JP3399660B2 - 表面型の加速度センサの製造方法 - Google Patents
表面型の加速度センサの製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、シリコン基板の表面側
に形成された薄膜をエッチングすることによって製造さ
れる、表面型の加速度センサの製造方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、自動車におけるＡＢＳ（アンチロ
ックブレーキシステム）、エアバッグシステム、サスペ
ンションコントロールシステム等に利用される加速度セ
ンサとして、例えば図２３に示されるバルク型の歪みゲ
ージ式加速度センサ４０が知られている。 【０００３】このタイプの加速度センサ４０は、直方体
状をした面方位（１００）のシリコン単結晶基板４１の
バルクを、その表面及び裏面の双方から選択的にエッチ
ング（結晶異方性エッチング）することによって製造さ
れる。エッチングによって形成されたカンチレバー構造
部４２は、片持ち梁４３とマス部４４とによって構成さ
れている。マス部４４は、おもりの役割を果たすもので
あり、前記片持ち梁４３の先端に配置されている。片持
ち梁４３の上面には、複数の歪みゲージ４５が形成され
ている。従って、この加速度センサ４０に加速度が印加
すると、マス部４４が所定の方向に変位し、片持ち梁４
３に湾曲が生じる。このとき、片持ち梁４３の上面に形
成された歪みゲージ４５に歪みが生じる結果、いわゆる
シリコンのピエゾ抵抗効果によって、歪みゲージ４５の
抵抗値が増加または減少する。そして、この抵抗値の変
化を検出することによって、加速度が検知される。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の加速
度センサ４０の場合、所定の検出感度を得るためには、
少なくとも厚さｔが２００μｍ〜３００μｍのシリコン
単結晶基板４１を使用して、ある程度肉厚なマス部４４
を形成する必要がある。 【０００５】しかし、肉厚なシリコン単結晶基板４１を
裏面側からエッチングするときには、異方性エッチング
の特性（即ち、(111) 面に沿った開口角θ=125.26 °の
エッチング穴が形成されること）を考慮して、開口部ａ
の寸法をある程度大きく設定しなければならない。これ
に伴ってチップの幅Ｗも大きくなり、加速度センサ４０
全体の小型化が充分に図れないという問題があった。 【０００６】また、図２４に示されるように、バルク型
の加速度センサ４０は、通常、シリコン単結晶基板４１
の裏面に塗布されたダイボンド材４６を介して別の基板
４７上に接合される。この場合、マス部４４を変位可能
な状態にするためには、マス部４４へのダイボンド材４
６の付着や、マス部４４と基板４７との接触を回避させ
ておく必要がある。しかし、そのためにはシリコン単結
晶基板４１の裏面に台座４８を配置する必要があり、加
速度センサ４０の実装作業が煩雑であった。 【０００７】上記のバルク型の加速度センサ４０とは別
のタイプのセンサとして、シリコン基板の表面側に形成
された薄膜をエッチングすることによって製造される、
いわゆる表面型の加速度センサが知られている。例えば
特公平４−７１３４４号公報には、この種の加速度セン
サを「陽極化成」によって製造する方法が開示されてい
る。その概要を以下に簡単に記す。 【０００８】まずｐ型単結晶シリコン基板の一部を陽極
化成し、多孔質シリコン層を形成する。次に、その表面
にｐ型の単結晶シリコン層をエピタキシャル成長させ
る。次にそのエピタキシャル成長層の一部を除去し、そ
こから露出した多孔質シリコン層を酸化させる。次にエ
ピタキシャル成長層上面の所定部分に、ｎ型の拡散歪み
ゲージを形成する。次に酸化された多孔質シリコン層を
ふっ酸でエッチングし、エピタキシャル成長層の下部に
空洞部を形成する。最後に前記拡散歪みゲージに電極を
形成して、表面型の加速度センサを完成させる。 【０００９】ところが、この製造方法には次の〜に
記す問題点があった。即ち、ｐ型単結晶シリコン基板
上にＳｉ3 Ｎ4 マスクを配置し、その開口部を陽極化成
するという方法が採られているため、陽極化成部の大き
さや深さにばらつきが生じやすい。従って、処理温度や
処理時間等を厳密に設定する必要がある。ポーラスな
多孔質シリコン上へのエピタキシャル成長層の形成は、
極めて困難である。エピタキシャル成長層がｐ型であ
るため、拡散歪みゲージをｎ型にする必要がある。この
場合、拡散歪みゲージがｐ型であるときに比べてゲージ
ファクターが小さくなり、所望の検出感度が得られな
い。陽極化成部をエッチングした後に配線パターンの
形成が行われるため、フォトリソグラフィ工程を実施す
るときに空洞部内にレジストが入り込む。このため、レ
ジストを除去する作業が必要になる。 【００１０】また、上記の特公平４−７１３４４号公報
の加速度センサに限られず、表面型の加速度センサの場
合、一般的に大きなマス部を形成することが難しかっ
た。そのため、バルク型と同等の検出感度を備えた表面
型の加速度センサの登場が望まれていた。 【００１１】 【００１２】本発明は上記の課題を解消するためになさ
れたものであり、その目的は、上記の優れた表面型の加
速度センサを製造する際の工程簡略化及び作業容易化を
達成することができる表面型の加速度センサの製造方法
を提供することにある。 【００１３】 【００１４】 【００１５】 【００１６】 【００１７】 【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、不純物添加によって、ｐ型単結晶シリコン基板の表
面側の所定領域に第１のｐ型シリコン層を形成する工程
と、前記ｐ型単結晶シリコン基板の上面にｎ型単結晶シ
リコンからなる第１のエピタキシャル成長層を形成する
ことによって、同エピタキシャル成長層内に前記第１の
ｐ型シリコン層を埋め込む工程と、不純物添加によっ
て、前記第１のエピタキシャル成長層の所定領域に第２
のｐ型シリコン層を形成する工程と、前記第１のエピタ
キシャル成長層の上面にｎ型単結晶シリコンからなる第
２のエピタキシャル成長層を形成することによって、同
エピタキシャル成長層内に前記第２のｐ型シリコン層を
埋め込む工程と、不純物添加によって、埋め込まれた前
記第２のｐ型シリコン層の上面に部分的に開口部形成用
のｐ型シリコン層を形成する工程と、前記エピタキシャ
ル成長層の上面にｐ型シリコンからなる歪みゲージを形
成する工程と、前記歪みゲージに接続する配線パターン
を形成した後、その配線パターンを覆うパッシベーショ
ン膜を形成する工程と、前記パッシベーション膜の上面
にエッチングレジストを形成した状態で陽極化成処理を
行うことによって、前記各ｐ型シリコン層を多孔質シリ
コン層に変化させる工程と、前記多孔質シリコン層をア
ルカリエッチングによって除去することにより、同多孔
質シリコン層があった部分を空洞化する工程とからなる
表面型の加速度センサの製造方法をその要旨とする。 【００１８】 【００１９】 【作用】請求項１に記載の発明によると、所定領域にあ
らかじめｐ型シリコン層を形成した後、そのｐ型シリコ
ン層を陽極化成するにことにより、当該部分に多孔質シ
リコン層が形成される。そして、この多孔質シリコン層
に対してアルカリエッチングを行うことにより、多孔質
シリコン層のみが選択的にエッチングされ、エピタキシ
ャル成長層に空洞部及びカンチレバー構造部が形成され
る。また、エピタキシャル成長層が２層であるため、よ
り複雑なカンチレバー構造部が形成される。 【００２０】 【実施例】 〔実施例１〕以下、本発明を具体化した実施例１を図１
〜図１１に基づき詳細に説明する。 【００２１】図１，図２には、本実施例の表面型の加速
度センサ１の構成が概略的に示されている。面方位（１
１０）のｐ型シリコン単結晶基板（以下、単にシリコン
