JP2508928B2 - 半導体加速度センサの製造方法 - Google Patents
半導体加速度センサの製造方法Info
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- JP2508928B2 JP2508928B2 JP3045217A JP4521791A JP2508928B2 JP 2508928 B2 JP2508928 B2 JP 2508928B2 JP 3045217 A JP3045217 A JP 3045217A JP 4521791 A JP4521791 A JP 4521791A JP 2508928 B2 JP2508928 B2 JP 2508928B2
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- acceleration sensor
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
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- Pressure Sensors (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は半導体加速度センサの
製造方法に関するものである。
製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体加速度センサにおいては、
単結晶シリコンチップに薄肉の梁部が形成され、この梁
部にピエゾ抵抗層が形成されている。そして、この梁部
の形成には、ＫＯＨ等を用いた異方性エッチング法が用
いられており、これにより非常に高精度な加工が可能と
なる。
単結晶シリコンチップに薄肉の梁部が形成され、この梁
部にピエゾ抵抗層が形成されている。そして、この梁部
の形成には、ＫＯＨ等を用いた異方性エッチング法が用
いられており、これにより非常に高精度な加工が可能と
なる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、異方性
エッチングでは梁部の根元部でのエッジ部分には応力集
中が起こりやすく強度が確保できないと言う欠点があっ
た。特に、１Ｇ以下の微少加速度を検知する半導体加速
度センサにおいては、感度を上げるために梁部の厚さを
極力薄くする必要があるため、梁部が非常に弱く製造歩
留りが低くなっていた。
エッチングでは梁部の根元部でのエッジ部分には応力集
中が起こりやすく強度が確保できないと言う欠点があっ
た。特に、１Ｇ以下の微少加速度を検知する半導体加速
度センサにおいては、感度を上げるために梁部の厚さを
極力薄くする必要があるため、梁部が非常に弱く製造歩
留りが低くなっていた。
【０００４】この発明の目的は、半導体チップの梁部の
強度が高く高感度な半導体加速度センサを製造できる半
導体加速度センサの製造方法を提供することにある。
強度が高く高感度な半導体加速度センサを製造できる半
導体加速度センサの製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明は、単結晶半導
体チップの一部を、ピエゾ抵抗層が形成された薄肉の梁
部とするために異方性エッチングを行った後に、単結晶
半導体チップに１．０〜２．０μｍの等方性エッチング
を施したことを特徴とする半導体加速度センサの製造方
法をその要旨とするものである。
体チップの一部を、ピエゾ抵抗層が形成された薄肉の梁
部とするために異方性エッチングを行った後に、単結晶
半導体チップに１．０〜２．０μｍの等方性エッチング
を施したことを特徴とする半導体加速度センサの製造方
法をその要旨とするものである。
【０００６】
【作用】単結晶半導体チップの一部を、ピエゾ抵抗層が
形成された薄肉の梁部とするための異方性エッチングが
行われた後に、単結晶半導体チップに１．０〜２．０μ
ｍの等方性エッチングが施される。その結果、梁部の根
元部でのエッジ部分が丸くなり、応力集中が起こり難い
ものとなり、破断部が根元から離間した部分に変更され
る。
形成された薄肉の梁部とするための異方性エッチングが
行われた後に、単結晶半導体チップに１．０〜２．０μ
ｍの等方性エッチングが施される。その結果、梁部の根
元部でのエッジ部分が丸くなり、応力集中が起こり難い
ものとなり、破断部が根元から離間した部分に変更され
る。
【０００７】
【実施例】以下、この発明を具体化した一実施例を図面
に従って説明する。図１には、カンパッケージした半導
体加速度センサ１を示す。図２には半導体加速度センサ
１の単結晶シリコンチップ２の下面図（図１でのＸ方向
から見た図）を、図３には単結晶シリコンチップ２の平
面図（図１でのＹ方向から見た図）を示す。この単結晶
シリコンチップ２は片持ち梁構造となっている。即ち、
四角環状の基部３に対しその環内部に薄肉の梁部４が形
