(57)【要約】【課題】可動部の反りが大きく、かつ検知感度の低下が抑制された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が形成された基板１０と、凹部１００内に配置された可動電極２１を有し、可動電極２１から離間した位置において基板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、可動電極２１と電気的に分離されて基板１０に固定された梁型の固定電極３０とを備え、可動電極２１と基板１０との間に、線膨張熱係数が互いに異なる半導体層２２１とキャップ層２２２とが積層された反り部２２を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に凹部が形成された基板と、
前記凹部内に配置された可動電極を有し、前記可動電極から離間した位置において前記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、前記可動電極と電気的に分離されて前記基板に固定された梁型の固定電極と
を備え、
前記可動電極と前記固定電極の少なくともいずれかと前記基板との間に、線膨張熱係数が互いに異なる半導体層とキャップ層とが積層された反り部を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記キャップ層が、絶縁物であ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】
前記可動電極及び前記固定電極の下面に下面絶縁膜が配置され、前記反り部の前記半導体層の下面が前記凹部内で露出してい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】
前記反り部の前記半導体層の下面の中心部が、前記半導体層の下面に対向する前記基板の表面に向かって突起していることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記反り部が、絶縁膜を介して前記可動電極又は前記固定電極と接続し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】
前記可動電極と前記基板間、及び前記固定電極と前記基板間にそれぞれ絶縁分離領域が配置されてい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】
前記絶縁分離領域が、半導体からなる分離柱と該分離柱の側面に形成された分離絶縁膜とからなり、前記分離柱の下面が前記凹部内で露出していることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記半導体層がシリコン膜であり、前記キャップ層が酸化シリコン膜であって、前記キャップ層に対する前記半導体層の膜厚の比が７以上且つ１３以下であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
可動電極を有する可動部と、前記可動電極に対向して基板に固定された固定電極とを有し、前記可動電極と前記固定電極の少なくともいずれかと前記基板との間に、線膨張熱係数が互いに異なる半導体層とキャップ層とが積層された反り部を有する半導体装置の製造方法であって、
半導体基板の上面の前記反り部が形成される領域にキャップ膜を形成するステップと、
前記キャップ膜をマスクにして前記半導体基板の上面の一部をエッチングして第１の凹部を形成し、前記キャップ膜下方の前記半導体基板を前記半導体層として残すステップと、
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、前記キャップ膜の上面が露出するように前記第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、
前記キャップ膜の上面に上面絶縁膜を形成し、前記キャップ膜と前記上面絶縁膜が積層された前記キャップ層を形成するステップと、
前記埋め込み半導体膜の一部及び前記半導体基板の上部の一部をエッチングして、前記半導体基板の上面に第２の凹部を形成し、前記埋め込み半導体膜から形成された前記可動電極及び前記固定電極を前記第２の凹部内に配置するステップと
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記可動電極及び前記固定電極を前記第２の凹部内に配置するステップが、
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面に前記第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請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記埋め込み半導体膜上に形成した前記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１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
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乃至１２のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
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乃至１３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記キャップ膜と前記上面絶縁膜が同一材料であることを特徴とする請求項１０乃至１４のいずれか１項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、外部から加えられた力に応じて変位する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）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梁型可動部と固定部間で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提案されている。
【０００３】
例えば半導体からなる梁型の可動部の上面に酸化膜を配置すると、半導体と酸化膜との線膨張熱係数の差によって可動部が反る。これにより、可動部とその可動部に対向する固定電極とでは、上下方向の位置（以下において「上下位置」という。）に差異が生じる。可動部と定電極との上下位置の差異により、上下方向の加速度を検知することが可能である（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６、７９２、８０４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
可動部と固定部との上下位置の差異が大きいほど、即ち、可動部の反りが大きいほど、上下方向の加速度を検知する感度が高い。可動部上の酸化膜の膜厚を厚くするほど、可動部の反りは大きくなる。しかしながら、酸化膜の膜厚を厚くするには、製造装置の性能限界や物性的な限界がある。或いは、可動部の半導体の膜厚を薄くすることによっても可動部の反りは大きくなる。しかし、可動部の半導体の膜厚を薄くすると、可動部と固定電極とが対向する面積が減少して可動部と固定部間の静電容量が小さくなり、検知感度が低下するという問題があった。
【０００６】
