JP4771329B2 - Capacitive sensor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、静電容量型センサに関する。 The present invention relates to a capacitive sensor.
静電容量型センサは圧力センサや加速度センサ等に広く用いられている。この静電容量型センサは2つの電極の一方を固定し、他方を圧力を受けることにより位置が変化する可動式として、その電極間の距離によって電極間の静電容量が変化することを利用したものである。 Capacitive sensors are widely used for pressure sensors, acceleration sensors, and the like. This capacitive sensor uses the fact that the capacitance between the electrodes changes depending on the distance between the electrodes, as one of the two electrodes is fixed, and the other changes the position by receiving pressure. Is.
この方法の問題点として、コンデンサに蓄積される電荷量を決定する誘電率が低いことが上げられる。これは電極間を可変とするために真空または空気などの誘電率の低い気体を用いなければならないためである。従って、感度の向上を行うためには電極面積を大きくしなければならない。これは素子面積の増加につながり、作製上の歩留まりの低下や小型化の妨げの要因となる。この問題を解決するためには素子に信号増幅機能を持たせることが考えられ、その一つの方法として電界効果トランジスタ(FET)を利用した静電容量圧力センサがある(非特許文献1)。
しかしながら、非特許文献1に開示された静電容量型センサは、一方向に加わった圧力や一方向に受けた加速度を高い感度で検出することは可能であるが、縦型の構造であることから、構造が複雑で製造工程が複雑になるという問題があった。
また、非特許文献1に開示された静電容量型センサは、一方向に加わった圧力や一方向に受けた加速度を高い感度で検出することは可能であるが、2以上の方向の圧力や加速度は検出することが出来ないという問題があった。
However, although the capacitive sensor disclosed in Non-Patent Document 1 can detect pressure applied in one direction and acceleration received in one direction with high sensitivity, it has a vertical structure. Therefore, there is a problem that the structure is complicated and the manufacturing process is complicated.
Further, the capacitive sensor disclosed in Non-Patent Document 1 can detect pressure applied in one direction and acceleration received in one direction with high sensitivity. There was a problem that acceleration could not be detected.
そこで、本発明は、構造が簡単でかつ製造が容易な静電容量型センサを提供することを第1の目的とする。
また、本発明は、高い感度で、2以上の方向の圧力や加速度は検出することができる静電容量型センサを提供することを第2の目的とする。
Therefore, a first object of the present invention is to provide a capacitive sensor that has a simple structure and is easy to manufacture.
A second object of the present invention is to provide a capacitive sensor that can detect pressure and acceleration in two or more directions with high sensitivity.
以上の上記第1の目的を達成するために、本発明に係る第1の静電容量型センサは、対向する2つの主面を有し、その一方の面に第1導電型のソース領域と第1導電型のドレイン領域が所定の間隔で設けられ、前記ソース領域と前記ドレイン領域の間に位置する第2導電型の領域をチャンネル領域とする基板と、前記チャンネル領域に対向するゲート電極板とを備え、前記ゲート電極板は、第2導電型シリコン単結晶からなりかつ前記チャンネル領域の表面に平行な一方向に移動可能に設けられており、前記チャンネル領域と前記ゲート電極板との対向面積の変化に基づいて前記ゲート電極板に加えられた力を検出することを特徴とする。 In order to achieve the first object described above, a first capacitive sensor according to the present invention has two main surfaces facing each other, and a source region of a first conductivity type on one surface thereof. A substrate having first conductivity type drain regions provided at predetermined intervals and having a second conductivity type region located between the source region and the drain region as a channel region, and a gate electrode plate facing the channel region The gate electrode plate is made of a second conductivity type silicon single crystal and is movably provided in one direction parallel to the surface of the channel region, and the channel region and the gate electrode plate are opposed to each other. A force applied to the gate electrode plate is detected based on a change in area.
