特開 2023-110600 ＭＥＭＳセンサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023110600

(43)【公開日】2023-08-09

(54)【発明の名称】ＭＥＭＳセンサ

(51)【国際特許分類】

   G01P 15/125 20060101AFI20230802BHJP

   H10N 30/30 20230101ALI20230802BHJP

   B81B 3/00 20060101ALI20230802BHJP

【ＦＩ】

G01P15/125 Z

H01L41/113

B81B3/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022012152

(22)【出願日】2022-01-28

(71)【出願人】

【識別番号】000116024

【氏名又は名称】ローム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100145403

【弁理士】

【氏名又は名称】山尾 憲人

(74)【代理人】

【識別番号】100184343

【弁理士】

【氏名又は名称】川崎 茂雄

(74)【代理人】

【識別番号】100197561

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 三喜男

(72)【発明者】

【氏名】ヘラー，マーティン ウィルフリード

【テーマコード（参考）】

3C081

【Ｆターム（参考）】

3C081AA01

3C081BA22

3C081BA43

3C081BA48

3C081BA75

3C081CA20

3C081CA26

3C081DA03

3C081EA02

(57)【要約】

【課題】センサ素子の電極を電気的に分離する分離部が折れることを抑制してセンサの信頼性を向上させる。
【解決手段】ＭＥＭＳセンサは、表面１０ａに一部が露出する空洞１２を有するｎ型半導体基板１０と、ｎ型半導体基板１０に設けられて空洞１２内に配置される梁部２０と、梁部２０上に形成されるｐ型エピタキシャル成長層５０と、ｐ型エピタキシャル成長層５０を少なくとも一方がセンサ素子の電極を形成する第１及び第２領域Ｒ１，Ｒ２に電気的に分離する分離部１６とを備える。分離部１６は、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２と梁部２０との間にそれぞれｐｎ接合部Ｄ１，Ｄ２を形成するようにｐ型エピタキシャル成長層５０を厚さ方向に貫通して梁部２０内まで延びている。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

表面に一部が露出する空洞を有するｎ型半導体基板と、
前記ｎ型半導体基板に設けられて前記空洞内に配置される梁部と、
前記梁部上に形成されるｐ型エピタキシャル成長層と、
前記ｐ型エピタキシャル成長層を少なくとも一方がセンサ素子の電極を形成する第１領域及び第２領域に電気的に分離する分離部とを備え、
前記分離部は、前記第１領域と前記梁部との間に第１ｐｎ接合部を形成すると共に前記第２領域と前記梁部との間に第２ｐｎ接合部を形成するように前記ｐ型エピタキシャル成長層を厚さ方向に貫通して前記梁部内まで延びている、
ＭＥＭＳセンサ。

【請求項2】

前記第１ｐｎ接合部及び前記第２ｐｎ接合部にそれぞれ、逆バイアス電圧が印加されている、
請求項１に記載のＭＥＭＳセンサ。

【請求項3】

前記第１領域及び第２領域にそれぞれ、配線が接続されている、
請求項１又は請求項２に記載のＭＥＭＳセンサ。

【請求項4】

前記ｎ型半導体基板の裏面に、リードフレームが接続されている、
請求項３に記載のＭＥＭＳセンサ。

【請求項5】

前記ｐ型エピタキシャル成長層に、ｎ型コンタクトが形成され、
前記ｎ型半導体基板の表面に、前記ｎ型コンタクトを介して配線が接続されている、
請求項３に記載のＭＥＭＳセンサ。

【請求項6】

前記第１領域又は前記第２領域は、前記センサ素子の電極を形成する、
請求項１から請求項５の何れか１項に記載のＭＥＭＳセンサ。

【請求項7】

前記電極は、前記センサ素子の可動電極又は固定電極である、
請求項６に記載のＭＥＭＳセンサ。

【請求項8】

前記第１領域は、前記センサ素子の第１電極を形成し、
前記第２領域は、前記センサ素子の第２電極を形成する、
請求項１から請求項５の何れか１項に記載のＭＥＭＳセンサ。

【請求項9】

前記第１電極及び前記第２電極はそれぞれ、前記センサ素子の可動電極又は固定電極である、
請求項８に記載のＭＥＭＳセンサ。

【請求項10】

前記ｎ型半導体基板は、ｎ型シリコン基板である、
請求項１から請求項９の何れか１項に記載のＭＥＭＳセンサ。

【請求項11】

前記ｐ型エピタキシャル成長層は、ｐ型シリコンエピタキシャル成長層である、
請求項１０に記載のＭＥＭＳセンサ。

【請求項12】

前記分離部は、酸化シリコンを有している、
請求項１１に記載のＭＥＭＳセンサ。

【請求項13】

前記センサ素子は、静電容量型加速度センサ素子である、
請求項１から請求項１２の何れか１項に記載のＭＥＭＳセンサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＭＥＭＳセンサに関する。

【背景技術】

【0002】

半導体微細加工技術を用いて製造されるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）センサが知られている。ＭＥＭＳセンサとして、例えば特許文献１には、静電容量型ＭＥＭＳ加速度センサが開示されている。静電容量型ＭＥＭＳ加速度センサは、半導体基板に形成された空洞内に配置された互いに噛み合う櫛歯状の固定電極と可動電極とを備え、固定電極と可動電極との間の静電容量の変化を検出することにより加速度を検出するように構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５－２１７４７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

固定電極と可動電極とを有する静電容量型ＭＥＭＳ加速度センサなどのＭＥＭＳセンサでは、基板の表面に一部が露出する空洞内に配置されるようにセンサ素子の電極を形成するとともに空洞内に突出して配置される絶縁膜からなる分離部によって電極と電極を支持する支持部とを電気的に分離させることがある。

