JPH09139530A - マイクロ電子集積センサおよびその製造方法 - Google Patents

マイクロ電子集積センサおよびその製造方法

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JPH09139530A
JPH09139530A JP8277263A JP27726396A JPH09139530A JP H09139530 A JPH09139530 A JP H09139530A JP 8277263 A JP8277263 A JP 8277263A JP 27726396 A JP27726396 A JP 27726396A JP H09139530 A JPH09139530 A JP H09139530A
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cantilever
holes
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layer
oxide
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Karlheinz Mueller
ミユラー カールハインツ
Stefan Dipl Ing Kolb
コルプ シユテフアン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 内部に片持梁が構成されているマイクロ電子
集積センサであって、製造プロセスの工程間の機械的な
応力に対して敏感でないセンサを提供する。 【解決手段】 片持梁が支えに載せられており、また、
一方では機械的応力を緩和するための片持梁の十分な平
衡運動が可能であり、また他方では平衡運動が支えの範
囲内でのみ可能であるように、片持梁の一方の縁から間
隔をおかれている側方および上方運動制限部材が設けら
れている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内部に片持梁が構
成されており、また特に上側の層を支えるため空所を通
って延びている支柱を有するマイクロ電子集積センサに
関する。さらに本発明はこのようなセンサを製造するた
めの方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】このようなセンサはたとえば加速度を測
定するために使用される。片持梁はその際に上側および
下側の電極と一緒にキャパシタンスとしての役割をし、
その際にキャパシタンス変化が測定量として評価され
る。通常、これまでに公知の片持梁はばねを介して全製
造工程の間にセンサに固定されている。しかしセンサの
製造の際のプロセス進行は片持梁内のストレス、特に機
械的ストレスに通ずる。ばねが完全に緩和されていない
際には片持梁がそれにより曲がって使いものにならなく
なり得る。さらに、ばねのなかに受け入れられる力は作
動中の片持梁の誤動作に通じ得る。これらのセンサを機
械的に安定化するため、一般にポリシリコン層から成る
上側蓋板が酸化物支柱により支えられる。同じく蓋板が
金属膜から形成され、また金属膜支柱により支えられ得
る。しかし、アルミニウム支柱の際には、これらが下側
の電極に対してたとえばダイオードにより絶縁されなけ
ればならないという問題がある。それにもかかわらず、
まだセンサの機能を損なう漏れ電流が生じ得る。酸化物
支柱は、その形成に問題があり、またエッチング時間に
強く関係しているので、製造に困難を伴う。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
に記載した種類のセンサであって、特に製造プロセスの
間の機械的な応力に対して敏感でないセンサを提供する
ことにある。さらに本発明の課題は、このようなセンサ
を製造するための方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この課題は本発明によれ
ば、片持梁が支えに載せられており、また、一方では機
械的応力を緩和するための片持梁の十分な平衡運動が可
能であり、他方では平衡運動が支えの範囲内でのみ可能
であるように、片持梁の一方の縁から間隔をおかれてい
る側方および上方運動制限部材が設けられることにより
解決される。
【０００５】このようにして、支え、たとえば支点の上
に載せられており、その上でほぼ自由に運動することが
でき、また、支点を越えてのずれまたは外れが防止され
