JPH03137569A - 加速度センサおよびその製造方法 - Google Patents

加速度センサおよびその製造方法

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JPH03137569A
JPH03137569A JP27378089A JP27378089A JPH03137569A JP H03137569 A JPH03137569 A JP H03137569A JP 27378089 A JP27378089 A JP 27378089A JP 27378089 A JP27378089 A JP 27378089A JP H03137569 A JPH03137569 A JP H03137569A
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JP
Japan
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silicon
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crystal
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JP27378089A
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Shoji Nagasaki
昇治 長崎
Yoshiyuki Ishikura
義之 石倉
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Azbil Corp
Original Assignee
Azbil Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、地震や物体の衝突時の加速度を検出する加速
度セ/すおよびその製造方法に関するものである。
〔従来の技術〕
第6図は従来の加速度センサの一例を示す図であり、同
図(&)は断面図、同図(b)はシリコン基板の裏面側
から見た平面図である。同図において、1はシリコン基
板、2はシリコン基板1の裏面側に四角形状にわ九って
断面がほぼ台形状に食刻されて形成され丸溝、3はシリ
コン基板1への溝2の形成によって台形の島状に形成さ
れた厚肉状の慣性質量部、4はシリコン基板IK対して
溝20食刻により形成されかつ慣性質量部3t−懸架し
て支持する薄肉状の起歪部、5はシリコン基板10表面
側に形成された電極域シ出し部、6はシリコン基板1の
表面側に上記慣性質量部3を被覆して固定配置された上
部シリコンキャップ、Tは上部シリコンキャップ6の内
面に慣性質量部3と対向して形成された上部電極、8は
シリコン基板1の裏面側に慣性質量部3を被覆して固定
配置された下部シリコンキャップ、9は下部シリコンキ
ャップ8の内面に慣性質量部3と対向して形成された下
部電極、10は容量形成部である。
このような構成において、慣性質量部3に加速度が加わ
ると、この慣性質量部3の位置が変化し、対向する上部
電極7と下部電極9との間で容量値が変化して加速度が
検出されることになる。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、このように構成された加速度センサは、
シリコン基板1の結晶の(100) mに対して異方性
エツチングを行なっていくと、溝2は結晶の(111)
面でエツチングが止まり、同図価)に示すように断面が
台形状に形成されて慣性質量部3が構成されるので、形
成された慣性質量部3の形状がメサ形となシ、慣性質量
部3が十分な錘シとしての機能が得られないという問題
があった。つまり加速度に対して高感度が得られないと
いう問題がめった。
このような問題を改善するものとしては、慣性質量部3
′に1個の起歪部4により支持する(片持ちばり)とか
、もしくは加速度センサチップ自体を大盤に形成する必
要があった。
このような構成によると、前者の構成では機械的強度を
低下させたり、後者の構成では加速度センサを大型化さ
せるなどの問題があった。
したがって本発明は、前述した従来の課題を解決するた
めになされたものであ)、その目的は、加速度に対する
感度を向上させかつ小型で量産を可能とした加速度セン
サおよびその製造方法を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
このような課題を解決するために本発明による加速度セ
