JPS5944875A

JPS5944875A - 梁構造体を有する半導体装置

Info

Publication number: JPS5944875A
Application number: JP57154826A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Hoshino; 重夫星野
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1982-09-06
Filing date: 1982-09-06
Publication date: 1984-03-13
Also published as: JPH0472190B2

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】この発明は、半導体基板上に振動司能な梁を形成し１．
：梁構造体を有する半導体装置に関する。

この種の梁（１１１造体を右する半導体装『１は、基本
的に、半導体基板上に一端または両端が支持され、振動
部位が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−り記
半導体基板面に設りられ、上記電極層とともにコンデン
リーを形成する固定電極層とを備える。

この挿の半導体装置につい−Ｃ１先に本発明茜哲は、第
１図に示す構造のものを開発し試（乍しｌこ。

第１図に示した梁１１１１造体を右りる半導体装置の先
行例について、その製造工程順にＭｉ２明する。この装
置はＮ型（１００）　３　ｉ基板１を用いたもので、ま
ず基板１の所定位置に１］型不純物を高′ｆＡＩσに埋
め込んだＰ”１Ｆｆ２を形成し、次に単板１の全面にエ
ビタギシャル成長によりＮ型（１００）ＳｉＩＦＪ３を
形成し、次に該エピタキシ１ノル層３の」−面に熱酸化
３ｉ　Ｑｚ膜４をコーティングし、次（、：Ｐ＋層２に
達Ｊるコンタク１〜孔７を工・ソチング【こより常設し
、次に基板１の表面側全面にΔＵを蒸着した後、不必要
な部分の△Ｕをゴーツブングにより除去し、所定パター
ンの△１１電極配線５５を形！戊し、次に可動梁６の形
成部分の周囲の３　ｉ　０２１！＋！４をエツチングに
より除去する。その後、可暇Ｊ’ｌ＋ＣＧとなるべき部
分の周囲および直下に４１′／、　＋賀りるＮ型（１０
０）Ｓｔエピタキシトル層３を工・ノチングで除去し、
堀込部８を形成することにＪ、す、ＳｉＯ２膜４と△１
１電極５の２層構造からなる可動梁６を片持ち状態で残
置形成づる。

十記堀込部８の形成について詳述する。Ｎ型（１００）
Ｓｔエピタキシャル１関３のエツチングには顕茗な異方
性を示Ｊアルカリエツチンク液（例えばエヂレンジアミ
ン千ピロカテコール１−水の混合液〉によって行なわれ
る。Ｔビタキシャル層３がエツチングされて可１’、Ｉ
Ｊ梁６が形成されるようすを第２図に示している。

第２図は可動梁６およびその周辺部分の平面図である。

第２図のように、可動梁６となるべき部分の周囲には口
字形にＳ　＋　０２膜４を除去してなるエツチング窓部
が形成されている。この＝１字形］−ツチング窓部の各
辺は＜１１０＞方向でできている。また深さ方向に関し
ては、１′ツブーングがＰ＋埋込層２に達すると深さ方
向のエツチングスピードが極端に遅くなり、Ｐ＋埋込層
２は］−ツチングストツパとして作用する。また＜　１
１０　：＞方向。

の辺に沿ったエツチング側面は（１１１）面となり、エ
ツチングスピードが遅くなる。エツチングがある程度進
行すると、可動梁６の先端に（１００）面が表れ、（１
００）面の一１ツブングスピードが（１１１）面の約３
０倍と大きく、イのため可動梁６の直下の二［ピッキシ
１フル闇３は可１ｊｌ　梁Ｃ３の先端部から矢印へ方向
にエツチングされて行さ、司？ＪＪ梁６の直下まで完全
に空洞化した堀込部８が形成され、その結果として片持
状の可ｉＩ！ＩＪ梁６が完成づる。

しかしながら、ｌ二連した半導体装置の先行例にあって
は、固定電極層をエツチングスピードバとしても働＜１
−）十埋込層２で形成し、エビ全４−シレル層３を異方
性のアルカリエツチング液によって−［ッチングして堀
込部８を形成し、可動梁６を残置づ°る形で形成するも
のであるため、次のような問題点を牛り゛る。

