JPH03148878A - 電子機器センサ - Google Patents

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〕 本発明は全体としてセンサ、殊に振動素子を備える半導
体電子機器センサに関する。

〔従来技術〕

従来より、振動素子の共振振動周波数がそれに加えられ
る応力に依存するという原理に基づ（センサが各種構成
されている。例えば、加速度、速度、流体流量、流圧の
如き種々の物理的変数を測定することの可能な振動素子
具備センサが構成されている。

振動素子を使用する半導体電子機器センサは、小サイズ
、バッチ製造、比較的高いＱ値、および十分に開発され
た半導体処理技術の如き多数の利点を提供している。振
動素子が、例えば片持ちビームもしくはマイクロブリフ
ジより成るような半導体センサが従来より構成される。

初期の半導体センサは全体として首尾良く行ったが、そ
れらの使用に際しては欠点が存在した。

殊に、例えば、かかる従来のセンサに存在する材料がマ
ツチしていないためにセンサ性能の低下がもたらされる
虞れがある。例えば、片持ちビームやマイクロブリフジ
を使用するセンサは、ビームもしくはマイクロブリフジ
とセンサの半導体基板間の熱膨張係数が一致しないこと
が多い。更に、例えば、初期センサのビームやマイクロ
ブリフジのヤング係数は基板のヤング係数と十分にマン
チしないことが多い、更に、例えば、かかるセンサ内に
はセンサ内に使用される材質の種類が多種にわたるため
残留応力が存在することが多い。

更に、静電駆動装置を使用して振動素子の振動を刺激し
たり容量性ピックアップ装置を使用して振動素子の共振
周波数を測定するタイプの初期半導体センサは追加的な
半４体ウェハを使用して駆動装置もしくはピックアップ
装置を組込むことが多い。かかる追加的なウェハの使用
を回避することが望ましい場合が多い。

かくして、センサ中に使用される材質の不一致が実質上
存在しない半導体センサに対する必要が従来より認めら
れている。殊に、かかるセンサで熱膨張係数やヤング係
数の不一致が実質上存在せず内部残留歪みのないものに
対する必要が存在する。同時に、かかるセンサで、余分
な半導体ウェハを必要とせずに静電駆動もしくは容量性
ピックアップを使用し易いものに対する必要も存在する
。

本発明はこれらの必要を満たすものである。

更に、半導体の電気的機械的性質の両方は温度に依存し
ている。それ故、例えば、片持ちビームもしくはマイク
ロブリッジの共振周波数は温度に依存する可能性がある
。かくして、温度を綿密にモニタできる半導体センサに
対する必要が今日存在する。本発明はこの必要も満たす
ものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の一例においては、第１の一枚の結晶シリコンウ
ェハが立方センチあたりほぼ ７．０×１０１９未満のドーパント原子をドープした共
振素子を形成する電子機器センサが提供される。

第２の一枚結晶シリコンウェハは、第２の一枚結晶シリ
コンウェハから共振素子へ機械的応力を結合する素子を
形成する。

もう一つの例では、本発明は第１の一枚結晶シリコンウ
ェハが共振素子を形成する電子機器センサを提供する。

上記共振素子は上記第１のウェハの背景ドーパント濃度
とほぼ同一の濃度でドープする。第２の一枚結晶ウエバ
は第２のウェハから共振素子に対する機械的応力を結合
する素子を形成する。第１と第２のウェハは共に融着さ
れる。

本発明の以上の目的と利点ならびにその他の目的と利点
は図面に示す実施例に関する以下の詳説より明らかとな
ろう。

〔実施例〕

本発明は新規な半導体電子機器センサとそれに関連する
方法ならびに製品より構成される。以下の記述は、当業
者が何れも本発明を製作使用できるようにするために提
示し、特定用途とその必要条件の文脈内で提示したもの
である。以下の実施例に関しては各種の変形を施こし得
ることは、当業者にとって明らかてあろう、本文中に示
す原理は本発明の精神と範囲より逸脱することな（その
他の実施例と用途にも適用することができる。かくして
、本発明は図解例に限定されることなく本文中に開示の
原理と特徴と一致する最も広い範囲を付与さるべきもの
である。

第１図は本発明による第１の半導体電子機器センサ２０
の第１シリコンウェハ２２の上面図を示す。第１のウェ
ハ２２はその内部を延びる２つの長い矩形ホール２４を
備える。上記２つのホールは互いに対して平行に整合し
ていて、ホール２４間を延びる第１のウェハ２２の一部
が第１のウェハ２２の非積層面と実質上同一面内にある
ビーム２６を構成するようになっている。

