JP4175309B2 - 半導体力学量センサ - Google Patents
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Description
この発明は、半導体力学量センサに係り、詳しくは、自動車のエアバッグシステムやサスペンション制御システム等に好適な半導体式の半導体力学量センサに関するものである。
日経エレクトロニクス１９９１．１１．１１（ｎｏ．５４０）、Ｐ２２３〜Ｐ２３１には、表面マイクロマシーニング技術を用いた加速度センサが示されている。つまり、シリコン基板の上に薄膜のポリシリコン膜を積層して、このポリシリコン膜をエッチングすることにより、表面の平行方向に移動可能な梁を形成して差動容量型加速度センサを形成している。
ところが、ポリシリコンを用いて梁構造を形成するとともにその周辺に信号処理回路を形成すると、センサ特性が不安定となってしまう。即ち、多結晶、アモルファス体であるために製造ロット毎のバラツキが大きくなってしまう。その結果、単結晶シリコンを用いた表面マイクロマシーニング技術により半導体力学量センサを形成するのが望ましいことなる。
また、センサ表面において配線を取り回す際も工夫が必要になる。
そこで、この発明の目的は、新規な配線構造を有して高精度、高信頼性を図ることができる半導体力学量センサを提供することにある。
第１の発明は、前記絶縁物上に形成されたシリコン層と、前記シリコン層に形成され、おもり部、梁部及び可動電極とを有し、力学量に応じて前記シリコン基板に平行な方向に変位する可動部と、前記可動部を支持する支持部と、前記可動部の周囲に前記シリコン層を貫通して設けられた絶縁溝と、前記絶縁溝をはさんで前記シリコン層に形成され前記可動電極に対向するとともに、前記絶縁物上に下部が固定して設けられた固定電極部と、前記可動部及び前記固定電極部の周囲に配置され、前記絶縁物上に形成され前記可動部及び前記固定電極部から絶縁溝で電気的に分離された周辺部とを備え、前記可動電極及び前記固定電極部間で前記力学量に応じた容量を検出する半導体力学量センサであって、前記可動部、前記固定電極部及び前記シリコン基板は、前記絶縁物によって各々電気的に絶縁分離され、更に、少なくとも前記可動部及び前記固定電極部の何れか一方と前記周辺部との間に前記シリコン層の表面に沿って配設されるエアーブリッジ配線を形成したことを特徴とする半導体力学量センサをその要旨とする。上記構成によれば、エアーブリッジ構造によって配線の寄生容量を減らすことができる。
第２の発明は、支持基板と、この支持基板上に当該支持基板と電気的に絶縁された状態で支持され、力学量の作用に応じて変位する半導体材料製の梁構造体と、この梁構造体と一体に設けられた可動電極と、前記支持基板上に当該支持基板と電気的に絶縁された状態で支持された前記半導体材料製の固定電極と、前記支持基板上に当該支持基板と電気的に絶縁された状態で支持された前記半導体材料製の周辺部と、前記半導体材料を貫通して設けられた絶縁溝と、前記周辺部に設けられた配線部とを備え、前記梁構造体の変位に伴う前記可動電極及び固定電極間の静電容量の変化に基づいて当該梁構造体に作用する力学量を検出するように構成された半導体力学量センサであって、前記絶縁溝上において、前記配線部と前記可動電極、前記固定電極の少なくともどちらかとの間にエアーブリッジ構造の配線を形成したことを特徴とする半導体力学量センサをその要旨とする。上記構成によれば、エアーブリッジ構造によって配線の寄生容量を減らすことができる。