上記問題点に鑑み、本発明は、可動部の反りが大きく、かつ検知感度の低下が抑制された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、上面に凹部が形成された基板と、凹部内に配置された可動電極を有し、可動電極から離間した位置において基板に固定された梁型の可動部と、可動電極に対向して凹部内に配置され、可動電極と電気的に分離されて基板に固定された梁型の固定電極とを備え、可動電極と固定電極の少なくともいずれかと基板との間に、線膨張熱係数が互いに異なる半導体層とキャップ層とが積層された反り部を有す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基板に固定された固定電極とを有し、可動電極と固定電極の少なくともいずれかと基板との間に、線膨張熱係数が互いに異なる半導体層とキャップ層とが積層された反り部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反り部が形成される領域にキャップ膜を形成するステップと、（ロ）キャップ膜をマスクにして半導体基板の上面の一部をエッチングして第１の凹部を形成し、キャップ膜下方の半導体基板を半導体層として残すステップと、（ハ）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、（ニ）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、キャップ膜の上面が露出するように第１の凹部を埋め込み半導体膜で埋め込むステップと、（ホ）キャップ膜の上面に上面絶縁膜を形成し、キャップ膜と上面絶縁膜が積層されたキャップ層を形成するステップと、（ヘ）埋め込み半導体膜の一部及び半導体基板の上部の一部をエッチングして、半導体基板の上面に第２の凹部を形成し、埋め込み半導体膜から形成された可動電極及び固定電極を第２の凹部内に配置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、可動部の反りが大きく、かつ検知感度の低下が抑制された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】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の構成を示す模式的な構造図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の上面図である。
【図３】図２のIII−III方向に沿った模式図である。
【図４】反り量と検知感度の関係をシミュレーションするためのシミュレーションモデルを示す模式図である。
【図５】反り量と検知感度の関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。
【図６】本発明の第１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】本発明の第１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】本発明の第１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】本発明の第１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】本発明の第１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】本発明の第１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】本発明の第１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】本発明の第１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】本発明の第１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】反り部の膜厚比と反り量の関係をシミュレーションするためのシミュレーションモデルを示す模式図である。
【図１６】反り部の膜厚比と反り量の関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。
【図１７】コンタクト電極部の構造の例を示す模式的な断面図である。
【図１８】反り部が半導体基板から切り離される状態を示す断面図である。
【図１９】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の分離柱の形状を示す模式的な断面図である。
【図２０】関連技術に係る半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である（その１）。
【図２１】関連技術に係る半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である（その２）。
【図２２】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の構成を示す模式的な構造図である。
【図２３】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の上面図である。
【図２４】本発明の第２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２５】本発明の第２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２６】本発明の第２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２７】本発明の第２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２８】本発明の第２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２９】本発明の第２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３０】本発明の第２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３１】本発明の第２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３２】本発明の第２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）。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、図面を参照して、本発明の第１及び第２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、以下に示す第１及び第２の実施形態は、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、この発明の実施形態は、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。この発明の実施形態は、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】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る半導体装置１は、図１に示すように、上面に凹部１００が形成された基板１０と、凹部１００内に配置された可動電極２１を有し、可動電極２１から離間した位置において基板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、可動電極２１と電気的に分離されて基板１０に固定された梁型の固定電極３０とを備え、可動電極２１と基板１０との間に、線膨張熱係数が互いに異なる半導体層２２１とキャップ層２２２とが積層された反り部２２を有する。図１において、紙面に向かって上下方向をｚ方向とし、上方向を＋ｚ方向、下方向を−ｚ方向とする。また、図１の紙面に向かって左右方向をｘ方向とする。
