JP2002148278A - Semiconductor kinetic quantity sensor and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、梁構造の可動部
を有する半導体力学量センサに係り、例えば、加速度、
ヨーレート、振動等の力学量を検出するための半導体力
学量センサとその製造方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor dynamic quantity sensor having a movable part having a beam structure.
The present invention relates to a semiconductor dynamic quantity sensor for detecting a dynamic quantity such as a yaw rate and vibration and a method for manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】一般に、加速度センサ等の力学量センサ
の基本原理は、たわみ梁と呼ばれる梁を用いて梁に連結
した質量部(マス部)に力学量が作用した際の変位また
は力を測定することである。2. Description of the Related Art Generally, the basic principle of a dynamic quantity sensor such as an acceleration sensor is to measure displacement or force when a dynamic quantity acts on a mass (mass) connected to a beam using a beam called a flexure beam. It is to be.
【0003】近年、自動車のサスペンション制御、エア
バッグ用等に用いられる加速度センサ等の力学量センサ
の小型化、低価格化の要望が高まっている。このため、
特公平6−44008号公報にて、電極を有する梁構造
体としてポリシリコンを用いた差動容量式半導体加速度
センサが示されている。この種のセンサを図34、3
5、36を用いて説明する。図34にセンサの平面図を
示すとともに、図35に図34におけるXXXV−XX
XV断面図を、図36に図34におけるXXXVI−X
XXVI断面図を示す。In recent years, there has been an increasing demand for miniaturization and cost reduction of dynamic quantity sensors such as acceleration sensors used for suspension control of automobiles, airbags, and the like. For this reason,
Japanese Patent Publication No. 6-44008 discloses a differential capacitance type semiconductor acceleration sensor using polysilicon as a beam structure having electrodes. This type of sensor is shown in FIGS.
This will be described with reference to FIGS. FIG. 34 shows a plan view of the sensor, and FIG. 35 shows XXXV-XX in FIG.
An XV cross-sectional view is shown in FIG. 36, and XXXVI-X in FIG.
XXVI sectional drawing is shown.
【0004】シリコン基板130の上において、アンカ
ー部131から梁132が延び、この梁132にマス1
33が支持され、さらに、マス133から可動電極13
4が突設されている。一方、シリコン基板130の上に
は1つの可動電極134に対し2つの固定電極135
a,135bが対向するように配置されている。この可
動電極134と固定電極135a,135bとにより静
電容量を形成し、サーボ動作を行う。アンカー部131
と梁132とマス133と可動電極134とはポリシリ
コンで形成されており、又、マス133と可動電極13
4とはシリコン基板130より所定の間隔を隔てて配置
されている。さらに、固定電極135a,135bは端
部のアンカー部136において基板130に固定されて
いる。これらは、シリコン基板130上に表面マイクロ
マシニング技術を用いて形成したものである。On the silicon substrate 130, a beam 132 extends from the anchor portion 131, and the beam 132
33 are supported, and the movable electrode 13 is
4 are protruded. On the other hand, two fixed electrodes 135 are provided on the silicon substrate 130 for one movable electrode 134.
a, 135b are arranged to face each other. A capacitance is formed by the movable electrode 134 and the fixed electrodes 135a and 135b, and a servo operation is performed. Anchor part 131
The beam 132, the mass 133, and the movable electrode 134 are formed of polysilicon.
4 is arranged at a predetermined distance from the silicon substrate 130. Further, the fixed electrodes 135a and 135b are fixed to the substrate 130 at anchor portions 136 at the ends. These are formed on the silicon substrate 130 by using the surface micromachining technology.
【0005】検出原理を図35を用いて説明する。可動
電極134は両側の固定電極135aと135bの中心
にあり、可動電極134と固定電極135a,135b
間の静電容量C1,C2は等しい。又、可動電極134
と固定電極135a,135b間には電圧V1,V2が
印加されており、加速度が生じていないときにはV1=
V2であり、可動電極134は固定電極135aと13
5bから等しい静電気力で引かれている。ここで、加速
度が基板表面に平行な方向に作用し、可動電極134が
変位すると可動電極134と固定電極135a,135
bとの間の距離が変わり静電容量C1,C2が等しくな
くなる。このときに静電容量が等しくなるように、例え
ば可動電極134が固定電極135a側に変位したとす
ると、電圧V1が下がり、電圧V2が上がる。これによ
り静電気力で固定電極135b側に可動電極134は引
かれる。可動電極134が中心位置となり静電容量C
1,C2が等しくなれば、加速度と静電気力が等しく釣
り合っており、このときの電圧V1,V2から加速度の
大きさを求めることができる。The principle of detection will be described with reference to FIG. The movable electrode 134 is located at the center of the fixed electrodes 135a and 135b on both sides, and the movable electrode 134 and the fixed electrodes 135a and 135b
The capacitances C1 and C2 between them are equal. Also, the movable electrode 134
And fixed electrodes 135a and 135b are applied with voltages V1 and V2, and when no acceleration occurs, V1 =
V2, and the movable electrode 134 is connected to the fixed electrodes 135a and 135a.
5b with the same electrostatic force. Here, when the acceleration acts in a direction parallel to the substrate surface and the movable electrode 134 is displaced, the movable electrode 134 and the fixed electrodes 135a, 135
b and the capacitances C1 and C2 become unequal. At this time, if, for example, the movable electrode 134 is displaced toward the fixed electrode 135a so that the capacitances become equal, the voltage V1 decreases and the voltage V2 increases. Accordingly, the movable electrode 134 is pulled toward the fixed electrode 135b by the electrostatic force. The movable electrode 134 becomes the center position and the capacitance C
If C1 and C2 are equal, the acceleration and the electrostatic force are equally balanced, and the magnitude of the acceleration can be obtained from the voltages V1 and V2 at this time.
【0006】製造は、図37,38に示す工程にて行
う。図37に示すように、シリコン基板137上に犠牲
層(シリコン酸化膜)138を堆積するとともに所定領
域に開口部139を設ける。そして、この開口部139
を含む犠牲層138の上にポリシリコン薄膜140を堆
積するとともにポリシリコン薄膜140を所定の形状に
パターニングする。さらに、図38に示すように、犠牲
層138をエッチング除去してエアギャップ141を形
成しポリシリコン薄膜140よりなる梁構造体とする。[0006] Manufacturing is performed in steps shown in FIGS. As shown in FIG. 37, a sacrificial layer (silicon oxide film) 138 is deposited on a silicon substrate 137, and an opening 139 is provided in a predetermined region. The opening 139
The polysilicon thin film 140 is deposited on the sacrificial layer 138 containing, and the polysilicon thin film 140 is patterned into a predetermined shape. Further, as shown in FIG. 38, the sacrificial layer 138 is removed by etching to form an air gap 141, thereby obtaining a beam structure made of the polysilicon thin film 140.
【0007】ここで、特公平6−44008号公報に示
された加速度センサにおいては、この梁構造体に用いる
材料として多結晶シリコン薄膜を用いている。しかしな
がら、このような多結晶シリコンについては、その機械
的物性値が未知であり、単結晶シリコンに比べ機械的信
頼性に欠けるという問題がある。又、単結晶シリコン基
板上のシリコン酸化膜上に多結晶シリコンを形成する際
に発生する内部応力や応力分布による梁構造体の反りの
問題が存在する。これらの問題により梁構造体の作成が
困難になったりセンサのバネ定数が変化してしまうとい
った問題が発生している。Here, in the acceleration sensor disclosed in Japanese Patent Publication No. 6-44008, a polycrystalline silicon thin film is used as a material for the beam structure. However, such polycrystalline silicon has a problem in that its mechanical properties are unknown, and the mechanical reliability is lower than that of single crystal silicon. Further, there is a problem of warpage of the beam structure due to internal stress and stress distribution generated when polycrystalline silicon is formed on a silicon oxide film on a single crystal silicon substrate. Due to these problems, problems such as difficulty in creating a beam structure and a change in the spring constant of the sensor have occurred.
【0008】これに対して、SOI(Silicon
on Insulator)基板を用いて梁構造体とし
て単結晶シリコンを用い、これにより機械的信頼性を向
上させることができる。この種のセンサを図39,4
0,41を用いて説明する。図39にセンサの平面図を
示すとともに、図40に図39におけるXXXX−XX
XX断面図を、図41に図39におけるXXXXI−X
XXXI断面図を示す。On the other hand, SOI (Silicon)
A single crystal silicon is used as a beam structure using an on-insulator substrate, so that mechanical reliability can be improved. This type of sensor is shown in FIGS.
Description will be made using 0 and 41. FIG. 39 shows a plan view of the sensor, and FIG. 40 shows XXXX-XX in FIG.
FIG. 41 is a cross-sectional view taken along the line XX of FIG.
XXXI cross-sectional view is shown.
【0009】この加速度センサは可撓性ビーム145に
よって固定支持体146に振動質量体147が接合さ
れ、振動質量体147が移動することができる。振動質
量体147はリンをドーピングした単結晶シリコンより
なる。固定支持体146は基板148の上において電気
的に絶縁された状態で固着されている。振動質量体14
7は、互いに平行な方向に延びる可動電極149を備え
ている。これら部材145,146,147,149に
より梁構造体150が構成されている。又、可動電極1
49に対向して固定電極151,152が配置され、可
動電極149と固定電極151,152との間に静電容
量を形成している。そして、前記ビーム145が基板1
48の表面に平行な方向(図39中のY軸方向)に変位
すると可動電極149が変位し、これにより静電容量が
変化する。In this acceleration sensor, a vibrating mass 147 is joined to a fixed support 146 by a flexible beam 145, and the vibrating mass 147 can move. The vibrating mass 147 is made of single crystal silicon doped with phosphorus. The fixed support 146 is fixed on the substrate 148 in an electrically insulated state. Vibrating mass 14
7 has a movable electrode 149 extending in a direction parallel to each other. These members 145, 146, 147, and 149 constitute a beam structure 150. Also, movable electrode 1
Fixed electrodes 151 and 152 are arranged to face 49, and a capacitance is formed between movable electrode 149 and fixed electrodes 151 and 152. The beam 145 is applied to the substrate 1
When the movable electrode 149 is displaced in a direction (Y-axis direction in FIG. 39) parallel to the surface of the movable electrode 148, the capacitance changes.
【0010】次に、この加速度センサの製造方法を、図
42〜図46を用いて説明する。まず、図42に示すよ
うに、基板148上にSIMOX層を形成するために、
酸素イオン(O+またはO2 +)を単結晶シリコン基板1
48に対し100keV〜1000keVで1016〜1
018dose/cm2注入し、1150℃〜1400℃
で熱処理する。これによりシリコン酸化膜層153の厚
さが400nm程度、表面シリコン層154の厚さが1
50nm程度のSOI基板が形成される。その後、図4
3に示すように、フォトリソグラフィを経てシリコン層
154及びシリコン酸化膜層153の一部をエッチング
する。さらに、図44に示すように、エピタキシャル成
長により単結晶シリコン層155を1μm〜100μm
(通常10〜20μm)を成膜する。次いで、図45に
示すように、測定回路との接続のための金属からなる電
極156を成膜した後、フォトリソグラフィを経て所定
の電極形状にする。さらに、図46に示すように、シリ
コン層155に対し反応性気相ドライエッチング等を行
い固定電極151,152、可動電極149等を形成す
る。最後に、HF等による液相エッチングより酸化膜層
153をエッチング除去して梁構造体を可動とする。Next, a method of manufacturing the acceleration sensor will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 42, in order to form a SIMOX layer on a substrate 148,
Oxygen ion (O + or O 2 + ) is added to single crystal silicon substrate 1
10 16 to 1 at 100 keV to 1000 keV for 48
0 18 dose / cm 2 is implanted, and 1150 ° C. to 1400 ° C.
Heat treatment. Thus, the thickness of the silicon oxide film layer 153 is about 400 nm, and the thickness of the surface silicon layer 154 is 1
An SOI substrate of about 50 nm is formed. Then, FIG.
As shown in FIG. 3, the silicon layer 154 and a part of the silicon oxide film layer 153 are etched through photolithography. Further, as shown in FIG. 44, single-crystal silicon layer 155 is formed to a thickness of 1 μm to 100 μm by epitaxial growth.
(Typically 10 to 20 μm). Next, as shown in FIG. 45, after forming an electrode 156 made of a metal for connection to a measurement circuit, the electrode 156 is formed into a predetermined electrode shape through photolithography. Further, as shown in FIG. 46, reactive gas phase dry etching or the like is performed on the silicon layer 155 to form fixed electrodes 151 and 152, a movable electrode 149, and the like. Finally, the oxide film layer 153 is removed by liquid phase etching using HF or the like to make the beam structure movable.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このエ
ッチング工程において、梁構造体である可動電極149
等と基板148との間にエッチング液が残り、両者が固
着してしまうという問題がある。However, in this etching step, the movable electrode 149, which is a beam structure, is used.
There is a problem that the etchant remains between the substrate and the substrate 148 and the like, and both are fixed.
【0012】そこで、この発明の目的は、基板の上に梁
構造体を形成した半導体力学量センサにおいて、梁構造
体形成時に、梁構造体と基板とが固着するのを防止する
ことがきでる半導体力学量センサを提供することにあ
る。An object of the present invention is to provide a semiconductor dynamic quantity sensor having a beam structure formed on a substrate, which can prevent the beam structure from being fixed to the substrate when the beam structure is formed. It is to provide a physical quantity sensor.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、基板と、半導体材料よりなり、基板の上面において
所定間隔を隔てた位置に配置され、力学量により変位す
る作用力を受ける梁構造体と、基板の上面に固定され、
梁構造体の少なくともその一部に対向して配置された固
定電極とを備えた半導体力学量センサであって、基板の
上面部であって、梁構造体の下部に相当する部分に、突
起を形成したことを特徴としている。According to a first aspect of the present invention, there is provided a beam comprising a substrate and a semiconductor material, the beam being disposed at a predetermined interval on an upper surface of the substrate and receiving an acting force displaced by a mechanical quantity. Fixed to the structure and the top surface of the substrate,
A semiconductor dynamic quantity sensor including a fixed electrode disposed so as to face at least a part of the beam structure, wherein a projection is formed on a portion corresponding to a lower portion of the beam structure on an upper surface of the substrate. It is characterized by being formed.