第３の発明は、絶縁物を表面に有する基板と、該基板上に設けられたシリコン層をエッチング処理することにより互いに分離して形成されるとともに、前記絶縁物上に下部が固定された固定部および可動部と、前記固定部および前記可動部の周囲に配置された周辺部とを備え、前記固定部には固定電極を一体に形成し、前記可動部には、前記固定電極と微小隙間を介して対向する可動電極と、外部からの力学量により前記可動電極を前記固定電極に対して接近，離間させる質量部と、前記質量部に梁を介して連結され、前記質量部および前記可動電極を前記基板上で変位可能に支持する支持部とを一体に形成してなる半導体力学量センサにおいて前記可動電極及び前記固定電極の少なくとも一つと前記周辺部との間をエアーブリッジ配線で結んだことを特徴とする半導体力学量センサをその要旨とする。上記構成によれば、エアーブリッジ構造によって配線の寄生容量を減らすことができる。
（第１実施例）
以下、この発明を具体化した一実施例を図面に従って説明する。
以下、この発明を具体化した一実施例を図面に従って説明する。
図１には、加速度センサの平面図を示すとともに、図２には図１のＡ−Ａ断面図を示す。本加速度センサは容量型加速度センサであり、図２に示すように、単結晶シリコン基板８上にＳｉＯ2膜９を介して単結晶シリコン基板１が接合され、単結晶シリコン基板１には同基板１を貫通するトレンチ３により片持ち梁１３が形成されている。この片持ち梁１３は、図１に示すように、その先端側が２つに分かれた構造をなしている。そして、片持ち梁１３は、単結晶シリコン基板１の表面に平行な方向（図１中、Ｃ矢印方向）に可動となっている。さらに、単結晶シリコン基板１において、信号処理回路１０がポリシリコン膜６及びＳｉＯ2膜５により片持ち梁１３とは電気的に絶縁された状態で形成されている。
図３〜図１０にはその製造工程を示す。以下に、製造工程を説明する。図３に示すように、１〜２０Ω・ｃｍのｎ型（１００）単結晶シリコン基板１を用意し、その主表面に熱酸化により１μｍ程度のＳｉＯ2膜２を形成し、フォトリソグラフィー手法によりＳｉＯ2膜２を所定のパターンに形成する。続いて、単結晶シリコン基板１の主表面側において、リアクティブイオンエッチング等により所定の深さ、例えば０．２〜３０μｍ程度の垂直の壁を持つトレンチ３を形成する。本実施例では、約３μｍの場合で説明する。
そして、ＳｉＯ2膜２を除去した後、図４に示すように、トレンチ３の内壁を含む単結晶シリコン基板１の主表面に、リンやヒ素等によるｎ+拡散層４を形成し、さらに熱酸化等により０．１〜１μｍのＳｉＯ2膜５を形成する。この時、エッチングのダメージを除去するため、ｎ+拡散層４を形成する前にＳｉＯ2を熱酸化で形成し除去する、いわゆる犠牲酸化を行ってもよい。
続いて、図５に示すように、単結晶シリコン基板１の主表面にポリシリコン膜６を形成して、トレンチ３をポリシリコン膜６にて充填する。尚、ポリシリコン膜６をバイアス用導電路として使用すべく同ポリシリコン膜６に不純物を導入する場合には、ポリシリコン膜６を形成する前に薄いポリシリコン層を形成しリン等を高濃度に拡散しておけばポリシリコン膜６に不純物を導入することができる。
次に、図６に示すように、ポリシリコン膜６の表面を鏡面研磨して所定の厚さのポリシリコン膜６が残るようする。続いて、ポリシリコン膜６に対しイオン注入等により所定領域にボロンによるｐ+拡散層７を形成する。
一方、図７に示すように、もう１枚の（１００）単結晶シリコン基板８を用意し、その主表面に熱酸化による０．１〜１．０μｍのＳｉＯ2膜９を形成する。次に、単結晶シリコン基板１と単結晶シリコン基板８とを、例えば過酸化水素水と硫酸の混合水溶液中に入れ、親水性化処理を行う。そして、乾燥後、図８に示すように、単結晶シリコン基板１の主表面と単結晶シリコン基板８の主表面とを室温中で重ね合わせ、４００〜１１００℃の炉の中に０．５〜２時間入れ強固な接合を行う。