基板と呼ぶ。）２の表面側中央部には、多孔質化された
ｐ型シリコンからなる層をアルカリエッチングすること
によって得られる略正方形状の凹部３が形成されてい
る。この凹部３は、略コ字状の開口部４を有する。この
凹部３内には、カンチレバー構造部としての片持ち梁５
が上下方向に変位可能に配置されている。この片持ち梁
５は、主としてｎ型単結晶シリコンのエピタキシャル成
長層６によって構成されている。片持ち梁５の基端部上
面には、不純物添加によってｐ型シリコンからなる拡散
歪みゲージ７が４つ形成されている。 【００２２】エピタキシャル成長層６の上面には、層間
絶縁層として薄い酸化膜（ＳｉＯ2膜）８が形成されて
いる。この酸化膜８の上面には、スパッタリングや真空
蒸着等の物理的成膜法によって、配線パターン９及びボ
ンディングパッド１０が形成されている。また、前記酸
化膜８の所定部分、即ち拡散歪みゲージ７の両端上側と
なる部分には、層間接続用のコンタクトホール１１が形
成されている。コンタクトホール１１は、配線パターン
９とその下層にある拡散歪みゲージ７とを電気的に接続
している。そして、これらの配線パターン９は、シリコ
ン基板２の外縁部上面に配置されたボンディングパッド
１０にそれぞれ電気的に接続されている。酸化膜８の上
面には、表層における絶縁を図るための薄いパッシベー
ション膜１２が、上記の物理的成膜法によって形成され
ている。前記パッシベーション膜１２の所定部分に設け
られた開口部からは、ボンディングパッド１０が露出さ
れている。 【００２３】図３には、加速度センサ１を別の基板（マ
ザーボード）１３に実装した状態が示されている。即
ち、シリコン基板２の裏面には全体的にダイボンド材１
４が塗布され、そのダイボンド材１４を介してシリコン
基板２とマザーボード１３とが接合される。そして、シ
リコン基板２側のボンディングパッド１０とマザーボー
ド１３側のボンディングパッド１５とは、ワイヤボンデ
ィング１６を介して電気的に接続される。なお、前記マ
ザーボード１３には、加速度センサ１からの出力電圧に
基づいて加速度を求めるための信号処理回路が形成され
ている。 【００２４】また、本実施例において各部の寸法は以下
の通りである。即ち、シリコン基板２（ただし、エピタ
キシャル成長層６を含む。）の幅Ｗ及び厚さｔは、約５
００μｍ，約５００μｍ〜１０００μｍである。片持ち
梁５の厚さ、幅及び長さは、それぞれ約１０μｍ，約２
００μｍ，約３００μｍである。片持ち梁５の底面と凹
部３の内底面との間のクリアランスは約１０μｍであ
る。酸化膜８の厚さ及びパッシベーション膜１２の厚さ
は、それぞれ約１μｍ，約１μｍである。 【００２５】図４には、拡散歪みゲージ７（詳細には拡
散歪み抵抗Ｒ1 〜Ｒ4 ）の等価回路が示されている。ブ
リッジ接続された４つの拡散歪み抵抗Ｒ1 〜Ｒ4 のう
ち、拡散歪み抵抗Ｒ1 ，Ｒ4 間のノードは、電源電圧Ｖ
ccの供給用のボンディングパッド１０に接続されてい
る。一方、拡散歪み抵抗Ｒ2 ，Ｒ3 間のノードは、接地
用のボンディングパッド１０に接続されている。拡散歪
み抵抗Ｒ3 ，Ｒ4 間のノードは、２つある出力用のボン
ディングパッド１０のうちの一方に接続されている。拡
散歪み抵抗Ｒ1 ，Ｒ2 間のノードは、出力用のボンディ
ングパッド１０のうちの他方に接続されている。なお、
図２には、片持ち梁５における各拡散歪み抵抗Ｒ1 〜Ｒ
4 のレイアウトが概略的に示されている。即ち、各拡散
歪み抵抗Ｒ1〜Ｒ4 は、Ｒ1 ，Ｒ2 ，Ｒ4 ，Ｒ3 の順に
ほぼ一直線上に配置されている。Ｒ1，Ｒ3 の長手方向
は、片持ち梁５の延びる方向と平行な関係にある。一
方、Ｒ2，Ｒ4 の長手方向は、片持ち梁５の延びる方向
と垂直な関係にある。従って、前者Ｒ1 ，Ｒ3 は〔１１
０〕方向に延び、後者Ｒ2 ，Ｒ4 は〔１バー，１バー，
０〕方向に延びている。 【００２６】この加速度センサ１に図１の矢印Ａ1 の方
向から加速度が印加すると、片持ち梁５が全体的に下方
に変位し、片持ち梁５の基端部に湾曲が生じる。このと
き、拡散歪みゲージ７（拡散歪み抵抗Ｒ1 〜Ｒ4 ）に歪
みが生じる結果、シリコンのピエゾ抵抗効果によって各
拡散歪みゲージ７の抵抗値が増加または減少する。そし
て、この抵抗値の変化を検出することによって、加速度
が検知される。 【００２７】次に、本実施例の加速度センサ１の製造手
順を図５〜図１１に基づいて説明する。まず、図５に示
されるように、直方体状をした面方位（１１０）のｐ型
単結晶シリコン基板２を用意し、このシリコン基板２の
表面に図示しないマスクを形成する。次いで、前記シリ
コン基板２に対してイオン注入等によってほう素を打ち
込み、さらにそのほう素を熱拡散させる。この結果、図
６に示されるように、シリコン基板２のほぼ中央部にｐ
型シリコン層２１が形成される。 【００２８】次に、図７に示されるように、ｐ型シリコ
ン層２１が形成されたシリコン基板２の上面に、気相成
長によってｎ型単結晶シリコンからなるエピタキシャル
成長層６を形成する。その結果、エピタキシャル成長層
６内にｐ型シリコン層２１が埋め込まれた状態となる。
この後、エピタキシャル成長層６が形成されたシリコン
基板２の表面に、図示しないマスクを形成する。さら
に、フォトエッチングによってマスクの所定領域に略コ
字状の開口部を形成する。 【００２９】次に、前記シリコン基板２に対してイオン
注入等によってほう素を打ち込み、さらにそのほう素を
熱拡散させる。この結果、図８に示されるように、エピ
タキシャル成長層６に、略コ字状をした開口部形成用の
ｐ型シリコン層２２が形成される。このｐ型シリコン層
２２は、埋め込まれているｐ型シリコン層２１の深さま
で到達する。 【００３０】次に、シリコン基板２のエピタキシャル成
長層６の上面に、図示しないマスクを配置する。次い
で、前記シリコン基板２に対してイオン注入等によって
ほう素を打ち込み、さらにそのほう素を熱拡散させる。
この結果、後に片持ち梁５の基端部上面となる部分に、
４つの拡散歪みゲージ７が形成される。次に、前記シリ
コン基板２を酸素中または空気中で加熱することによ
り、その上面に酸化膜８を形成する。次いで、フォトエ
ッチングを行うことによって、図９に示されるように、
酸化膜８の所定部分にコンタクトホール１１を形成す
る。 【００３１】次に、このシリコン基板２に対してＡｌの
スパッタリングまたは真空蒸着を行った後、フォトリソ
グラフィを行うことによって、配線パターン９及びボン
ディングパッド１０を形成する。次いで、ＣＶＤ等によ
ってＳｉＮやＳｉ3 Ｎ4 などを堆積させることにより、
図１０に示されるように、シリコン基板２の上面に配線
パターン９を覆うようなパッシベーション膜１２を形成
する。前記パッシベーション工程において、パッシベー
ション膜１２には、ボンディングパッド１０を露出させ
るための開口部１２ａと、略コ字状の開口部１２ｂとが
形成される。この後、ｐ型シリコン層２２の上面にあた
る酸化膜８を除去することによって、ｐ型シリコン層２
２の上面を露出させる。 【００３２】次いで、パッシベーション膜１２の上面を
全体的にエッチングレジスト２３で被覆する。この後、
図１１に示されるように、フォトリソグラフィによっ
て、ｐ型シリコン層２２の上面にあたる部分に略コ字状
の開口部２４を形成する。そして、シリコン基板２を高
濃度のふっ酸水溶液中に浸漬し、この状態でシリコン基
板２を陽極として電流を流す。前記のような陽極化成に
よってｐ型シリコン層２１，２２の部分のみを選択的に
多孔質化することにより、当該部分を多孔質シリコン層
２５に変化させる。 【００３３】次に、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウ
ムハイドロオキサイド）でアルカリエッチングを行うこ
とによって、多孔質シリコン層２５を異方性エッチング
