JPS6055655A - 梁構造体を有する半導体装置 - Google Patents

梁構造体を有する半導体装置

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JPS6055655A JP58163270A JP16327083A JPS6055655A JP S6055655 A JPS6055655 A JP S6055655A JP 58163270 A JP58163270 A JP 58163270A JP 16327083 A JP16327083 A JP 16327083A JP S6055655 A JPS6055655 A JP S6055655A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] この発明は、半導体基板に少なくとも一部が振動可能に
形成されてなる梁構造体を有する半導体装置に関する。
「発明の技術的背景」 機械振動の検出においては、その正確さを期するため真
の振動部の振動をいかに検出するかが重要である。その
ためには、当該振動部の大小、存在場所に拘わらず、し
かもその振動が微細であっても測定できる検出装置が必
要となってくる。そこで、本発明者は先に特願昭57−
148874号に示すごとき構造の装置を開発するに至
っている。この装置は、基本的には半導体基板上に少な
くとも一端が支持され、振動部位が当該基板面にほぼ平
行で、その振動部位に一体的に電極層を含んだ可動梁と
、この可動梁に対向して上記半導体基板面に設けられ、
上記電極層とともにコンデンサを形成する固定電極層と
を備える構造で、その動作としては、可動梁の振動に伴
なう前記コンデンサの容量変化によって振動を検出する
ものである。
[発明の目的および概要」 この発明は、上述したような梁構造体を有する半導体装
置における好適な可動梁を提供することを目的とするも
のである。
上記目的を達成するために、この発明は、半導体基板上
に少なくとも一端が支持され当該基板にほぼ平行に一体
的に電極を含んだ振動部位を有する可動梁と、前記半導
体基板上に可動梁の振動部位に対向して形成された固定
電極とを有し、可動梁の電極と固定電極との間でコンデ
ンサを形成してなる梁構造体を有する半導体装置におい
て、前記可ll]梁を耐アルカリエッチ性に形成したポ
リシリコン膜と該ポリシリコン膜の上下に形成した耐ア
ルカリエッチ性を有する部材の三重構造としたことを要
旨とする。
「発明の実施例」 以下、図面を用いてこの発明の詳細な説明する。
第1図は、この発明の一実施例を示すものである。1は
基板9上に片持梁のような形態で設けられ独自の固有振
動数を有する可動梁で、電極層を構成する耐アルカリエ
ッチ性の高濃度P+ポリシリコン膜3がやはり耐アルカ
リエッチ性のナイトライド膜5,7でサンドイッチされ
た三重構造である。一方、基板9には、可動梁1に対向
して熱酸化S!02膜11を介してP+領域13が形成
されている。当該P“領域13は、固定電極層となって
おり、可動梁1の高濃度P+ポリシリコン膜3との間で
コンデンサを形成している。このため、可動梁1が共振
すると、可動梁1とP+領域13の間隔が変化し、それ
に応じて前記コンデンサの容量が変化することになる。
したがって、可動梁1とP+領域13との間の容量変化
を検出する回路を設(づれば、その回路の出力から可動
梁1にその固有振動数に相当する振動が加わっているか
どうか判定することができる。この容量変化の検出回路
は基板9上に一体的に集積形成することができる。なお
、可動梁1に前記固有撮動数を大きく外れる振動が71
Gねった揚台には、可動梁1は共振しないので、前記コ
ンデンサの容量変化は小さいことは自明である。
次に、この半導体装置の製造工程を第2図の(A>乃至
(1−1>にしたがって説明する。
(A)・・・まず、N形S1の基板9に容量変化を検出
出力するための例えばP−MOSのFETの3− リース、ドレイン用及び前記固定電極用のP+fJ1或
13.15.17を形成し、基板9の表面には熱酸化3
i02膜を例えば7000A形成する。
(B)・・・次に全面に、例えば減圧CVD法により3