【0014】このように、梁構造体の下部に突起を形成
したことにより、梁構造体の形成時に梁構造体と基板と
の付着面積が小さくなり、両者間の固着を防止すること
ができる。Since the projections are formed at the lower portion of the beam structure as described above, the area of attachment between the beam structure and the substrate during the formation of the beam structure is reduced, and the adhesion between the two can be prevented.
【0015】請求項2に記載の発明は、梁構造体は、単
結晶シリコンよりなることを特徴としている。このよう
に梁構造体の材料としてヤング率との物性値が既知で脆
性材料である単結晶シリコンを用いることにより、梁構
造体の信頼性を高くすることができる。According to a second aspect of the present invention, the beam structure is made of single crystal silicon. By using single-crystal silicon, which is a brittle material whose physical properties such as Young's modulus are known, as the material of the beam structure, the reliability of the beam structure can be increased.
【0016】[0016]
【発明の実施の形態】(第1の実施の形態)以下、この
発明の第1の実施の形態を図面を用いて説明する。本実
施の形態においては、半導体加速度センサに適用してい
る。より詳しくは、サーボ制御式の差動容量型半導体力
学量センサに適用している。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the present embodiment, the present invention is applied to a semiconductor acceleration sensor. More specifically, the present invention is applied to a servo-controlled differential capacitive semiconductor dynamic quantity sensor.
【0017】図1は本実施の形態に係る半導体加速度セ
ンサの平面図であり、図2は図1におけるII−II断
面図、図3は図1におけるIII−III断面図、図4
は図1におけるIV−IV断面図、図5は図1における
V−V断面図である。FIG. 1 is a plan view of a semiconductor acceleration sensor according to the present embodiment, FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG. 1, FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG.
1 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 1, and FIG. 5 is a sectional view taken along line VV in FIG.
【0018】図1,図2において、基板1の上面には、
単結晶シリコン(単結晶半導体材料)よりなる梁構造体
2が配置されている。梁構造体2は、基板1側から突出
する4つのアンカー部3a,3b,3c,3dにより架
設されており、基板1の上面において所定間隔を隔てた
位置に配置されている。アンカー部3a,3b,3c,
3dはポリシリコン薄膜よりなる。アンカー部3aとア
ンカー部3bとの間に梁部4が架設されるとともに、ア
ンカー部3cとアンカー部3dとの間に梁部5が架設さ
れている。梁部4と梁部5との間において長方形状をな
す質量部(マス部)6が架設されている。質量部6には
上下に貫通する透孔6aが設けられ、この透孔6aによ
り犠牲層エッチングの際のエッチング液が進入し易くな
る。さらに、質量部6における一方の側面(図1におい
ては左側面)からは4つの可動電極7a,7b,7c,
7dが突出している。この可動電極7a,7b,7c,
7dは棒状をなし、等間隔をおいて平行に延びている。
又、質量部6における他方の側面(図1においては右側
面)からは4つの可動電極8a,8b,8c,8dが突
出している。この可動電極8a,8b,8c,8dは棒
状をなし、等間隔をおいて平行に延びている。ここで、
梁部4,5、質量部6、可動電極7a〜7d,8a〜8
dは犠牲層酸化膜37の一部をエッチング除去すること
により可動となっている。このエッチング領域を図1に
おいてZ1にて示す。1 and 2, on the upper surface of the substrate 1,
A beam structure 2 made of single crystal silicon (single crystal semiconductor material) is arranged. The beam structure 2 is bridged by four anchor portions 3a, 3b, 3c, 3d protruding from the substrate 1 side, and is arranged at a predetermined interval on the upper surface of the substrate 1. Anchor parts 3a, 3b, 3c,
3d is made of a polysilicon thin film. A beam 4 is provided between the anchors 3a and 3b, and a beam 5 is provided between the anchors 3c and 3d. A rectangular mass part (mass part) 6 is provided between the beam part 4 and the beam part 5. The mass part 6 is provided with a through-hole 6a penetrating vertically, and the through-hole 6a makes it easier for the etchant in the sacrificial layer etching to enter. Further, four movable electrodes 7 a, 7 b, 7 c, from one side surface (left side surface in FIG. 1) of the mass portion 6.
7d protrudes. These movable electrodes 7a, 7b, 7c,
7d has a rod shape and extends in parallel at equal intervals.
Further, four movable electrodes 8a, 8b, 8c, 8d protrude from the other side surface (the right side surface in FIG. 1) of the mass portion 6. The movable electrodes 8a, 8b, 8c, 8d are rod-shaped and extend in parallel at equal intervals. here,
Beam parts 4, 5, mass part 6, movable electrodes 7a to 7d, 8a to 8
d is movable by etching and removing a part of the sacrifice layer oxide film 37. This etching region is indicated by Z1 in FIG.
【0019】このように、梁構造体2は2つの櫛歯状の
可動電極を有している。前記基板1の上面には4つの第
1の固定電極9a,9b,9c,9dが固定され、この
固定電極9a〜9dは単結晶シリコンよりなる。第1の
固定電極9a〜9dは基板1側から突出するアンカー部
10a,10b,10c,10dにより支持されてお
り、梁構造体2の各可動電極(棒状部)7a〜7dの一
方の側面に対向して配置されている。又、基板1の上面
には4つの第2の固定電極11a,11b,11c,1
1dが固定され、この固定電極11a〜11dは単結晶
シリコンよりなる。第2の固定電極11a〜11dは基
板1側から突出するアンカー部12a,12b,12
c,12dにより支持されており、梁構造体2の各可動
電極(棒状部)7a〜7dの他方の側面に対向して配置
されている。As described above, the beam structure 2 has two comb-shaped movable electrodes. Four first fixed electrodes 9a, 9b, 9c, 9d are fixed on the upper surface of the substrate 1, and the fixed electrodes 9a to 9d are made of single crystal silicon. The first fixed electrodes 9a to 9d are supported by anchor portions 10a, 10b, 10c, and 10d protruding from the substrate 1 side, and are provided on one side surface of each movable electrode (bar-shaped portion) 7a to 7d of the beam structure 2. They are arranged facing each other. On the upper surface of the substrate 1, four second fixed electrodes 11a, 11b, 11c, 1
1d is fixed, and the fixed electrodes 11a to 11d are made of single crystal silicon. The second fixed electrodes 11a to 11d are anchor portions 12a, 12b, 12 protruding from the substrate 1 side.
The movable electrodes (bar-shaped portions) 7 a to 7 d of the beam structure 2 are arranged so as to face each other.
【0020】同様に、基板1の上面には第1の固定電極
13a,13b,13c,13dおよび第2の固定電極
15a,15b,15c,15dが固定され、この固定
電極13a〜13dおよび15a〜15dは単結晶シリ
コンよりなる。第1の固定電極13a〜13dはアンカ
ー部14a,14b,14c,14dにより支持され、
かつ、梁構造体2の各可動電極(棒状部)8a〜8dの
一方の側面に対向して配置されている。又、第2の固定
電極15a〜15dはアンカー部16a,16b,16
c,16dにより支持され、かつ、梁構造体2の各可動
電極(棒状部)8a〜8dの他方の側面に対向して配置
されている。Similarly, a first fixed electrode 13a, 13b, 13c, 13d and a second fixed electrode 15a, 15b, 15c, 15d are fixed on the upper surface of the substrate 1, and the fixed electrodes 13a to 13d and 15a to 15d are fixed. 15d is made of single crystal silicon. The first fixed electrodes 13a to 13d are supported by anchor portions 14a, 14b, 14c, 14d,
Further, the movable electrodes (bar-shaped portions) 8a to 8d of the beam structure 2 are arranged to face one side surface. Further, the second fixed electrodes 15a to 15d are connected to the anchor portions 16a, 16b, 16
The movable electrodes (bar-shaped portions) 8a to 8d of the beam structure 2 are supported by c and 16d, and are arranged opposite to the other side surfaces.
【0021】前記基板1は、図2に示すように、シリコ
ン基板(半導体基板)17の上に、下層側絶縁体薄膜1
8と導電性薄膜19と上層側絶縁体薄膜20とを積層し
た構成となっている。つまり、シリコン基板17の上面
部に、下層側絶縁体薄膜18と導電性薄膜19と上層側
絶縁体薄膜20との積層体21を配置した構造となって
おり、導電性薄膜19が絶縁体薄膜18,20の内部に
埋め込まれた構成となっている。下層側絶縁体薄膜18
はシリコン酸化膜よりなり、上層側絶縁体薄膜20はシ
リコン窒化膜よりなり、CVD法等により形成されたも
のである。又、導電性薄膜19はリン等の不純物をドー
ピングしたポリシリコン薄膜よりなる。As shown in FIG. 2, the substrate 1 is provided on a silicon substrate (semiconductor substrate) 17 on a lower insulating thin film 1.
8, a conductive thin film 19, and an upper insulator thin film 20. That is, the laminated body 21 of the lower insulating thin film 18, the conductive thin film 19, and the upper insulating thin film 20 is arranged on the upper surface of the silicon substrate 17. It is configured to be embedded inside 18, 20. Lower insulating film 18
Is a silicon oxide film, and the upper insulating thin film 20 is a silicon nitride film formed by a CVD method or the like. The conductive thin film 19 is made of a polysilicon thin film doped with an impurity such as phosphorus.
【0022】導電性薄膜19により、図1に示す4つの
配線パターン22,23,24,25が形成されるとと
もに、下部電極(静電気力相殺用固定電極)26が形成
されている。配線パターン22は第1の固定電極9a,
9b,9c,9dの配線であり、図1に示すように帯状
をなし、かつ、L字状に延設されている。配線パターン
23は第2の固定電極11a,11b,11c,11d
の配線パターンであり、図1に示すように帯状をなし、
かつ、L字状に延設されている。同様に、配線パターン
24は第1の固定電極13a,13b,13c,13d
の配線であり、配線パターン25は第2の固定電極15
a,15b,15c,15dの配線であり、図1に示す
ように帯状をなし、かつ、L字状に延設されている。下
部電極26は基板1の上面部における梁構造体2と対向
する領域に形成されている。The conductive thin film 19 forms the four wiring patterns 22, 23, 24 and 25 shown in FIG. 1 and also forms the lower electrode (fixed electrode for canceling electrostatic force) 26. The wiring pattern 22 includes the first fixed electrode 9a,
The wirings 9b, 9c, and 9d are formed in a band shape as shown in FIG. 1 and extend in an L-shape. The wiring pattern 23 includes the second fixed electrodes 11a, 11b, 11c, 11d.
Wiring pattern as shown in FIG.
And it is extended in L shape. Similarly, the wiring pattern 24 includes the first fixed electrodes 13a, 13b, 13c, 13d.
And the wiring pattern 25 is the second fixed electrode 15
The wires a, 15b, 15c, and 15d are formed in a band shape as shown in FIG. 1 and extend in an L-shape. The lower electrode 26 is formed in a region on the upper surface of the substrate 1 facing the beam structure 2.
【0023】そして、梁構造体2の可動電極(棒状部)
7a〜7dと第1の固定電極9a〜9dとの間に第1の
コンデンサが、又、梁構造体2の可動電極(棒状部)7
a〜7dと第2の固定電極11a〜11dとの間に第2
のコンデンサが形成される。同様に、梁構造体2の可動
電極(棒状部)8a〜8dと第1の固定電極13a〜1
3dとの間に第1のコンデンサが、又、梁構造体2の可
動電極(棒状部)8a〜8dと第2の固定電極15a〜
15dとの間に第2のコンデンサが形成される。Then, the movable electrode (rod portion) of the beam structure 2
The first capacitor is provided between the first fixed electrodes 9a to 9d and the first fixed electrodes 9a to 9d.
a to 7d and the second fixed electrodes 11a to 11d
Is formed. Similarly, the movable electrodes (rod portions) 8a to 8d of the beam structure 2 and the first fixed electrodes 13a to 1
3d, the first capacitor, the movable electrodes (bar-shaped portions) 8a to 8d of the beam structure 2 and the second fixed electrodes 15a to 15d.
15d, a second capacitor is formed.
【0024】又、基板1の上面には、単結晶シリコンよ
りなる電極取出部27a,27b,27c,27dが形
成され、電極取出部27a,27b,27c,27dは
基板1から突出するアンカー部28a,28b,28
c,28dにより支持されている。On the upper surface of the substrate 1, electrode extraction portions 27a, 27b, 27c, 27d made of single crystal silicon are formed, and the electrode extraction portions 27a, 27b, 27c, 27d are anchor portions 28a protruding from the substrate 1. , 28b, 28
c, 28d.
【0025】図3に示すように、上層側絶縁体薄膜20
には開口部29a,29b,29c,29dおよび30
が形成され、開口部29a,29b,29c,29d内
に前述のアンカー部(不純物ドープトポリシリコン)1
0a〜10dが配置されている。又、開口部30内には
アンカー部(不純物ドープトポリシリコン)28aが配
置されている。よって、開口部29a〜29dおよびア
ンカー部(不純物ドープトポリシリコン)10a〜10
dを通して配線パターン22と第1の固定電極9a〜9
dが電気的に接続されるとともに、開口部30およびア
ンカー部(不純物ドープトポリシリコン)28aを通し
て配線パターン22と電極取出部27aが電気的に接続
されている。As shown in FIG. 3, as shown in FIG.
Have openings 29a, 29b, 29c, 29d and 30
Is formed, and the above-described anchor portion (impurity-doped polysilicon) 1 is formed in the openings 29a, 29b, 29c, and 29d.
0a to 10d are arranged. Further, an anchor portion (impurity-doped polysilicon) 28a is disposed in the opening 30. Therefore, openings 29a to 29d and anchor portions (impurity-doped polysilicon) 10a to 10d
d through the wiring pattern 22 and the first fixed electrodes 9a to 9
d is electrically connected, and the wiring pattern 22 and the electrode extraction portion 27a are electrically connected through the opening 30 and the anchor portion (impurity-doped polysilicon) 28a.