する。ｐ型シリコン層２１，２２は、陽極化成を経て多
孔質化することにより、アルカリに溶解しやすくなって
いる。その結果、多孔質シリコン層２５があった部分に
空洞部２６が容易に形成される。最後に、不要となった
エッチングレジスト２３を除去すれば、図１に示される
加速度センサ１が得られる。 【００３４】さて、本実施例の加速度センサ１の場合、
カンチレバー構造部である片持ち梁５が、主としてｎ型
単結晶シリコンのエピタキシャル成長層６からなってい
る。このため、エピタキシャル成長層６の上面に、ゲー
ジファクターの大きなｐ型シリコンからなる拡散歪みゲ
ージ７を形成することができる。従って、ｎ型シリコン
からなる拡散歪みゲージを備えた従来の加速度センサに
比較して、より高感度なものにすることができる。ま
た、この加速度センサ１はいわゆる表面型であるため、
シリコン基板２の裏面側からの異方性エッチングを経る
ことなく製造することができる。よって、従来のバルク
型の加速度センサに特有の問題（即ち、(111) 面に沿っ
たエッチング穴が形成されることに伴うチップ幅Ｗの増
大など）も解消される。ゆえに、所定の検出感度を維持
しつつ、加速度センサ１全体の小型化を図ることができ
る。加えて、表面型の加速度センサ１であると、片持ち
梁５がシリコン基板２の底面から露出することがないた
め、ダイボンド材１４の付着やマザーボード１３との接
触という事態も起こらない。従って、台座を配置する必
要もなくなり、加速度センサ１の実装作業が従来に比べ
て容易になる。 【００３５】そして、本実施例の製造方法によると、次
のような作用効果を奏する。第１に、所定領域にあらか
じめｐ型シリコン層２１，２２を形成した後、同層を陽
極化成する方法であるため、シリコン基板２の表面を直
接的に陽極化成する従来方法と比較して、陽極化成部の
形状や深さにばらつきが生じにくい。第２に、ｐ型シリ
コン層２１上にエピタキシャル成長層６を形成する方法
であるため、とりわけ形成が困難であるということもな
い。第３に、パッシベーション工程の完了後に陽極化成
を行う方法であるため、空洞部２６が未形成の状態でエ
ッチングレジスト２３を形成することができる。よっ
て、エッチングレジスト２３の形成が容易になる。換言
すると、空洞部２６内にエッチングレジスト２３が入り
込むことがないため、面倒な除去作業を行う必要もなく
なる。また、アルカリエッチングもパッシベーション工
程の完了後に行なわれるため、配線パターン９やボンデ
ィングパッド１０等がエッチャントに汚染される心配も
ない。以上のようなことから、この製造方法によると、
加速度センサ１を製造する際の工程簡略化及び作業容易
化を達成することができる。 【００３６】さらに、多孔質シリコン層２５を除去する
この製造方法であると、シリコン基板２の面方位に特に
制約を受けないというメリットがある。また、本実施例
の製造方法は、基本的にはバイポーラＩＣの製造プロセ
スに近いものである。従って、加速度センサ１とバイポ
ーラＩＣとを一体化できるというメリットがある。この
ことは、加速度センサ１の小型化や高速化を実現するう
えで好都合である。 〔実施例２〕次に、図１２〜図２２に基づいて実施例２
を説明する。なお、実施例１と同様の構成については同
じ部材番号を付すかわりに、その詳細な説明を省略す
る。 【００３７】図１２（ａ），図１２（ｂ）には、本実施
例の表面型の加速度センサ３１の構成が概略的に示され
ている。面方位（１１０）のｐ型シリコン単結晶基板２
の表面側中央部には、略正方形状の凹部３が形成されて
いる。前記凹部３は、矩形状をした４つの開口部４を有
している。また、この凹部３内には、実施例１とは異な
る形式のカンチレバー構造部が上下方向に変位可能に配
置されている。前記カンチレバー構造部は、４本の梁３
２と、これらの梁３２により支持されたマス部３３とに
よって構成されている。各梁３２は、主としてｎ型単結
晶シリコンからなる第２のエピタキシャル成長層３７に
よって構成されている。各梁３２の上面には、不純物添
加によって、ｐ型シリコンからなる拡散歪みゲージ７が
形成されている。おもりとして機能するマス部３３は、
主としてｎ型単結晶シリコンからなる第１及び第２のエ
ピタキシャル成長層３５，３７によって構成されてい
る。 【００３８】また、本実施例において各部の寸法は以下
の通りである。即ち、シリコン基板２（ただし、エピタ
キシャル成長層３５，３７を含む。）の幅Ｗ及び厚さｔ
は、１０００μｍ，５５０μｍである。第１及び第２の
エピタキシャル成長層３５，３７の厚さは、それぞれ約
１０μｍ，約１０μｍである。その他の寸法については
実施例１と同様である。 【００３９】図１２（ａ）には、梁３２における拡散歪
みゲージ７（各拡散歪み抵抗Ｒ1 〜Ｒ8 ）のレイアウト
が概略的に示されている。各梁３２の上面には、拡散歪
み抵抗Ｒ1 〜Ｒ8 が２つずつ形成されている。各拡散歪
み抵抗Ｒ1 〜Ｒ8 のうち、Ｒ1 とＲ3 ，Ｒ2 とＲ4 ，Ｒ
5 とＲ7 ，Ｒ6 とＲ8 がそれぞれ同じ梁３２上に形成さ
れている。なお、各拡散歪み抵抗Ｒ1 〜Ｒ8 の長手方向
は、いずれも各梁３２の延びる方向（即ち、<111> 方
向）と平行な関係にある。 【００４０】図１３には、拡散歪み抵抗Ｒ1 〜Ｒ8 の等
価回路が示されている。Ｒ1 とＲ2，Ｒ3 とＲ4 ，Ｒ5
とＲ6 ，Ｒ7 とＲ8 は、それぞれ直列に接続されてい
る。さらに、これらの８つの拡散歪み抵抗Ｒ1 〜Ｒ8
は、１つのブリッジを構成している。拡散歪み抵抗Ｒ1
，Ｒ8 間のノードは、電源電圧Ｖccの供給用のボンデ
ィングパッド１０に接続されている。一方、拡散歪み抵
抗Ｒ4 ，Ｒ5 間のノードは、接地用のボンディングパッ
ド１０に接続されている。拡散歪み抵抗Ｒ6 ，Ｒ7 間の
ノードは、２つある出力用のボンディングパッド１０の
うちの一方に接続されている。拡散歪み抵抗Ｒ2 ，Ｒ3
間のノードは、出力用のボンディングパッド１０のうち
の他方に接続されている。 【００４１】この加速度センサ３１に図１２（ｂ）の矢
印Ａ1 の方向から加速度が印加すると、マス部３３が下
方に変位し、各梁３２に湾曲が生じる。このとき、拡散
歪みゲージ７（拡散歪み抵抗Ｒ1 〜Ｒ8 ）に歪みが生じ
る結果、シリコンのピエゾ抵抗効果によって各拡散歪み
ゲージ７の抵抗値が増加または減少する。そして、この
抵抗値の変化を検出することによって、加速度が検知さ
れる。 【００４２】次に、この加速度センサ３１を製造する手
順を図１４〜図２２に基づいて説明する。ここでは、実
施例１との相違点を中心に説明する。まず、図１４に示
されるように、直方体状をした面方位（１１０）のｐ型
単結晶シリコン基板２を用意し、このシリコン基板２の
表面に図示しないマスクを形成する。次いで、実施例１
のときと同様にほう素の不純物拡散を行い、図１５に示
されるように、シリコン基板２のほぼ中央部に第１のｐ
型シリコン層３４を形成する。 【００４３】次に、図１６に示されるように、第１のｐ
型シリコン層３４が形成されたシリコン基板２の上面
に、気相成長によってｎ型単結晶シリコンからなる第１
のエピタキシャル成長層３５を形成する。その結果、エ
ピタキシャル成長層３５内に第１のｐ型シリコン層３４
が埋め込まれた状態となる。この後、エピタキシャル成
長層３５が形成されたシリコン基板２の表面に、図示し
ないマスクを形成する。さらに、フォトエッチングによ
ってマスクの所定領域に略ロ字状の開口部を形成する。
次に、前記シリコン基板２に対するほう素の不純物拡散
によって、図１７に示されるように、略ロ字状の第２の
ｐ型シリコン層３６を形成する。 【００４４】次に、図１８に示されるように、第２のｐ
型シリコン層３６が形成されたシリコン基板２の上面
に、気相成長によってｎ型単結晶シリコンからなる第２
のエピタキシャル成長層３７を形成する。その結果、エ