【0005】

センサ素子の電極と電極に隣接する支持部などの隣接領域とを分離部によって電気的に分離させるとき、電極と隣接領域とを確実に電気的に分離するためなど、分離部を空洞内に突出するように電極と隣接領域との間に配置する場合、空洞内に突出する分離部が折れてセンサの信頼性を低下させるおそれがある。特にセンサ素子の電極が可動電極である場合、可動電極の移動に伴って分離部が折れやすくセンサの信頼性を低下させるおそれがある。

【0006】

本開示は、センサ素子の電極を電気的に分離する分離部が折れることを抑制してセンサの信頼性を向上させることができるＭＥＭＳセンサを提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示は、表面に一部が露出する空洞を有するｎ型半導体基板と、前記ｎ型半導体基板に設けられて前記空洞内に配置される梁部と、前記梁部上に形成されるｐ型エピタキシャル成長層と、前記ｐ型エピタキシャル成長層を少なくとも一方がセンサ素子の電極を形成する第１領域及び第２領域に電気的に分離する分離部とを備え、前記分離部は、前記第１領域と前記梁部との間に第１ｐｎ接合部を形成すると共に前記第２領域と前記梁部との間に第２ｐｎ接合部を形成するように前記ｐ型エピタキシャル成長層を厚さ方向に貫通して前記梁部内まで延びている、ＭＥＭＳセンサを提供する。

【0008】

本開示によれば、ｐ型エピタキシャル成長層の第１領域及び第２領域を、分離部によって分離するとともに第１ｐｎ接合部及び第２ｐｎ接合部によって梁部から第１領域及び第２領域に電気が流れることを抑制して、センサ素子の電極を形成し得る第１領域及び第２領域を電気的に分離することができる。分離部は、ｐ型エピタキシャル成長層を貫通して梁部内まで延びるものの空洞内に突出しないので、分離部が折れることを抑制することができる。したがって、センサ素子の電極を電気的に分離する分離部が折れることを抑制してセンサの信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本開示の実施形態に係るＭＥＭＳセンサの概略平面図である。

【図2】図２は、図１に示すＭＥＭＳセンサの一部の要部拡大図である。

【図3】図３は、図１に示すＭＥＭＳセンサの一部の要部拡大図である。

【図4】図４は、図１に示すＭＥＭＳセンサの一部の要部拡大図である。

【図5】図５は、図２のＶ－Ｖ線に沿うＭＥＭＳセンサの断面図である。

【図6】図６は、図２のVI－VI線に沿うＭＥＭＳセンサの断面図である。

【図7】図７は、図３のVII－VII線に沿うＭＥＭＳセンサの断面図である。

【図8】図８は、図４のVIII－VIII線に沿うＭＥＭＳセンサの断面図である。

【図9】図９は、ＭＥＭＳセンサの製造方法を説明する図である。

【図10】図１０は、ＭＥＭＳセンサの製造方法を説明する図である。

【図11】図１１は、ＭＥＭＳセンサの製造方法を説明する図である。

【図12】図１２は、ＭＥＭＳセンサの製造方法を説明する図である。

【図13】図１３は、ＭＥＭＳセンサの製造方法を説明する図である。

【図14】図１４は、ＭＥＭＳセンサの製造方法を説明する図である。

【図15】図１５は、基板に設けられた電極と基板とを分離する分離部が基板に形成されたＭＥＭＳセンサを説明する図である。

【図16】図１６は、本開示の別の実施形態に係るＭＥＭＳセンサの断面図である。

【図17】図１７は、分離部の別の製造方法を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。

【0011】

図１は、本開示の実施形態に係るＭＥＭＳセンサの概略平面図である。図１に示すように、本開示の実施形態に係るＭＥＭＳセンサ１は、センサ素子２としての静電容量型加速度センサ素子を有する静電容量型加速度センサである。ＭＥＭＳセンサ１は、センサ素子２を有する基板１０を備えた基板アセンブリ１１を備えている。ＭＥＭＳセンサ１は、半導体微細加工技術を用いて基板１０を加工して製造される。

【0012】

以下では、基板１０の表面に沿う所定方向をＸ方向とするとともにＸ方向と直交する方向をＹ方向とし、Ｘ方向及びＹ方向と直交する基板１０の厚さ方向をＺ方向とする。図１では、Ｚ方向上側から見た基板アセンブリ１１を示している。なお、図１では、基板１０に形成される配線を除いて示している。

【0013】

センサ素子２は、Ｘ方向に作用する加速度を検出するセンサ素子２である。センサ素子は、これに限定されるものでなく、Ｙ方向に作用する加速度を検出するセンサ素子、あるいはＺ方向に作用する加速度を検出するセンサ素子であってもよい。また、センサ素子２を覆う蓋基板を備えた別の基板アセンブリを基板アセンブリ１１に接合させるようにしてもよい。

【0014】

基板１０には、互いにＸ方向に離間して複数、具体的には５つのパッド部３が設けられている。パッド部３は、外部の電子部品などに接続されている。パッド部３は、センサ素子２に電気信号を入力したりセンサ素子２の電気信号を出力したりするようになっている。図１では、パッド部３とセンサ素子２とを電気的に接続する配線を省略して示している。

【0015】

図２は、図１に示すＭＥＭＳセンサの一部の要部拡大図である。図３は、図１に示すＭＥＭＳセンサの一部の要部拡大図である。図４は、図１に示すＭＥＭＳセンサの一部の要部拡大図である。図２、図３及び図４はそれぞれ、図１のＡ１部、Ａ２部及びＡ３部を拡大して示している。図５は、図２のV－V線に沿うＭＥＭＳセンサの断面図である。図６は、図２のVI－VI線に沿うＭＥＭＳセンサの断面図である。図７は、図３のVII－VII線に沿うＭＥＭＳセンサの断面図である。図８は、図４のVIII－VIII線に沿うＭＥＭＳセンサの断面図である。

【0016】

図５から図８に示すように、基板アセンブリ１１は、表面である第１主面１０１０ａと、第１主面１０ａの反対側の裏面である第２主面１０ｂとを有する基板１０を備えている。基板１０は、平面視で、Ｘ方向に延びる２辺とＹ方向に延びる２辺とを有して矩形状に形成されている。基板１０は、リンなどのｎ型不純物をドーピングして導電性を付与した単結晶ｎ型半導体基板である。基板１０として、導電性単結晶ｎ型シリコン基板が用いられる。

