JP2005340479A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱電発電素子と振動発電素子とが同一の半導体基板の上にモノリシックに設けられた半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device in which a thermoelectric power generation element and a vibration power generation element are monolithically provided on the same semiconductor substrate, and a manufacturing method thereof.
携帯機器や超小型センサに供給する電源についての技術開発が進んでいる。従来よりあるボタン電池などの小型の電池では、要求される寸法に比較して大きく、小型化に適さないため、環境の変化などを利用した小型の電源の利用が検討されている。例えば、振動や、熱、加重などの物理的な量をエネルギーとし、これを電気に変換して用いる電源が検討されている。このような発電素子によって、非常に小型のユビキタスデバイスを用いたネットワーク環境の構築が可能となる。 Technological development is progressing on power supply for portable devices and micro sensors. Conventional small batteries such as button batteries are larger than the required dimensions and are not suitable for downsizing, so the use of a small power source utilizing changes in the environment is being studied. For example, a power source that uses a physical quantity such as vibration, heat, and weight as energy and converts it into electricity has been studied. Such a power generation element makes it possible to construct a network environment using a very small ubiquitous device.
上述した小型の電源(発電素子)として、振動をエネルギーとして初でする振動発電素子が提案されている(非特許文献1参照)。非特許文献1に提案されていつ振動発電素子は、図17に示すように、重なりバネ1701とバネ1702と磁石1703とコイル1704とを備え、これらを筒状の容器1705に収容したものである。この振動発電素子に、スイッチとレギュレータとDSPからなるLSIを組み合わせることで、400mW程度が発電可能とされている。
As the above-described small power source (power generation element), a vibration power generation element that uses vibration as energy for the first time has been proposed (see Non-Patent Document 1). As shown in FIG. 17, the vibration power generation element proposed in Non-Patent
また、他の振動発電素子として、可変容量素子にLC回路とタイミング回路とを組み合わせたものが提案されている(非特許文献2参照)。可変容量は、板ばねの先に取り付けられた重りと固定された対向電極とで構成され、振動で板ばねが揺れることで対向電極との距離が変化することで発電を可能としている。この発電素子は、2.5cm×7cmのサイズに形成され、120nWの発電が可能とされている。また、同様な振動発電素子として、1.2kHzの振動を加えることにより100μWの発電が得られるとされているものもある(非特許文献3参照)。 As another vibration power generation element, a combination of a variable capacitance element and an LC circuit and a timing circuit has been proposed (see Non-Patent Document 2). The variable capacitor is composed of a weight attached to the tip of a leaf spring and a fixed counter electrode, and enables power generation by changing the distance from the counter electrode by shaking the leaf spring due to vibration. This power generation element is formed in a size of 2.5 cm × 7 cm and can generate power of 120 nW. In addition, as a similar vibration power generation element, there is one that can generate 100 μW of power by applying 1.2 kHz vibration (see Non-Patent Document 3).
上述した小型の発電素子として、図18に示すような熱電発電素子1801が提案されている(非特許文献4参照)。熱電発電素子1801は、底面が80μm×80μmで高さ600μmの角柱に形成されたn−BiTeとp−BiTeとからなる約100対の熱電対210を備えている。なお、図18では、配線について省略している。熱電発電素子1801は、n−BiTeとp−BiTeとの接点に生じるゼーベック効果により、温度差1℃により20mVの起電力が得られる。熱電発電素子は、例えば腕時計に組み込まれ、体温をエネルギー源として動作する例が実現されている。
As the small power generation element described above, a thermoelectric
他の熱電発電素子として、半導体基板の上にタンタルのパターンとポリシリコンのパターンとを形成し、2つのパターンの接点に発生するゼーベック効果を用いて発電する素子も提案されている(特許文献1参照)。また、シリコン基板の上にポリシリコンと金とからなる熱電対を形成し、一方の接点かを基板から離間させた熱電発電素子も提案されている(非特許文献5参照)。 As another thermoelectric power generation element, an element that forms a tantalum pattern and a polysilicon pattern on a semiconductor substrate and generates electric power using the Seebeck effect generated at the contact point of the two patterns has been proposed (Patent Document 1). reference). There has also been proposed a thermoelectric power generation element in which a thermocouple made of polysilicon and gold is formed on a silicon substrate and one of the contacts is separated from the substrate (see Non-Patent Document 5).
前述した小型の発電素子として、超音波をエネルギー源とした発電素子も提案されている(特許文献2参照)。これは、ダイヤフラムとコイルと膜状磁石とを備え、超音波によるダイヤフラムの変位をエネルギー源として発電するものである。 As the small power generation element described above, a power generation element using ultrasonic waves as an energy source has also been proposed (see Patent Document 2). This is provided with a diaphragm, a coil, and a film magnet, and generates electricity using the displacement of the diaphragm caused by ultrasonic waves as an energy source.
なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
しかしながら、前述した従来よりある各発電素子は、単独の発電方式のみを用いているので、使用可能な環境や状況が限定されている。例えば、振動発電素子が継続的に発電するためには、常に振動が与えられている必要があるが、常に振動が存在する環境は非常に限定されている。また、熱電発電素子の場合、熱電発電素子の内部で温度差が生じるため、常に熱流があり温度差が精製されている環境であることが、発電を継続するために必要となる。同様に、超音波発電を用いる素子についても、超音波源が近くにあるという特殊な環境が要求される。 However, since each of the conventional power generation elements described above uses only a single power generation method, the usable environment and situation are limited. For example, in order for a vibration power generation element to continuously generate power, it is necessary to always provide vibration, but the environment in which vibration always exists is very limited. Further, in the case of a thermoelectric power generation element, a temperature difference is generated inside the thermoelectric power generation element. Therefore, an environment in which there is always a heat flow and the temperature difference is refined is necessary to continue power generation. Similarly, for elements using ultrasonic power generation, a special environment in which an ultrasonic source is nearby is required.
さらに、発電された電圧・電流などの信号は、外部の環境や状況の影響を直接に受けるため一定ではないので、発電された電圧を整流・増幅するための回路や、電荷を充放電できる2次電池が必要となる。しかしながら、これらの回路や2次電池は、発電素子と一体化されて形成されておらず、従来の形態では、寸法が大型化するという問題があった。例えば、従来の振動発電素子に、制御回路と2次電池を組み合わせたモジュールでは、寸法が大きく、超小型のユビキタスデバイスとして多数配置することが困難である。また、発電素子と回路とを接続する配線の寄生容量や抵抗も大きく、従来の形態では、発電の効率を低下させてしまう。 Furthermore, since the generated voltage / current signals are not constant because they are directly affected by the external environment and situation, a circuit for rectifying and amplifying the generated voltage and charge / discharge 2 A secondary battery is required. However, these circuits and secondary batteries are not formed integrally with the power generation element, and the conventional form has a problem that the size increases. For example, a module in which a control circuit and a secondary battery are combined with a conventional vibration power generation element has a large size, and it is difficult to arrange a large number as ultra-small ubiquitous devices. Moreover, the parasitic capacitance and resistance of the wiring connecting the power generation element and the circuit are large, and the power generation efficiency is lowered in the conventional form.
以上に説明したように、従来の技術では、単一の発電方式が用いられ、回路を含めた装置が大きくなるため、効率が低下する上に、使用環境や状況が限定されてしまうという問題があった。この結果、従来の技術では、無給電の超小型ユビキタスデバイスの実現が困難であった。
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、様々な状況で外部より無給電の状態での動作が維持できる、より小型な半導体装置が実現できるようにすることを目的とする。
As described above, in the conventional technology, a single power generation method is used, and a device including a circuit becomes large. Thus, there is a problem in that the efficiency and the use environment and the situation are limited. there were. As a result, it has been difficult to realize a non-powered ultra-small ubiquitous device with the conventional technology.
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and it is possible to realize a smaller semiconductor device capable of maintaining an operation in a state where no power is supplied from the outside in various situations. With the goal.
本発明に係る半導体装置は、半導体基板の上に形成された集積回路層と、半導体基板の上に設けられた熱により発電を行う熱電発電素子と、半導体基板の上に設けられた振動により発電を行う振動発電素子とを備えるようにしたものである。
上記半導体装置において、半導体基板の上に配置され、電荷を保持する電荷保持機構を備えるようにしてもよい。電荷保持機構は、例えば、充放電が可能な薄膜電池から構成しても良く、また、電荷保持機構は、絶縁膜を2つの電極で挾んだ容量から構成してもよい。
A semiconductor device according to the present invention includes an integrated circuit layer formed on a semiconductor substrate, a thermoelectric power generation element that generates power by heat provided on the semiconductor substrate, and power generation by vibration provided on the semiconductor substrate. And a vibration power generation element that performs the above.
The semiconductor device may include a charge holding mechanism that is disposed on the semiconductor substrate and holds charges. For example, the charge holding mechanism may be constituted by a thin film battery that can be charged and discharged, and the charge holding mechanism may be constituted by a capacity in which an insulating film is sandwiched between two electrodes.
また、上記半導体装置において、熱電発電素子により生成された電荷は、振動発電素子に用いられるようにしてもよい。
また、上記半導体装置において、半導体基板は、絶縁層とこの上に形成された単結晶シリコンからなるシリコン層とを備えるようにしてもよい。
In the semiconductor device, the electric charge generated by the thermoelectric power generation element may be used for the vibration power generation element.
In the semiconductor device, the semiconductor substrate may include an insulating layer and a silicon layer made of single crystal silicon formed thereon.
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、基体部とこの上に形成された絶縁層とこの上に形成された単結晶シリコンからなるシリコン層とを備える半導体基板の上の一部領域に集積回路が形成された状態とする工程と、半導体基板の上の第1発電素子領域にシリコン層よりなる第1配線パターンが形成された状態とする工程と、第1配線パターンに一部が接触する金属からなる第2配線パターンが形成されるとともに、半導体基板の上の第2発電素子領域に金属からなる可動電極及び金属からなる容量電極が形成された状態とする工程と、可動電極が形成されている一部領域の絶縁層を除去し、可動電極と基体部との間に空間が形成されるとともに、可動電極を基体部上に支持する支持柱が形成された状態とする工程とを備え、半導体基板の第1発電素子領域に、第1配線パターンと第2配線パターンとからなる複数の熱電対から構成された熱電発電素子が形成された状態とし、半導体基板の第2発電素子領域に、可動電極よりなる可変容量と容量電極よりなる固定電極とから構成された振動発電素子が形成された状態とするようにしたものである。 In addition, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a base region, an insulating layer formed thereon, and a partial region on a semiconductor substrate including a silicon layer made of single crystal silicon formed thereon. A step of forming an integrated circuit, a step of forming a first wiring pattern made of a silicon layer in the first power generation element region on the semiconductor substrate, and a part of the first wiring pattern in contact with the first wiring pattern Forming a second wiring pattern made of metal and forming a movable electrode made of metal and a capacitor electrode made of metal in the second power generation element region on the semiconductor substrate; and forming the movable electrode Removing a portion of the insulating layer, forming a space between the movable electrode and the base portion, and forming a support column for supporting the movable electrode on the base portion. Equipped with semiconductor substrate In the first power generation element region, a thermoelectric power generation element composed of a plurality of thermocouples composed of a first wiring pattern and a second wiring pattern is formed, and a movable electrode is formed in the second power generation element region of the semiconductor substrate. A vibration power generation element composed of a variable capacitor and a fixed electrode made of a capacitor electrode is formed.