るように、側方および上方にその運動を制限される完全
かつ自由に緩和可能な片持梁が得られる。
【０００６】支えは特に好ましい実施態様では、片持梁
のポリシリコンと支えのポリシリコンとの間でのみ支え
との片持梁の直接的かつ定常的な接触が行われるよう
に、ポリシリコン層から製造される。
【０００７】支えおよび運動制限部材が１つのユニット
として構成されていることは好ましく、その際に片持梁
外縁を袋穴状に囲む受入装置が設けられていることは好
ましい。同じくここに片持梁のスリット状または溝状の
受入装置が設けられていてもよい。運動制限部材および
支え、一層詳細には支点は好ましくは片持梁の全周縁範
囲に設けられている。しかし点状の支えが設けられてい
てもよい。
【０００８】運動制限部材は、片持梁が段付きに構成さ
れ、一方で支点の上に載り、また段が位置ずれの場合に
支点に当たることにより、機能的に支え内に集積され得
る。上側に片持梁が構成される酸化物層のプレーナ化に
より直線的な片持梁の製造も可能である。
【０００９】好ましい実施態様では、運動制限部材が、
片持梁のなかに形成された凹みを通して導かれている支
えの形態で構成されている。この場合、運動制限部材は
片持梁の外縁ではなく、凹みのなかに形成された片持梁
の縁に係合する。
【００１０】本発明の別の解決手段によれば、マイクロ
電子センサは窒化物から成る支柱を有し、この支柱はセ
ンサの空所を通って延びており、またそれによりセンサ
の上側の層を床に支える。それによりセンサの安定性の
向上が達成され、電気的絶縁の問題が生じない。
【００１１】窒化物から成る支柱は好ましくはその内部
に空所を有するものとして構成されている。なぜなら
ば、この形態は特に容易に製造可能であるからである。
【００１２】空所のなかに構成された片持梁を有するマ
イクロ電子集積センサを製造するための方法では、本発
明によれば、基板の上に第１の酸化物層が形成され、第
１のポリシリコン層が析出され、また片持梁を形成する
ためにパターン化され、その上に第２の酸化物層が析出
され、すぐ次の工程で片持梁を形成するための第２のポ
リシリコン層が析出され、ドープされ、また再結晶化さ
れ、第２のポリシリコン層にプロセス進行の終了時に行
われる酸化物エッチングを通す役割をする孔列がパター
ン化され、第３および第４のの酸化物層が施され、また
パターン化され、覆いを形成するための第３のポリシリ
コン層が施され、第３のポリシリコン層に孔列がパター
ン化され、この孔列を通してその下に位置している第４
の酸化物層の等方性エッチングが、第１のポリシリコン
層のパターンの下に位置している第１の酸化物層の部分
を例外として、空所を形成するために行われる。
【００１３】この方法により片持梁が第１のポリシリコ
ン層から構成された支点の上に載るセンサの内部の空所
に構成される。
【００１４】空所を形成するための酸化物エッチングの
間に、第２のポリシリコン層から形成された片持梁がポ
リシリコン層または他の面にエッチング液体と共同作用
して吸いつくのを回避するため、製造プロセスの間にレ
ジスト支柱を設けることは有利である。それらは簡単な
仕方で第３のポリシリコン層内の孔列の２段の形成によ
り形成され得る。その際に第１のホト技術により面上に
分布した孔がパターン化される。これらの孔を介して先
ず部分的に等方性の成分を有する異方性の酸化物エッチ
ングが行われる。その際に形成される空所内に、第２の
ポリシリコン層内の孔列のその他の孔を形成するため、
新たに、いま形成すべき孔のみをあけておき、また最初
に形成された孔を覆うレジストマスクが施される。その
際に前もってエッチングされた空所はレジストにより満
たされ、また最初のエッチングの等方性の成分に基づい
て第２のポリシリコン層にも食い込む。これらのレジス
ト支柱を構成するため、第２のポリシリコン層の孔列内
のそのために使用される孔がほぼ第３のポリシリコン層
の孔と合致していることが必要である。最後にレジスト
が完全にエッチングされた空所から除去され、それによ
り片持梁は自由に運動可能に配置された状態となる。
【００１５】本発明の別の解決手段によれば、センサの
空所内に支柱を形成するため、後で空所を形成する種々
の酸化物層が施され、酸化物層の上に後で蓋を形成する
ポリシリコン層が析出され、このポリシリコン層がホト
技術によりパターン化され、また続いてエッチングさ
れ、ポリシリコン層内のエッチングされた孔を通して等
方性の成分を有する異方性の酸化物エッチングが行わ