ピタキシャル成長層３７内に第２のｐ型シリコン層３６
が埋め込まれた状態となる。この後、エピタキシャル成
長層３７が形成されたシリコン基板２の表面に、図示し
ないマスクを形成する。さらに、フォトエッチングによ
ってマスクの所定領域に開口部を４つ形成する。次に、
前記シリコン基板２に対するほう素の不純物拡散によっ
て、図１９に示されるように、開口部形成用のｐ型シリ
コン層２２を４箇所に形成する。このｐ型シリコン層２
２は、埋め込まれている第２のｐ型シリコン層３６の深
さまで到達する。 【００４５】これ以降の製造プロセス（拡散歪みゲージ
７や酸化膜８等の形成、配線・パッシベーション工程、
エッチングレジスト２３の形成、陽極化成、アルカリエ
ッチング）については、実施例１のときと同様に行われ
る（図２０〜図２２参照）。最後に、不要となったエッ
チングレジスト２３を除去すれば、図１２に示される加
速度センサ３１が得られる。 【００４６】さて、本実施例の加速度センサ３１であっ
ても前記実施例１のときと同様の作用効果を奏すること
は明らかである。これに加えて、特にこの製造方法であ
ると、エピタキシャル成長層３５，３７が２層であるこ
とから、複雑な形状の空洞部２６でも比較的容易に形成
することができる。従って、図１２のようにマス部３３
を備えたカンチレバー構造部を形成するうえで好都合で
ある。このため、本実施例によると、バルク型に匹敵す
る検出感度を達成することが可能になる。なお、マス部
３３の厚さや梁３２の厚さは、第１及び第２のエピタキ
シャル成長層３５，３７の厚さ設定により、比較的簡単
に制御することができる。 【００４７】本発明は、例えば次のように変更すること
が可能である。 （１） ｐ型単結晶シリコン基板２として面方位（１１
０）以外の基板、例えば（１１１）基板や（１００）基
板等を使用してもよい。なお、実施例１において（１０
０）基板を使用すれば、より高感度にすることができ
る。 【００４８】（２） ＴＭＡＨ以外のアルカリ系エッチ
ャントとして、例えばＫＯＨ、ヒドラジン、ＥＰＷ（エ
チレンジアミン−ピロカテコール−水）等を使用しても
よい。 【００４９】（３） 配線パターン９及びボンディング
パッド１０を形成する金属材料として、Ａｌのほかに例
えばＡｕ等を選択してもよい。 （４） 実施例２において、梁３２の本数、形状、レイ
アウトは実施例と異なるものでも構わない。即ち、梁３
２の本数は３本以下や５本以上でもよい。また、梁３２
をマス部３３のコーナー部に配置してもよい。 【００５０】（５） 加速度センサ１，３１を製造する
場合、ｎ型単結晶シリコンのエピタキシャル成長層６，
３５，３７に代えて、例えばｎ型の多結晶シリコン層や
アモルファスシリコン層等を形成してもよい。 【００５１】（６） 実施例１，２において例示した拡
散型の歪みゲージ７に代えて、例えばＣｒや多結晶シリ
コン等からなる薄膜歪みゲージを形成してもよい。 （７） 実施例１において、片持ち梁５の先端部下側に
マス部３３を形成してもよい。また、実施例２におい
て、マス部３３を省略した構成としてもよい。 【００５２】（８）シリコン基板２の表面におけるカン
チレバー構造部の周囲のスペースに、信号論理回路等と
して機能するバイポーラＩＣを形成してもよい。 【００５３】 【００５４】なお、本明細書中において使用した技術用
語を次のように定義する。 「カンチレバー構造部： 加速度が印加した時に変位す
る部分を意味し、例えば１つまたは２つ以上の梁によっ
てマス部を支持させたものや、マス部を持たない片持ち
梁のみのもの等をいう。」 「陽極化成： 電解液中で基板を陽極として電流を流す
ことにより、その基板に多孔質層を形成する一括改質加
工をいう。」 【００５５】 【００５６】 【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、上記の
優れた表面型の加速度センサを製造する際の工程簡略化
及び作業容易化を達成することができる。また、マス部
を備えるカンチレバー構造部を比較的容易に形成するこ
とができる。
に形成された薄膜をエッチングすることによって製造さ
れる、表面型の加速度センサの製造方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、自動車におけるＡＢＳ（アンチロ
ックブレーキシステム）、エアバッグシステム、サスペ
ンションコントロールシステム等に利用される加速度セ
ンサとして、例えば図２３に示されるバルク型の歪みゲ
ージ式加速度センサ４０が知られている。 【０００３】このタイプの加速度センサ４０は、直方体
状をした面方位（１００）のシリコン単結晶基板４１の
バルクを、その表面及び裏面の双方から選択的にエッチ
ング（結晶異方性エッチング）することによって製造さ
れる。エッチングによって形成されたカンチレバー構造
部４２は、片持ち梁４３とマス部４４とによって構成さ
れている。マス部４４は、おもりの役割を果たすもので
あり、前記片持ち梁４３の先端に配置されている。片持
ち梁４３の上面には、複数の歪みゲージ４５が形成され
ている。従って、この加速度センサ４０に加速度が印加
すると、マス部４４が所定の方向に変位し、片持ち梁４
３に湾曲が生じる。このとき、片持ち梁４３の上面に形
成された歪みゲージ４５に歪みが生じる結果、いわゆる
シリコンのピエゾ抵抗効果によって、歪みゲージ４５の
抵抗値が増加または減少する。そして、この抵抗値の変
化を検出することによって、加速度が検知される。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の加速
度センサ４０の場合、所定の検出感度を得るためには、
少なくとも厚さｔが２００μｍ〜３００μｍのシリコン
単結晶基板４１を使用して、ある程度肉厚なマス部４４
を形成する必要がある。 【０００５】しかし、肉厚なシリコン単結晶基板４１を
裏面側からエッチングするときには、異方性エッチング
の特性（即ち、(111) 面に沿った開口角θ=125.26 °の
エッチング穴が形成されること）を考慮して、開口部ａ
の寸法をある程度大きく設定しなければならない。これ
に伴ってチップの幅Ｗも大きくなり、加速度センサ４０
全体の小型化が充分に図れないという問題があった。 【０００６】また、図２４に示されるように、バルク型
の加速度センサ４０は、通常、シリコン単結晶基板４１
の裏面に塗布されたダイボンド材４６を介して別の基板
４７上に接合される。この場合、マス部４４を変位可能
な状態にするためには、マス部４４へのダイボンド材４
６の付着や、マス部４４と基板４７との接触を回避させ
ておく必要がある。しかし、そのためにはシリコン単結
晶基板４１の裏面に台座４８を配置する必要があり、加
速度センサ４０の実装作業が煩雑であった。 【０００７】上記のバルク型の加速度センサ４０とは別
のタイプのセンサとして、シリコン基板の表面側に形成
された薄膜をエッチングすることによって製造される、
いわゆる表面型の加速度センサが知られている。例えば
特公平４−７１３４４号公報には、この種の加速度セン
サを「陽極化成」によって製造する方法が開示されてい
る。その概要を以下に簡単に記す。 【０００８】まずｐ型単結晶シリコン基板の一部を陽極
化成し、多孔質シリコン層を形成する。次に、その表面
にｐ型の単結晶シリコン層をエピタキシャル成長させ
る。次にそのエピタキシャル成長層の一部を除去し、そ
こから露出した多孔質シリコン層を酸化させる。次にエ
ピタキシャル成長層上面の所定部分に、ｎ型の拡散歪み
ゲージを形成する。次に酸化された多孔質シリコン層を
ふっ酸でエッチングし、エピタキシャル成長層の下部に
空洞部を形成する。最後に前記拡散歪みゲージに電極を
形成して、表面型の加速度センサを完成させる。 【０００９】ところが、この製造方法には次の〜に
記す問題点があった。即ち、ｐ型単結晶シリコン基板