また、上記第1の目的を達成するために、本発明に係る第2の静電容量型センサは、対向する2つの主面を有し、その一方の面に第1導電型のソース領域と第1導電型のドレイン領域が所定の間隔で設けられ、前記ソース領域と前記ドレイン領域の間に位置する第2導電型の領域をチャンネル領域とする基板と、前記チャンネル領域に所定の間隔を隔てて対向するゲート電極板とを備え、前記ゲート電極板は第2導電型シリコン単結晶からなり、前記チャンネル領域と前記ゲート電極板の間隔の変化に基づいて前記ゲート電極板に加えられた力を検出することを特徴とする。 In order to achieve the first object, the second capacitive sensor according to the present invention has two main surfaces facing each other, and a first conductivity type source region is formed on one surface thereof. A drain region of the first conductivity type is provided at a predetermined interval, a substrate having a second conductivity type region located between the source region and the drain region as a channel region, and a predetermined interval from the channel region. The gate electrode plate is made of a second conductivity type silicon single crystal, and a force applied to the gate electrode plate based on a change in the distance between the channel region and the gate electrode plate. It is characterized by detecting.
さらに、上記第2の目的を達成するための本発明に係る静電容量型センサは、異なる方向に加えられた力を検出することができる上記第1の静電容量型センサを2つ備えていること、又は上記第1の静電容量型センサと第2の静電容量型センサとを備えることを特徴とする。 Furthermore, a capacitive sensor according to the present invention for achieving the second object includes two first capacitive sensors capable of detecting forces applied in different directions. Or a first capacitive sensor and a second capacitive sensor.
以上のように構成された本発明に係る第1及び第2の静電容量型センサによれば、構造が簡単でかつ製造が容易な静電容量型センサを提供することができる。
また、異なる方向に加えられた力を検出することができる上記第1の静電容量型センサを2つ備えるか、又は上記第1の静電容量型センサと第2の静電容量型センサとを備えることにより、2以上の方向の圧力や加速度を検出することができる静電容量型センサを提供することができる。
According to the first and second capacitive sensors according to the present invention configured as described above, it is possible to provide a capacitive sensor that is simple in structure and easy to manufacture.
Further, two first capacitive sensors capable of detecting forces applied in different directions are provided, or the first capacitive sensor and the second capacitive sensor are provided. By providing this, it is possible to provide a capacitive sensor capable of detecting pressure and acceleration in two or more directions.
以下、本発明に係る実施の形態の静電容量型センサについて説明する。
この実施の形態の静電容量型センサでは、例えば、p型シリコン基板の上に、基板に垂直な方向であるz方向の圧力又は加速度を検出する検出部100zと、基板に平行な一方向であるx方向の圧力又は加速度を検出する検出部100xと、基板に平行でかつx方向に直交するy方向の圧力又は加速度を検出する検出部100yとが設けられている。
The capacitance type sensor according to the embodiment of the present invention will be described below.
In the capacitive sensor according to this embodiment, for example, a
本実施の形態の静電容量型センサにおいて、検出部100x〜100zはそれぞれ、p型シリコン基板10の一方の面に形成されたn型のドレイン領域とn型のソース領域と、ドレイン領域とn型のソース領域の間のチャンネル領域の上に検出すべき方向に移動可能に設けられた可動ゲート電極板とを含んでおり、その可動ゲート電極板の変位に伴うゲート容量の変化に基づいて可動ゲート電極板に加わった圧力又は加速度を検出するように構成されている。
In the capacitive sensor according to the present embodiment, the
以下、本発明に係る実施の形態の静電容量型センサについてより詳細に説明する。
実施の形態の静電容量型センサにおいて、検出部100xは、p型シリコン基板10の一方の面に所定の間隔を隔てて設けられたn型のドレイン領域4xとn型のソース領域5xと、そのドレイン領域4xとソース領域5xの間の領域であるチャンネル領域6xの上方にx方向に移動可能に設けられた可動ゲート電極板1xを含んで構成されている。
Hereinafter, the capacitive sensor according to the embodiment of the present invention will be described in more detail.