また、本発明に係る他の半導体装置の製造方法は、基体部とこの上に形成された絶縁層とこの上に形成された単結晶シリコンからなるシリコン層とを備える半導体基板の上の一部領域に集積回路が形成された状態とする工程と、半導体基板の上の第1発電素子領域にシリコン層よりなる第1配線パターンが形成された状態とする工程と、半導体基板の上の第2発電素子領域にシリコン層よりなる可動電極及び容量電極が形成された状態とする工程と、 第1配線パターンに一部が接触する金属からなる第2配線パターンが形成された状態とする工程と、可動電極が形成されている一部領域の絶縁層を除去し、可動電極と基体部との間に空間が形成されるとともに、可動電極を基体部上に支持する支持柱が形成された状態とする工程とを備え、半導体基板の第1発電素子領域に、第1配線パターンと第2配線パターンとからなる複数の熱電対から構成された熱電発電素子が形成された状態とし、半導体基板の第2発電素子領域に、可動電極よりなる可変容量と容量電極よりなる固定電極とから構成された振動発電素子が形成された状態とするようにしたものである。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a part on a semiconductor substrate including a base portion, an insulating layer formed thereon, and a silicon layer made of single crystal silicon formed thereon. A step of forming an integrated circuit in the region, a step of forming a first wiring pattern made of a silicon layer in the first power generation element region on the semiconductor substrate, and a second on the semiconductor substrate. A step of forming a movable electrode and a capacitor electrode made of a silicon layer in the power generation element region; a step of forming a second wiring pattern made of metal partially contacting the first wiring pattern; The insulating layer in a part of the region where the movable electrode is formed is removed, a space is formed between the movable electrode and the base portion, and a support column for supporting the movable electrode on the base portion is formed. Comprising the steps of: In a state where a thermoelectric power generation element composed of a plurality of thermocouples composed of a first wiring pattern and a second wiring pattern is formed in the first power generation element region of the conductor substrate, A vibration power generation element composed of a variable capacitor composed of a movable electrode and a fixed electrode composed of a capacitor electrode is formed.
また、本発明に係る他の半導体装置の製造方法は、基体部とこの上に形成された絶縁層とこの上に形成された単結晶シリコンからなるシリコン層とを備える半導体基板の上の一部領域に集積回路が形成された状態とする工程と、半導体基板の上の第1発電素子領域にシリコン層よりなる第1配線パターンが形成された状態とするとともに、半導体基板の上の第2発電素子領域にシリコン層よりなる対向配置された2つの壁が形成された状態とする工程と、第1配線パターンに一部が接触する金属からなる第2配線パターンが形成されるとともに、2つの壁の間に配置された金属からなる支持柱及びこの支持柱に支持された2つの壁の間に配置された金属からなる振動子とが形成された状態とする工程とを備え、半導体基板の第1発電素子領域に、第1配線パターンと第2配線パターンとからなる複数の熱電対から構成された熱電発電素子が形成された状態とし、半導体基板の第2発電素子領域に、2つの壁と、壁の方向に振動する振動子とより構成された振動発電素子が形成された状態とするようにしたものである。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a part on a semiconductor substrate including a base portion, an insulating layer formed thereon, and a silicon layer made of single crystal silicon formed thereon. A step in which an integrated circuit is formed in the region; a state in which a first wiring pattern made of a silicon layer is formed in the first power generation element region on the semiconductor substrate; and a second power generation on the semiconductor substrate. A step of forming two opposing walls made of a silicon layer in the element region, a second wiring pattern made of metal partially contacting the first wiring pattern, and the two walls A step of forming a support pillar made of metal disposed between and a vibrator made of metal disposed between two walls supported by the support pillar. 1 Power generation element area A thermoelectric power generation element composed of a plurality of thermocouples composed of a first wiring pattern and a second wiring pattern is formed, and in the second power generation element region of the semiconductor substrate, two walls and in the direction of the wall A vibration power generation element composed of a vibrating vibrator and a vibrator is formed.
また、本発明に係る他の半導体装置の製造方法は、SOI基板の上のSOI層の一部の領域にLSIを形成する工程と、SOI層の上に第1開口部を備えた第1レジストパターンを形成する工程と、第1開口部を介してSOI層を異方性エッチングして埋め込み酸化層を露出させてシリコンパターンを形成する工程と、第1レジストパターンを除去する工程と、SOI基板の上に金属膜を形成する工程と、金属膜の上に第2開口部を備えた第2レジストパターンを形成する工程と、第2開口部を介して金属膜をエッチングして第1金属膜パターン及び第2金属膜パターン及び第3金属膜パターンを形成し、シリコンパターンと第1金属膜パターンからなる熱電対と、第3金属膜パターンと埋め込み酸化層と埋め込み酸化層下部のシリコン基体部とからなる容量とを形成する工程と、第2レジストパターンを除去する工程と、SOI基板の上に第2金属膜パターンの一部を露出する第3開口部を備えた第3レジストパターンを形成する工程と、第3開口部を介して第2金属膜パターンの下の埋め込み酸化層の一部を等方性エッチングして第2金属膜パターンからなる可動部と埋め込み酸化層の一部からなる支持部を形成する工程と、第3レジストパターンを除去する工程とを備えるようにしたものである。 Further, another method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming an LSI in a partial region of an SOI layer on an SOI substrate, and a first resist having a first opening on the SOI layer. Forming a pattern, anisotropically etching the SOI layer through the first opening to expose the buried oxide layer, forming a silicon pattern, removing the first resist pattern, and an SOI substrate Forming a metal film on the metal film; forming a second resist pattern having a second opening on the metal film; and etching the metal film through the second opening to form the first metal film Forming a pattern, a second metal film pattern, and a third metal film pattern, a thermocouple comprising a silicon pattern and a first metal film pattern, a third metal film pattern, a buried oxide layer, and a silicon substrate below the buried oxide layer Forming a capacitor comprising: a step of removing the second resist pattern; and forming a third resist pattern having a third opening exposing a portion of the second metal film pattern on the SOI substrate. And a step of isotropically etching a part of the buried oxide layer under the second metal film pattern through the third opening to form a movable part made of the second metal film pattern and a part of the buried oxide layer. A step of forming a support portion and a step of removing the third resist pattern are provided.
また、本発明に係る他の半導体装置の製造方法は、SOI基板の上のSOI層の一部の領域にLSIを形成する工程と、SOI層の上に第1開口部を備えた第1レジストパターンを形成する工程と、第1開口部を介してSOI層を所定の深さまで異方性エッチングしてSOIパターンを形成する工程と、第1レジストパターンを除去する工程と、SOIパターンとSOI層の一部を露出する第2開口部を備えた第2レジストパターンを形成する工程と、第2開口部を介してSOI層を埋め込み酸化層が露出するまで異方性エッチングして第1SOIパターンと第2SOIパターンと第3SOIパターンを形成し、第3SOIパターンと埋め込み酸化層とこの下部のシリコン基体部とからなる容量を形成する工程と、第2レジストパターンを除去する工程と、SOI基板の上に第1金属膜を形成する工程と、第1SOIパターンの一部を露出する第3開口部を備えた第3レジストパターンを形成する工程と、第3開口部にめっき法により第1金属パターンを形成する工程と、第3レジストパターンを除去する工程と、第1金属パターンをマスクとして第1金属膜をエッチングする工程と、第1SOIパターンと第1金属パターンの上部を露出し、かつ第2SOIパターンの上部と周囲が露出する第4開口部を備えた絶縁膜を形成する工程と、第2金属膜を形成する工程と、第1SOIパターンと第1金属パターンの上部を露出する第5開口部を備えた第4レジストパターンを形成する工程と、第5開口部にめっき法により第2金属パターンを形成する工程と、第2金属パターンをマスクとして第2金属膜をエッチングし、第1SOIパターンと第1金属パターンと第2金属パターンからなる熱電対を形成する工程と、第4開口部を介して第2SOIパターンの下の埋め込み酸化層の一部を等方性エッチングして第2SOIパターンからなる可動部と埋め込み酸化層の一部からなる支持部を形成する工程とを備えるようにしたものである。なお、絶縁膜を除去するようにしてもよい。 Further, another method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming an LSI in a partial region of an SOI layer on an SOI substrate, and a first resist having a first opening on the SOI layer. A step of forming a pattern, a step of anisotropically etching the SOI layer to a predetermined depth through the first opening to form an SOI pattern, a step of removing the first resist pattern, an SOI pattern and an SOI layer Forming a second resist pattern having a second opening exposing a part of the first SOI pattern, and anisotropically etching the SOI layer until the oxide layer is exposed through the second opening to expose the first SOI pattern. Forming a second SOI pattern and a third SOI pattern, forming a capacitor comprising the third SOI pattern, the buried oxide layer, and the silicon base portion below the second SOI pattern; and removing the second resist pattern. A step of forming a first metal film on the SOI substrate, a step of forming a third resist pattern having a third opening exposing a part of the first SOI pattern, and a third opening Forming a first metal pattern by plating, removing the third resist pattern, etching the first metal film using the first metal pattern as a mask, and an upper portion of the first SOI pattern and the first metal pattern Forming an insulating film having a fourth opening that exposes the upper portion of the second SOI pattern and the periphery of the second SOI pattern, a step of forming a second metal film, and an upper portion of the first SOI pattern and the first metal pattern Forming a fourth resist pattern having a fifth opening exposing the second metal pattern, forming a second metal pattern in the fifth opening by plating, and masking the second metal pattern. Etching the second metal film to form a first SOI pattern, a thermocouple composed of the first metal pattern and the second metal pattern, and a buried oxide layer under the second SOI pattern through the fourth opening. And a step of forming a support part made of a part of the buried oxide layer and a movable part made of the second SOI pattern by isotropically etching the part. Note that the insulating film may be removed.
また、本発明に係る他の半導体装置の製造方法は、SOI基板の上のSOI層の一部の領域にLSIを形成する工程と、SOI層の上に第1開口部を備えた第1レジストパターンを形成する工程と、第1開口部を介してSOI層を所定の深さまで異方性エッチングしてSOIパターンを形成する工程と、第1レジストパターンを除去する工程と、SOIパターンとSOI層の一部を露出する第2開口部を備えた第2レジストパターンを形成する工程と、第2開口部を介してSOI層を埋め込み酸化層が露出するまで異方性エッチングして第1SOIパターンと第2SOIパターンと第3SOIパターンを形成する工程と、第2レジストパターンを除去する工程と、第2SOIパターンと第3SOIパターンの周囲の領域に第3SOIパターンの上部が露出するように第1絶縁膜を形成する工程と、SOI基板の上に第1金属膜を形成する工程と、第1SOIパターンの一部と第3SOIパターンと第1絶縁膜の上部が露出する第3開口部を備えた第3レジストパターンを形成する工程と、第3開口部にめっき法により第1金属パターンと第2金属パターンを形成する工程と、第3レジストパターンを除去する工程と、第1金属パターンと第2金属パターンをマスクとして第1金属膜をエッチングする工程と、第1SOIパターンと第2SOIパターンと第1金属パターンと第2金属パターンとの上部が露出する第2絶縁膜を形成する工程と、第2金属膜をSOI基板の上に形成する工程と、第1SOIパターンと第1金属パターンと第2金属パターンの上部を露出する第4開口部を備えた第4レジストパターンを形成する工程と、めっき法により第4開口部に第1SOIパターンと第1金属パターンとの上に第3金属パターンを形成し、第2金属パターンの上に第4金属パターンを形成する工程と、第3金属パターンと第4金属パターンをマスクとして第2金属パターンをエッチングし、第1SOIパターンと第1金属パターンと第3金属パターンからなる熱電対を形成する工程と、第1絶縁膜と第2絶縁膜を除去して第3SOIパターンと第2金属パターンと第4金属パターンからなる可動部を形成し、可動部と第2SOIパターンからなる容量を形成する工程とを備えるようにしたものである。 Further, another method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming an LSI in a partial region of an SOI layer on an SOI substrate, and a first resist having a first opening on the SOI layer. A step of forming a pattern, a step of anisotropically etching the SOI layer to a predetermined depth through the first opening to form an SOI pattern, a step of removing the first resist pattern, an SOI pattern and an SOI layer Forming a second resist pattern having a second opening exposing a part of the first SOI pattern, and anisotropically etching the SOI layer until the oxide layer is exposed through the second opening to expose the first SOI pattern. Forming a second SOI pattern and a third SOI pattern; removing a second resist pattern; and a third SOI pattern in a region around the second SOI pattern and the third SOI pattern. Forming a first insulating film so that the upper portion is exposed; forming a first metal film on the SOI substrate; exposing a part of the first SOI pattern, the third SOI pattern, and the upper portion of the first insulating film; Forming a third resist pattern having a third opening, forming a first metal pattern and a second metal pattern in the third opening by plating, and removing the third resist pattern. Etching the first metal film using the first metal pattern and the second metal pattern as a mask; and a second insulating film exposing an upper portion of the first SOI pattern, the second SOI pattern, the first metal pattern, and the second metal pattern Forming a second metal film on the SOI substrate, and a fourth opening exposing the first SOI pattern, the first metal pattern, and the second metal pattern. Forming a fourth resist pattern, forming a third metal pattern on the first SOI pattern and the first metal pattern in the fourth opening by plating, and forming a fourth metal pattern on the second metal pattern. Forming a thermocouple comprising the first SOI pattern, the first metal pattern, and the third metal pattern, etching the second metal pattern using the third metal pattern and the fourth metal pattern as a mask, And removing the first insulating film and the second insulating film to form a movable part composed of the third SOI pattern, the second metal pattern, and the fourth metal pattern, and forming a capacitor composed of the movable part and the second SOI pattern. It is a thing.