上にＳｉ3 Ｎ4 マスクを配置し、その開口部を陽極化成
するという方法が採られているため、陽極化成部の大き
さや深さにばらつきが生じやすい。従って、処理温度や
処理時間等を厳密に設定する必要がある。ポーラスな
多孔質シリコン上へのエピタキシャル成長層の形成は、
極めて困難である。エピタキシャル成長層がｐ型であ
るため、拡散歪みゲージをｎ型にする必要がある。この
場合、拡散歪みゲージがｐ型であるときに比べてゲージ
ファクターが小さくなり、所望の検出感度が得られな
い。陽極化成部をエッチングした後に配線パターンの
形成が行われるため、フォトリソグラフィ工程を実施す
るときに空洞部内にレジストが入り込む。このため、レ
ジストを除去する作業が必要になる。 【００１０】また、上記の特公平４−７１３４４号公報
の加速度センサに限られず、表面型の加速度センサの場
合、一般的に大きなマス部を形成することが難しかっ
た。そのため、バルク型と同等の検出感度を備えた表面
型の加速度センサの登場が望まれていた。 【００１１】 【００１２】本発明は上記の課題を解消するためになさ
れたものであり、その目的は、上記の優れた表面型の加
速度センサを製造する際の工程簡略化及び作業容易化を
達成することができる表面型の加速度センサの製造方法
を提供することにある。 【００１３】 【００１４】 【００１５】 【００１６】 【００１７】 【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、不純物添加によって、ｐ型単結晶シリコン基板の表
面側の所定領域に第１のｐ型シリコン層を形成する工程
と、前記ｐ型単結晶シリコン基板の上面にｎ型単結晶シ
リコンからなる第１のエピタキシャル成長層を形成する
ことによって、同エピタキシャル成長層内に前記第１の
ｐ型シリコン層を埋め込む工程と、不純物添加によっ
て、前記第１のエピタキシャル成長層の所定領域に第２
のｐ型シリコン層を形成する工程と、前記第１のエピタ
キシャル成長層の上面にｎ型単結晶シリコンからなる第
２のエピタキシャル成長層を形成することによって、同
エピタキシャル成長層内に前記第２のｐ型シリコン層を
埋め込む工程と、不純物添加によって、埋め込まれた前
記第２のｐ型シリコン層の上面に部分的に開口部形成用
のｐ型シリコン層を形成する工程と、前記エピタキシャ
ル成長層の上面にｐ型シリコンからなる歪みゲージを形
成する工程と、前記歪みゲージに接続する配線パターン
を形成した後、その配線パターンを覆うパッシベーショ
ン膜を形成する工程と、前記パッシベーション膜の上面
にエッチングレジストを形成した状態で陽極化成処理を
行うことによって、前記各ｐ型シリコン層を多孔質シリ
コン層に変化させる工程と、前記多孔質シリコン層をア
ルカリエッチングによって除去することにより、同多孔
質シリコン層があった部分を空洞化する工程とからなる
表面型の加速度センサの製造方法をその要旨とする。 【００１８】 【００１９】 【作用】請求項１に記載の発明によると、所定領域にあ
らかじめｐ型シリコン層を形成した後、そのｐ型シリコ
ン層を陽極化成するにことにより、当該部分に多孔質シ
リコン層が形成される。そして、この多孔質シリコン層
に対してアルカリエッチングを行うことにより、多孔質
シリコン層のみが選択的にエッチングされ、エピタキシ
ャル成長層に空洞部及びカンチレバー構造部が形成され
る。また、エピタキシャル成長層が２層であるため、よ
り複雑なカンチレバー構造部が形成される。 【００２０】 【実施例】 〔実施例１〕以下、本発明を具体化した実施例１を図１
〜図１１に基づき詳細に説明する。 【００２１】図１，図２には、本実施例の表面型の加速
度センサ１の構成が概略的に示されている。面方位（１
１０）のｐ型シリコン単結晶基板（以下、単にシリコン
基板と呼ぶ。）２の表面側中央部には、多孔質化された
ｐ型シリコンからなる層をアルカリエッチングすること
によって得られる略正方形状の凹部３が形成されてい
る。この凹部３は、略コ字状の開口部４を有する。この
凹部３内には、カンチレバー構造部としての片持ち梁５
が上下方向に変位可能に配置されている。この片持ち梁
５は、主としてｎ型単結晶シリコンのエピタキシャル成
長層６によって構成されている。片持ち梁５の基端部上
面には、不純物添加によってｐ型シリコンからなる拡散
歪みゲージ７が４つ形成されている。 【００２２】エピタキシャル成長層６の上面には、層間
絶縁層として薄い酸化膜（ＳｉＯ2膜）８が形成されて
いる。この酸化膜８の上面には、スパッタリングや真空
蒸着等の物理的成膜法によって、配線パターン９及びボ
ンディングパッド１０が形成されている。また、前記酸
化膜８の所定部分、即ち拡散歪みゲージ７の両端上側と
なる部分には、層間接続用のコンタクトホール１１が形
成されている。コンタクトホール１１は、配線パターン
９とその下層にある拡散歪みゲージ７とを電気的に接続
している。そして、これらの配線パターン９は、シリコ
ン基板２の外縁部上面に配置されたボンディングパッド
１０にそれぞれ電気的に接続されている。酸化膜８の上
面には、表層における絶縁を図るための薄いパッシベー
ション膜１２が、上記の物理的成膜法によって形成され
ている。前記パッシベーション膜１２の所定部分に設け
られた開口部からは、ボンディングパッド１０が露出さ
れている。 【００２３】図３には、加速度センサ１を別の基板（マ
ザーボード）１３に実装した状態が示されている。即
ち、シリコン基板２の裏面には全体的にダイボンド材１
４が塗布され、そのダイボンド材１４を介してシリコン
基板２とマザーボード１３とが接合される。そして、シ
リコン基板２側のボンディングパッド１０とマザーボー
ド１３側のボンディングパッド１５とは、ワイヤボンデ
ィング１６を介して電気的に接続される。なお、前記マ
ザーボード１３には、加速度センサ１からの出力電圧に
基づいて加速度を求めるための信号処理回路が形成され
ている。 【００２４】また、本実施例において各部の寸法は以下
の通りである。即ち、シリコン基板２（ただし、エピタ
キシャル成長層６を含む。）の幅Ｗ及び厚さｔは、約５
００μｍ，約５００μｍ〜１０００μｍである。片持ち
梁５の厚さ、幅及び長さは、それぞれ約１０μｍ，約２
００μｍ，約３００μｍである。片持ち梁５の底面と凹
部３の内底面との間のクリアランスは約１０μｍであ
る。酸化膜８の厚さ及びパッシベーション膜１２の厚さ
は、それぞれ約１μｍ，約１μｍである。 【００２５】図４には、拡散歪みゲージ７（詳細には拡
散歪み抵抗Ｒ1 〜Ｒ4 ）の等価回路が示されている。ブ
リッジ接続された４つの拡散歪み抵抗Ｒ1 〜Ｒ4 のう
ち、拡散歪み抵抗Ｒ1 ，Ｒ4 間のノードは、電源電圧Ｖ
ccの供給用のボンディングパッド１０に接続されてい
る。一方、拡散歪み抵抗Ｒ2 ，Ｒ3 間のノードは、接地
用のボンディングパッド１０に接続されている。拡散歪
み抵抗Ｒ3 ，Ｒ4 間のノードは、２つある出力用のボン
ディングパッド１０のうちの一方に接続されている。拡
散歪み抵抗Ｒ1 ，Ｒ2 間のノードは、出力用のボンディ
ングパッド１０のうちの他方に接続されている。なお、
図２には、片持ち梁５における各拡散歪み抵抗Ｒ1 〜Ｒ
4 のレイアウトが概略的に示されている。即ち、各拡散
歪み抵抗Ｒ1〜Ｒ4 は、Ｒ1 ，Ｒ2 ，Ｒ4 ，Ｒ3 の順に
ほぼ一直線上に配置されている。Ｒ1，Ｒ3 の長手方向
は、片持ち梁５の延びる方向と平行な関係にある。一
方、Ｒ2，Ｒ4 の長手方向は、片持ち梁５の延びる方向
と垂直な関係にある。従って、前者Ｒ1 ，Ｒ3 は〔１１
０〕方向に延び、後者Ｒ2 ，Ｒ4 は〔１バー，１バー，
０〕方向に延びている。 【００２６】この加速度センサ１に図１の矢印Ａ1 の方
向から加速度が印加すると、片持ち梁５が全体的に下方
に変位し、片持ち梁５の基端部に湾曲が生じる。このと