第２図は第１図のセンサ２０の断面図を示す。

センサ２０は第１と第２のシリコンウェハ２２゜２８を
含む。各ウェハはＮ形背景ドーパントをドープした一枚
の結晶シリコンより成る。

第１のシリコンウェハ２２は第８Ａ−８Ｈ図に関して下
記したように融着によって第２のシリコンウェハ２８に
積層される。第１ウェハ２２の非積層面３０と第１ウェ
ハ２２の積層面３２は共に、実質上平面状となっている
。第２ウェハ２８の積層面３４も、とーム２６の反対側
に形成された凹所領域３６を除いては実質上平面状とな
っている。

第２のウェハ２８もまた、第１ウェハ２２からそむいた
方向を向いた実質上平面状の非積層面を含んでいる。第
２ウェハ２８の非積層面３８は、センサ２０用に機械的
サポートを提供するより厚い周領域によって西成された
第１と第２のウェハ２２と２８の部分を備えるダイアフ
ラム３９を形成するように薄くしである。

第１と第２のウェハ２２と２８の積層面３２゜３４はそ
れぞれ、互いに整合することによって、第１ウェハ２２
内を延びる長い矩形ホール２４が第２ウェハ２８の凹所
領域内に開放するようになっている。ビーム２６は２個
のホール２４間で第２ウェハ２８の凹所領域３６の反対
側に配置される。

以下により十分に論するように、第１ウェハ２２のビー
ム２６内にはＰ形圧抵抗素子４５゜４７が形成される。

第１ウェハ２２内にはＰ形領域５０と５３も形成される
。ビーム反対側の凹所領域３６のベースにはＰ領域７４
が形成される。

本発明の実施例では、ダイアフラム３９の形は正方形で
各辺縁上にほぼ２４００ミクロンを測定するようになっ
ている。ダイアフラム３９の厚さはほぼ７０ミクロンで
ある。第１ウェハ２２とその内部に形成されるビーム２
６の厚さはほぼ６ミクロンである。第２ウェハ２８の周
領域４０の厚さはほぼ３８５ミクロンである。ビームの
長さはほぼ６００ミクロンで、その幅はほぼ４０ミクロ
ンである。第２ウェハ２８の凹所領域３６のベースから
ビーム２６へ至る垂直距離は、はぼ２ミクロンである、
　　 ダイアフラム３９の共振周波数はそれを横切って何らの
圧力も加えられない場合にはほぼ２００Ｋ１．である。

圧力を加えない時のビーム２６の共振周波数はほぼＩＩ
ＯＫＨ，である。ビーム２６の共振周波数のずれは全体
的な圧力をダイアフラム３９全体にかけたとき、はぼ１
０％となる。

かくして、全体としてのダイアフラムの共振周波数はビ
ーム２６の共振周波数を相当異なる。同様に、全体圧力
をかけた時のダイアフラム３９の共振周波数ずれは同一
条件下でのビーム２６の共振周波数ずれよりも相当小さ
い。

全体的にいって、ダイアフラム３９の共振周波数はビー
ム２６の共振周波数と異なり、かつ、ダイアフラムの共
振周波数の周波倍数と異なっていることが望ましい、も
し、ビーム２６と全体としてのダイアフラム３９の共振
周波数が著しく異なっていなければ、ビーム２６の振動
エネルギーはダイアフラムに対してより失われやすくな
り、その結果、ビームの発振性能係数であるＱ値は小さ
くなろう。

第３図は第１ウェハ２２の上部平面図である。

平行な矩形ホール２４がビーム２６の両側の一点ｍ線に
より示されている。ダイアフラム３９は・・・・点鎖線
４１内に配置される。第１ウェハ２２内には４個の圧抵
抗素子４５−４８が形成される。４個の圧抵抗素子はそ
れぞれのＰ形領域４９−５４によりホイートストーンブ
リフジ回路内で電気的に接続される、　　　　 殊に、Ｐ′領域４９は金属接点５５と圧抵抗素子４８に
電気的に接続される。Ｐ″領域５０は金属接点５６と圧
抵抗素子４７．４８に電気的に接続される。Ｐ′領域５
１は金属接点５７と圧抵抗素子４７に電気的に接続され
る。Ｐ″領域５２は金属接点５８と圧抵抗素子４５に電
気的に接続される。Ｐ″領域５３は金属接点５９と圧抵
抗素子４５．４６に電気的に接続される。最後に、Ｐ′
領域５４は金属接点６０と圧抵抗素子４６に電気的に接
続される。