【0026】図4に示すように、上層側絶縁体薄膜20
には開口部31a,31b,31c,31d、32が形
成されている。開口部31a〜31d内には前述のアン
カー部(不純物ドープトポリシリコン)12a〜12d
が、又、開口部32内に前述のアンカー部28cが配置
されている。よって、開口部31a〜31dおよびアン
カー部(不純物ドープトポリシリコン)12a〜12d
を通して配線パターン23と第2の固定電極11a〜1
1dが電気的に接続されるとともに、開口部32および
アンカー部(不純物ドープトポリシリコン)28cを通
して配線パターン23と電極取出部27cが電気的に接
続されている。As shown in FIG. 4, as shown in FIG.
Are formed with openings 31a, 31b, 31c, 31d, 32. The anchor portions (impurity-doped polysilicon) 12a to 12d are provided in the openings 31a to 31d.
However, the above-described anchor portion 28c is disposed in the opening portion 32. Therefore, the openings 31a to 31d and the anchors (impurity-doped polysilicon) 12a to 12d
Through the wiring pattern 23 and the second fixed electrodes 11a to 11a
1d is electrically connected, and the wiring pattern 23 and the electrode extraction portion 27c are electrically connected through the opening 32 and the anchor portion (impurity-doped polysilicon) 28c.
【0027】同様に、上層側絶縁体薄膜20における開
口部(図示略)および前記第1の固定電極のアンカー部
14a〜14dを通して第1の固定電極の配線パターン
24と第1の固定電極13a〜13dが電気的に接続さ
れるとともに、アンカー部28bを通して配線パターン
24と電極取出部27bが電気的に接続されている。
又、上層側絶縁体薄膜20における開口部(図示略)お
よび前記第2の固定電極のアンカー部16a〜16dを
通して第2の固定電極の配線パターン25と第2の固定
電極15a〜15dが電気的に接続されるとともに、ア
ンカー部28dを通して配線パターン25と電極取出部
27dが電気的に接続されている。Similarly, the wiring pattern 24 of the first fixed electrode and the first fixed electrodes 13a to 13d through the openings (not shown) in the upper insulating thin film 20 and the anchor portions 14a to 14d of the first fixed electrode. 13d is electrically connected, and the wiring pattern 24 and the electrode extraction portion 27b are electrically connected through the anchor portion 28b.
Further, the wiring pattern 25 of the second fixed electrode and the second fixed electrodes 15a to 15d are electrically connected to each other through an opening (not shown) in the upper insulating thin film 20 and the anchor portions 16a to 16d of the second fixed electrode. And the wiring pattern 25 and the electrode extraction portion 27d are electrically connected through the anchor portion 28d.
【0028】又、図2に示すように、上層側絶縁体薄膜
20には開口部33が形成され、開口部33内に前述の
アンカー部(不純物ドープトポリシリコン)3a〜3d
が配置されている。よって、梁構造体のアンカー部3a
〜3dを通して下部電極26と梁構造体2とが電気的に
接続されている。As shown in FIG. 2, an opening 33 is formed in the upper insulating thin film 20, and the above-mentioned anchor portions (impurity-doped polysilicon) 3a to 3d are formed in the opening 33.
Is arranged. Therefore, the anchor portion 3a of the beam structure
3d, the lower electrode 26 and the beam structure 2 are electrically connected.
【0029】このように、基板1は、ポリシリコンより
なる配線パターン22〜25および下部電極26をSO
I層の下に埋め込んだ構成となっており、この構造は、
表面マイクロマシニング技術を用いて形成したものであ
る。As described above, the substrate 1 is provided with the wiring patterns 22 to 25 and the lower electrode 26 made of polysilicon.
The structure is embedded under the I layer.
It is formed using a surface micromachining technique.
【0030】一方、図1,2に示すように、シリコン基
板(半導体基板)17のアンカー部3aの上方にはアル
ミ薄膜よりなる電極(ボンディングパッド)34が設け
られている。又、図1,3,4に示すように、電極取出
部27a,27b,27c,27dの上面にはアルミ薄
膜よりなる電極(ボンディングパッド)35a,35
b,35c,35dがそれぞれ設けられている。尚、電
極取出部27a〜27dの上面には層間絶縁膜38及び
シリコン窒化膜36が形成されている。この膜38,3
6は、図1においてZ1以外の領域に形成されている。On the other hand, as shown in FIGS. 1 and 2, an electrode (bonding pad) 34 made of an aluminum thin film is provided above the anchor portion 3a of the silicon substrate (semiconductor substrate) 17. As shown in FIGS. 1, 3, and 4, electrodes (bonding pads) 35a and 35 made of an aluminum thin film are provided on the upper surfaces of the electrode extraction portions 27a, 27b, 27c, and 27d.
b, 35c and 35d are provided respectively. Note that an interlayer insulating film 38 and a silicon nitride film 36 are formed on the upper surfaces of the electrode extraction portions 27a to 27d. This film 38,3
6 is formed in a region other than Z1 in FIG.
【0031】そして、梁構造体2の可動電極7a〜7d
と第1の固定電極9a〜9dとの間に形成された第1の
コンデンサの容量(および可動電極8a〜8dと第1の
固定電極13a〜13dとの間に形成される第1のコン
デンサの容量)、および、梁構造体2の可動電極7a〜
7dと第2の固定電極11a〜11dとの間に形成され
た第2のコンデンサの容量(および可動電極8a〜8d
と第2の固定電極15a〜15dとの間に形成される第
2のコンデンサの容量)に基づいて梁構造体2に作用す
る加速度を検出することができるようになっている。よ
り詳しくは、可動電極と固定電極とにより2つの差動型
静電容量を形成し、2つの容量が等しくなるようにサー
ボ動作を行う。The movable electrodes 7a to 7d of the beam structure 2
And the capacitance of the first capacitor formed between the first fixed electrodes 9a to 9d (and the capacitance of the first capacitor formed between the movable electrodes 8a to 8d and the first fixed electrodes 13a to 13d). Capacity), and the movable electrodes 7 a to 7 b of the beam structure 2.
7d and the capacitance of the second capacitor formed between the second fixed electrodes 11a to 11d (and the movable electrodes 8a to 8d).
The acceleration acting on the beam structure 2 can be detected based on the capacitance of the second capacitor formed between the first fixed electrode 15a and the second fixed electrodes 15a to 15d. More specifically, two differential capacitances are formed by the movable electrode and the fixed electrode, and the servo operation is performed so that the two capacitances become equal.
【0032】又、梁構造体2と下部電極26とを等電位
にすることにより梁構造体2と基板1との間に生じる静
電気力を相殺する。つまり、下部電極26はアンカー部
3a〜3dを通して梁部4,5および質量部6と結合さ
れているため電気的に等電位であり、梁部4,5および
質量部6が静電気力により基板1に付着することが防止
できる。即ち、梁構造体2はシリコン基板17に対して
絶縁されているため、梁構造体2とシリコン基板17間
のわずかな電位差によっても梁構造体2が基板17側に
付着しようとするが、それを防止することができる。Further, by making the potential of the beam structure 2 and the lower electrode 26 equal, the electrostatic force generated between the beam structure 2 and the substrate 1 is canceled. That is, since the lower electrode 26 is electrically connected to the beams 4, 5 and the mass 6 through the anchors 3a to 3d, the lower electrode 26 is electrically equipotential. Can be prevented. That is, since the beam structure 2 is insulated from the silicon substrate 17, the beam structure 2 tends to adhere to the substrate 17 even with a slight potential difference between the beam structure 2 and the silicon substrate 17. Can be prevented.
【0033】以上のように絶縁体分離された配線パター
ン22〜25と下部電極26を用いることで、アルミ電
極(ボンディングパッド)34,35a〜35dを基板
表面から取り出すことができ、加速度センサの製造プロ
セスを容易にすることが可能となる。By using the wiring patterns 22 to 25 and the lower electrode 26 separated from the insulator as described above, the aluminum electrodes (bonding pads) 34 and 35 a to 35 d can be taken out from the substrate surface, and the acceleration sensor can be manufactured. The process can be facilitated.
【0034】次に、この加速度センサの検出原理を図1
を用いて説明する。可動電極7a〜7d(8a〜8d)
は両側の固定電極9a〜9d(13a〜13d)と11
a〜11d(15a〜15d)の中心に位置し、可動電
極と固定電極間の静電容量C1,C2は等しい。又、可
動電極7a〜7d(8a〜8d)と固定電極9a〜9d
(13a〜13d)間には電圧V1が、可動電極7a〜
7d(8a〜8d)と固定電極11a〜11d(15a
〜15d)間には電圧V2が印加されている。そして、
加速度が生じていないときにはV1=V2であり、可動
電極7a〜7d(8a〜8d)は固定電極9a〜9d
(13a〜13d)と11a〜11d(15a〜15
d)から等しい静電気力で引かれている。ここで、加速
度が基板表面に平行な方向に作用し、可動電極7a〜7
d(8a〜8d)が変位すると可動電極と固定電極との
間の距離が変わり静電容量C1,C2が等しくなくな
る。このときに静電気力が等しくなるように、例えば可
動電極7a〜7d(8a〜8d)が固定電極9a〜9d
(13a〜13d)側に変位したとすると、電圧V1が
下がり、電圧V2が上がる。これにより静電気力で固定
電極11a〜11d(15a〜15d)側に可動電極7
a〜7d(8a〜8d)は引かれる。可動電極7a〜7
d(8a〜8d)が中心位置に戻り静電容量C1,C2
が等しくなれば、加速度と静電気力が等しく釣り合って
おり、このときの電圧V1,V2から加速度の大きさを
求めることができる。Next, the detection principle of this acceleration sensor is shown in FIG.
This will be described with reference to FIG. Movable electrodes 7a to 7d (8a to 8d)
Are fixed electrodes 9a to 9d (13a to 13d) and 11 on both sides.
Located at the centers of a to 11d (15a to 15d), the capacitances C1 and C2 between the movable electrode and the fixed electrode are equal. The movable electrodes 7a to 7d (8a to 8d) and the fixed electrodes 9a to 9d
The voltage V1 is applied between the movable electrodes 7a to 13d.
7d (8a to 8d) and fixed electrodes 11a to 11d (15a
To 15d), the voltage V2 is applied. And
When no acceleration occurs, V1 = V2, and the movable electrodes 7a to 7d (8a to 8d) are fixed electrodes 9a to 9d.
(13a-13d) and 11a-11d (15a-15
d) with the same electrostatic force. Here, the acceleration acts in a direction parallel to the substrate surface, and the movable electrodes 7a to 7a
When d (8a to 8d) is displaced, the distance between the movable electrode and the fixed electrode changes, and the capacitances C1 and C2 become unequal. At this time, for example, the movable electrodes 7a to 7d (8a to 8d) are fixed electrodes 9a to 9d so that the electrostatic force becomes equal.
If it is displaced to the (13a to 13d) side, the voltage V1 decreases and the voltage V2 increases. As a result, the movable electrode 7 is moved to the fixed electrodes 11a to 11d (15a to 15d) by electrostatic force.
a to 7d (8a to 8d) are subtracted. Movable electrodes 7a to 7
d (8a to 8d) returns to the center position and the capacitances C1, C2
Are equal, the acceleration and the electrostatic force are equally balanced, and the magnitude of the acceleration can be obtained from the voltages V1 and V2 at this time.
【0035】このように、第1のコンデンサと第2のコ
ンデンサにおいて、力学量の作用による変位に対して、
可動電極が変位しないように第1と第2のコンデンサを
形成している固定電極の電圧を制御し、その電圧の変化
で加速度を検出する。As described above, in the first capacitor and the second capacitor, the displacement caused by the action of the mechanical quantity is
The voltage of the fixed electrode forming the first and second capacitors is controlled so that the movable electrode is not displaced, and the acceleration is detected based on the change in the voltage.
【0036】次に、この加速度センサの製造工程を図6
〜16を用いて説明する。尚、図6〜16は、図1にお
けるA−A断面での製造工程を示す概略断面図である。
まず、図6に示すように、第1の半導体基板としての単
結晶シリコン基板40を用意し、シリコン基板40に犠
牲層用薄膜としてのシリコン酸化膜41を熱酸化、CV
D法等により成膜する。そして、図7に示すように、シ
リコン酸化膜41に対しフォトリソグラフィを経て一部
エッチングして凹部42を形成する。さらに、表面の凹
凸を増大させるためと犠牲層エッチング時のエッチング
ストッパとなるシリコン窒化膜(第1の絶縁体薄膜)4
3を成膜する。その後、シリコン酸化膜41とシリコン
窒化膜43との積層体に対してフォトリソグラフィを経
てドライエッチング等によりアンカー部形成領域に開口
部44a,44b,44cを形成する。この開口部44
a〜44cは、梁構造体と基板(下部電極)とを接続す
るため、および、固定電極(及び電極取出部)と配線パ
ターンとを接続するためのものである。Next, the manufacturing process of this acceleration sensor is shown in FIG.
This will be described with reference to FIGS. 6 to 16 are schematic cross-sectional views showing the manufacturing process along the AA cross section in FIG.
First, as shown in FIG. 6, a single-crystal silicon substrate 40 as a first semiconductor substrate is prepared, and a silicon oxide film 41 as a thin film for a sacrificial layer is thermally oxidized on the silicon substrate 40 by CV.
The film is formed by the method D or the like. Then, as shown in FIG. 7, the silicon oxide film 41 is partially etched through photolithography to form a concave portion 42. Further, a silicon nitride film (first insulating thin film) 4 which serves as an etching stopper for increasing surface irregularities and for etching the sacrificial layer 4
3 is formed. Thereafter, openings 44a, 44b, and 44c are formed in the anchor portion forming region by dry etching or the like through photolithography on the stacked body of the silicon oxide film 41 and the silicon nitride film 43. This opening 44
Reference numerals a to 44c are for connecting the beam structure and the substrate (lower electrode) and for connecting the fixed electrode (and the electrode extraction portion) to the wiring pattern.
【0037】引き続き、図8に示すように、開口部44
a〜44cを含むシリコン窒化膜43上に導電性薄膜と
なるポリシリコン薄膜45を成膜し、その後、リン拡散
等により不純物を導入し、フォトリソグラフィを経てシ
リコン窒化膜43上の所定領域に配線パターン45aと
下部電極45bとアンカー部45cを形成する。さら
に、図9に示すように、ポリシリコン薄膜(45)の上
を含むシリコン窒化膜43上に第2の絶縁体薄膜として
のシリコン酸化膜46をCVD法等により成膜する。Subsequently, as shown in FIG.