成され、さらに梁部４の先端部に厚肉の重り部５が形成
されている。又、梁部４には４つのピエゾ抵抗層６，
７，８，９が形成され、ピエゾ抵抗層６〜９にてブリッ
ジ回路が形成されている。
に従って説明する。図１には、カンパッケージした半導
体加速度センサ１を示す。図２には半導体加速度センサ
１の単結晶シリコンチップ２の下面図（図１でのＸ方向
から見た図）を、図３には単結晶シリコンチップ２の平
面図（図１でのＹ方向から見た図）を示す。この単結晶
シリコンチップ２は片持ち梁構造となっている。即ち、
四角環状の基部３に対しその環内部に薄肉の梁部４が形
成され、さらに梁部４の先端部に厚肉の重り部５が形成
されている。又、梁部４には４つのピエゾ抵抗層６，
７，８，９が形成され、ピエゾ抵抗層６〜９にてブリッ
ジ回路が形成されている。
【０００８】図４〜図８には半導体加速度センサの製造
工程を示す。まず、図４に示すように、板状の単結晶シ
リコンチップ２を用意し、その上面の所定領域に不純物
を添加して４つのピエゾ抵抗層６，７，８，９（図３参
照）を形成する。そして、この単結晶シリコンチップ２
の下面の全面にプラズマ・シリコン窒化膜１０を形成
し、さらに、図５に示すように、シリコン窒化膜１０を
ホトエッチングにより片持ち梁形成のためにパターン化
する。次に、図６に示すように、単結晶シリコンチップ
２におけるエッチングしたくない領域をセラミック板１
１とワックス１２にて覆い、シリコン窒化膜１０をマス
クとしてＫＯＨ水溶液等の異方性エッチング液にて単結
晶シリコンチップ２をエッチングする。その結果、単結
晶シリコンチップ２に凹部１３が四角環状に形成され、
その一部が薄肉の梁部４となる。
工程を示す。まず、図４に示すように、板状の単結晶シ
リコンチップ２を用意し、その上面の所定領域に不純物
を添加して４つのピエゾ抵抗層６，７，８，９（図３参
照）を形成する。そして、この単結晶シリコンチップ２
の下面の全面にプラズマ・シリコン窒化膜１０を形成
し、さらに、図５に示すように、シリコン窒化膜１０を
ホトエッチングにより片持ち梁形成のためにパターン化
する。次に、図６に示すように、単結晶シリコンチップ
２におけるエッチングしたくない領域をセラミック板１
１とワックス１２にて覆い、シリコン窒化膜１０をマス
クとしてＫＯＨ水溶液等の異方性エッチング液にて単結
晶シリコンチップ２をエッチングする。その結果、単結
晶シリコンチップ２に凹部１３が四角環状に形成され、
その一部が薄肉の梁部４となる。
【０００９】この異方性エッチングを行うと、図７に一
点鎖線で示すように、梁部４の周辺でのエッジ部（図７
にＰ１，Ｐ２で示す）は尖っている。次に、単結晶シリ
コンチップ２を水洗した後、単結晶シリコンチップ２を
等方性エッチング液に所定時間浸漬して、図７に実線で
示すように、所定の深さのエッチングを行う。本実施例
では、等方性エッチング液として、フッ酸、硝酸、酢酸
の混合液を使用している。又、等方性エッチングの深さ
の調整はエッチング液への浸漬時間を調整することによ
り行われる。さらに、等方性エッチングの深さは、後述
するように、１．０μｍ〜２．０μｍが好ましいもので
ある。その後、シリコンチップ２の水洗を行う。
点鎖線で示すように、梁部４の周辺でのエッジ部（図７
にＰ１，Ｐ２で示す）は尖っている。次に、単結晶シリ
コンチップ２を水洗した後、単結晶シリコンチップ２を
等方性エッチング液に所定時間浸漬して、図７に実線で
示すように、所定の深さのエッチングを行う。本実施例
では、等方性エッチング液として、フッ酸、硝酸、酢酸
の混合液を使用している。又、等方性エッチングの深さ
の調整はエッチング液への浸漬時間を調整することによ
り行われる。さらに、等方性エッチングの深さは、後述
するように、１．０μｍ〜２．０μｍが好ましいもので
ある。その後、シリコンチップ２の水洗を行う。
【００１０】さらに、図８に示すように、単結晶シリコ
ンチップ２の表面の全面にホトレジスト１４を塗布し、
このレジスト１４をホトリソグラフィにより片持ち梁形
成のためにパターン化する。そして、単結晶シリコンチ
ップ２におけるエッチングしたくない領域をセラミック
板１５とワックス１６にて覆い、等方性エッチングを行
う。その結果、単結晶シリコンチップ２における梁部４
を除く領域での凹部１３に到る溝１７が形成され（図３
参照）、片持ち梁が形成される。
ンチップ２の表面の全面にホトレジスト１４を塗布し、
このレジスト１４をホトリソグラフィにより片持ち梁形
成のためにパターン化する。そして、単結晶シリコンチ
ップ２におけるエッチングしたくない領域をセラミック
板１５とワックス１６にて覆い、等方性エッチングを行
う。その結果、単結晶シリコンチップ２における梁部４
を除く領域での凹部１３に到る溝１７が形成され（図３
参照）、片持ち梁が形成される。
【００１１】ここで、単結晶シリコンチップ２の梁部４
の厚みは数μｍ〜数１０μｍであり、単結晶シリコンチ
ップ２の基部３及び重り部５の厚みは数１００μｍであ