【００１４】
図２に半導体装置１の上面図を示す。図１の紙面に向かって上下方向がｘ方向であり、左右方向をｙ方向とする。図１は、図２に示した上面図のＩ−Ｉ方向に沿った断面図をｙ方向からみた構造図である。また、図２のIII−III方向に沿った断面図を図３に示す。
【００１５】
図１、図２に示すように、可動部２０は、固定電極３０に対向する可動電極２１、可動電極２１より離間した位置において絶縁分離領域４０を介して基板１０に固定された固定部２３、及び可動電極２１と固定部２３間に配置された反り部２２とを備える片持ち梁型振動子である。
【００１６】
図１、図３に示すように、可動電極２１及び固定部２３の下面に下面絶縁膜５０、上面に上面絶縁膜５４がそれぞれ配置されている。更に、可動電極２１の側面に側面絶縁膜５２が配置され、同様に固定部２３の側面に側面絶縁膜５２が配置されている（不図示）。反り部２２の側面に分離絶縁膜４０２が配置され、上面にキャップ膜２２０と上面絶縁膜５４が積層されたキャップ層２２２が配置されているが、半導体層２２１の下面には絶縁膜は配置されていない。反り部２２と可動電極２１及び固定部２３とは、分離絶縁膜４０２を介して接続している。
【００１７】
なお、図３に示したように、半導体層２２１の下面が凹部１００で露出し、その下面の中心部が半導体基板１１に向かって突起する。また、半導体層２２１の下面の突起に対向する半導体基板１１の表面が、半導体層２２１に向かって突起する。これは、後述するように、リリースエッチングによって反り部２２の半導体層２２１の下部が周辺領域から削られ始めるためである。
【００１８】
固定部２３は接続領域２３０においてのみ絶縁分離領域４０を介して基板１０と接続しており、可動部２０は可撓性を有する板バネ形状である。このため、可動電極２１はｚ方向に振動しやすい。これにより、半導体装置１のｚ方向に加わる外力の検知感度が向上する。
【００１９】
固定電極３０は、絶縁分離領域４０を介して基板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形状である。図１、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は半導体膜の周囲全体が絶縁膜で覆われた構造である。
【００２０】
半導体層２２１とキャップ層２２２とを積層した反り部２２は、半導体層２２１とキャップ層２２２の線膨張熱係数の差により、ｚ方向に反る。このため、半導体装置１に加速度が加わっていない状態では、可動電極２１の上面と固定電極３０の上面とが同一平面レベルにならない。
【００２１】
図１に示した例では、キャップ層２２２の線膨張熱係数が半導体層２２１の線膨張熱係数より小さいため、反り部２２は下方に反っている。つまり、可動電極２１の上面は固定電極３０の上面より下方に位置する。例えば、線膨張熱係数が２５ｐｐｍ／℃程度であるシリコン（Ｓｉ）膜が半導体層２２１であり、線膨張熱係数が５ｐｐｍ／℃程度である酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜がキャップ層２２２である場合は、反り部２２は下方に反る。一方、キャップ層２２２の線膨張熱係数が半導体層２２１の線膨張熱係数より大きい場合には、反り部２２は上方に反り、可動電極２１の上面は固定電極３０の上面より上方に位置する。
【００２２】
既に述べたように、可動部２０と基板１０との間、及び固定電極３０と基板１０との間に、それぞれ絶縁分離領域４０が配置されている。絶縁分離領域４０は、半導体からなる分離柱４０１と、分離柱４０１の側面に形成された分離絶縁膜４０２からなる。図１に示したように、絶縁分離領域４０の分離柱４０１の下面には絶縁膜が配置されておらず、分離柱４０１の下面が凹部１００で露出している。絶縁分離領域４０によって、可動電極２１と基板１０が電気的に分離され、固定電極３０と基板１０が電気的に分離される。絶縁分離領域４０によって可動電極２１と固定電極３０とは電気的に分離されているため、可動電極２１と固定電極３０はキャパシタプレートとして機能する。
【００２３】
半導体装置１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１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。
【００２４】
例えば、可動電極２１の上面が固定電極３０の上面より低い位置にある場合に、半導体装置１に＋ｚ方向の加速度が加わると、可動電極２１は−ｚ方向に変位する。このため、可動電極２１と固定電極３０間の静電容量は一様に減少する。一方、半導体装置１に−ｚ方向の加速度が加わると、可動電極２１は＋ｚ方向に変位する。このため、先ず可動電極２１の上面と固定電極３０の上面とが接近し、可動電極２１と固定電極３０間の静電容量は増大する。したがって、可動電極２１と固定電極３０間の静電容量における最初の変化量によって、加速度の方向を検知することができる。
【００２５】
半導体装置１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１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１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加速度検出装置の一部である。信号処理回路は、半導体装置１と同一チップ上に配置してもよいし、半導体装置１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。
【００２６】
可動電極２１の電圧値を信号処理回路に伝達するために、図２に示したように、半導体装置１に電極配線６１１〜６１３が配置されている。電極配線６１１は、上面絶縁膜５４の一部を除去して形成した開口部６０１ａにおいて可動電極２１と接続し、上面絶縁膜５４及びキャップ膜２２０の一部を除去して形成した開口部６０１ｂにおいて半導体層２２１に接続する。電極配線６１２は、上面絶縁膜５４及びキャップ膜２２０の一部を除去して形成した開口部６０１ｃにおいて半導体層２２１に接続し、上面絶縁膜５４の一部を除去して形成した開口部６０１ｄにおいて固定部２３と接続する。電極配線６１３は、上面絶縁膜５４の一部を除去して形成した開口部６０１ｅにおいて固定部２３と接続する。
【００２７】
したがって、可動電極２１の電圧値は、電極配線６１１、反り部２２の半導体層２２１、電極配線６１２、固定部２３、電極配線６１３を順に伝搬し、信号処理回路に出力される。
【００２８】
図１、図２に示した例では、反り部２２及び固定部２３と可動電極２１の電位を同一にできる。或いは、固定部２３上の上面絶縁膜５４上に電極配線を配置して固定部２３と可動電極２１とは電気的に分離し、反り部２２と可動電極２１の電位を同一にしてもよい。若しくは、反り部２２上の上面絶縁膜５４上に電極配線を配置して反り部２２と可動電極２１とは電気的に分離し、固定部２３と可動電極２１の電位を同一にしてもよい。又は、反り部２２上及び固定部２３上の上面絶縁膜５４上に電極配線を配置して、可動電極２１、反り部２２、固定部２３の電位をそれぞれ異なる値にしてもよい。