まり゛第１に、１ビタキシトル層が必要であるため、製
造コストが高くなる。また、３ｉ阜板が（１００）面に
限定され、しかも可動梁を作る一■ッチング窓のパター
ンの各辺を＜１１０＞方向に正確に合Ｕる必要があるた
め、つ１ハに−１（’１．５度という高い精度で基準辺
（オリ］−ン７−ションフラット）を設Ｇフな（）れば
ならず、製造が面倒である。更に、第２図で詳細に説明
したように、可動梁６の直下部分の１ビタキシャル層３
は可動梁６の先端方向からのみ１−ツブングされないた
め、アルカリエツチング液が（１００）面に対して３０
μｍ７′時のエツチングレートをもっていても、例えば
３００μｍの長さの可動梁を作るのに約１０時間という
長時間を要する。このため、アルカリエツチング液に対
して０．１〜０．２膜１ｍ／時のエツチングレートを持
つ安価４にΔ℃膜を電極材料として使用できず、先に説
明したようにＡｕを電極材Ｙ１として使用しなりればな
らず、この点でも装置をコスト高にしてしまう。

この発明は上述した従来の問題点に鑑みなされたもので
あり、その目的は、半導体基板としてＳｉ　　（１００
）基板に限定されず、−１″ピタキシトルが必要なく、
エツチングの異方性に合せた超高精度な位置合Ｕ゛が不
必要で、可動梁の形成のためのＴツチング時間が短く、
電極月料として安価なＡ１等も使用でき、より合理的な
プ［ＩＬ？スて＋ｊＡ’ｒりすることのできる梁ＩＭ逍
体を右Ｍる半導体装置を提供することにある。

上記の目的を速成ηるために、この発明（，１、固定電
極層を形成した半導体基板の表面を耐アル７ＪＩＪ　Ｊ
ニツヂ性の絶縁膜ｒ被覆するとともに、この絶縁謹上の
所定位置にアルカリエッチ性のポリシリコンからなる支
持台を形成し、この支持台の上面にＰ型不純物を高温度
に添加した耐アルカリエッチ性のポリシリコンからなる
ｉｉｌ動梁が一体的に支持されるように構成したことを
特徴とする。

以下、この発明の実施例を図面に基づいて訂細に説明す
る。

第３図はこの発明を適用した梁構造体を右する半導体装
置の製造工程を示づ図であり、第４図は第３図の製造工
程を経て完成したこの発明に係る半導体装置を示してい
る。以下Ｃの半導体装置について各工程（Ａ）〜（＋−
１）に従って順番に説明する。

（Ａ）・・・まず、例えば抵抗率５−８ΩｃｍＧｌ）　
Ｎ型８１基板１１を用意し、イの表面を酸化し、例えば
５０００人程麿の熱酸化Ｓｉ　０２膜１２を全面に形成
し、上述した固定電極層を形成リベき領域のＳｉ　０２
膜１２を１ツヂングにより除去し、その除去部分に１０
００表押度の熱酸化Ｓ　！　０２膜を形成でるとともに
、その部分の３ｉ基板１１表面にイオン注入法によりボ
［１ンを注入し、薄いＦ）型層１３を作る。

（Ｂ）・・・次に上）ホした熱酸化Ｓ！　０２膜をフッ
酸により除去した後、再度表面を酸化して、例えば５０
００人桿度の熱酸化Ｓｉ　０２膜にＪ、り絶縁膜１２１
）を形成する。その後に、例えば減圧ＣＶ］〕法ニＪ：
す５ｉｌ−Ｉ４を約６２０”Ｃ’ｒ熱分解し、例えば３
〜５μｍの不純物を含まないポリシリコン層１４を形成
ηる。この１稈の酸化時の熱処理によって、」−記薄い
［〕型層１３は１μｍ以上の深さを持つＩＣＰ型膚１３
ｂとなる。

（Ｃ）・・・次に、例えばイオン注入法によってボロン
を加速電圧６０ＫｅＶで５Ｘ１０＋６個／　ＣＩ　Ｐｉ
！度注入し、１０００℃で１時間程度熱処理することに
Ｊ、す、上記ポリシリコンＩＨ１４の表面に１×１０２
０個／Ｇｌ♂以十の［〕型型層相麿ポリシリ＝ｌン層１
５を０．５ノμｍ稈度の厚みに形成１ノる。

（１）　）・・・次に、−■−ツヂングにより可動梁形
成領域以外の部分のポリシリ：１ノ層１４　Ｊ３Ｊ、び
その表面のＰ型層′ｍ度ボリシリニ１ン［台１５を除去
する。