ビーム２６内には圧抵抗素子４５．４７が形成される。

全体として圧抵抗素子４５．４７間のビーム２６の長手
方向軸に沿って延びる結晶方向は（１１０）方向である
ことが望ましい、このビーム２６の向きによってビーム
２６の主応力軸はＰ形圧抵抗素子の最大応力怒度の方向
と一致する。

全体として、＜１００＞に向いたシリコン結晶上のＰ形
圧抵抗素子は（１１０）方向に加えられる応力に量も敏
感である。

第１と第２の温度検出抵抗器６２．６４は第１ウェハ２
２の径方向に反対側のコーナーに形成される。第１の温
度検出抵抗器６２は金属接点６６と６８間に電気的に接
続され、第２の温度検出抵抗器６４は金属接点７０．７
２間に電気的に接続される。その代わりに、温度検出用
に抵抗器６２゜６４の代わりにダイオードを使用するこ
ともできる。

第４図は第２ウェハ２８の上部平面図である。

ダイアフラム３９は一点Ｉｌ線４１．′内に配置される
。ホール２４は第１ウェハ２２内に形成されるけれども
、一点鎖線２４が第４図に設けられ、第２ウェハ２８内
の構造の第１ウェハ２２内のそれに対する空間的関係を
示すようになっている。Ｐ領域７４は周領域４０内に形
成された金属接点７８に電気的に接続されることが判る
。Ｐ領域７４は第１ウェハ２２の２つのホール２４とビ
ーム２６の反対側に配置されたダイアフラム３９の一部
に延びるＩＩＰＳＩ域７４はビーム２６の振動を電気的
に刺激する駆動電極としての働きを行う。

第５図はセンサの上部平面図を示し、第１と第２のウェ
ハ２２．２８は互いに上下に重ねられていることが判る
。この図はとーム２６と、一点鎖線２４により示す矩形
ホールと、第１と第２のウェハ２２，２８の種々の領域
の間の空間関係を示す。

動作中、Ｐ領域７４により形成された駆動電極を使用し
て、周期的に変化する静電界をビーム２６に対して提供
することによってビーム２６がその共振周波数で振動す
るようにする。ビーム２６はその基本的動作モードにお
いて、２つの振動節点を有することが理解できよう。こ
れらの節点はビーム２６の反対端領域にあり、そこで第
１ウェハ２２の大きな平面体に固定される。

もう一度、第２図について述べると、動作中、第２ウェ
ハ２８の非積層面３８に対して正味力Ｆが加えられたと
き、正味力Ｆ方向に僅かなダイアフラム３９のたわみが
生ずる。第１と第２のウェハ２２と２８は共に積層され
ているので、ダイアフラム３９がたわんで張力ＦＴがビ
ーム２６に加えられる。ビーム２６に加えられる張力Ｆ
、の変化によってその共振周波数のシフトが生ずること
になる。

ビームがその共振周波数で振動する時に、信号処理回路
（図示せず）を使用して圧抵抗素子°４５−４８を含む
ホイートストーンブリッジ回路の偏差の変化の同期性を
判断することができる。偏差周期はビーム２６の振動に
よって変化する。かかる変化の周期性はビーム２６の共
振周波数に依存し、後者はまたそれに加えられる張力Ｆ
ｔに依存する。

かくして、ダイアフラム３９は機械的応力をビーム２６
に結合する。正味応力Ｆは機械的応力をダイアフラム３
９に加え、ダイアフラムはその機械的応力を引張り応力
としてと−ム２６へ結合する。その結果、正味力Ｆにお
ける変化によってビーム２６の共振周波数が変化する。

第６図の図解例について述べると、本発明による第２の
半導体電子機器センサ１２０を備える第１の代替例の上
部平面図が示されている。第２のセンサ１２０は、セン
サ領域間の物理的関係を示すように互いに上下に重ね合
わせた第１と第２のシリコンウェハを備えている。ダイ
アフラム１３９は一点鎖線１４１により画成される。

第１のウェハ１２２（以下に示す）はその内部に２個の
長い矩形ホール１２４を形成している。ビーム１２６は
第１ウェハ１２２内の２個のホール１２４間に配置され
る。第１のウェハ１２２内に形成された４個のＰ形圧抵
抗素子１４５−１４８はホイートストーンブリフジ回路
を形成するように電気的に接続される。圧抵抗素子１４
５，１４７はビーム１２６上に形成される。圧抵抗素子
１４５と１４７間に延びる結晶方向は（１１０）方向で
ある。

