JP5079527B2 - 加速度センサの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、固定電極と可動電極の間の容量に基づいて加速度を検出する加速度センサの製造方法に関し、特に可動電極を含む可動構造部と基板の付着を防止する突起を有する加速度センサの製造方法に関する。

この種の加速度センサ（以下、Ｇセンサ）としては、裏面加工型と、それよりチップサイズを小さくした表面加工型が知られている。図５、図６はそれぞれ従来の表面加工型Ｇセンサの基本構造を示す概略部分断面構成図及び断面図を示す。この表面加工型Ｇセンサでは、半導体基板（Ｓｉ基板）１０及び酸化膜（ＳｉＯ₂）１０ａに溝を形成することにより、複数組の固定電極１と可動電極２が加速度検出方向（Ｘ方向）に対向して容量を構成するように構成されている。可動電極２は、Ｘ方向に延びた錘３に対して±Ｙ方向に櫛歯状に複数組形成されている。また、錘３の両端にはＸ方向に変位可能な２枚構造の梁４が形成されている。

このような構成において、このＧセンサにＸ方向の加速度が印加されると、梁４がＸ方向に変位することにより固定電極１と可動電極２の間の各距離が変化して、固定電極１と可動電極２の間の容量が変化する。そこで、この発生した容量の変化を可動電極２から取り出して電圧に変換することにより加速度を検出することができる。

ところで、この表面加工型Ｇセンサは裏面加工型と違って、加速度により変位する可動構造部（可動電極２、錘３、梁４など）とＳｉ基板１０との間が狭い（例えば数μｍ）ので、過大Ｇや水分、静電気力などにより可動構造部がＳｉ基板１０の方向に近づいたときにＳｉ基板１０に付着するおそれがある。そこで、この付着を防止する従来の構造として、例えば下記の特許文献１には、Ｓｉ基板１０側に突起を設けることが提案されている。
特開２００１−１５３８８２号公報

しかしながら、上記従来例では、Ｓｉ基板１０上に突起を別途に追加して設けるための成膜、エッチングが必要になるので、工程数が増加してコストが増大するという問題点がある。

本発明は上記従来例の問題点に鑑み、可動構造部と基板の付着を防止する突起を工程数が増加することなく形成することができる加速度センサの製造方法を提供することを目的とする。

本発明は固定電極と可動電極の間の容量に基づいて加速度を検出する加速度センサの製造方法であって、第１の基板上に、酸化膜を挟んで第２の基板を積層する工程と、前記可動電極を含む可動構造部に対応する線幅のパターンであって、前記複数の可動電極をそれぞれ固定電極に対向させるとともに、前記可動構造部と前記第１の基板および第２の基板の間に介在する酸化膜との付着を防止する突起を形成する位置の線幅が部分的に太いパターンを形成する溝を前記第２の基板に形成する第１のエッチング工程と、前記可動構造部と前記第１の基板および第２の基板の間に介在する酸化膜との間に隙間が形成されるとともに、エッチング残りにより前記線幅が部分的に太い位置の前記可動構造部の下に前記第２の基板から前記第１の基板方向に伸長する突起が形成されると同時に、前記可動構造部において前記線幅が部分的に太い位置が前記固定電極の方向に水平に伸長する突起となるように前記酸化膜を残して前記第２の基板をエッチングする第２のエッチング工程とを、有することを特徴とする。

上記製造方法により、可動電極を含む可動構造部と固定電極が形成される基板の間に隙間を形成するエッチング工程のエッチング残しを形成することにより、可動構造部の下に可動構造部と基板の付着を防止する突起が形成される。

なお、上記製造方法により、基板上に突起を別途に追加して設けるための成膜、エッチングが不要になるので、可動構造部と基板の付着を防止する突起を工程数が増加することなく形成することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明に係る加速度センサの一実施の形態を示す平面図、図２は図１の線Ａ−Ａに沿った断面図、図３は本発明に係る加速度センサの製造方法の一実施の形態の工程を示す断面図である。

図１に示すＧセンサの可動構造部として、加速度検出方向（Ｘ方向）に延びた錘３の±Ｙ方向の両側には、平行な複数の可動電極２（２−１、２−２）が形成されている。また、錘３の±Ｘ方向の両端では、加速度に応じて変位する梁４（４−１、４−２）が形成され、アンカー６（６−１、６−２）を介してＳｉ基板１０上に支持されている。固定電極１（１−１、１−２）はそれぞれ可動電極２（２−１、２−２）に対向して、１本に対して１本がＳｉ基板１０上に形成されている。このＧセンサにＸ方向の加速度が加わると、梁４（４−１、４−２）が変位し、可動電極２と固定電極１の間の容量が変化する。発生した容量変化を、例えばスイッチドキャパシタ回路（ＳＣ回路）により電圧変換することで、加速度を検出することができる。

ここで、表面加工型Ｇセンサは図６に示す従来例の可動電極２を含む可動構造部とＳｉ基板１０とのギャップが例えば数μｍ程度しかなく、可動構造部への過大Ｇや水分、静電気力などの影響を受けて可動構造部がＳｉ基板１０へ近づいた場合、Ｓｉ基板１０に張り付いて動かなくなる、いわゆる付着現象が懸念されている。付着現象が起こると加速度に対して可動構造部が動かなくなることから故障になり、大きな問題となる。