ンサは、シリコン基板の結晶の(110)面に垂直方向
に結晶の<112>軸方向に平行な一対の溝を形成し底
部に形成されたシリコン薄肉部からなる起歪部とこの起
歪部によシ支持された直方体状のシリコン厚肉部からな
る慣性質量部とを有している。
本発明による加速度センサの製造方法は、シリコン基板
の表面を結晶方位(110)面としこの結晶の(110
)面と垂直方向にこの結晶の412>軸方向に沿って異
方性エツチングを行なってシリコン厚肉状の起歪部を形
成し、この起歪部の間にシリコン厚肉状の慣性質量部を
形成するものである。
〔作用〕
本発明における加速度センサにおいては、慣性質量部が
直方体状に形成され慣性質量部の質量が増大する。
本発明における加速度センサの製造方法においては、シ
リコン基板の結晶の(110)面と垂直方向に!晶の<
112>軸方向に沿ったエツチングによシ質量の大きい
慣性質量部が形成される。
〔実施例〕
以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。
第1図は本発明による加速度センサの一実施例を示す図
で同図<m)は縦断面図、同図伽ンは同図(a)のシリ
コン基板の裏面から見た平面図であp、前述の図と同一
部分には同一符号を付しである。同図において、シリコ
ン基板10表面と平行となる裏ll1t−結晶の(11
0)面とし、この裏面側には結晶の(110)面と垂直
方向に結晶の<112>軸に沿ってエツチングによシ食
刻されて断面がほぼ矩形状の一対の深溝2,7.2b’
が平行に形成されている。そして、この一対の深溝2&
J 、2b’の形成によりシリコン基板1の上部にはシ
リコン基板1の薄肉部からなる一対の起歪部4a# 、
4b’が形成され、さらにこの一対の起歪部4.1と4
b’との間にはほぼ直方体を有するシリコン基板1の厚
肉部からなる慣性質量部3′が支持されて形成されセン
サチップが構成されている。
このような構成によれば、慣性質量部3′がメサ型では
なく、任意の大きさの直方体状で形成されるので、その
質量が増加し、感度向上が計れる。
因に第2図(、) 、 (b)にそれぞれ示すように幅
W=1■の同一面積1m角で厚さD = 0.5■の慣
性質量部3,3′を従来2本実施例で比較すると、本実
施例では質量が約2.6倍となシ、F=m−a(a:加
速度9m:質量、F:rnに作用する力)により感度は
質量mに大きく依存することから、感度は大幅に向上さ
せることができる。
このように構成される加速度センサは次のようにして製
造される。すなわち、第3図(&)に示すように直径が
3〜4インチで<112>軸方向にオリエンテーション
フラット11&を有しかつ表面に結晶方位(110)面
を有するシリコンウェハ11上にSi3N、などのエツ
チングマスク材12を成膜した後、このエツチングマス
ク材12の表面に結晶方位<112>軸と平行に一対の
窓パターン13m 、 13bを複数組フォトリングラ
フイー技術によりパターニングする。この窓パターン1
3m 、 13bハALtd −対の深溝2&’ 、2
b’の溝幅と対応するパターン幅を有して形成されてい
る。この場合、この窓パターンt3m 、 13bの両
端部は同図(b)に拡大図で示すように後述するシリコ
ンウェハ11のダイシング時の割れを防止するためにエ
ツチングマスク材12の端部まではバターニングを行な
わない。次にこれらの複数組の窓パターン13& 、 
13b内をKOHもしくはエチレンジアミンなどのエツ
チング液により異方性エツチングを行なって第4図(A
) 、 (b)に示すようにシリコンウェハ11の表面
に垂直な方向に一対の深溝i4m 、 14bを結晶の
<112>軸方向に沿って複数組食刻形成し、これによ
ってシリコンウェハ11の底部にはシリコン薄肉部から
なる一対の起歪部15m 、 15bが複数組形成され
るとともにこの一対の起歪部isa 、 15bとの間
にはシリコン厚内部からなる慣性質量部16が形成され
る。
次にエツチングマスク材12を除去した後、同図に示す
ように矢印X1. x、およびYl + Yl * Y
3で示す方向にダイヤモンドカッタにより采の目状にダ
イシングを行なって複数個のセンサチップ1Tを得る。
このようにして形成されたセンサチップ17は第1図(
A)に示すように内側に上部電極1を有する上部キャッ
プ6および内側に下部電極Sを有する下部キャップ8t
−それぞれ接着配置して完成させる。
このような方法によれば、シリコンウェハ11の表面の
結晶の(11G) triに垂直な方向に結晶の<11
2>軸方向に沿って異方性エツチングを行ない、一対の
