ーピングイオンでドープされ、特に、図５−９に比べ左
側へわずかに移動させられたウエーハ３８の一部分を示
す図１０を見ればわかるように、単結晶領域３７”の中
にはシンカー領域２６が形成され、多結晶領域３７’内
には、感応性要素１を収容し、可動質量体２ａ，２ｂ、
可動及び固定電極６，７、及びバルク領域１２を形成す
るように設計されたＮ+ 型のウェル領域４２が形成され
る。特に、ポケット４２は、埋込み酸化物領域２１ａ内
でアパーチャ２３の位置で埋込みコンタクト領域２４ａ
と電気的に接触する。
【００２１】その後、標準的なステップを用いて、回路
の各電子要素が回路部域３４内に形成され、図示されて
いる例においては、Ｎ型のコレクタウェル４４が形成さ
れ、ウエーハ３８の表面４１から基板２０まで延び、コ
レクタウェル４４内では、Ｎ + 型のコレクタコンタクト
領域４６、Ｐ型のベース領域４７、及びＮ+ 型のエミッ
タ領域４８をもつＮＰＮトランジスタ４５が形成され
る。
【００２２】ウエーハ３８の表面４１上には、その後例
えばＢＰＳＧ（ボロン・りん・シリコンガラス）といっ
たような誘電体層５０が、コンタクト開口のためにデポ
ジットされる。その後、マスキング及び選択的除去ステ
ップにより、各コンタクトは回路部域３４内及びシンカ
ー領域２６上で開口され、誘電体層５０はセンサ部域３
２から除去され、金属層がデポジットされ整形されて、
トランジスタ４５用及び感応性要素１用のコンタクト５
１を形成する。
【００２３】その後、パッシベーション誘電体層５２が
デポジットされ、これは（図示されていない要領で、装
置の電気的接触を可能にするため）コンタクトパッドの
部域内、及びセンサ部域３２内で除去され、かくして図
１０の構造が得られる。次に、炭化シリコンの層５３及
び酸化物層５４（好ましくはＴＥＯＳ−テトラエチルオ
ルソシリケート酸化物）がデポジットされ境界が画定さ
れて、その後の多結晶領域３７’を掘削するステップの
ためのマクスを形成し、特に、酸化物層５３は、その後
のトレンチエッチングのためのマスキング層を構成し、
一方、炭化物層５４は、犠牲領域を除去するステップ中
のマスキング層を構成する。その後、異なる電位をもつ
絶縁領域のため、及び可動質量体２ａ及び２ｂの内側に
ホール５６（図１及び３参照）を形成するための定着要
素３，４を形成する目的で、固定領域８ａ1 ，８ａ2 及
び８ｂ1 ，８ｂ2 を互いから及びウェル４２の残りの部
分から分離するため、固定電極及び可動電極を分離する
べく掘削が行なわれる。このステップで、窒化物領域１
８ａ，１８ｂは基板２０及び埋込みコンタクト領域２４
ａをエッチングに対し保護する。かくして、ホール５６
及びトレンチ１３及び１５が形成され、Ｐ型の多結晶エ
ピタキシャル領域３７’は、領域１４及び１７に分割さ
れる。従って、図３と同じ断面に沿って切りとられた図
１１内の横断面図に示されている構造が得られる。
【００２４】最後に、トレンチ１３及び１５及びホール
５６を通して、フッ化水素酸又はフッ化水素酸蒸気での
湿式エッチングによって、犠牲領域３３が除去され、以
前領域３３が占めていた部域は、下方から可動質量体２
ａ，２ｂ、対応する定着要素３及び４、及び固定電極７
を基板２０から分離するエアギャップ１６を形成する。
このステップにおいては酸化物層５４も除去され、一方
炭化物層５３は、下にある多結晶シリコン領域ならびに
パッシベーション層を保護する。これによって図１２の
構造がえられる。その後のプラズマエッチングにより、
炭化シリコン層５３は、ウェーハ３８全体から除去さ
れ、かくして前述した図１〜４に示される構造を提供す
る。
【００２５】ここで記述する装置及びその製造方法がも
つ利点は、以下の通りである。まず第１に、励起電極に
対し垂直に延びる検出電極を伴う前述のセンサ要素の構
造により、装置の速度変動によって生成される信号を直
接検出することが可能となる。さらに、これは、集積回
路の製造のための各プロセス段階（ステップ）との両立
性を有し、感応性要素及びそれが生成する信号を処理す
る回路を単一のチップ上に集積させることが可能とな
る。この点において、感応性要素の励起及び応答の検出
の両方のために静電式の解決策が用いられることが特に
有利である。
【００２６】記述されている構造においては、２本のフ
ォーク５による２つの可動質量体２ａ，２ｂの接続は、