次に、図９に示すように、アルカリ系の水溶液、例えばＫＯＨ溶液等を用いて単結晶シリコン基板１の裏面側を選択ポリッシングしてＳｉＯ2膜２が表れるまで処理する。その結果、単結晶シリコン基板１の厚さが、例えば、３μｍ程度となり、薄膜化される。
そして、図１０に示すように、単結晶シリコン基板１の所定領域に通常のＣＭＯＳプロセス、又はバイポーラプロセス等を用いて信号処理回路（ＩＣ回路部）１０を形成する。尚、図１及び図１０においては、信号処理回路１０の一部としてＭＯＳトランジスタのみを示す。さらに、信号処理回路１０の上面にパッシベーション膜１１として、例えばプラズマＣＶＤ法によるプラズマＳｉＮ膜（Ｐ−ＳｉＮ）を形成する。引き続き、このパッシベーション膜１１の所定の領域に窓１２を明ける。
そして、図２に示すように、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイト）（ＣＨ3）４ＮＯＨの約２０％溶液を用いて、単結晶シリコン基板１の裏面側（図２中、上側）からパッシベーション膜１１の窓１２を通してポリシリコン膜６をエッチング除去する。このとき、パッシベーション膜１１（Ｐ−ＳｉＮ）、ＳｉＯ2膜５，アルミ配線層，ｐ+拡散層（ｐ+ポリシリコン膜）７は選択的エッチングではほとんどエッチングされない。
尚、ポリシリコン膜６のエッチング除去の際に、図１における片持ち梁１３の幅の広い部分にエッチング用穴４８が設けられ、このエッチング用穴４８を通してポリシリコン膜６をより確実にエッチング除去するようにしている。
その結果、片持ち梁１３が形成される。このとき、片持ち梁１３は、図２に示すように、単結晶シリコン基板１の深さ方向の厚さＬ１に対し単結晶シリコン基板１の表面に平行な方向の厚さＬ２の方が小さくなっている。
容量型加速度センサにおいては、片持ち梁１３の先端部分（２つに分かれた部分）が可動電極となるとともに、図１に示すように、この片持ち梁１３の先端部分に対向する単結晶シリコン基板１が固定電極１４，１５，１６，１７となる。又、図１に示すように、固定電極１４と固定電極１６とがアルミ配線層１８ａにて取り出され、固定電極１５と固定電極１７とがアルミ配線層１８ｂにて取り出され、さらに、片持ち梁（可動電極）１３がアルミ配線層１８ｃにて取り出されている。このアルミ配線層１８ａ，１８ｂ，１８ｃは信号処理回路１０と接続され、この信号処理回路１０により加速度による片持ち梁（可動電極）１３の変位に伴う信号処理が行われるようになっている。又、片持ち梁１３（可動電極）及び固定電極１４，１５，１６，１７に配置したｎ+拡散層４（図２参照）により、電位が一定に保たれる。
尚、本実施例では容量型加速度センサとしたが、片持ち梁１３の根元部分の表面にピエゾ抵抗層を形成すればピエゾ抵抗型の加速度センサとすることができる。勿論、この両タイプのセンサを同一基板内に形成すれば、さらにその精度、信頼性を向上させることができる。
このように製造された加速度センサにおいては、単結晶シリコン基板８上にＳｉＯ2膜を介して単結晶シリコン基板１が接合されてＳＯＩ構造となっている。さらに、片持ち梁１３においては、単結晶シリコン基板１の深さ方向の厚さＬ１に対し単結晶シリコン基板１の表面に平行な方向の厚さＬ２の方が小さい。よって、片持ち梁１３が単結晶シリコン基板１の表面において表面に平行な方向に移動可能となり、基板表面に平行な方向への加速度が検出される。
このように本実施例では、単結晶シリコン基板１の主表面に、片持ち梁１３を形成するための所定深さのトレンチ（溝）３を形成し（第１工程）、単結晶シリコン基板１の主表面にポリシリコン膜６を形成してトレンチ３を当該ポリシリコン膜６にて充填するとともに、そのポリシリコン膜６の表面を平滑化した（第２工程）。そして、単結晶シリコン基板１の主表面と、ＳｉＯ2膜（絶縁膜）９を形成した単結晶シリコン基板８とを、ＳｉＯ2膜９を介して接合し（第３工程）、単結晶シリコン基板１の裏面側を所定量研磨して単結晶シリコン基板１を薄膜化した（第４工程）。さらに、単結晶シリコン基板１の表面に信号処理回路１０を形成した後、単結晶シリコン基板１の裏面側からポリシリコン膜６をエッチング除去して片持ち梁１３を形成した（第５工程）。