る。さらに、このような単結晶シリコンチップ２を図１
に示すように台座１８上に載置した状態でカン１９内に
収納するとともに、単結晶シリコンチップ２をシリコー
ンオイル２０に浸漬させる。
の厚みは数μｍ〜数１０μｍであり、単結晶シリコンチ
ップ２の基部３及び重り部５の厚みは数１００μｍであ
る。さらに、このような単結晶シリコンチップ２を図１
に示すように台座１８上に載置した状態でカン１９内に
収納するとともに、単結晶シリコンチップ２をシリコー
ンオイル２０に浸漬させる。
【００１２】そして、加速度測定の際には、半導体加速
度センサに対し加速度が加わると片持ち梁の梁部４の根
元部を支点として変位し、梁部４上に歪みが発生する。
すると、ピエゾ抵抗層６〜９にて形成されたブリッジ回
路からピエゾ抵抗値の変化に基づくブリッジ出力が得ら
れる。又、加速度が加わっているときには、カン１９内
のシリコーンオイル２０により共振周波数を低くして高
周波の加速度で片持ち梁が破損するのが防止される。
度センサに対し加速度が加わると片持ち梁の梁部４の根
元部を支点として変位し、梁部４上に歪みが発生する。
すると、ピエゾ抵抗層６〜９にて形成されたブリッジ回
路からピエゾ抵抗値の変化に基づくブリッジ出力が得ら
れる。又、加速度が加わっているときには、カン１９内
のシリコーンオイル２０により共振周波数を低くして高
周波の加速度で片持ち梁が破損するのが防止される。
【００１３】図９には等方性エッチングにて単結晶シリ
コンチップ２を１μｍエッチングしたものと等方性エッ
チングを行わないものでの片持ち梁の強度を示す。この
図から、等方性エッチングを行うと、等方性エッチング
を行わない場合に比べ約２倍の強度向上が認められた。
これは、図７に示すように、単結晶シリコンチップ２の
梁部４の根元でのエッジ部分Ｐ2 が丸くなり応力集中が
起こり難くなったためである。
コンチップ２を１μｍエッチングしたものと等方性エッ
チングを行わないものでの片持ち梁の強度を示す。この
図から、等方性エッチングを行うと、等方性エッチング
を行わない場合に比べ約２倍の強度向上が認められた。
これは、図７に示すように、単結晶シリコンチップ２の
梁部４の根元でのエッジ部分Ｐ2 が丸くなり応力集中が
起こり難くなったためである。
【００１４】さらに、図１０には等方性エッチングを行
ったことによる梁の強度向上率と、エッチング量（深
さ）との関係を調べた結果を示す。この測定の際には、
図１１に示す組成の等方性エッチング液を用いた。つま
り、容量比で、フッ酸：硝酸：酢酸＝２：４５：３を用
いた。図１０から、例えば、０．５μｍのエッチング量
で１．７倍の強度向上を得た。さらに、強度向上率が
１．５倍以上であれば工程内（製造工程での作業時）の
不良率をほぼ０％にできるので、エッチング量を０．２
５μｍ以上とすればよいが、エッチングのバラツキを考
慮して０．５μｍ以上とする必要があることが分かっ
た。又、エッチング量が２μｍ以上では強度向上はほぼ
飽和となり、エッチングバラツキにより梁部４の厚みの
精度は悪化するため、エッチング量の上限を２μｍ以下
とする。このようにして、最適なる等方性エッチング量
が、０．５〜２．０μｍであることが判明した。
ったことによる梁の強度向上率と、エッチング量（深
さ）との関係を調べた結果を示す。この測定の際には、
図１１に示す組成の等方性エッチング液を用いた。つま
り、容量比で、フッ酸：硝酸：酢酸＝２：４５：３を用
いた。図１０から、例えば、０．５μｍのエッチング量
で１．７倍の強度向上を得た。さらに、強度向上率が
１．５倍以上であれば工程内（製造工程での作業時）の
不良率をほぼ０％にできるので、エッチング量を０．２
５μｍ以上とすればよいが、エッチングのバラツキを考
慮して０．５μｍ以上とする必要があることが分かっ
た。又、エッチング量が２μｍ以上では強度向上はほぼ
飽和となり、エッチングバラツキにより梁部４の厚みの
精度は悪化するため、エッチング量の上限を２μｍ以下
とする。このようにして、最適なる等方性エッチング量
が、０．５〜２．０μｍであることが判明した。
【００１５】尚、図１０における等方性エッチング量の
測定は、図１２に示すように単結晶シリコンチップ２を
用意しその一部をマスクした状態でセンサ製造時と同じ
エッチング条件にてエッチングを行い、表面段差計によ
りその段差δを測定することによりエッチング量を求め
た。さらに、この等方性エッチングを施さない単結晶シ
リコンチップでの破断部位での状態を図１３に、又、等
方性エッチングを施したものの破断部位の状態を図１４
に示す、図１３に示す等方性エッチングを施さないシリ
コンチップにおいては梁部４の根元部から破断している
が、図１４に示す等方性エッチングを施したシリコンチ
ップにおいては根元より離れた位置で破断しており、破
断位置が異なることが分かった。図１５には等方性エッ
チング量と、二種類の破断状態（根元での破断、根元か
ら離れた位置での破断）の比率を示す。この図１５か