き、拡散歪みゲージ７（拡散歪み抵抗Ｒ1 〜Ｒ4 ）に歪
みが生じる結果、シリコンのピエゾ抵抗効果によって各
拡散歪みゲージ７の抵抗値が増加または減少する。そし
て、この抵抗値の変化を検出することによって、加速度
が検知される。 【００２７】次に、本実施例の加速度センサ１の製造手
順を図５〜図１１に基づいて説明する。まず、図５に示
されるように、直方体状をした面方位（１１０）のｐ型
単結晶シリコン基板２を用意し、このシリコン基板２の
表面に図示しないマスクを形成する。次いで、前記シリ
コン基板２に対してイオン注入等によってほう素を打ち
込み、さらにそのほう素を熱拡散させる。この結果、図
６に示されるように、シリコン基板２のほぼ中央部にｐ
型シリコン層２１が形成される。 【００２８】次に、図７に示されるように、ｐ型シリコ
ン層２１が形成されたシリコン基板２の上面に、気相成
長によってｎ型単結晶シリコンからなるエピタキシャル
成長層６を形成する。その結果、エピタキシャル成長層
６内にｐ型シリコン層２１が埋め込まれた状態となる。
この後、エピタキシャル成長層６が形成されたシリコン
基板２の表面に、図示しないマスクを形成する。さら
に、フォトエッチングによってマスクの所定領域に略コ
字状の開口部を形成する。 【００２９】次に、前記シリコン基板２に対してイオン
注入等によってほう素を打ち込み、さらにそのほう素を
熱拡散させる。この結果、図８に示されるように、エピ
タキシャル成長層６に、略コ字状をした開口部形成用の
ｐ型シリコン層２２が形成される。このｐ型シリコン層
２２は、埋め込まれているｐ型シリコン層２１の深さま
で到達する。 【００３０】次に、シリコン基板２のエピタキシャル成
長層６の上面に、図示しないマスクを配置する。次い
で、前記シリコン基板２に対してイオン注入等によって
ほう素を打ち込み、さらにそのほう素を熱拡散させる。
この結果、後に片持ち梁５の基端部上面となる部分に、
４つの拡散歪みゲージ７が形成される。次に、前記シリ
コン基板２を酸素中または空気中で加熱することによ
り、その上面に酸化膜８を形成する。次いで、フォトエ
ッチングを行うことによって、図９に示されるように、
酸化膜８の所定部分にコンタクトホール１１を形成す
る。 【００３１】次に、このシリコン基板２に対してＡｌの
スパッタリングまたは真空蒸着を行った後、フォトリソ
グラフィを行うことによって、配線パターン９及びボン
ディングパッド１０を形成する。次いで、ＣＶＤ等によ
ってＳｉＮやＳｉ3 Ｎ4 などを堆積させることにより、
図１０に示されるように、シリコン基板２の上面に配線
パターン９を覆うようなパッシベーション膜１２を形成
する。前記パッシベーション工程において、パッシベー
ション膜１２には、ボンディングパッド１０を露出させ
るための開口部１２ａと、略コ字状の開口部１２ｂとが
形成される。この後、ｐ型シリコン層２２の上面にあた
る酸化膜８を除去することによって、ｐ型シリコン層２
２の上面を露出させる。 【００３２】次いで、パッシベーション膜１２の上面を
全体的にエッチングレジスト２３で被覆する。この後、
図１１に示されるように、フォトリソグラフィによっ
て、ｐ型シリコン層２２の上面にあたる部分に略コ字状
の開口部２４を形成する。そして、シリコン基板２を高
濃度のふっ酸水溶液中に浸漬し、この状態でシリコン基
板２を陽極として電流を流す。前記のような陽極化成に
よってｐ型シリコン層２１，２２の部分のみを選択的に
多孔質化することにより、当該部分を多孔質シリコン層
２５に変化させる。 【００３３】次に、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウ
ムハイドロオキサイド）でアルカリエッチングを行うこ
とによって、多孔質シリコン層２５を異方性エッチング
する。ｐ型シリコン層２１，２２は、陽極化成を経て多
孔質化することにより、アルカリに溶解しやすくなって
いる。その結果、多孔質シリコン層２５があった部分に
空洞部２６が容易に形成される。最後に、不要となった
エッチングレジスト２３を除去すれば、図１に示される
加速度センサ１が得られる。 【００３４】さて、本実施例の加速度センサ１の場合、
カンチレバー構造部である片持ち梁５が、主としてｎ型
単結晶シリコンのエピタキシャル成長層６からなってい
る。このため、エピタキシャル成長層６の上面に、ゲー
ジファクターの大きなｐ型シリコンからなる拡散歪みゲ
ージ７を形成することができる。従って、ｎ型シリコン
からなる拡散歪みゲージを備えた従来の加速度センサに
比較して、より高感度なものにすることができる。ま
た、この加速度センサ１はいわゆる表面型であるため、
シリコン基板２の裏面側からの異方性エッチングを経る
ことなく製造することができる。よって、従来のバルク
型の加速度センサに特有の問題（即ち、(111) 面に沿っ
たエッチング穴が形成されることに伴うチップ幅Ｗの増
大など）も解消される。ゆえに、所定の検出感度を維持
しつつ、加速度センサ１全体の小型化を図ることができ
る。加えて、表面型の加速度センサ１であると、片持ち
梁５がシリコン基板２の底面から露出することがないた
め、ダイボンド材１４の付着やマザーボード１３との接
触という事態も起こらない。従って、台座を配置する必
要もなくなり、加速度センサ１の実装作業が従来に比べ
て容易になる。 【００３５】そして、本実施例の製造方法によると、次
のような作用効果を奏する。第１に、所定領域にあらか
じめｐ型シリコン層２１，２２を形成した後、同層を陽
極化成する方法であるため、シリコン基板２の表面を直
接的に陽極化成する従来方法と比較して、陽極化成部の
形状や深さにばらつきが生じにくい。第２に、ｐ型シリ
コン層２１上にエピタキシャル成長層６を形成する方法
であるため、とりわけ形成が困難であるということもな
い。第３に、パッシベーション工程の完了後に陽極化成
を行う方法であるため、空洞部２６が未形成の状態でエ
ッチングレジスト２３を形成することができる。よっ
て、エッチングレジスト２３の形成が容易になる。換言
すると、空洞部２６内にエッチングレジスト２３が入り
込むことがないため、面倒な除去作業を行う必要もなく
なる。また、アルカリエッチングもパッシベーション工
程の完了後に行なわれるため、配線パターン９やボンデ
ィングパッド１０等がエッチャントに汚染される心配も
ない。以上のようなことから、この製造方法によると、
加速度センサ１を製造する際の工程簡略化及び作業容易
化を達成することができる。 【００３６】さらに、多孔質シリコン層２５を除去する
この製造方法であると、シリコン基板２の面方位に特に
制約を受けないというメリットがある。また、本実施例
の製造方法は、基本的にはバイポーラＩＣの製造プロセ
スに近いものである。従って、加速度センサ１とバイポ
ーラＩＣとを一体化できるというメリットがある。この
ことは、加速度センサ１の小型化や高速化を実現するう
えで好都合である。 〔実施例２〕次に、図１２〜図２２に基づいて実施例２
を説明する。なお、実施例１と同様の構成については同
じ部材番号を付すかわりに、その詳細な説明を省略す
る。 【００３７】図１２（ａ），図１２（ｂ）には、本実施
例の表面型の加速度センサ３１の構成が概略的に示され
ている。面方位（１１０）のｐ型シリコン単結晶基板２
の表面側中央部には、略正方形状の凹部３が形成されて
いる。前記凹部３は、矩形状をした４つの開口部４を有
している。また、この凹部３内には、実施例１とは異な
る形式のカンチレバー構造部が上下方向に変位可能に配
置されている。前記カンチレバー構造部は、４本の梁３
２と、これらの梁３２により支持されたマス部３３とに
よって構成されている。各梁３２は、主としてｎ型単結
晶シリコンからなる第２のエピタキシャル成長層３７に
よって構成されている。各梁３２の上面には、不純物添
加によって、ｐ型シリコンからなる拡散歪みゲージ７が