A polysilicon thin film 45 serving as a conductive thin film is formed on the silicon nitride film 43 including the layers a to 44c, and then impurities are introduced by phosphorus diffusion or the like, and a wiring is formed in a predetermined region on the silicon nitride film 43 through photolithography. The pattern 45a, the lower electrode 45b, and the anchor 45c are formed. Further, as shown in FIG. 9, a silicon oxide film 46 as a second insulator thin film is formed on the silicon nitride film 43 including the polysilicon thin film (45) by a CVD method or the like.
【0038】さらに、図10に示すように、シリコン酸
化膜46の上に貼合用薄膜としてのポリシリコン薄膜4
7を成膜し、ポリシリコン薄膜47に対し貼り合わせの
ために表面を機械的研磨等により平坦化する。Further, as shown in FIG. 10, a polysilicon thin film 4 as a bonding thin film is formed on the silicon oxide film 46.
7 is formed, and its surface is flattened by mechanical polishing or the like for bonding to the polysilicon thin film 47.
【0039】そして、図11に示すように、シリコン基
板40とは別の単結晶シリコン基板(支持基板)48を
用意し、ポリシリコン薄膜47の表面と第2の半導体基
板としてのシリコン基板48とを貼り合わせる。Then, as shown in FIG. 11, a single crystal silicon substrate (supporting substrate) 48 different from the silicon substrate 40 is prepared, and the surface of the polysilicon thin film 47 and the silicon substrate 48 as the second semiconductor substrate are formed. Paste.
【0040】さらに、図12に示すように、シリコン基
板40,48を表裏逆にして、シリコン基板40側を機
械的研磨等を行い所望の厚さ(例えば1〜2μm)まで
薄膜化する。その後、シリコン基板40に対しフォトリ
ソ技術を用いてトレンチエッチングにより一定の幅で溝
を掘り、さらにその後に、梁構造体を形成するための溝
パターン49を形成する。このように、シリコン基板4
0における不要領域(49)を除去して所望の形状にす
る。又、ここで、シリコン基板40に対し後に静電容量
を検出するための電極とするためにリン拡散等により不
純物を導入する。Further, as shown in FIG. 12, the silicon substrates 40 and 48 are turned upside down, and the silicon substrate 40 is thinned to a desired thickness (eg, 1 to 2 μm) by mechanical polishing or the like. Thereafter, a groove is dug in the silicon substrate 40 with a constant width by trench etching using a photolithography technique, and thereafter, a groove pattern 49 for forming a beam structure is formed. Thus, the silicon substrate 4
The unnecessary area (49) at 0 is removed to obtain a desired shape. Here, an impurity is introduced into the silicon substrate 40 by phosphorus diffusion or the like in order to use the silicon substrate 40 as an electrode for detecting capacitance later.
【0041】この工程(シリコン基板40における不要
領域を除去して所望の形状にする工程)において、ステ
ッパの下部パターン分解能を満たす程度にシリコン基板
40が薄い(例えば1〜2μm)ものであるので、シリ
コン基板40の下でのシリコン酸化膜41の開口部(図
7の44a〜44c)の形状を透視することができ、フ
ォトマスク合わせを正確に行うことができる。In this step (the step of removing unnecessary regions in the silicon substrate 40 to obtain a desired shape), the silicon substrate 40 is thin (for example, 1 to 2 μm) so as to satisfy the lower pattern resolution of the stepper. The shape of the openings (44a to 44c in FIG. 7) of the silicon oxide film 41 under the silicon substrate 40 can be seen through, and photomask alignment can be performed accurately.
【0042】この後、図13に示すように、シリコン酸
化膜50をCVD法等により成膜し、ドライエッチング
等によりエッチバックを行い基板表面を平坦化する。さ
らに、図14に示すように、層間絶縁膜51を成膜し、
フォトリソグラフィを経てドライエッチング等によりコ
ンタクトホール52を形成する。そして、層間絶縁膜5
1の上の所定領域にシリコン窒化膜76を形成する。Thereafter, as shown in FIG. 13, a silicon oxide film 50 is formed by a CVD method or the like, and is etched back by dry etching or the like to flatten the substrate surface. Further, as shown in FIG. 14, an interlayer insulating film 51 is formed,
A contact hole 52 is formed by dry etching or the like after photolithography. Then, the interlayer insulating film 5
Then, a silicon nitride film 76 is formed in a predetermined region on top of the first region.
【0043】さらに、図15に示すように、アルミ電極
53を成膜・フォトリソグラフィを経て形成し、その
後、パッシベーション膜54を成膜・フォトリソグラフ
ィを経て形成する。Further, as shown in FIG. 15, an aluminum electrode 53 is formed through film formation and photolithography, and then a passivation film 54 is formed through film formation and photolithography.
【0044】最後に、図16に示すように、HF系のエ
ッチング液によりシリコン酸化膜41,50をエッチン
グ除去し、可動電極部55等を有する梁構造体56を可
動とする。つまり、エッチング液を用いた犠牲層エッチ
ングにより所定領域のシリコン酸化膜41を除去してシ
リコン基板40を可動構造とする。この際、エッチング
後の乾燥の過程で可動部が基板に固着するのを防止する
ため、バラジクロルベンゼン等の昇華剤を用いる。Finally, as shown in FIG. 16, the silicon oxide films 41 and 50 are removed by etching with an HF-based etchant, and the beam structure 56 having the movable electrode 55 and the like is made movable. That is, the silicon oxide film 41 in a predetermined region is removed by sacrifice layer etching using an etchant, so that the silicon substrate 40 has a movable structure. At this time, in order to prevent the movable portion from sticking to the substrate during the drying process after the etching, a sublimation agent such as balazichlorobenzene is used.
【0045】この工程(エッチング液を用いた犠牲層エ
ッチングにより所定領域のシリコン酸化膜41を除去し
てシリコン基板40を可動構造とする工程)において、
可動部におけるアンカー部45cは導電性薄膜(ポリシ
リコン)よりなり、アンカー部45cにおいてエッチン
グが停止し、バラツキが無くなる。即ち、犠牲層用薄膜
としてシリコン酸化膜を用い、導電性薄膜としてポリシ
リコン薄膜を用い、HF系エッチング液を用いた本例に
おいては、シリコン酸化膜はHFにて溶けるがポリシリ
コン薄膜は溶けないので、HF系エッチング液の濃度や
温度を正確に管理したりエッチングの終了を正確なる時
間管理にて行う必要はなく製造が容易となる。In this step (a step of removing the silicon oxide film 41 in a predetermined region by sacrificial layer etching using an etching solution to make the silicon substrate 40 a movable structure)
The anchor portion 45c of the movable portion is made of a conductive thin film (polysilicon), and the etching is stopped at the anchor portion 45c, so that there is no variation. That is, in this example in which a silicon oxide film is used as the sacrificial layer thin film, a polysilicon thin film is used as the conductive thin film, and an HF-based etchant is used, the silicon oxide film dissolves in HF but the polysilicon thin film does not. Therefore, there is no need to accurately control the concentration and temperature of the HF-based etchant or to perform the end of etching with accurate time management, thereby facilitating the manufacture.
【0046】即ち、犠牲層エッチングに際しては、図4
2に示すSOI基板を用いた場合においては梁の長さが
エッチング時間によって変化してしまうが、本実施の形
態ではエッチング時間に関係なくアンカー部までエッチ
ングしたところで選択的にエッチングが終了するため、
梁の長さは常に一定となる。That is, at the time of etching the sacrificial layer, FIG.
In the case where the SOI substrate shown in FIG. 2 is used, the length of the beam changes depending on the etching time. However, in this embodiment, the etching is selectively completed when the anchor portion is etched regardless of the etching time.
The beam length is always constant.
【0047】このようにアンカー部を形成することがで
きることから梁構造体をリリースする際の犠牲層エッチ
ング工程で時間制御による終点制御を行う必要がなくバ
ネ定数等の制御を容易にすることが可能となる。As described above, since the anchor portion can be formed, it is not necessary to perform the end point control by time control in the sacrificial layer etching step when releasing the beam structure, and it is possible to easily control the spring constant and the like. Becomes
【0048】又、この犠牲層エッチング工程において、
図7の凹部42により図16に示す突起57が形成され
ているので、梁構造体がリリースされた後におけるエッ
チング液の置換工程において液可動部と基板との間に純
水等のリンス液(置換液)の液滴が残るがこの液滴の付
着面積を減らして液滴による表面張力を小さくしてリン
ス液の蒸発の際に可動部が基板に固着するのが防止され
る。In this sacrificial layer etching step,
Since the projection 57 shown in FIG. 16 is formed by the concave portion 42 of FIG. 7, a rinse liquid (eg, pure water) is applied between the liquid movable part and the substrate in the etching liquid replacement step after the beam structure is released. Although the droplet of the replacement liquid remains, the surface area of the droplet is reduced by reducing the adhesion area of the droplet, thereby preventing the movable portion from sticking to the substrate during the evaporation of the rinsing liquid.
【0049】このようにして、埋め込みSOI基板を用
い、配線パターン45aおよび下部電極45bを絶縁体
分離により形成して、サーボ制御式加速度センサを形成
することができる。In this way, the servo control type acceleration sensor can be formed by using the embedded SOI substrate and forming the wiring pattern 45a and the lower electrode 45b by insulator separation.
【0050】このように本実施の形態においては、下記
(ロ)〜(ヘ)の特徴を有する。As described above, the present embodiment has the following features (b) to (f).
【0051】(イ)梁構造体2は、基板1の上面におい
て所定間隔を隔てた位置に配置され、加速度(力学量)
により変位する作用力を受ける。又、固定電極9a〜9
d,11a〜11d,13a〜13d,15a〜15d
は、基板1の上面に固定され、かつ、梁構造体2の一部
である可動電極7a〜7d,8a〜8dに対向して配置
される。この種のセンサにおいて、基板1の上面部に、
図2に示す下層側絶縁体薄膜18と導電性薄膜19と上
層側絶縁体薄膜20との積層体21を配置し、導電性薄
膜19により配線22〜25と電極26を形成し、この
配線22〜25と電極26を、上層側絶縁体薄膜20に
形成した開口部29a〜29d,31a〜31d,3
0,32,33を通して基板1の上に配置した固定電極
9a〜9d,11a〜11d,13a〜13d,15a
〜15d,梁構造体2,電極取出部27a〜27d(電
気接続部材)に対し電気的に接続した。このように、基
板1の上面部に絶縁膜を配置し、その中に薄膜の配線ま
たは電極を埋設して、基板側の配線または電極として埋
め込みの薄膜(ポリシリコン層)を用いたSOI基板
(埋め込みSOI基板) としている。この構造を用いる
ことで、絶縁体分離による配線または電極を形成でき、
図48に示す不純物拡散層161を用いた場合(pn接
合分離による場合)に比べ、接合リークの低減を図るこ
とができる。特に、高温域における接合リークの低減を
図ることができる。(A) The beam structure 2 is disposed at a position spaced apart from the upper surface of the substrate 1 by a predetermined distance.
To receive the displacing action force. In addition, fixed electrodes 9a to 9
d, 11a to 11d, 13a to 13d, 15a to 15d
Are fixed to the upper surface of the substrate 1 and are disposed so as to face the movable electrodes 7a to 7d and 8a to 8d which are part of the beam structure 2. In this type of sensor, on the upper surface of the substrate 1,
A laminated body 21 of a lower insulating thin film 18, a conductive thin film 19, and an upper insulating thin film 20 shown in FIG. 2 is arranged, and wirings 22 to 25 and an electrode 26 are formed by the conductive thin film 19. To 25 and the electrode 26 are formed in the openings 29a to 29d, 31a to 31d, 3 formed in the upper insulating thin film 20.
Fixed electrodes 9a to 9d, 11a to 11d, 13a to 13d, 15a arranged on the substrate 1 through 0, 32, 33
15d, the beam structure 2, and the electrode extraction portions 27a to 27d (electric connection members). As described above, the insulating film is disposed on the upper surface of the substrate 1 and the thin film wiring or electrode is buried therein, and the SOI substrate (polysilicon layer) using the buried thin film (polysilicon layer) as the wiring or electrode on the substrate side is used. (Embedded SOI substrate). By using this structure, wiring or electrodes can be formed by insulator separation,
Junction leakage can be reduced as compared with the case where the impurity diffusion layer 161 shown in FIG. 48 is used (in the case of pn junction separation). In particular, it is possible to reduce junction leakage in a high temperature range.
【0052】(ロ)特に、基板1の上面部に、下層側絶
縁体薄膜18と導電性薄膜19と上層側絶縁体薄膜20
との積層体21を配置し、導電性薄膜19により第1の
固定電極の配線パターン22,24と第2の固定電極の
配線パターン23,25を形成し、上層側絶縁体薄膜2
0における開口部29a〜29d,31a〜31dおよ
び固定電極のアンカー部を通して第1,第2の固定電極
用配線パターン22〜25と第1,第2の固定電極9a
〜9d,11a〜11d,13a〜13d,15a〜1
5dを電気的に接続した。このように、基板1の上面部
に絶縁膜を配置し、その中に薄膜の配線パターン22〜
25を埋設し、この配線パターン22〜25を用いて第
1の固定電極用通電ラインと第2の固定電極用通電ライ
ンを交差させることができる。(B) In particular, the lower insulating thin film 18, the conductive thin film 19 and the upper insulating thin film 20 are formed on the upper surface of the substrate 1.
And a wiring pattern 22, 24 of the first fixed electrode and wiring patterns 23, 25 of the second fixed electrode are formed by the conductive thin film 19, and the upper insulating thin film 2 is formed.
0, the first and second fixed electrode wiring patterns 22 to 25 and the first and second fixed electrodes 9a through the openings 29a to 29d and 31a to 31d and the anchor portions of the fixed electrodes.
-9d, 11a-11d, 13a-13d, 15a-1
5d was electrically connected. Thus, the insulating film is disposed on the upper surface of the substrate 1 and the thin film wiring patterns 22 to
25, the first energizing line for fixed electrode and the energizing line for second fixed electrode can be crossed using the wiring patterns 22 to 25.