ら、１．０μｍ以上の等方性エッチングを行うと、根元
から離れた位置での破断となることが分かった。従っ
て、１．０μｍ以上の等方性エッチングを行うと、破断
部を根元から離間した部分に変更できるため、破壊強度
を梁部の厚さ等の梁形状によって決まる破壊強度にする
ことができ、梁部の破壊強度を設計通りにできるととも
に、等方性エッチングを行わない場合に比べて、梁部の
破壊強度を向上させることができる。尚、図１３，１４
は、破断部のスケッチである。
測定は、図１２に示すように単結晶シリコンチップ２を
用意しその一部をマスクした状態でセンサ製造時と同じ
エッチング条件にてエッチングを行い、表面段差計によ
りその段差δを測定することによりエッチング量を求め
た。さらに、この等方性エッチングを施さない単結晶シ
リコンチップでの破断部位での状態を図１３に、又、等
方性エッチングを施したものの破断部位の状態を図１４
に示す、図１３に示す等方性エッチングを施さないシリ
コンチップにおいては梁部４の根元部から破断している
が、図１４に示す等方性エッチングを施したシリコンチ
ップにおいては根元より離れた位置で破断しており、破
断位置が異なることが分かった。図１５には等方性エッ
チング量と、二種類の破断状態（根元での破断、根元か
ら離れた位置での破断）の比率を示す。この図１５か
ら、１．０μｍ以上の等方性エッチングを行うと、根元
から離れた位置での破断となることが分かった。従っ
て、１．０μｍ以上の等方性エッチングを行うと、破断
部を根元から離間した部分に変更できるため、破壊強度
を梁部の厚さ等の梁形状によって決まる破壊強度にする
ことができ、梁部の破壊強度を設計通りにできるととも
に、等方性エッチングを行わない場合に比べて、梁部の
破壊強度を向上させることができる。尚、図１３，１４
は、破断部のスケッチである。
【００１６】このように本実施例では、単結晶シリコン
チップ２（単結晶半導体チップ）の一部をピエゾ抵抗層
６〜９が形成された薄肉の梁部４とするために異方性エ
ッチングを行った後に、単結晶シリコンチップ２に０．
５μｍ〜２．０μｍの等方性エッチングを施した。その
結果、梁部４の根元部でのエッジ部分が丸くなり、応力
集中が起こり難いものとなり、単結晶シリコンチップ２
の梁部４の強度が高く高感度な半導体加速度センサを製
造できることとなる。つまり、異方性エッチング液にて
単結晶シリコンチップをエッチングしただけでは梁部の
根元部が非常に破損しやすく、特に、１Ｇ以下の微少加
速度検出用センサでは梁部の厚さを２０μｍ前後まで薄
くするため非常に弱く製造歩留りが低くなっていたが、
本実施例のように等方性エッチングを施すことにより梁
部の強度を向上させることができる。
チップ２（単結晶半導体チップ）の一部をピエゾ抵抗層
６〜９が形成された薄肉の梁部４とするために異方性エ
ッチングを行った後に、単結晶シリコンチップ２に０．
５μｍ〜２．０μｍの等方性エッチングを施した。その
結果、梁部４の根元部でのエッジ部分が丸くなり、応力
集中が起こり難いものとなり、単結晶シリコンチップ２
の梁部４の強度が高く高感度な半導体加速度センサを製
造できることとなる。つまり、異方性エッチング液にて
単結晶シリコンチップをエッチングしただけでは梁部の
根元部が非常に破損しやすく、特に、１Ｇ以下の微少加
速度検出用センサでは梁部の厚さを２０μｍ前後まで薄
くするため非常に弱く製造歩留りが低くなっていたが、
本実施例のように等方性エッチングを施すことにより梁
部の強度を向上させることができる。
【００１７】
【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
１．０μｍ以上の等方性エッチングを行うことにより、
破断部を根元から離間した部分に変更できるため、破壊
強度を梁部の厚さ等の梁形状によって決まる破壊強度に
することができ、梁部の破壊強度を設計通りにできると
ともに、等方性エッチングを行わない場合に比べて、梁
部の破壊強度を向上させることができる。このことによ
り、半導体チップの梁部の強度が高く高感度な半導体加
速度センサを製造できる優れた効果を奏する。
１．０μｍ以上の等方性エッチングを行うことにより、
破断部を根元から離間した部分に変更できるため、破壊
強度を梁部の厚さ等の梁形状によって決まる破壊強度に
することができ、梁部の破壊強度を設計通りにできると
ともに、等方性エッチングを行わない場合に比べて、梁
部の破壊強度を向上させることができる。このことによ
り、半導体チップの梁部の強度が高く高感度な半導体加
速度センサを製造できる優れた効果を奏する。
【図１】カンパッケージした半導体加速度センサを示す
図である。
図である。
【図２】半導体加速度センサのシリコンチップの下面図
である。
である。
【図３】シリコンチップの平面図である。
【図４】製造工程を示す図である。
【図５】製造工程を示す図である。
【図６】製造工程を示す図である。
【図７】製造工程を示す図である。