また、本発明に係る他の半導体装置の製造方法は、SOI基板の上のSOI層の一部の領域にLSIを形成する工程と、SOI層の上に第1開口部を備えた第1レジストパターンを形成する工程と、第1開口部を介してSOI層を所定の深さまで異方性エッチングしてSOIパターンを形成する工程と、第1レジストパターンを除去する工程と、SOIパターンとSOI層の一部が露出する第2開口部を備えた第2レジストパターンを形成する工程と、第2開口部を介してSOI層を埋め込み酸化層が露出するまで異方性エッチングして第1SOIパターンと第2SOIパターンと第3SOIパターンを形成する工程と、第2レジストパターンを除去する工程と、第2SOIパターンと第3SOIパターンの周囲の領域に第3SOIパターンの上部が露出するように第1絶縁膜を形成する工程と、SOI基板の上に第1金属膜を形成する工程と、第1SOIパターンの一部と第3SOIパターンと第1絶縁膜の上部が露出する第3開口部を備えた第3レジストパターンを形成する工程と、第3開口部にめっき法により第1金属パターンと第2金属パターンを形成する工程と、第3レジストパターンを除去する工程と、第1金属パターンと第2金属パターンをマスクとして第1金属膜をエッチングする工程と、第1SOIパターンと第2SOIパターンと第1金属パターンと第2金属パターンの上部が露出する第2絶縁膜を形成する工程と、第2金属膜をSOI基板の上に形成する工程と、第1SOIパターンと第1金属パターンと第2金属パターンの上部が露出する第4開口部を備えた第4レジストパターンを形成する工程と、めっき法により第4開口部に、第1SOIパターンと第1金属パターンとの上に第3金属パターンを形成し、第2金属パターンの上に第4金属パターンを形成する工程と、第3金属パターンと第4金属パターンをマスクとして第2金属膜をエッチングし、第1SOIパターンと第1金属パターンと第3金属パターンからなる熱電対を形成する工程と、第4金属パターンを覆うように第3絶縁膜を形成する工程と、SOI基板の上に第3金属膜を形成する工程と、第3金属膜の上に第5開口部を備えた第5レジストパターンを形成する工程と、第5開口部にめっき法により第5金属パターンを形成する工程と、第5レジストパターンを除去する工程と、第5金属パターンをマスクとして第3金属膜をエッチングし、第3絶縁膜の上に第5金属パターンからなる保護膜を形成する工程と、第1絶縁膜と第2絶縁膜と第3絶縁膜を等方性エッチングして第3SOIパターンと第2金属パターンと第4金属パターンとからなる可動部を形成し、可動部と第2SOIパターンからなる容量を形成する工程とを備えるようにしたものである。なお、STP法により貼り付けることで保護膜の上に膜を形成するようにしてもよい。 Further, another method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming an LSI in a partial region of an SOI layer on an SOI substrate, and a first resist having a first opening on the SOI layer. A step of forming a pattern, a step of anisotropically etching the SOI layer to a predetermined depth through the first opening to form an SOI pattern, a step of removing the first resist pattern, an SOI pattern and an SOI layer Forming a second resist pattern having a second opening in which a part of the first SOI pattern is exposed, and embedding the SOI layer through the second opening and performing anisotropic etching until the oxide layer is exposed to form a first SOI pattern Forming a second SOI pattern and a third SOI pattern; removing a second resist pattern; and a third SOI pattern in a region around the second SOI pattern and the third SOI pattern. Forming a first insulating film so that the upper portion is exposed; forming a first metal film on the SOI substrate; exposing a part of the first SOI pattern, the third SOI pattern, and the upper portion of the first insulating film; Forming a third resist pattern having a third opening, forming a first metal pattern and a second metal pattern in the third opening by plating, and removing the third resist pattern. Etching the first metal film using the first metal pattern and the second metal pattern as a mask; and a second insulating film exposing the first SOI pattern, the second SOI pattern, the first metal pattern, and the upper part of the second metal pattern. A step of forming, a step of forming a second metal film on the SOI substrate, and a fourth opening for exposing the first SOI pattern, the first metal pattern, and the upper portion of the second metal pattern. Forming a fourth resist pattern, forming a third metal pattern on the first SOI pattern and the first metal pattern in the fourth opening by plating, and forming a fourth metal on the second metal pattern. Forming a pattern, etching the second metal film using the third metal pattern and the fourth metal pattern as a mask, and forming a thermocouple including the first SOI pattern, the first metal pattern, and the third metal pattern; Forming a third insulating film so as to cover the fourth metal pattern; forming a third metal film on the SOI substrate; and a fifth resist including a fifth opening on the third metal film. A step of forming a pattern, a step of forming a fifth metal pattern by plating in the fifth opening, a step of removing the fifth resist pattern, and a third metal film using the fifth metal pattern as a mask. Etching to form a protective film made of the fifth metal pattern on the third insulating film; and isotropically etching the first insulating film, the second insulating film, and the third insulating film to form the third SOI pattern and the first insulating film. Forming a movable part composed of the second metal pattern and the fourth metal pattern, and forming a capacitor composed of the movable part and the second SOI pattern. Note that a film may be formed on the protective film by being attached by the STP method.
また、本発明に係る他の半導体装置の製造方法は、SOI基板の上のSOI層の一部の領域にLSIを形成する工程と、SOI層の上に第1開口部を備えた第1レジストパターンを形成する工程と、第1開口部を介してSOI層を所定の深さまで異方性エッチングしてSOIパターンを形成する工程と、第1レジストパターンを除去する工程と、SOIパターンとSOI層の一部が露出する第2開口部を備えた第2レジストパターンを形成する工程と、第2開口部を介してSOI層を埋め込み酸化層が露出するまで異方性エッチングして第1SOIパターンと第2SOIパターンと第3SOIパターンと第4SOIパターンを形成し、第4SOIパターンと埋め込み酸化層と埋め込み酸化層の下のシリコン基体部とからなる容量を形成する工程と、第2レジストパターンを除去する工程と、第2SOIパターンと第3SOIパターンの周囲の領域に第3SOIパターンのみを覆う第1絶縁膜を形成する工程と、SOI基板の上に第1金属膜を形成する工程と、第1SOIパターンの一部と第1絶縁膜の上部が露出する第3開口部を備えた第3レジストパターンを形成する工程と、第3開口部にめっき法により第1金属パターンを第2金属パターンを形成する工程と、第3レジストパターンを除去する工程と、第1金属パターンと第2金属パターンをマスクとして第1金属膜をエッチングする工程と、第1SOIパターンと第2SOIパターンと第1金属パターンと第2金属パターンの上部が露出する第2絶縁膜を形成する工程と、第2金属膜をSOI基板の上に形成する工程と、第1SOIパターンと第2SOIパターンと第1金属パターンと第2金属パターンの上部が露出する第4開口部を備えた第4レジストパターンを形成する工程と、めっき法により第4開口部の、第1SOIパターンと第1金属パターンの上に第3金属パターンを形成し、第2SOIパターンと第2金属パターンの上に第4金属パターンを形成する工程と、第3金属パターンと第4金属パターンをマスクとして第2金属膜をエッチングし、第1SOIパターンと第1金属パターンと第3金属パターンからなる熱電対を形成する工程と、第1絶縁膜と第2絶縁膜を除去し、第2SOIパターンと第2金属パターンと第4金属パターンとからなる可動部を形成し、可動部と第3SOIパターンからなる容量を形成する工程とを備えるようにしたものである。 Further, another method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming an LSI in a partial region of an SOI layer on an SOI substrate, and a first resist having a first opening on the SOI layer. A step of forming a pattern, a step of anisotropically etching the SOI layer to a predetermined depth through the first opening to form an SOI pattern, a step of removing the first resist pattern, an SOI pattern and an SOI layer Forming a second resist pattern having a second opening in which a part of the first SOI pattern is exposed, and embedding the SOI layer through the second opening and performing anisotropic etching until the oxide layer is exposed to form a first SOI pattern A process of forming a second SOI pattern, a third SOI pattern, and a fourth SOI pattern, and forming a capacitor comprising the fourth SOI pattern, a buried oxide layer, and a silicon base portion under the buried oxide layer. A step of removing the second resist pattern, a step of forming a first insulating film that covers only the third SOI pattern in a region around the second SOI pattern and the third SOI pattern, and a first metal film on the SOI substrate. Forming a third resist pattern having a third opening exposing a part of the first SOI pattern and an upper portion of the first insulating film; and plating the first metal pattern on the third opening by plating. Forming a second metal pattern, removing the third resist pattern, etching the first metal film using the first metal pattern and the second metal pattern as a mask, and a first SOI pattern and a second SOI pattern. Forming a second insulating film exposing the top of the first metal pattern and the second metal pattern, forming a second metal film on the SOI substrate, Forming a fourth resist pattern having a fourth opening through which an upper portion of the SOI pattern, the second SOI pattern, the first metal pattern, and the second metal pattern is exposed; and a first SOI pattern of the fourth opening by plating. Forming a third metal pattern on the first metal pattern, forming a fourth metal pattern on the second SOI pattern and the second metal pattern, and using the third metal pattern and the fourth metal pattern as a mask. Etching the two metal films to form a first SOI pattern, a thermocouple composed of the first metal pattern and the third metal pattern, removing the first insulating film and the second insulating film, and removing the second SOI pattern and the second metal film; Forming a movable part composed of the pattern and the fourth metal pattern, and forming a capacitor composed of the movable part and the third SOI pattern. The
以上説明したように、本発明によれば、同一の基板の上に異なる形態の発電素子を備えるようにしたので、様々な状況で外部より無給電の状態での動作が維持できる、より小型な半導体装置が実現できるという優れた効果が得られる。
本発明によれば、例えば、振動が外部から加えられているときは振動発電を行い、熱が加わる状況では、熱電発電を行える。また、同じ基板の上に集積回路が形成されているので、複数の発電素子を電気的に接続して制御効率を向上させることも可能となる。
As described above, according to the present invention, since the power generation elements of different forms are provided on the same substrate, it is possible to maintain a non-powered operation from the outside in various situations. An excellent effect that a semiconductor device can be realized is obtained.