それぞれの共振周波数の完全な適合を保証し、かくして
慣性加速度の影響を単純な方法で除去できるようにす
る。エピタキシャル処理を用いた可動質量体の製造は、
ウエーハ上にデポジットされた多結晶シリコン層から可
動質量体が製造される構造の場合に比べ、得られる質量
がより大きいこと、及び（擬似エピタキシャル層の深さ
と結びつけられた）起動及び検出キャパシタの有効表面
がより大きいことに起因して、より良い感度を得ること
を可能にする。
【００２７】マイクロエレクトロニクス産業にとって代
表的な各プロセス段階（ステップ）を使用することによ
り、低コストでセンサーを製造し、高レベルの信頼性を
保証することが可能となる。最後に、ここで記述した装
置及び方法に対し数多くの修正及び変更を加えることが
可能であり、その全てが、特許請求の範囲内で規定され
ているような発明力ある概念の範囲内に入るということ
がわかるだろう。特に、さまざまな領域のドーピングの
タイプは互いに逆転させることができ、その回路はバイ
ポーラ及びＭＯＳデバイスの両方を含むことができ、又
細部は技術的に等価であるその他のもので置換すること
が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置を内蔵するチップの一部分の上面
図である。
【図２】図１の拡大詳細図である。
【図３】図１の装置の一部分の横断面斜視図である。
【図４】図３の平面IV−IVに沿って切り取った横断面図
である。
【図５】本発明の装置を内蔵する半導体材料のウェーハ
を通る横断面図（その１）である。
【図６】本発明の装置を内蔵する半導体材料のウェーハ
を通る横断面図（その２）である。
【図７】本発明の装置を内蔵する半導体材料のウェーハ
を通る横断面図（その３）である。
【図８】本発明の装置を内蔵する半導体材料のウェーハ
を通る横断面図（その４）である。
【図９】本発明の装置を内蔵する半導体材料のウェーハ
を通る横断面図（その５）である。
【図１０】本発明の装置を内蔵する半導体材料のウェー
ハを通る横断面図（その６）である。
【図１１】本発明の装置を内蔵する半導体材料のウェー
ハを通る横断面図（その７）である。
【図１２】本発明の装置を内蔵する半導体材料のウェー
ハを通る横断面図（その８）である。
【図１３】本発明方法の中間段階において形成される埋
込み領域の形状の上面図である。
【符号の説明】
２ａ，２ｂ…可動質量体 ３，４…定着要素 ５…フォーク要素 ６ａ…可動励起電極 ６ｂ…可動検出電極 ７ａ1 ，７ａ2 …固定励起電極 ７ｂ1 ，７ｂ2 …固定検出電極 １２…バルク領域 １３…トレンチ ３８…半導体材料本体 ４５…電子要素（トランジスタ）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マリオ フォローニ イタリア国，37067 バレッジオ スル ミンチオ，ビア ジャコポ フォローニ, １ (72)発明者 マルコ フェレーラ イタリア国，28037 ドモドッソーラ，ビ ア マッタレーラ，19 (72)発明者 ピエトロ モンタニーニ イタリア国，20077 メレグナーノ，ビア ベルディ，９

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 固定励起電極（７ａ1 ，７ａ2 ）が間に
    挿入されている可動励起電極（６ａ）を有し、半導体材
    料本体（３８）に定着された可動構造（２ａ，２ｂ）を
    そなえ、前記可動及び固定励起電極が第１の延長方向を
    有する、集積された角速度センサ装置であって、固定検
    出電極（７ｂ1 ，７ｂ2 ）が間に挿入されている可動検
    出電極（６ｂ）をそなえ、前記可動及び固定検出電極
    が、前記第１の方向に対し実質的に垂直である第２の延
    長方向を有していることを特徴とする、集積された角速
    度センサ装置。
  2. 【請求項２】 前記半導体材料本体（３８）が表面（４
    １）を有し、前記第１及び前記第２の方向がこの表面に
    属していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記可動構造は、互いに隣接し互いから
    間隔どりされ、互いの間に定着領域を規定しかつ、前記
