(57)【要約】【課題】構造を複雑にすることなく、基板の電位を安定にすることが可能な半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】上面に凹部１００が形成された、単一の結晶構造体の半導体基板１０と、凹部１００内に配置され、下面に下面絶縁膜５０が配置された可動電極２１を有し、可動電極２１より離間した位置において半導体基板１０に固定された梁型の可動部２０と、可動電極２１に対向して凹部１００内に配置され、半導体基板１０に固定された梁型の固定電極３０と、可動部２０及び固定電極３０と半導体基板１０との間に配置され、可動電極２１及び固定電極３０と半導体基板１０とを電気的に分離する分離絶縁膜４０と、半導体基板１０に接続するコンタクト電極６３とを備える。【選択図】図１
2011038781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に凹部が形成された、単一の結晶構造体の半導体基板と、
前記凹部内に配置され、下面に下面絶縁膜が配置された可動電極を有し、前記可動電極より離間した位置において前記半導体基板に固定された梁型の可動部と、
前記可動電極に対向して前記凹部内に配置され、前記半導体基板に固定された梁型の固定電極と、
前記可動部及び前記固定電極と前記半導体基板との間に配置され、前記可動電極及び前記固定電極と前記半導体基板とを電気的に分離する分離絶縁膜と、
前記半導体基板に接続するコンタクト電極と
を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記分離絶縁膜が、前記凹部を囲んで前記凹部の側壁上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記分離絶縁膜と前記下面絶縁膜とが同一材料からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記分離絶縁膜と前記下面絶縁膜が接続していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記コンタクト電極が、前記凹部を囲む前記半導体基板の周辺領域上に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記可動電極と前記固定電極とが交差指状に配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記可動部の前記半導体基板との接続部分がバネ形状であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
可動電極を有する可動部と、前記可動電極に対向して半導体基板に固定された固定電極とを有する半導体装置の製造方法であって、
前記半導体基板の上面の一部をエッチングして、第１の凹部を形成するステップと、
前記第１の凹部の側壁上に分離絶縁膜、底面上に下面絶縁膜をそれぞれ形成するステップと、
前記分離絶縁膜及び前記下面絶縁膜上に埋め込み半導体膜を形成して、前記第１の凹部を前記埋め込み半導体膜で埋め込むステップと、
前記埋め込み半導体膜の一部をエッチングして、前記可動部及び前記固定電極の側面が露出する側面溝を形成するステップと、
前記側面溝に露出した前記可動部と前記固定電極の側面に側面絶縁膜を形成するステップと、
前記側面溝の底面に露出した前記下面絶縁膜を除去するステップと、
前記側面絶縁膜及び前記下面絶縁膜をマスクに用いたエッチングによって前記半導体基板の上部の一部に第２の凹部を形成して、前記可動部及び前記固定電極の下面を前記半導体基板から分離するステップと
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記埋め込み半導体膜の上部をエッチバックするステップを更に含むことを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記埋め込み半導体膜上に配置された上面絶縁膜をマスクにして前記埋め込み半導体膜の一部をエッチングし、前記側面溝を形成することを特徴とする請求項８又は９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記可動部及び前記固定電極上に形成された前記上面絶縁膜の一部を除去して開口部を形成するステップと、
前記開口部で前記可動部又は前記固定電極とそれぞれ接続する電極配線を前記上面絶縁膜上に形成するステップと
を更に含むことを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記半導体基板上に形成された前記上面絶縁膜の一部を除去して開口部を形成するステップと、