【0017】

基板１０には、センサ素子２が形成される領域に、第１主面１０ａにエピタキシャル成長層５０が形成されている。エピタキシャル成長層５０は、基板１０の第１主面１０ａから所定厚さを有するように形成されている。エピタキシャル成長層５０は、ボロンなどのｐ型不純物がドーピングされてエピタキシャル成長された単結晶ｐ型エピタキシャル成長層である。ｐ型エピタキシャル成長層５０は、ｐ型不純物を高濃度、例えば１０^{１９～２１}／ｃｍ^３程のｐ型高不純物濃度を有する。ｐ型エピタキシャル成長層５０として、導電性単結晶ｐ型シリコンエピタキシャル成長層が用いられる。

【0018】

基板１０は、図１に示すように、中央側にセンサ素子２に対応して第１主面１０ａに一部が露出する空洞１２を有している。空洞１２は、第１主面１０ａから基板１０の厚さ方向に略直方体状に窪んで形成され、底壁部１２ａと底壁部１２ａから基板１０の厚さ方向に延在する側壁部１２ｂとを有している。

【0019】

基板１０は、図５に示すように、センサ素子２の電極１３に対応して形成された電極用の梁部２０と、梁部２０を支持する梁部支持部１４とを有している。梁部２０は、基板１０の空洞１２内に配置され、空洞１２内に浮いた状態で梁部支持部１４に支持されている。梁部２０は、基板１０の一部によって形成されている。梁部支持部１４は、図１に示すように、センサ素子２の周囲を囲むように平面視で略四角形状に環状に形成されている。梁部支持部１４の内周面は、空洞１２の側壁部１２ｂを構成する。

【0020】

エピタキシャル成長層５０は、基板１０の梁部２０及び梁部支持部１４に対応して形成され、梁部２０及び梁部支持部１４と平面視で同一形状に形成されている。センサ素子２の電極１３は、梁部２０上に形成されるエピタキシャル成長層５０によって形成されている。センサ素子２の電極１３を支持する電極支持部１５は、梁部２０及び梁部支持部１４上に形成されるエピタキシャル成長層５０によって形成されている。

【0021】

電極１３は、固定電極３０と、固定電極３０に対してＸ方向に移動可能である可動電極４０とを備えている。固定電極３０及び可動電極４０は、第１基板１０の厚さ方向に同一厚さで形成されている。梁部２０は、梁部支持部１４に接続されて電極支持部１５の下方に配置される支持用梁部２１（図５参照）と、図６固定電極３０の下方に配置される固定電極用梁部２２（図６参照）と、可動電極４０の下方に配置される可動電極用梁部２４（図５参照）とを備えている。固定電極用梁部２２及び可動電極用梁部２４は、支持用梁部２１に接続されている。

【0022】

固定電極３０は、図１に示すように、電極支持部１５に接続される接続部３１と、接続部３１に接続されるベース部３２と、ベース部３２に接続されると共にＹ方向に延在するように櫛歯状に形成される複数の電極部３３とを有している。

【0023】

接続部３１は、図２に示すように、平面視でＸ方向に直線状に延在する２つの横直線部分３１ａと、平面視でＹ方向に直線状に延在する２つの縦直線部分３１ｂとを有し、横直線部分３１ａと縦直線部分３１ｂとは、格子状に設けられている。横直線部分３１ａは、Ｘ方向両側が電極１３と該電極１３に隣接する隣接領域である電極支持部１５とを分離する分離部１６を介して電極支持部１５に接続されている。分離部１６は、酸化シリコンを有し、絶縁膜である酸化シリコン膜によって形成されている。

【0024】

ベース部３２は、図３に示すように、平面視でＸ方向に直線状に延在する２つの横直線部分３２ａと、平面視でＹ方向に直線状に延在する複数の縦直線部分３２ｂとを有し、横直線部分３２ａと縦直線部分３２ｂとは、梯子状に設けられている。

【0025】

複数の電極部３３は、ベース部３２からＹ方向に直線状に延在するとともにＸ方向に等間隔に離間して櫛歯状に配置されている。固定電極３０の接続部３１、ベース部３２及び複数の電極部３３は、エピタキシャル成長層５０によって一体的に形成されている。

【0026】

固定電極用梁部２２は、固定電極３０と平面視で同一形状を有して固定電極３０の下側に配置され、固定電極３０の接続部３１、ベース部３２及び複数の電極部３３にそれぞれ対応して接続部３１、ベース部３２及び複数の電極部３３のそれぞれの下方に配置される接続基部２２ａ、ベース基部２２ｂ、及び複数の電極基部２２ｃを有している。

【0027】

可動電極４０は、図１に示すように、電極支持部１５に接続される接続部４１と、接続部４１に接続されてＹ方向に延在するバネ部４４と、バネ部４４を介して接続部４１に接続されるベース部４２と、ベース部４２に接続されると共にＹ方向に延在するように櫛歯状に形成される複数の電極部４３とを有している。

【0028】

接続部４１は、Ｘ方向一方側に配置される第１接続部４５とＸ方向他方側に配置される第２接続部４６とを備えている。第１接続部４５及び第２接続部４６はそれぞれ、センサ素子２のＸ方向内側にＸ方向に直線状に延在する第１横直線部分４１ａ（図２参照）と、センサ素子２のＸ方向外側にＸ方向に直線状に延在する第２横直線部分４１ｂ（図３参照）と、センサ素子２のＹ方向一方側にＹ方向に直線状に延在する複数の縦直線部分４１ｃ（図３参照）とを有している。

【0029】

第１接続部４５及び第２接続部４６はそれぞれ、第１横直線部分４１ａが電極１３と該電極１３に隣接する隣接領域である電極支持部１５とを分離する分離部１６を介して電極支持部１５に接続されている。分離部１６は、酸化シリコンを有し、絶縁膜である酸化シリコン膜によって形成されている。