圧抵抗素子１４７はＰ＋領域１４９．１５０に電気的に
接続される。圧抵抗素子１４７はＰ′領域１５０と１５
１に対して電気的に接続される。

圧抵抗素子１４５はＰ″領域１５２と１５３に対して電
気的に接続される。圧抵抗素子１４６はＰ領域１５３．
１５４に対して電気的に接続される　ｐ　＋負域１４９
−１５４はそれぞれ第１のシリコンウェハ１２２内に形
成され、それぞれ、金属接点１５５−１６０に対して電
気的に接続される。

ＮＯＮ域１７ロー１〜１７ロー５の形をしたアース面も
また第１ウェハ１２２内に形成される。

上記アース面はホイートストーンブリッジ回路と第２ウ
ェハ１２８内に形成されたＰ８領域１７４より成る駆動
電極間の電気的結合を実質上防止する６ＮＷ域１７ロー
１−１７ロー５は各々の金属接点１８１−１〜１８１−
５に電気的に接続される　ｐ　＋″領域１７４は金属接
点１７８に対して電気的に接続される。

第１と第２の温度検出抵抗器１６２，１６４は第１のウ
ェハ１２２の径方向に反対コーナに形成される。第１の
温度検出抵抗器は金属接点１６Ｇと１６８間に形成され
、第２の温度検出抵抗器は金属接点１７０と１７２間に
電気的に接続される。

第１ウェハ内の金属接点１７５と１７７間には温度検出
Ｐ−ｎダイオード１７３も形成される。

第７図の図解例について述べると、ビーム１２６付近の
第２センサ１２０の拡大上部平面図が示されている。長
尺の矩形ホール１２４はビーム１２６の両側に一点鎖線
で示す。駆動電極を形成するＰｏ領域１７４は、ビーム
反対側に配置された長尺の矩形部分を含む。圧抵抗素子
１４５゜１４７はビーム１２６上に配置される。圧抵抗
素子１４６．１４８はビーム１２６に隣接している。

第６図と第７図はガードレジスタの多重Ｎ”ｉｌｌ域１
７ロー１〜１７ロー５が、ホイートストーンブリフジ回
路と、駆動電極の反対側の、駆動電極を形成するＰ″領
域と実質上回−の形を備えた第１ウェハ１２２の狭い領
域の双方を実質上含むような形になっている。この狭い
領域はＮ形背景ドーパントのみによってドープする。ア
ース面は駆動電極とホイートストーンブリフジ回路間の
電気的結合を実質上防止する。

第８　Ａ−８Ｈ図は本発明による第ローフ図の第２セン
サ１２０を製作する方法を示す、中間酸化層と窒化層の
成長やホトレジスト層とホトリソブラフイーパターンの
付着のような中間の製作工程は、半導体製作に通暁して
いる者には周知であり、詳説するまでもないであろう。

第８Ａ図の工程では、立方センチメートルあたりほぼ１
．０Ｘ１０１ｔｈ個の原子のｎ−形ドーパント濃度を有
する単結晶＜１００＞方向シリコンウェハ１２８が示さ
れている。このウェハ１２８内にダイアフラム１３９が
形成されることになろう。

ウェハの第１の大きな面内には浅い、はぼ２マイクロメ
ートル深度のエッチングが形成され、ダイアフラム１３
９とビーム１３６間にギャップを提供する凹所が形成さ
れることになろう。

第２８図に示す工程では、ウェハ１２８内に浅いＰｏ領
域１７４が形成される。Ｐｏ領域１７４は、イオン打込
み法により形成することができる。

イオン打込み工程後に、Ｐ領域１７４を焼きなましして
不純物を活性化する。Ｐｏ領域１７４は駆動電極又は容
量性検出プレートとして使用するか、その両方の機能を
実行するために使用することができる。

第８Ｃ図に示す工程では、図の通−リ、単結晶＜１００
＞配向のＰ形ウェハ１２２がシリコンウェハ１２８に融
着される。融着工程中、ウェハ１２２と１２８は親水性
とする。即ち、それらは水を付着させる高温硝酸もしく
は高温亜硝酸と過酸化水素の溶液又は別の強力酸化剤の
如き薬剤によって処理される。それらは結晶方向に対し
て慎重に整合させる。その後、２枚のウェハをほぼ１時
間４００〜１２００℃の温度で酸化雰囲気内に配置する
。この融着工程後に深さ２ミクロンの凹所１３６がウェ
ハ１２２と１２８間に包囲され気密なキャビティ１３６
′を形成するようになる。