In the capacitive sensor according to the embodiment, the
この可動ゲート電極板1xは、該ゲート電極板1がx方向の力を受けたときにその受けた力に応じた距離だけx方向に位置が変位するように、それぞれ一方向に長い柱状の梁である2つの支持梁2xによって保持されている。この2つの支持梁2xは、x方向に直交するy方向に長軸が一致するように設けられており、その一方にはその中央部に可動ゲート電極板1xの一辺が連結され、他方にはその中央部に可動ゲート電極板1xの上記一辺に対向する辺が連結されている。
The movable
そして、支持梁2xの各端部には、支持梁2xを持ち上げて固定する柱状の固定部3xが設けられている。このようにして、2つの支持梁2xと可動ゲート電極板1xとが中空で保持され、ゲート電極板1xがx方向の力を受けたときにその受けた力に応じて支持梁2xが弾性変形して、可動ゲート電極板1xは受けた力に応じた距離だけx方向に位置が変位する。
A
ここで、検出部100xにおいて、ゲート電極板1xに所定のゲート電圧を印加するためのゲート電源回路との接続は、可動ゲート電極板1xの変位を阻害しないように、例えば、支持梁2xの両端で行われる。
Here, in the
また、検出部100yは、各構成部が検出部100xにおける配置を90度回転させた配置となるように設けられている他は検出部100xと同様の構成を有している。
尚、検出部100yにおいて、検出部100xと同様の要素には、同様の番号を付して示し、添え字としてyを付して示している。
The
In the
以上のように構成された検出部100yにおいて、2つの支持梁2yと可動ゲート電極板1yとが中空で保持され、ゲート電極板1yがx方向の力を受けたときにその受けた力に応じて支持梁2yが弾性変形して、可動ゲート電極板1yは受けた力に応じた距離だけy方向に位置が変位する。
In the
実施の形態の静電容量型センサにおいて、検出部100zは、p型シリコン基板10の一方の面に所定の間隔を隔てて設けられたn型のドレイン領域4zとn型のソース領域5zと、そのドレイン領域4zとソース領域5zの間の領域であるチャンネル領域6zに所定の間隔を隔てて対向しその間隔がz方向に加わった力に応じて変化するように設けられた可動ゲート電極板1zを含んで構成されている。
In the capacitive sensor of the embodiment, the
この可動ゲート電極板1zは、一端が固定部3zに一体的に連結されて保持された両端固定のダイヤフラム構造になっており、ゲート電極板1zがz方向の力を受けたときにその受けた力に応じた距離だけ他端がz方向に変位するようになっている。
The movable
ここで、検出部100zにおいて、ゲート電極板1zに所定のゲート電圧を印加するためのゲート電源回路との接続は、可動ゲート電極板1zの変位を阻害しないように、例えば、固定部3z上で行われる。
Here, in the
以上のように構成された検出部100zにおいて、両端固定のダイヤフラム構造のゲート電極板1zがz方向の力を受けたときにその受けた力に応じてゲート電極板1zが弾性変形して、可動ゲート電極板1zが受けた力に応じた距離だけz方向に変位し、その結果、チャンネル領域6zと可動ゲート電極板1zの間隔がz方向に加わった力に応じて変化する。
In the
以下、本実施の形態の静電容量型センサの動作について説明する。
ここでは、まず、電界効果トランジスタの動作原理を、nチャネルMOSFETを例に簡単に述べる。このMOSFETは、シリコン層の上に酸化膜を挟みゲート電極を配置し、これによってシリコン内に形成したソース・ドレイン領域間に流れる電流を制御するものである。この構造においてゲート電極、酸化膜、シリコン層の積層構造がコンデンサの様に振る舞う。まず、ゲート電極に電圧が印加されていない場合、ゲート直下の半導体層はp型で有るためn+型のソース、p型シリコン、n+ドレインとなり、ソース・ドレイン間に電流は流れない。次にゲート電極に正電荷を印加すると、ゲート部のコンデンサ構造によってゲート電極には正電荷(ホール)が蓄積される。これに伴い、シリコン領域の酸化膜界面付近に負電荷である電子が誘起される。誘起された電子の密度がp型シリコンの多数キャリアであるホールの密度を超えると半導体層の性質が逆転しn型となる。これを反転層といい、反転層が形成されることによってn+型であるソース・ドレインが導通し、電流が流れる。
Hereinafter, the operation of the capacitive sensor according to the present embodiment will be described.