前記開口部で前記半導体基板と接続するコンタクト電極を前記上面絶縁膜上に形成するステップと
を更に含むことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記側面溝の底面に露出した前記下面絶縁膜の除去と同時に、前記上面絶縁膜の一部を除去して前記開口部を形成することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、梁型の可動部を備える半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
外部から加えられた力（以下において、「外力」という。）に応じて変位する可動部を備えるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）装置が、加速度センサやジャイロセンサ等の物理量を検知するセンサに使用されている。例えば、外力により振動する可動電極と固定電極間の静電容量の変化を検知して加速度を検出する静電容量型加速度センサ等が実用化されている。
【０００３】
梁型の可動部を形成するために、半導体基板上に絶縁膜層と半導体層を積層したＳＯＩ基板等の積層体が使用されている（例えば、特許文献１参照。）。半導体層の一部が可動部として使用され、絶縁膜層は犠牲層として使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３４２８０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、微小な静電容量の変化を検知するセンサは、ノイズの影響により誤動作しやすい。このため、基板の電位を安定させる必要があり、例えば基板を接地する。したがって、半導体基板上に絶縁膜層と半導体層を積層した積層体を使用した場合、半導体基板と半導体層の２箇所を接地する必要があり、半導体装置の上側と下側に接地用の電極を配置しなければならない。その結果、半導体装置の構造が複雑になるという問題があった。
【０００６】
上記問題点を鑑み、本発明は、構造を複雑にすることなく、基板の電位を安定にすることが可能な半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、（イ）上面に凹部が形成された、単一の結晶構造体の半導体基板と、（ロ）凹部内に配置され、下面に下面絶縁膜が配置された可動電極を有し、可動電極より離間した位置において半導体基板に固定された梁型の可動部と、（ハ）可動電極に対向して凹部内に配置され、半導体基板に固定された梁型の固定電極と、（ニ）可動部及び固定電極と半導体基板との間に配置され、可動電極及び固定電極と半導体基板とを電気的に分離する分離絶縁膜と、（ホ）半導体基板に接続するコンタクト電極とを備える半導体装置が提供される。
【０００８】
本発明の他の態様によれば、可動電極を有する可動部と、可動電極に対向して半導体基板に固定された固定電極とを有する半導体装置の製造方法であって、（イ）半導体基板の上面の一部をエッチングして、第１の凹部を形成するステップと、（ロ）第１の凹部の側壁上に分離絶縁膜、底面上に下面絶縁膜をそれぞれ形成するステップと、（ハ）分離絶縁膜及び下面絶縁膜上に埋め込み半導体膜を形成して、第１の凹部を埋め込み半導体膜で埋め込むステップと、（ニ）埋め込み半導体膜の一部をエッチングして、可動部及び固定電極の側面が露出する側面溝を形成するステップと、（ホ）側面溝に露出した可動部と固定電極の側面に側面絶縁膜を形成するステップと、（ヘ）側面溝の底面に露出した下面絶縁膜を除去するステップと、（ト）側面絶縁膜及び下面絶縁膜をマスクに用いたエッチングによって半導体基板の上部の一部に第２の凹部を形成して、可動部及び固定電極の下面を半導体基板から分離するステップとを含む半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、構造を複雑にすることなく、基板の電位を安定にすることが可能な半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体装置の構成を示す模式的な上面図である。
【図２】図１に示した半導体装置のＩＩ−ＩＩ方向に沿った断面図である。
【図３】図１に示した半導体装置のＩＩＩ−ＩＩＩ方向に沿った断面図である。
【図４】図１に示した半導体装置のＩＶ−ＩＶ方向に沿った断面図である。
【図５】図１に示した半導体装置の領域Ａの斜視図である。
【図６】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための工程図である（その１）。
【図７】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための工程図である（その２）。