【0053】このように、基板側の配線として埋め込み
の薄膜(ポリシリコン層)を用いたSOI基板(埋め込
みSOI基板) を用いることで、絶縁体分離による配線
を形成できる。よって、絶縁体薄膜で分離された導電性
薄膜を形成でき、図48に示す不純物拡散層161を用
いた場合(pn接合分離による場合)に比べ、接合リー
クの低減を図ることができる。特に、高温域における接
合リークの低減を図ることができる。As described above, by using the SOI substrate (embedded SOI substrate) using the buried thin film (polysilicon layer) as the wiring on the substrate side, it is possible to form the wiring by insulator separation. Therefore, a conductive thin film separated by an insulator thin film can be formed, and junction leakage can be reduced as compared with the case where the impurity diffusion layer 161 shown in FIG. 48 is used (by pn junction separation). In particular, it is possible to reduce junction leakage in a high temperature range.
【0054】さらに、基板1の上面部に、下層側絶縁体
薄膜18と導電性薄膜19と上層側絶縁体薄膜20との
積層体21を配置し、導電性薄膜19により第1の固定
電極の配線パターン22,24と第2の固定電極の配線
パターン23,25を形成するとともに導電性薄膜19
による下部電極(静電気力相殺用固定電極)26を形成
し、上層側絶縁体薄膜20における開口部29a〜29
d,31a〜31dおよび第1,第2の固定電極のアン
カー部10a〜10d,12a〜12dを通して第1,
第2の固定電極の配線パターン22〜25と第1,第2
の固定電極9a〜9d,11a〜11d,13a〜13
d,15a〜15dを電気的に接続し、さらに、上層側
絶縁体薄膜20における開口部33および梁構造体のア
ンカー部3a〜3dを通して下部電極26と梁構造体2
とを電気的に接続した。このように、基板1の上面部に
絶縁膜を配置し、その中に薄膜の配線パターン22〜2
5および下部電極26を埋設し、この配線パターンを用
いて第1の固定電極用通電ラインと第2の固定電極用通
電ラインを交差させることができるとともに、梁構造体
(可動部)と下部電極とを等電位にして梁構造体(可動
部)と基板との間に生じる静電気力を相殺することがで
き、梁構造体(可動部)と基板間のわずかな電位差によ
る梁構造体(可動部)の基板への付着を防止することが
できる。Further, a laminate 21 of a lower insulating thin film 18, a conductive thin film 19, and an upper insulating thin film 20 is disposed on the upper surface of the substrate 1, and the conductive thin film 19 serves as a first fixed electrode. The wiring patterns 22 and 24 and the wiring patterns 23 and 25 of the second fixed electrode are formed, and the conductive thin film 19 is formed.
(Fixed electrode for canceling electrostatic force) 26 is formed, and openings 29 a to 29 in upper insulating thin film 20 are formed.
d, 31a to 31d and the first and second fixed electrodes 10a to 10d and 12a to 12d through the first and second fixed electrodes.
The wiring patterns 22 to 25 of the second fixed electrode and the first and second
Fixed electrodes 9a-9d, 11a-11d, 13a-13
and the lower electrode 26 and the beam structure 2 through the opening 33 in the upper insulating thin film 20 and the anchor portions 3a to 3d of the beam structure.
And were electrically connected. Thus, the insulating film is disposed on the upper surface of the substrate 1 and the thin film wiring patterns 22 to 2 are placed therein.
5 and the lower electrode 26 are buried so that the first fixed electrode energizing line and the second fixed electrode energizing line can intersect using this wiring pattern, and the beam structure (movable part) and the lower electrode Can be set to the same potential to cancel the electrostatic force generated between the beam structure (movable part) and the substrate, and the beam structure (movable part) due to a slight potential difference between the beam structure (movable part) and the substrate. ) Can be prevented from adhering to the substrate.
【0055】(ニ)梁構造体2の材料としてヤング率等
の物性値が既知で脆性材料である単結晶シリコンを用い
ているため梁構造体の信頼性を高くすることができる。(D) The reliability of the beam structure can be increased because single-crystal silicon, which is a brittle material and has known physical properties such as Young's modulus, is used as the material of the beam structure 2.
【0056】(ホ)導電性薄膜19としてポリシリコン
薄膜を用いて絶縁体薄膜で周囲を分離することにより、
pn接合分離の場合のような高温域でのリーク電流等の
影響をより小さくすることができる。(E) By using a polysilicon thin film as the conductive thin film 19 and separating the periphery with an insulator thin film,
The influence of a leak current in a high temperature region as in the case of pn junction isolation can be further reduced.
【0057】(ヘ)サーボ機構(サーボ制御)を採用し
たので、加速度の作用による梁構造体の変位を最小限に
抑えることができ、従って、センサの信頼性を高めるこ
とができる。(F) Since the servo mechanism (servo control) is employed, the displacement of the beam structure due to the action of acceleration can be minimized, so that the reliability of the sensor can be improved.
【0058】本実施の形態の応用例としては、上述した
例では導電性薄膜19により第1の固定電極の配線パタ
ーン22,24と第2の固定電極の配線パターン23,
25とを形成したが、いずれか一方のみを導電性薄膜1
9により形成し、他方はアルミ配線にて電気的に接続し
たり櫛歯状電極として電気的に接続してもよい。又、上
述した例では固定電極の配線パターンおよび下部電極
を、埋め込み導電性薄膜にて形成したが、下部電極を用
いないセンサに具体化してもよい。As an application example of this embodiment, in the above-described example, the conductive thin films 19 are used to form the wiring patterns 22 and 24 of the first fixed electrode and the wiring patterns 23 and 23 of the second fixed electrode.
25, but only one of the conductive thin films 1
9, the other may be electrically connected by aluminum wiring or may be electrically connected as a comb-shaped electrode. Further, in the above-described example, the wiring pattern of the fixed electrode and the lower electrode are formed of a buried conductive thin film, but may be embodied in a sensor that does not use the lower electrode.
【0059】(第2の実施の形態)次に、第2の実施の
形態を、第1の実施の形態との相違点を中心に図面に基
づき説明する。(Second Embodiment) Next, a second embodiment will be described with reference to the drawings, focusing on differences from the first embodiment.
【0060】図17〜27は本実施の形態に係る半導体
加速度センサの製造におけるプロセスフローを示した断
面図である。まず、図17に示すように、第1の半導体
基板としての単結晶シリコン基板60を用意する。そし
て、シリコン基板60にトレンチエッチングにより一定
の幅で溝を形成し、その後に梁構造体を形成するための
溝パターン61を形成する。つまり、シリコン基板60
における所定領域に溝(61)を形成する。ここで、後
に静電容量を検出するための電極とするためにリン拡散
等により不純物を導入する。その後、図18に示すよう
に、溝(61)を含むシリコン基板60の上に犠牲層用
薄膜としてのシリコン酸化膜62をCVD法等により成
膜し、さらに、シリコン酸化膜62の表面を平坦化す
る。FIGS. 17 to 27 are sectional views showing a process flow in manufacturing the semiconductor acceleration sensor according to the present embodiment. First, as shown in FIG. 17, a single crystal silicon substrate 60 as a first semiconductor substrate is prepared. Then, a groove is formed in the silicon substrate 60 with a constant width by trench etching, and thereafter a groove pattern 61 for forming a beam structure is formed. That is, the silicon substrate 60
A groove (61) is formed in a predetermined region of the above. Here, an impurity is introduced by phosphorus diffusion or the like in order to form an electrode for detecting the capacitance later. Thereafter, as shown in FIG. 18, a silicon oxide film 62 as a thin film for a sacrificial layer is formed on the silicon substrate 60 including the groove (61) by a CVD method or the like, and the surface of the silicon oxide film 62 is flattened. Become
【0061】さらに、図19に示すように、シリコン酸
化膜62に対しフォトリソグラフィを経て一部エッチン
グして凹部63を形成する。これは、犠牲層エッチング
工程において梁構造体がリリースされた後に表面張力等
で基板に付着するのを防ぐべく付着面積を減らすためで
ある。さらに、表面の凹凸を増大させるためと犠牲層エ
ッチング時のエッチングストッパとなるシリコン窒化膜
(第1の絶縁体薄膜)64を成膜する。そして、シリコ
ン窒化膜64とシリコン酸化膜62との積層体に対しフ
ォトリソグラフィを経てドライエッチング等によりアン
カー部形成領域に開口部65a,65b,65cを形成
する。この開口部65a〜65cは、梁構造体と基板
(下部電極)とを接続するため、および固定電極(及び
電極取出部)と配線パターンとを接続するためのもので
ある。Further, as shown in FIG. 19, a recess 63 is formed by partially etching the silicon oxide film 62 through photolithography. This is to reduce the attachment area in order to prevent the beam structure from being attached to the substrate due to surface tension or the like after the beam structure is released in the sacrificial layer etching step. Further, a silicon nitride film (first insulator thin film) 64 is formed to serve as an etching stopper for etching the sacrificial layer in order to increase surface irregularities. Then, openings 65a, 65b, and 65c are formed in the anchor portion forming region by dry etching or the like through photolithography on the stacked body of the silicon nitride film 64 and the silicon oxide film 62. The openings 65a to 65c are for connecting the beam structure to the substrate (lower electrode), and for connecting the fixed electrode (and the electrode extraction portion) to the wiring pattern.
【0062】引き続き、図20に示すように、開口部6
5a〜65cを含むシリコン窒化膜64の上にポリシリ
コン薄膜66を成膜し、その後、リン拡散等により不純
物を導入し、さらに、フォトリソグラフィを経て配線パ
ターン66aと下部電極66bとアンカー部66cを形
成する。このように、開口部65a〜65cを含むシリ
コン窒化膜64上の所定領域に導電性薄膜としての不純
物ドープトポリシリコン薄膜(66)を形成する。ポリ
シリコン薄膜の膜厚は1〜2μm程度である。Subsequently, as shown in FIG.
A polysilicon thin film 66 is formed on the silicon nitride film 64 including 5a to 65c, then impurities are introduced by phosphorus diffusion or the like, and the wiring pattern 66a, the lower electrode 66b, and the anchor portion 66c are formed through photolithography. Form. Thus, an impurity-doped polysilicon thin film (66) as a conductive thin film is formed in a predetermined region on the silicon nitride film 64 including the openings 65a to 65c. The thickness of the polysilicon thin film is about 1-2 μm.
【0063】この工程(開口部を含むシリコン窒化膜6
4上の所定領域に不純物ドープトポリシリコン薄膜66
を形成する工程)において、ステッパの下部パターン分
解能を満たす程度にポリシリコン薄膜66が薄い(1〜
2μm)ので、ポリシリコン薄膜66の下でのシリコン
窒化膜64の開口部65a〜65dの形状を透視するこ
とができ、フォトマスク合わせを正確に行うことができ
る。This step (the silicon nitride film 6 including the opening)
In a predetermined region on the substrate 4, an impurity-doped polysilicon thin film 66 is formed.
), The polysilicon thin film 66 is thin enough to satisfy the lower pattern resolution of the stepper (1 to 1).
2 μm), the shapes of the openings 65 a to 65 d of the silicon nitride film 64 below the polysilicon thin film 66 can be seen through, and photomask alignment can be performed accurately.
【0064】そして、図21に示すように、ポリシリコ
ン薄膜(66)の上を含むシリコン窒化膜64の上に第
2の絶縁体薄膜としてのシリコン酸化膜67を成膜す
る。さらに、図22に示すように、シリコン酸化膜67
の上に貼合用薄膜としてのポリシリコン薄膜68を成膜
し、貼り合わせのためにポリシリコン薄膜68の表面を
機械的研磨等により平坦化する。Then, as shown in FIG. 21, a silicon oxide film 67 as a second insulator thin film is formed on the silicon nitride film 64 including the polysilicon thin film (66). Further, as shown in FIG.
Then, a polysilicon thin film 68 as a bonding thin film is formed thereon, and the surface of the polysilicon thin film 68 is flattened by mechanical polishing or the like for bonding.
【0065】次に、図23に示すように、シリコン基板
60とは別の単結晶シリコン基板(支持基板)69を用
意し、ポリシリコン薄膜68の表面と第2の半導体基板
としてのシリコン基板69とを貼り合わせる。Next, as shown in FIG. 23, a single-crystal silicon substrate (support substrate) 69 different from the silicon substrate 60 is prepared, and the surface of the polysilicon thin film 68 and the silicon substrate 69 as a second semiconductor substrate are prepared. And stick them together.
【0066】さらに、図24に示すように、シリコン基
板60,69を表裏逆にして、シリコン基板60側を機
械的研磨等を行い薄膜化する。つまり、シリコン基板6
0を所望の厚さまで研磨する。この際、図17に示した
ように、トレンチエッチングにより形成した溝深さまで
研磨を行うと、シリコン酸化膜62の層が出現するため
研磨における硬度が変化するため研磨の終点を容易に検
出することができる。Further, as shown in FIG. 24, the silicon substrates 60 and 69 are turned upside down, and the silicon substrate 60 side is thinned by mechanical polishing or the like. That is, the silicon substrate 6
Polish 0 to desired thickness. At this time, as shown in FIG. 17, when the polishing is performed to the depth of the groove formed by the trench etching, the hardness of the polishing changes because the layer of the silicon oxide film 62 appears, so that the end point of the polishing can be easily detected. Can be.
【0067】この後、図25に示すように、層間絶縁膜
70を成膜し、フォトリソグラフィを経てドライエッチ
ング等によりコンタクトホール71を形成する。そし
て、層間絶縁膜70の上の所定領域にシリコン窒化膜7
7を形成する。Thereafter, as shown in FIG. 25, an interlayer insulating film 70 is formed, and a contact hole 71 is formed by dry etching or the like via photolithography. The silicon nitride film 7 is formed in a predetermined region on the interlayer insulating film 70.
7 is formed.
【0068】さらに、図26に示すように、アルミ電極
72を成膜・フォトリソグラフィを経て形成し、その
後、パッシベーション膜73を成膜・フォトリソグラフ
ィを経て形成する。Further, as shown in FIG. 26, an aluminum electrode 72 is formed through film formation and photolithography, and thereafter, a passivation film 73 is formed through film formation and photolithography.