According to the present invention, for example, vibration power generation is performed when vibration is applied from the outside, and thermoelectric power generation can be performed in a situation where heat is applied. Further, since the integrated circuit is formed on the same substrate, it is possible to electrically connect a plurality of power generating elements to improve control efficiency.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図1は、本発明の実施の形態における半導体装置の構成例を模式的に示す斜視図である。図1(a)に示す半導体装置は、半導体基板101の上に集積回路の形成された回路層102を備え、回路層102の上に、各々異なる種類の発電素子103と発電素子104とを備える。発電素子103及び発電素子104は、図示しない配線により回路層102の集積回路に接続されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a configuration example of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. The semiconductor device illustrated in FIG. 1A includes a
また、図1(b)に示す半導体装置は、半導体基板101の上に、集積回路が形成された回路領域102aを備え、半導体基板101の他の領域に、各々異なる種類の発電素子103と発電素子104とを備える。発電素子103及び発電素子104は、図示しない配線により回路領域102aの集積回路に接続されている。これらの構成において、例えば、発電素子103は、熱電発電素子であり、発電素子104は、振動発電素子である。
In addition, the semiconductor device illustrated in FIG. 1B includes a
以下、図1(b)に示す半導体装置について、図2を用いてより詳細に説明する。図2は、図1(b)に示した半導体装置のより具体的な例を模式的に示す断面図(a)と平面図(b)である。図2に示すように、半導体基板101は、シリコン基体部105と埋め込み酸化層106とp形単結晶シリコンからなるSOI(Silicon on Insulator)層107とから構成されたSOI基板である。なお、図2では、回路領域102aと発電素子103と発電素子104とを直線的に配列した例を示し、図1(b)の例とは配置が異なっている。
Hereinafter, the semiconductor device illustrated in FIG. 1B will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) schematically showing a more specific example of the semiconductor device shown in FIG. As shown in FIG. 2, the
発電素子103は、複数の熱電対113から構成された熱電発電素子であり、熱電対113は、p形のシリコン単結晶からなる配線パターン(第1配線パターン)114とクロムからなる配線パターン(第2配線パターン)115とから構成されている。配線パターン114は、SOI層107を加工することで形成されたものである。例えば、配線パターン114の一方の配線パターン115とのコンタクトを低温状態とし、配線パターン114の他方の配線パターン115とのコンタクトを高温状態とすることで、ゼーベック効果により0.45mV/K程度の起電力が得られる。
The
また、発電素子104は、可変容量119と固定容量(電荷保持機構)120とから構成された振動発電素子である。可変容量119は、絶縁材料からなる支持柱123に一部が支持された可動電極122と、可動電極122の下部の領域のシリコン基体部105とから構成されている。可動電極122は、例えば、平面視矩形に形成され、図2(b)の紙面右側の辺に近い部分で支持柱123に支持され、この支持梁域から紙面左側の領域下部に可動のための空間を備える。なお、図2(b)に示すように、可動電極122は、複数の貫通孔121を備えるが、貫通孔121は、以降の製造方法に説明するように、下部の空間を形成するために用いる。
The
また、固定容量120は、容量電極124とこの下の領域の埋め込み酸化層106と、この下の領域のシリコン基体部105とから構成されている。なお、シリコン基体部105は、接地に接続されている。
発電素子103,発電素子104(可変容量119,固定容量120)は、配線126により回路領域102aを構成している所定の回路(素子)に接続している。また、回路領域102aには、外部と信号を入出力するためのパッド端子112が設けられている。
The fixed
The
次に、図2に示した半導体装置の等価的な回路構成例について、図3を用いて説明する。図3(a)に示す回路例では、回路領域102aを構成する回路が、3つのスイッチ素子130,131,132を備える。スイッチ素子130をオン状態とし、スイッチ素子131及びスイッチ素子132をオフ状態とすることで、発電素子103の起電力を取り出すことができる。また、スイッチ素子130をオフ状態とし、スイッチ素子131及びスイッチ素子132をオン状態とすることで、発電素子104が起電した電力を取り出すことができる。
Next, an equivalent circuit configuration example of the semiconductor device illustrated in FIG. 2 will be described with reference to FIG. In the circuit example shown in FIG. 3A, the circuit constituting the
図3(b)に示す回路例は、発電素子103で生じた電荷を、発電素子104に用いるようにしたものである。発電素子103において起電している状態で、スイッチ素子133とスイッチ素子134とをオン状態とし、発電素子103で生じた電荷を可変容量119に移動させる。なお、外部負荷が接続されている場合は、外部負荷を通して固定容量120にも上記電荷が移動する。
In the circuit example shown in FIG. 3B, the charge generated in the
上述したようにゼーベック効果により生じた電荷を移動させた後、スイッチ素子133をオフ状態として振動を加えると、充電されている電荷が、可変容量119の容量変化に伴って移動して電流が生じる。このように、図3(b)に示す回路例によれば、振動発電素子である発電素子104を機能させるために、外部から電荷を与える必要がない。
As described above, after the charge generated by the Seebeck effect is moved, when the
図3(c)に示す回路例は、図3(b)に示す回路例に、容量素子135と、スイッチ素子136,137を加えたものである。スイッチ素子133をオフ状態とし、スイッチ素子136及びスイッチ素子137をオン状態とし、発電素子103が起電力を発生すると、電荷が容量135に蓄積(充電)される。この状態とした後、スイッチ素子137をオフ状態とし、スイッチ素子133及びスイッチ素子134をオン状態とすると、電荷が可変容量119に蓄積される。図3(c)に示す回路例では、図3(b)に示した回路例に比較し、可変容量119に対してより多くの電荷の蓄積が可能となる。
The circuit example shown in FIG. 3C is obtained by adding a
可変容量119に電荷が蓄積された後、スイッチ素子133をオフ状態として発電素子104を機能させると、前述と同様に、電流が生じる。図3(c)に示す回路例によれば、上述したように、可変容量119により多くの電荷の蓄積が可能となるので、図3(b)に示した回路例に比較し、より多くの電力を生成することが可能となる。なお、上述したスイッチ素子は、例えば、MOSトランジスタなどのよく知られたトランジスタから構成することができる。
After the electric charge is accumulated in the
次に、図2に示した半導体装置の製造方法例について説明する。
まず、図4(a)に示すように、シリコン基体部105と埋め込み酸化層106とSOI層107とからなるSOI基板(半導体基板101)を用意し、よく知られたLSIプロセスにより回路領域102aを形成する。例えば、埋め込み酸化層106は膜厚0.5μmであり、SOI層107は膜厚20μmである。
Next, an example of a method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 2 will be described.
First, as shown in FIG. 4A, an SOI substrate (semiconductor substrate 101) including a
次に、公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とによりSOI層107を微細加工し、図4(b)に示すように、SOI層107を構成しているp形のシリコン単結晶からなる配線パターン114が形成された状態とする。例えば、回路領域102aを保護し、かつ配線パターン114が残るようなレジストパターン(図示せず)を形成し、形成したレジストパターンをマスクとした異方性ドライエッチングによりSOI層107を選択的にエッチングすることで、配線パターン114が形成できる。
Next, the
次に、上述したレジストパターンを除去した後、図4(c)に示すように、蒸着法などにより、Crからなる金属膜108が形成された状態とする。
ついで、公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とにより金属膜108を加工し、図4(d)に示すように、パッド端子112,配線パターン115,可動電極122,容量電極124が形成された状態とする。
Next, after removing the resist pattern described above, as shown in FIG. 4C, a
Next, the
上述した工程により、配線パターン114と配線パターン115とから、図2に示す複数の熱電対113よりなる発電素子103が形成されたことになる。また、容量電極124の領域においては、この下の領域の埋め込み酸化層106と、この下の領域のシリコン基体部105とから、図2に示す固定容量120が形成されたことになる。なお、図示していないが、図2に示した各配線126も、同時に形成されている。また、図3に示した容量素子135を用いる場合は、図4に示していない他の領域において、容量電極124と同様の金属パターンを形成すればよい。
Through the above-described steps, the
次に、図2に示した可変容量119を形成する領域が開放したレジストパターン140を形成し(図4(e))、レジストパターン140をマスクとして埋め込み酸化層106をエッチングする。例えば、ウエットエッチングにより埋め込み酸化層106をエッチングすることで、可動電極122の下部までエッチングする。
Next, a resist
このとき、図2(a)に示したように、可動電極122は貫通孔121を備えているので、貫通孔121の下の領域の埋め込み酸化層106がより早く除去される。この結果、図4(f)に示すように、可動電極122の下に、可動電極122の端部を支持する支持柱123が形成された状態が得られる。可動電極122により、図2に示す可変容量119が構成される。なお、図4(f)は、レジストパターン140を除去した後の状態を示している。
At this time, as shown in FIG. 2A, since the
なお、図示しない他の領域において、埋め込み酸化層106の上に容量電極124と同様の金属パターンを形成し、形成した金属パターンの上に絶縁膜を形成し、この絶縁膜の上に新たな金属パターンを形成し、これらで図3に示す容量135を構成するようにしてもよい。容量電極124による固定容量は、MIS(Metal-Insulator-Semiconductor)容量であるが、上述した構成による容量は、MIM(Metal-Insulator-Metal)容量となる。固定容量は、絶縁膜を2つの電極で挾んだ構造であればよい。
In other regions not shown, a metal pattern similar to the
次に、本発明の実施の形態における半導体装置の他の構成例を、製造方法例とともに説明する。図5は、本実施の形態における半導体装置の構成を示す平面図であり、図5に示す半導体装置は、同一の基板上に、回路領域102aと、熱電発電による発電素子503と振動発電による発電素子504とを備える。発電素子503及び発電素子504は、配線526により回路領域102aの集積回路に接続されている。
Next, another configuration example of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention will be described together with a manufacturing method example. FIG. 5 is a plan view illustrating a configuration of the semiconductor device in this embodiment. The semiconductor device illustrated in FIG. 5 includes a
発電素子503は、複数の熱電対513から構成された熱電発電素子であり、熱電対513は、p形のシリコン単結晶からなる配線パターン514と金(Au)からなる配線パターン515とから構成されている。例えば、配線パターン514の一方の配線パターン515とのコンタクトを低温状態とし、配線パターン514の他方の配線パターン515とのコンタクトを高温状態とすることで、ゼーベック効果により0.45mV/K程度の起電力が得られる。
The
また、発電素子504は、可変容量と固定容量とから構成された振動発電素子である。発電素子504の可変容量は、絶縁材料からなる支持柱523に一部が支持された可動電極522と、可動電極522の下部の領域のシリコン基体部105とから構成されている。可動電極522は、p形のシリコン単結晶からなり、例えば、平面視矩形に形成され、図5の紙面右側の辺に近い部分で支持柱523に支持され、この支持梁域から紙面左側の領域下部に可動のための空間を備える。なお、図5に示すように、可動電極522は、複数の貫通孔521を備えるが、貫通孔521は、以降の製造方法に説明するように、下部の空間を形成するために用いる。
The
また、発電素子504の固定容量は、容量電極524とこの下の領域の埋め込み酸化層106と、この下の領域のシリコン基体部105とから構成されている。図5に示す半導体装置では、容量電極524は、可動電極522と同様に、p形のシリコン単結晶から構成されている。なお、シリコン基体部105は、接地に接続されている。
The fixed capacity of the
発電素子503,発電素子504(可変容量,固定容量)は、配線526により回路領域102aを構成している所定の回路(素子)に接続している。また、回路領域102aには、外部と信号を入出力するためのパッド端子112が設けられている。発電素子503及び発電素子504と回路領域102aを構成している集積回路との接続関係は、図2に示した半導体装置と同様である。
The
次に、図5に示した半導体装置の製造方法例について説明する。
まず、図6(a)に示すように、シリコン基体部105と埋め込み酸化層106とSOI層107とからなるSOI構造の半導体基板101を用意し、よく知られたLSIプロセスにより回路領域102aを形成する。
Next, an example of a method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 5 will be described.