【図８】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための工程図である（その３）。
【図９】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための工程図である（その４）。
【図１０】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための工程図である（その５）。
【図１１】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための工程図である（その６）。
【図１２】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための工程図である（その７）。
【図１３】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための工程図である（その８）。
【図１４】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための工程図である（その９）。
【図１５】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための工程図である（その１０）。
【図１６】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための工程図である（その１１）。
【図１７】本発明の実施形態に係る半導体装置に蓋を配置した例を示す模式的な断面図である。
【図１８】本発明の実施形態に係る半導体装置の基板の例を示す模式的な断面図である。
【図１９】関連技術に係る半導体装置の可動部の形状を示す模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００１２】
又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１３】
本発明の実施形態における半導体装置は、図１に示すように、上面に凹部１００が形成された、単一の結晶構造体の半導体基板１０と、凹部１００内に配置され、下面に下面絶縁膜５０が配置された可動電極２１を有し、可動電極２１より離間した位置において半導体基板１０に固定された梁型の可動部２０と、可動電極２１に対向して凹部１００内に配置され、半導体基板１０に固定された梁型の固定電極３０と、可動部２０及び固定電極３０と半導体基板１０との間に配置され、可動電極２１及び固定電極３０と半導体基板１０とを電気的に分離する分離絶縁膜４０と、半導体基板１０に接続するコンタクト電極６３とを備える。
【００１４】
図２、図３に示すように、凹部１００は、可動部２０及び固定電極３０と同一の高さにあり、周囲を分離絶縁膜４０で囲まれた第１の領域と、第１の領域の下方にあり、半導体基板１０が側面に露出した第２の領域からなる。詳細は後述するが、第１の領域は、側面溝５００として形成される領域であり、第２の領域は、半導体基板１０を等方性エッチングして形成される第２の凹部１２０である。
【００１５】
図２、図３、図５に示すように、分離絶縁膜４０は凹部１００の側壁上に形成されており、分離絶縁膜４０は凹部１００を囲むように配置されている。
【００１６】
可動部２０は、図１に示すように、中心ストライプ部２２、中心ストライプ部２２から中心ストライプ部２２が延伸する方向と垂直方向に延伸する複数の可動電極２１、及び中心ストライプ部と半導体基板１０を接続するバネ部２３とを備える、フィッシュボーン構造の梁型振動子である。バネ部２３は、分離絶縁膜４０を介して半導体基板１０に固定されている。
【００１７】
図２に示すように、可動部２０の下面に下面絶縁膜５０が配置されている。更に、可動部２０の側面に側面絶縁膜５２、上面に上面絶縁膜５４が配置され、可動部２０の周囲全体が絶縁膜で覆われている。
【００１８】
固定電極３０は、凹部１００を囲む周辺部において半導体基板１０に固定された固定端と凹部１００内に延在する自由端とを有する梁型振動子である。固定電極３０は、図１及び図３に示すように、分離絶縁膜４０を介して半導体基板１０に固定されている。図２、図３に示したように、固定電極３０の下面に下面絶縁膜５０、側面に側面絶縁膜５２、上面に上面絶縁膜５４がそれぞれ配置されて、固定電極３０の周囲全体が絶縁膜で覆われている。
【００１９】
上記に説明したように、可動部２０及び固定電極３０は分離絶縁膜４０を介して半導体基板１０に固定されている。分離絶縁膜４０により、可動電極２１と固定電極３０とは電気的に分離される。したがって、可動電極２１と固定電極３０がキャパシタプレートとして機能する。
