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JP2000286473A - Physical quantity sensor and manufacturing method thereof - Google Patents

Physical quantity sensor and manufacturing method thereof

Info

Publication number
JP2000286473A
JP2000286473A JP11092039A JP9203999A JP2000286473A JP 2000286473 A JP2000286473 A JP 2000286473A JP 11092039 A JP11092039 A JP 11092039A JP 9203999 A JP9203999 A JP 9203999A JP 2000286473 A JP2000286473 A JP 2000286473A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
physical quantity
film
substrate
quantity sensor
diaphragm
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11092039A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masato Koyama
正人 小山
Shinichi Takagi
信一 高木
Akira Chokai
明 鳥海
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP11092039A priority Critical patent/JP2000286473A/en
Publication of JP2000286473A publication Critical patent/JP2000286473A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Measuring Fluid Pressure (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To manufacture a diaphragm with a simpler method and to provide a fine and highly integrated physical quantity sensor with new structure by forming a thin film on an underlying substrate having irregularities and using that the thin film takes structure that it floats from the substrate. SOLUTION: A thin film 2 which is partially opened is formed on a silicon substrate 1, and piezoelectric films 4 and 5 taking floating structures are formed on the film with a part buried in the opening part of the thin film as a column. At the time of working SiO2 2 being the thin film on the silicon substrate 1, resist 7 used as a mask forms core of SBT, increases a particle size and makes the film to be dense. The piezoelectric films bring structure formed of the column part 4 buried in the opening part and the floating part 5 floated through a gap 3 with the gap 3. Thus, the physical quantity sensor which can be thinned, can be integrated and has new structure can be manufactured by manufacturing the new diaphragm.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光、熱、圧力、加
速度等の物理量を電気信号に変換する物理量センサ及び
その製造方法に関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a physical quantity sensor for converting a physical quantity such as light, heat, pressure, acceleration and the like into an electric signal and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】光、熱、圧力、加速度等の物理量を電気
信号に変換する物理量センサは、機器の入力や制御に必
要不可欠なデバイスである。これらの物理量を電気信号
に変換する原理は、各デバイスによりさまざまである
が、デバイスの構造的特徴から言うと、物理量センサの
主たる機能はダイアフラム(隔膜)構造に集約している
といえる。
2. Description of the Related Art A physical quantity sensor for converting a physical quantity such as light, heat, pressure, acceleration and the like into an electric signal is an indispensable device for input and control of equipment. The principle of converting these physical quantities into electric signals varies depending on each device, but from the structural features of the devices, it can be said that the main function of the physical quantity sensor is concentrated on a diaphragm (diaphragm) structure.

【0003】物理量センサの機能がダイアフラム構造に
依存する理由は以下の通りである。圧力センサを例に取
ると、従来の圧力センサの内部には、圧力を効率よく検
知するために、圧力に応じて大きく変位するダイアフラ
ムが含有されている。また、赤外線センサを例に取れ
ば、赤外線を感じる感熱部は、基板への熱の流失を防ぎ
また感熱部自身の熱容量を小さくし赤外線に対する感度
を上げるために、基板から浮き上がったダイアフラム構
造を取っている。以上のように、圧力センサ、赤外線セ
ンサの機能および性能は、デバイス構造的にはダイアフ
ラムの部分に負っているといってよい。
The reason why the function of the physical quantity sensor depends on the diaphragm structure is as follows. Taking a pressure sensor as an example, a conventional pressure sensor contains a diaphragm that is largely displaced in accordance with the pressure in order to efficiently detect the pressure. In the case of an infrared sensor, for example, the heat-sensitive part that senses infrared light has a diaphragm structure that rises from the substrate in order to prevent heat from flowing to the substrate and to reduce the heat capacity of the heat-sensitive part itself and increase sensitivity to infrared light. ing. As described above, it can be said that the functions and performances of the pressure sensor and the infrared sensor depend on the diaphragm in terms of the device structure.

【0004】これに対し、従来の技術におけるダイアフ
ラムの製造方法は、極めて複雑な工程によってしか得ら
れないものであった。例えば、一般的なセンサの製造工
程では、ダイアフラムを製造する工程と、ダイアフラム
の可動部分をくりぬいて加工した基板に対して静電封着
あるいは陽極接合等の接着技術によってダイアフラムを
接着する工程を必要とし、プロセスは非常に複雑であ
る。
[0004] On the other hand, the conventional method of manufacturing a diaphragm can only be obtained by extremely complicated steps. For example, in a general sensor manufacturing process, a process of manufacturing a diaphragm and a process of bonding the diaphragm to a substrate formed by hollowing out a movable portion of the diaphragm by an electrostatic sealing or an anodic bonding technology are required. And the process is very complicated.

【0005】一方、これらの接着技術を利用しないダイ
アフラムの製造方法として、シリコン基板中に薄膜部を
作り込んでダイアフラムを形成する手法が存在する。こ
の方法においては、典型的には数100 ミクロンの厚さを
持つシリコンウェハを裏面からエッチングし、数ミクロ
ン程度の薄膜領域を形成するという工程を経ることがほ
とんどであった。このような方法は、長いプロセス時間
を要するだけでなく、Si基板を削ってしまうことによる
材料の無駄、薄膜領域を作った後の素子作製工程におけ
る位置合わせの困難さ等の問題を含んでいる。
On the other hand, as a method of manufacturing a diaphragm without using these bonding techniques, there is a method of forming a diaphragm by forming a thin film portion in a silicon substrate. In this method, a silicon wafer typically having a thickness of several hundreds of microns is generally etched from the back surface to form a thin film region of several microns. Such a method not only requires a long process time, but also involves problems such as waste of material due to shaving of the Si substrate, difficulty in alignment in a device manufacturing process after forming a thin film region, and the like. .

【0006】また、上で説明した2 つの代表的なダイア
フラムの製造方法に共通する欠点として、これらの方法
は、センサデバイスを微細化して集積化するのには不向
きであるということが挙げられる。その理由は、主には
従来の方法ではダイアフラムの領域にセンサデバイスを
形成するための位置合わせを高精度に行なうことが極め
て困難なためである。
Further, a drawback common to the two typical diaphragm manufacturing methods described above is that these methods are not suitable for miniaturizing and integrating a sensor device. This is mainly because it is extremely difficult to perform positioning for forming a sensor device in the area of the diaphragm with high accuracy by the conventional method.

【0007】また、従来のセンサの製造方法は、上に例
示したようにダイアフラムを形成するためにセンサ独自
の工程を必要としており、このことは例えば既存のLSI
とセンサを同一基板上に混載するといった新しい可能性
を阻害する要因となっていた。
In addition, the conventional method of manufacturing a sensor requires a sensor-specific process for forming a diaphragm as exemplified above.
This is a factor that hinders the new possibility of mounting sensors and sensors on the same substrate.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
物理量センサでは、センサの構造的心臓部であるダイア
フラムの製造工程が複雑で、資源や時間活用の効率が悪
く、さらに素子の微細化、集積化には不適なものであっ
た。また、センサ独自の工程は、既存のLSI プロセスと
は相容れず、LSI とセンサの集積等の可能性を閉ざして
いた。
As described above, in the conventional physical quantity sensor, the manufacturing process of the diaphragm, which is the structural core of the sensor, is complicated, the efficiency of resource and time utilization is low, and the element is miniaturized. However, it was unsuitable for integration. In addition, the process unique to the sensor was incompatible with the existing LSI process, and closed the possibility of integration of the sensor with the LSI.