【0069】最後に、図27に示すように、HF系のエ
ッチング液によりシリコン酸化膜62をエッチング除去
し、可動電極74を有する梁構造体75を可動とする。
つまり、エッチング液を用いた犠牲層エッチングにより
所定領域のシリコン酸化膜62を除去してシリコン基板
60を可動構造とする。この際、エッチング後の乾燥の
過程で可動部が基板に固着するのを防止するため、バラ
ジクロルベンゼン等の昇華剤を用いる。Finally, as shown in FIG. 27, the silicon oxide film 62 is removed by etching with an HF-based etchant to make the beam structure 75 having the movable electrode 74 movable.
That is, the silicon oxide film 62 in a predetermined region is removed by sacrifice layer etching using an etchant, so that the silicon substrate 60 has a movable structure. At this time, in order to prevent the movable portion from sticking to the substrate during the drying process after the etching, a sublimation agent such as balazichlorobenzene is used.
【0070】この工程(エッチング液を用いた犠牲層エ
ッチングにより所定領域のシリコン酸化膜62を除去し
てシリコン基板60を可動構造とする工程)において、
可動部におけるアンカー部66cは導電性薄膜よりな
り、アンカー部66cにおいてエッチングが停止し、バ
ラツキが無くなる。即ち、犠牲層用薄膜としてシリコン
酸化膜を用い、導電性薄膜としてポリシリコン薄膜を用
いた本例において、HF系エッチング液を用いた場合に
は、シリコン酸化膜はHFにて溶けるがポリシリコン薄
膜は溶けないので、HF系エッチング液の濃度や温度を
正確に管理したりエッチングの終了を正確なる時間管理
にて行う必要はなく製造が容易となる。In this step (the step of removing the silicon oxide film 62 in a predetermined area by sacrifice layer etching using an etchant to make the silicon substrate 60 a movable structure)
The anchor portion 66c of the movable portion is made of a conductive thin film, and the etching stops at the anchor portion 66c, so that there is no variation. That is, in this example in which a silicon oxide film is used as a thin film for a sacrificial layer and a polysilicon thin film is used as a conductive thin film, when an HF-based etchant is used, the silicon oxide film is dissolved in HF but the polysilicon thin film is used. Since it does not dissolve, it is not necessary to accurately control the concentration and temperature of the HF-based etchant or to perform the end of the etching with precise time management, and the manufacturing becomes easy.
【0071】このようにアンカーを形成することができ
ることから梁構造体をリリースする際の犠牲層エッチン
グ工程で時間制御による終点制御を行う必要がなくバネ
定数等の制御を容易にすることが可能となる。As described above, since the anchor can be formed, it is not necessary to control the end point by time control in the sacrificial layer etching step when releasing the beam structure, and it is possible to easily control the spring constant and the like. Become.
【0072】このようにして、埋め込みSOI基板を用
い、配線パターンおよび下部電極を絶縁体分離により形
成して、サーボ制御式加速度センサを形成することがで
きる。As described above, the servo control type acceleration sensor can be formed by using the buried SOI substrate and forming the wiring pattern and the lower electrode by insulator separation.
【0073】(第3の実施の形態)次に、第3の実施の
形態を、第1の実施の形態との相違点を中心に説明す
る。(Third Embodiment) Next, a third embodiment will be described focusing on differences from the first embodiment.
【0074】図28には、本実施の形態における半導体
加速度の平面図を示す。図1に示した第1の実施の形態
においては、質量部6は、アンカー部3a〜3dに対し
て直線的に延びる梁4,5で支持されるような構造とな
っているが、本実施の形態においては、図28で示すよ
うな折れ曲がった梁構造としている。FIG. 28 is a plan view of the semiconductor acceleration in the present embodiment. In the first embodiment shown in FIG. 1, the mass portion 6 is structured to be supported by beams 4 and 5 extending linearly with respect to the anchor portions 3a to 3d. In the embodiment, the beam structure is bent as shown in FIG.
【0075】こうすることで、膜に圧縮応力が残留した
場合において、梁構造体2に用いている膜の残留応力の
影響で梁が座屈することを回避できる。又、膜に引張応
力が残留した場合において、梁のバネ定数が設計値とず
れてしまうことを回避できる。その結果、設計値通りの
センサを形成することができる。In this way, when compressive stress remains in the film, it is possible to avoid buckling of the beam due to the effect of the residual stress of the film used for the beam structure 2. Further, when the tensile stress remains in the film, it is possible to prevent the spring constant of the beam from deviating from the design value. As a result, a sensor as designed can be formed.
【0076】(第4の実施の形態)次に、第4の実施の
形態を図面に基づき説明する。(Fourth Embodiment) Next, a fourth embodiment will be described with reference to the drawings.
【0077】本実施の形態においては、励振式のヨーレ
ートセンサに適用しており、より詳しくは梁構造体(可
動構造体)を2つ備え、両梁構造体(可動構造体)を逆
相にて励振させ、差動検出を行うものである。In the present embodiment, the present invention is applied to an excitation type yaw rate sensor. More specifically, two beam structures (movable structures) are provided, and both beam structures (movable structures) are set in opposite phases. And to perform differential detection.
【0078】図29は本実施の形態に係るヨーレートセ
ンサの平面図であり、図30は図29におけるXXX−
XXX断面図であり、図31は図29におけるXXXI
−XXXI断面図であり、図32は図29におけるXX
XII−XXXII断面図である。FIG. 29 is a plan view of the yaw rate sensor according to the present embodiment, and FIG.
FIG. 31 is a sectional view taken along the line XXX in FIG.
FIG. 32 is a sectional view taken along line XX-XXXI in FIG.
It is XII-XXXII sectional drawing.
【0079】図30において、基板80の上面には、単
結晶シリコン(単結晶半導体材料)よりなる梁構造体8
1および梁構造体82(図29参照)が隣接して配置さ
れている。梁構造体81は、基板80側から突出する4
つのアンカー部83a,83b,83c,83dにより
架設されており、基板80の上面において所定間隔を隔
てた位置に配置されている。アンカー部83a〜83d
はポリシリコン薄膜よりなる。アンカー部83aとアン
カー部83cとの間に梁部84が架設されるとともに、
アンカー部83bとアンカー部83dとの間に梁部85
が架設されている。梁部84と梁部85との間において
長方形状をなす質量部(マス部)86が架設されてい
る。質量部86には上下に貫通する透孔86aが設けら
れている。さらに、質量部86における一方の側面(図
29においては左側面)からは多数の励振用可動電極8
7が突出している。この各可動電極87は棒状をなし、
等間隔をおいて平行に延びている。又、質量部86にお
ける他方の側面(図29においては右側面)からは多数
の励振用可動電極88が突出している。この各可動電極
88は棒状をなし、等間隔をおいて平行に延びている。
ここで、梁部84,85、質量部86、可動電極87,
88は犠牲層酸化膜89の一部をエッチング除去するこ
とにより可動となっている。このエッチング領域を図2
9においてZ2にて示す。In FIG. 30, a beam structure 8 made of single crystal silicon (single crystal semiconductor material) is formed on the upper surface of a substrate 80.
1 and a beam structure 82 (see FIG. 29) are arranged adjacent to each other. The beam structure 81 projects from the substrate 80 side.
The two anchor portions 83 a, 83 b, 83 c, and 83 d are provided, and are disposed at predetermined intervals on the upper surface of the substrate 80. Anchor parts 83a to 83d
Consists of a polysilicon thin film. A beam portion 84 is erected between the anchor portion 83a and the anchor portion 83c,
Beam 85 between anchor 83b and anchor 83d
Has been erected. A rectangular mass part (mass part) 86 is provided between the beam part 84 and the beam part 85. The mass part 86 is provided with a through hole 86a penetrating vertically. Further, a large number of movable electrodes 8 for excitation are
7 are protruding. Each of the movable electrodes 87 has a rod shape,
They extend in parallel at equal intervals. Also, a large number of excitation movable electrodes 88 protrude from the other side surface (the right side surface in FIG. 29) of the mass portion 86. Each of the movable electrodes 88 has a rod shape and extends in parallel at equal intervals.
Here, the beam portions 84 and 85, the mass portion 86, the movable electrode 87,
Reference numeral 88 is movable by etching and removing a part of the sacrifice layer oxide film 89. This etched area is shown in FIG.
9 and Z2.
【0080】このように、梁構造体81は、2つの櫛歯
状の可動電極、即ち、第1の可動電極としての可動電極
87と第2の可動電極としての可動電極88とを有して
いる。As described above, the beam structure 81 has two comb-shaped movable electrodes, that is, the movable electrode 87 as the first movable electrode and the movable electrode 88 as the second movable electrode. I have.
【0081】この梁構造体81と同様の構成が、梁構造
体82にも採用されており、同一の符号を付すことによ
りその説明は省略する。前記基板80の上面には、励振
用固定電極としての櫛歯電極90,91,92が配置さ
れている。櫛歯電極90は片側に棒状電極部90aを有
し、櫛歯電極91は両側に棒状電極部91a,91bを
有し、櫛歯電極92は片側に棒状電極部92aを有す
る。この各櫛歯電極90,91,92は単結晶シリコン
よりなる。各櫛歯電極90,91,92は基板80側か
ら突出するアンカー部93,94,95により支持・固
定されている。櫛歯電極90の棒状電極部90aは、梁
構造体81の各可動電極(棒状部)87の間に対向・配
置されている。櫛歯電極91の棒状電極部91aは、梁
構造体81の各可動電極(棒状部)88の間に対向・配
置されている。櫛歯電極91の棒状電極部91bは、梁
構造体82の各可動電極(棒状部)87の間に対向・配
置されている。櫛歯電極92の棒状電極部92aは、梁
構造体82の各可動電極(棒状部)88の間に対向・配
置されている。The same structure as that of the beam structure 81 is also employed in the beam structure 82, and the description thereof will be omitted by retaining the same reference numerals. On the upper surface of the substrate 80, comb-tooth electrodes 90, 91 and 92 are arranged as fixed electrodes for excitation. The comb-tooth electrode 90 has a bar-shaped electrode portion 90a on one side, the comb-tooth electrode 91 has bar-shaped electrode portions 91a and 91b on both sides, and the comb-tooth electrode 92 has a bar-shaped electrode portion 92a on one side. Each of the comb electrodes 90, 91, 92 is made of single crystal silicon. The comb electrodes 90, 91, 92 are supported and fixed by anchors 93, 94, 95 projecting from the substrate 80 side. The rod-shaped electrode portions 90 a of the comb-teeth electrodes 90 are opposed to and disposed between the movable electrodes (rod-shaped portions) 87 of the beam structure 81. The rod-shaped electrode portion 91a of the comb electrode 91 is opposed to and disposed between each movable electrode (rod-shaped portion) 88 of the beam structure 81. The rod-shaped electrode portion 91b of the comb-shaped electrode 91 is opposed to and disposed between each movable electrode (rod-shaped portion) 87 of the beam structure 82. The rod-shaped electrode portion 92 a of the comb-shaped electrode 92 is opposed to and disposed between each movable electrode (rod-shaped portion) 88 of the beam structure 82.
【0082】本実施の形態では、櫛歯電極90が第1の
励振用固定電極を構成し、櫛歯電極91が第2の励振用
固定電極を構成している。又、図29に示すように、基
板80の上面部において梁構造体81の一部(主に質量
部86)と対向する領域には、力学量検出用固定電極と
しての下部電極(ヨーレート検出用固定電極)101が
配置されている。同様に、基板80の上面部において梁
構造体82の一部(主に質量部86)と対向する領域に
は、力学量検出用固定電極としての下部電極(ヨーレー
ト検出用固定電極)102が配置されている。梁構造体
81と下部電極101との間に第1のコンデンサが、
又、梁構造体82と下部電極102との間に第2のコン
デンサが形成される。In this embodiment, the comb electrode 90 constitutes a first excitation fixed electrode, and the comb electrode 91 constitutes a second excitation fixed electrode. As shown in FIG. 29, a lower electrode (a yaw rate detecting yaw rate detecting yaw rate detecting yaw rate detecting yaw rate detecting yaw rate detecting fixed electrode) is provided in a region facing a part (mainly the mass portion 86) of the beam structure 81 on the upper surface of the substrate 80. (Fixed electrode) 101 is disposed. Similarly, a lower electrode (a fixed electrode for detecting a yaw rate) 102 as a fixed electrode for detecting a physical quantity is disposed in a region facing a part (mainly the mass portion 86) of the beam structure 82 on the upper surface of the substrate 80. Have been. A first capacitor is provided between the beam structure 81 and the lower electrode 101,
Also, a second capacitor is formed between the beam structure 82 and the lower electrode 102.
【0083】そして、梁構造体81の可動電極87と櫛
歯電極90との間、および、梁構造体81の可動電極8
8と櫛歯電極91との間に逆相の静電気力を加えること
により梁構造体81を強制振動(励振)させることがで
きる。又、梁構造体82の可動電極87と櫛歯電極91
との間、および、梁構造体82の可動電極88と櫛歯電
極92との間に逆相の静電気力を加えることにより梁構
造体82を強制振動(励振)させることができる。さら
に、この励振中において、梁構造体81,82と下部電
極101,102との間に形成されるコンデンサの容量
(静電容量Co)に基づいて梁構造体81,82に作用
するヨーレートを検出することができるようになってい
る。Then, between the movable electrode 87 of the beam structure 81 and the comb-teeth electrode 90 and the movable electrode 8 of the beam structure 81
The beam structure 81 can be forcibly vibrated (excited) by applying a reverse-phase electrostatic force between the electrode 8 and the comb electrode 91. Also, the movable electrode 87 and the comb electrode 91 of the beam structure 82
, And between the movable electrode 88 of the beam structure 82 and the comb-teeth electrode 92, the beam structure 82 can be forcibly vibrated (excited). Further, during this excitation, the yaw rate acting on the beam structures 81, 82 is detected based on the capacitance (capacitance Co) of the capacitor formed between the beam structures 81, 82 and the lower electrodes 101, 102. You can do it.