Ｄ図に示す例では、２回の）７Ｉ］〜１ニツヂングを行
ない、ポリシリコンＦｉ１／Ｉの外周部に２段に段；？
：をイ」けている。

（［）・・・次に、全表面に八ｌを例えば１　、　！５
　ＩＩｍの厚みに蒸着した後、フＡ１〜］−ツヂングに
Ｊ、り不要部分のＡ乏を除去し、ｉｊＪ動梁に繋がるΔ
！配線１６と固定電極層である１膜型層１３１）に繋が
る△ｌ配線１７を形成づ゛る。］〕図のようにポリシリ
コン層１４の周囲に２段に段差をｆＪけた理由は、上記
Δ℃配線１６の断線を防ぐためである。

（Ｆ）・・・次に、全表面に例えばＣＶＤ法により３ｉ
ｌ−１４を約４００℃で低温酸化し、その際に燐を含有
させて例えば厚さ１．５ｆｚｍのＰ　Ｓ　Ｇ膜１８をデ
ポジションした後、フ１ｌ−ＩツヂングにＪ、つてボン
アイングパットおよび町動梁領域十のＰＳ　Ｇ　Ｉｆ賛
１８０）　膜厚を３０００＝５０００大稈磨ニ薄くでる
。。

（Ｇ）・・・上記Ｐ　Ｓ　Ｇ膜１８を更にフ第１〜エツ
ヂングし、可動梁領域」二のｌ〕Ｓ　Ｇ膜を完全に除去
する。このとさ、ｊｊ１動梁の支持端側に薄いＰ　Ｓ　
Ｇ膜１９を残す。

（＋−１）・・・次に、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Ｊ
−ツヂング液どして全体をＩ−ツヂングＭる。すると、
３ｉのエツチング時度の不純物依存性によって、ポリシ
リコン１４がエツチングされ、ボ［１ンが高濃度に入っ
たＰ型層淵度ポリシリコン層１５が残り可動梁１５１１
がひぎる。また、ポリシリ：１ノ層１４が全てエツチン
グされでしまう訳でなく、１）　Ｓ　Ｇ膜１８でマスク
されている部分のポリシリコン層１４が残り、この部分
がＰ壁高ａ庶ポリシリコンからなるｉｉＪ動梁１５ｈの
支持台１４１１どして残る。

最１艷にボンディングパ・ンドと可１ＩｉＪＩ梁１５ｈ
ｌの薄くなっている部分５０の１）　Ｓ　Ｇ膜の１９み
分だ（）全面のＰＳＧ膜１８をエツチングし、第４図に
示づ半導体装置が完成づる。

なお、可動梁１５１）の形状は、［〕図の１稈のフＡ１
〜エツチングで自由に作ることができる。例えば、ｑ（
動梁１５１１の形状を長さ方向中央Ｊ、り先端側に重心
が移るように覆ることもできるし、あるいは、可動梁１
５１１の長さ方向中央に細長い穴を開口し、１−１図の
１稈のエツチング時に一１記穴から）′ルカリエッチン
グ液が浸透し、可動梁ｉ５１＋の直下のポリシリコン層
１４のＩニツチング時間を短縮するＪ：うにすることも
できる。

ここで、第４図の半導体装置の応用についで一応説明す
る。例えば、当該装置に（幾械振動がＪＪＩ目つり、そ
の振動数が可動梁１５ｈの固イ１振０Ｊ数に等しいと、
可動梁１５１１は大きく共振し、可動梁１５１１とＰ型
層１３ｂとの間隔が大きく変化りる。

Ｐ型層濃度ポリシリコン層からなる可動梁１５１１はそ
れ自身が電極層となってＪｊす、Ｐ型層１３１）はこれ
に対向する固定電極層であり、両者にＪ〜ンて一つのコ
ンデンリ−が形成されている。イして、可動梁１５１１
が振動して［〕型層１３ｂとの間隔変化が大きくなると
、上記」ンデンザの容量も振動振幅に応じて人さく変化
杖る。また当然であるが、可動梁１５１１の固有振動数
より大きく外れた振動が加わっても該Ｒ１５ＩＩは共振
ゼす、従って上記コンデンサの容量変化（５未小さい。

