静電容量型センサとその製造方法
【課題】 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。
【解決手段】 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、ソース領域と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、チャンネル領域に対向するゲート電極板とを備え、ゲート電極板は、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、チャンネル領域とゲート電極板との対向面積の変化に基づいてゲート電極板に加えられた力を検出する。
【解決手段】 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、ソース領域と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、チャンネル領域に対向するゲート電極板とを備え、ゲート電極板は、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、チャンネル領域とゲート電極板との対向面積の変化に基づいてゲート電極板に加えられた力を検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量型センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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）。
【非特許文献１】S. Buschnakowski, A. Bertz, W. Brauer, S. Heinz, R. Schuberth, G. Ebest and T. Gessner: "DEVELOPMENT AND CHARACTERISATION OF A HIGH ASPECT RATIO VERTICAL FET SENSOR FOR MOTION DETECTION" TRANSDUCERS '03, Boston, June 8-12, 2003, p. 1391-1394.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【発明の効果】
【０００９】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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）。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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）。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る実施の形態の静電型センサの構成を示す斜視図である。
【図２】ＭＯＳ電界効果トランジスタのドレイン電圧に対するドレイン電流を示すグラフである。
【図３】実施の形態の静電容量型センサにおけるゲート幅Ｗの変化を模式的に示す平面図である。
【図４Ａ】実施の形態の静電容量型センサの製造に用いるＳＯＩ基板の断面図である。
【図４Ｂ】実施の形態の静電容量型センサの製造過程において、ゲート電極板を形成するためのマスクを形成した後の断面図である。
【図４Ｃ】実施の形態の静電容量型センサの製造過程において、ゲート電極板を形成するためにエッチングをしている途中の断面図である。
【図４Ｄ】実施の形態の静電容量型センサの製造過程において、ゲート電極板を形成するためにエッチングを終了したときの断面図である。
【図４Ｅ】実施の形態の静電容量型センサの製造過程において、ドレイン領域とソース領域を形成するためにイオン注入用のマスクを形成した後の断面図である。
【図４Ｆ】実施の形態の静電容量型センサの製造過程において、ドレイン領域とソース領域をイオン注入により形成した後の断面図である。
【図４Ｇ】実施の形態の静電容量型センサの製造過程において、ドレイン電極とソース電極を形成するためのマスクを形成した後の断面図である。
【図４Ｈ】実施の形態の静電容量型センサの製造過程において、ドレイン電極とソース電極を形成した後の断面図である。
【図４Ｉ】実施の形態の静電容量型センサの製造過程において、ドレイン電極とソース電極に接続されたアルミ配線を形成した後の断面図である。
【図４Ｊ】実施の形態の静電容量型センサの製造過程において、ゲート電極板の下のＳｉＯ２膜を形成した後の断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
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。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量型センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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）。
【非特許文献１】S. Buschnakowski, A. Bertz, W. Brauer, S. Heinz, R. Schuberth, G. Ebest and T. Gessner: "DEVELOPMENT AND CHARACTERISATION OF A HIGH ASPECT RATIO VERTICAL FET SENSOR FOR MOTION DETECTION" TRANSDUCERS '03, Boston, June 8-12, 2003, p. 1391-1394.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【発明の効果】
【０００９】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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）。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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）。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る実施の形態の静電型センサの構成を示す斜視図である。
【図２】ＭＯＳ電界効果トランジスタのドレイン電圧に対するドレイン電流を示すグラフである。
【図３】実施の形態の静電容量型センサにおけるゲート幅Ｗの変化を模式的に示す平面図である。
【図４Ａ】実施の形態の静電容量型センサの製造に用いるＳＯＩ基板の断面図である。
【図４Ｂ】実施の形態の静電容量型センサの製造過程において、ゲート電極板を形成するためのマスクを形成した後の断面図である。
【図４Ｃ】実施の形態の静電容量型センサの製造過程において、ゲート電極板を形成するためにエッチングをしている途中の断面図である。
【図４Ｄ】実施の形態の静電容量型センサの製造過程において、ゲート電極板を形成するためにエッチングを終了したときの断面図である。