First, as shown in FIG. 6A, a
次に、図6(b)に示すように、公知のフォトリソグラフィ技術により、SOI層107の上にレジストパターン601が形成された状態とする。ついで、レジストパターン601をマスクとし、SOI層107を厚さ0.5μm程度エッチングしてパターンが形成された状態とする。例えば、CF4とO2との混合ガスを用いたドライエッチングにより、上記エッチングを行えばよい。
Next, as shown in FIG. 6B, a resist
次に、レジストパターン601を除去した後、図6(c)に示すように、公知のフォトリソグラフィ技術により、パターンが形成されたSOI層107の上にレジストパターン602が形成された状態とする。ついで、レジストパターン602をマスクとしてSOI層107を埋め込み酸化層106までエッチングし、配線パターン514,可動電極522,容量電極524とが形成された状態とする。
Next, after removing the resist
このように、本構成例においては、可動電極522,容量電極524は、半導体である単結晶シリコンから構成されることになる。また、レジストパターン601によるエッチング加工とレジストパターン602によるエッチング加工とにより、配線パターン514が断面視L字型に形成される。
Thus, in this configuration example, the
次に、レジストパターン602を除去した後、埋め込み酸化層106の露出領域や配線パターン514,可動電極522,容量電極524を含む基板表面に、シード層(図示せず)が形成された状態とする。シード層は、膜厚0.1μmのチタン層と膜厚0.1μmの金層から構成され、各々蒸着により形成すればよい。このようにシード層が形成された後、図6(d)に示すように、レジストパターン603が形成された状態とする。レジストパターン603は、配線パターン514の膜厚の薄い部分の端部の上部に開口部を備えたマスクパターンである。
Next, after removing the resist
次に、レジストパターン603の開口部底部に露出しているシード層(図示せず)に、金メッキによりAuのパターンを形成し、図7(e)に示すように、金属パターン701が形成された状態とする。金属パターン701は、上面の高さが、配線パターン514の膜厚の厚い部分の上面の高さと等しくなるように形成する。ついで、レジストパターン603を除去した後、金属パターン701をマスクとしてシード層をエッチング除去する。
Next, an Au pattern was formed by gold plating on a seed layer (not shown) exposed at the bottom of the opening of the resist
次に、図7(f)に示すように、図5に示した可動電極522からなる可変容量が形成される領域が開放した絶縁層702が形成された状態とする。絶縁層702は、配線パターン514の膜厚の厚い部分の上面、及び金属パターン701の上面が露出した状態に形成する。
Next, as shown in FIG. 7F, an insulating
絶縁層702の形成例について詳述すると、まず、ポリベンゾオキサゾールをベースとした感光性樹脂を回転塗布して塗布膜を形成する。ついで、公知のフォトリソグラフィ技術により、配線パターン514の膜厚の厚い部分の上面,金属パターン701の上面,及び上記開口部となる領域に選択的に露光して潜像を形成する。ついで、現像処理により潜像の部分を除去し、現像処理により形成されたパターンを加熱処理して熱硬化すれば、絶縁層702が形成できる。
The formation example of the insulating
次に、配線パターン514の膜厚の厚い部分の上面、及び金属パターン701の上面などを含み、絶縁層702の上にシード層(図示せず)が形成された状態とする。シード層は、膜厚0.1μmのチタン層と膜厚0.1μmの金層から構成され、各々蒸着により形成すればよい。ついで、上記シード層の上にレジストパターンを形成し、このレジストパターンの開口部底部に露出しているシード層にメッキによりAuのパターンを形成することで、図7(g)に示すように、パッド端子112、金(Au)からなる配線パターン515が形成された状態とする。
Next, a seed layer (not shown) is formed on the insulating
上述した工程により、配線パターン514と配線パターン515とから、図5に示す複数の熱電対513よりなる発電素子503が形成されたことになる。
なお、図7(g)は、上記レジストパターンを除去し、かつパッド端子112と配線パターン515をマスクとしたエッチングにより、余分なシード層を除去した後の状態を示している。
Through the above-described steps, the
FIG. 7G shows a state after the resist pattern is removed and an unnecessary seed layer is removed by etching using the
次に、絶縁層702をマスクとし、絶縁層702の開口部より埋め込み酸化層106の一部を例えば、ウエットエッチングにより除去する。このエッチングでは、埋め込み酸化層106をエッチングすることで、可動電極522の下部までエッチング除去する。
このとき、図5に示したように、可動電極522は貫通孔521を備えているので、貫通孔521の下の領域の埋め込み酸化層106がより早く除去される。
Next, using the insulating
At this time, as shown in FIG. 5, since the
この結果、図7(h)に示すように、可動電極522の下に、可動電極522の端部を支持する支持柱523が形成された状態が得られる。可動電極522により、図5に示す発電素子504の可変容量が構成される。
なお、図7(i)に示すように、絶縁層702をドライエッチング法などにより除去し、熱電対513を構成する配線パターン515の下部に、空間が形成される状態としてもよい。空間を形成しておくことで、配線パターン515の近傍における熱の伝導が抑制できるようになり、ゼーベック効果を得るための温度差をより大きくすることができる。
As a result, as shown in FIG. 7H, a state is obtained in which the
As shown in FIG. 7I, the insulating
次に、本発明の実施の形態における半導体装置の他の構成例を、図8〜10により製造方法例とともに説明する。図8は、本実施の形態における半導体装置の構成を示す平面図であり、図8に示す半導体装置は、同一の基板上に、回路領域102aと、熱電発電による発電素子503と振動発電による発電素子804とを備える。発電素子503及び発電素子804は、配線526により回路領域102aの集積回路に接続されている。図8に示す半導体装置は、図5に示した半導体装置の発電素子504を、発電素子804に変更したものである。
Next, another configuration example of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a plan view illustrating a configuration of the semiconductor device in this embodiment. The semiconductor device illustrated in FIG. 8 includes a
発電素子804は、振動子841と、振動子841の両側に配置された2つの壁843,844とから構成された振動発電素子である。振動子841は、埋め込み酸化層106の露出している領域において、埋め込み酸化層106の上に、支持柱842に支持されている。外部からの力により、振動子841は、壁843もしくは壁844の方へ変位するように振動する。振動子841は、この中央部で支持柱824に支持され、支持柱814を挟んだ両側の下部(埋め込み酸化層106側)に、重り構造体841aを備えている。
The
振動子841が壁843の側へ変位すると、振動子841と壁843との間は近づき、振動子841と壁844との間は離れる。このとき、振動子841と壁843との間の容量は増加し、振動子841と壁844との間の容量は減少する。
これに対し、振動子841が壁844の側へ変位すると、振動子841と壁844との間は近づき、振動子841と壁843との間は離れる。このとき、振動子841と壁844との間の容量は増加し、振動子841と壁843との間の容量は減少する。
このように、振動子841が振動することで、電荷が動くことになる。
When the
On the other hand, when the
In this way, the electric charges move when the
従って、振動子841と壁843,844との間の容量が外部負荷を介して接続され、振動子841に電荷を与えた状態で、振動子841が振動して電荷が動くことにより、外部負荷に電流が流れるようになる。このように、発電素子804は、振動を電力に変換する振動発電素子である。
Accordingly, when the capacitance between the
なお、発電素子503,発電素子804は、配線826により回路領域102aを構成している所定の回路(素子)に接続している。また、回路領域102aには、外部と信号を入出力するためのパッド端子112が設けられている。発電素子503及び発電素子804と回路領域102aを構成している集積回路との接続関係は、図2に示した半導体装置と同様である。
Note that the
次に、図8に示した半導体装置の製造方法例について説明する。
まず、図9(a)に示すように、シリコン基体部105と埋め込み酸化層106とSOI層107とからなるSOI構造の半導体基板101を用意し、よく知られたLSIプロセスにより回路領域102aを形成する。また、公知のフォトリソグラフィ技術により、SOI層107に、深さ0.5μm程度のパターンが形成された状態とする。
Next, an example of a method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 8 will be described.
First, as shown in FIG. 9A, an SOI
次に、所定のマスクパターンを用いてSOI層107を埋め込み酸化層106までエッチングし、図9(b)に示すように、配線パターン514,壁843,844,及び柱下部842aが形成された状態とする。従って、配線パターン514,壁843,844,及び柱下部842aは、半導体である単結晶シリコンから構成されることになる。また、配線パターン514や、壁843,844は、SOI層107の厚さに等しい20μm程度の高さに形成される。ここまでは、図6(a)〜図6(c)における配線パターン514の形成と同様である。
Next, the
次に、ポリベンゾオキサゾールをベースとした感光性有機樹脂を用い、これをフォトリソグラフィ技術により加工することで、図9(c)に示すように、絶縁層901が形成された状態とする。絶縁層901は、柱下部842aと同一の厚さに形成され、柱下部842aと壁843,844との間を埋めるように形成する。
Next, a photosensitive organic resin based on polybenzoxazole is used and processed by a photolithography technique to form an insulating
ついで、埋め込み酸化層106の露出領域や配線パターン514,壁843,844,及び柱下部842aや絶縁層901を含む基板表面に、シード層(図示せず)が形成された状態とする。シード層は、膜厚0.1μmのチタン層と膜厚0.1μmの金層から構成され、各々蒸着により形成すればよい。
Next, a seed layer (not shown) is formed on the surface of the substrate including the exposed region of the buried
このようにシード層が形成された後、図8に示した支持柱842及び重り構造体841aが形成される領域が開放したレジストパターンを用い、開口部底部に露出しているシード層(図示せず)に、金メッキによりAuのパターンを形成し、図9(d)に示すように、金属パターン701,支持柱842及び重り構造体841aが形成された状態とする。金属パターン701は、上面の高さが、配線パターン514の膜厚の厚い部分の上面の高さと等しくなるように形成する。このように、支持柱842及び重り構造体841aは、金から構成された金属の構造体である。
After the seed layer is formed in this way, a seed layer (not shown) exposed at the bottom of the opening is formed using a resist pattern in which the regions where the
次に、上述のようにして形成した金のメッキパターンをマスクとし、余分なシード層をエッチング除去した後、図10(e)に示すように、絶縁層1001が形成された状態とする。絶縁層1001は、配線パターン514の膜厚の厚い部分の上面,金属パターン701の上面,2つの壁843,844の膜厚の厚い部分の上面,及び重り構造体841aの上面が露出した状態に形成する。
Next, using the gold plating pattern formed as described above as a mask, the unnecessary seed layer is removed by etching, and then an insulating
絶縁層1001の形成例について詳述すると、まず、ポリベンゾオキサゾールをベースとした感光性樹脂を回転塗布して塗布膜を形成する。ついで、公知のフォトリソグラフィ技術により、上述した露出させるべき上面の領域に選択的に露光して潜像を形成する。ついで、現像処理により潜像の部分を除去し、現像処理により形成されたパターンを加熱処理して熱硬化すれば、絶縁層1001が形成できる。
The formation example of the insulating
次に、絶縁層1001の上にシード層(図示せず)が形成された状態とする。シード層は、膜厚0.1μmのチタン層と膜厚0.1μmの金層から構成され、各々蒸着により形成すればよい。ついで、上記シード層の上にレジストパターンを形成し、このレジストパターンの開口部底部に露出しているシード層にメッキによりAuのパターンを形成することで、図10(f)に示すように、パッド端子112、金(Au)からなる配線パターン515,及び振動子841が形成された状態とする。この後、メッキパターンをマスクとしたエッチングにより、余分なシード層を除去する。
Next, a seed layer (not shown) is formed on the insulating
上述した工程により、配線パターン514と配線パターン515とから、図8に示す複数の熱電対513よりなる発電素子503が形成されたことになる。
なお、図10(f)は、上記レジストパターンを除去した後の状態を示している。
これらの後、絶縁層901及び絶縁層1001をドライエッチングにより除去することで、図10(g)に示すように、重り構造体841aを備えた振動子841と埋め込み酸化層106との間や熱電対513を構成する配線パターン515の下部に、空間が形成された状態となる。
Through the above-described steps, the
FIG. 10F shows a state after the resist pattern is removed.