そこで、本発明では、可動構造部がＳｉ基板１０に付着することを防止する突起２０を工程数が増加することなく形成するため、可動構造部のパターンに次のような変更を施す。

すなわち、図１のように可動構造部を部分的に太く形成してＸ方向又はＹ方向の凸部２ａ、３ａを設け、それらの下方に突起２０を形成する。なお、可動構造部を形成するエッチングにより、凸部２ａ、３ａと突起２０を同時に形成する。図１では、可動電極２の幅方向の太さが太くなった凸部２ａと、錘３の±Ｙ方向の太さが太くなった凸部３ａが設けられている。太さは可動電極２と固定電極１の間のギャップよりも小さくなるように、例えば、電極１、２間の最小ギャップが４μｍの場合には、可動電極２、錘３の線幅を、各方向とも最大では１μｍ程度、一番良いのは０．５μｍ程度太くする。

次に、図３を参照して突起２０を形成する処理を説明する。まず、図３（ａ）は固定電極１側のＳｉ基板１０−１と可動構造部側のＳｉ基板１０−２の間にＳｉＯ₂の酸化膜１０ａを挟み、Ｓｉ基板１０−２上に可動構造部のパターンのレジスト１１を塗布した状態を示している。この状態で図３（ｂ）に示すように、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｃｕｐｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）エッチングによる異方性エッチングを行い、アンダーカットのない縦溝１２をＳｉ基板１０−２に形成して、可動構造部を構成する可動電極２、錘３、梁４の側面部分を画定して形成する。

次いで、可動電極２、錘３、梁４とＳｉ基板１０−１の間の基板厚み方向のＳｉ基板１０−２を除去してギャップ１３を形成するために、リリースエッチングによる等方性エッチングを行うと、線幅が太い位置、すなわち凸部２ａ、３ａの下ではエッチングの時間が長くかかるため、他の位置に比べてエッチングスピードが遅く、エッチング対象物のエッチング残りが形成されやすい。そこで、このエッチング対象物のエッチング残りをエッチング時間で制御して、図３（ｃ）に示すようにこの可動構造部下側のエッチング残りを基板付着防止のための突起２０とすることで、余分な工程を経ることなく突起２０を形成することができる。また、構造体幅の一部を太くすることで、可動電極２と固定電極１の±Ｘ方向のギャップも、突起２０を設けた部分は小さくなるので電極１、２間の±Ｘ方向の付着を同時に防止することができる。

ここで、図１、図２に示す例では、突起２０を可動電極２と錘３のみに形成したが、図４に示すように梁４において突起２０を形成する部分４ａを約１μｍずつ太くし、梁４の下側と梁４の横側に突起２０を同時に形成して、梁４のＳｉ基板１０−１への付着、２枚構造の梁４同士の付着を防止することもできる。

本発明に係る加速度センサの一実施の形態を示す平面図である。 図１の線Ａ−Ａに沿った断面図である。 本発明に係る加速度センサの製造方法の一実施の形態の工程を示す断面図である。 図１の加速度センサの変形例を示す平面図である。 従来の表面加工型Ｇセンサの基本構造を示す概略部分断面構成図である。 図５のセンサを示す断面図である。

符号の説明

１、１−１、１−２ 固定電極
２、２−１、２−２ 可動電極
２ａ、３ａ、４ａ 凸部
３ 錘
４、４−１、４−２ 梁
６、６−１、６−２ アンカー
１０、１０−１、１０−２ 半導体基板（Ｓｉ基板）
１０ａ 酸化膜（ＳｉＯ₂）
１１ レジスト
１２ 縦溝
１３ ギャップ
２０ 突起

Claims (4)

1. 固定電極（１）と可動電極（２）の間の容量に基づいて加速度を検出する加速度センサの製造方法であって、
   第１の基板（１０−１）上に、酸化膜（１０ａ）を挟んで第２の基板（１０−２）を積層する工程と、
   前記可動電極（２）を含む可動構造部に対応する線幅のパターンであって、前記複数の可動電極（２）をそれぞれ固定電極（１）に対向させるとともに、前記可動構造部と前記第１の基板（１０−１）および前記第２の基板（１０−２）の間に介在する前記酸化膜（１０ａ）との付着を防止する突起（２０）を形成する位置の線幅が部分的に太いパターンを形成する溝（１２）を前記第２の基板（１０−２）に形成する第１のエッチング工程と、
   前記可動構造部と前記第１の基板（１０−１）および前記第２の基板（１０−２）の間に介在する前記酸化膜（１０ａ）との間に隙間（１３）が形成されるとともに、エッチング残りにより前記線幅が部分的に太い位置の前記可動構造部の下に前記第２の基板（１０−２）から前記第１の基板方向に伸長する突起（２０）が形成されると同時に、前記可動構造部において前記線幅が部分的に太い位置が前記固定電極（１）の方向に水平に伸長する突起（２ａ、３ａ）となるように、前記酸化膜（１０ａ）を残して前記第２の基板（１０−２）をエッチングする第２のエッチング工程とを、
   有する加速度センサの製造方法。
2. 前記可動構造部において前記固定電極（１）の方向に水平に伸長する前記突起（２ａ）の突出した寸法は、前記可動電極（２）と前記固定電極（１）との間の溝（１２）の幅よりも小さくなるように当該可動電極（２）に形成されることを特徴とする請求項１に記載の加速度センサの製造方法。
3. 前記突起（２０）を、前記可動構造部に形成されて加速度に応じて変位する梁（４）に形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の加速度センサの製造方法。
4. 前記第１のエッチング工程と前記第２のエッチング工程を同時に実行することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の加速度センサの製造方法。

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