iH+を約620℃で熱分解し、例えば1〜3μmの不
純物を含まないポリシリコン層を形成し、フォトエツチ
ングによりポリシリコンスペーサ19を形成する。
(C)・・・次に全面に、例えば減圧CVD法により、
NH3と5i)−12c吏2を約750℃で熱分解し約
500Aのナイトライド膜を形成し、フォトエツチング
により、ポリシリコンスペーサ19の酸化を防止する酸
化防止膜21を形成する。
(D)・・・前記P−MO8のFETのゲート部、及び
コンタクト部22の熱酸化5tO2tlQ11を7オト
エツヂングで除去し、例えば1050℃酸素雰囲気中で
熱酸化し、ゲート酸化膜23を形成する。その後必要に
応じてスレッシュホールド電圧vthコントロール用の
イオン注入をゲート酸化膜を通して行なう。
4− (E)・・・熱リン酸(150℃)で酸化防止膜21を
除去したあと、全面に例えば減圧CVD法により、約3
0OAの下層のナイトライド膜7を形成し、さらに全面
に例えば減圧CVD法により約5000〜10000A
のポリシリコン膜を形成し、このポリシリコンに例えば
BBr3を用いた不純物拡散法で高濃度のボロンをドー
プし高濃度P+ポリシリコン膜3を形成する。さらに、
全面に例えば減圧CVD法により下層のナイトライド膜
7より約2OA厚い上層のナイトライド膜5を形成する
(F)・・・次に、CF4を用いたプラズマエツチング
により、片持梁パターン25を形成し、さらにフォトエ
ツチングにより、電極取り出し部27の上層のナイトラ
イドIl!5を除去する。
(G)・・・次にフォトエツチングにより、コンタクト
部22の熱酸化膜に穴を開け、全面に例えば真空蒸着法
により、1〜1.5μmのA斐膜を形成しフォトエツチ
ングにより電極配線29.30を形成する。
(H)・・・次に全面に例えば常圧CVD法により、約
400℃で5il−14とPH3を熱分解し、例えば厚
さ1.2μmのPSG膜を形成し、フォトエツチングに
よってポンディングパッド及び可動梁領域上以外に保護
膜31を形成する。そして、最後に、強アルカリ水溶液
(例えばエチレンジアミン+ピロカテコール+水の混合
液)をエツチング液として全体をエツチングする。これ
により、ボロンの添加されていないポリシリコンスペー
サ19は約50μIIl/時のスピードでエツチングさ
れ、第1図に示す半導体装置が完成する。この時、可v
J梁1の主材料である高濃度P+ポリシリコン膜3はボ
ロンが高濃度に入っているため、横方向からほとんどエ
ツチングされず、可動梁を精度よく製造することができ
る。
なお、可動梁1の形状は、第2図(F)の工程のフォト
エツチングで自由に作ることができ、例えば可動梁1の
形状を長さ方向中央より先端側に重心が移るようにする
こともできるし、あるいは可動梁1の長さ方向中央に細
長い穴を開口し、最終工程の強アルリカ水溶液によるエ
ツチング液に、上記穴から強アルカリ水溶液を浸透させ
、可動梁1直下のポリシリコンスペーサ19のエツチン
グ時間を短縮するようにすることもできる。
このように形成した半導体装置の具体的な応用例として
は、自動車のエンジンのノッキング検出や加速度センサ
、回転計に適用できる。すなわち、ノッキング検出にお
いては、ノッキング発生時にエンジンから約7K)−1
zの振動が発生するので、可動梁51を固有振動数が7
KHzとなるように形成しておけば当該ノッキング検出
を行なうことができる。一方、加速度センサや回転計の
応用においては、加速度や遠心力にJ:り可動梁1の水
平部に対し垂直方向に力が加わるように半導体装置を配
置して、加速度や遠心力による容量変化を検出するよう
にすればよい。
第3図は、この発明の別の実施例を示すもので、可動梁
1の支持部を高濃度P+ポリシリコンスペーサ33の形
成配置によって補強したことを特徴とする。
7− 以下、この実施例の半導体装置の製造工程を第4図の(
C)及び(C−)を用いて説明する。なお、前述した第
2図の(A)、(B)、(D)乃至(I」)は同じ工程
であるのでその説明は略する。
また、第1図及び第2図と同符号のものは同一物を示す
(C)・・・第2図(B)に示す■稈を終了した後、全
面に、例えば減圧CVD法により、NH3とSf 1−