【００２９】
上記のように、可動電極２１と、反り部２２及び固定部２３とを電気的に分離したり、同一の電位にすることは、任意に設定可能である。また、可動電極２１と電気的に分離した反り部２２及び固定部２３を任意の電位に設定することもできる。したがって、半導体装置１に生じる浮遊容量等によって検知精度が影響を受けないように、必要に応じて反り部２２及び固定部２３と可動電極２１との電位関係を調整することができる。なお、反り部２２上に電極配線を配置する場合には、これによる反り量の変動を考慮する必要がある。
【００３０】
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６２０は、上面絶縁膜５４の一部を除去して形成した開口部６０２において固定電極３０と接続する。
【００３１】
図２、図３に示したように、半導体装置１では、可動電極２１と固定電極３０が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（以下において「対向面積」という。）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。
【００３２】
図２に示したコンタクト電極配線６３０を介して、基板１０の電位を設定できる。基板１０の電位を安定にすることにより、微小な静電容量を検知する半導体装置１が安定に動作する。コンタクト電極配線６３０は、凹部１００を囲む基板１０の周辺部１０１上に配置された上面絶縁膜５４の一部を除去して形成した開口部６０３を介して、基板１０と電気的に接続する。このようにコンタクト電極配線６３０を周辺部１０１上に配置することにより、基板１０の電位を半導体装置１の表面から設定することができる。
【００３３】
以上に説明したように、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置１においては、半導体層２２１と、線膨張熱係数が半導体層２２１と異なるキャップ層２２２とを積層した反り部２２において反りが生じる。このため、可動電極２１の上面と固定電極３０の上面とは同一平面レベルにならず、半導体装置１に加わるｚ方向の加速度を検知できる。また、半導体装置１では、可動部２０に反りを生じさせるために可動電極２１の膜厚を薄くする必要がない。このため、可動電極２１と固定電極３０との対向面積は小さくならない。したがって、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置１によれば、可動部２０の反りが大きく、かつ検知感度の低下が抑制された半導体装置を提供することができる。
【００３４】
図４に示すシミュレーションモデルを使用して、検知感度をシミュレーションした例を以下に説明する。図４に示したシミュレーションモデルは、加速度が加わっていない状態において可動電極２１の上面と固定電極３０の上面との差、つまり、可動電極２１の反り量がｄである。そして、可動電極２１と固定電極３０の電極高さをｈ、電極高さ方向と垂直な可動電極２１と固定電極３０間の電極間距離をｗとする。
【００３５】
電極間距離ｗ＝２μｍであるときの、反り量ｄに対する検知感度の関係を図５に示す。検知感度は、反り量ｄが０μｍの場合の検知感度を１としている。図５において、特性Ｈ１は電極高さｈが１０μｍの場合、特性Ｈ２は電極高さｈが２０μｍの場合、特性Ｈ３は電極高さｈが３０μｍの場合の、反り量ｄと検知感度との関係をそれぞれ示す。
【００３６】
図５に示すように、反り量ｄが増大するに従い、検知感度は向上する。その後、反り量ｄが電極高さｈに近づくにつれて、検知感度は低下し始める。これは、反り量ｄが大きくなって可動電極２１と固定電極３０との対向する面積が減少するためである。したがって、電極高さｈが高いほど、つまり、可動電極２１と固定電極３０の膜厚が厚いほど、反り量ｄを大きくすることができ、且つ、検知感度が反り量ｄのばらつきに依存せずに安定する。一般に、可動電極２１と固定電極３０の膜厚を厚くすることは、プロセス技術レベルによって制限される。
【００３７】
また、半導体装置１は、半導体からなる分離柱４０１と分離柱４０１の側面に配置された分離絶縁膜４０２からなる絶縁分離領域４０によって、可動電極２１及び固定電極３０と基板１０とがそれぞれ電気的に分離されている。このため、絶縁分離領域４０の厚みは分離柱４０１の厚みに依存する。一般的に、幅を一定の値以下に維持して深い溝を形成することよりも、分離柱４０１を高く形成することは容易である。したがって、アイソレーション用の溝に絶縁性材料を充填して形成された絶縁分離領域を有する関連技術のＭＥＭＳ素子に比べて、分離柱４０１と分離絶縁膜４０２からなる絶縁分離領域４０を有する半導体装置１の方が、可動電極２１と固定電極３０の対向面積を大きくすることができる。その結果、対向面積の減少によるＭＥＭＳ素子の検知感度の低下が抑制され、検知感度の高い半導体装置を実現できる。
【００３８】
以下に、図６（ａ）、図６（ｂ）〜図１４（ａ）、図１４（ｂ）を参照して、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置１の製造方法を説明する。図６（ａ）〜図１４（ａ）は上面図であり、図６（ｂ）〜図１４（ｂ）は図６（ａ）〜図１４（ａ）のＢ−Ｂ方向にそれぞれ沿った断面図である。なお、以下に述べる半導体装置１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。
【００３９】
（イ）熱酸化法或いは化学気相成長（ＣＶＤ）法等を用いて、半導体基板１１上に、半導体基板１１の材料と線膨張熱係数が異なるキャップ膜２２０を形成する。例えば、半導体基板１１がシリコン（Ｓｉ）基板の場合には、キャップ膜２２０に酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜等が採用可能である。次いで、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術等を用いてキャップ膜２２０をパターニングして、反り部２２及び絶縁分離領域４０を形成する位置のキャップ膜２２０を残す。図６（ａ）〜図６（ｂ）に示すように、キャップ膜２２０をマスクにして半導体基板１１の上部の一部をエッチングして第１の凹部を形成し、反り部２２の半導体層２２１及び絶縁分離領域４０の分離柱４０１を形成する。例えば、半導体層２２１及び分離柱４０１の高さは３０μｍ〜１００μｍ程度である。半導体基板１１のエッチングには、深堀り反応性イオンエッチング（Ｄ−ＲＩＥ）法を用いたボッシュ法や、フッ酸を用いたウェットエッチング法等が採用可能である。
【００４０】
（ロ）図７（ａ）〜図７（ｂ）に示すように、熱酸化法或いはＣＶＤ法等を用いて、半導体基板１１の表面に絶縁膜を形成する。具体的には、半導体基板１１の上面に下面絶縁膜５０を形成し、半導体層２２１及び分離柱４０１の側面に分離絶縁膜４０２を形成する。分離絶縁膜４０２の膜厚は、例えば０．１〜０．３μｍ程度である。
【００４１】
（ハ）図８（ａ）〜図８（ｂ）に示すように、下面絶縁膜５０上に埋め込み半導体膜７０１を形成して、第１の凹部を埋め込む。これにより、半導体層２２１とキャップ膜２２０を含む反り部２２、及び分離柱４０１と分離絶縁膜４０２からなる絶縁分離領域４０の周囲が埋め込み半導体膜７０１によって埋め込まれる。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１１上に堆積させて、埋め込み半導体膜７０１を形成する。その後、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）法等によりキャップ膜２２０の表面が露出するまで埋め込み半導体膜７０１の上部をエッチングする。後述するように、埋め込み半導体膜７０１を加工して、可動電極２１及び固定電極３０が形成される。