Here, first, the principle of operation of the field effect transistor will be briefly described by taking an n-channel MOSFET as an example. In this MOSFET, a gate electrode is arranged on a silicon layer with an oxide film interposed therebetween, thereby controlling the current flowing between the source and drain regions formed in the silicon. In this structure, the laminated structure of the gate electrode, the oxide film, and the silicon layer behaves like a capacitor. First, when no voltage is applied to the gate electrode, the semiconductor layer immediately below the gate is p-type, so that it becomes an n + type source, p-type silicon, and n + drain, and no current flows between the source and drain. Next, when a positive charge is applied to the gate electrode, a positive charge (hole) is accumulated in the gate electrode due to the capacitor structure of the gate portion. Accordingly, electrons that are negative charges are induced near the oxide film interface in the silicon region. When the density of the induced electrons exceeds the density of holes, which are majority carriers of p-type silicon, the properties of the semiconductor layer are reversed and become n-type. This is called an inversion layer. By forming the inversion layer, the source and drain of n + type are conducted, and current flows.
このときのドレイン電流の特性を図2に示す。この図2から判る様にMOSFETにおいてドレイン電流はあるゲート電圧においてドレイン電圧の増加に伴い、急激に増加した後飽和する特性を示す。また、その電流量はゲート電圧の2乗に比例する。ドレイン電流が飽和するバイアス領域を飽和領域といい、この領域におけるドレイン電流IDは式(1)で表される。 The characteristics of the drain current at this time are shown in FIG. As can be seen from FIG. 2, in the MOSFET, the drain current shows a characteristic that it is saturated after abrupt increase as the drain voltage increases at a certain gate voltage. The amount of current is proportional to the square of the gate voltage. A bias region in which the drain current is saturated is referred to as a saturation region, and the drain current ID in this region is expressed by Expression (1).
ここで、μは移動度、Lはゲート長、Wはゲート幅、VGはゲート電圧、Vtはしきい値電圧である。また、Coxは酸化膜の単位面積あたりの容量であり、Cox=εr・ε0A/tox(εr:比誘電率、ε0:真空の誘電率、A:面積、tox:酸化膜の厚さ)である。 Here, μ is the mobility, L is the gate length, W is the gate width, V G is the gate voltage, and V t is the threshold voltage. C ox is the capacitance per unit area of the oxide film, and C ox = ε r · ε 0 A / t ox (ε r : relative dielectric constant, ε 0 : dielectric constant of vacuum, A: area, t ox : Oxide film thickness).
以上が一般的なMOSFETの動作原理であるが、本発明では、加えられる力に応じてチャンネル領域に対する相対位置が変化する可動ゲート電極板を用いて、以下のようにして圧力又は加速度を検出している。 The above is a general principle of operation of a MOSFET. In the present invention, the pressure or acceleration is detected as follows using a movable gate electrode plate whose relative position with respect to the channel region changes according to the applied force. ing.
まず、基板に平行な方向に加わる力を検出する検出器100x,100yでは、可動ゲート電極板1x,1yの変位により、図3に示すようにゲート幅Wが変化するので、ドレイン電流IDが変化する。ことのき、式(1)における、移動度μ、ゲート長L、単位容量Cox及びしきい値電圧Vtは変化することはないと考えられるので、一定のゲート電圧Vgの下でのドレイン電流IDの変化は、ゲート幅Wの変化によるものと考えてもよい。また、支持梁2x,2yの加わった力に対する弾性変位量は、支持梁22x,2yのヤング率及び支持梁2x,2yの長さと断面形状等の構造パラメータ等により容易に求めることができる。従って、検出器100x,100yによりそれぞれ、x方向及びy方向に加えられた圧力又は加速度を検出することが可能となる。
First, in the
また、基板に垂直な方向(z方向)に加わる力を検出する検出器100zでは、可動ゲート電極板1zの変位により、チャンネル領域6zと可動ゲート電極板1zの間隔が変化するので、式(1)における単位容量Coxが変化して、ドレイン電流IDが変化する。ことのき、式(1)における、移動度μ、ゲート長L、ゲート幅W及びしきい値電圧Vtは変化することはないと考えられるので、一定のゲート電圧VGの下でのドレイン電流IDの変化は、チャンネル領域6zと可動ゲート電極板1zの間隔の変化によるものと考えてもよい。また、ゲート電極板1zの加わった力に対する弾性変位量は、ゲート電極板1zのヤング率及びゲート電極板1zの長さと断面形状等の構造パラメータ等により容易に求めることができる。従って、検出器100zにより、z方向に加えられた圧力又は加速度を検出することが可能となる。
Further, in the
尚、本実施の形態の静電容量型センサでは、可動ゲート電極板とチャンネル領域の間には、酸化膜に代えて空間があるので、単位容量Coxを求める式において、εrは1、toxは可動ゲート電極板とチャンネル領域表面の間隔とする必要がある。 In the capacitance type sensor of the present embodiment, since there is a space between the movable gate electrode plate and the channel region instead of the oxide film, ε r is 1 in the equation for obtaining the unit capacitance C ox . t ox needs to be the distance between the movable gate electrode plate and the channel region surface.