【0030】

第１接続部４５及び第２接続部４６はそれぞれ、複数の縦直線部分４１ｃがそれぞれ分離部１６を介して固定電極３０のベース部３２に接続されるとともに、第２横直線部分４１ｂがバネ部４４に接続されている。

【0031】

バネ部４４は、図１に示すように、第１接続部４５に接続される第１バネ部４７と第２接続部４６に接続される第２バネ部４８とを備えている。第１バネ部４７及び第２バネ部４８は、センサ素子２のＸ方向両側に配置されてＹ方向に延び、Ｘ方向に作用する加速度に応じてＸ方向に移動可能に構成されている。

【0032】

ベース部４２は、図４に示すように、平面視でＹ方向に直線状に延在する複数の第１縦直線部分４２ａ及び第２縦直線部分４２ｂと、平面視でＸ方向に直線状に延在する複数の横直線部分４２ｃとを有し、複数の第１縦直線部分４２ａ及び第２縦直線部分４２ｂと複数の横直線部分４２ｃとは、格子状に設けられている。第１縦直線部分４２ａと第２縦直線部分４２ｂとは、Ｘ方向に交互に配置され、第１縦直線部分４２ａのＹ方向一方側に第１バネ部４７が接続され、第２縦直線部分４２ｂのＹ方向一方側に第２バネ部４８が接続されている。

【0033】

第１縦直線部分４２ａ及び第２縦直線部分４２ｂは、横直線部分４２ｃに設けられた分離部１６によって電気的に分離されて絶縁されている。複数の第１縦直線部分４２ａは、第１縦直線部分４２ａ上に設けられた複数のコンタクト６１及びコンタクト６１間を接続する配線６２を介して電気的に接続されている。複数の第２縦直線部分４２ｂは、第２縦直線部分４２ｂ上に設けられた複数のコンタクト６３及びコンタクト６３間を接続する配線６４を介して電気的に接続されている。

【0034】

複数の電極部４３は、ベース部４２からＹ方向他方側に直線状に延在するとともにＸ方向に等間隔に離間して櫛歯状に配置されている。複数の電極部４３は、第１縦直線部分４２ａのＹ方向他方側からＹ方向に直線状に延在する複数の第１電極部４３ａと、第２縦直線部分４２ｂのＹ方向他方側からＹ方向に直線状に延在する複数の第２電極部４３ｂとを有している。

【0035】

第１電極部４３ａと第２電極部４３ｂとは、一対として固定電極３０の電極部３３間に配置され、第１電極部４３ａ及び第２電極部４３ｂはそれぞれ、対向する固定電極３０の電極部３３と接触しないように配置されている。一対の第１電極部４３ａ及び第２電極部４３ｂは、Ｙ方向に直線状に延在する複数の横直線部分４３ｃによって接続されると共に横直線部分４３ｃに設けられた分離部１６によって電気的に分離されて絶縁されている。

【0036】

可動電極４０は、第１電極部４３ａを備えた第１可動電極４０ａと、第２電極部４３ｂを備えた第２可動電極４０ｂとを有している。第１可動電極４０ａと第２可動電極４０ｂとは、分離部１６によって電気的に分離されて絶縁されている。第１可動電極４０ａは、第１電極部４３ａ、ベース部４２の第１縦直線部分４２ａ、第１バネ部４７及び第１接続部４５を備えて構成され、第２可動電極４０ｂは、第２電極部４３ｂ、ベース部４２の第２縦直線部分４２ｂ、第２バネ部４８及び第２接続部４６を備えて構成されている。

【0037】

センサ素子２にＸ方向の加速度が作用すると、加速度に応じて固定電極３０の電極部３３に対して可動電極４０の電極部４３が相対的に移動して固定電極３０の電極部３３と可動電極４０の電極部４３との間の間隔が変化して固定電極３０と可動電極４０との間の静電容量、具体的には固定電極３０及び第１可動電極４０ａ間並びに固定電極３０及び第２可動電極４０ｂ間の静電容量が変化する。センサ素子２は、固定電極３０と可動電極４０との間の静電容量の変化を電気信号として取り出すことで加速度を検出できるようになっている。

【0038】

図２に示すように、固定電極３０には、固定電極３０とパッド部３とを電気的に接続する固定電極用の配線６５が固定電極用のコンタクト６６を介して接続されている。第１可動電極４０ａには、第１可動電極４０ａとパッド部３とを電気的に接続する第１可動電極用の配線６７が第１可動電極用のコンタクト６８を介して接続されている。第２可動電極４０ｂには、第２可動電極４０ｂとパッド部３とを電気的に接続する第２可動電極用の配線が第２可動電極用のコンタクト７０（図１参照）を介して接続されている。

【0039】

電極支持部１５には、電極支持部１５とパッド部３とを電気的に接続する電極支持部用の配線７４が電極支持部用のコンタクト７５を介して接続されている。基板１０には、基板１０とパッド部３とを電気的に接続する基板用の配線７１が基板用のコンタクト７２を介して接続されている。

【0040】

エピタキシャル成長層５０上には、図５から図８に示すように、絶縁膜として酸化シリコン膜８０が形成されている。酸化シリコン膜８０には、コンタクト６６，６８，７０，７２及び７５が形成されている。前記コンタクト６６，６８，７０，７２及び７５は、コンタクト孔にタングステンなどの金属が埋め込まれた金属コンタクトとして形成されている。

【0041】

図５に示すように、基板用のコンタクト７２は、エピタキシャル成長層５０に形成されたｎ型コンタクト７３を介して基板１０の第１主面１０ａに電気的に接続されている。ｎ型コンタクト７３は、ｐ型エピタキシャル成長層５０にリンなどのｎ型不純物を拡散させて形成されている。