【００４２】
（ニ）図９（ａ）〜図９（ｂ）に示すように、埋め込み半導体膜７０１上に、例えば膜厚０．５μｍ〜４．０μｍ程度の上面絶縁膜５４を形成する。上面絶縁膜５４には、ＳｉＯ2膜や、ＳｉＯ2膜と窒化シリコン（ＳｉＮ）膜との積層体を採用可能である。例えば、キャップ層２２２を単一材料の積層体にするために、キャップ膜２２０と同一材料を上面絶縁膜５４に選択する。
【００４３】
（ホ）埋め込み半導体膜７０１を選択的にエッチングして可動部２０及び固定電極３０の側面が露出する側面溝５００を形成する。そして、図１０（ａ）〜図１０（ｂ）に示すように、側面溝５００の表面、即ち可動部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〜１μｍ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。なお、例えば以下のようにして、埋め込み半導体膜７０１を選択的にエッチングする。即ち、フォトリソグラフィ技術及び選択的エッチングを用いて、上面絶縁膜５４を所望のパターンに形成する。具体的には、可動部２０、固定電極３０、絶縁分離領域４０、及び凹部１００を囲む基板１０の周辺部１０１を形成する領域上の上面絶縁膜５４を残し、凹部１００を形成する領域上の上面絶縁膜５４を除去する。そして、上面絶縁膜５４をエッチング用マスクに用いて、下面絶縁膜５０が露出するまで埋め込み半導体膜７０１の一部を選択的にエッチング除去する。埋め込み半導体膜７０１のエッチングには、Ｄ−ＲＩＥ法等が採用可能である。これにより、絶縁分離領域４０をそれぞれ介して、可動部２０及び固定電極３０が、凹部１００を囲む基板１０の周辺部１０１と接続する。
【００４４】
（ヘ）図１１（ａ）〜図１１（ｂ）に示すように、異方性エッチングによって側面溝５００の底部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の底部に半導体基板１１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。なお、下面絶縁膜５０をエッチング除去する際に、上面絶縁膜５４の上部が同時にエッチングされる。このため、上面絶縁膜５４の膜厚は、下面絶縁膜５０より厚く形成しておく必要がある。
【００４５】
（ト）図１２（ａ）〜図１２（ｂ）に示すように、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１１上に堆積させて、可動部２０、固定電極３０及び絶縁分離領域４０の周囲を埋め込むように犠牲半導体膜７０２を形成する。その後、ＣＭＰ法等により上面絶縁膜５４の表面が露出するまで犠牲半導体膜７０２の上部をエッチングする。後述するように、犠牲半導体膜７０２はこの後のフォトリソグラフィ工程が容易になるように形成される犠牲層である。
【００４６】
（チ）図１３（ａ）〜図１３（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ技術等を用いて、開口部６０１ａ〜６０１ｅ、６０２、６０３を形成する。例えば、可動部２０、固定電極３０、基板１０の周辺部１０１の上面に形成された絶縁膜上にフォトレジスト膜を形成した後、開口部６０１ａ〜６０１ｅ、６０２、６０３を形成する領域のフォトレジスト膜を除去する。このフォトレジスト膜をマスクにして絶縁膜をエッチング除去して、開口部６０１ａ〜６０１ｅ、６０２、６０３を形成する。開口部６０１ａ、６０１ｄ、６０１ｅ、６０２、６０３において埋め込み半導体膜７０１の上面が露出し、開口部６０１ｂ、６０１ｃにおいて半導体基板１１の上面が露出する。このとき、犠牲半導体膜７０２が形成されているため、平坦な下地の上にフォトレジスト膜を形成することができる。このため、開口部６０１ａ〜６０１ｅ、６０２、６０３の形成が容易である。
【００４７】
（リ）図１４（ａ）〜図１４（ｂ）に示すように、電極配線６１１〜６１３、６２０、及びコンタクト電極配線６３０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６１１〜６１３、６２０及びコンタクト電極配線６３０を形成する。
【００４８】
（ヌ）分離絶縁膜４０２、上面絶縁膜５４、側面絶縁膜５２及び下面絶縁膜５０をマスクにして、犠牲半導体膜７０２、及び半導体基板１１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、凹部１００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の下部と半導体基板１１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、凹部１００内に可動部２０及び固定電極３０が配置される。このとき、リリースエッチングによって反り部２２と絶縁分離領域４０の下部が半導体基板１１から切り離されて、半導体層２２１及び分離柱４０１の下面が凹部１００内で露出する。例えば半導体基板１１がシリコン基板、犠牲半導体膜７０２がポリシリコン膜の場合には、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が、リリースエッチングに使用可能である。以上により、図１〜図３に示した半導体装置１が完成する。
【００４９】
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、固定電極３０及び分離柱４０１と半導体基板１１とを分離する。このため、凹部１００を深く形成する必要がない。
【００５０】
上記に説明した製造方法によれば、基板１０は、半導体基板１１上に、下面絶縁膜５０及び埋め込み半導体膜７０１を積層した構造である。可動部２０の反り部２２の半導体層２２１は半導体基板１１を加工して形成され、可動部２０の可動電極２１と固定部２３、及び固定電極３０は埋め込み半導体膜７０１を加工して形成される。
【００５１】
半導体基板１１は、Ｓｉ基板の他に、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）等の化合物系を含む半導体基板全般から選択可能である。また、埋め込み半導体膜７０１、犠牲半導体膜７０２がポリシリコン膜である例を示したが、ポリシリコン膜以外の半導体膜を埋め込み半導体膜７０１、犠牲半導体膜７０２に使用してもよい。例えば単結晶シリコン膜を採用可能である。
【００５２】
なお、上記に説明したように、反り部２２の半導体層２２１及び絶縁分離領域４０の分離柱４０１は、半導体基板１１の上部がエッチングされずに残された領域である。したがって、半導体基板１１と半導体層２２１及び分離柱４０１の結晶方位は同一である。
【００５３】
半導体装置１では、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、リリースエッチングにおいて可動部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。したがって、可動部２０や固定電極３０が薄くなることが防止され、可動電極２１と固定電極３０の対向面積の減少が抑制される。その結果、半導体装置１によれば、リリースエッチングによって可動部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、検知感度の低下が抑制される。
【００５４】