【0009】本発明は上記のような背景を考慮してなさ
れたもので、その目的は、より簡便な方法でダイアフラ
ムを製造する方法を与え、これにより新しい構造の物理
量センサを提供し、さらにこのセンサを2 次元配列させ
たり既存のLSI と混載させることにより、機能の拡張を
意図するものである。
The present invention has been made in view of the above background, and has as its object to provide a method of manufacturing a diaphragm by a simpler method, thereby providing a physical quantity sensor having a new structure, The function is intended to be expanded by arranging the sensors two-dimensionally or mixing them with existing LSIs.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本願第1の発明は、基体
上にマスク材を選択的に形成する工程と、前記マスク材
をマスクにして前記基体を所定量除去する工程と、前記
基体及び前記マスク材の上に圧電体膜を形成する工程
と、前記マスク材を除去する工程と、前記圧電体膜の上
に半導体センサを形成する工程とを備えることを特徴と
する物理量センサの製造方法である。
According to a first aspect of the present invention, a step of selectively forming a mask material on a substrate, a step of removing a predetermined amount of the substrate using the mask material as a mask, a step of removing the substrate and A method of manufacturing a physical quantity sensor, comprising: a step of forming a piezoelectric film on the mask material; a step of removing the mask material; and a step of forming a semiconductor sensor on the piezoelectric film. It is.

【0011】本願第2の発明は、表面に凹凸を有する基
体と、前記基体表面に形成された圧電体膜と、前記圧電
体膜上に形成された半導体センサとを備えることを特徴
とする物理量センサである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a physical quantity comprising a substrate having irregularities on the surface, a piezoelectric film formed on the surface of the substrate, and a semiconductor sensor formed on the piezoelectric film. It is a sensor.

【0012】すなわち、本発明では、凹凸を有する下地
基板に対し薄膜を成膜し、その薄膜が基板から浮き上が
るような構造を取ることを利用して、新しい構造の物理
量センサを与えることを特徴とする。
That is, the present invention is characterized in that a physical quantity sensor having a new structure is provided by utilizing a structure in which a thin film is formed on an underlying substrate having irregularities and the thin film rises from the substrate. I do.

【0013】本発明では、基板表面側に対して、通常の
LSI でも用いるようなプロセスのみでダイアフラム構造
を作ることができるので、従来のセンサの製造方法に比
べてプロセス数が減少し、材料や時間の無駄が省けるの
に加え、ダイアフラムの部分に対する素子作製の位置合
わせが非常に行ないやすくなるという作用を持つ。これ
により、本発明では、新しい構造と機能を持つ物理量セ
ンサを与えるのみでなく、従来よりも微細で集積化され
たセンサ素子の作製を容易にするとともに、センサ素子
を集積回路の一部に取り込む可能性をも与える。
According to the present invention, a normal
Since the diaphragm structure can be made using only the processes used in LSI, the number of processes is reduced as compared with the conventional sensor manufacturing method, and materials and time are not wasted. This has the effect of making alignment very easy. As a result, the present invention not only provides a physical quantity sensor having a new structure and function, but also facilitates the fabrication of a finer and integrated sensor element than before, and incorporates the sensor element into a part of an integrated circuit. It also gives you the possibility.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】本発明では、凹凸を有する下地基
板に対し薄膜を成膜し、その薄膜が基板から浮き上がる
ような構造を取ることを利用して、新しい構造の物理量
センサを与えることを特徴とする。以下、図面を参照し
ながら説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention provides a physical quantity sensor having a new structure by utilizing a structure in which a thin film is formed on a base substrate having irregularities and the thin film rises from the substrate. Features. This will be described below with reference to the drawings.

【0015】図1は、本発明の第1の実施形態に係る圧
力を検知する物理量センサの断面構造図である。シリコ
ン基板1上に部分的に開口された薄膜2(例えばSiO 2
)が形成されており、その上に前記薄膜の開口部に埋
め込まれた部分を支柱として浮遊構造を取る圧電体膜4
および5が形成されている。圧電体膜上には公知の方法
によって薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor : TF
T)が形成されている。ここで、シリコン基板1 と薄膜2
とを合わせて、基体という。圧電体とは、外部からの圧
力による結晶内部のわずかな原子変位により、結晶の持
つ自発分極の値が変化し、表面に電荷( 電圧) が発生す
るような物質である。
FIG. 1 is a sectional structural view of a physical quantity sensor for detecting pressure according to a first embodiment of the present invention. A thin film 2 (eg, SiO 2) partially opened on a silicon substrate 1
) Is formed thereon, and the piezoelectric film 4 having a floating structure is formed on the portion embedded in the opening of the thin film as a support.
And 5 are formed. A thin film transistor (Thin Film Transistor: TF) is formed on the piezoelectric film by a known method.
T) is formed. Here, silicon substrate 1 and thin film 2
Together, they are called a substrate. A piezoelectric material is a substance in which the value of spontaneous polarization of a crystal changes due to a slight atomic displacement inside the crystal due to an external pressure, and a charge (voltage) is generated on the surface.

【0016】次に、この物理量センサの製造方法を図面
を用いて説明する。図2に示すように、シリコン基板1
上に薄膜2、例えばSiO 2 を堆積する。その後、通常
の電子ビーム露光等のリソグラフィ技術によって通常用
いられるレジスト7をパターニングし、レジスト7をマ
スクとして薄膜2を加工してコンタクトホールを開口す
る。
Next, a method of manufacturing the physical quantity sensor will be described with reference to the drawings. As shown in FIG.
A thin film 2, for example, SiO 2 is deposited thereon. Thereafter, the resist 7 which is usually used is patterned by lithography such as ordinary electron beam exposure, and the thin film 2 is processed using the resist 7 as a mask to open a contact hole.

【0017】引き続いて、図2の基板上に、圧電体膜
を、ここでは一例としてSrBi2 Ta2 O9 (SBT) を有機金
属分解法(Metal Organic Decomposition:MOD) 法によ
り成膜する。MOD 法は、基板にMOD 溶液をスピンコート
法等によって塗布し、溶液中の溶媒をベーキングにより
揮発させ、800 ℃程度の高温で酸素熱処理することによ
り、多結晶の誘電体膜を得る方法である。ここで、誘電
体とは、伝導電子を持たない絶縁物で、外部電界により
誘電分極を生じるような物質である。
Subsequently, on the substrate shown in FIG. 2, a piezoelectric film, here, for example, SrBi 2 Ta 2 O 9 (SBT) is formed by a metal organic decomposition (MOD) method. In the MOD method, a polycrystalline dielectric film is obtained by applying a MOD solution to a substrate by spin coating or the like, evaporating the solvent in the solution by baking, and performing an oxygen heat treatment at a high temperature of about 800 ° C. . Here, the dielectric is an insulator that does not have conduction electrons and is a substance that causes dielectric polarization due to an external electric field.