れ、先にエッチングされた空所をも満たし、またこうし
て窒化物支柱を形成する窒化物層が施され、またポリシ
リコン層内のエッチングされた他の孔を通して空所を形
成するための酸化物エッチングが支柱の周囲に行われ
る。
【００１６】酸化物層の間に配置されている別のポリシ
リコン層から形成される片持梁の構成の際に、支柱が片
持梁から間隔をおいて凹みを通して導かれるように、そ
の後の支柱の個所により大きい凹みをパターン化するこ
とは好ましい。
【００１７】蓋を形成するポリシリコン層内に好ましく
は孔列が形成され、それを通してその後のエッチングが
行われる。その際に孔が窒化物支柱を製造するための工
程を行うために選ばれ、またその周りに位置している孔
は酸化物層をエッチングするために使用される。
【００１８】本発明の別の実施態様では、空所エッチン
グの際に所望の空所の形状がエッチングレートを有する
酸化物層の選択により制御され得るように、相い異なる
エッチングレートを有する材料から成る種々の酸化物層
が形成される。しかしこの実施態様で、支点として、ま
た同時にその下に位置している酸化物の部分に対するエ
ッチングストッパとして第１のポリシリコン層を使用す
ることにより、等しいエッチングレートを有する酸化物
層の使用も可能である。
【００１９】
【実施例】以下、図面に示されている実施例により本発
明を一層詳細に説明する。
【００２０】図１には、種々の工程で施されかつパター
ン化される材料層が示されている。その際に基板１から
出発して第１の比較的厚い酸化物層２が形成される。こ
の酸化物層の上に、後で片持梁に対する支点を形成する
ため、ホト技術によりパターン化される第１のポリシリ
コン層３が施される。その後に、第１のポリシリコン層
３から形成された支点を覆うことを主な役割とする第２
の酸化物層４が施される。この範囲の外側で酸化物層が
再び除去され、それによって、図１中に示されているよ
うに、すぐ次の工程で第２のポリシリコン層５が施され
得る。しかし、この第２の酸化物層４を部分範囲内でエ
ッチング除去しないで、第２のポリシリコン層５が完全
にポリシリコン層５の右側範囲内に示されている高めら
れた段の平面の上に構成されるようにすることも同じく
可能である。
【００２１】第２のポリシリコン層５がドープされ、ま
た高温処理により再結晶化され、またその際にドーピン
グ物質の能動化も行われる。続いて、孔列６がポリシリ
コン層５内にホト技術によるパターン化およびそれに続
いてのエッチングにより形成される。孔列６はその後に
ポリシリコン層５の下に置かれる範囲内に空所を形成す
るためエッチング液体を通す役割をする。
【００２２】後で窒化物支柱が形成されるべき個所に、
ポリシリコン層５内に適合させられた孔、すなわち片持
梁との衝突を回避するために十分に大きい孔が形成され
る。この第２のポリシリコン層５の上に第３の酸化物層
７が施され、プレーナ化され、また圧縮される。ホト技
術により酸化物層７が、それが支柱１４の範囲内で終わ
るように、パターン化され、また後続の工程で第３の酸
化物層および第２のポリシリコン層５を覆って延びる別
の第４の酸化物層８が施される。すぐ次の工程でセンサ
の蓋を形成する第３のポリシリコン層９が施される。こ
れはドープされ、また高温処理で再結晶化される。その
際にドーピング物質が能動化される。
【００２３】センサの外側寸法を決定するため、また第
３のポリシリコン層９内に孔列１０を形成するため、ホ
ト技術によりポリシリコン層９がパターン化され、また
続いて相応の個所においてエッチングされる。面を覆っ
て孔列１０のいくつかの孔内に、内部に支柱が構成され
得る空所を酸化物層のなかに形成するため、等方性の成
分を有する乾式の異方性の酸化物エッチングが行われ
る。空所はほぼ垂直に第３のポリシリコン層９から下方
に基板１まで達しており、また第２のポリシリコン層５
の孔列１０の適合させられた大きい孔を通っている。後
続の工程で、先に形成された空所をも窒化物支柱１２を
形成して満たす窒化物層１１が施される。窒化物はその
際に主として壁に堆積し、それによって空所１３が窒化
物支柱１２の内部に生ずる。先行の空所エッチングが等
方性の成分を有するので、空所は第３のポリシリコン層
９の下まで延び、またその際に窒化物支柱１２が第３の
ポリシリコン層９の下に食い込み、こうしてこれを支え
る。
【００２４】別の方法を実行するためには、孔１５がな
かんずくその下に位置している孔列１０の範囲内に形成