以上のように構成された本発明に係る実施の形態の静電容量型センサは、基板に垂直な方向であるz方向の圧力又は加速度を検出する検出部100zと、基板に平行な一方向であるx方向の圧力又は加速度を検出する検出部100xと、基板に平行でかつx方向に直交するy方向の圧力又は加速度を検出する検出部100yとを備えているので、加えられた圧力又は加速度のx成分、y成分及びz成分を検出することができ、加えられた圧力又は加速度の大きさと方向を特定することができる。
The capacitive sensor according to the embodiment of the present invention configured as described above includes a
また、本実施の形態の静電容量型センサは、ゲート電圧の2乗に比例するドレイン電流IDの変化に基づいて可動ゲート電極板に加わる力を検出しているので、印可するゲート電圧により検出した圧力変化を増幅して取り出すことができ感度の高い検出が可能である。また、ゲート電圧により検出感度を調整することが可能であり、圧力又は加速度の大きさに応じて適切な感度を設定することができ、精度の高い圧力又は加速度の検出が可能である。すなわち、測定する圧力又は加速度の範囲によってゲート電圧を適当な値とすることで高い感度を保ったまま、広い範囲の圧力又は加速度を検出することができる。 Further, since the capacitance type sensor of the present embodiment detects the force applied to the movable gate electrode plate based on the change of the drain current ID proportional to the square of the gate voltage, it is detected by the applied gate voltage. The detected pressure change can be amplified and extracted, and detection with high sensitivity is possible. Further, the detection sensitivity can be adjusted by the gate voltage, an appropriate sensitivity can be set according to the magnitude of the pressure or acceleration, and the pressure or acceleration can be detected with high accuracy. That is, a wide range of pressures or accelerations can be detected while maintaining high sensitivity by setting the gate voltage to an appropriate value according to the range of pressures or accelerations to be measured.
さらに、従来の静電容量圧力センサにおける容量は、コンデンサを構成する対向電極間の面積に比例するのに対し、本実施の形態の静電容量型センサでは、式(1)から分かる様に、検出されるドレイン電流IDはゲート長に反比例し、ゲート幅に比例する。このことから、ゲート長を短くすることにより、圧力又は加速度を受けて変位する部分の面積を縮小しつつ感度を向上することが可能となる。
従って、ゲート電圧で増幅して出力することが可能であることとあいまってさらなる小型化が可能である。
Furthermore, while the capacitance in the conventional capacitance pressure sensor is proportional to the area between the counter electrodes constituting the capacitor, in the capacitance type sensor of the present embodiment, as can be seen from the equation (1), The detected drain current ID is inversely proportional to the gate length and proportional to the gate width. Therefore, by shortening the gate length, it is possible to improve the sensitivity while reducing the area of the portion that is displaced by receiving pressure or acceleration.
Therefore, it is possible to further reduce the size in combination with being able to amplify and output with the gate voltage.
以上のように構成された本実施の形態の静電容量型センサにおいて、検出器100x及び検出器100yが、z方向に加えられた力に対応してz方向に変化することがあるが、その場合は、検出器100zにより検出されたz方向に加えられた力に基づいて、検出器100x及び検出器100yにおけるz方向に加えられた力による影響を差し引いてx方向又はy方向に加えられた力のみを算出することが可能である。
In the capacitive sensor according to the present embodiment configured as described above, the
以下、本実施の形態の静電容量圧力センサの製造方法について説明する。
尚、以下の説明に用いる図4A〜図4Lは、図1におけるA−A’線の断面を工程順に示したものである。
Hereinafter, a method for manufacturing the capacitance pressure sensor of the present embodiment will be described.
4A to 4L used in the following description show cross sections taken along line AA ′ in FIG. 1 in the order of steps.