【0018】この時、本発明においてSiO 2 を加工する
時にマスクとして使用したレジスト( 一例としてKrF 用
のレジストMES-EP2 を用いた) は、SBT の核形成および
成長過程に作用して、粒径の増大、膜の稠密化をもたら
すとともに、図3に示すように、圧電体膜が、開口部に
埋め込まれた支柱部4 と、薄膜2 との間のギャップ3を
介して浮き上がる浮遊部5 からなるような構造をもたら
す。圧電体膜が浮き上がるその高さは、SBT の膜厚、コ
ンタクトホールの径や間隔によって変化する。SBT 膜厚
90nm、150nm 、230nm 、コンタクトホールの寸法が0.25
ミクロン四方で間隔0.5 ミクロン、0.5 ミクロン四方で
間隔1 ミクロンのそれぞれの場合に対して、ほとんどの
場合で20〜40nm程度の浮き上がりが観測された。例外と
して、SBT 膜厚90nm、コンタクトホールの寸法が0.5 ミ
クロン四方、間隔1 ミクロンの場合については、コンタ
クトホール間のSBT 膜部分が下にたわみ、図3 の薄膜2
と圧電体( 浮遊部)5が互いに接触してしまったため、浮
き上がりの構造は得られなかった。なお、ここではMOD
法を用いたが、強誘電体の成膜法は、ゾルゲル法、スパ
ッタ法、CVD 法等、どんな製造法でも構わない。ここ
で、強誘電体とは、結晶がもつ自発分極を外部電界によ
って反転させることができ、これにより電界-分極特性
がヒステリシス特性を示すような物質である。
At this time, the resist used as a mask when processing SiO 2 in the present invention (for example, the resist MES-EP2 for KrF was used) acts on the nucleation and growth process of SBT and has a grain size. As shown in FIG. 3, the piezoelectric film is separated from the support portion 4 embedded in the opening and the floating portion 5 that floats through the gap 3 between the thin film 2 as shown in FIG. Resulting in such a structure. The height at which the piezoelectric film rises depends on the thickness of the SBT, the diameter and interval of the contact hole. SBT film thickness
90nm, 150nm, 230nm, contact hole size 0.25
In most cases, a lift of about 20 to 40 nm was observed for each case of 0.5 micron square and 0.5 micron square and 1 micron square. As an exception, when the SBT film thickness is 90 nm, the contact hole size is 0.5 μm square, and the spacing is 1 μm, the SBT film portion between the contact holes bends downward, and the thin film 2 in FIG.
Since the and the piezoelectric body (floating portion) 5 came into contact with each other, a floating structure could not be obtained. The MOD here
Although a ferroelectric film formation method was used, any manufacturing method such as a sol-gel method, a sputtering method, or a CVD method may be used. Here, a ferroelectric substance is a substance whose spontaneous polarization possessed by a crystal can be reversed by an external electric field, whereby the electric field-polarization characteristic shows a hysteresis characteristic.

【0019】図3のような圧電体膜の浮遊構造は、例え
ば図2における薄膜2およびレジスト7の代わりにカー
ボン膜を使用し、この上に圧電体膜を公知の方法で成膜
し、その後の酸素熱処理でカーボンを揮発させることに
よって製作するというように、既存の空中配線の方式を
採用してもよい。
In the floating structure of the piezoelectric film as shown in FIG. 3, for example, a carbon film is used in place of the thin film 2 and the resist 7 in FIG. 2, and a piezoelectric film is formed thereon by a known method. An existing aerial wiring method may be adopted, for example, by manufacturing by volatilizing carbon by oxygen heat treatment.

【0020】図3 のように製作された浮遊構造をもつ圧
電体膜上に、公知の方法によって、薄膜トランジスタ6
を製作することにより、図1のような圧力センサの構造
を得る。この際、圧電体と薄膜トランジスタの間に、反
応防止膜として、例えばシリコン窒化膜を挿入してもよ
い。なお、薄膜トランジスタの拡散層を加熱する工程
と、レジストを除去するための熱処理工程は、同じであ
っても良い。
A thin film transistor 6 is formed on a piezoelectric film having a floating structure manufactured as shown in FIG.
By manufacturing the pressure sensor, the structure of the pressure sensor as shown in FIG. 1 is obtained. At this time, for example, a silicon nitride film may be inserted as a reaction prevention film between the piezoelectric body and the thin film transistor. Note that the step of heating the diffusion layer of the thin film transistor and the step of heat treatment for removing the resist may be the same.

【0021】図1の物理量センサによる圧力検知の原理
を図4を用いて説明する。ここで、圧電体膜の浮遊部5
上に製作された薄膜トランジスタに対して、図4に示す
ような向きの圧力が加わることを考える。この時、圧電
体膜の浮遊部5ではギャップ3の分だけ可動な構造とな
っており、容易に変位することが出来る。圧電体膜が変
位すると、圧電体膜内部に歪みが生じ、変位の向きと圧
電体の結晶方位に応じた電荷が、圧電体膜表面に誘起さ
れる。圧電体膜表面に誘起された電荷は、隣接する薄膜
トランジスタのチャネル領域の電荷分布に作用し、端的
にはトランジスタのしきい値電圧を変化させ、このしき
い値の変化をもって、圧力という物理量を、電気信号に
変換して高感度で検出することが出来る。
The principle of pressure detection by the physical quantity sensor shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. Here, the floating portion 5 of the piezoelectric film
It is assumed that pressure is applied to the thin film transistor manufactured above as shown in FIG. At this time, the floating portion 5 of the piezoelectric film has a structure movable by the gap 3 and can be easily displaced. When the piezoelectric film is displaced, distortion is generated inside the piezoelectric film, and electric charges corresponding to the direction of displacement and the crystal orientation of the piezoelectric material are induced on the surface of the piezoelectric film. The electric charge induced on the surface of the piezoelectric film acts on the electric charge distribution in the channel region of the adjacent thin film transistor, and changes the threshold voltage of the transistor in short. It can be converted into an electric signal and detected with high sensitivity.

【0022】予備的な実験として、ダイアフラムを持た
ない通常の構造のMISFET(Metal-Insulator-Semiconduct
or Field Effect Transistor) の絶縁体膜部分を圧電体
で構成した素子において、トランジスタに歪みを加えた
時のトランジスタ特性を計測した。図5はその実験結果
であり、圧力印加とともにトランジスタのしきい値電圧
が1.8V程負方向にシフトしており、圧電体表面電荷を利
用したトランジスタのしきい値コントロールが原理的に
可能であることが示された。この実験結果を元に考える
と、圧電体膜に対して圧力が印加された時に表面に誘起
される電荷は図4に示したようになる。
As a preliminary experiment, a MISFET (Metal-Insulator-Semiconduct
In a device in which an insulator film portion of a field effect transistor (or field effect transistor) is made of a piezoelectric material, transistor characteristics when distortion was applied to the transistor were measured. FIG. 5 shows the results of the experiment, in which the threshold voltage of the transistor shifts in the negative direction by about 1.8 V with the application of pressure, and the threshold value control of the transistor using the piezoelectric surface charge is possible in principle. It was shown that. Considering this experimental result, the charge induced on the surface when pressure is applied to the piezoelectric film is as shown in FIG.