よって、ウェハプロセスの途中における信号処理回路１０の形成プロセスでは、ポリシリコン膜６により単結晶シリコン基板１の表面部分にはトレンチ３が埋められており、ＩＣ素子の汚染、製造装置への汚染、それに伴う電気特性の不良や劣化が防止できる。つまり、ウェハプロセスはプロセス途中の熱処理、フォトリソグラフィー処理等においてウェハ表面に凹部や貫通孔等の表面構造が現れないようにすることにより、コンタミネーション等を防止してウェハプロセスの安定化を図り、高精度の加速度センサを安定して供給することができる。
このように製造された加速度センサは、単結晶シリコン基板８上にＳｉＯ2膜（絶縁膜）９を介して接合され、かつ薄膜化された単結晶シリコン基板１と、単結晶シリコン基板１に形成され、その表面に平行な方向に可動な片持ち梁１３と、単結晶シリコン基板１に形成され、加速度による片持ち梁１３の動作に伴う信号処理を行う信号処理回路１０とを備えている。そして、単結晶シリコン基板１の表面に平行な方向に加速度が作用すると、単結晶シリコン基板１に形成した片持ち梁１３が動作する。その片持ち梁１３の動作に伴い単結晶シリコン基板１に形成した信号処理回路１０にて信号処理が行われる。このようにして、単結晶シリコンを用いた表面マイクロマシーニング技術により加速度センサが形成され、新規な構造にて高精度、高信頼性を図ることができることとなる。
又、前記片持ち梁１３の表面、及び、片持ち梁１３と対向する単結晶シリコン基板１をＳｉＯ2膜（絶縁体）５にて被覆したので、容量型加速度センサにおける電極ショートを未然に防止することができる。尚、片持ち梁１３の表面と、片持ち梁１３と対向する単結晶シリコン基板１とは、少なくともいずれかがＳｉＯ2膜（絶縁体）５にて被覆されていればよい。
尚、本実施例では、図１１，１２に示すように、寄生容量を減らすため片持ち梁１３を信号処理回路（ＩＣ回路部）１０と切り離し、エアーブリッジ配線としてもよい。又、固定電極１４，１５，１６，１７も同様な構造にしてもよい。さらに、前記実施例ではアルミ配線層を用いたがポリシリコン層により配線部を形成してもよい。さらには、前記実施例では梁の先端に２つの可動電極を形成するとともに４つの固定電極１４，１５，１６，１７を形成したが、さらに感度を向上させるために、可動電極部と固定電極部とを櫛歯状にしてもよい。
（第２実施例）
次に、第２実施例を第１実施例との相違点を中心に説明する。
次に、第２実施例を第１実施例との相違点を中心に説明する。
前記第１実施例では片持ち梁１３を形成するために、この部分を単結晶シリコン基板から一定距離離す目的でｐ+拡散層（ｐ+ポリシリコン膜）７を形成したが、本実施例においては、この一定距離離すためにトレンチを形成する前に凹部を形成している。
図１３〜図２１にはその製造工程を示す。図１３に示すように、ｎ型（１００）単結晶シリコン基板２０を用意し、単結晶シリコン基板２０の主表面にドライエッチング又はウェットエッチングにより凹部２１を所定の深さ、例えば０．１〜５μｍの深さで形成する。そして、図１４に示すように、単結晶シリコン基板２０の主表面にＳｉＯ2膜２２を形成し、フォトリソグラフィー手法のよりパターンを形成する。続いて、凹部２１の底部を含む単結晶シリコン基板２０の主表面にドライエッチング等により０．１〜３０μｍ程度のトレンチ２３を形成する。