【0084】前記基板80は、図31に示すように、シ
リコン基板(半導体基板)96の上に、下層側絶縁体薄
膜97と導電性薄膜98と上層側絶縁体薄膜99とを積
層した構成となっている。つまり、シリコン基板96の
上面部に、下層側絶縁体薄膜97と導電性薄膜98と上
層側絶縁体薄膜99との積層体100を配置した構造と
なっており、導電性薄膜98が絶縁体薄膜97,99の
内部に埋め込まれた構成となっている。下層側絶縁体薄
膜97はシリコン酸化膜よりなり、上層側絶縁体薄膜9
9はシリコン窒化膜よりなり、CVD法等により形成さ
れたものである。又、導電性薄膜98は不純物ドープト
ポリシリコン薄膜よりなる。As shown in FIG. 31, the substrate 80 has a structure in which a lower insulating thin film 97, a conductive thin film 98, and an upper insulating thin film 99 are laminated on a silicon substrate (semiconductor substrate) 96. Has become. That is, the laminated body 100 of the lower insulating thin film 97, the conductive thin film 98, and the upper insulating thin film 99 is arranged on the upper surface of the silicon substrate 96. 97 and 99 are embedded. The lower insulator thin film 97 is made of a silicon oxide film, and the upper insulator thin film 9 is formed.
Reference numeral 9 denotes a silicon nitride film formed by a CVD method or the like. The conductive thin film 98 is made of an impurity-doped polysilicon thin film.
【0085】導電性薄膜98により、図29に示す下部
電極(ヨーレート検出用固定電極)101,102およ
び配線パターン103,104が形成されている。又、
図29,31に示すように、基板80の上面には、単結
晶シリコンよりなる電極取出部105,106が形成さ
れ、電極取出部105,106は基板80から突出する
アンカー部107,108により支持されている。本実
施の形態では電極取出部105,106にて電気接続部
材が構成されている。The conductive thin film 98 forms lower electrodes (fixed electrodes for detecting yaw rate) 101 and 102 and wiring patterns 103 and 104 shown in FIG. or,
As shown in FIGS. 29 and 31, electrode extraction portions 105 and 106 made of single crystal silicon are formed on the upper surface of the substrate 80, and the electrode extraction portions 105 and 106 are supported by anchor portions 107 and 108 projecting from the substrate 80. Have been. In the present embodiment, the electrical connection members are configured by the electrode extraction portions 105 and 106.
【0086】図31に示すように、上層側絶縁体薄膜9
9には開口部109が形成され、開口部109内に前述
のアンカー部(不純物ドープトポリシリコン)107が
配置されている。よって、開口部109およびアンカー
部(不純物ドープトポリシリコン)107を通して下部
電極101が配線パターン103を介して電極取出部1
05と電気的に接続されている。同様の構成が電極取出
部106においても採用されており、アンカー部(不純
物ドープトポリシリコン)108を通して下部電極10
2が配線パターン104を介して電極取出部106と電
気的に接続されている。As shown in FIG. 31, the upper insulating thin film 9
An opening 109 is formed in 9, and the above-described anchor portion (impurity-doped polysilicon) 107 is arranged in the opening 109. Therefore, through the opening 109 and the anchor (impurity-doped polysilicon) 107, the lower electrode 101 is connected to the electrode extraction portion 1 via the wiring pattern 103.
05 is electrically connected. A similar configuration is employed in the electrode extraction portion 106, and the lower electrode 10 is formed through an anchor portion (impurity-doped polysilicon) 108.
2 is electrically connected to the electrode extraction portion 106 via the wiring pattern 104.
【0087】尚、図29に示すように、櫛歯電極90,
91,92のアンカー部93,94,95および梁構造
体81,82のアンカー部83a,83b,83c,8
3dにおいても、導電性薄膜98よりなる埋込部110
が形成されている。Note that, as shown in FIG.
Anchors 93, 94, 95 of 91, 92 and anchors 83a, 83b, 83c, 8 of beam structures 81, 82.
Also in 3d, the buried portion 110 made of the conductive thin film 98
Are formed.
【0088】このように、基板80は、ポリシリコンよ
りなる下部電極101,102およびを配線パターン1
03,104をSOI層の下に埋め込んだ構成となって
おり、この構造は、表面マイクロマシニング技術を用い
て形成したものである。As described above, the substrate 80 includes the lower electrodes 101 and 102 made of polysilicon and the wiring pattern 1.
03 and 104 are buried under the SOI layer, and this structure is formed by using the surface micromachining technology.
【0089】一方、図32に示すように、櫛歯電極9
0,91,92の上面にはアルミ薄膜よりなる電極(ボ
ンディングパッド)111,112,113が設けられ
ている。又、梁構造体81,82のアンカー部83aの
上面にはアルミ薄膜よりなる電極(ボンディングパッ
ド)114,115が設けられている。又、図31に示
すように、電極取出部105,106の上面にはアルミ
薄膜よりなる電極(ボンディングパッド)116がそれ
ぞれ設けられている。尚、電極取出部105,106の
上には層間絶縁膜118及びシリコン窒化膜117が形
成されている。On the other hand, as shown in FIG.
Electrodes (bonding pads) 111, 112, 113 made of an aluminum thin film are provided on the upper surfaces of 0, 91, 92. Further, electrodes (bonding pads) 114 and 115 made of an aluminum thin film are provided on the upper surfaces of the anchor portions 83a of the beam structures 81 and 82. As shown in FIG. 31, electrodes (bonding pads) 116 made of an aluminum thin film are provided on the upper surfaces of the electrode extraction portions 105 and 106, respectively. Note that an interlayer insulating film 118 and a silicon nitride film 117 are formed on the electrode extraction portions 105 and 106.
【0090】以上のように絶縁体分離された下部電極1
01,102と配線パターン103,104とを用いる
ことで、アルミ電極(ボンディングパッド)116を基
板表面から取り出すことができる。The lower electrode 1 separated from the insulator as described above
By using the wiring patterns 103 and 104, the aluminum electrodes (bonding pads) 116 can be taken out from the substrate surface.
【0091】次に、このヨーレートセンサの検出原理を
図32を用いて説明する。櫛歯電極(励振用固定電極)
90,91,92と励振用可動電極87,88との間に
電圧を印加する。これにより、梁構造体81,82の質
量部86を基板の表面に平行な方向(図29中、Y方
向)に振動させる。このとき、基板の表面に平行な方向
で、かつ、振動方向(Y方向)に垂直な方向にヨーΩが
発生すると、梁構造体81,82の質量部86に対し基
板の表面に垂直な方向のコリオリ力が生じる(図29参
照) 。コリオリ力によって梁構造体81,82の質量部
86が変位したのを静電容量Coの変化として検出す
る。Next, the detection principle of this yaw rate sensor will be described with reference to FIG. Comb electrode (fixed electrode for excitation)
A voltage is applied between 90, 91, 92 and the movable electrodes 87, 88 for excitation. Thereby, the mass portion 86 of the beam structures 81 and 82 is vibrated in a direction parallel to the surface of the substrate (Y direction in FIG. 29). At this time, when the yaw Ω is generated in a direction parallel to the surface of the substrate and in a direction perpendicular to the vibration direction (Y direction), the mass portion 86 of the beam structures 81 and 82 is directed in a direction perpendicular to the surface of the substrate. (See FIG. 29). The displacement of the mass portions 86 of the beam structures 81 and 82 due to the Coriolis force is detected as a change in the capacitance Co.
【0092】ここで、コリオリ力fcは梁構造体81,
82の質量部86の質量m、振動の速度V、ヨーΩに依
存し、以下の式で表される。Here, the Coriolis force fc is the beam structure 81,
It depends on the mass m of 82, the mass m of the mass 86, the speed of vibration V, and the yaw Ω, and is expressed by the following equation.
【0093】fc=2mVΩ・・・(1) 基板表面に平行な方向の振動において梁構造体81,8
2の質量部86の速度は固定端側では「0」、中心で最
大となることから、コリオリ力も同様となり図33に示
すように、基板の表面に垂直な方向の変位も固定端側で
は「0」、中心で最大となって梁構造体81,82の質
量部86は楕円を描く。ここで、梁構造体81,82の
質量部86(即ち、2つの質量部86)は振動の位相を
180度ずらすことにより、変位方向が逆となり差動検
出が可能となる。梁構造体81,82の質量部86が単
独であると(差動励振を行わないと)コリオリ力と振動
その他による加速度が分離できないが、差動検出を行う
ことで加速度によるノイズ成分をキャンセルできる。一
般にコリオリ力は微小であるため共振の効果を利用す
る。具体的には(1)式に示した速度Vを大きくするた
めに梁構造体81,82の質量部86の励振(基板の表
面に平行な方向) を共振周波数とし振幅を大きくする。
ここで、コリオリ力は振動と同周期で発生するので検出
(基板の表面に垂直な)方向も励振と等しい共振周波数
とすれば、コリオリ力による変位も増大させることがで
きる。Fc = 2 mVΩ (1) Beam structures 81 and 8 in vibration in a direction parallel to the substrate surface
Since the velocity of the mass portion 86 of the second part is “0” at the fixed end and becomes maximum at the center, the Coriolis force is also the same, and the displacement in the direction perpendicular to the surface of the substrate is “0” at the fixed end as shown in FIG. 0 ", which is maximum at the center, and the mass portion 86 of the beam structures 81, 82 draws an ellipse. Here, the mass portions 86 of the beam structures 81 and 82 (that is, the two mass portions 86) shift the phase of the vibration by 180 degrees, so that the displacement directions are reversed and differential detection becomes possible. If the mass portions 86 of the beam structures 81 and 82 are single (unless the differential excitation is performed), the Coriolis force and the acceleration due to vibration or the like cannot be separated, but the noise component due to the acceleration can be canceled by performing the differential detection. . Generally, the Coriolis force is very small, so that the resonance effect is used. Specifically, in order to increase the velocity V shown in the expression (1), the excitation (in the direction parallel to the surface of the substrate) of the mass portion 86 of the beam structures 81 and 82 is set to the resonance frequency to increase the amplitude.
Here, since the Coriolis force is generated in the same cycle as the vibration, if the direction of detection (perpendicular to the surface of the substrate) is also set to the same resonance frequency as the excitation, the displacement due to the Coriolis force can be increased.
【0094】ここで、コリオリ力によるギャップ変化に
よりそれぞれの静電容量が図33のように、一方が「C
o+ΔC」、他方が「Co−ΔC」になったとすると、
コリオリ力によるギャップ変化が初期値に比べ十分小さ
ければ、差動検出によりコリオリ力fcは、 fc∝2ΔC となり、ヨーΩは、 Ω∝2ΔC として、2つの静電容量の変化分から、ヨーを検出する
ことができる。Here, as shown in FIG. 33, one of the capacitances is "C" due to the gap change due to the Coriolis force.
o + ΔC ”and the other“ Co−ΔC ”,
If the change in the gap due to the Coriolis force is sufficiently smaller than the initial value, the Coriolis force fc becomes fc∝2ΔC by differential detection, and the yaw Ω is Ω∝2ΔC, and the yaw is detected from the change in the two capacitances. be able to.
【0095】このヨーレートセンサの製造方法は、第
1,2の実施の形態と同様の方法で作成することができ
る。このように、本実施の形態は、下記の特徴を有す
る。The method of manufacturing the yaw rate sensor can be made in the same manner as in the first and second embodiments. As described above, this embodiment has the following features.
【0096】基板80の上面部に、下層側絶縁体薄膜9
7と導電性薄膜98と上層側絶縁体薄膜99との積層体
100を配置し、導電性薄膜98により下部電極(力学
量検出用固定電極)101(102)および下部電極の
配線パターン103(104)を形成し、上層側絶縁体
薄膜99における開口部109から配線パターン103
(104)を通して下部電極101(102)を基板8
0の上の電極取出部(電気接続部材)105(106)
に対し電気的に接続した。このように、基板80の上面
部に絶縁膜を配置し、その中に薄膜の下部電極(力学量
検出用固定電極)および配線パターンを埋設することに
より、絶縁体分離による配線または電極を形成でき、図
48に示す不純物拡散層161を用いた場合(pn接合
分離による場合)に比べ、接合リークの低減を図ること
ができる。特に、高温域における接合リークの低減を図
ることができる。On the upper surface of the substrate 80, the lower insulating thin film 9 is formed.
7, a conductive thin film 98, and a laminated body 100 of an upper insulating thin film 99 are arranged, and the conductive thin film 98 forms a lower electrode (fixed electrode for physical quantity detection) 101 (102) and a wiring pattern 103 (104) of the lower electrode. ) Is formed, and the wiring pattern 103 is formed through the opening 109 in the upper insulating thin film 99.
The lower electrode 101 (102) is connected to the substrate 8 through (104).
Electrode take-out part (electrical connection member) 105 (106) above zero
Was electrically connected. In this way, by arranging the insulating film on the upper surface of the substrate 80 and embedding the lower electrode of the thin film (fixed electrode for detecting the physical quantity) and the wiring pattern in the insulating film, it is possible to form the wiring or the electrode by the insulator separation. 48, the junction leakage can be reduced as compared with the case where the impurity diffusion layer 161 shown in FIG. In particular, it is possible to reduce junction leakage in a high temperature range.
【0097】このように、基板側の下部電極101,1
02およびその配線として埋め込みの薄膜(ポリシリコ
ン層)を用いたSOI基板(埋め込みSOI基板)を用
いることで、絶縁体分離による電極およびその配線を形
成できる。As described above, the lower electrodes 101, 1 on the substrate side are
By using an SOI substrate (buried SOI substrate) using a buried thin film (polysilicon layer) as the wiring 02 and its wiring, an electrode and its wiring can be formed by insulator separation.
【0098】この発明は上記各実施の形態に限定される
ものではなく、例えば、上記実施例では、静電サーボ方
式を用いて加速度を検出したが(加速度による変位に対
して電圧を印加して変位しないような静電気力を印加す
ることによって検出したが)、変位を直接容量変化とし
て検出するセンサに具体化してもよい。The present invention is not limited to the above embodiments. For example, in the above embodiment, the acceleration was detected by using the electrostatic servo system. Although detection is performed by applying an electrostatic force that does not cause displacement, the sensor may be embodied as a sensor that directly detects displacement as a change in capacitance.