【0042】

酸化シリコン膜８０上には、固定電極用の配線６５、第１可動電極用の配線６７、第２可動電極用の配線、電極支持部用の配線７４及び基板用の配線７１が形成されている。酸化シリコン膜８０上にはまた、第１可動電極４０ａの複数の第１縦直線部分４２ａを電気的に接続する配線６２と第２可動電極４０ｂの複数の第２縦直線部分４２ｂを電気的に接続する配線６４とが形成されている。前記配線は、ＡｌとＣｕとの合金であるＡｌＣｕ層などの配線層がパターニングされて形成されている。前記配線は、Ｔｉ層とＴｉＮ層とが積層されたＴｉ／ＴｉＮ層などのバリア層を介して酸化シリコン膜８０上に形成するようにしてもよい。

【0043】

ＭＥＭＳセンサ１では、基板１０、固定電極３０、第１可動電極４０ａ、第２可動電極４０ｂ、電極支持部１５にそれぞれ接続されたパッド部３には、基板１０と固定電極３０、第１可動電極４０ａ、第２可動電極４０ｂ、電極支持部１５との間にそれぞれ逆バイアス電圧が印加されるように電圧が加えられる。

【0044】

本実施形態に係るＭＥＭＳセンサ１の分離部１６についてさらに説明する。
ＭＥＭＳセンサ１では、図２に示すように、固定電極３０と電極支持部１５とが分離部１６によって分離され、可動電極４０と電極支持部１５とが分離部１６によって分離され、図３に示すように、第１可動電極４０ａと第２可動電極４０ｂとが分離部１６によって分離され、固定電極３０と可動電極４０とが分離部１６によって分離されている。

【0045】

センサ素子２の電極１３と該電極１３に隣接する隣接領域とが分離部１６によって電気的に分離され、分離部１６は、ｐ型エピタキシャル成長層５０を少なくとも一方がセンサ素子２の電極１３を形成する第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２に電気的に分離する。

【0046】

図５では、第１可動電極４０ａと電極支持部１５とを電気的に分離する分離部１６が示されている。分離部１６は、ｐ型エピタキシャル成長層５０によって形成された第１可動電極４０ａと電極支持部１５とを分離するように第１可動電極４０ａと電極支持部１５との間にｐ型エピタキシャル成長層５０を貫通して梁部２０内まで延びている。分離部１６は、梁部２０の下方に配置される空洞１２に突出することなく、基板１０の厚さ方向に梁部２０の内側まで延びている。

【0047】

図２に示すように、ｐ型エピタキシャル成長層５０によって形成された第１可動電極４０ａと基板１０の梁部２０に設けられた可動電極用梁部２４とは、平面視で同一形状に形成され、ｐ型エピタキシャル成長層５０によって形成された電極支持部１５と基板１０の梁部２０に設けられた支持用梁部２１とは、平面視で同一形状に形成されている。分離部１６によって、第１可動電極４０ａと電極支持部１５とが区画されている。

【0048】

分離部１６は、ｐ型エピタキシャル成長層５０を貫通して梁部２０内まで延びているので、図５に示すように、第１可動電極４０ａを形成するｐ型エピタキシャル成長層５０とｎ型半導体基板１０の可動電極用梁部２４との間に第１ｐｎ接合部Ｄ１が形成され、電極支持部１５を形成するｐ型エピタキシャル成長層５０とｎ型半導体基板１０の支持用梁部２１との間に第２ｐｎ接合部Ｄ２が形成されている。

【0049】

これにより、第１可動電極４０ａ及び電極支持部１５を、分離部１６によって分離するとともに第１ｐｎ接合部Ｄ１及び第２ｐｎ接合部Ｄ２によって梁部２０から第１可動電極４０ａ及び電極支持部１５に電気が流れることを抑制して、第１可動電極４０ａ及び電極支持部１５を電気的に分離することができる。分離部１６は、ｐ型エピタキシャル成長層５０を貫通して梁部２０内まで延びるものの空洞１２内に突出しないので、分離部１６が折れることを抑制することができる。

【0050】

ＭＥＭＳセンサ１では、基板１０と第１可動電極４０ａとの間に逆バイアス電圧が印加され、第１ｐｎ接合部Ｄ１に逆バイアス電圧が印加されている。基板１０と電極支持部１５との間にも逆バイアス電圧が印加され、第２ｐｎ接合部Ｄ２にも逆バイアス電圧が印加されている。これにより、梁部２０から第１可動電極４０ａ及び電極支持部１５に電流が流れることを抑制して分離部１６によって第１可動電極４０ａ及び電極支持部１５を電気的に分離することができる。第１ｐｎ接合部Ｄ１及び第２ｐｎ接合部Ｄ２には、同一又は異なる逆バイアス電圧が印加される。

【0051】

第２可動電極４０ｂと電極支持部１５とを分離する分離部１６についても、第１可動電極４０ａと電極支持部１５とを分離する分離部１６と同様に形成されている。分離部１６は、第２可動電極４０ｂと梁部２０との間に第１ｐｎ接合部を形成するとともに電極支持部１５と梁部２０との間に第２ｐｎ接合部を形成するようにｐ型エピタキシャル成長層５０を貫通して梁部２０内まで延びている。第１ｐｎ接合部及び第２ｐｎ接合部にはそれぞれ逆バイアス電圧が印加されている。

【0052】

固定電極３０と電極支持部１５とを分離する分離部１６、第１可動電極４０ａと第２可動電極４０ｂとを分離する分離部１６、第１可動電極４０ａと固定電極３０とを分離する分離部１６、第２可動電極４０ｂと固定電極３０とを分離する分離部１６、第１可動電極４０ａの第１縦直線部分４２ａと第２可動電極４０ｂの第２縦直線部分４２ｂとを分離する分離部１６についても、第１可動電極４０ａと電極支持部１５とを分離する分離部１６と同様に形成されている。