Thereafter, by removing the insulating
ところで、図11の平面図に示すように、振動子841の上面に保護層846を備えるようにしてもよい。
以下、保護層846の形成について説明すると、まず、図9(a)〜図10(f)を用いて説明した工程と同様にし、図12(a)に示すように、絶縁層1001やパッド端子112、金(Au)からなる配線パターン515,及び振動子841などが形成された状態とする。ただし、この場合、壁843,844が、振動子841の周囲を覆うように延長して形成された状態とする。また、壁843,844の膜厚の厚い部分の上端にも、金属パターン1201が形成された状態とする。
By the way, as shown in the plan view of FIG. 11, a
Hereinafter, the formation of the
次に、図13(a)に示すように、感光性有機樹脂を用いることにより、振動子841を覆う絶縁層1301が形成された状態とする。
次に、基板上の全域に膜厚0.1μmのチタン層と膜厚0.1μmの金層から構成されたシード層を形成し、所定の領域が開放したレジストパターンを形成し、開放部に金のメッキを行うことで、図13(c)に示すように、金属パターン1302及び金属パターン1303が形成された状態とする。金属パターン1303は、部分的に貫通孔を備える。
Next, as illustrated in FIG. 13A, the insulating
Next, a seed layer composed of a titanium layer with a thickness of 0.1 μm and a gold layer with a thickness of 0.1 μm is formed over the entire area of the substrate, a resist pattern in which a predetermined region is opened is formed, and an open portion is formed. By performing gold plating, the
この後、例えばドライエッチングにより絶縁層901,絶縁層1001,及び絶縁層1301を除去し、図13(d)に示すように、重り構造体841aを備えた振動子841と埋め込み酸化層106との間や熱電対513を構成する配線パターン515の下部に、空間が形成された状態とする。振動子841の領域は、金属パターン1302の貫通孔を介して絶縁層1301,絶縁層1001,及び絶縁層901を除去する。
Thereafter, the insulating
上述した工程により、金属パターン1302を上壁とし、金属パターン1201と壁843,844を側壁とした容器の内部空間に、振動子841が格納された状態となる。上壁となる金属パターン1302が、図11に示した保護層846となる。また、例えば、STP(Spin-coating film Transfer and hot-Pressing)法により、図13(d)に示すように、絶縁保護膜1310を形成し、金属パターン1302の開口部を塞ぐようにしてもよい。
Through the above-described steps, the
次に、本発明の実施の形態における半導体装置の他の構成例を、図14,15により製造方法例とともに説明する。図14は、本実施の形態における半導体装置の構成を示す平面図であり、図14に示す半導体装置は、同一の基板上に、回路領域102aと、熱電発電による発電素子503と振動発電による発電素子1404とを備える。発電素子503及び発電素子1404は、配線826により回路領域102aの集積回路に接続されている。図14に示す半導体装置は、図8に示した半導体装置の発電素子804を、発電素子1404に変更したものである。
Next, another configuration example of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 14 is a plan view illustrating a configuration of the semiconductor device in this embodiment. The semiconductor device illustrated in FIG. 14 includes a
発電素子1404は、基板平面の法線方向に振動するダイヤフラム状の可動平板1441、可動平板1441の下部に設けられた重り構造体1445、可動平板1441の両端部を支持する支持柱1443,1444、及び固定電極1446による可変容量と、容量電極1447による固定容量とから構成されている。外部からの力により、可動平板1441は、基板平面の法線方向に振動する。
The
固定容量と可変容量とが外部負荷を介して接続され、可動平板1441に電荷を与えた状態で、可動平板1441が振動して可変容量の容量が変化して電荷が動くことにより、外部負荷に電流が流れるようになる。このように、発電素子1404は、振動を電力に変換する振動発電素子である。
In a state where the fixed capacitor and the variable capacitor are connected via an external load and the
次に、図14に示した半導体装置の製造方法例について説明する。
まず、図15(a)に示すように、シリコン基体部105と埋め込み酸化層106とSOI層107とからなるSOI構造の半導体基板101を用意し、よく知られたLSIプロセスにより回路領域102aを形成する。また、公知のフォトリソグラフィ技術により、SOI層107に、深さ0.5μm程度のパターンが形成された状態とする。
Next, an example of a method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 14 will be described.
First, as shown in FIG. 15A, a
次に、所定のマスクパターンを用いてSOI層107を埋め込み酸化層106までエッチングし、図15(b)に示すように、配線パターン514,支持柱1443,1444,固定電極1446,及び容量電極1447が形成された状態とする。従って、配線パターン514,支持柱1443,1444,固定電極1446,及び容量電極1447は、半導体である単結晶シリコンから構成されることになる。また、配線パターン514や、支持柱1443,1444は、SOI層107の厚さに等しい20μm程度の高さに形成される。ここまでは、図6(a)〜図6(c)における配線パターン514の形成と同様である。
Next, the
次に、ポリベンゾオキサゾールをベースとした感光性有機樹脂を用い、これをフォトリソグラフィ技術により加工することで、図15(c)に示すように、絶縁層1501が形成された状態とする。絶縁層1501は、固定電極1446を覆うように形成され、支持柱1443と支持柱1444との間を埋めるように形成する。
Next, a photosensitive organic resin based on polybenzoxazole is used and processed by a photolithography technique to form an insulating
ついで、埋め込み酸化層106の露出領域や配線パターン514,支持柱1443,1444,及び固定電極1446,容量電極1447や絶縁層1501を含む基板表面に、シード層(図示せず)が形成された状態とする。シード層は、膜厚0.1μmのチタン層と膜厚0.1μmの金層から構成され、各々蒸着により形成すればよい。
Next, a seed layer (not shown) is formed on the substrate surface including the exposed region of the buried
このようにシード層が形成された後、図14に示した重り構造体1445が形成される領域などが開放したレジストパターンを用い、開口部底部に露出しているシード層(図示せず)に、金メッキによりAuのパターンを形成し、図15(d)に示すように、金属パターン701,重り構造体1445が形成された状態とする。このように、重り構造体1445は、金から構成された金属の構造体である。なお、金属パターン701は、上面の高さが、配線パターン514の膜厚の厚い部分の上面の高さと等しくなるように形成する。
After the seed layer is formed in this way, a resist pattern in which a region where the
次に、上述のようにして形成した金のメッキパターンをマスクとし、余分なシード層をエッチング除去した後、図15(e)に示すように、絶縁層1502が形成された状態とする。絶縁層1502は、配線パターン514の膜厚の厚い部分の上面,金属パターン701の上面,支持柱1443,1444の膜厚の厚い部分の上面,及び重り構造体1445の上面が露出した状態に形成する。
Next, using the gold plating pattern formed as described above as a mask, an unnecessary seed layer is removed by etching, and then an insulating
絶縁層1502の形成例について詳述すると、まず、ポリベンゾオキサゾールをベースとした感光性樹脂を回転塗布して塗布膜を形成する。ついで、公知のフォトリソグラフィ技術により、上述した露出させるべき上面の領域に選択的に露光して潜像を形成する。ついで、現像処理により潜像の部分を除去し、現像処理により形成されたパターンを加熱処理して熱硬化すれば、絶縁層1502が形成できる。
The formation example of the insulating
次に、絶縁層1502の上にシード層(図示せず)が形成された状態とする。シード層は、膜厚0.1μmのチタン層と膜厚0.1μmの金層から構成され、各々蒸着により形成すればよい。ついで、上記シード層の上にレジストパターンを形成し、このレジストパターンの開口部底部に露出しているシード層にメッキによりAuのパターンを形成することで、図15(f)に示すように、パッド端子112、金(Au)からなる配線パターン515,及び可動平板1441が形成された状態とする。この後、メッキパターンをマスクとしたエッチングにより、余分なシード層を除去する。
Next, a seed layer (not shown) is formed on the insulating
上述した工程により、配線パターン514と配線パターン515とから、図14に示す複数の熱電対513よりなる発電素子503が形成されたことになる。なお、図15(f)は、上記レジストパターンを除去した後の状態を示している。
これらの後、絶縁層1501及び絶縁層1502をドライエッチングにより除去することで、図15(g)に示すように、重り構造体1445を備えた可動平板1441と埋め込み酸化層106との間や熱電対513を構成する配線パターン515の下部に、空間が形成された状態となる。
Through the above-described steps, the
Thereafter, the insulating
次に、本発明の実施の形態における半導体装置の他の構成例を、図16により説明する。図16は、本実施の形態における半導体装置の構成を示す斜視図(a),(b),及び模式的な断面図(c)である。図16(a)に示す半導体装置は、半導体基板101の上に集積回路の形成された回路層102を備え、回路層102の上に、各々異なる種類の発電素子103と発電素子104とを備える。
Next, another configuration example of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 16 is a perspective view (a), (b) and a schematic cross-sectional view (c) showing the configuration of the semiconductor device according to the present embodiment. A semiconductor device illustrated in FIG. 16A includes a
発電素子103及び発電素子104は、図示しない配線により回路層102の集積回路に接続されている。加えて、図16(a)に示す半導体装置は、半導体基板101の下に、薄膜電池(薄膜電池)1601を備える。薄膜電池1601は、充放電可能な2次電池であり、半導体基板101に形成された貫通電極により、回路層102に接続して給電する。薄膜電池1601は、例えば、図2に示した固定容量120と同様に、電荷保持機構である。
The
また、図16(b)に示す半導体装置は、半導体基板101の上に、集積回路が形成された回路領域102aを備え、半導体基板101の他の領域に、各々異なる種類の発電素子103と発電素子104とを備える。発電素子103及び発電素子104は、図示しない配線により回路領域102aの集積回路に接続されている。
In addition, the semiconductor device illustrated in FIG. 16B includes a
これらの構成において、例えば、発電素子103は、熱電発電素子であり、発電素子104は、振動発電素子である。加えて、図16(b)に示す半導体装置は、半導体基板101の他の領域に、薄膜電池1601aを備える。薄膜電池1601aは、他の素子が形成されている状態で、他の素子を覆うマスク層を設け、この後、スパッタ成膜法などにより所定の膜を堆積させることにより形成できる。
In these configurations, for example, the
図16(c)に示す半導体装置は、集積回路が形成された基板1630の上に、バンプ1602を備え、熱電発電素子1611と薄膜電池1610とを、バンプ1602により基板1630にフリップチップ接続して積層構造としたものである。
The semiconductor device shown in FIG. 16C includes a bump 1602 on a
101…半導体基板、102…回路層、102a…回路領域、103…発電素子、104…発電素子、105…シリコン基体部、106…埋め込み酸化層、107…SOI層、112…パッド端子、113…熱電対、114…配線パターン、115…配線パターン、119…可変容量、120…固定容量、121…貫通孔、122…可動電極、123…支持柱、124…容量電極、126…配線。
DESCRIPTION OF
Claims (16)
前記半導体基板の上に設けられた熱により発電を行う熱電発電素子と、
前記半導体基板の上に設けられた振動により発電を行う振動発電素子と
を備えることを特徴とする半導体装置。 An integrated circuit layer formed on a semiconductor substrate;
A thermoelectric power generation element for generating power by heat provided on the semiconductor substrate;
And a vibration power generation element that generates power by vibration provided on the semiconductor substrate.
前記半導体基板の上に配置され、電荷を保持する電荷保持機構を備える
ことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
A semiconductor device comprising a charge holding mechanism arranged on the semiconductor substrate for holding charges.
前記電荷保持機構は、充放電が可能な薄膜電池から構成されたことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 2,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the charge holding mechanism is configured by a chargeable / dischargeable thin film battery.
前記電荷保持機構は、絶縁膜を2つの電極で挾んだ容量から構成されたことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 2,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the charge holding mechanism includes a capacitor in which an insulating film is sandwiched between two electrodes.
前記熱電発電素子により生成された電荷は、前記振動発電素子に用いられる
ことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 4,
The electric charge generated by the thermoelectric power generation element is used for the vibration power generation element.
前記半導体基板は、絶縁層とこの上に形成された単結晶シリコンからなるシリコン層とを備える
ことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 5,
The semiconductor substrate includes an insulating layer and a silicon layer made of single crystal silicon formed thereon.
前記半導体基板の上の第1発電素子領域に前記シリコン層よりなる第1配線パターンが形成された状態とする工程と、
前記第1配線パターンに一部が接触する金属からなる第2配線パターンが形成されるとともに、前記半導体基板の上の第2発電素子領域に前記金属からなる可動電極及び前記金属からなる容量電極が形成された状態とする工程と、
前記可動電極が形成されている一部領域の前記絶縁層を除去し、前記可動電極と前記基体部との間に空間が形成されるとともに、前記可動電極を前記基体部上に支持する支持柱が形成された状態とする工程と
を備え、
前記半導体基板の前記第1発電素子領域に、前記第1配線パターンと前記第2配線パターンとからなる複数の熱電対から構成された熱電発電素子が形成された状態とし、
前記半導体基板の前記第2発電素子領域に、前記可動電極よりなる可変容量と前記容量電極よりなる固定電極とから構成された振動発電素子が形成された状態とする
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A step of forming an integrated circuit in a partial region on a semiconductor substrate including a base portion, an insulating layer formed thereon, and a silicon layer made of single crystal silicon formed thereon;
A step of forming a first wiring pattern made of the silicon layer in a first power generation element region on the semiconductor substrate;
A second wiring pattern made of metal partially contacting the first wiring pattern is formed, and a movable electrode made of the metal and a capacitor electrode made of the metal are formed in a second power generation element region on the semiconductor substrate. A step of forming a state;
A support column that removes the insulating layer in a part of the region where the movable electrode is formed, forms a space between the movable electrode and the base portion, and supports the movable electrode on the base portion. And a step of forming a state where
In the first power generation element region of the semiconductor substrate, a thermoelectric power generation element composed of a plurality of thermocouples composed of the first wiring pattern and the second wiring pattern is formed,
A vibration power generation element composed of a variable capacitor composed of the movable electrode and a fixed electrode composed of the capacitor electrode is formed in the second power generation element region of the semiconductor substrate. Production method.