【００２０】
半導体装置に外部から加えられた外力に応じて可動部２０の位置は変化し、可動電極２１と固定電極３０間の距離が変化する。このため、可動電極２１と固定電極３０間に電圧を印加した状態で半導体装置に外力が加わると、可動電極２１と固定電極３０間の距離の変化は、静電容量の変化として検知される。半導体装置は、検知された静電容量の変化を検出信号で信号処理回路（図示略）に伝達する。信号処理回路は、検出信号を処理して半導体装置に生じた加速度を検出する。つまり、図１に示した半導体装置は、可動電極２１と固定電極３０間の静電容量の変化に基づいて加速度を検出する静電容量型加速度センサの一部である。信号処理回路は、半導体装置と同一チップ上に配置してもよいし、半導体装置が配置されたチップと異なるチップ上に配置してもよい。
【００２１】
図１に示したように、可撓性を有するバネ形状のバネ部２３によって可動部２０と半導体基板１０とが接続され、可動部２０を振動しやすくしている。これにより、半導体装置の検出感度が向上する。
【００２２】
図１に示した半導体装置では、可動電極２１の電圧値を信号処理回路に伝達するための電極配線６１は、上面絶縁膜５４の一部を除去して形成した開口部６１０において可動部２０と接続する。一方、固定電極３０の電圧値を信号処理回路に伝達するための電極配線６２は、上面絶縁膜５４の一部を除去して形成した開口部６２０において固定電極３０と接続する。
【００２３】
図１に示すように、可動電極２１と固定電極３０は交差指状に配置されている。これにより、可動電極２１と固定電極３０の互いに対向する面積が増大し、可動電極２１と固定電極３０間の静電容量が増大する。したがって、高い感度で加速度を検出できる。可動部２０と固定電極３０とが対向する領域における可動部２０及び固定電極３０の幅は、例えば３μｍ〜１０μｍ程度であり、可動部２０と固定電極３０間の距離は、例えば１μｍ〜２μｍ程度である。
【００２４】
図１に示すように、半導体基板１０の凹部１００を囲む周辺領域上にコンタクト電極６３が配置されている。図４に示すように、半導体基板１０上に形成された上面絶縁膜５４及び表面絶縁膜１５に形成した開口部６３０において、コンタクト電極６３は半導体基板１０に接続している。このため、半導体装置の上面に配置されたコンタクト電極６３を用いて、半導体基板１０の電位を設定可能である。
【００２５】
例えば、半導体基板１０を接地することが可能であり、これにより、半導体基板１０の電位が安定する。その結果、図１に示した半導体装置では、ノイズの影響による誤動作を防止できる。また、半導体基板１０は単一の結晶構造体であるため、１つのコンタクト電極６３により、半導体基板１０全体の電位を安定にできる。つまり、半導体装置の上側と下側に接地用の電極を配置する必要がなく、半導体装置の構造は複雑にならない。このため、図１に示した半導体装置によれば、構造を複雑にすることなく、半導体基板１０の電位を安定にすることが可能である。
【００２６】
コンタクト電極６３を半導体装置の上面に配置する例を図１に示したが、半導体装置の上面以外、例えば下面にコンタクト電極６３を配置することも可能である。
【００２７】
図６〜図１６を参照して、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。なお、以下に述べる半導体装置の製造方法は一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により実現可能であることは勿論である。
【００２８】
（イ）図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように、半導体基板１０の上面に表面絶縁膜１５を形成する。例えば、半導体基板１０にシリコン（Ｓｉ）基板を使用し、熱酸化法或いは化学的気相成長（ＣＶＤ）法等により、膜厚０．５μｍ程度の酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜を表面絶縁膜１５として形成する。図６（ａ）は斜視図、図６（ｂ）は断面図である（図７（ａ）、図７（ｂ）〜図１１（ａ）、図１１（ｂ）において同様。）。
【００２９】
（ロ）フォトレジスト膜をエッチングマスクに用いて、表面絶縁膜１５の一部を選択的にエッチング除去し、図７（ａ）〜図７（ｂ）に示すように、第１の凹部１１０を形成する。半導体基板１０がＳｉ基板の場合は、第１の凹部１１０の形成に、フッ硝酸系のエッチング液等を用いたウェットエッチング法が採用可能である。或いは、深堀り反応性イオンエッチング（Ｄ−ＲＩＥ）法等のドライエッチング法を使用してもよい。
【００３０】