【0023】図1の物理量センサでは、圧電効果を利用
することにより、原子レベルの変位を大きな電気信号に
変換できるため、高感度で効率よく圧力を検出すること
が出来る。
In the physical quantity sensor of FIG. 1, since the displacement at the atomic level can be converted into a large electric signal by utilizing the piezoelectric effect, the pressure can be detected with high sensitivity and efficiency.

【0024】上述した実施形態は圧電効果を利用した圧
力検出方法だが、本発明では浮遊した膜構造を利用し
て、以下のような物理量センサを構成することも可能で
ある。図1の圧電体4,5をより一般的な絶縁体膜と
し、図1の薄膜トランジスタ6をピエゾ抵抗素子にし
て、図6のようなピエゾ抵抗型の物理量センサを構成す
る。ここで、薄膜トランジスタ6やピエゾ抵抗素子を半
導体センサと呼ぶ。
In the above-described embodiment, the pressure detection method using the piezoelectric effect is used. However, in the present invention, the following physical quantity sensor can be configured using a floating film structure. The piezoelectric elements 4 and 5 of FIG. 1 are more general insulator films, and the thin film transistor 6 of FIG. 1 is a piezoresistive element to constitute a piezoresistive physical quantity sensor as shown in FIG. Here, the thin film transistor 6 and the piezoresistive element are called a semiconductor sensor.

【0025】また、図1の薄膜2を絶縁膜で構成し、こ
の絶縁膜上に下部電極を設け、圧電体4,5をより一般
的な絶縁体膜とし、その絶縁膜上に上部電極を構成する
ことで、図7のような静電容量型の物理量センサを構成
する。
Further, the thin film 2 of FIG. 1 is composed of an insulating film, a lower electrode is provided on the insulating film, the piezoelectric members 4 and 5 are more general insulating films, and an upper electrode is formed on the insulating film. By configuring, a capacitance type physical quantity sensor as shown in FIG. 7 is configured.

【0026】これらいずれの実施形態においても、検出
する物理量は圧力に限らず、加速度の検出も可能であ
る。従来の物理量センサにおいて、物理量を感じる部分
( 感応部) は、外力に対して容易に変位を起こすべく隔
膜( ダイアフラム) 状になっていることを求められ、既
存の物理量センサでも、ダイアフラム構造を形成するこ
とが必須であった。本発明の特徴は、このダイアフラム
の製造方法において、図3のように、凹凸を有する下地
基板に対し絶縁体膜を成膜し、その膜が基板から浮き上
がるような構造をとることを利用する点にある。以下
に、本発明のダイアフラムの製造方法が、従来の方法に
対して優位な点を解説する。
In any of these embodiments, the physical quantity to be detected is not limited to pressure, and acceleration can be detected. The part of a conventional physical quantity sensor that senses the physical quantity
The (sensing part) was required to be in the form of a diaphragm (diaphragm) so that it could easily be displaced by an external force, and it was essential for existing physical quantity sensors to form a diaphragm structure. A feature of the present invention is that, in this diaphragm manufacturing method, as shown in FIG. 3, an insulator film is formed on a base substrate having irregularities, and a structure is employed in which the film rises from the substrate. It is in. The advantages of the diaphragm manufacturing method of the present invention over the conventional method will be described below.

【0027】図8,9は従来の方法による代表的なダイ
アフラムの構造である。各例ごとに従来の方法を説明
し、その問題点を指摘し、従来の方法に対する本発明の
有効性を解説する。
FIGS. 8 and 9 show a typical diaphragm structure according to the conventional method. The conventional method is described for each example, the problems are pointed out, and the effectiveness of the present invention with respect to the conventional method is explained.

【0028】図8においては、シリコン基板11を基板
裏面からアルカリ溶液等によってエッチングし、溝12
を製作する。これによりSi基板を数ミクロン程度に薄膜
化して、ダイアフラム13を形成する。そして、このダ
イアフラムに合わせてピエゾ抵抗等の感圧素子を製作し
て物理量センサを構成する。
In FIG. 8, the silicon substrate 11 is etched from the back of the substrate with an alkaline solution or the like to form a groove 12.
To produce Thus, the thickness of the Si substrate is reduced to about several microns, and the diaphragm 13 is formed. Then, a pressure-sensitive element such as a piezoresistor is manufactured in accordance with the diaphragm to constitute a physical quantity sensor.

【0029】このようなダイアフラムの製造方法では、
基板裏面から大量のSi基板をエッチングするため、プロ
セス時間、エッチング液、Si原料が無駄に費やされる。
さらに、薄く加工した部分に合わせ込んでピエゾ抵抗等
の素子を構成するため、位置合わせが容易でなく、例え
ば微細で集積度の高い物理量センサを作ることは、合わ
せ精度の点から困難であった。
In such a method for manufacturing a diaphragm,
Since a large amount of Si substrate is etched from the back surface of the substrate, process time, an etchant, and Si raw materials are wasted.
Furthermore, since elements such as piezoresistors are configured by fitting to thinly processed parts, positioning is not easy, and for example, it is difficult to make a fine and highly integrated physical quantity sensor in terms of alignment accuracy. .

【0030】これに対し、本発明の製造方法では、ダイ
アフラムを基板表面側から作り込んでいくため、無駄な
Si基板のエッチングが必要無く、さらにダイアフラムに
対する素子の位置合わせの点でも全く問題が生じないた
め、例えば従来よりも微細で集積化された物理量センサ
を製造することが原理的に可能である。また、工程数も
従来の方法よりも少なくて済む。
On the other hand, in the manufacturing method of the present invention, since the diaphragm is formed from the substrate surface side, there is no waste.
Since there is no need to etch the Si substrate and there is no problem in positioning the element with respect to the diaphragm, it is possible in principle to manufacture a physical quantity sensor that is finer and more integrated than in the past. Also, the number of steps is smaller than in the conventional method.

【0031】図9の従来の製造方法では、基板表面側か
らダイアフラムを構成する。エッチングマスク膜16に
エッチング用の穴19を開口しておき、この穴を通して
下部支持膜15をエッチングして空洞18を製造し、エ
ッチングマスク膜16上に上部支持膜17を構成するこ
とにより、ダイアフラム20を構成する。
In the conventional manufacturing method shown in FIG. 9, a diaphragm is formed from the substrate surface side. A hole 19 for etching is opened in the etching mask film 16, the lower support film 15 is etched through this hole to produce a cavity 18, and the upper support film 17 is formed on the etching mask film 16. 20.