形成されている。おもりとして機能するマス部３３は、
主としてｎ型単結晶シリコンからなる第１及び第２のエ
ピタキシャル成長層３５，３７によって構成されてい
る。 【００３８】また、本実施例において各部の寸法は以下
の通りである。即ち、シリコン基板２（ただし、エピタ
キシャル成長層３５，３７を含む。）の幅Ｗ及び厚さｔ
は、１０００μｍ，５５０μｍである。第１及び第２の
エピタキシャル成長層３５，３７の厚さは、それぞれ約
１０μｍ，約１０μｍである。その他の寸法については
実施例１と同様である。 【００３９】図１２（ａ）には、梁３２における拡散歪
みゲージ７（各拡散歪み抵抗Ｒ1 〜Ｒ8 ）のレイアウト
が概略的に示されている。各梁３２の上面には、拡散歪
み抵抗Ｒ1 〜Ｒ8 が２つずつ形成されている。各拡散歪
み抵抗Ｒ1 〜Ｒ8 のうち、Ｒ1 とＲ3 ，Ｒ2 とＲ4 ，Ｒ
5 とＲ7 ，Ｒ6 とＲ8 がそれぞれ同じ梁３２上に形成さ
れている。なお、各拡散歪み抵抗Ｒ1 〜Ｒ8 の長手方向
は、いずれも各梁３２の延びる方向（即ち、<111> 方
向）と平行な関係にある。 【００４０】図１３には、拡散歪み抵抗Ｒ1 〜Ｒ8 の等
価回路が示されている。Ｒ1 とＲ2，Ｒ3 とＲ4 ，Ｒ5
とＲ6 ，Ｒ7 とＲ8 は、それぞれ直列に接続されてい
る。さらに、これらの８つの拡散歪み抵抗Ｒ1 〜Ｒ8
は、１つのブリッジを構成している。拡散歪み抵抗Ｒ1
，Ｒ8 間のノードは、電源電圧Ｖccの供給用のボンデ
ィングパッド１０に接続されている。一方、拡散歪み抵
抗Ｒ4 ，Ｒ5 間のノードは、接地用のボンディングパッ
ド１０に接続されている。拡散歪み抵抗Ｒ6 ，Ｒ7 間の
ノードは、２つある出力用のボンディングパッド１０の
うちの一方に接続されている。拡散歪み抵抗Ｒ2 ，Ｒ3
間のノードは、出力用のボンディングパッド１０のうち
の他方に接続されている。 【００４１】この加速度センサ３１に図１２（ｂ）の矢
印Ａ1 の方向から加速度が印加すると、マス部３３が下
方に変位し、各梁３２に湾曲が生じる。このとき、拡散
歪みゲージ７（拡散歪み抵抗Ｒ1 〜Ｒ8 ）に歪みが生じ
る結果、シリコンのピエゾ抵抗効果によって各拡散歪み
ゲージ７の抵抗値が増加または減少する。そして、この
抵抗値の変化を検出することによって、加速度が検知さ
れる。 【００４２】次に、この加速度センサ３１を製造する手
順を図１４〜図２２に基づいて説明する。ここでは、実
施例１との相違点を中心に説明する。まず、図１４に示
されるように、直方体状をした面方位（１１０）のｐ型
単結晶シリコン基板２を用意し、このシリコン基板２の
表面に図示しないマスクを形成する。次いで、実施例１
のときと同様にほう素の不純物拡散を行い、図１５に示
されるように、シリコン基板２のほぼ中央部に第１のｐ
型シリコン層３４を形成する。 【００４３】次に、図１６に示されるように、第１のｐ
型シリコン層３４が形成されたシリコン基板２の上面
に、気相成長によってｎ型単結晶シリコンからなる第１
のエピタキシャル成長層３５を形成する。その結果、エ
ピタキシャル成長層３５内に第１のｐ型シリコン層３４
が埋め込まれた状態となる。この後、エピタキシャル成
長層３５が形成されたシリコン基板２の表面に、図示し
ないマスクを形成する。さらに、フォトエッチングによ
ってマスクの所定領域に略ロ字状の開口部を形成する。
次に、前記シリコン基板２に対するほう素の不純物拡散
によって、図１７に示されるように、略ロ字状の第２の
ｐ型シリコン層３６を形成する。 【００４４】次に、図１８に示されるように、第２のｐ
型シリコン層３６が形成されたシリコン基板２の上面
に、気相成長によってｎ型単結晶シリコンからなる第２
のエピタキシャル成長層３７を形成する。その結果、エ
ピタキシャル成長層３７内に第２のｐ型シリコン層３６
が埋め込まれた状態となる。この後、エピタキシャル成
長層３７が形成されたシリコン基板２の表面に、図示し
ないマスクを形成する。さらに、フォトエッチングによ
ってマスクの所定領域に開口部を４つ形成する。次に、
前記シリコン基板２に対するほう素の不純物拡散によっ
て、図１９に示されるように、開口部形成用のｐ型シリ
コン層２２を４箇所に形成する。このｐ型シリコン層２
２は、埋め込まれている第２のｐ型シリコン層３６の深
さまで到達する。 【００４５】これ以降の製造プロセス（拡散歪みゲージ
７や酸化膜８等の形成、配線・パッシベーション工程、
エッチングレジスト２３の形成、陽極化成、アルカリエ
ッチング）については、実施例１のときと同様に行われ
る（図２０〜図２２参照）。最後に、不要となったエッ
チングレジスト２３を除去すれば、図１２に示される加
速度センサ３１が得られる。 【００４６】さて、本実施例の加速度センサ３１であっ
ても前記実施例１のときと同様の作用効果を奏すること
は明らかである。これに加えて、特にこの製造方法であ
ると、エピタキシャル成長層３５，３７が２層であるこ
とから、複雑な形状の空洞部２６でも比較的容易に形成
することができる。従って、図１２のようにマス部３３
を備えたカンチレバー構造部を形成するうえで好都合で
ある。このため、本実施例によると、バルク型に匹敵す
る検出感度を達成することが可能になる。なお、マス部
３３の厚さや梁３２の厚さは、第１及び第２のエピタキ
シャル成長層３５，３７の厚さ設定により、比較的簡単
に制御することができる。 【００４７】本発明は、例えば次のように変更すること
が可能である。 （１） ｐ型単結晶シリコン基板２として面方位（１１
０）以外の基板、例えば（１１１）基板や（１００）基
板等を使用してもよい。なお、実施例１において（１０
０）基板を使用すれば、より高感度にすることができ
る。 【００４８】（２） ＴＭＡＨ以外のアルカリ系エッチ
ャントとして、例えばＫＯＨ、ヒドラジン、ＥＰＷ（エ
チレンジアミン−ピロカテコール−水）等を使用しても
よい。 【００４９】（３） 配線パターン９及びボンディング
パッド１０を形成する金属材料として、Ａｌのほかに例
えばＡｕ等を選択してもよい。 （４） 実施例２において、梁３２の本数、形状、レイ
アウトは実施例と異なるものでも構わない。即ち、梁３
２の本数は３本以下や５本以上でもよい。また、梁３２
をマス部３３のコーナー部に配置してもよい。 【００５０】（５） 加速度センサ１，３１を製造する
場合、ｎ型単結晶シリコンのエピタキシャル成長層６，
３５，３７に代えて、例えばｎ型の多結晶シリコン層や
アモルファスシリコン層等を形成してもよい。 【００５１】（６） 実施例１，２において例示した拡
散型の歪みゲージ７に代えて、例えばＣｒや多結晶シリ
コン等からなる薄膜歪みゲージを形成してもよい。 （７） 実施例１において、片持ち梁５の先端部下側に
マス部３３を形成してもよい。また、実施例２におい
て、マス部３３を省略した構成としてもよい。 【００５２】（８）シリコン基板２の表面におけるカン
チレバー構造部の周囲のスペースに、信号論理回路等と
して機能するバイポーラＩＣを形成してもよい。 【００５３】 【００５４】なお、本明細書中において使用した技術用
語を次のように定義する。 「カンチレバー構造部： 加速度が印加した時に変位す
る部分を意味し、例えば１つまたは２つ以上の梁によっ
てマス部を支持させたものや、マス部を持たない片持ち
梁のみのもの等をいう。」 「陽極化成： 電解液中で基板を陽極として電流を流す
ことにより、その基板に多孔質層を形成する一括改質加
工をいう。」 【００５５】 【００５６】 【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、上記の
優れた表面型の加速度センサを製造する際の工程簡略化
及び作業容易化を達成することができる。また、マス部