【0053】

図６に示すように、固定電極３０と電極支持部１５とを分離する分離部１６は、固定電極３０と梁部２０との間に第１ｐｎ接合部Ｄ１を形成するとともに電極支持部１５と梁部２０との間に第２ｐｎ接合部Ｄ２を形成するようにｐ型エピタキシャル成長層５０を貫通して梁部２０内まで延び、第１ｐｎ接合部Ｄ１及び第２ｐｎ接合部Ｄ２にはそれぞれ逆バイアス電圧が印加されている。

【0054】

図７に示すように、第１可動電極４０ａと第２可動電極４０ｂとを分離する分離部１６は、第１可動電極４０ａと梁部２０との間に第１ｐｎ接合部Ｄ１を形成するとともに第２可動電極４０ｂと梁部２０との間に第２ｐｎ接合部Ｄ２を形成するようにｐ型エピタキシャル成長層５０を貫通して梁部２０内まで延び、第１ｐｎ接合部Ｄ１及び第２ｐｎ接合部Ｄ２にはそれぞれ逆バイアス電圧が印加されている。

【0055】

図３に示すように、第１可動電極４０ａと固定電極３０とを分離する分離部１６は、第１可動電極４０ａと梁部２０との間に第１ｐｎ接合部を形成するとともに固定電極３０と梁部２０との間に第２ｐｎ接合部を形成するようにｐ型エピタキシャル成長層５０を貫通して梁部２０内まで延び、第１ｐｎ接合部及び第２ｐｎ接合部にはそれぞれ逆バイアス電圧が印加されている。

【0056】

第２可動電極４０ｂと固定電極３０とを分離する分離部１６についても、第２可動電極４０ｂと梁部２０との間に第１ｐｎ接合部を形成するとともに固定電極３０と梁部２０との間に第２ｐｎ接合部を形成するようにｐ型エピタキシャル成長層５０を貫通して梁部２０内まで延び、第１ｐｎ接合部及び第２ｐｎ接合部にはそれぞれ逆バイアス電圧が印加されている。

【0057】

図８に示すように、第１可動電極４０ａの第１縦直線部分４２ａと第２可動電極４０ｂの第２縦直線部分４２ｂとを分離する分離部１６は、第１縦直線部分４２ａと梁部２０との間に第１ｐｎ接合部Ｄ１を形成するとともに第２縦直線部分４２ｂと梁部２０との間に第２ｐｎ接合部Ｄ２を形成するようにｐ型エピタキシャル成長層５０を貫通して梁部２０内まで延び、第１ｐｎ接合部Ｄ１及び第２ｐｎ接合部Ｄ２にはそれぞれ逆バイアス電圧が印加されている。

【0058】

ＭＥＭＳセンサ１は、ｎ型半導体基板１０の梁部２０上に形成されるｐ型エピタキシャル成長層５０を少なくとも一方がセンサ素子２の電極１３を形成する第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２に電気的に分離する分離部１６を備え、分離部１６は、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２と梁部２０との間にそれぞれ第１ｐｎ接合部Ｄ１及び第２ｐｎ接合部Ｄ２を形成するようにｐ型エピタキシャル成長層５０を貫通して梁部２０内まで延びている。

【0059】

このようにして構成されるＭＥＭＳセンサ１は、固定電極３０及び第１可動電極４０ａの電極部とパッド部３とが電気的に接続されるとともに固定電極３０及び第２可動電極４０ｂの電極部とパッド部３とが電気的に接続され、固定電極３０と第１可動電極４０ａの電極部間の静電容量及び固定電極３０と第２可動電極４０ｂの電極部間の静電容量の変化から加速度を検出するようになっている。

【0060】

次に、ＭＥＭＳセンサ１の製造方法について説明する。
図９から図１４は、ＭＥＭＳセンサ１の製造方法を説明する図である。エピタキシャル成長層５０上に形成される酸化シリコン膜及び配線については、図９から図１４では省略するとともに説明を省略する。図９～図１１、図１３は、図２のV－V線に沿うＭＥＭＳセンサ１の断面を示し、図１２、図１４は、図２のXII－XII線に沿うＭＥＭＳセンサ１の断面を示している。

【0061】

ＭＥＭＳセンサ１の製造では、ｎ型シリコン基板であるｎ型半導体基板１０が準備され、ｐ型不純物がドーピングされてエピタキシャル成長によって、ｎ型半導体基板１０の第１主面１０ａにｐ型エピタキシャル成長層５０が形成される。エピタキシャル成長層５０の形成後には、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polish）処理によって平坦化される。

【0062】

次に、ＣＶＤ法によって、エピタキシャル成長層５０上に絶縁膜として酸化シリコン膜が形成され、フォトリソグラフィ及びエッチングによって、酸化シリコン膜がパターニングされ、酸化シリコン膜における分離部１６に対応する部分が開口される。

【0063】

そして、酸化シリコン膜をマスクとして、異方性エッチングによって、エピタキシャル成長層５０及び基板１０における分離部１６に対応する部分が除去されてトレンチ８１が形成される。トレンチ８１の形成後に、エッチングによって酸化シリコン膜が取り除かれ、図９に示すように、エピタキシャル成長層５０及び基板１０における分離部１６に対応するトレンチ８１が形成される。

【0064】

次に、熱酸化法によってトレンチ８１の内面全体及びエピタキシャル成長層５０の表面全体が熱酸化されてトレンチ８１を埋めると共にエピタキシャル成長層５０の表面全体に熱酸化膜である酸化シリコン膜が形成される。トレンチ８１が酸化シリコン膜で埋められて分離部１６が形成されると、ＣＭＰ処理によって平坦化され、図１０に示すように、エピタキシャル成長層５０及び基板１０に分離部１６が形成される。

【0065】

次に、酸化シリコン膜をマスクとして、基板用のコンタクト７２に対応する部分にｎ型不純物を熱拡散させ、図１１に示すように、ｐ型エピタキシャル成長層５０にｎ型コンタクト７３が形成される。