【0032】このダイアフラムの製造方法では、図8の
例のような、無駄なエッチング、合わせの困難さの問題
は解消されている。しかし、この方法は、多層膜構造で
プロセス数が多いことに加え、エッチングマスク膜16
に対する下部支持膜15のエッチング選択比が高くなけ
ればいけないことに代表されるように、プロセス条件が
厳しく限定される。さらに、空洞18を形成後、エッチ
ングマスク膜16上の上部支持膜17を成膜する工程
で、エッチング用穴19上に穴に落ち込まないように連
続的に成膜することは難しいと考えられる。端的に言う
と、ダイアフラムを形成する過程で、エッチング用穴を
通じた空洞の製作の後に上部支持膜の成膜工程が設定さ
れていること自体が、この方法を実現困難なものにして
いる。また、図9のようなダイアフラムの製造方法で
は、下部支持膜15、エッチングマスク膜16、上部支
持膜17のように、異種物質の積層構造をとらざるをえ
ないが、これらの物質間の線膨張率の差に起因して、各
層界面付近での構造欠陥( クラック) の発生が予想さ
れ、この点でも図9の構造は問題を有している。
In this diaphragm manufacturing method, the problems of unnecessary etching and difficulty in alignment as in the example of FIG. 8 are solved. However, this method has a multi-layer structure, a large number of processes, and an etching mask film 16.
The process conditions are severely limited, as represented by the fact that the etching selectivity of the lower support film 15 to the substrate must be high. Further, in the step of forming the upper support film 17 on the etching mask film 16 after the formation of the cavity 18, it is considered difficult to form the film continuously on the etching hole 19 so as not to fall into the hole. In short, the process of forming the upper support film after the formation of the cavity through the etching hole in the process of forming the diaphragm makes the method itself difficult to realize. Further, in the method of manufacturing the diaphragm as shown in FIG. 9, a laminated structure of dissimilar materials, such as the lower support film 15, the etching mask film 16, and the upper support film 17, is inevitable. Occurrence of structural defects (cracks) near the interface of each layer is expected due to the difference in expansion coefficient, and the structure shown in FIG. 9 also has a problem in this respect.

【0033】これに対し、本実施形態の製造方法では、
図3において圧電体膜を成膜した時点でダイアフラム構
造が完成していることから、図9よりも少ないプロセス
数で、かつ確実にダイアフラム構造を得ることが出来
る。さらに、本実施形態の製造方法では、図9の従来の
製造方法とは異なり、ダイアフラムの構成要素は単一の
物質であるために、異種物質の接触による構造的な脆弱
さを含有していない。
On the other hand, in the manufacturing method of this embodiment,
Since the diaphragm structure is completed when the piezoelectric film is formed in FIG. 3, the diaphragm structure can be reliably obtained with a smaller number of processes than in FIG. Further, in the manufacturing method of the present embodiment, unlike the conventional manufacturing method of FIG. 9, since the constituent elements of the diaphragm are a single substance, they do not contain structural weakness due to contact of different kinds of substances. .

【0034】以上のように、本実施形態の物理量センサ
では、圧力、加速度等の物理量を検出するためのダイア
フラムを、従来の方法よりも少ないプロセス数で、構造
的に強く、さらに位置合わせのしやすい方法で製造する
ことを可能にしている。また、圧電効果を利用した新し
い原理と構造による高性能な物理量センサを提供するこ
とができる。
As described above, in the physical quantity sensor according to the present embodiment, the diaphragm for detecting the physical quantity such as pressure and acceleration is structurally stronger with a smaller number of processes than the conventional method, and is further positioned. It is possible to manufacture in an easy way. Further, a high-performance physical quantity sensor based on a new principle and structure using the piezoelectric effect can be provided.

【0035】図10は、第2の実施形態に係る赤外線を
検知する物理量センサの断面図である。シリコン基板2
1上に、部分的に開口された絶縁膜22( 例えばSiO
2 ) と下部電極23が形成されており、その上に前記絶
縁膜の開口部に埋め込まれた部分を支柱として浮遊構造
を取る焦電体膜24が形成されている。焦電体膜上には
上部電極25および赤外線吸収膜26が製造されてい
る。ここで、焦電体とは、温度の変化に伴い結晶内部の
原子変位が生じ、結晶の持つ自発分極の値が変化するこ
とにより表面に電荷( 電圧) が発生するような物質であ
る。
FIG. 10 is a sectional view of a physical quantity sensor for detecting infrared rays according to the second embodiment. Silicon substrate 2
1, a partially opened insulating film 22 (for example, SiO 2
2 ) and a lower electrode 23 are formed, and a pyroelectric film 24 having a floating structure is formed on the lower electrode 23 by using a portion embedded in the opening of the insulating film as a support. An upper electrode 25 and an infrared absorbing film 26 are manufactured on the pyroelectric film. Here, a pyroelectric substance is a substance that generates an electric charge (voltage) on its surface due to a change in the spontaneous polarization of the crystal caused by an atomic displacement inside the crystal due to a change in temperature.

【0036】次に、この物理量センサの製造方法を図面
を用いて説明する。まず、図11に示すように、シリコ
ン基板21上に、絶縁膜( 例えばSiO 2 )22、下部電
極23を連続して堆積する。下部電極23としては、耐
酸化性のある電極材料、例えばPt、Ir、Ru等の白金族元
素か、あるいはこれらの酸化物であるIrO 2 、RuO 2
等を用いる。
Next, a method for manufacturing the physical quantity sensor will be described with reference to the drawings. First, as shown in FIG. 11, an insulating film (for example, SiO 2 ) 22 and a lower electrode 23 are successively deposited on a silicon substrate 21. As the lower electrode 23, an electrode material having oxidation resistance, for example, a platinum group element such as Pt, Ir, Ru, or an oxide thereof, such as IrO 2 or RuO 2
And so on.

【0037】さらに、通常のリソグラフィー技術を利用
して、図12に示すように前記絶縁膜( 例えばSiO 2 )
22、下部電極23をエッチングし、焦電体膜を埋め込
む穴を形成する。
Further, as shown in FIG. 12, the insulating film (for example, SiO 2 ) is
22, the lower electrode 23 is etched to form a hole for burying the pyroelectric film.

【0038】続いて、この基板上に、例えばMOD 法によ
り焦電体薄膜を形成する。下部電極23上に残されたレ
ジスト29は、粒径の増大、膜の稠密化をもたらすとと
もに、図13に示すように、焦電体膜が、開口部に埋め
込まれた支柱部27と、下部電極23との間にギャップ
31を介して浮き上がる浮遊部28からなるような構造
をもたらす。焦電体膜の浮遊構造は第1の実施形態の記
述と同様に公知の方法で実現してもよい。
Subsequently, a pyroelectric thin film is formed on the substrate by, for example, the MOD method. The resist 29 left on the lower electrode 23 increases the particle diameter and densifies the film, and as shown in FIG. 13, a pillar 27 in which a pyroelectric film is embedded in the opening, A structure including a floating portion 28 floating between the electrode 23 and the electrode 23 via the gap 31 is provided. The floating structure of the pyroelectric film may be realized by a known method as in the description of the first embodiment.

【0039】図13の焦電体膜24上に、上部電極2
5、赤外線吸収膜26を連続して成膜する。上部電極2
5は下部電極23と同様の材料を使用し、赤外線吸収膜
としては従来と同様にNiCr等の材料を使用する。この
後、上部電極25と赤外線吸収膜26を通常の技術によ
って加工し、図10のような物理量センサの構造を得
る。
On the pyroelectric film 24 shown in FIG.
5. The infrared absorbing film 26 is formed continuously. Upper electrode 2
Reference numeral 5 uses the same material as the lower electrode 23, and uses a material such as NiCr as the conventional infrared absorbing film. After that, the upper electrode 25 and the infrared absorbing film 26 are processed by a normal technique to obtain the structure of the physical quantity sensor as shown in FIG.