【図４Ｅ】実施の形態の静電容量型センサの製造過程において、ドレイン領域とソース領域を形成するためにイオン注入用のマスクを形成した後の断面図である。
【図４Ｆ】実施の形態の静電容量型センサの製造過程において、ドレイン領域とソース領域をイオン注入により形成した後の断面図である。
【図４Ｇ】実施の形態の静電容量型センサの製造過程において、ドレイン電極とソース電極を形成するためのマスクを形成した後の断面図である。
【図４Ｈ】実施の形態の静電容量型センサの製造過程において、ドレイン電極とソース電極を形成した後の断面図である。
【図４Ｉ】実施の形態の静電容量型センサの製造過程において、ドレイン電極とソース電極に接続されたアルミ配線を形成した後の断面図である。
【図４Ｊ】実施の形態の静電容量型センサの製造過程において、ゲート電極板の下のＳｉＯ２膜を形成した後の断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
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。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、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。
【請求項２】
前記ゲート電極板は、前記一方向に直交する長軸を有し前記一方の面と所定の間隔を隔てて前記一方の面に平行に設けられた２つの支持梁によって支えられており、前記２つの支持梁はそれぞれ両端が前記一方の面に固体されている請求項１記載の静電容量型センサ。
【請求項３】
前記一方の面において、前記ソース領域及び前記ドレイン領域とは別に、第１導電型の第２ソース領域と第１導電型の第２ドレイン領域が所定の間隔で設けられて前記第２ソース領域と前記第２ドレイン領域の間に第２導電型の第２チャンネル領域が形成され、その第２チャンネル領域に対向する第２ゲート電極板がさらに設けられ、
前記第２ゲート電極板は、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。
【請求項４】
前記第２ゲート電極板は、前記一方向に長軸を有し前記一方の面と所定の間隔を隔てて前記一方の面に平行に設けられた２つの第２支持梁によって支えられており、前記２つの第２支持梁はそれぞれ両端が前記一方の面に固体されている請求項３記載の静電容量型センサ。
【請求項５】
前記一方の面において、さらに第１導電型の第３ソース領域と第１導電型の第３ドレイン領域が所定の間隔で設けられて前記第３ソース領域と前記第３ドレイン領域の間に第２導電型の第３チャンネル領域が設けられて、その第３チャンネル領域に対向する第３ゲート電極板をさらに有し、
前記第３ゲート電極板は、
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
半導体基板の一方の面から不純物を注入して、前記一方の面に第１導電型のソース領域と第１導電型のドレイン領域を所定の間隔で形成することと、
前記ソース領域と前記ドレイン領域の間に位置するチャンネル領域の上に、下地層を介してゲート電極層を形成することと、
前記下地層の少なくとも一部を除去することにより、チャンネル領域とゲート電極層の間に前記下地層の厚さにほぼ等しい間隔を設けること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。
【請求項１】
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、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。
【請求項２】
前記ゲート電極板は、前記一方向に直交する長軸を有し前記一方の面と所定の間隔を隔てて前記一方の面に平行に設けられた２つの支持梁によって支えられており、前記２つの支持梁はそれぞれ両端が前記一方の面に固体されている請求項１記載の静電容量型センサ。
【請求項３】
前記一方の面において、前記ソース領域及び前記ドレイン領域とは別に、第１導電型の第２ソース領域と第１導電型の第２ドレイン領域が所定の間隔で設けられて前記第２ソース領域と前記第２ドレイン領域の間に第２導電型の第２チャンネル領域が形成され、その第２チャンネル領域に対向する第２ゲート電極板がさらに設けられ、
前記第２ゲート電極板は、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。
【請求項４】
前記第２ゲート電極板は、前記一方向に長軸を有し前記一方の面と所定の間隔を隔てて前記一方の面に平行に設けられた２つの第２支持梁によって支えられており、前記２つの第２支持梁はそれぞれ両端が前記一方の面に固体されている請求項３記載の静電容量型センサ。
【請求項５】
前記一方の面において、さらに第１導電型の第３ソース領域と第１導電型の第３ドレイン領域が所定の間隔で設けられて前記第３ソース領域と前記第３ドレイン領域の間に第２導電型の第３チャンネル領域が設けられて、その第３チャンネル領域に対向する第３ゲート電極板をさらに有し、
前記第３ゲート電極板は、
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
半導体基板の一方の面から不純物を注入して、前記一方の面に第１導電型のソース領域と第１導電型のドレイン領域を所定の間隔で形成することと、
前記ソース領域と前記ドレイン領域の間に位置するチャンネル領域の上に、下地層を介してゲート電極層を形成することと、
前記下地層の少なくとも一部を除去することにより、チャンネル領域とゲート電極層の間に前記下地層の厚さにほぼ等しい間隔を設けること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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図４Ｆ】
【図４Ｇ】
【図４Ｈ】
【図４Ｉ】
【図４Ｊ】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図４Ｆ】
【図４Ｇ】
【図４Ｈ】
【図４Ｉ】
【図４Ｊ】
【公開番号】特開２００７−７１８４６（Ｐ２００７−７１８４６Ａ）
【公開日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２６２５６０（Ｐ２００５−２６２５６０）
【出願日】平成１７年９月９日（２００５．９．９）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１７年３月１０日（社）電気学会主催の電気学会研究会 マイクロマシン・センサシステム研究会において文書をもって発表
【出願人】（３９９０３００６０）学校法人 関西大学 (208)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月９日（２００５．９．９）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１７年３月１０日（社）電気学会主催の電気学会研究会 マイクロマシン・センサシステム研究会において文書をもって発表
【出願人】（３９９０３００６０）学校法人 関西大学 (208)
【Ｆターム（参考）】
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