また、半導体装置１の反り部２２の下面は凹部１００内で露出している。このため、プロセス終了後に、半導体層２２１の膜厚を変更して反り部２２の反り量を調整することが可能である。例えば、ウェハ状態での検査において、反り部２２の反り量が少なくて検知感度が不十分であることが判明した場合、リリースエッチングを追加することによって半導体層２２１の膜厚を薄くする。半導体層２２１の膜厚に対するキャップ層２２２の膜厚の比が大きいほど、反り量は大きい。したがって、半導体層２２１の膜厚を薄くすることにより、反り部２２の反り量を大きくできる。
【００５５】
図１５に示す反り部２２のシミュレーションモデルを使用して、半導体層２２１及びキャップ層２２２の膜厚と反り部２２の反り量ｄとの関係をシミュレーションした例を以下に説明する。図１５に示した反り部２２は、半導体層２２１が膜厚ｔ１のＳｉ膜、キャップ層２２２が膜厚ｔ２のＳｉＯ2膜からなり、所望の反り方向は−ｚ方向である。また、反り部２２の側面に配置された分離絶縁膜４０２はＳｉＯ2膜からなる。
【００５６】
図１６に示した特性Ａは、図１５に示したキャップ層２２２の膜厚ｔ２に対する半導体層２２１の膜厚ｔ１の比（以下において、「ｔ１／ｔ２比」という。）と、反り量ｄとの関係を示す。図１６の縦軸の反り量ｄは、＋ｚ方向を＋方向として示している。特性Ａに示すように、ｔ１／ｔ２比が７程度の時に、反り量ｄが所望の方向に最大となる。以下において、反り量ｄが所望の方向に最大となるｔ１／ｔ２比を、「最大比」という。図１６に示すように、ｔ１／ｔ２比が最大比以上の場合には、ｔ１／ｔ２比が大きくなるに従って反り量ｄの絶対値は徐々に減少する。
【００５７】
一方、ｔ１／ｔ２比が最大比より小さい場合に、ｔ１／ｔ２比が小さくなるに従って反り量ｄは減少し、反る方向が−ｚ方向から＋ｚ方向に逆転する。これは、分離絶縁膜４０２の影響による。
【００５８】
図１６に示したように、ｔ１／ｔ２比が最大比より大きい場合には、反り量ｄは徐々に変化する。これに対し、ｔ１／ｔ２比が最大比より小さい場合には、反り量ｄの変化は急激である。したがって、プロセスばらつきの影響等を考慮すると、ｔ１／ｔ２比を最大比若しくは最大比より大きく設定することが好ましい。したがって、例えば半導体層２２１がＳｉ膜、キャップ層２２２がＳｉＯ2膜からなる場合には、ｔ１／ｔ２比を７以上に設定することが好ましい。なお、ｔ１／ｔ２比を大きくしすぎると反り量ｄが小さくなるため、例えば１０μｍ程度の反り量ｄを確保するためには、ｔ１／ｔ２比を１３以下に設定する。
【００５９】
図１６に示した特性Ｂ１は、第１の実施形態に係る半導体装置１の検知感度である。また、特性Ｂ２は、可動部２０及び固定電極３０の下面に下面絶縁膜５０が配置されていない検出装置の検知感度である。特性Ｂ１、Ｂ２は、ｔ１／ｔ２比が１７のときの検知感度を１としている。
【００６０】
可動部２０及び固定電極３０の下面に下面絶縁膜５０が配置されていない検出装置では、プロセス終了後に反り量ｄを調整するために半導体層２２１の下部をエッチングすると、可動電極２１と固定電極３０の下部も同時にエッチングされ、可動電極２１と固定電極３０の対向面積が減少する。このため、図１６の特性Ｂ２に示すように、ｔ１／ｔ２比が減少するほど検知感度が低下する。
【００６１】
一方、既に説明したように、半導体装置１では可動部２０や固定電極３０の下面に下面絶縁膜５０が配置されている。このため、プロセス終了後に反り量ｄを調整するために半導体層２２１の下部をエッチングする場合に、可動部２０や固定電極３０が薄くなることが防止される。したがって、可動電極２１と固定電極３０の対向面積の減少が抑制される。その結果、特性Ｂ１に示すように、プロセス終了後にｔ１／ｔ２比を調整しても検知感度は影響を受けない。つまり、第１の実施形態に係る半導体装置１によれば、検知感度を低下させることなく、プロセス終了後に反り量ｄを調整できる。
【００６２】
上記に説明した半導体装置１では、コンタクト電極配線６３０が埋め込み半導体膜７０１に接続している例を示した。図１７に示すように、コンタクト電極配線６３０が、半導体基板１１に接続するようにしてもよい。例えば、キャップ膜２２０をマスクにして半導体基板１１の上部の一部をエッチングする際に（図６（ｂ）参照。）、反り部２２の半導体層２２１及び絶縁分離領域４０の分離柱４０１を形成するのと同時に、コンタクト電極部８０を形成する。コンタクト電極部８０の側面に分離絶縁膜４０２が形成され、底部は半導体基板１１と接続する。このとき、半導体基板１１に接続するコンタクト電極配線６３０が、埋め込み半導体膜７０１と接続するようにしてもよい。
【００６３】
図１８（ａ）は、リリースエッチング直前の反り部２２の短手方向に沿った構造断面図である。図１８（ｂ）は、リリースエッチングを開始した直後の構造断面図である。図１８（ｂ）に示すように、犠牲半導体膜７０２がエッチング除去された後、エッチャントが反り部２２の短手方向から回り込んで、分離絶縁膜４０２の下面方向の半導体基板１１にエッチング領域が広がる。
【００６４】
リリースエッチングが進むに従い、図１８（ｃ）に示すように、反り部２２の半導体層２２１の下部が、周辺領域からエッチングされ始める。更にリリースエッチングが進むと、図１８（ｄ）に示すように、半導体層２２１の下部と半導体基板１１とが切り離される。
【００６５】
上記のように、半導体装置１では、リリースエッチングによって反り部２２の半導体層２２１の下部が周辺領域から削られ始める。このため、図１８（ｄ）に示したように、半導体層２２１の下面が凹部１００で露出し、その下面の中心部が半導体基板１１に向かって突起する。また、半導体層２２１の下面の突起に対向する半導体基板１１の表面が、半導体層２２１に向かって突起する。半導体層２２１の下面の突起の形状、及び半導体基板１１の表面に形成される突起の形状は、リリースエッチングのエッチング速度に依存する。
【００６６】
なお、絶縁分離領域４０が凹部１００の外縁部近傍にあるため、図１９に示すように、リリースエッチングによって分離柱４０１の下面は、下に凹の曲線形状に削られる。図１９中の矢印は、リリースエッチングにおけるエッチングの進行方向を示す。分離柱４０１の下面の形状は、リリースエッチングのエッチング速度に依存する。
【００６７】
以上に説明したように、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置１の製造方法によれば、線膨張熱係数が互いに異なる半導体層２２１とキャップ層２２２とが積層された反り部２２を形成することにより、可動電極２１と固定電極３０との対向面積が減少せず、かつ、可動電極２１の上面と固定電極３０の上面とが同一平面レベルにならない。このため、可動部２０の反りが大きく、かつ検知感度の低下が抑制された半導体装置１を提供することができる。
【００６８】
絶縁分離領域を形成するために、半導体基板に深い溝を形成する関連技術が開発されている。しかし、既に説明したように、幅を一定の値以下に維持して深い溝を形成し、溝を絶縁性材料で均一に充填することは困難である。例えば、溝が狭い場合には、堆積により溝を埋め込む方法では溝内部に絶縁性材料のない空間（ボイド）が形成されやすい。また、熱酸化法による場合でも、溝の開口部の方が底部よりも酸化速度が一般には速いため、溝内部にボイドが形成されやすい。更に、溝を深くするために溝の幅を広くした場合には、熱酸化法によって溝を埋め込むことが困難である。したがって、アイソレーション用の溝に絶縁性材料を充填して絶縁分離領域を形成する方法では、可動部の厚さが溝の深さに制限され、その結果、ＭＥＭＳ素子の感度が制限される。
【００６９】