そして、図１５に示すように、トレンチ２３の内壁を含む単結晶シリコン基板２０の主表面に、ｎ+拡散層２４を形成するとともに、熱酸化によりＳｉＯ2膜２５を形成する。その後、図１６に示すように、トレンチ２３内にＬＰＣＶＤ法によりポリシリコン膜２６を埋め込む。
引き続き、図１７に示すように、ＳｉＯ2膜２５をストッパーとしてポリシリコン膜２６の表面を研摩し、表面を平滑にする。この時、ポリシリコン膜２６とＳｉＯ2膜２５の表面が平滑になることが望ましいが、ポリシリコン膜２６の部分がへこみぎみになったとしてもＳｉＯ2膜２５の表面が平滑になっていれば続いて行われるウエハ接合において差し支えない。
一方、図１８に示すように、もう１枚の（１００）単結晶シリコン基板２７を用意し、その主表面に熱酸化による０．１〜１．０μｍのＳｉＯ2膜２８を形成する。次に、単結晶シリコン基板２０，２７を、例えば過酸化水素水と硫酸の混合水溶液中に入れ、親水性化処理を行う。そして、乾燥後、両単結晶シリコン基板２０，２７の主表面を室温中で重ね合わせ、４００〜１１００℃の炉の中に０．５〜２時間入れ強固な接合を行う。
次に、図１９に示すように、アルカリ系の水溶液、例えばＫＯＨ溶液等を用いて単結晶シリコン基板２０の裏面側を選択ポリッシングしてＳｉＯ2膜２５が表れるまで処理する。その結果、単結晶シリコン基板２０の厚さが、例えば、３μｍ程度となり、薄膜化される。
そして、図２０に示すように、通常のＣＭＯＳプロセス、又はバイポーラプロセス等を通して信号処理回路（ＩＣ回路部）１０を形成する。さらに、信号処理回路１０の上面にパッシベーション膜１１として、例えばプラズマＣＶＤ法によるプラズマＳｉＮ膜（Ｐ−ＳｉＮ膜）を形成する。引き続き、このパッシベーション膜１１の所定の領域に窓１２を明ける。
そして、図２１に示すように、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイト）（ＣＨ３）４ＮＯＨの約２０％溶液を用いて、単結晶シリコン基板２０の裏面側からパッシベーション膜１１の窓１２を通してポリシリコン膜２６をエッチング除去する。このとき、パッシベーション膜１１（Ｐ−ＳｉＮ）、ＳｉＯ2膜２５，アルミ配線層は選択的エッチングではほとんどエッチングされない。
その結果、片持ち梁１３が形成される。
（第３実施例）
次に、第３実施例を第１実施例との相違点を中心に説明する。
次に、第３実施例を第１実施例との相違点を中心に説明する。
前記第１，第２実施例においてはウェハ接合の前にトレンチ内にポリシリコンを埋め込んだが、本実施例ではウェハ接合後トレンチ内にポリシリコンを埋め込み、最終工程でこの埋め込んだポリシリコンを除去し、加速度センサを作製している。
図２２〜図２８には、製造工程を示す。図２２に示すように、ｎ型（１００）単結晶シリコン基板３０を用意し、その主表面に深さ０．１〜５μｍの凹部３１を形成する。一方、図２３に示すように、単結晶シリコン基板３２を用意し、その主表面に熱酸化によるＳｉＯ2膜３３を形成する。そして、単結晶シリコン基板３０の主表面と単結晶シリコン基板３２の主表面とを接合する。
さらに、図２４に示すように、単結晶シリコン基板３０の裏面側を所定の厚さ（０．１〜３０μｍ）になるまで鏡面研磨する。そして、図２５に示すように、ＳｉＯ2膜３４を０．１〜２μｍ形成し、続いてエッチングによりトレンチ３５を形成する。この時、片持ち梁１３が形成される。
次に、熱拡散法等により、ヒ素やリンのＮ型不純物を高濃度に導入し、ＳｉＯ2膜３３，３４で覆われていない領域にｎ+高濃度層３６を形成する。続いて、図２６に示すように、単結晶シリコン基板３０の表面にポリシリコン膜３７を形成してトレンチ３５をポリシリコン膜３７で充填する。その後、図２７に示すように、ポリシリコン膜３７の表面を選択研磨してＳｉＯ2膜３４が表れるまで平坦にする。さらに、図２８に示すように、信号処理回路１０を形成した後、最後に単結晶シリコン基板３０の裏面側（上面側）からポリシリコン膜３７をエッチング除去して片持ち梁１３を形成する。