（ハ）熱酸化法やＣＶＤ法、スパッタ法、ＳＯＧ（Spin On Glass）塗布等によって、第１の凹部１１０の表面にＳｉＯ2膜等の絶縁膜を形成する。或いは、酸素をインプラにより打ち込むＳＩＭＯＸ（Separation by Implanted Oxygen）技術を用いて半導体基板１０内部に酸化膜を設けることにより、第１の凹部１１０の表面に絶縁膜を形成してもよい。具体的には、図８（ａ）〜図８（ｂ）に示すように、第１の凹部１１０の側壁上に分離絶縁膜４０を形成し、底面上に下面絶縁膜５０を形成する。分離絶縁膜４０と下面絶縁膜５０は同時に形成することができる。その場合、分離絶縁膜４０と下面絶縁膜５０は同一材料からなる。また、分離絶縁膜４０と下面絶縁膜５０とは接続した状態で形成される。
【００３１】
（ニ）図９（ａ）、図９（ｂ）に示すように、分離絶縁膜４０及び下面絶縁膜５０上に埋め込み半導体膜７００を形成して、第１の凹部１１０を埋め込み半導体膜７００で埋め込む。例えば、エピタキシャル成長法等によりポリシリコン膜を半導体基板１０上に堆積させて、埋め込み半導体膜７００を形成する。その後、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）法等により表面絶縁膜１５の表面が露出するまで埋め込み半導体膜７００の上部を研磨する。次いで、ケミカルドライエッチング（ＣＤＥ）等により、図１０（ａ）、図１０（ｂ）に示すように、埋め込み半導体膜７００の上部を厚さｄだけエッチバックする。厚さｄは、例えば０．５μｍ〜２．０μｍ程度である。
【００３２】
（ホ）ＣＶＤ法等を用いて、図１１（ａ）、図１１（ｂ）に示すように、膜厚０．５μｍ〜４．０μｍ程度の上面絶縁膜５４を全面に形成する。半導体基板１０上に表面絶縁膜１５と上面絶縁膜５４の積層体が形成され、埋め込み半導体膜７００には上面絶縁膜５４が形成される。上面絶縁膜５４には例えばＳｉＯ2膜を採用可能であるが、ＳｉＯ2膜に限らず、単層の他の絶縁膜であってもよく、複数の絶縁膜を重ねた積層体であってもよい。例えば、低圧形成により形成された窒化シリコン（ＬＰ−ＳｉＮ）膜等のストレスに強い絶縁膜を単層の酸化膜上に配置した積層体や、熱酸化膜（ＳｉＯ2膜）とＬＰ−ＳｉＮ膜とＣＶＤ法で形成されたＣＶＤ−ＳｉＯ2膜からなる積層体等が、上面絶縁膜５４に採用可能である。
【００３３】
（へ）例えばフォトリソグラフィ技術を用いて上面絶縁膜５４上に形成したフォトレジスト膜をエッチングマスクにしたＲＩＥ等によって上面絶縁膜５４を選択的にエッチングし、上面絶縁膜５４を所望のパターンに形成する。具体的には、図１２（ａ）、図１２（ｂ）、図１２（ｃ）に示すように、可動部２０及び固定電極３０を形成する領域上の上面絶縁膜５４を残して、埋め込み半導体膜７００上の上面絶縁膜５４を除去する。図１２（ｂ）は図１２（ａ）のXIIb−XIIb方向に沿った断面図であり、図１２（ｃ）は図１２（ａ）の領域Ａの斜視図である。
【００３４】
（ト）図１３（ａ）〜図１３（ｅ）に示すように、パターニングした上面絶縁膜５４をエッチングマスクに用いて、埋め込み半導体膜７００の一部を下面絶縁膜５０が露出するまで選択的にエッチングする。これにより、可動部２０及び固定電極３０の側面が露出する側面溝５００が形成される。埋め込み半導体膜７００から形成された可動部２０及び固定電極３０は、第１の凹部１１０の側壁に形成された分離絶縁膜４０をそれぞれ介して、半導体基板１０と接続する。側面溝５００を形成するエッチングには、Ｄ−ＲＩＥ法を用いたボッシュ法等が採用可能である。図１３（ｂ）は図１３（ａ）のXIIIb−XIIIb方向に沿った断面図、図１３（ｃ）は図１３（ａ）のXIIIc−XIIIc方向に沿った断面図、図１３（ｄ）は図１３（ａ）のXIIId−XIIId方向に沿った断面図、図１３（ｅ）は図１３（ａ）の領域Ａの斜視図である（図１４（ａ）〜図１４（ｅ）〜図１６（ａ）〜図１６（ｅ）において同様）。
【００３５】
（チ）図１４（ａ）〜図１４（ｅ）に示すように、側面溝５００に露出した可動部２０及び固定電極３０の側面に、側面絶縁膜５２を形成する。側面絶縁膜５２は、膜厚が例えば０．１μｍ〜０．３μｍ程度のＳｉＯ2膜やＳｉＮ膜等の絶縁膜である。側面絶縁膜５２の形成には、熱酸化法やＣＶＤ法が使用可能である。側面絶縁膜５２を薄く形成するほど可動部２０と固定電極３０間を狭くでき、可動部２０と固定電極３０を高密度に配置できる。その結果、検出感度を向上できる。
【００３６】
（リ）例えばテープレジストを使用したフォトリソグラフィ技術と異方性エッチング等によって、図１５（ａ）〜図１５（ｅ）に示すように、側面溝５００の底面に露出した下面絶縁膜５０を除去する。これにより、側面溝５００の底面に半導体基板１０の表面が露出する。一方、可動部２０及び固定電極３０の下面には、下面絶縁膜５０が残る。下面絶縁膜５０の除去と同時に、可動部２０、固定電極３０上に形成された上面絶縁膜５４の一部を除去して、開口部６１０、６２０を形成する。また、半導体基板１０上に形成された上面絶縁膜５４及び表面絶縁膜１５の一部を除去して、開口部６３０を形成する。