従って、可動梁１　Ｅ５　ＩＩどト）型層１３１１との
間の容量変化を検出りる回路を設（）れば、その回路の
出力から可動梁１５１１にその固有振動数に相当Ｊる振
動が加わ−）でいるかどうかを判定覆ることができる。

この容量変化の検出回路は梁構造体を右する半導体装置
に一体的に集積形成することができる。

上）ホのように、この発明に係る半導体装置は例えば振
動分析装置として使用できるもので、具体的な応用例の
一つとして、自動車エンジンのノッキング検出への応用
が考えられている。ノッキング発生時にはエンジンから
顕著に約７　Ｋ　ｆｉｚの振動が発生するが、上記可動
梁の固有振動数を約７に＋１７．にしてお【プば、この
ノッキング検出を１１なうことが【′さる。約７　Ｋ　
＋１２の固４１＋振動数を持つ可動梁は、本発明のよう
に梁祠どしＣポリシリ−１ンを使用した場合、梁の厚み
を０．５５μ■どりるど児′の長さは約３３０μｍであ
る。このように、微小イイ半導体装直に゛Ｃ機機械型気
変換器どしこのは能と周波数弁別機能を右する装置を実
現り゛ることがＣ゛きる。また他の応用例とし−Ｃは、
ｉｉＪ動梁の水甲部に垂直に１ノ１目〕る加′ａ度や遠
心力による容量変化を検出するようにして、加速度ピン
リや回転旧へ応用りることし可能である。

以上訂細に説明したように、この発明に係る県゛構造体
を有する半導体装置は、半導体単板表面に、基板と半休
導電形の拡散層あるいは導電性簿＋＋ｑにＪ、って固定
電極層を形成し、該半導体基板表面に耐アルカリ］ツチ
性の絶縁膜をコーｉ〜し、この絶縁股上の所定位置にア
ルカリエッチ性のポリシリコンからなる支持台を形成し
、この支持台の上面にＰ型不純物を高ｉ１ｉ！度に添加
した耐アルカリ土ツヂ性のポリシリコンからなる可動梁
が一体的に支持されるように構成したものである／）１
１ら、第１図および第２図に示した先行例の半導体′３
Ａ首のようにエピタキシＩｌル層が不必要で、半導体基
板もＳｉ　　（１００）塁仮に限定されず、可動梁の直
下およびその周囲がポリシリコンであり、このポリシリ
コンはアルカリエツチング液により全方向からエツチン
グが進行りることから、長さ１００μ■稈度の梁でも２
時間程度のエツチングでこれを形成することができる。

このＪ：うに短いＪツヂング時間で済むことからアルカ
リエツチング液に対して多少のエラチングレー１へを有
づるΔ℃を電極材料として容易に使用でき、また同様な
意味で安価なＰＳＧ膜を保護膜材！ｌ’３１として使用
り゛ることができる。また、可動梁の形成のためにエツ
チングの異方性を利用しでないので、つ１ハに超高精度
な基準辺を設りる必要しない。このように本発明によれ
ば、より合Ｊ！目的なブＣ１ヒスでもって安価に梁構造
体を有する半導体装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は梁４１４造体を右１゛る３１′導体装置の先ｉ
ｊ例を示づ断面図、第２図は第１図の装置にＪ３　ＬＪ
る梁形成工程を示す部分平面図、第３図はこの発明に係
る梁構造体を右Ｊる半導体装置の製迄丁稈を示す図、第
１図は第３図の工程を経て完成された本発明に係る半導
体装置の断１ｒ１ｊ図である。１１・・・・・・半導体基板１２．１２１）・・・・・・酸化膜１３、．１３ｂ・・・・・・固定電極層となる［〕型層
１４・・・・・・ポリシリコン層１５・・・・・・Ｐ型層８Ｆ１度ポリシリ」ン層１５ｈ
・・・・・・可動梁１４１１・・・・・・支持台１８・・・・・・Ａ℃配線電極特許出願人［１産自動車株式会ネ１

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体基板の表面が耐アルカリ−Ｉニッチ性の絶
縁膜で被覆され、この絶縁股上の所定位置にアルカリ土
ツヂ竹のポリシリコンからなる支持台が形成され、この
支持台の上面に１〕型不純物を高温度に添加した耐ｊフ
ルカリニＩ−ツチ性のポリシリコンからなる可動梁が一
体的に支持されていることを特徴と−する梁構造体を右
Ｊる半導体装置。