まず、例えば、厚さが600μmのSOI基板を準備する。このSOI基板は、約510μmのp型シリコン基板の上に絶縁層である厚さ2μmのSiO2層12が形成され、そのSiO2層12の上に90μmの厚さのp型シリコン層11aが形成されている(図4A)。
尚、絶縁層であるSiO2層12は、埋め込み酸化膜を利用することができる。
First, for example, an SOI substrate having a thickness of 600 μm is prepared. In this SOI substrate, an SiO 2 layer 12 having a thickness of 2 μm, which is an insulating layer, is formed on a p-type silicon substrate having a thickness of about 510 μm, and a p-
The SiO 2 layer 12 that is an insulating layer can use a buried oxide film.
次に、p型シリコン層11aの表面に、アルミ膜13を形成して、所定のパターンにパターンニングされたレジスト膜14を用いてアルミ膜13をパターンニングする(図4B)。ここで、アルミ膜13は、検出部100zでは、可動ゲート電極板1zと固定部3zを合わせた平面形状、検出部100x,100yでは、可動ゲート電極板1x,1yと支持梁2x,2yとを合わせた平面形状になるようにパターンニングされる。
Next, an
そして、パターンニングされたアルミ膜を用いて、例えば、ボッシュプロセスにより、p型シリコン層11aをエッチングする(図4C)。これにより、可動ゲート電極板1zと固定部3zとが一体化された部分、可動ゲート電極板1xと支持梁2xとが一体化された部分、可動ゲート電極板1yと支持梁2yとが一体化された部分を残してp型シリコン層11aが除去される(図4D)。
Then, using the patterned aluminum film, the p-
このゲート加工のためのエッチングでは、垂直性に優れたエッチング形状を得るためにエッチングガスに酸素ガスを添加することが好ましい。エッチングガスの中に酸素ガスが含まれていない場合には、エッチング後の形状が上が広く下が狭い逆テーパ形状となり、かつマイクロマスクが原因と思われる針状のSi柱が多数発生する傾向にある。しかしながら、酸素ガスが添加されたエッチングガスを用いると、上下の幅の差が極めて小さい良好なエッチング形状が得られる。これは、酸素添加により、酸化による側壁のSi表面が保護されること、及び酸素ラジカルによりエッチング面がクリーニングされたことによるものと考えられる。
具体的には、例えば、SF6:100(sccm)、C4F8:0.5(sccm)、Ar:0.5(sccm)、O2:10(sccm)の割合で混合されたエッチングガスを用いると、上下の幅の差が極めて小さいゲート電極板が形成できる。
In this etching for gate processing, it is preferable to add oxygen gas to the etching gas in order to obtain an etching shape with excellent perpendicularity. When oxygen gas is not included in the etching gas, the shape after etching becomes an inversely tapered shape with a wide top and a narrow bottom, and a large number of needle-like Si pillars that may be caused by the micromask tend to occur It is in. However, when an etching gas to which oxygen gas is added is used, a good etching shape with a very small difference between the upper and lower widths can be obtained. This is considered to be due to the fact that the Si surface on the side wall by oxidation was protected by the addition of oxygen, and the etching surface was cleaned by oxygen radicals.
Specifically, for example, etching mixed at a ratio of SF 6 : 100 (sccm), C 4 F 8 : 0.5 (sccm), Ar: 0.5 (sccm), and O 2 : 10 (sccm). When a gas is used, a gate electrode plate with a very small difference between the upper and lower widths can be formed.