一方、図６（ａ）、図６（ｂ）〜図１４（ａ）、図１４（ｂ）を参照して説明した製造方法によれば、半導体基板１１の一部を残して形成した分離柱４０１の側面に分離絶縁膜４０２を配置することによって、可動部２０及び固定電極３０と基板１０とを電気的に分離する絶縁分離領域４０を形成する。溝を形成する工程や溝を絶縁性材料で埋め込む工程とは異なり、分離柱４０１を形成する場合にはプロセス的な制限なく分離柱４０１を高くできる。その結果、可動部２０及び固定電極３０を厚く形成でき、検知感度を向上できる。
【００７０】
このため、例えば図２０〜図２１に示すような、上面絶縁膜５４Ａをエッチングマスクに用いて半導体基板１１Ａの表面に形成した分離溝４００を、絶縁物４０Ａで埋め込んで絶縁分離領域を形成する関連技術に比べて、第１の実施形態に係る半導体装置１の製造方法によれば、可動電極２１及び固定電極３０を厚くできる。したがって、絶縁分離領域に起因するＭＥＭＳ素子の感度の制限が抑制され、検知感度を高くできる。
【００７１】
更に、溝を絶縁性材料で埋め込んで絶縁分離領域を形成する場合とは異なり、半導体基板１１の一部を分離柱４０１に使用する半導体装置１では、絶縁分離領域４０内部にボイドが形成されるおそれがない。このため、絶縁分離領域４０の機械的強度が高く、信頼性を向上できる。
【００７２】
また、溝を絶縁膜で埋め込んで絶縁分離領域を形成する場合には、溝内部にボイドが形成されないように、絶縁膜を厚く形成する必要がある。このため、絶縁分離領域の絶縁膜の埋め込みと可動電極及び固定電極の側面絶縁膜の形成とを同時に行う場合には、側面絶縁膜の膜厚が厚くなる。これに対し、第１の実施形態に係る半導体装置１の分離絶縁膜４０２の膜厚は、既に述べたように例えば０．１〜０．３μｍ程度である。このため、可動電極２１と固定電極３０間の距離を狭くすることが可能であり、検知感度が向上する。
【００７３】
なお、上記では、絶縁分離領域４０の分離柱４０１の下面が凹部１００で露出している例を示したが、分離柱４０１が半導体基板１１に接続していてもよい。例えば、絶縁分離領域４０の分離柱４０１の底部と半導体基板１１とが接続した状態において、凹部１００を形成するリリースエッチングを終了させることにより、分離柱４０１と半導体基板１１とを接続できる。分離柱４０１の幅を数十μｍ程度に広くすること等により、分離柱４０１の底部と半導体基板１１とが接続した状態で凹部１００を形成できる。
【００７４】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る半導体装置１は、図２２〜図２３に示すように、可動電極２１ではなく、固定電極３０が反り部３２を介して基板１０に接続することが、図１〜図３に示した半導体装置１と異なる点である。その他の構成については、第１の実施形態と同様である。なお、図２２に示したように、半導体層３２１の下面が凹部１００で露出し、その下面の中心部が半導体基板１１に向かって突起する。また、半導体層３２１の下面の突起に対向する半導体基板１１の表面が、半導体層３２１に向かって突起する。これは、図１８を参照して説明したように、リリースエッチングによって反り部３２の半導体層３２１の下部が周辺領域から削られ始めるためである。
【００７５】
線膨張熱係数が互いに異なる半導体層３２１とキャップ層３２２とを積層した反り部３２を固定電極３０と基板１０間に配置することにより、半導体装置１に加速度が加わっていない状態で、可動電極２１の上面と固定電極３０の上面とが同一平面レベルにならない。例えば、キャップ層３２２の線膨張熱係数が半導体層３２１の線膨張熱係数より小さい場合には、反り部３２は下方に反り、可動電極２１の上面は固定電極３０の上面より上方に位置する。一方、キャップ層３２２の線膨張熱係数が半導体層３２１の線膨張熱係数より大きい場合には、反り部３２は上方に反り、固定電極３０の上面は可動電極２１の上面より上方に位置する。
【００７６】
したがって、第２の実施形態に係る半導体装置１によれば、可動部２０が反り部２２を有する場合と同様に、可動電極２１と固定電極３０間の静電容量における最初の変化量によって、加速度の方向を検知することができる。また、第２の実施形態に係る半導体装置１では、固定電極３０に反りを生じさせるために固定電極３０の膜厚を薄くする必要がない。このため、可動電極２１と固定電極３０との対向面積は小さくならない。したがって、第２の実施形態に係る半導体装置１によれば、固定電極３０の反りが大きく、かつ検知感度の低下が抑制された半導体装置を提供することができる。
【００７７】
なお、固定電極３０の電圧値を信号処理回路に伝達するために、図２３に示したように、半導体装置１に電極配線６２１〜６２２が配置される。電極配線６２１は、上面絶縁膜５４の一部を除去して形成した開口部６０２ａにおいて固定電極３０と接続し、上面絶縁膜５４及びキャップ膜３２０の一部を除去して形成した開口部６０２ｂにおいて半導体層３２１に接続する。電極配線６２２は、上面絶縁膜５４及びキャップ膜３２０の一部を除去して形成した開口部６０２ｃにおいて半導体層３２１に接続する。したがって、固定電極３０の電圧値は、電極配線６２１、反り部３２の半導体層３２１、電極配線６２２を順に伝搬し、信号処理回路に出力される。
【００７８】
一方、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６１０は、上面絶縁膜５４の一部を除去して形成した開口部６０１において可動部２０と接続する。
【００７９】
反り部３２は、反り部２２と同様にして形成可能である。以下に、図２４（ａ）、図２４（ｂ）〜図３２（ａ）、図３２（ｂ）を参照して、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置１の製造方法を説明する。図２４（ａ）〜図３２（ａ）は上面図であり、図２４（ｂ）〜図３２（ｂ）は図２３のXXII−XXII方向に沿った位置にそれぞれ対応する図２４（ａ）〜図３２（ａ）の断面図である。なお、以下に述べる半導体装置１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。
【００８０】
（イ）熱酸化法或いはＣＶＤ法等を用いて、半導体基板１１上に、半導体基板１１の材料と線膨張熱係数が異なるキャップ膜３２０を形成する。例えば、半導体基板１１がＳｉ基板の場合には、キャップ膜３２０にＳｉＯ2膜等が採用可能である。次いで、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術等を用いてキャップ膜３２０をパターニングして、反り部３２及び絶縁分離領域４０を形成する位置のキャップ膜３２０を残す。図２４（ａ）〜図２４（ｂ）に示すように、キャップ膜３２０をマスクにして半導体基板１１の上部の一部をエッチングして第１の凹部を形成し、反り部３２の半導体層３２１及び絶縁分離領域４０の分離柱４０１を形成する。
【００８１】
（ロ）図２５（ａ）〜図２５（ｂ）に示すように、半導体基板１１の上面に下面絶縁膜５０を形成し、半導体層３２１及び分離柱４０１の側面に分離絶縁膜４０２を形成する。
【００８２】
（ハ）図２６（ａ）〜図２６（ｂ）に示すように、下面絶縁膜５０上に埋め込み半導体膜７０１を形成して、第１の凹部を埋め込む。これにより、半導体層３２１とキャップ膜３２０を含む反り部３２、及び分離柱４０１と分離絶縁膜４０２からなる絶縁分離領域４０の周囲が埋め込み半導体膜７０１によって埋め込まれる。このとき、キャップ膜３２０の表面が露出まで埋め込み半導体膜７０１の上部をエッチングする。
【００８３】
（ニ）図２７（ａ）〜図２７（ｂ）に示すように、埋め込み半導体膜７０１上に、上面絶縁膜５４を形成する。上面絶縁膜５４には、ＳｉＯ2膜や、ＳｉＯ2膜とＳｉＮ膜との積層体を採用可能である。例えば、キャップ膜３２０と上面絶縁膜５４とが積層されたキャップ層３２２を単一材料の積層体にするために、キャップ膜３２０と同一材料を上面絶縁膜５４に選択する。
