JPH0936387A - 半導体力学量センサの製造方法 - Google Patents

半導体力学量センサの製造方法

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JPH0936387A
JPH0936387A JP20538795A JP20538795A JPH0936387A JP H0936387 A JPH0936387 A JP H0936387A JP 20538795 A JP20538795 A JP 20538795A JP 20538795 A JP20538795 A JP 20538795A JP H0936387 A JPH0936387 A JP H0936387A
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JP
Japan
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insulating film
film
region
semiconductor
gate electrode
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JP20538795A
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English (en)
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Shiyouwa Karesue
将和 彼末
Kenichi Ao
青  建一
Hirobumi Uenoyama
博文 上野山
Yasutoshi Suzuki
康利 鈴木
Toshitaka Yamada
利貴 山田
Tameji Ota
為治 太田
Takamoto Watanabe
高元 渡辺
Yukihiro Takeuchi
竹内  幸裕
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】可動ゲートが所定の空隙を設けて形成された力
学量センサにおいて、2つの絶縁膜の界面にトラップさ
れた電子を容易な方法で消失させ、素子特性を均一化す
るこ。 【構成】シリコン基板10とSiO2膜13とSi3N4 膜14
と、このSi3N4 膜14に対して所定の空隙20を介して
配設され、ソース領域12とドレイン領域11との間の
チャネル領域の上部に当たる位置にゲート電極16の形
成され外部からの力学量に応じてゲート電極16が変位
する可動部材15とから成る半導体力学量センサの製造
方法において、Si3N4 膜14が形成された後の工程にお
いて、Si3N4 膜14とSiO2膜13との界面に紫外線を照
射する。これにより界面の電子を消失させることができ
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、ソース、ドレイン
の形成された半導体基板に対して所定のギャップを隔て
て可動ゲートを形成した力学量センサの製造方法に関す
る。特に、センサの感度の向上とセンサの特性の安定性
を改善したものに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、基板上に空隙を介して形成された
可動ゲートタイプの半導体力学量センサとして、特開平
6−163934号公報に記載の半導体加速度センサが
知られている。これは、半導体基板上にソース・ドレイ
ン及び犠牲層のSiO2膜をエッチング除去してゲート電極
と基板との間に空隙を形成して、可動ゲートを形成した
ものである。このセンサでは、センサに加速度が印加さ
れると、可動ゲートが変位し、それにより、ソース・ド
レイン間のチャネル幅が変化してソース・ドレイン間に
流れる電流が変化する。そして、この変化する電流量に
基づいて印加される加速度を検出するものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
半導体力学量センサのMOSトランジスタにおいては、
通常のMOSトランジスタとは異なり、ゲート酸化膜と
ゲート電極との間には空隙があるため、ゲート酸化膜を
大気から保護する保護膜、あるいは、犠牲層のSiO2膜を
エッチング除去する際にゲート酸化膜をエッチングから
守るための保護膜としてシリコン窒化膜を形成する必要
がある。このように、ゲート酸化膜上にシリコン窒化膜
を堆積すると、ゲート酸化膜とシリコン窒化膜との界面
に、電子がトラップされ、MOSトランジスタのしきい
値電圧が変動し、このため、加速度に対する出力(ドレ
イン電流)が変動してしまうという問題が発生すること
が本願発明者らの実験により明らかとなった。さらに、
製造工程のばらつきにより、トラップ密度も変化し、各
センサのしきい値を全て均一にすることが困難となるこ
とも明らかになった。従って、ゲート酸化膜とシリコン
窒化膜との界面にトラップされた電子を消失させること
が必要となってくる。
【0004】ところが、半導体加速度センサでは、シリ
コン酸化膜も500Åと厚くなり、しかも、可動ゲート
が窒化珪素膜に対して約5000Åの空隙を隔てて形成
されている。従って、ゲートを接地してシリコン基板に
正電圧を印加して、界面にトラップされた電子を消失さ
せる方法では、シリコン基板に印加する電圧が極めて大
きくなり、現実問題として使用できない。
【0005】本発明は、上記の課題を解決するために成
されものであり、その目的は、可動ゲートが所定の空隙
を設けて形成された力学量センサにおいて、2つの絶縁
膜の界面にトラップされた電子を容易な方法で消失させ
ることである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の構成は、表面層
にソース領域とドレイン領域とが形成された半導体基板
と、この半導体基板上に形成された第1絶縁膜と、この