深@ 13a 、 13b を複数組形成し、シリコン
薄肉部からなる起歪N15& 、 15b を形成する
ので、この起歪部tsa 、 15bとの間に質量の大
きいシリコン厚肉部からなる直方体状の慣性質量部16
が形成できる。
第5図は本発明による加速度センサのさらに他の実施例
を示す断面図であり、前述の図と同一部分には同一符号
を付しである。同図において、第1図と異なる点は、シ
リコン基板1に形成された一対の起歪部4a’ 、4b
″上に一対のピエゾ抵抗素子1ea 、 18bが設け
られている。
このような構成によれば、慣性質量部3′が変位するこ
とによシ、一対のピエゾ抵抗素子18&、18bが歪を
検知し、加速度を検出することができる。
なお、一対のピエゾ抵抗素子18m 、 18bのいず
れか一力を配置しても同様の効果が得られる。
し発明の効果〕 以上、説明し友ように本発明による加速度センサは、シ
リコン基板の結晶の(110)面に垂直方向に結晶の(
112>軸方向に沿って一対の溝を形成し底部に形成さ
れたシリコン薄肉部からなる起歪部とこの起歪部により
支持されたシリコン厚肉部からなる慣性質量部とでセン
サチップを構成したことにより、慣性質量部が直方体状
に形成され慣性質量部の質量が増大するので、感度が向
上し、小製で感度の良好な加速度センサが得られる。ま
た、本発明による加速度センナの製造方法は、シリコン
基板の表面を結晶の(110)面とし、この結晶の(1
1G)面と垂直方向く結晶の<112>軸方向に沿って
エツチングを行なってシリコン薄肉状の起歪部を形成し
、この起歪部との間にシリコン厚肉部からなる慣性質量
部を形成し、この慣性質量部に対向して対向電極を形成
することによシ、質量の大きい慣性質量部が形成され、
加速度に対する感度が良好で小製で量産可能な加速度セ
ンサが得られるなどの極めて優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図(a) 、 (b)は本発明による加速度セ/す
の一実施例を示すそれぞれ断面図、同図(、)のシリコ
ン基板の下から見た平面図、第2図(&) 、 (b)
はそれぞれ従来9本実施例によるセンサチップを示す断
面図、第3図(a) 、 (b)および第4図(a)、
伽)は本発明による加速度センサの製造方法の一実施例
を説明する図、第5図は本発明による加速度センサのさ
らに他の実施例を示す断面図、第6図(、) 、 (b
)は従来の加速度センサの構成を示すそれぞれ断面図、
同図(a)のシリコン基板の下から見た平面図である。 1・・・・シリコン基板、2m’ 、2b’ΦΦ争・深
溝、3′・・・・慣性質量部、46’、4b’・・・・
起歪部、6・・Φφ上部キャップ、T−φ・・上部電極
、8・・・・下部キャップ、9・・・・上部電極、10
・・・・容量形成部、11・・・・シリコンウェハ、t
ta・・・・オリエンテーションフラット、12・・・
・エツチングマスク材、i3m 、 13b −−−−
窓パターン、14& 、 14b −−・−深溝、15
m 、 15b拳φ・・起歪部、16・・・・慣性質量
部、1T・・・・センサチッグ、18JL 、 18b
・・・・ピエゾ抵抗素子。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)シリコン単結晶基板の(110)面と垂直方向で
    結晶の〈112〉軸方向に沿った一対の溝を設けるとと
    もに該溝の底部に形成されたシリコン薄肉状の起歪部と
    、前記起歪部に懸架支持された直方体の慣性質量部と前
    記慣性質量部の変位を検出する検出手段とを備えたこと
    を特徴とする加速度センサ。
  2. (2)シリコン単結晶基板の表面を結晶方位の(110
    )面とし該結晶の(110)面の垂直方向に該結晶の〈
    112〉軸方向に沿った異方性エッチングを行なってシ
    リコン薄肉の起歪部を形成するとともに該起歪部との間
    にシリコン厚肉状の慣性質量部を形成することを特徴と
    した加速度センサの製造方法。
JP27378089A 1989-10-23 1989-10-23 加速度センサおよびその製造方法 Pending JPH03137569A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05142249A (ja) * 1991-11-18 1993-06-08 Hitachi Ltd 三次元加速度センサ

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