【0099】又、加速度、ヨーレートの他にも、振動等
の力学量を検出する半導体力学量センサに具体化でき
る。The present invention can be embodied as a semiconductor dynamic quantity sensor for detecting a dynamic quantity such as vibration in addition to acceleration and yaw rate.
【図1】第1の実施の形態の加速度センサを示す平面
図。FIG. 1 is a plan view showing an acceleration sensor according to a first embodiment.
【図2】図1のII−II断面図。FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II of FIG.
【図3】図1のIII−III断面図。FIG. 3 is a sectional view taken along the line III-III in FIG. 1;
【図4】図1のIV−IV断面図。FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV of FIG. 1;
【図5】図1のV−V断面図。FIG. 5 is a sectional view taken along line VV of FIG. 1;
【図6】第1の実施の形態の加速度センサの製造方法を
示す断面図。FIG. 6 is a sectional view showing the method of manufacturing the acceleration sensor according to the first embodiment.
【図7】第1の実施の形態の加速度センサの製造方法を
示す断面図。FIG. 7 is a sectional view showing the method of manufacturing the acceleration sensor according to the first embodiment.
【図8】第1の実施の形態の加速度センサの製造方法を
示す断面図。FIG. 8 is a sectional view showing the method of manufacturing the acceleration sensor according to the first embodiment.
【図9】第1の実施の形態の加速度センサの製造方法を
示す断面図。FIG. 9 is a sectional view showing the method of manufacturing the acceleration sensor according to the first embodiment.
【図10】第1の実施の形態の加速度センサの製造方法
を示す断面図。FIG. 10 is a sectional view showing the method of manufacturing the acceleration sensor according to the first embodiment.
【図11】第1の実施の形態の加速度センサの製造方法
を示す断面図。FIG. 11 is a sectional view showing the method of manufacturing the acceleration sensor according to the first embodiment.
【図12】第1の実施の形態の加速度センサの製造方法
を示す断面図。FIG. 12 is a sectional view showing the method of manufacturing the acceleration sensor according to the first embodiment.
【図13】第1の実施の形態の加速度センサの製造方法
を示す断面図。FIG. 13 is a sectional view showing the method of manufacturing the acceleration sensor according to the first embodiment.
【図14】第1の実施の形態の加速度センサの製造方法
を示す断面図。FIG. 14 is a sectional view showing the method of manufacturing the acceleration sensor according to the first embodiment.
【図15】第1の実施の形態の加速度センサの製造方法
を示す断面図。FIG. 15 is a sectional view showing the method of manufacturing the acceleration sensor according to the first embodiment.
【図16】第1の実施の形態の加速度センサの製造方法
を示す断面図。FIG. 16 is a sectional view showing the method of manufacturing the acceleration sensor according to the first embodiment.
【図17】第2の実施の形態の加速度センサの製造方法
を示す断面図。FIG. 17 is a sectional view showing the method of manufacturing the acceleration sensor according to the second embodiment.
【図18】第2の実施の形態の加速度センサの製造方法
を示す断面図。FIG. 18 is a sectional view showing the method of manufacturing the acceleration sensor according to the second embodiment.
【図19】第2の実施の形態の加速度センサの製造方法
を示す断面図。FIG. 19 is a sectional view showing the method of manufacturing the acceleration sensor according to the second embodiment.
【図20】第2の実施の形態の加速度センサの製造方法
を示す断面図。FIG. 20 is a sectional view showing the method of manufacturing the acceleration sensor according to the second embodiment.
【図21】第2の実施の形態の加速度センサの製造方法
を示す断面図。FIG. 21 is a sectional view showing the method of manufacturing the acceleration sensor according to the second embodiment.
【図22】第2の実施の形態の加速度センサの製造方法
を示す断面図。FIG. 22 is a sectional view showing the method of manufacturing the acceleration sensor according to the second embodiment.
【図23】第2の実施の形態の加速度センサの製造方法
を示す断面図。FIG. 23 is a sectional view showing the method of manufacturing the acceleration sensor according to the second embodiment.
【図24】第2の実施の形態の加速度センサの製造方法
を示す断面図。FIG. 24 is a sectional view showing the method of manufacturing the acceleration sensor according to the second embodiment.
【図25】第2の実施の形態の加速度センサの製造方法
を示す断面図。FIG. 25 is a sectional view showing the method of manufacturing the acceleration sensor according to the second embodiment.
【図26】第2の実施の形態の加速度センサの製造方法
を示す断面図。FIG. 26 is a sectional view showing the method of manufacturing the acceleration sensor according to the second embodiment.
【図27】第2の実施の形態の加速度センサの製造方法
を示す断面図。FIG. 27 is a sectional view showing the method of manufacturing the acceleration sensor according to the second embodiment.
【図28】第3の実施の形態の加速度センサの平面図。FIG. 28 is a plan view of the acceleration sensor according to the third embodiment.
【図29】第4の実施の形態のヨーレートセンサの平面
図。FIG. 29 is a plan view of a yaw rate sensor according to a fourth embodiment.
【図30】図29のXXX−XXX断面図。30 is a sectional view taken along the line XXX-XXX in FIG. 29.
【図31】図29のXXXI−XXXI断面図。FIG. 31 is a sectional view taken along the line XXXI-XXXI of FIG. 29;
【図32】図29のXXXII−XXXII断面図(Ω
=0の場合)。FIG. 32 is a sectional view taken along the line XXXII-XXXII (Ω
= 0).
【図33】第4の実施の形態のヨーレートセンサの作用
を説明するための断面図(Ω≠0の場合)。FIG. 33 is a sectional view for explaining the operation of the yaw rate sensor according to the fourth embodiment (when Ω ≠ 0);
【図34】従来の加速度センサを示す平面図。FIG. 34 is a plan view showing a conventional acceleration sensor.
【図35】図34のXXXV−XXXV断面図。35 is a sectional view taken along the line XXXV-XXXV in FIG. 34.
【図36】図34のXXXVI−XXXVI断面図。36 is a sectional view taken along the line XXXVI-XXXVI in FIG. 34.
【図37】従来の加速度センサの製造方法を示す断面
図。FIG. 37 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a conventional acceleration sensor.
【図38】従来の加速度センサの製造方法を示す断面
図。FIG. 38 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a conventional acceleration sensor.
【図39】従来の加速度センサを示す平面図。FIG. 39 is a plan view showing a conventional acceleration sensor.
【図40】図39のXXXX−XXXX断面図。40 is a sectional view taken along the line XXXX-XXXX in FIG. 39.
【図41】図39のXXXXI−XXXXI断面図。FIG. 41 is a sectional view taken along the line XXXXI-XXXXI of FIG. 39;
【図42】従来の加速度センサの製造方法を示す断面
図。FIG. 42 is a sectional view showing a method for manufacturing a conventional acceleration sensor.
【図43】従来の加速度センサの製造方法を示す断面
図。FIG. 43 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a conventional acceleration sensor.
【図44】従来の加速度センサの製造方法を示す断面
図。FIG. 44 is a sectional view showing a method for manufacturing a conventional acceleration sensor.
【図45】従来の加速度センサの製造方法を示す断面
図。FIG. 45 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a conventional acceleration sensor.
【図46】従来の加速度センサの製造方法を示す断面
図。FIG. 46 is a sectional view showing a method for manufacturing a conventional acceleration sensor.
1…基板、 2…電気接続部材としての梁構造体、 7a,7b,7c,7d…可動電極、 8a,8b,8c,8d…可動電極、 9a,9b,9c,9d…第1の固定電極、 10a,10b,10c,10d…アンカー部、 11a,11b,11c,11d…第2の固定電極、 12a,12b,12c,12d…アンカー部、 13a,13b,13c,13d…第1の固定電極、 14a,14b,14c,14d…アンカー部、 15a,15b,15c,15d…第2の固定電極、 16a,16b,16c,16d…アンカー部、 17…半導体基板としてのシリコン基板、 18…下層側絶縁体薄膜、 19…導電性薄膜、 20…上層側絶縁体薄膜、 21…積層体、 22,23,24,25…配線パターン、 26…静電気力相殺用固定電極としての下部電極、 27a,27b,27c,27d…電気接続部材として
の電極取出部、 29a,29b,29c,29d…開口部、 31a,31b,31c,31d…開口部、 32…開口部、 33…開口部、 40…第1の半導体基板としての単結晶シリコン基板、 41…犠牲層用薄膜としてのシリコン酸化膜、 43…第1の絶縁体薄膜としてのシリコン窒化膜、 44a,44b,44c,44d…開口部、 45…導電性薄膜としてのポリシリコン薄膜、 46…第2の絶縁体薄膜としてのシリコン酸化膜、 46…貼合用薄膜としてのポリシリコン薄膜、 48…第2の半導体基板としての単結晶シリコン基板、 49…溝パターン(溝)、 60…第1の半導体基板としてのシリコン基板、 61…溝パターン(溝)、 62…犠牲層用薄膜としてのシリコン酸化膜、 64…第1の絶縁体薄膜としてのシリコン窒化膜、 65a,65b,65c…開口部、 66…導電性薄膜としてのポリシリコン薄膜、 67…第2の絶縁体薄膜としてのシリコン酸化膜、 68…貼合用薄膜としてのポリシリコン薄膜、 69…第2の半導体基板としての単結晶シリコン基板、 80…基板、 81…梁構造体、 82…梁構造体、 87…第1の可動電極としての励振用可動電極、 88…第2の可動電極としての励振用可動電極、 90…第1の励振用固定電極としての櫛歯電極、 91…第2の励振用固定電極としての櫛歯電極、 97…下層側絶縁体薄膜、 98…導電性薄膜、 99…上層側絶縁体薄膜、 100…積層体、 101…下部電極、 102…下部電極、 103…配線パータン、 104…配線パータン、 105…電気接続部材としての電極取出部、 106…電気接続部材としての電極取出部、 109…開口部。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... board | substrate, 2 ... beam structure as an electrical connection member, 7a, 7b, 7c, 7d ... movable electrode, 8a, 8b, 8c, 8d ... movable electrode, 9a, 9b, 9c, 9d ... 1st fixed electrode .., 10a, 10b, 10c, 10d ... anchor part, 11a, 11b, 11c, 11d ... second fixed electrode, 12a, 12b, 12c, 12d ... anchor part, 13a, 13b, 13c, 13d ... first fixed electrode 14a, 14b, 14c, 14d: anchor portion, 15a, 15b, 15c, 15d: second fixed electrode, 16a, 16b, 16c, 16d: anchor portion, 17: silicon substrate as a semiconductor substrate, 18: lower layer side Insulating thin film, 19: conductive thin film, 20: upper insulating thin film, 21: laminated body, 22, 23, 24, 25: wiring pattern, 26: static electricity canceling fixed electrode Lower electrode 27a, 27b, 27c, 27d... Electrode extraction portions as electrical connection members, 29a, 29b, 29c, 29d... Opening, 31a, 31b, 31c, 31d... Opening, 32. .., An opening, 40, a single-crystal silicon substrate as a first semiconductor substrate, 41, a silicon oxide film as a sacrificial layer thin film, 43, a silicon nitride film as a first insulator thin film, 44a, 44b, 44c, 44d: opening, 45: polysilicon thin film as a conductive thin film, 46: silicon oxide film as a second insulating thin film, 46: polysilicon thin film as a bonding thin film, 48: second semiconductor substrate A single-crystal silicon substrate; 49, a groove pattern (groove); 60, a silicon substrate as a first semiconductor substrate; 61, a groove pattern (groove); 62, a sacrifice layer A silicon oxide film as a thin film, 64 a silicon nitride film as a first insulator thin film, 65a, 65b, 65c an opening, 66 a polysilicon thin film as a conductive thin film, 67 a second insulator thin film 68 a polysilicon thin film as a bonding thin film; 69 a single-crystal silicon substrate as a second semiconductor substrate; 80 a substrate; 81 a beam structure; 82 a beam structure; A movable electrode for excitation as the first movable electrode; 88, a movable electrode for excitation as the second movable electrode; 90, a comb-shaped electrode as the first fixed electrode for excitation; 91, a second fixed electrode for excitation; 97: Lower insulating thin film, 98: Conductive thin film, 99: Upper insulating thin film, 100: Laminate, 101: Lower electrode, 102: Lower electrode, 103: Wiring pattern, 104 Wiring Patan, 105 ... electrode lead-out portion of the electric connection member, 106 ... electrode lead-out portion of the electric connection member, 109 ... opening.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹内 幸裕 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 Fターム(参考) 2G064 AB02 BA02 BA07 BB03 BB64 BD05 BD30 BD45 BD47 BD68 BD76 4M112 AA02 BA07 CA21 CA26 CA31 CA33 DA04 DA06 DA12 DA18 EA04 EA06 EA07 EA10 EA11 FA20 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Yukihiro Takeuchi 1-1-1 Showa-cho, Kariya-shi, Aichi F-Term in Denso Co., Ltd. (Reference) 2G064 AB02 BA02 BA07 BB03 BB64 BD05 BD30 BD45 BD47 BD68 BD76 4M112 AA02 BA07 CA21 CA26 CA31 CA33 DA04 DA06 DA12 DA18 EA04 EA06 EA07 EA10 EA11 FA20
Claims (2)
を隔てた位置に配置され、力学量により変位する作用力
を受ける梁構造体と、 前記基板の上面に固定され、前記梁構造体の少なくとも
その一部に対向して配置された固定電極とを備えた半導
体力学量センサであって、 前記基板の上面部であって、前記梁構造体の下部に相当
する部分に、突起を形成したことを特徴とする半導体力
学量センサ。1. A substrate, a beam structure made of a semiconductor material, disposed at a predetermined interval on an upper surface of the substrate, and receiving an acting force displaced by a physical quantity, fixed to the upper surface of the substrate, A semiconductor physical quantity sensor comprising: a fixed electrode disposed so as to face at least a part of the beam structure; and a top surface portion of the substrate and a portion corresponding to a lower portion of the beam structure. And a projection formed on the semiconductor dynamic quantity sensor.
る請求項1に記載の半導体力学量センサ。2. The semiconductor physical quantity sensor according to claim 1, wherein the beam structure is made of single crystal silicon.
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