【図８】製造工程を示す図である。
【図９】梁部の肉厚と破壊印加荷重との関係を示す図で
ある。
ある。
【図１０】エッチング量と破断強度向上率との関係を示
す図である。
す図である。
【図１１】等方性エッチング液の組成を示す図である。
【図１２】エッチング量の測定方法を説明するための図
である。
である。
【図１３】破断部位状態を示すスケッチである。
【図１４】破断部位状態を示すスケッチである。
【図１５】エッチング量と破断状態占有率との関係を示
す図である。
す図である。
２ 単結晶半導体チップとしての単結晶シリコンチップ ４ 梁部 ６〜９ ピエゾ抵抗層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−97572（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−9574（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−60270（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−225180（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−159769（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−211674（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−34074（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】 単結晶半導体チップの一部を、ピエゾ抵
抗層が形成された薄肉の梁部とするために異方性エッチ
ングを行った後に、単結晶半導体チップに１．０〜２．
０μｍの等方性エッチングを施したことを特徴とする半
導体加速度センサの製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3045217A JP2508928B2 (ja) | 1991-03-11 | 1991-03-11 | 半導体加速度センサの製造方法 |
| US07/848,721 US5223086A (en) | 1991-03-11 | 1992-03-09 | Method of producing an acceleration sensor of a semiconductor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3045217A JP2508928B2 (ja) | 1991-03-11 | 1991-03-11 | 半導体加速度センサの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04282870A JPH04282870A (ja) | 1992-10-07 |
| JP2508928B2 true JP2508928B2 (ja) | 1996-06-19 |
Family
ID=12713105
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3045217A Expired - Lifetime JP2508928B2 (ja) | 1991-03-11 | 1991-03-11 | 半導体加速度センサの製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5223086A (ja) |
| JP (1) | JP2508928B2 (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2831195B2 (ja) * | 1992-03-25 | 1998-12-02 | 富士電機株式会社 | 半導体加速度センサ |
| US5665915A (en) * | 1992-03-25 | 1997-09-09 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor capacitive acceleration sensor |
| JP3426295B2 (ja) * | 1992-09-25 | 2003-07-14 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | 電子装置を検査する方法および装置 |
| US5949118A (en) | 1994-03-14 | 1999-09-07 | Nippondenso Co., Ltd. | Etching method for silicon substrates and semiconductor sensor |
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