第1絶縁膜と物質が異なり第1絶縁膜上に形成された第
2絶縁膜と、この第2絶縁膜に対して所定の空隙を介し
て配設され、ソース領域とドレイン領域との間のチャネ
ル領域の上部に当たる位置にゲート電極が形成され外部
からの力学量に応じてゲート電極が変位する可動部材と
から成る半導体力学量センサの製造方法において、第2
絶縁膜が形成された後の工程において、第2絶縁膜と第
1絶縁膜との界面に紫外線等の電磁波を照射することを
特徴とする。
【0007】又、他の発明は、基板の所定領域に形成さ
れると共に、この所定領域とは反対導電型のソース領域
及びドレイン領域を形成し、このソース領域及びドレイ
ン領域間ををチャネル領域とし、このチャネル領域上に
おいて、空隙を介して基板上に可動状態に配設されるゲ
ート電極を形成し、外部からの力学量に応じてゲート電
極が変位してソース領域及びドレイン領域間の導通状態
が変化し、その変化量に基づいて力学量を検出するよう
にした半導体力学量センサの製造方法において、基板上
にゲート絶縁膜を形成する工程と、このゲート絶縁膜と
はエッチングに対して異なる物性を示す保護膜をゲート
絶縁膜上に形成する工程と、ゲート絶縁膜とエッチング
に対して同等の物性を示す犠牲層を保護膜上に形成する
工程と、所定領域にて基板と接続するアンカー部が形成
されるようにゲート電極層を犠牲層上に形成する工程
と、犠牲層をエッチング除去して、ゲート電極層を可動
状態にする工程とを有し、保護膜が形成された後であっ
て、この保護膜とゲート絶縁膜との間に励起される電子
を消去すべく、所定エネルギーの電磁波を照射する工程
を有することを特徴とする。
【0008】さらに、他の発明は、ゲート絶縁膜はシリ
コン酸化膜であり、保護膜はシリコン窒化膜であり、電
磁波を紫外線としたことである。
【0009】上記の半導体力学量センサは、通常、次の
材料で構成されている。即ち、半導体基板はシリコン、
第1絶縁膜はSiO2、第2絶縁膜はSi3N4 であり、ゲート
の形成された可動部材はポリシリコンである。しかし、
2つの膜の物質が異なることによりそれらの膜の界面に
電子がトラップされるので、本発明の特徴は、第1絶縁
膜と第2絶縁膜とを構成する物質が異なれば良い。又、
紫外線を照射する工程は、第2絶縁膜を形成した後であ
れば、紫外線照射が可能な任意の工程で実施することが
できる。
【0010】
【作用及び発明の効果】上記の力学量センサを製造する
時、第1絶縁膜と第2絶縁膜との界面に電子がトラップ
される。この電子は、第2絶縁膜が形成された後の可能
な任意の工程において、第1絶縁膜と第2絶縁膜との界
面に紫外線等の電磁波を照射することで、消失させるこ
とができる。
【0011】又、請求項2の発明では、犠牲層をエッチ
ングする際に、ゲート絶縁膜がエッチングされるのを保
護膜により防止することができる。そして、ゲート絶縁
膜と保護膜との界面にトラップされた電子に紫外線等の
電磁波エネルギーを与えることにより、界面から電子を
消失させることができる。
【0012】この結果、トランジスタのしきい値電圧を
低い値で安定且つ均一化することができる。よって、力
学量センサの感度が向上し特性が安定する。又、紫外線
照射という容易な方法で実施できるので、製造が容易と
なる。
【0013】
【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。図2は本発明の具体的な実施例にかかる加速度
センサ1の平面図であり、図1はその断面図である。
【0014】シリコン基板10の表面領域にはドレイン
領域11とソース領域12と、導電層17、18が形成
されている。そして、シリコン基板10の表面には第1
絶縁膜であるSiO2膜13が形成され、そのSiO2膜13の
上には第2絶縁膜であるSi3N4 膜(シリコン窒化膜)1
4が形成されている。
【0015】さらに、シリコン基板10の上には所定の
空隙20を設けてポリシリコンから成る可動部材15が
形成されいる。可動部材15は「H」字形状の梁構造で
あり4点の支持部21、22でシリコン基板10の導電
層17、18に機構的に支持されると共に電気的に接続
されている。又、可動部材15の一部であって、ドレイ
ン領域11とソース領域12との間のチャネル領域の上
に当たる位置にゲート電極16が形成されている。
【0016】この構造の加速度センサ1の可動部材15
は加速度を受けて変位する。即ち、ゲート電極16が図
2において水平方向、又は、図1において垂直方向に移
動する。この結果、トランジスタのチャネル長、幅、空
隙20の間隔が外部の力学量によって変化することにな
り、ドレイン電流がその力学量に応じて変動することに
なる。この結果、トランジスタにより外部の力学量の大
きさを検出することが可能となる。
【0017】次に、この加速度センサ1の製造方法を次
に説明する。ウエハ状のシリンコ基板10の表面を温度
約900℃で約30分間熱酸化する。これにより、厚さ
500ÅのSiO2膜13が形成される。次に、Si3N4 をC
VDにて、厚さ500ÅのSi3N4 膜14を形成する。次
に、SiO2系物質をスパッタ又はCVDにて、厚さ500
0Åの犠牲層を形成する。次に、ホトリソグラフ技術に
より、可動部材15の4点の支持部21、22に当たる
犠牲層とSi3N4 膜14とSiO2膜13とに窓を形成する。
【0018】次に、犠牲層の上に一様にポリシリコンを
体積して、ホトリソグラフ技術により図2に示す平面形
状にエッチングしてゲート電極16を有する可動部材1
5を形成する。次に、シリコン基板10の所定領域にイ
オン打込を行い、ドレイン領域11とソース領域12と
導電層17、18を形成する。次に、犠牲層だけをエッ
チングして除去し、可動部材15とシリコン基板10の
表面との間に5000Åの空隙20を形成する。このと
き、Si3N4 膜14は、SiO2膜13がエッチングされるの
を防止する。