を備えるカンチレバー構造部を比較的容易に形成するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の表面式の加速度センサを示す概略断
面図。 【図２】同じくその概略平面図。 【図３】同加速度センサを実装した状態を示す概略断面
図。 【図４】同加速度センサの等価回路図。 【図５】（ａ）は同加速度センサの製造手順を示す概略
断面図、（ｂ）はその概略平面図。 【図６】同じく（ａ）は概略断面図、（ｂ）は概略平面
図。 【図７】同じく（ａ）は概略断面図、（ｂ）は概略平面
図。 【図８】同じく（ａ）は概略断面図、（ｂ）は概略平面
図。 【図９】同じく（ａ）は（ｂ）のＡ−Ａ線における概略
断面図、（ｂ）は概略平面図。 【図１０】同じく（ａ）は（ｂ）のＢ−Ｂ線における概
略断面図、（ｂ）は概略平面図。 【図１１】同じく概略断面図。 【図１２】（ａ）は実施例２の加速度センサを示す概略
平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線における概略断面
図。 【図１３】同じくその等価回路図。 【図１４】（ａ）は実施例２の加速度センサを示す概略
平面図、（ｂ）はその概略断面図。 【図１５】同じく（ａ）は概略断面図、（ｂ）は概略平
面図。 【図１６】同じく（ａ）は概略断面図、（ｂ）は概略平
面図。 【図１７】同じく（ａ）は概略断面図、（ｂ）は概略平
面図。 【図１８】同じく（ａ）は概略断面図、（ｂ）は概略平
面図。 【図１９】同じく（ａ）は（ｂ）のＤ−Ｄ線における概
略断面図、（ｂ）は概略平面図。 【図２０】同じく（ａ）は（ｂ）のＥ−Ｅ線における概
略断面図、（ｂ）は概略平面図。 【図２１】同じく概略断面図。 【図２２】同じく概略断面図。 【図２３】従来のバルク型の加速度センサを示す概略断
面図。 【図２４】同加速度センサを実装した状態を示す概略断
面図。 【符号の説明】 １…表面型の加速度センサ、２…ｐ型単結晶シリコン基
板、３…凹部、５…カンチレバー構造部としての片持ち
梁、６…エピタキシャル成長層、７…歪みゲージ、９…
配線パターン、１２…パッシベーション膜、２１…ｐ型
シリコン層、２２…開口部形成用のｐ型シリコン層、２
３…エッチングレジスト、２５…多孔質シリコン層、３
２…（カンチレバー構造部の一部としての）梁、３３…
（カンチレバー構造部の一部としての）マス部、３４…
第１のｐ型シリコン層、３５…第１のエピタキシャル成
長層、３６…第２のｐ型シリコン層、３７…第２のエピ
タキシャル成長層。
面図。 【図２】同じくその概略平面図。 【図３】同加速度センサを実装した状態を示す概略断面
図。 【図４】同加速度センサの等価回路図。 【図５】（ａ）は同加速度センサの製造手順を示す概略
断面図、（ｂ）はその概略平面図。 【図６】同じく（ａ）は概略断面図、（ｂ）は概略平面
図。 【図７】同じく（ａ）は概略断面図、（ｂ）は概略平面
図。 【図８】同じく（ａ）は概略断面図、（ｂ）は概略平面
図。 【図９】同じく（ａ）は（ｂ）のＡ−Ａ線における概略
断面図、（ｂ）は概略平面図。 【図１０】同じく（ａ）は（ｂ）のＢ−Ｂ線における概
略断面図、（ｂ）は概略平面図。 【図１１】同じく概略断面図。 【図１２】（ａ）は実施例２の加速度センサを示す概略
平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線における概略断面
図。 【図１３】同じくその等価回路図。 【図１４】（ａ）は実施例２の加速度センサを示す概略
平面図、（ｂ）はその概略断面図。 【図１５】同じく（ａ）は概略断面図、（ｂ）は概略平
面図。 【図１６】同じく（ａ）は概略断面図、（ｂ）は概略平
面図。 【図１７】同じく（ａ）は概略断面図、（ｂ）は概略平
面図。 【図１８】同じく（ａ）は概略断面図、（ｂ）は概略平
面図。 【図１９】同じく（ａ）は（ｂ）のＤ−Ｄ線における概
略断面図、（ｂ）は概略平面図。 【図２０】同じく（ａ）は（ｂ）のＥ−Ｅ線における概
略断面図、（ｂ）は概略平面図。 【図２１】同じく概略断面図。 【図２２】同じく概略断面図。 【図２３】従来のバルク型の加速度センサを示す概略断
面図。 【図２４】同加速度センサを実装した状態を示す概略断
面図。 【符号の説明】 １…表面型の加速度センサ、２…ｐ型単結晶シリコン基
板、３…凹部、５…カンチレバー構造部としての片持ち
梁、６…エピタキシャル成長層、７…歪みゲージ、９…
配線パターン、１２…パッシベーション膜、２１…ｐ型
シリコン層、２２…開口部形成用のｐ型シリコン層、２
３…エッチングレジスト、２５…多孔質シリコン層、３
２…（カンチレバー構造部の一部としての）梁、３３…
（カンチレバー構造部の一部としての）マス部、３４…
第１のｐ型シリコン層、３５…第１のエピタキシャル成
長層、３６…第２のｐ型シリコン層、３７…第２のエピ
タキシャル成長層。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平３−255369（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−90115（ＪＰ，Ａ)
特開 昭64−50532（ＪＰ，Ａ)
特開 昭56−87372（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 29/84
G01P 15/12
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 不純物添加によって、ｐ型単結晶シリコ
ン基板（２）の表面側の所定領域に第１のｐ型シリコン
層（３４）を形成する工程と、 前記ｐ型単結晶シリコン基板（２）の上面にｎ型単結晶
シリコンからなる第１のエピタキシャル成長層（３５）
を形成することによって、同エピタキシャル成長層（３
５）内に前記第１のｐ型シリコン層（３４）を埋め込む
工程と、 不純物添加によって、前記第１のエピタキシャル成長層
（３５）の所定領域に第２のｐ型シリコン層（３６）を
形成する工程と、 前記第１のエピタキシャル成長層（３５）の上面にｎ型
単結晶シリコンからなる第２のエピタキシャル成長層
（３７）を形成することによって、同エピタキシャル成
長層（３７）内に前記第２のｐ型シリコン層（３６）を
埋め込む工程と、 不純物添加によって、埋め込まれた前記第２のｐ型シリ
コン層（３６）の上面に部分的に開口部形成用のｐ型シ
リコン層（２２）を形成する工程と、 前記エピタキシャル成長層（３７）の上面にｐ型シリコ
ンからなる歪みゲージ（７）を形成する工程と、 前記歪みゲージ（７）に接続する配線パターン（９）を
形成した後、その配線パターン（９）を覆うパッシベー
ション膜（１２）を形成する工程と、 前記パッシベーション膜（１２）の上面にエッチングレ
ジスト（２３）を形成した状態で陽極化成処理を行うこ
とによって、前記各ｐ型シリコン層（３４，３６，２
２）を多孔質シリコン層（２５）に変化させる工程と、 前記多孔質シリコン層（２５）をアルカリエッチングに
よって除去することにより、同多孔質シリコン層（２
５）があった部分を空洞化する工程とからなる表面型の
加速度センサの製造方法。
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| Publication number | Publication date |
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| US5659138A (en) | 1997-08-19 |
| DE19537314A1 (de) | 1996-04-11 |
| US5665250A (en) | 1997-09-09 |
| JPH08111533A (ja) | 1996-04-30 |
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