前記半導体基板の上の第1発電素子領域に前記シリコン層よりなる第1配線パターンが形成された状態とする工程と、
前記半導体基板の上の第2発電素子領域に前記シリコン層よりなる可動電極及び容量電極が形成された状態とする工程と、
前記第1配線パターンに一部が接触する金属からなる第2配線パターンが形成された状態とする工程と、
前記可動電極が形成されている一部領域の前記絶縁層を除去し、前記可動電極と前記基体部との間に空間が形成されるとともに、前記可動電極を前記基体部上に支持する支持柱が形成された状態とする工程と
を備え、
前記半導体基板の前記第1発電素子領域に、前記第1配線パターンと前記第2配線パターンとからなる複数の熱電対から構成された熱電発電素子が形成された状態とし、
前記半導体基板の前記第2発電素子領域に、前記可動電極よりなる可変容量と前記容量電極よりなる固定電極とから構成された振動発電素子が形成された状態とする
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A step of forming an integrated circuit in a partial region on a semiconductor substrate including a base portion, an insulating layer formed thereon, and a silicon layer made of single crystal silicon formed thereon;
A step of forming a first wiring pattern made of the silicon layer in a first power generation element region on the semiconductor substrate;
A state in which a movable electrode and a capacitor electrode made of the silicon layer are formed in a second power generation element region on the semiconductor substrate;
A step of forming a second wiring pattern made of a metal partly in contact with the first wiring pattern;
A support column that removes the insulating layer in a part of the region where the movable electrode is formed, forms a space between the movable electrode and the base portion, and supports the movable electrode on the base portion. And a step of forming a state where
In the first power generation element region of the semiconductor substrate, a thermoelectric power generation element composed of a plurality of thermocouples composed of the first wiring pattern and the second wiring pattern is formed,
A vibration power generation element composed of a variable capacitor composed of the movable electrode and a fixed electrode composed of the capacitor electrode is formed in the second power generation element region of the semiconductor substrate. Production method.
前記半導体基板の上の第1発電素子領域に前記シリコン層よりなる第1配線パターンが形成された状態とするとともに、前記半導体基板の上の第2発電素子領域に前記シリコン層よりなる対向配置された2つの壁が形成された状態とする工程と、
前記第1配線パターンに一部が接触する金属からなる第2配線パターンが形成されるとともに、2つの前記壁の間に配置された前記金属からなる支持柱及びこの支持柱に支持された2つの前記壁の間に配置された前記金属からなる振動子とが形成された状態とする工程と
を備え、
前記半導体基板の前記第1発電素子領域に、前記第1配線パターンと前記第2配線パターンとからなる複数の熱電対から構成された熱電発電素子が形成された状態とし、
前記半導体基板の前記第2発電素子領域に、2つの前記壁と、前記壁の方向に振動する前記振動子とより構成された振動発電素子が形成された状態とする
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A step of forming an integrated circuit in a partial region on a semiconductor substrate including a base portion, an insulating layer formed thereon, and a silicon layer made of single crystal silicon formed thereon;
The first wiring pattern made of the silicon layer is formed in the first power generating element region on the semiconductor substrate, and the second power generating element region on the semiconductor substrate is arranged to face the silicon power layer. A process of forming two walls, and
A second wiring pattern made of a metal partially contacting the first wiring pattern is formed, and a support pillar made of the metal disposed between the two walls and two supported by the support pillar And a step of forming a vibrator made of the metal disposed between the walls,
In the first power generation element region of the semiconductor substrate, a thermoelectric power generation element composed of a plurality of thermocouples composed of the first wiring pattern and the second wiring pattern is formed,
A vibration power generation element including two walls and the vibrator that vibrates in the direction of the wall is formed in the second power generation element region of the semiconductor substrate. Manufacturing method.
前記SOI層の上に第1開口部を備えた第1レジストパターンを形成する工程と、
前記第1開口部を介して前記SOI層を異方性エッチングして埋め込み酸化層を露出させてシリコンパターンを形成する工程と、
前記第1レジストパターンを除去する工程と、
前記SOI基板の上に金属膜を形成する工程と、
前記金属膜の上に第2開口部を備えた第2レジストパターンを形成する工程と、
前記第2開口部を介して前記金属膜をエッチングして第1金属膜パターン及び第2金属膜パターン及び第3金属膜パターンを形成し、前記シリコンパターンと前記第1金属膜パターンからなる熱電対と、前記第3金属膜パターンと前記埋め込み酸化層と前記埋め込み酸化層下部のシリコン基体部とからなる容量とを形成する工程と、
前記第2レジストパターンを除去する工程と、
前記SOI基板の上に前記第2金属膜パターンの一部を露出する第3開口部を備えた第3レジストパターンを形成する工程と、
前記第3開口部を介して前記第2金属膜パターンの下の前記埋め込み酸化層の一部を等方性エッチングして前記第2金属膜パターンからなる可動部と前記埋め込み酸化層の一部からなる支持部を形成する工程と、
前記第3レジストパターンを除去する工程と
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming an LSI in a partial region of the SOI layer on the SOI substrate;
Forming a first resist pattern having a first opening on the SOI layer;
Forming a silicon pattern by anisotropically etching the SOI layer through the first opening to expose a buried oxide layer;
Removing the first resist pattern;
Forming a metal film on the SOI substrate;
Forming a second resist pattern having a second opening on the metal film;
The metal film is etched through the second opening to form a first metal film pattern, a second metal film pattern, and a third metal film pattern, and a thermocouple comprising the silicon pattern and the first metal film pattern Forming a capacitor comprising the third metal film pattern, the buried oxide layer, and a silicon base portion below the buried oxide layer;
Removing the second resist pattern;
Forming a third resist pattern having a third opening exposing a part of the second metal film pattern on the SOI substrate;
A portion of the buried oxide layer under the second metal film pattern is isotropically etched through the third opening from a movable portion made of the second metal film pattern and a portion of the buried oxide layer. Forming a support portion comprising:
And a step of removing the third resist pattern.
前記SOI層の上に第1開口部を備えた第1レジストパターンを形成する工程と、
前記第1開口部を介して前記SOI層を所定の深さまで異方性エッチングしてSOIパターンを形成する工程と、
前記第1レジストパターンを除去する工程と、
前記SOIパターンと前記SOI層の一部を露出する第2開口部を備えた第2レジストパターンを形成する工程と、
前記第2開口部を介して前記SOI層を埋め込み酸化層が露出するまで異方性エッチングして第1SOIパターンと第2SOIパターンと第3SOIパターンを形成し、前記第3SOIパターンと前記埋め込み酸化層とこの下部のシリコン基体部とからなる容量を形成する工程と、
前記第2レジストパターンを除去する工程と、
前記SOI基板の上に第1金属膜を形成する工程と、
前記第1SOIパターンの一部を露出する第3開口部を備えた第3レジストパターンを形成する工程と、
前記第3開口部にめっき法により第1金属パターンを形成する工程と、
前記第3レジストパターンを除去する工程と、
前記第1金属パターンをマスクとして前記第1金属膜をエッチングする工程と、
前記第1SOIパターンと前記第1金属パターンの上部を露出し、かつ前記第2SOIパターンの上部と周囲が露出する第4開口部を備えた絶縁膜を形成する工程と、
第2金属膜を形成する工程と、
前記第1SOIパターンと前記第1金属パターンの上部を露出する第5開口部を備えた第4レジストパターンを形成する工程と、
前記第5開口部にめっき法により第2金属パターンを形成する工程と、
前記第2金属パターンをマスクとして前記第2金属膜をエッチングし、前記第1SOIパターンと前記第1金属パターンと前記第2金属パターンからなる熱電対を形成する工程と、
前記第4開口部を介して前記第2SOIパターンの下の埋め込み酸化層の一部を等方性エッチングして前記第2SOIパターンからなる可動部と前記埋め込み酸化層の一部からなる支持部を形成する工程と
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming an LSI in a partial region of the SOI layer on the SOI substrate;
Forming a first resist pattern having a first opening on the SOI layer;
Forming an SOI pattern by anisotropically etching the SOI layer to a predetermined depth through the first opening;
Removing the first resist pattern;
Forming a second resist pattern having a second opening exposing the SOI pattern and a portion of the SOI layer;
The SOI layer is anisotropically etched through the second opening until the buried oxide layer is exposed to form a first SOI pattern, a second SOI pattern, and a third SOI pattern, and the third SOI pattern, the buried oxide layer, Forming a capacitor composed of the lower silicon substrate portion;
Removing the second resist pattern;
Forming a first metal film on the SOI substrate;
Forming a third resist pattern having a third opening exposing a portion of the first SOI pattern;
Forming a first metal pattern in the third opening by a plating method;
Removing the third resist pattern;
Etching the first metal film using the first metal pattern as a mask;
Forming an insulating film having a fourth opening exposing the top of the first SOI pattern and the first metal pattern and exposing the top and the periphery of the second SOI pattern;
Forming a second metal film;
Forming a fourth resist pattern having a fifth opening exposing an upper portion of the first SOI pattern and the first metal pattern;
Forming a second metal pattern by a plating method in the fifth opening;
Etching the second metal film using the second metal pattern as a mask to form a thermocouple including the first SOI pattern, the first metal pattern, and the second metal pattern;
A part of the buried oxide layer under the second SOI pattern is isotropically etched through the fourth opening to form a movable part made of the second SOI pattern and a support part made of a part of the buried oxide layer. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記絶縁膜を除去する工程を備えることを特徴とする半導体装置の製造法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11.
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising the step of removing the insulating film.