【0040】図10の物理量センサによる赤外線検出原
理を図14により解説する。図14は、図10の物理量
センサの感熱部を抽出して描いたものである。赤外線吸
収膜26に赤外線が入射すると、赤外線の熱エネルギー
により入射部の温度が上昇し、焦電体24の温度が上昇
する。この際、図10に示すように、感熱部はダイアフ
ラム構造となっているため、基板への熱の流出を抑え、
その熱容量が小さい。これゆえ、赤外線を感度よく検出
することが可能となっている。焦電体24の温度が上昇
すると、その温度と焦電体24の結晶方位に応じて、焦
電体24の表面に図14に示したように電荷が発生す
る。この新たに発生した電荷を、例えば過渡的な電流と
して検出することにより、赤外線を電気信号に変換して
検出するセンサを構成する。
The principle of infrared detection by the physical quantity sensor shown in FIG. 10 will be described with reference to FIG. FIG. 14 illustrates a heat-sensitive portion of the physical quantity sensor of FIG. 10 extracted and drawn. When infrared light enters the infrared absorbing film 26, the temperature of the incident portion rises due to the thermal energy of the infrared light, and the temperature of the pyroelectric body 24 rises. At this time, as shown in FIG. 10, since the heat-sensitive portion has a diaphragm structure, the outflow of heat to the substrate is suppressed,
Its heat capacity is small. Therefore, it is possible to detect infrared rays with high sensitivity. When the temperature of the pyroelectric body 24 increases, electric charges are generated on the surface of the pyroelectric body 24 according to the temperature and the crystal orientation of the pyroelectric body 24 as shown in FIG. By detecting the newly generated charge as, for example, a transient current, a sensor that converts infrared rays into an electric signal and detects the electric signal is configured.

【0041】上述した実施形態は焦電体の電荷を回路の
過渡電流として検知する方式を説明したが、図10にお
いて上部電極25の代わりに第1の実施形態と同様な薄
膜トランジスタを形成すれば、赤外線の入射をトランジ
スタのしきい値変化として検出することが可能となる(
図15) 。
In the above embodiment, the method of detecting the charge of the pyroelectric body as a transient current of the circuit has been described. However, if a thin film transistor similar to that of the first embodiment is formed instead of the upper electrode 25 in FIG. It becomes possible to detect the incidence of infrared light as a change in the threshold value of the transistor.
(FIG. 15).

【0042】従来の物理量センサにおいて、赤外線を受
光する部分( 感熱部) は、基板への熱の拡散を防ぎ、熱
容量を小さくするために、基板から浮き上がったような
隔膜( ダイアフラム) 構造を取ることが求められてい
る。本発明の特徴は、このダイアフラムの製造方法にお
いて、図13のように、凹凸を有する下地基板に対し絶
縁体膜を成膜し、その膜が基板から浮き上がるような構
造をとることを利用する点にある。以下に、本発明のダ
イアフラムの製造方法が、従来の方法に対して優位な点
を解説する。
In the conventional physical quantity sensor, a portion for receiving infrared rays (heat-sensitive portion) has a diaphragm (diaphragm) structure as if it were raised from the substrate in order to prevent diffusion of heat to the substrate and to reduce heat capacity. Is required. A feature of the present invention is that, in the method of manufacturing a diaphragm, as shown in FIG. 13, an insulating film is formed on a base substrate having irregularities and a structure is employed in which the film rises from the substrate. It is in. The advantages of the diaphragm manufacturing method of the present invention over the conventional method will be described below.

【0043】図16は従来の方法による代表的なダイア
フラムの構造である。上下を電極で挟まれた焦電体37
が、ポリイミド34,35をベースとしてセラミクス基
板32に接着剤33で固定されている。以下、図を用い
て図16の焦電体センサの製造工程を解説する。
FIG. 16 shows a typical diaphragm structure according to the conventional method. Pyroelectric body 37 sandwiched between upper and lower electrodes
Are fixed to a ceramics substrate 32 with an adhesive 33 based on polyimides 34 and 35. Hereinafter, the manufacturing process of the pyroelectric sensor of FIG. 16 will be described with reference to the drawings.

【0044】まず、基板( 例えばMgO)39上に、焦電体
37を成膜し、この焦電体37を図17のように加工す
る。続いて、この基板上にポリイミド膜35を堆積し、
ポリイミド膜35にコンタクトホールを開口し、焦電体
に対する電極36を形成することにより、図18のよう
な構造を得る。
First, a pyroelectric body 37 is formed on a substrate (for example, MgO) 39, and the pyroelectric body 37 is processed as shown in FIG. Subsequently, a polyimide film 35 is deposited on this substrate,
By forming a contact hole in the polyimide film 35 and forming an electrode 36 for the pyroelectric body, a structure as shown in FIG. 18 is obtained.

【0045】さらに、図18の基板上にポリイミド膜3
4を堆積し、図19のような構造を得る。次に、図19
の基板の上下を反転し、セラミクス基板32に対して接
着剤33により固定する。これにより、図20のような
構造が得られる。
Further, the polyimide film 3 is formed on the substrate shown in FIG.
4 to obtain a structure as shown in FIG. Next, FIG.
The substrate is turned upside down and fixed to the ceramics substrate 32 with an adhesive 33. As a result, a structure as shown in FIG. 20 is obtained.

【0046】その後、基板39をエッチングにより全て
除去し、焦電体膜37上に赤外線吸収用電極38を形成
することにより、図16のような構造の物理量センサを
得る。
Thereafter, the substrate 39 is entirely removed by etching, and an infrared absorbing electrode 38 is formed on the pyroelectric film 37 to obtain a physical quantity sensor having a structure as shown in FIG.

【0047】以上解説した従来の物理量センサの製造方
法は、教科書にも記述されているような一般的なもので
あるが、複雑な工程を必要とし、材料、工程時間の無駄
が多い。さらに、微細で集積化されたセンサ素子を作る
のには原理的に向いていない。
The conventional method for manufacturing a physical quantity sensor described above is a general method described in a textbook, but requires a complicated process and wastes material and process time. Furthermore, it is not suitable in principle for producing a fine and integrated sensor element.

【0048】物理量センサの製法として、Si基板上にダ
イアフラムを製造する方法も存在するが、第1の実施形
態の図8で説明したように、Si基板を基板の裏面からエ
ッチングして薄膜を作る方法がほとんどで、第1の実施
形態で詳述したように材料、工程の無駄が多く位置合わ
せも困難である。
As a method of manufacturing a physical quantity sensor, there is a method of manufacturing a diaphragm on a Si substrate, but as described with reference to FIG. 8 of the first embodiment, a thin film is formed by etching the Si substrate from the back surface of the substrate. Most methods are used, and as described in detail in the first embodiment, materials and steps are wasted, and alignment is difficult.

【0049】これに対し、本実施形態の物理量センサの
製造方法では、ダイアフラムの製造方法が簡便なために
プロセス数が従来の方法よりも少なくて済み、新しい構
造の物理量センサを与えるとともに、微細で集積度の高
い物理量センサを与える。
On the other hand, in the method of manufacturing the physical quantity sensor according to the present embodiment, the number of processes is smaller than that of the conventional method because the manufacturing method of the diaphragm is simpler. A highly integrated physical quantity sensor is provided.