【００８４】
（ホ）フォトリソグラフィ技術及び選択的エッチングを用いて、上面絶縁膜５４を所望のパターンに形成する。具体的には、可動部２０、固定電極３０、絶縁分離領域４０、及び凹部１００を囲む基板１０の周辺部を形成する領域上の上面絶縁膜５４を残し、凹部１００を形成する領域上の上面絶縁膜５４を除去する。そして、上面絶縁膜５４をエッチング用マスクに用いて、下面絶縁膜５０が露出するまで埋め込み半導体膜７０１の一部を選択的にエッチング除去して、可動部２０及び固定電極３０の側面が露出する側面溝５００を形成する。そして、図２８（ａ）〜図２８（ｂ）に示すように、側面溝５００の表面、即ち可動部２０及び固定電極３０の側面に側面絶縁膜５２を形成する。
【００８５】
（ヘ）図２９（ａ）〜図２９（ｂ）に示すように、異方性エッチングによって側面溝５００の底部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の底部に半導体基板１１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。
【００８６】
（ト）図３０（ａ）〜図３０（ｂ）に示すように、例えばポリシリコン膜を半導体基板１１上に堆積させて、可動部２０、固定電極３０及び絶縁分離領域４０の周囲を埋め込むように犠牲半導体膜７０２を形成する。その後、ＣＭＰ法等により上面絶縁膜５４の表面が露出するまで犠牲半導体膜７０２の上部をエッチングする。
【００８７】
（チ）フォトリソグラフィ技術等を用いて、図３１（ａ）〜図３１（ｂ）に示すように、開口部６０１、６０２ａ〜６０２ｃ、６０３を形成する。開口部６０１、６０２ａ、６０３において埋め込み半導体膜７０１の上面が露出し、開口部６０２ｂ、６０２ｃにおいて半導体基板１１の上面が露出する。
【００８８】
（リ）図３２（ａ）〜図３２（ｂ）に示すように、電極配線６１０、６２１〜６２２、及びコンタクト電極配線６３０を形成する。
【００８９】
（ヌ）分離絶縁膜４０２、上面絶縁膜５４、側面絶縁膜５２及び下面絶縁膜５０をマスクにして、犠牲半導体膜７０２、及び半導体基板１１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、凹部１００を形成する。このリリースエッチングにより、可動部２０及び固定電極３０の下部と半導体基板１１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、凹部１００内に可動部２０及び固定電極３０が配置される。このとき、リリースエッチングによって反り部３２と絶縁分離領域４０の下部が半導体基板１１から切り離されて、半導体層２２１及び分離柱４０１の下面が凹部１００内で露出する。以上により、図２２〜図２３に示した半導体装置１が完成する。
【００９０】
他は、第１の実施形態と実質的に同様であり、重複した記載を省略する。例えば、第１の実施形態と同様に、プロセス終了後に、半導体層３２１の膜厚を変更して反り部３２の反り量を調整することが可能であることはもちろんである。
【００９１】
＜変形例＞
可動電極２１が反り部２２を介して基板１０と接続し、且つ、固定電極３０が反り部３２を介して基板１０と接続するようにしてもよい。即ち、図１〜図３に示したように線膨張熱係数が互いに異なる半導体層２２１とキャップ層２２２とを積層した反り部２２を可動電極２１と基板１０間に配置し、図２２〜図２３に示したように配置線膨張熱係数が互いに異なる半導体層３２１とキャップ層３２２とを積層した反り部３２を固定電極３０と基板１０間に配置する。
【００９２】
例えば、反り部２２の反る方向と反り部３２の反る方向とが逆になるように、半導体層２２１とキャップ層２２２、及び半導体層３２１とキャップ層３２２の材料を選択する。具体的には、キャップ層２２２の線膨張熱係数が半導体層２２１の線膨張熱係数より小さい場合には、キャップ層３２２の線膨張熱係数が半導体層３２１の線膨張熱係数より大きくする。その結果、反り部２２は下方に反り、反り部３２は上方に反る。或いは、反り部２２が上方に反り、反り部３２が下方に反るようにしてもよい。これにより、半導体装置１に加速度が加わっていない状態で、可動電極２１の上面と固定電極３０の上面とが同一平面レベルにならない。
【００９３】
反り部２２と反り部３２の反る方向とが互いに逆になるように設定することにより、可動部２０又は固定電極３０のいずれかが反り部を有する場合に比べて、可動電極２１の上面と固定電極３０の上面との位置の差を大きくすることができる。
【００９４】
或いは、反り部２２と反り部３２の反る方向を同一にしてもよい。このとき、反り部２２と反り部３２の反り量が異なるようにして、可動電極２１の上面と固定電極３０の上面とが同一平面レベルにならないようにする。例えば、半導体装置１の上面に蓋を配置する場合に、可動電極２１と固定電極３０を共に下方に反らせることにより、可動電極２１や固定電極３０が蓋と接触することを防止できる。
【００９５】
反り部２２及び反り部３２を有する半導体装置１においても、可動電極２１と固定電極３０間の静電容量における最初の変化量によって、加速度の方向を検知することができる。また、可動部２０や固定電極３０に反りを生じさせるために可動電極２１や固定電極３０の膜厚を薄くする必要がない。このため、可動電極２１と固定電極３０との対向面積は小さくならない。したがって、検知感度の低下が抑制された半導体装置を提供することができる。
【００９６】
（その他の実施形態）
上記のように、本発明は第１及び第２の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。
【００９７】
既に述べた第１及び第２の実施形態の説明においては、半導体装置１が加速度センサに適用される例を示したが、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使用可能である。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。
【００９８】
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】
【００９９】
本発明の半導体装置は、可動部を有する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】
【０１００】
１…半導体装置
１０…基板
１１…半導体基板
２０…可動部
２１…可動電極
２２…反り部
２３…固定部
３０…固定電極
３２…反り部
４０…絶縁分離領域
５０…下面絶縁膜
５２…側面絶縁膜
５４…上面絶縁膜
８０…コンタクト電極部
１００…凹部
１０１…周辺部
２２０…キャップ膜
２２１…半導体層
２２２…キャップ層
２３０…接続領域
３２０…キャップ膜
３２１…半導体層
３２２…キャップ層
４００…分離溝
４０１…分離柱
４０２…分離絶縁膜
５００…側面溝
６０１、６０１ａ〜６０１ｅ、６０２、６０２ａ〜６０２ｃ…開口部
６１０、６１１〜６１３、６２０、６２１〜６２２…電極配線
６３０…コンタクト電極配線
７０１…埋め込み半導体膜
７０２…犠牲半導体膜
【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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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