    定着領域に面する第１の側面（１０ａ）、前記第１の側
    面に対して平行な第２の側面（１０ｂ）、及び互いに平
    行で前記第１及び第２の側面に対して垂直な第３及び第
    ４の側面（１０ｃ，１０ｄ）をもつ四辺形形状の第１及
    び第２の可動質量体（２ａ，２ｂ）をそなえており、前
    記可動質量体（２ａ，２ｂ）は各々、各可動質量体の相
    対する側に延びる第１及び第２の定着要素（４，３）を
    通して前記半導体材料本体（３８）のバルク領域（１
    ２）に定着されていることを特徴とする請求項１又は２
    に記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記第１の定着要素（４）が前記定着領
    域内に延び、一対のフォーク要素（５）を形成している
    ことを特徴とする請求項３に記載の装置。
  5. 【請求項５】 各々のフォーク要素（５）が、前記可動
    質量体（２ａ，２ｂ）の前記第１の側面（１０ａ）の中
    心部分から延びる一対の第１の定着区分（４ａ）、及び
    Ｕ字形に作られ相互に面する凹部と共通区分（４ｃ）と
    をもつ一対の第２の定着区分（４ｂ）をそなえて成るこ
    とを特徴とする請求項４に記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記第２の定着要素（３）が、各々の可
    動質量体（２ａ，２ｂ）の相対するコーナーから延び、
    Ｌ字形となっており、その第１の区分（３ａ）が前記第
    １の方向に平行に延び、第２の区分（３ｂ）が前記第２
    の方向に対し平行に延びていることを特徴とする請求項
    ３〜５のいずれか１項に記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記可動励起電極（６ａ）が前記可動質
    量体（２ａ，２ｂ）の前記第３及び第４の側面（１０
    ｃ，１０ｄ）から延びていること、及び前記可動検出電
    極（６ｂ）が前記可動質量体の前記第２の側面（１０
    ｂ）から延びていることを特徴とする請求項３〜６のい
    ずれか１項に記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記固定励起電極（７ａ1 ，７ａ2 ）
    が、互いに隣接しかつ、前記可動質量体（２ａ，２ｂ）
    の前記第３及び第４の側面（１０ｃ，１０ｄ）の両方に
    面するように配置された第１の固定電極（７ａ1 ）及び
    第２の固定電極（７ａ2 ）をそなえて成り、前記第１の
    固定電極（７ａ1 ）は、前記第２の固定電極（７ａ2 ）
    とは異なる電圧へとバイアスされ、前記第１の可動質量
    体（２ａ）の前記固定励起電極（７ａ1 ，７ａ2 ）は、
    前記第２の可動質量体（２ｂ）の前記固定励起電極に対
    し逆位相で交番する電圧でバイアスされていることを特
    徴とする請求項７に記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記第１及び第２の固定電極（７ａ1 ，
    ７ａ2 ）及び前記固定検出電極（７ｂ1 ，７ｂ2 ）がそ
    れぞれの固定支持領域（８ａ1 ，８ａ2 ，８ｂ1 ，８ｂ
    2 ）から延びかつ、互いから及び前記可動質量体（２
    ａ，２ｂ）から形づくられたトレンチ（１３）によって
    電気的に分離されていること、及び前記固定支持領域及
    び前記バルク領域（１２）は、前記半導体材料本体（３
    ８）の基板領域（２０）内に延びるそれぞれの埋込みコ
    ンタクト領域（２４ａ，２４ｂ）に接続されていること
    を特徴とする請求項８に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記半導体材料本体（３８）は、単結
    晶基板（２０）及びこの基板上に延びかつ互いに隣接す
    る多結晶エピタキシャル領域（３７’）及び単結晶エピ
    タキシャル領域（３７”）をそなえる擬似エピタキシャ
    ル層（３７）をそなえており、前記可動構造（２ａ，２
    ｂ）及び前記固定励起及び検出電極（７ａ1 ，７ａ2 ，