【００３７】
（ヌ）図１６（ａ）〜図１６（ｅ）に示すように、開口部６１０を介して可動部２０と接続する電極配線６１、開口部６２０を介して固定電極３０と接続する電極配線６２、及び開口部６３０を介して半導体基板１０と接続するコンタクト電極６３を形成する。例えば、所望のパターンに形成したフォトレジスト膜を用いたリフトオフ法、或いはフォトレジスト膜をエッチングマスクに用いたエッチング法によって、アルミニウム（Ａｌ）膜等の金属膜からなる電極配線６１、６２、及びコンタクト電極６３を形成する。
【００３８】
（ル）可動部２０と固定電極３０の側面に形成された側面絶縁膜５２、及び可動部２０と固定電極３０の下面に形成された下面絶縁膜５０をエッチングマスクに用いて、半導体基板１０の上部の一部を等方性エッチングによってエッチングし、第２の凹部１２０を形成する。この等方性エッチング（以下において、「リリースエッチング」という。）により、可動部２０及び固定電極３０の底部と半導体基板１０とが分離され、可動部２０及び固定電極３０の下面に配置された下面絶縁膜５０が露出される。つまり、リリースエッチングによって、第２の凹部１２０上方に可動部２０及び固定電極３０が配置される。例えば半導体基板１０がシリコン基板の場合には、六フッ化硫黄（ＳＦ6）や二フッ化キセノン（ＸｅＦ2）を使用した等方性エッチャー等により、リリースエッチングを行う。以上により、図１に示した半導体装置が完成する。すなわち、側面溝５００と第２の凹部１２０からなり半導体基板１０の上面に形成された凹部１００内に、可動部２０及び固定電極３０が配置される。
【００３９】
以上に説明したように、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造法によれば、半導体基板１０の上面に第１の凹部１１０を形成し、第１の凹部１１０上に下面絶縁膜５０を形成した後、可動部２０及び固定電極３０を形成するための埋め込み半導体膜７００で第１の凹部１１０を埋め込む。したがって、基板の張り合わせ工程等の複雑な工程はなく、簡単な構造である。また、犠牲層である絶縁膜層を含むＳＯＩ基板等を採用する必要もなく、半導体基板１０は単一の結晶構造体である。
【００４０】
また、図１０（ｂ）を参照して説明したように、埋め込み半導体膜７００の上面は、厚さｄだけエッチバックされ、表面絶縁膜１５の上面より低くなる。このため、図１７に示すように、半導体装置の上面に蓋９０を配置した場合に、可動部２０と蓋９０の間に空間が生じ、可動部２０が上下方向に振動しても蓋９０に接触しない構造を実現できる。厚さｄは、可動部２０の振動幅等を考慮して設定される。蓋９０は、例えばガラスやシリコンからなる板形状の蓋を採用可能である。なお、埋め込み半導体膜７００の上面をエッチバックしない場合には、埋め込み半導体膜７００の上面の位置と表面絶縁膜１５の上面の位置とは一致する。この場合には、可動部２０及び固定電極３０の上面と、凹部１００周囲の半導体基板１０の周辺領域の上面とは同一平面レベルになる。
【００４１】
埋め込み半導体膜７００によって第１の凹部１１０を隙間無く埋め込むためには、図７（ｂ）に示したように、第１の凹部１１０の側壁が底面に対してテーパを持って形成され、第１の凹部１１０は開口部が底部より広いことが好ましい。第１の凹部１１０の側壁と底面とがなすテーパ角は、例えば７２度〜８５度程度である。
【００４２】
第１の凹部１１０の深さは、可動部２０や固定電極３０の厚みに基づいて設定され、例えば３０μｍ〜１００μｍ程度である。可動部２０や固定電極３０が厚いほど検出感度が高くなるため、第１の凹部１１０の深さは、所望の検出感度に依存する。半導体基板１０の上面に埋め込んだ埋め込み半導体膜７００から可動部２０及び固定電極３０を形成するため、可動部２０及び固定電極３０の厚さばらつきを容易に低減できる。
【００４３】
第１の凹部１１０の深さは、エッチング時間を制御して所定の深さに設定できる。或いは、図１８（ａ）に示すように、不純物濃度の異なる２つの半導体層を積層した半導体基板１０を使用することにより、第１の凹部１１０の深さをより高精度に制御してもよい。例えば、ｐ型不純物濃度が１×１０18〜１×１０20ｃｍ-3程度の半導体層１０Ｂ上に、ｐ型不純物濃度が１×１０17ｃｍ-3程度の半導体層１０Ａを積層して半導体基板１０を構成する。不純物濃度の違いから半導体層１０Ａと半導体層１０Ｂのエッチングレートが異なり、半導体層１０Ａと半導体層１０Ｂの界面でエッチングをほぼ停止させることができる。このため、図１８（ｂ）に示すように、半導体層１０Ａの膜厚が深さである第１の凹部１１０を形成できる。半導体層１０Ａと半導体層１０Ｂの不純物濃度の差は１桁程度あればよい。このように、不純物濃度の異なる２つの半導体層を積層した半導体基板１０を使用することによって、第１の凹部１１０の深さを精密に制御することができ、可動部２０及び固定電極３０の厚みのばらつきを低減できる。