このように本実施例では、単結晶シリコン基板３０の主表面と、ＳｉＯ2膜（絶縁膜）３３を形成した単結晶シリコン基板３２とを、ＳｉＯ2膜３３を介して接合し（第１工程）、単結晶シリコン基板３０の裏面側を所定量研磨して単結晶シリコン基板３０を薄膜化する（第２工程）。そして、単結晶シリコン基板３０の裏面に、片持ち梁１３を形成するための所定深さのトレンチ（溝）３５を形成し（第３工程）、単結晶シリコン基板３０の裏面にポリシリコン膜３７を形成してトレンチ３５をポリシリコン膜３７にて充填するとともに、そのポリシリコン膜３７の表面を平滑化する（第４工程）。さらに、単結晶シリコン基板３０に信号処理回路を形成した後、単結晶シリコン基板３０の裏面側からポリシリコン膜３７をエッチング除去して片持ち梁１３を形成した（第５工程）。
よって、ウェハプロセスの途中における信号処理回路１０の形成プロセスでは、ポリシリコン膜３７により単結晶シリコン基板３０の上面部分にはトレンチ３５が埋められており、ＩＣ素子の汚染、製造装置への汚染、それに伴う電気特性の不良や劣化が防止できる。つまり、ウェハプロセスはプロセス途中の熱処理、フォトリソグラフィー処理等においてウェハ表面に凹部や貫通孔等の表面構造が現れないようにすることにより、コンタミネーション等を防止してウェハプロセスの安定化を図り、高精度の加速度センサを安定して供給することができる。
（第４実施例）
次に、第４実施例を第３実施例との相違点を中心に説明する。
次に、第４実施例を第３実施例との相違点を中心に説明する。
本実施例は前記第３実施例に比較してより安価にセンサを製造するためのものでありる。図２９〜図３１には、製造工程を示す。
図２９に示すように、単結晶シリコン基板４０の主表面に０．１〜２μｍのＳｉＯ2膜４１を形成するとともに、このＳｉＯ2膜４１を挟んで単結晶シリコン基板４２を接合する。そして、図３０に示すように、単結晶シリコン基板４２の上面を研磨して単結晶シリコン基板４２を所定の厚さにする。つまり、単結晶シリコン基板４２の厚さを、例えば、３μｍ程度に薄膜化する。その後、単結晶シリコン基板４２の上面に高濃度ｎ+拡散層４３を形成し、さらに、その上にＳｉＯ2膜４４を形成する。
続いて、図３１に示すように、単結晶シリコン基板４２にトレンチ４５を形成し、フッ酸溶液によりもこのトレンチ４５より下層にあるＳｉＯ2膜４１を部分的にエッチング除去する。この時、片持ち梁１３となる部分の下部のＳｉＯ2膜４１は完全に除去される。
その後の処理は、図２６〜図２８と同じである。次に、この第４の実施例の応用例を図３２〜図３４を用いて説明する。図３２に示すように、単結晶シリコン基板４０の主表面に０．１〜２μｍのＳｉＯ2膜４１を形成するとともに、単結晶シリコン基板４２の主表面の所定領域に深さが０．１〜３μｍの凹部４７を形成する。そして、ＳｉＯ2膜４１を挟んで単結晶シリコン基板４２の主表面を接合する。さらに、図３３に示すように、単結晶シリコン基板４２の上面を研磨して単結晶シリコン基板４２を所定の厚さにする。つまり、単結晶シリコン基板４２の厚さを、例えば、３μｍ程度に薄膜化する。その後、単結晶シリコン基板４２の上面に高濃度ｎ+拡散層４３を形成し、さらに、その上にＳｉＯ2膜４４を形成する。
続いて、図３４に示すように、単結晶シリコン基板４２に対し凹部４７に至るトレンチ４５を形成し、片持ち梁１３を形成する。その後の処理は、図２６〜図２８と同じである。
このようにすることにより、図３１のようにＳｉＯ2膜４１を部分的にエッチング除去する場合に比べ、より確実に電気的絶縁をとることができることとなる。