次に、可動ゲート電極板1(x,y,z)の両側にソース領域5(x,y,z)とドレイン領域4(x,y,z)をイオン注入法によって形成する。このとき同時に、ゲート電極板1x,1y,1z(支持梁2x,2y及び固定部3zを含む)に導電性を付与するためにイオン注入する。
Next, a source region 5 (x, y, z) and a drain region 4 (x, y, z) are formed on both sides of the movable gate electrode plate 1 (x, y, z) by an ion implantation method. At the same time, ion implantation is performed to impart conductivity to the
具体的には、レジスト15を用いてイオン注入をする領域の表面を露出させるために、SiO2層12をパターンニングして(図4E)、例えば、リンなどのn型ドーパントをイオン注入する。これにより、n型のソース領域5(x,y,z)とn型のドレイン領域4(x,y,z)が形成される(図4F)。尚、図4Fにおいて、16の符号を付して示すものは、イオン注入時に、例えば表面を保護するためのイオン注入用の保護膜であり、基板10の表面を薄く酸化することにより形成される。
尚、ゲート部分を形成した後は、約100μmの段差があるために、スピンコートによるレジスト塗布は困難であるが、例えば、スプレー塗布によりレジストを形成することができる。
Specifically, in order to expose the surface of the region to be ion-implanted using the resist 15, the SiO 2 layer 12 is patterned (FIG. 4E) and, for example, an n-type dopant such as phosphorus is ion-implanted. As a result, an n-type source region 5 (x, y, z) and an n-type drain region 4 (x, y, z) are formed (FIG. 4F). In FIG. 4F, what is indicated by
After forming the gate portion, since there is a step of about 100 μm, it is difficult to apply the resist by spin coating. However, for example, the resist can be formed by spray coating.
次に、所定の配線を行う。
まず、ソース領域5(x,y,z)、ドレイン領域4(x,y,z)及びゲート電極1とオーミック接続するオーミック電極41,51,31を形成するために、保護膜16の一部を除去してその除去した部分にソース領域5(x,y,z)、ドレイン領域4(x,y,z)及びゲート電極1の表面を露出させて(図4G)、その露出した部分にオーミック電極41,51,31を形成し、その後保護膜16等を除去する(図4H)。
Next, predetermined wiring is performed.
First, in order to form
そして、オーミック電極41,51にそれぞれ接続されたアルミ配線42及び52を形成する(図4J)。
以上のようにして、SOI基板の上部のp型Si層がゲートとなり、埋め込み酸化膜がゲート酸化膜となるMOSFETが作製される。
Then,
As described above, a MOSFET is manufactured in which the p-type Si layer on the upper part of the SOI substrate serves as a gate and the buried oxide film serves as a gate oxide film.
本発明では、さらに、可動ゲート電極板1xと支持板2xの下にあるSiO2層12、可動ゲート電極板1yと支持板2yの下にあるSiO2層12、及び可動ゲート電極板1zの下にあるSiO2層12を、緩衝フッ酸によって除去することにより、図1に示す実施の形態の静電容量型センサが完成する。このSiO2層12を除去する際、支持板2xの両端及び支持板2yの両端を固定する固定部3x,3yとなるSiO2層12と、固定部3zを基板に固定するためのSiO2層は除去されないようにすることで、各固定部を同時に形成することができる。
In the present invention, furthermore, under the SiO 2 layer 12, the movable
以上のような製造方法によれば、MOSFETの製造プロセスを利用して、最後に所定のSiO2層12を除去することで可動ゲート構造を持った実施の形態の静電容量型センサを容易に作製することができる。 According to the manufacturing method as described above, the capacitive sensor according to the embodiment having the movable gate structure can be easily obtained by finally removing the predetermined SiO 2 layer 12 using the MOSFET manufacturing process. Can be produced.
ここで、例えば、検出器100x,100y,100zのゲート長及びゲート幅はそれぞれ、10〜100μm、50〜500μmの範囲に設定することができるが、本発明はこれに限られるものではない。
Here, for example, the gate lengths and gate widths of the
1x,1y,1z:可動ゲート電極板、
2x,2y:支持梁、
3x,3y,3z:固定部、
4x,4y,4z:ドレイン領域、
5x,5y,5z:ソース領域、
6x,6y,6z:チャンネル領域。
1x, 1y, 1z: movable gate electrode plate,
2x, 2y: support beam,
3x, 3y, 3z: fixed part,
4x, 4y, 4z: drain region,
5x, 5y, 5z: source region,
6x, 6y, 6z: channel region.
Claims (7)
前記チャンネル領域に対向するゲート電極板とを備え、
前記ゲート電極板は、第2導電型シリコン単結晶からなりかつ前記チャンネル領域の表面に平行な一方向に移動可能に設けられており、前記チャンネル領域と前記ゲート電極板との対向面積の変化に基づいて前記ゲート電極板に加えられた力を検出することを特徴とする静電容量型センサ。 There are two opposing main surfaces, and a first conductivity type source region and a first conductivity type drain region are provided at a predetermined interval on one surface, and located between the source region and the drain region. A substrate having a second conductivity type region as a channel region;
A gate electrode plate facing the channel region,
The gate electrode plate is made of a second conductivity type silicon single crystal and is movably provided in one direction parallel to the surface of the channel region, so that the facing area of the channel region and the gate electrode plate changes. A capacitive sensor that detects a force applied to the gate electrode plate based on the capacitance sensor.