12012を約750℃で熱分解し約50OAの下層の
ナイトライド膜7を形成し、ざらにその上に、例えば常
圧CVD法により約400℃でSiH4を熱分解し、約
700OAのSiO2膜を形成し、フォトエツチングに
て、可動梁の補強部の5i02膜を除去し、イオン注入
マイク35を形成する。そして、ボロンをイオン注入法
で例えば加速エネルギー100KeVで3×10 個/
 cm2注入し、マスキングされていなかったポリシリ
コンスペーサ19部にポリシリコンスペーサ33を作る
(C1・・・次に、希フッ酸にてイオン注入マス8− り35をエツチングし、さらにフォトエツチングにより
高濃度P+ポリシリコンスペーサ33及びポリシリコン
スペーサ19の酸化を防止する酸化防止膜21を形成す
る。その後、第2図(D)〜(1−1>の工程を経て、
最後に強アルカリ水溶液でポリシリコンスペーサ19を
エツチングづるが、この時、高濃度P+ポリシリコンス
ペーサ33は高濃度にボロンがドープされているため強
アルカリ水溶液に対するエツチングレートが極めて小さ
いので残り、もって第3図に示すごとき半導体装置が形
成されることになる。
したがって、このように可動梁の支持部を補強し可動梁
の立上がりをなくしたので、横方向の力に対して強度が
増し、可動梁が例えばエツチング中あるいは水洗い中に
折れるという不具合を抑制でき、もって可動梁の形成に
関し、歩留り向上を期待することができる。
[発明の効果] 以上説明したように、この発明によれば、半導体基板上
に少なくとも一端が支持され当該基板にほぼ平行に一体
的に電極を含んだ振動部位を有する可動梁と、前記半導
体基板上に可動梁の振動部位に対向して形成された固定
電極とを有し、可動梁の電極と固定電極との間でコンデ
ンサを形成してなる梁構造体を有する半導体装置におい
て、前記可動梁を耐アルカリエッチ性に形成したポリシ
リコン膜と該ポリシリコン膜の上下に形成した耐アルカ
リエッチ性を有する部材の三重構造としたので、以下の
ような効果がある。
■ @後に可動梁を形成するためには、可動梁周囲のポ
リシリコンをアルカリエツチング液でエツチングすれば
よいが、アルカリエツチング液によるポリシリコンのエ
ツチングは、異方性を利用せず、全方向からエツチング
が進行するため、可動梁の長さに関係なく短時間(例え
ば幅100μmの可動梁では約2時間)で可動梁を形成
することができる。
■ エツチング時間が短いため、アルカリエツチング液
に対して多少のエツチングレートを有する安価なアルミ
ニウム及びPSGIIi!をそれぞれ電極材料及び保護
膜材料として使用することができるので、半導体装置が
安価になる。
■ エツチングに際しては異方性を利用していないため
、ウェハに超高精度の基準辺(オリエンテーションフラ
ット)を設けてエツチング窓のパターンの各辺の方向設
定を行なう必要がなく、製造が容易となり、もって可動
梁を製造上精度よく形成できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を示す半導体装置の断面図
、第2図は第1図の半導体装置の製造工程図、第3図は
この発明の別の実施例を示す半導体装置の断面図、第4
図は第3図の半導体装置の製造工程図である。 (図の主要な部分を表わす符号の説明)1・・・可動梁 3・・・P+ポリシリコン膜 5.7・・・ナイトライド膜 9・・・基板 3・・・P+領域

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 半導体基板上にすくなくとも一端が支持され当該基板に
    ほぼ平行に一体的に電極を含んだ振動部位を有する可動
    梁と、前記半導体基板上に可動梁の振動部位に対向して
    形成された固定電極とを有する半導体装置において、前
    記可動梁を耐アルカリエッチ性に形成されたポリシリコ
    ン膜と該ポリシリコン膜の上下に形成した耐アルカリエ
    ッチ性を有する部材との三重構造にしたことを特徴とす
    る梁構造体を有する半導体装置。
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