【0050】本実施形態では赤外線の検出に絞って記述
を進めたが、焦電体は、その物質自身の温度変化に応じ
て表面誘起電荷を発生させるので、部分的な赤外線の入
射以外の要因による温度変化、例えば感熱部に接触した
物体の温度の、熱伝導による温度検知も原理的には可能
である。
In the present embodiment, the description has been limited to the detection of infrared rays. However, since the pyroelectric body generates surface-induced charges in accordance with the temperature change of the substance itself, factors other than the partial incidence of infrared rays are considered. In principle, it is also possible to detect a temperature change by heat conduction, for example, a temperature change of an object in contact with the heat-sensitive part by heat conduction.

【0051】第3の実施形態は、3端子型の物理量セン
サを2 次元配列させるセンサの回路構成に関する。図2
1は、第1の実施形態における図1の薄膜トランジスタ
型物理量センサあるいは第2の実施形態における図15
の薄膜トランジスタ型物理量センサを、2次元的に配列
した回路図を示している。
The third embodiment relates to a circuit configuration of a sensor in which three-terminal type physical quantity sensors are two-dimensionally arranged. FIG.
Reference numeral 1 denotes the thin film transistor type physical quantity sensor of FIG. 1 in the first embodiment or FIG. 15 in the second embodiment.
2 is a circuit diagram in which the thin film transistor type physical quantity sensors are two-dimensionally arranged.

【0052】物理量センサを図21のように2次元配列
することで、例えば指紋読み取りのような物体表面形状
の読み取りが可能となる。また、従来のパーソナルコン
ピュータにおけるポインティングデバイスとしての応用
も可能である。また、外力に対してフレキシブルな基
体、例えば樹脂基板の上に3 端子型の圧力センサを2 次
元配列すれば、バーチャルリアリティーにおける人体の
動きを感じるモーションセンサとして活用できる。
By arranging the physical quantity sensors two-dimensionally as shown in FIG. 21, it is possible to read the shape of the surface of an object such as a fingerprint. Further, application as a pointing device in a conventional personal computer is also possible. If a three-terminal pressure sensor is two-dimensionally arranged on a substrate that is flexible against external force, for example, a resin substrate, it can be used as a motion sensor that senses the movement of the human body in virtual reality.

【0053】一方、物理量センサを図21のように2次
元的に配置すれば、赤外線イメージセンサとしての応用
が可能となる。この際、個々の赤外線検知素子をセルご
とに独立構造とし、面内方向への熱の拡散を抑制するこ
とにより、赤外線検出感度が向上する。
On the other hand, if the physical quantity sensors are two-dimensionally arranged as shown in FIG. 21, application as an infrared image sensor becomes possible. At this time, the infrared detection sensitivity is improved by making each infrared detecting element independent for each cell and suppressing the diffusion of heat in the in-plane direction.

【0054】図21のようなセンサの2 次元配列は、第
1又は第2の実施形態にかかる3端子型の物理量センサ
に限定されるものでなく、公知の3端子型センサ素子に
も適用することが可能である。
The two-dimensional array of sensors as shown in FIG. 21 is not limited to the three-terminal type physical quantity sensor according to the first or second embodiment, but is also applicable to a known three-terminal type sensor element. It is possible.

【0055】第4の実施形態は、第1又は第2の実施形
態のセンサを、従来のLSI 基板上にモノリシックに配置
する製造方法に関する。本発明は既に説明したように、
基板表面側からの、しかも通常のLSI でも使用するよう
なプロセスのみでダイアフラムを作り物理量センサを構
成できるため、既存のLSI にセンサを混載させることが
容易である。
The fourth embodiment relates to a manufacturing method in which the sensor according to the first or second embodiment is monolithically arranged on a conventional LSI substrate. The present invention, as already described,
Since a diaphragm can be formed by a process only from a substrate surface side and a process that is used even in a normal LSI, and a physical quantity sensor can be configured, it is easy to mount a sensor on an existing LSI.

【0056】センサとLSI の混載を2 つの例を挙げて説
明する。まず第1の例では、赤外線撮像機に使用される
赤外線イメージセンサと周辺回路を、同一基板内に混載
する応用が考えられる。具体的には、第3の実施形態で
示した物理量センサを2次元配列した物理量センサアレ
イと、センサで検出された焦電電流の検出回路と、画像
処理回路、記憶回路等を、同一のSi基板上に混載させ
る。これにより、従来よりも多機能でコンパクトな赤外
線撮像デバイスが実現できる。第2の例としては、圧力
センサと周辺回路を混載させる応用が考えられる。圧力
センサで検出されたしきい値変化、抵抗変化、容量変化
等を検出する回路と、記憶回路、制御回路等を混載する
ことで、一つのチップ内に形状認識、形状記憶、参照等
の機能を集約できる。
The mixed mounting of the sensor and the LSI will be described with reference to two examples. First, in the first example, an application in which an infrared image sensor and a peripheral circuit used in an infrared imaging device are mixedly mounted on the same substrate can be considered. Specifically, a physical quantity sensor array in which the physical quantity sensors shown in the third embodiment are two-dimensionally arranged, a pyroelectric current detection circuit detected by the sensor, an image processing circuit, a storage circuit, and the like are replaced by the same Si. Mixed on the substrate. As a result, a more compact infrared imaging device with more functions than before can be realized. As a second example, an application in which a pressure sensor and a peripheral circuit are mixedly mounted can be considered. Functions such as shape recognition, shape storage, reference, etc. in one chip by combining a circuit that detects threshold value change, resistance change, capacitance change, etc. detected by the pressure sensor, and a memory circuit, control circuit, etc. Can be aggregated.

【0057】本実施形態の特徴は、LSI と同様のプロセ
スで製造できる本発明による物理量センサとLSI を1 チ
ップ上に混載して機能集約を図るという点に有り、混載
の例としては上記の例に限定するものではない。
The feature of this embodiment resides in that the physical quantity sensor and the LSI according to the present invention, which can be manufactured by the same process as the LSI, are integrated on one chip to achieve function integration. It is not limited to.

【0058】[0058]

【発明の効果】以上詳述したとおり、本発明の新しいダ
イアフラムの製造方法により、新しい構造の物理量セン
サを製造できる。これらのセンサは原理的に従来のセン
サよりも簡便なプロセスで製造でき、プロセス数が少な
くて済み、さらに微細化、集積化を可能とするため、セ
ンサを2 次元配列させたり、従来のLSI とセンサを同一
基板上に混在させることが容易となり、単体センサとし
ての役割を超えた機能拡張が期待できる。
As described above in detail, a physical quantity sensor having a new structure can be manufactured by the new method for manufacturing a diaphragm according to the present invention. In principle, these sensors can be manufactured using a simpler process than conventional sensors, require fewer processes, and can be miniaturized and integrated. Sensors can be easily mixed on the same substrate, and function expansion beyond the role of a single sensor can be expected.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の第1の実施形態に係る物理量センサ
の断面図。
FIG. 1 is a sectional view of a physical quantity sensor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の第1の実施形態に係る物理量センサ
の製造工程を示す断面図。
FIG. 2 is a sectional view showing a manufacturing process of the physical quantity sensor according to the first embodiment of the present invention.