前記第2ゲート電極板は、第2導電型シリコン単結晶からなりかつ前記一方の面に平行でかつ前記一方向と直交する方向に移動可能に設けられており、前記第2チャンネル領域と前記第2ゲート電極板との対向面積の変位に基づいて前記第2ゲート電極板に加えられた力を検出する請求項1又は2に記載の静電容量型センサ。 In the one surface, apart from the source region and the drain region, a second source region of the first conductivity type and a second drain region of the first conductivity type are provided at a predetermined interval, and the second source region A second channel region of a second conductivity type is formed between the second drain regions, and a second gate electrode plate facing the second channel region is further provided;
The second gate electrode plate is made of a second conductivity type silicon single crystal , and is provided so as to be movable in a direction parallel to the one surface and perpendicular to the one direction. The capacitive sensor according to claim 1, wherein a force applied to the second gate electrode plate is detected based on a displacement of an area facing the two gate electrode plate.
前記第3ゲート電極板は、第2導電型シリコン単結晶からなりかつ
前記第3チャンネル領域と前記第3ゲート電極板の間隔の変化に基づいて前記第3ゲート電極板に加えられた力を検出する請求項1〜4のうちのいずれか1つに記載の静電容量型センサ。 On the one surface, a third source region of the first conductivity type and a third drain region of the first conductivity type are further provided at a predetermined interval, and a second gap is provided between the third source region and the third drain region. A third channel region of conductivity type is provided, and further includes a third gate electrode plate facing the third channel region;
The third gate electrode plate is made of a second conductivity type silicon single crystal and is added to the third gate electrode plate based on a change in the distance between the third channel region and the third gate electrode plate. The capacitive sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the electrostatic force sensor detects an applied force.
前記チャンネル領域に所定の間隔を隔てて対向するゲート電極板とを備え、
前記ゲート電極板は第2導電型シリコン単結晶からなり、前記チャンネル領域と前記ゲート電極板の間隔の変化に基づいて前記ゲート電極板に加えられた力を検出することを特徴とする静電容量型センサ。 There are two opposing main surfaces, and a first conductivity type source region and a first conductivity type drain region are provided at a predetermined interval on one surface, and located between the source region and the drain region. A substrate having a second conductivity type region as a channel region;
A gate electrode plate facing the channel region at a predetermined interval;
The gate electrode plate is made of a second conductivity type silicon single crystal and detects a force applied to the gate electrode plate based on a change in a distance between the channel region and the gate electrode plate. Type sensor.
第2導電型シリコン基板上に絶縁層を介して第2導電型単結晶シリコン層を有するSOI基板において、前記第2導電型単結晶シリコン層をエッチングして前記ゲート電極板と該ゲート電極板の固定部となる部分を残して前記第2導電型単結晶シリコン層を除去する工程と、
前記ゲート電極板となる部分の両側の絶縁層を除去してその除去した部分に不純物を注入して、前記ソース領域と前記ドレイン領域を形成する工程と、
前記ゲート電極板となる部分の下にある絶縁膜を除去する工程と、
を含むことを特徴とする静電容量型センサの製造方法。 A method of manufacturing a capacitive sensor comprising a substrate having a channel region between a first conductivity type source region and a first conductivity type drain region, and a gate electrode plate facing the channel region,
In an SOI substrate having a second conductivity type single crystal silicon layer over an insulating layer on a second conductivity type silicon substrate, the second conductivity type single crystal silicon layer is etched to form the gate electrode plate and the gate electrode plate Removing the second conductivity type single crystal silicon layer leaving a portion to be a fixed portion;
Removing the insulating layer on both sides of the portion to be the gate electrode plate and implanting impurities into the removed portion to form the source region and the drain region;
Removing an insulating film under a portion to be the gate electrode plate;
A method of manufacturing a capacitive sensor, comprising:
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