【0066】

次に、ＣＶＤ法によって、エピタキシャル成長層５０上に絶縁膜として酸化シリコン膜が形成され、フォトリソグラフィ及び異方性エッチングによってエピタキシャル成長層５０及び基板１０の第１主面１０ａがパターニングされ、図１２に示すように、センサ素子２の電極１３及び電極支持部１５の形状を残すようにトレンチ８４が形成される。

【0067】

次に、等方性エッチングによって、トレンチ８４の底面が深く形成されるとともに、基板１０の第１主面１０ａに平行な方向にエッチングされ、図１３及び図１４に示すように、基板１０の第１主面１０ａに空洞１２の一部が露出する空洞１２が形成されるとともに、空洞１２内に梁部２０が浮いた状態で配置される。

【0068】

このようにして、第１主面１０ａに一部が露出する空洞１２を有するｎ型半導体基板１０に、空洞１２内に配置される梁部２０が設けられるとともに、梁部２０上にｐ型エピタキシャル成長層５０が形成される。梁部２０上に形成されるｐ型エピタキシャル成長層５０は、分離部１６によって少なくとも一方がセンサ素子２の電極１３を形成する第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２に電気的に分離される。分離部１６は、第１領域Ｒ１と梁部２０との間に第１ｐｎ接合部Ｄ１を形成すると共に第２領域Ｒ２と梁部２０との間に第２ｐｎ接合部Ｄ２を形成するようにｐ型エピタキシャル成長層５０を厚さ方向に貫通して梁部２０内まで延びている。

【0069】

これにより、ｐ型エピタキシャル成長層５０の第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２を、分離部１６によって分離するとともに第１ｐｎ接合部Ｄ１及び第２ｐｎ接合部Ｄ２によって梁部２０から第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２に電気が流れることを抑制して、センサ素子２の電極１３を形成し得る第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２を電気的に分離することができる。分離部１６は、ｐ型エピタキシャル成長層５０を貫通して梁部２０内まで延びるものの空洞１２内に突出しないので、分離部１６が折れることを抑制することができる。

【0070】

図１５は、基板に設けられた電極と基板とを分離する分離部が基板に形成されたＭＥＭＳセンサを説明する図である。図１５に示すＭＥＭＳセンサ２０１は、半導体基板２１０に設けられた電極２１３と基板２１０とを分離する分離部２１６が基板２１０に形成されている。ＭＥＭＳセンサ２０１は、基板２１０の表面２１０ａに一部が露出するように形成された空洞２１２内にセンサ素子の電極２１３が配置されるように基板２１０に電極２１３を形成するとともに、空洞２１２内に突出して配置される絶縁膜からなる分離部２１６によって電極２１３と電極２１３を支持する支持部２１４とが電気的に分離されている。

【0071】

このように、電極２１３と支持部２１４との間に配置される分離部２１６が空洞２１２内に突出する場合、空洞２１２内に突出する分離部２１６が折れるおそれがある（図１５の二点鎖線参照）。特に電極２１３が可動電極である場合、分離部２１６が折れるおそれがある。分離部２１６が折れると、電極２１３の移動などを妨げてセンサの信頼性を低下させるおそれがある。

【0072】

本実施形態では、前述したように、分離部１６は、ｎ型半導体基板１０の第１主面１０ａに形成されるｐ型エピタキシャル成長層５０を貫通して梁部２０内まで延びるものの、空洞１２内に突出しないので、分離部１６が折れることを抑制することができる。

【0073】

図１６は、本開示の別の実施形態に係るＭＥＭＳセンサの断面図である。本開示の別の実施形態に係るＭＥＭＳセンサ１０１は、前述した実施形態に係るＭＥＭＳセンサ１と、基板１０をパッド部３に電気的に接続する方法が異なるものであり、同様の構成については説明を省略する。

【0074】

図１６に示すように、ＭＥＭＳセンサ１０１では、ｎ型半導体基板１０の裏面である第２主面１０ｂに、銀ペーストなどの導電性接着剤８２を介してリードフレーム８３が取り付けられている。リードフレーム８３には、基板１０のパッド部３に接続されるフレーム側パッド部（不図示）が設けられるとともに、基板１０の第２主面１０ｂと前記フレーム側パッド部とを電気的に接続する配線が形成されている。

【0075】

このように、ＭＥＭＳセンサ１０１では、ｎ型半導体基板１０の第２主面１０ｂに、リードフレーム８３が接続されている。ＭＥＭＳセンサ１０１では、基板１０に形成された電極用のパッド部３とリードフレーム８３のフレーム側パッド部とは、ボンディングワイヤなどによって電気的に接続される。

【0076】

図１７は、分離部の別の製造方法を説明する図である。前述した実施形態に係るＭＥＭＳセンサ１０１では、図９に示すように、エピタキシャル成長層５０及び基板１０に分離部１６に対応する１つのトレンチ８１が形成され、熱酸化して分離部１６を形成しているが、図１７の二点鎖線で示すように、エピタキシャル成長層５０及び基板１０に分離部１６に対応する複数のトレンチ８８を形成した後に熱酸化して、図１７の実線で示すように、複数のトレンチ８８全体が熱酸化されて一体化された分離部１６を形成するようにしてもよい。

【0077】

本実施形態では、可動電極４０は、第１可動電極４０ａと第２可動電極４０ｂとを備えているが、１つの可動電極を有するようにしてもよい。また、電極支持部１５に接続される配線７４は、梁部支持部１４上に形成される電極支持部１５にコンタクト７５を介して接続されているが、支持用梁部２１上に形成される電極支持部１５にコンタクトを介して接続するようにしてもよい。

【0078】

このように、本実施形態に係るＭＥＭＳセンサ１は、ｎ型半導体基板１０の空洞１２内に配置される梁部２０と、梁部２０上に形成されるｐ型エピタキシャル成長層５０と、ｐ型エピタキシャル成長層５０を少なくとも一方がセンサ素子２の電極１３を形成する第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２に電気的に分離する分離部１６とが備えられ、分離部１６は、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２と梁部２０との間にそれぞれ第１ｐｎ接合部Ｄ１及び第２ｐｎ接合部Ｄ２を形成するようにｐ型エピタキシャル成長層５０を貫通して梁部２０内まで延びている。