    ７ｂ1 ，７ｂ2 ）が前記多結晶エピタキシャル領域（３
    ７’）内に形成されていること、及び前記単結晶エピタ
    キシャル領域（３７”）内に収容された信号処理用の集
    積された電子要素（４５）をそなえていることを特徴と
    する請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 第１の延長方向に延びる固定励起電極
    （７ａ1 ，７ａ2 ）が間に挿入されている可動励起電極
    （６ａ，６ｂ）を有する可動構造（２ａ，２ｂ）を形成
    するステップをそなえて成る、集積された角速度センサ
    装置の製造方法であって、前記第１の方向に対し実質的
    に垂直である第２の延長方向に延びる固定検出電極（７
    ｂ1 ，７ｂ2 ）が間に挿入されている可動検出電極（６
    ｂ）を形成するステップをそなえて成ることを特徴とす
    る方法。
  12. 【請求項１２】 半導体材料の基板（２０）上に犠牲領
    域（３３）を形成するステップ、 前記犠牲領域と接触状態にある多結晶エピタキシャル領
    域（３７’）及び前記基板と接触状態にある単結晶エピ
    タキシャル領域（３７”）を含む擬似エピタキシャル層
    （３７）を成長させるステップ、 前記単結晶エピタキシャル領域（３７”）内に電子要素
    （４５）を形成するステップ、 前記多結晶エピタキシャル領域（３７’）の選択的部分
    を除去し、かくして可動構造（２ａ，２ｂ）及び前記可
    動及び固定励起及び検出電極を互いから分離するトレン
    チ（１３）を形成するステップ、及び前記トレンチ（１
    ３）を通して前記犠牲領域（３３）を除去するステッ
    プ、をそなえていることを特徴とする請求項１１に記載
    の方法。
  13. 【請求項１３】 前記犠牲領域（３３）が、酸化シリコ
    ン領域であることを特徴とする請求項１２に記載の方
    法。
  14. 【請求項１４】 前記基板（２０）及び前記擬似エピタ
    キシャル層（３７）が第１の導電性タイプをもつこと、
    擬似エピタキシャル層を成長させるステップの前に、前
    記基板内に第２の導電性タイプをもつ埋込みコンタクト
    領域（２４ａ，２４ｂ）を形成するステップが実施され
    ること、犠牲層（３３）を形成するステップと同時に、
    前記埋込みコンタクト領域（２４ａ，２４ｂ）より上に
    延び前記埋込みコンタクト領域の選択的コンタクト部分
    を互いの間で規定する、電気的分離材料の領域（２１
    ａ，２１ｂ，２１ｃ）が形成されること、及び擬似エピ
    タキシャル層（３７）を成長させる前記ステップの後、
    前記犠牲領域（３３）より上に前記第２の導電性タイプ
    をもつウェル領域（４２）を形成しかつ、前記第２の導
    電性タイプをもち前記埋込みコンタクト領域（２４ａ，
    ２４ｂ）に至るまで前記擬似エピタキシャル層の表面
    （４１）から延びてシンカーコンタクトを形成するシン
    カーコンタクト領域（２６）を形成する各ステップが実
    施されることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の
    方法。
  15. 【請求項１５】 選択的部分を除去するステップが、 前記擬似エピタキシャル層（３７）より上に炭化シリコ
    ンの第１のマスク（５３）を形成し、前記犠牲領域（３
    ３）を除去するステップの間その下にある前記各領域を
    保護するステップ、及び前記第１のマスク（５３）より
    上に酸化シリコンの第２のマスク（５４）を形成し、前
    記トレンチ（１３）を形成する前記ステップの間前記第
    １のマスクを保護するステップ、をそなえていることを
    特徴とする請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の方
    法。
JP10302417A 1997-10-23 1998-10-23 集積された角速度センサ装置及びその製造方法 Pending JPH11325916A (ja)

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