前記SOI層の上に第1開口部を備えた第1レジストパターンを形成する工程と、
前記第1開口部を介して前記SOI層を所定の深さまで異方性エッチングしてSOIパターンを形成する工程と、
前記第1レジストパターンを除去する工程と、
前記SOIパターンと前記SOI層の一部を露出する第2開口部を備えた第2レジストパターンを形成する工程と、
前記第2開口部を介して前記SOI層を埋め込み酸化層が露出するまで異方性エッチングして第1SOIパターンと第2SOIパターンと第3SOIパターンを形成する工程と、
前記第2レジストパターンを除去する工程と、
前記第2SOIパターンと前記第3SOIパターンの周囲の領域に前記第3SOIパターンの上部が露出するように第1絶縁膜を形成する工程と、
前記SOI基板の上に第1金属膜を形成する工程と、
前記第1SOIパターンの一部と前記第3SOIパターンと前記第1絶縁膜の上部が露出する第3開口部を備えた第3レジストパターンを形成する工程と、
前記第3開口部にめっき法により第1金属パターンと第2金属パターンを形成する工程と、
前記第3レジストパターンを除去する工程と、
前記第1金属パターンと前記第2金属パターンをマスクとして前記第1金属膜をエッチングする工程と、
前記第1SOIパターンと前記第2SOIパターンと前記第1金属パターンと前記第2金属パターンとの上部が露出する第2絶縁膜を形成する工程と、
第2金属膜を前記SOI基板の上に形成する工程と、
前記第1SOIパターンと前記第1金属パターンと前記第2金属パターンの上部を露出する第4開口部を備えた第4レジストパターンを形成する工程と、
めっき法により前記第4開口部に前記第1SOIパターンと前記第1金属パターンとの上に第3金属パターンを形成し、前記第2金属パターンの上に第4金属パターンを形成する工程と、
前記第3金属パターンと前記第4金属パターンをマスクとして前記第2金属パターンをエッチングし、前記第1SOIパターンと前記第1金属パターンと前記第3金属パターンからなる熱電対を形成する工程と、
前記第1絶縁膜と前記第2絶縁膜を除去して前記第3SOIパターンと前記第2金属パターンと前記第4金属パターンからなる可動部を形成し、前記可動部と前記第2SOIパターンからなる容量を形成する工程と
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming an LSI in a partial region of the SOI layer on the SOI substrate;
Forming a first resist pattern having a first opening on the SOI layer;
Forming an SOI pattern by anisotropically etching the SOI layer to a predetermined depth through the first opening;
Removing the first resist pattern;
Forming a second resist pattern having a second opening exposing the SOI pattern and a portion of the SOI layer;
Forming a first SOI pattern, a second SOI pattern, and a third SOI pattern by anisotropically etching the SOI layer through the second opening until the oxide layer is exposed;
Removing the second resist pattern;
Forming a first insulating film so that an upper portion of the third SOI pattern is exposed in a region around the second SOI pattern and the third SOI pattern;
Forming a first metal film on the SOI substrate;
Forming a third resist pattern having a third opening exposing a part of the first SOI pattern, the third SOI pattern, and an upper portion of the first insulating film;
Forming a first metal pattern and a second metal pattern in the third opening by a plating method;
Removing the third resist pattern;
Etching the first metal film using the first metal pattern and the second metal pattern as a mask;
Forming a second insulating film exposing an upper portion of the first SOI pattern, the second SOI pattern, the first metal pattern, and the second metal pattern;
Forming a second metal film on the SOI substrate;
Forming a fourth resist pattern having a fourth opening exposing an upper portion of the first SOI pattern, the first metal pattern, and the second metal pattern;
Forming a third metal pattern on the first SOI pattern and the first metal pattern in the fourth opening by plating, and forming a fourth metal pattern on the second metal pattern;
Etching the second metal pattern using the third metal pattern and the fourth metal pattern as a mask to form a thermocouple including the first SOI pattern, the first metal pattern, and the third metal pattern;
The first insulating film and the second insulating film are removed to form a movable part composed of the third SOI pattern, the second metal pattern, and the fourth metal pattern, and a capacitance composed of the movable part and the second SOI pattern. And a step of forming the semiconductor device.
前記SOI層の上に第1開口部を備えた第1レジストパターンを形成する工程と、
前記第1開口部を介して前記SOI層を所定の深さまで異方性エッチングしてSOIパターンを形成する工程と、
前記第1レジストパターンを除去する工程と、
前記SOIパターンと前記SOI層の一部が露出する第2開口部を備えた第2レジストパターンを形成する工程と、
前記第2開口部を介して前記SOI層を埋め込み酸化層が露出するまで異方性エッチングして第1SOIパターンと第2SOIパターンと第3SOIパターンを形成する工程と、
前記第2レジストパターンを除去する工程と、
前記第2SOIパターンと前記第3SOIパターンの周囲の領域に前記第3SOIパターンの上部が露出するように第1絶縁膜を形成する工程と、
前記SOI基板の上に第1金属膜を形成する工程と、
前記第1SOIパターンの一部と前記第3SOIパターンと前記第1絶縁膜の上部が露出する第3開口部を備えた第3レジストパターンを形成する工程と、
前記第3開口部にめっき法により第1金属パターンと第2金属パターンを形成する工程と、
前記第3レジストパターンを除去する工程と、
前記第1金属パターンと前記第2金属パターンをマスクとして前記第1金属膜をエッチングする工程と、
前記第1SOIパターンと前記第2SOIパターンと前記第1金属パターンと前記第2金属パターンの上部が露出する第2絶縁膜を形成する工程と、
第2金属膜を前記SOI基板の上に形成する工程と、
前記第1SOIパターンと前記第1金属パターンと前記第2金属パターンの上部が露出する第4開口部を備えた第4レジストパターンを形成する工程と、
めっき法により前記第4開口部に、前記第1SOIパターンと前記第1金属パターンとの上に第3金属パターンを形成し、前記第2金属パターンの上に第4金属パターンを形成する工程と、
前記第3金属パターンと前記第4金属パターンをマスクとして前記第2金属膜をエッチングし、前記第1SOIパターンと前記第1金属パターンと前記第3金属パターンからなる熱電対を形成する工程と、
前記第4金属パターンを覆うように第3絶縁膜を形成する工程と、
前記SOI基板の上に第3金属膜を形成する工程と、
前記第3金属膜の上に第5開口部を備えた第5レジストパターンを形成する工程と、
前記第5開口部にめっき法により第5金属パターンを形成する工程と、
前記第5レジストパターンを除去する工程と、
前記第5金属パターンをマスクとして前記第3金属膜をエッチングし、前記第3絶縁膜の上に前記第5金属パターンからなる保護膜を形成する工程と、
前記第1絶縁膜と前記第2絶縁膜と前記第3絶縁膜を等方性エッチングして前記第3SOIパターンと前記第2金属パターンと前記第4金属パターンとからなる可動部を形成し、前記可動部と前記第2SOIパターンからなる容量を形成する工程と
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming an LSI in a partial region of the SOI layer on the SOI substrate;
Forming a first resist pattern having a first opening on the SOI layer;
Forming an SOI pattern by anisotropically etching the SOI layer to a predetermined depth through the first opening;
Removing the first resist pattern;
Forming a second resist pattern having a second opening exposing the SOI pattern and a portion of the SOI layer;
Forming a first SOI pattern, a second SOI pattern, and a third SOI pattern by anisotropically etching the SOI layer through the second opening until the oxide layer is exposed;
Removing the second resist pattern;
Forming a first insulating film so that an upper portion of the third SOI pattern is exposed in a region around the second SOI pattern and the third SOI pattern;
Forming a first metal film on the SOI substrate;
Forming a third resist pattern having a third opening exposing a part of the first SOI pattern, the third SOI pattern, and an upper portion of the first insulating film;
Forming a first metal pattern and a second metal pattern in the third opening by a plating method;
Removing the third resist pattern;
Etching the first metal film using the first metal pattern and the second metal pattern as a mask;
Forming a second insulating film exposing an upper portion of the first SOI pattern, the second SOI pattern, the first metal pattern, and the second metal pattern;
Forming a second metal film on the SOI substrate;
Forming a fourth resist pattern having a fourth opening exposing an upper portion of the first SOI pattern, the first metal pattern, and the second metal pattern;
Forming a third metal pattern on the first SOI pattern and the first metal pattern in the fourth opening by plating, and forming a fourth metal pattern on the second metal pattern;
Etching the second metal film using the third metal pattern and the fourth metal pattern as a mask to form a thermocouple including the first SOI pattern, the first metal pattern, and the third metal pattern;
Forming a third insulating film so as to cover the fourth metal pattern;
Forming a third metal film on the SOI substrate;
Forming a fifth resist pattern having a fifth opening on the third metal film;
Forming a fifth metal pattern by a plating method in the fifth opening;
Removing the fifth resist pattern;
Etching the third metal film using the fifth metal pattern as a mask to form a protective film made of the fifth metal pattern on the third insulating film;
Forming a movable part including the third SOI pattern, the second metal pattern, and the fourth metal pattern by isotropically etching the first insulating film, the second insulating film, and the third insulating film; A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of forming a movable part and a capacitor formed of the second SOI pattern.
STP法により貼り付けることで前記保護膜の上に膜を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 15. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 14,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a film is formed on the protective film by being attached by an STP method.
前記SOI層の上に第1開口部を備えた第1レジストパターンを形成する工程と、
前記第1開口部を介して前記SOI層を所定の深さまで異方性エッチングしてSOIパターンを形成する工程と、
前記第1レジストパターンを除去する工程と、
前記SOIパターンと前記SOI層の一部が露出する第2開口部を備えた第2レジストパターンを形成する工程と、
前記第2開口部を介して前記SOI層を埋め込み酸化層が露出するまで異方性エッチングして第1SOIパターンと第2SOIパターンと第3SOIパターンと第4SOIパターンを形成し、前記第4SOIパターンと前記埋め込み酸化層と埋め込み酸化層の下のシリコン基体部とからなる容量を形成する工程と、
前記第2レジストパターンを除去する工程と、
前記第2SOIパターンと前記第3SOIパターンの周囲の領域に前記第3SOIパターンのみを覆う第1絶縁膜を形成する工程と、
前記SOI基板の上に第1金属膜を形成する工程と、
前記第1SOIパターンの一部と前記第1絶縁膜の上部が露出する第3開口部を備えた第3レジストパターンを形成する工程と、
前記第3開口部にめっき法により第1金属パターンを第2金属パターンを形成する工程と、
前記第3レジストパターンを除去する工程と、
前記第1金属パターンと前記第2金属パターンをマスクとして前記第1金属膜をエッチングする工程と、
前記第1SOIパターンと前記第2SOIパターンと前記第1金属パターンと前記第2金属パターンの上部が露出する第2絶縁膜を形成する工程と、
第2金属膜を前記SOI基板の上に形成する工程と、
前記第1SOIパターンと前記第2SOIパターンと前記第1金属パターンと前記第2金属パターンの上部が露出する第4開口部を備えた第4レジストパターンを形成する工程と、
めっき法により前記第4開口部の、第1SOIパターンと前記第1金属パターンの上に第3金属パターンを形成し、前記第2SOIパターンと前記第2金属パターンの上に第4金属パターンを形成する工程と、
前記第3金属パターンと前記第4金属パターンをマスクとして前記第2金属膜をエッチングし、前記第1SOIパターンと前記第1金属パターンと前記第3金属パターンからなる熱電対を形成する工程と、
前記第1絶縁膜と前記第2絶縁膜を除去し、前記第2SOIパターンと前記第2金属パターンと前記第4金属パターンとからなる可動部を形成し、前記可動部と前記第3SOIパターンからなる容量を形成する工程と
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming an LSI in a partial region of the SOI layer on the SOI substrate;
Forming a first resist pattern having a first opening on the SOI layer;
Forming an SOI pattern by anisotropically etching the SOI layer to a predetermined depth through the first opening;
Removing the first resist pattern;
Forming a second resist pattern having a second opening exposing the SOI pattern and a portion of the SOI layer;
The first SOI pattern, the second SOI pattern, the third SOI pattern, and the fourth SOI pattern are formed by anisotropic etching until the oxide layer is exposed through the second opening and the oxide layer is exposed, and the fourth SOI pattern and the fourth SOI pattern are formed. Forming a capacitor comprising a buried oxide layer and a silicon substrate portion under the buried oxide layer;
Removing the second resist pattern;
Forming a first insulating film covering only the third SOI pattern in a region around the second SOI pattern and the third SOI pattern;
Forming a first metal film on the SOI substrate;
Forming a third resist pattern having a third opening exposing a part of the first SOI pattern and an upper portion of the first insulating film;
Forming a first metal pattern and a second metal pattern by plating in the third opening;
Removing the third resist pattern;
Etching the first metal film using the first metal pattern and the second metal pattern as a mask;
Forming a second insulating film exposing an upper portion of the first SOI pattern, the second SOI pattern, the first metal pattern, and the second metal pattern;
Forming a second metal film on the SOI substrate;
Forming a fourth resist pattern having a fourth opening in which an upper portion of the first SOI pattern, the second SOI pattern, the first metal pattern, and the second metal pattern is exposed;
A third metal pattern is formed on the first opening and the first metal pattern in the fourth opening by plating, and a fourth metal pattern is formed on the second SOI pattern and the second metal pattern. Process,
Etching the second metal film using the third metal pattern and the fourth metal pattern as a mask to form a thermocouple including the first SOI pattern, the first metal pattern, and the third metal pattern;
The first insulating film and the second insulating film are removed to form a movable part composed of the second SOI pattern, the second metal pattern, and the fourth metal pattern, and the movable part and the third SOI pattern. And a step of forming a capacitor. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising:
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