【0079】

これにより、ｐ型エピタキシャル成長層５０の第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２を、分離部１６によって分離するとともに第１ｐｎ接合部Ｄ１及び第２ｐｎ接合部Ｄ２によって梁部２０から第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２に電気が流れることを抑制して、センサ素子２の電極１３を形成し得る第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２を電気的に分離することができる。分離部１６は、ｐ型エピタキシャル成長層５０を貫通して梁部２０内まで延びるものの空洞１２内に突出しないので、分離部１６が折れることを抑制することができる。したがって、センサ素子２の電極１３を電気的に分離する分離部１６が折れることを抑制してセンサの信頼性を向上させることができる。

【0080】

また、第１ｐｎ接合部Ｄ１及び第２ｐｎ接合部Ｄ２にそれぞれ、逆バイアス電圧が印加されている。これにより、梁部２０から少なくとも一方がセンサ素子２の電極１３を形成する第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２に電流が流れることを抑制して第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２を電気的に分離することができる。

【0081】

また、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２にそれぞれ、配線が接続されている。これにより、少なくとも一方がセンサ素子２の電極１３を形成する第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２に電気信号を入力したり出力したりすることができる。

【0082】

また、ｎ型半導体基板１０の裏面１０ｂに、リードフレーム８３が接続されている。これにより、ｎ型半導体基板１０の裏面１０ｂに銀ペーストなどを用いて接合されたリードフレーム８３を介して、ｎ型半導体基板１０の裏面１０ｂを外部の電子部品などに接続することが可能である。

【0083】

また、ｐ型エピタキシャル成長層５０に、ｎ型コンタクト７３が形成され、ｎ型半導体基板１０の表面１０ａに、ｎ型コンタクト７３を介して配線７１が接続されている。これにより、ｎ型コンタクト７３からｐ型エピタキシャル成長層５０に電気が流れることを抑制して、ｎ型半導体基板１０の表面１０ａからｎ型コンタクト７３を介して配線７１に電気的に接続することができる。

【0084】

また、第１領域Ｒ１又は第２領域Ｒ２は、センサ素子２の電極１３を形成する。これにより、ｎ型半導体基板１０の梁部２０上に形成されるｐ型エピタキシャル成長層５０の第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２を、センサ素子２の電極１３及び電極１３を支持する電極支持部１５として用いることが可能である。

【0085】

また、前記電極１３は、センサ素子２の可動電極４０又は固定電極３０である。これにより、ｎ型半導体基板１０の梁部２０上に形成されるｐ型エピタキシャル成長層５０の第１領域Ｒ１又は第２領域Ｒ２をセンサ素子２の可動電極４０又は固定電極３０として用いる場合に、分離部１６が折れることを抑制してセンサの信頼性を向上させることができる。

【0086】

また、第１領域Ｒ１は、センサ素子２の第１電極を形成し、第２領域Ｒ２は、センサ素子２の第２電極を形成する。これにより、ｎ型半導体基板１０の梁部２０上に形成されるｐ型エピタキシャル成長層５０の第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２をセンサ素子２の電極１３として用いることができる。

【0087】

また、前記第１電極及び前記第２電極は、センサ素子２の可動電極４０又は固定電極３０である。これにより、ｎ型半導体基板１０の梁部２０上に形成されるｐ型エピタキシャル成長層５０の第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２をそれぞれセンサ素子２の可動電極４０又は固定電極３０として用いる場合に、分離部１６が折れることを抑制してセンサの信頼性を向上させることができる。

【0088】

また、ｎ型半導体基板１０は、ｎ型シリコン基板１０である。これにより、ｎ型シリコン基板１０の梁部２０上にｐ型エピタキシャル成長層５０を形成して分離部１６によって第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２に分離させることで、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２と梁部２０との間にそれぞれｐｎ接合部Ｄ１，Ｄ２を形成することができる。

【0089】

また、ｐ型エピタキシャル成長層５０は、ｐ型シリコンエピタキシャル成長層５０である。これにより、ｎ型シリコン基板１０の梁部２０上にｐ型シリコンエピタキシャル成長層５０を形成して分離部１６によって第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２に分離させることで、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２と梁部２０との間にそれぞれｐｎ接合部Ｄ１，Ｄ２を形成することができる。

【0090】

また、分離部１６は、酸化シリコンを有している。これにより、ｎ型シリコン基板１０の梁部２０上にｐ型エピタキシャル成長層５０を形成した後に分離部１６に対応するトレンチ８１、８８を形成してトレンチ８１，８８を埋めるように熱酸化膜などの酸化シリコン膜を形成することで、比較的容易に分離部１６を形成することができる。

【0091】

また、センサ素子２は、静電容量型加速度センサ素子２である。静電容量型加速度センサ素子２を有するＭＥＭＳセンサ１において、分離部１６によって少なくとも一方が電極１３を形成する第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２を電気的に分離させるとともに分離部１６が折れることを抑制してセンサ１の信頼性を向上させることができる。

【0092】

本実施形態では、ＭＥＭＳセンサとして、静電容量型加速度センサについて記載されているが、空洞内に配置される電極を有するセンサ素子を有する他のＭＥＭＳセンサについても同様に適用可能である。

【0093】

本発明は、例示された実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能である。

【符号の説明】

【0094】

１，１０１ ＭＥＭＳセンサ
２ センサ素子
１０ ｎ型半導体基板
１２ 空洞
１３ 電極
１６ 分離部
２０ 梁部
３０ 固定電極
４０ 可動電極
５０ ｐ型エピタキシャル成長層
７３ ｎ型コンタクト
８３ リードフレーム
Ｄ１ 第１ｐｎ接合部
Ｄ２ 第２ｐｎ接合部
Ｒ１ 第１領域
Ｒ２ 第２領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】