されるように、窒化物層１１の乾式エッチングが行われ
る。次いで、すぐ次の工程でポリシリコン層９および窒
化物層１１内の孔を通して空所形成のための酸化物層の
等方性のエッチングが行われる。しかし、先ずいくつか
の個所においてのみ等方性の成分を有する異方性の乾式
の酸化物エッチングが行われ、それによって別の空所１
６が形成される。等方性の成分はその際に、空所が片持
梁を形成する第２のポリシリコン層５の範囲をもとらえ
るように大きくなければならない。これらの空所は後続
のホト技術により、センサ内にレジスト支柱が形成され
るようにレジストで満たされる。これらのレジスト支柱
は後続の酸化物エッチングの間に片持梁を予め定められ
た位置に保ち、またそれにより片持梁１７の沈下を回避
する。このようにして、片持梁が酸化物エッチングの間
にエッチング液体の影響のもとに吸いつくことが防止さ
れる。空所のエッチングの後にレジスト支柱は再び除去
される。
【００２５】第３のポリシリコン層９内に構成されてい
る孔列１０の孔は第２のポリシリコン層５内の孔よりも
幾何学的に小さい。なぜならば、前者の孔は再び閉じら
れなければならないからである。
【００２６】その際に、補助層とも呼ばれる第１のポリ
シリコン層３と、第２のポリシリコン層５から形成され
る片持梁１７と、主として第３のポリシリコン層９から
成る蓋とから形成される、支点１８を有する図２中に示
されているパターンが生ずる。第３のポリシリコン層９
から形成された蓋の範囲内のなお存在する孔は酸化物ま
たはホウリンケイ酸塩ガラス（ＢＰＳＧ）により覆わ
れ、また閉じられる。適当な個所に接触孔２０がエッチ
ングされ、またこの孔を通して金属接触部がその下に位
置している片持梁１７に導かれる。その際に、金属接触
部が孔列６の範囲内のポリシリコン層３との接触を有さ
ないように注意すべきである。このことはポリシリコン
層３の中断部１９により行われる。センサはこれにより
規定どおりに片持梁１７およびポリシリコン層９と基板
１との間の変化するキャパシタンスにより作動する。
【００２７】図３にはセンサの平面図が示されており、
その際に外側の破線は第３のポリシリコン層９により決
定される外側寸法を示す。第３のポリシリコン層９は一
方では片持梁１７の主範囲を覆い、また他方では右下に
示されている片持梁１７の突出部を覆う。この突出部に
は第１のポリシリコン層３から形成される支点１８も配
置されている。第３のポリシリコン層９は、片持梁１７
への電気的接触を回避するため、これらの両範囲内に別
々に構成されている。片持梁１７の中央範囲内には第２
のポリシリコン層の孔列６もその上に位置して第３のポ
リシリコン層９の孔列１０も配置されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】片持梁および窒化物支柱を有するマイクロ電子
センサの一製造工程を示す概略断面図。
【図２】片持梁および窒化物支柱を有するマイクロ電子
センサの製造工程の終了に近い段階での概略断面図。
【図３】マイクロ電子センサの部分的にカットされた平
面図。
【符号の説明】
１ 基板 ２ 第１の酸化物層 ３ 第１のポリシリコン層 ４ 第２の酸化物層 ５ 第２のポリシリコン層 ６ 孔列 ７ 第３の酸化物層 ８ 第４の酸化物層 ９ 第３のポリシリコン層 １０ 孔列 １１ 窒化物層 １２ 窒化物支柱 １６ 空所 １７ 片持梁 １９ 中断部 ２０ 接触孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シユテフアン コルプ ドイツ連邦共和国 85716 ウンターシユ ライスハイム フアレリーシユトラーセ 10エー

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内部に片持梁が構成されているマイクロ
    電子集積センサにおいて、片持梁（１７）が支えに載せ
    られており、また、一方では機械的応力を緩和するため
    の片持梁の十分な平衡運動が可能であり、他方では平衡
    運動が支えの範囲内でのみ可能であるように、片持梁の
    一方の縁から間隔をおかれている側方および上方運動制
    限部材が設けられていることを特徴とするマイクロ電子
    集積センサ。
  2. 【請求項２】 ポリシリコンから成る支えが補助層とし
    て使用されるポリシリコン層（３）から形成されること
    を特徴とする請求項１記載のセンサ。
  3. 【請求項３】 支えおよび運動制限部材がユニットとし