【００４４】
更に、図１に示した半導体装置では、可動部２０及び固定電極３０の下面に下面絶縁膜５０が配置されている。このため、リリースエッチングにおいて、例えば図１９に示すように可動部２０や固定電極３０の下面がエッチングされることが防止される。図１９に示した矢印は、エッチングの進む方向である。したがって、可動部２０及び固定電極３０の下面に下面絶縁膜５０を配置することにより、可動部２０や固定電極３０が薄くなることが防止される。その結果、可動部２０及び固定電極３０の厚みにばらつきが生じない。更に、可動電極２１と固定電極３０の互いに対向する面積の減少が抑制される。
【００４５】
したがって、可動部２０及び固定電極３０の下面に下面絶縁膜５０が配置された図１に示した半導体装置では、可動部２０及び固定電極３０の下面がエッチングされる検出装置に比べて、検出感度が向上する。下面絶縁膜５０の膜厚は、リリースエッチングにおいて下面絶縁膜５０がエッチングされて可動部２０及び固定電極３０の下面が露出されない程度の厚さであればよく、リリースエッチングでの半導体基板１０と下面絶縁膜５０とのエッチングレート差等により決定される。下面絶縁膜５０の膜厚は、例えば０．５μｍ程度である。
【００４６】
なお、可動部２０及び固定電極３０が梁型形状であるため、リリースエッチング時にエッチャントが可動部２０及び固定電極３０の横方向（短手方向）から回り込んで、可動部２０及び固定電極３０と半導体基板１０とを分離する。このため、第２の凹部１２０を深くする必要がない。
【００４７】
上記のように絶縁膜層のない半導体基板１０を使用するため、１つのコンタクト電極６３によって半導体基板１０全体の電位を安定にし、ノイズの影響による誤動作を防止できる。例えば、半導体装置の上側と下側に接地用の電極を配置する必要がない。したがって、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造法によれば、構造を複雑にすることなく、基板の電位を安定にすることが可能な半導体装置を提供できる。
【００４８】
なお、半導体装置の上面全体ではなく、一部に埋め込み半導体膜７００が埋め込まれる。例えば埋め込み半導体膜７００がポリシリコン膜である場合、可動部２０及び固定電極３０を厚くするために第１の凹部１１０を深くすると、第１の凹部１１０に埋め込まれたポリシリコンのグレインサイズの影響によって半導体装置の表面が荒れる。しかし、図１に示した半導体装置の場合は、凹部１００周辺の、例えば単結晶シリコンである半導体基板１０の表面にアライメントキーを形成できる。アライメント部分の表面が荒れていないため、アライメント精度が低下しない。したがって、検出感度を向上するために可動部２０及び固定電極３０を厚く形成する場合でも、微細加工の精度が低下しない。
【００４９】
（その他の実施形態）
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００５０】
例えば、一方向の加速度を検出するだけでなく、複数の方向の加速度を検出する多軸加速度センサに本発明は適用可能である。また、半導体装置が加速度センサである例を示したが、加速度センサに限られず、外力に応じて変位する構造を利用して物理量を検出する種々のセンサ等に本発明は適用可能である。例えば、角速度センサ、圧力センサ、力センサ等にも本発明は適用可能である。
【００５１】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明の半導体装置は、可動部を有する半導体センサを製造する製造業を含む電子機器産業に利用可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１０…半導体基板
１５…表面絶縁膜
２０…可動部
２１…可動電極
２２…中心ストライプ部
２３…バネ部
３０…固定電極
４０…分離絶縁膜
５０…下面絶縁膜
５２…側面絶縁膜
５４…上面絶縁膜
６１、６２…電極配線
６３…コンタクト電極
９０…蓋
１００…凹部
１１０…第１の凹部
１２０…第２の凹部
５００…側面溝
６１０、６２０、６３０…開口部
７００…埋め込み半導体膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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