尚、この発明は上記各実施例に限定されるものではなく、例えば、片持ち梁構造の他にも、両持ち梁構造や多数持ち梁構造に対して適用可能である。又、図３５に示すように、単結晶シリコン基板５０に対し２つの加速度センサ１３ａ，１３ｂを形成し、加速度センサ１３ａによりＸ方向を、加速度センサ１３ｂによりＹ方向の加速度を検出するようにしてもよい。さらに、このＸ，Ｙ方向加速度センサ１３ａ，１３ｂに対し表面垂直方向に対して加速度を検出可能な加速度センサを同一基板に形成し、三次元方向の加速度を検知するようにしてもよい。さらに、容量型として本加速度センサを用いる場合は、いわゆるサーボ型（閉ループ回路構成）にすることにより、より特性の安定化を図ることができる。
又、上記各実施例ではポリシリコン膜６，２６，３７にてトレンチ（溝）３，２３，３５を充填したが、多結晶又は非結質又はそれらの混在したシリコン膜を用いてもよい。つまり、ポリシリコン又はアモルアァスシリコン又はポリシリコンとアモルアァスシリコンの混在したシリコン膜を用いてもよい。
以上詳述したようにこの発明によれば、新規な構造にて高精度、高信頼性を図ることができる優れた効果を発揮する。
１ 単結晶シリコン基板
２ ＳｉＯ2膜（絶縁膜）
３ トレンチ（溝）
６ ポリシリコン膜
８ 単結晶シリコン基板
９ ＳｉＯ2膜（絶縁膜）
１０ 信号処理回路
１３ 片持ち梁
２ ＳｉＯ2膜（絶縁膜）
３ トレンチ（溝）
６ ポリシリコン膜
８ 単結晶シリコン基板
９ ＳｉＯ2膜（絶縁膜）
１０ 信号処理回路
１３ 片持ち梁
Claims (20)
- 絶縁物を表面に有するシリコン基板と、
前記絶縁物上に形成されたシリコン層と、
前記シリコン層に形成され、おもり部、梁部及び可動電極とを有し、力学量に応じて前記シリコン基板に平行な方向に変位する可動部と、
前記可動部を支持する支持部と、
前記可動部の周囲に前記シリコン層を貫通して設けられた絶縁溝と、
前記絶縁溝をはさんで前記シリコン層に形成され前記可動電極に対向するとともに、前記絶縁物上に下部が固定して設けられた固定電極部と、
前記可動部及び前記固定電極部の周囲に配置され、前記絶縁物上に形成され前記可動部及び前記固定電極部から絶縁溝で電気的に分離された周辺部と
を備え、前記可動電極及び前記固定電極部間で前記力学量に応じた容量を検出する半導体力学量センサであって、
前記可動部、前記固定電極部及び前記シリコン基板は、前記絶縁物によって各々電気的に絶縁分離され、更に、少なくとも前記可動部及び前記固定電極部の何れか一方と前記周辺部との間に前記シリコン層の表面に沿って配設されるエアーブリッジ配線を形成したことを特徴とする半導体力学量センサ。 - 前記シリコン層に前記可動部の動作に伴う信号の処理を行う信号処理回路を一体的に備えたことを特徴とする請求項１記載の半導体力学量センサ。
- 前記信号処理回路は閉ループ回路である請求項２記載の半導体力学量センサ。
- 前記可動部は前記シリコン層の厚み方向の前記梁部の厚さを前記シリコン層の平面方向の前記梁部の幅より大きくして前記可動部の可動方向を前記シリコン層の表面に平行な前記梁部の長手方向と略垂直な方向とすることを特徴とする請求項１乃至３何れかに記載の半導体力学量センサ。
- 少なくとも前記可動電極の表面または前記可動電極と対向する前記固定電極部の表面の何れかは絶縁体で被覆されていることを特徴とする請求項１乃至４何れかに記載の半導体力学量センサ。
- 前記可動部及び前記固定電極部に高濃度のｎ＋電極が設定されていることを特徴とする請求項１乃至５何れかに記載の半導体力学量センサ。
- 前記シリコン層の比抵抗を１〜２０Ω・ｃｍとすることを特徴とする請求項１乃至６何れかに記載の半導体力学量センサ。