【0019】次に、水銀ランプを用いて、可動部材15
を介して、Si3N4 膜14の表面に一様に紫外線を40分
以上照射する。紫外線の照射時間が短いと、Si3N4 膜1
4とSiO2膜13との界面に再トラップされるため、電子
を完全に消失させることができない。膜厚500ÅのSi
3N4 膜14の時、40分以上の紫外線の照射により完全
に界面準位にトラップされている電子を消失させること
ができた。
【0020】このようにして、界面準位にトラップされ
ている電子を消失させることで、加速度センサ1のしき
い値電圧を低下させることができる。即ち、加速度セン
サ1はゲート電圧5Vで十分に飽和領域に達するディプ
レッション型のトランジスタすることができる。よっ
て、本加速度センサ1はゲート電圧を5Vに固定して、
ドレイン電流により加速度を直線性良く測定することが
可能となる。
【0021】このようにして製造した加速度センサ1の
加速度対ドレイン電流の特性は図3に示すように直線性
が極めて優れたものとなった。紫外線を照射することな
く製造した加速度センサの特性は図4に示すようになっ
た。直線性の素子毎のばらつきが大きいことが理解され
る。
【0022】このように本発明では、第2絶縁膜を形成
した後、可能な任意の工程で紫外線を照射することで、
加速度センサの直線性を改善でき、センサ間の特性のば
らつきを抑制することができた。
【0023】尚、紫外線の照射は第2絶縁膜のSi3N4
14を形成した直後、犠牲層を形成する前に行うことも
可能である。さらに、イオン打込は第1絶縁膜のSiO2
13を形成する前に行うことも可能である。
【0024】又、SiO2膜13とSi3N4 膜14の界面にト
ラップされた電子を消失させるためには、紫外線照射で
なくても良く、界面から基板側へ電子が移動できるだけ
の電磁波エネルギーを与えれば良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の具体的な実施例に係る半導体加速度セ
ンサの構造を示した断面図。
【図2】同半導体加速度センサの構造を示した平面図。
【図3】同半導体加速度センサの出力特性を示した測定
図。
【図4】従来の半導体加速度センサの出力特性を示した
測定図。
【符号の説明】
10…シリコン基板 11…ドレイン領域 12…SiO2膜 13…Si3N4 膜 15…可動部材 16…ゲート電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/318 H01L 21/26 Z (72)発明者 鈴木 康利 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 山田 利貴 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 太田 為治 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 渡辺 高元 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 竹内 幸裕 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】表面層にソース領域とドレイン領域とが形
    成された半導体基板と、この半導体基板上に形成された
    第1絶縁膜と、この第1絶縁膜と物質が異なり第1絶縁
    膜上に形成された第2絶縁膜と、この第2絶縁膜に対し
    て所定の空隙を介して配設され、前記ソース領域と前記
    ドレイン領域との間のチャネル領域の上部に当たる位置
    にゲート電極が形成され外部からの力学量に応じて前記
    ゲート電極が変位する可動部材とから成る半導体力学量
    センサの製造方法において、 前記第2絶縁膜が形成された後の工程において、前記第
    2絶縁膜と前記第1絶縁膜との界面に紫外線等の電磁波
    を照射することを特徴とする半導体力学量センサの製造
    方法。
  2. 【請求項2】基板の所定領域に形成されると共に、該所
    定領域とは反対導電型のソース領域及びドレイン領域を
    形成し、このソース領域及びドレイン領域間ををチャネ
    ル領域とし、このチャネル領域上において、空隙を介し
    て基板上に可動状態に配設されるゲート電極を形成し、
    外部からの力学量に応じて前記ゲート電極が変位して前
    記ソース領域及びドレイン領域間の導通状態が変化し、
    その変化量に基づいて前記力学量を検出するようにした
    半導体力学量センサの製造方法において、 前記基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、 該ゲート絶縁膜とはエッチングに対して異なる物性を示
    す保護膜を前記ゲート絶縁膜上に形成する工程と、 前記ゲート絶縁膜とエッチングに対して同等の物性を示
    す犠牲層を前記保護膜上に形成する工程と、 所定領域にて前記基板と接続するアンカー部が形成され
    るようにゲート電極層を前記犠牲層上に形成する工程
    と、 前記犠牲層をエッチング除去して、前記ゲート電極層を
    可動状態にする工程とを有し、 前記保護膜が形成された後であって、該保護膜と前記ゲ
    ート絶縁膜との間に励起される電子を消去すべく、所定
    エネルギーの電磁波を照射する工程を有することを特徴
    とする半導体力学量センサの製造方法。
  3. 【請求項3】前記ゲート絶縁膜はシリコン酸化膜であ
    り、前記保護膜はシリコン窒化膜であり、前記電磁波は
    紫外線であることを特徴とする請求項2に記載の半導体
    力学量センサの製造方法。
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Effective date: 20031216