【図3】 本発明の第1の実施形態に係る物理量センサ
の製造工程を示す断面図。
FIG. 3 is a sectional view showing a manufacturing process of the physical quantity sensor according to the first embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の第1の実施形態に係る物理量センサ
における圧力検知の原理図。
FIG. 4 is a principle diagram of pressure detection in the physical quantity sensor according to the first embodiment of the present invention.

【図5】 本発明の第1の実施形態に係る物理量センサ
における圧力検知の原理図。
FIG. 5 is a principle diagram of pressure detection in the physical quantity sensor according to the first embodiment of the present invention.

【図6】 本発明の第1の実施形態に係る物理量センサ
の断面図。
FIG. 6 is a sectional view of the physical quantity sensor according to the first embodiment of the present invention.

【図7】 本発明の第1の実施形態に係る物理量センサ
の断面図。
FIG. 7 is a sectional view of the physical quantity sensor according to the first embodiment of the present invention.

【図8】 従来の物理量センサにおけるダイアフラムの
断面図。
FIG. 8 is a sectional view of a diaphragm in a conventional physical quantity sensor.

【図9】 従来の物理量センサにおけるダイアフラムの
断面図。
FIG. 9 is a sectional view of a diaphragm in a conventional physical quantity sensor.

【図10】 本発明の第2の実施形態に係る物理量セン
サの断面図。
FIG. 10 is a sectional view of a physical quantity sensor according to a second embodiment of the present invention.

【図11】 本発明の第2の実施形態に係る物理量セン
サの製造工程を示す断面図。
FIG. 11 is a sectional view showing a manufacturing process of the physical quantity sensor according to the second embodiment of the present invention.

【図12】 本発明の第2の実施形態に係る物理量セン
サの製造工程を示す断面図。
FIG. 12 is a sectional view showing a manufacturing process of the physical quantity sensor according to the second embodiment of the present invention.

【図13】 本発明の第2の実施形態に係る物理量セン
サの製造工程を示す断面図。
FIG. 13 is a sectional view showing a manufacturing process of the physical quantity sensor according to the second embodiment of the present invention.

【図14】 本発明の第2の実施形態に係る物理量セン
サにおける赤外線検知の原理図。
FIG. 14 is a principle diagram of infrared detection in a physical quantity sensor according to a second embodiment of the present invention.

【図15】 本発明の第2の実施形態に係る物理量セン
サの断面図(TFT型) 。
FIG. 15 is a sectional view (TFT type) of a physical quantity sensor according to a second embodiment of the present invention.

【図16】 従来の物理量センサの断面図FIG. 16 is a cross-sectional view of a conventional physical quantity sensor.

【図17】 従来の物理量センサの製造工程を示す断面
図。
FIG. 17 is a sectional view showing a manufacturing process of a conventional physical quantity sensor.

【図18】 従来の物理量センサの製造工程を示す断面
図。
FIG. 18 is a sectional view showing a manufacturing process of a conventional physical quantity sensor.

【図19】 従来の物理量センサの製造工程を示す断面
図。
FIG. 19 is a sectional view showing a manufacturing process of a conventional physical quantity sensor.

【図20】 従来の物理量センサの製造工程を示す断面
図。
FIG. 20 is a sectional view showing a manufacturing process of a conventional physical quantity sensor.

【図21】 本発明の第3の実施形態に係る物理量セン
サの2 次元配置を示す概念図。
FIG. 21 is a conceptual diagram showing a two-dimensional arrangement of physical quantity sensors according to a third embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,11,14,21 Si基板 2 薄膜 3,31 ギャップ 4 圧電体(支柱部) 5 圧電体(浮遊部) 6 薄膜トランジスタ 7,29 レジスト 8 ピエゾ抵抗素子 9,23 下部電極 10,25 上部電極 12 エッチング溝 13,20 ダイアフラム部 15 下部支持膜 16 エッチングマスク膜 17 上部支持膜 18 空洞 19 エッチング用穴 20 ダイアフラム部 22 絶縁膜 24 焦電体膜 26 赤外線吸収膜 27 焦電体膜(支柱部) 28 焦電体膜(浮遊部) 30 支柱用溝 32 セラミクス基板 33 接着剤 34,35 ポリイミド 36 読み出し電極 37 焦電体 38 吸収電極 39 基板 40 物理量センサ(トランジスタ型) 1, 11, 14, 21 Si substrate 2 Thin film 3, 31 Gap 4 Piezoelectric body (post) 5 Piezoelectric body (floating part) 6 Thin film transistor 7, 29 Resist 8 Piezoresistive element 9, 23 Lower electrode 10, 25 Upper electrode 12 Etching grooves 13, 20 Diaphragm part 15 Lower support film 16 Etching mask film 17 Upper support film 18 Cavity 19 Etching hole 20 Diaphragm part 22 Insulating film 24 Pyroelectric film 26 Infrared absorbing film 27 Pyroelectric film (post) 28 Pyroelectric film (floating part) 30 Post groove 32 Ceramic substrate 33 Adhesive 34, 35 Polyimide 36 Readout electrode 37 Pyroelectric body 38 Absorbing electrode 39 Substrate 40 Physical quantity sensor (transistor type)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鳥海 明 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 Fターム(参考) 2F055 AA40 BB20 CC02 DD04 DD05 DD09 DD19 EE14 EE23 EE25 FF43 GG01 GG11 2G065 AB02 BA13 BA34 BC11 BC33 DA20 4M112 AA01 BA01 BA03 BA07 CA03 CA16 DA02 EA02 EA06 EA20 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Akira Toriumi 8 Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture F-term (reference) 2F055 AA40 BB20 CC02 DD04 DD05 DD09 DD19 EE14 EE23 EE25 FF43 GG01 GG11 2G065 AB02 BA13 BA34 BC11 BC33 DA20 4M112 AA01 BA01 BA03 BA07 CA03 CA16 DA02 EA02 EA06 EA20

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基体上にマスク材を選択的に形成する工
程と、 前記マスク材をマスクにして前記基体を所定量除去する
工程と、 前記基体及び前記マスク材の上に圧電体膜を形成する工
程と、 前記マスク材を除去する工程と、 前記圧電体膜の上に半導体センサを形成する工程とを備
えることを特徴とする物理量センサの製造方法。
A step of selectively forming a mask material on a substrate; a step of removing the substrate by a predetermined amount using the mask material as a mask; and forming a piezoelectric film on the substrate and the mask material. Performing the step of: removing the mask material; and forming a semiconductor sensor on the piezoelectric film.
【請求項2】 表面に凹凸を有する基体と、 前記基体表面に形成された圧電体膜と、 前記圧電体膜上に形成された半導体センサとを備えるこ
とを特徴とする物理量センサ。
2. A physical quantity sensor comprising: a substrate having irregularities on its surface; a piezoelectric film formed on the surface of the substrate; and a semiconductor sensor formed on the piezoelectric film.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012173186A (en) * 2011-02-23 2012-09-10 Seiko Epson Corp Pyroelectric type detector, pyroelectric type detection device, and electronic apparatus
JP2014187193A (en) * 2013-03-22 2014-10-02 Seiko Epson Corp Infrared sensor and thermoelectric conversion element

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