- 前記可動部と異なる第２可動部が、前記可動部と絶縁体で電気的に絶縁されかつ前記可動部の可動方向に対して直交する方向に可動可能な状態で前記シリコン層に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７何れかに記載の半導体力学量センサ。
- 前記可動部及び前記第２可動部と異なる第３可動部が、前記可動部と前記第２可動部と絶縁体で電気的に絶縁されかつ前記可動部の可動方向及び前記第２可動部の可動方向に対し互いに直交する方向に可動可能な状態で前記シリコン層に形成されていることを特徴とする請求項８記載の半導体力学量センサ。
- 前記シリコン層は単結晶シリコン層であることを特徴とする請求項１乃至９何れかに記載の半導体力学量センサ。
- 前記シリコン基板は単結晶シリコン基板であることを特徴とする請求項１乃至１０何れかに記載の半導体力学量センサ。
- 前記可動部は前記力学量に応じて前記シリコン層の表面に対して平行な１軸方向に変位することを特徴とする請求項１乃至請求項１１何れかに記載の半導体力学量センサ。
- 支持基板と、
この支持基板上に当該支持基板と電気的に絶縁された状態で支持され、力学量の作用に応じて変位する半導体材料製の梁構造体と、
この梁構造体と一体に設けられた可動電極と、
前記支持基板上に当該支持基板と電気的に絶縁された状態で支持された前記半導体材料製の固定電極と、
前記支持基板上に当該支持基板と電気的に絶縁された状態で支持された前記半導体材料製の周辺部と、
前記半導体材料を貫通して設けられた絶縁溝と、
前記周辺部に設けられた配線部とを備え、
前記梁構造体の変位に伴う前記可動電極及び固定電極間の静電容量の変化に基づいて当該梁構造体に作用する力学量を検出するように構成された半導体力学量センサであって、
前記絶縁溝上において、前記配線部と前記可動電極、前記固定電極の少なくともどちらかとの間にエアーブリッジ構造の配線を形成したことを特徴とする半導体力学量センサ。 - 前記エアーブリッジ構造の配線はアルミ配線であることを特徴とする請求項１３記載の半導体力学量センサ。
- 前記エアーブリッジ構造の配線はポリシリコン配線層であることを特徴とする請求項１３記載の半導体力学量センサ。
- 前記エアーブリッジ構造の配線は絶縁体で被覆されていることを特徴とする請求項１３乃至１５何れかに記載の半導体力学量センサ。
- 絶縁物を表面に有する基板と、該基板上に設けられたシリコン層をエッチング処理することにより互いに分離して形成されるとともに、前記絶縁物上に下部が固定された固定部および可動部と、前記固定部および前記可動部の周囲に配置された周辺部とを備え、前記固定部には固定電極を一体に形成し、前記可動部には、前記固定電極と微小隙間を介して対向する可動電極と、外部からの力学量により前記可動電極を前記固定電極に対して接近，離間させる質量部と、前記質量部に梁を介して連結され、前記質量部および前記可動電極を前記基板上で変位可能に支持する支持部とを一体に形成してなる半導体力学量センサにおいて、
前記可動電極及び前記固定電極の少なくとも一つと前記周辺部との間をエアーブリッジ配線で結んだことを特徴とする半導体力学量センサ。 - 前記可動部の可動電極は質量部からくし状に突出する複数の電極板によって形成し、前記固定部の固定電極は該可動電極の各電極板に対して微小隙間を介して対向するくし状の複数の電極板によって形成してなる請求項１７記載の半導体力学量センサ。
- 前記基板は単結晶シリコン基板表面にシリコン酸化膜を形成したことを特徴とする請求項１７又は１８記載の半導体力学量センサ。
- 前記エアーブリッジ配線は、前記シリコン層の表面に沿って配設されることを特徴とする請求項１７乃至１９何れかに記載の半導体力学量センサ。
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