    て構成されていることを特徴とする請求項１または２記
    載のセンサ。
  4. 【請求項４】 片持梁を袋穴状またはスリット状に囲む
    受入装置が支えおよび運動制限部材を形成するために設
    けられていることを特徴とする請求項２記載のセンサ。
  5. 【請求項５】 運動制限部材および／または支えが片持
    梁（１７）のすべての周囲範囲内に設けられていること
    を特徴とする請求項１ないし４の１つに記載のセンサ。
  6. 【請求項６】 運動制限部材が、片持梁に形成された凹
    みを通して導かれる支柱（１２）の形態で構成されてい
    ることを特徴とする請求項１ないし４の１つに記載のセ
    ンサ。
  7. 【請求項７】 片持梁（１７）が、支えと一緒に運動制
    限部材を形成する段により構成されていることを特徴と
    する請求項１ないし６の１つに記載のセンサ。
  8. 【請求項８】 空所のなかに片持梁が構成されており、
    また上側の層を支えるため空所を通って延びている支柱
    を有するマイクロ電子集積センサにおいて、支柱（１
    ２）が窒化物から成ることを特徴とするマイクロ電子集
    積センサ。
  9. 【請求項９】 窒化物から成る支柱（１２）がその内部
    に空所（１３）を有することを特徴とする請求項８記載
    のセンサ。
  10. 【請求項１０】 特に請求項１ないし７の１つによる内
    部に片持梁が構成されているマイクロ電子集積センサを
    製造するための方法において、基板（１）の上に第１の
    酸化物層（２）が形成され、支えを形成するための第１
    のポリシリコン層（３）がパターン化され、その上に支
    えを覆う第２の酸化物層（４）が析出され、片持梁（１
    ７）を形成するための第２のポリシリコン層（５）が析
    出され、ドープされ、また再結晶化され、第２のポリシ
    リコン層（５）に第１および第２の酸化物層（２、４）
    をその後に等方性にエッチングするための孔列（６）が
    パターン化され、第３の酸化物層（７）が施され、また
    パターン化され、第４の酸化物層（８）が第３の酸化物
    層（７）と片持梁（１７）の露出部分との上に施され，
    覆いを形成するための第３のポリシリコン層（９）が施
    され、第３のポリシリコン層（９）にエッチング剤を通
    過させるための孔列（１０）がパターン化され、また空
    所を形成するため等方性の酸化物エッチングが行われる
    ことを特徴とするマイクロ電子集積センサの製造方法。
  11. 【請求項１１】 特に請求項８または９による内部に片
    持梁が構成されており、また上側の層を支えるため空所
    を通って延びている支柱を有するマイクロ電子集積セン
    サを製造するための方法において、基板の上に多数の酸
    化物層が析出され、覆いを形成するための酸化物層の上
    にポリシリコン層（９）が析出され、ポリシリコン層
    （９）に孔列（１０）がパターン化され、孔列（１０）
    の孔のなかの支柱が形成されるべき個所において等方性
    の成分を有する異方性の酸化物エッチングが行われ、窒
    化物層（１１）が施され、その際に窒化物が窒化物支柱
    （１２）を形成して先に形成された空所のなかに到達
    し、その他の孔の範囲内の窒化物層（１１）が除去さ
    れ、孔列（１０）のその他の孔を通して空所（１６）を
    形成するための等方性の酸化物エッチングが行われるこ
    とを特徴とするマイクロ電子集積センサの製造方法。
  12. 【請求項１２】 窒化物支柱（１２）の範囲内の片持梁
    （１７）のパターン化の際に、窒化物支柱（１２）から
    間隔をおかれている孔が形成されることを特徴とする請
    求項１１記載の方法。
  13. 【請求項１３】 第３のポリシリコン層（９）内の孔列
    （１０）の製造が２つの工程で行われ、その際に第１の
    孔のエッチングの後に等方性の成分を有する異方性の酸
    化物エッチングが行われ、またその際に形成された空所
    が第２の孔をパターン化するためのレジスト被覆の際に
    レジスト支柱を形成してレジストにより満たされること
    を特徴とする請求項１１または１２記載の方法。
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