融着工程中に、Ｐ″領域１７４内のＰ形ドーパントがウ
ェハ１２８から熱駆動されず、凹所１３６がキャビディ
１３６′を被うウェハ１２２内に形成されるように注意
を払うべきである。かかる２８誘起された運動によれば
、デバイス動作を低下させる虞れのあるキャビティ１３
６′の下部とキャビティ上部間の電気ショートをひきお
こす虞れがあろう、かかる熱によって誘起される拡散を
防止する一つの方法は、融着工程中に、イオン打込みを
使用し続け、立方センチメートルあたりほぼ２．ＯＸ１
０′４以下の原子量でＰｌ領域１７４を形成して、エッ
チングされたキャビティの下部にほぼ２０００オングス
トロームの厚さの二酸化シリコンＮ１３１を残すことで
ある。

上記のシリコン融着技術は、単結晶シリコンウェハと異
なる熱膨張係数を有するような中間にかわ材を使用せず
に、第１と第２のウェハ１２２゜１２８を接着すること
が理解できよう、更に、融着法を使用してウェハ１２２
．１２８の一方もしくは双方の接着面内に酸化層もしく
は窒化層を形成することもできる。

第８Ｃ図に示す工程では、Ｐ形ウェハ１２２の非接着面
は機械的に研削してその厚さを小さくし、機械的に研磨
してなめらかな面をつくりだす。その後、ウェハ１２２
の非接着面を化学的エッチング剤にさらしてウェハ１２
Ｂの全厚をほぼ５マイクロメータにまで減らす。

この化学化エッチフグ工程を実行する際の有利な方法は
、ＩＥＥＥ電子デバイス紀要、第３６巻（１９８９年４
月、第４号）中の「シリコン膜の高精度厚さ制御に対す
る電子化学エッチングプロセスの研究」でＢ、クレフク
外により記述されたような電子化学エッチング工程を使
用することである。同論文は参考のため本文中に明示的
に組込んである。

上記エッチング方法は融着工程に先立って、はぼ５マイ
クロメートルの深さのＰ−ｎ接合をウニ／％　１２２の
接着面に対して形成する必要がある。

ｐ−ｎ接合は、融着工程に先立って立方センチメートル
あたり［，ｆ１．ＯＸ　１０１０〜７．０　Ｘ　１０”
個の原子のｎ形不純物濃度を有する軽量にドープしたｎ
形エピタキシャルＭ１２３をｎ形ウェハ１２Ｂの接着面
上に成長させることによって形成することができる。電
気化学エッチング工程技術中にウェハどうしの間の電気
接触を確保するために、上記融着工程中にｎ形エピタキ
ャルＷＪ１２３をｎ形ウェハ１２Ｂに対して融着させる
。

第８Ｅ図に示す工程では、シリコン製作技術の当業者に
は周知の方法を使用して非接着ウェハ面１２２内に電子
部品を形成する。第１ウェハ１２２上の、以下に説明す
る製作工程中で後に形成される共振ビーム１２６の反対
端にＰ形圧電素子１４５，１４７　（そのうち１つだけ
を示す）が形成される。更に、第１３１１２２上にはｎ
形のアース面領域１７ロー１〜１７ロー５（そのうち１
つだけを示す）が形成され、動作中に駆動電極を形成す
るＰ″領域１７４と、Ｐ形圧抵抗ピックアップ抵抗器か
らのクロストークを最小限にするようになっている。同
様にして、第１ウェハ１２２上には検出抵抗器１６２．
１６４　（図示せず）とＰ形ダイオード１７３（図示せ
ず）が形成され、センサ１２０の温度を監視して抵抗の
温度係数、感度もしくは周波数を補償するようになって
いる。

第６Ｆ図に示す工程では、埋込まれたＰ″領域１７４に
対して電気的にアクセスするためにブラスマエッチツゲ
を使用する。ブラスマエッチツゲ工程後、Ｐ第ｎ込み法
を用いて露出されたエッチフグ面がＰ形で埋込みＰ”ｊ
ｆｆ域１７４と電気接触できるようにする。更に、上記
した典型的な製造工程の結果、ウェハ１２２の非接着面
を力バーする絶縁二酸化シリコン層１２５上に電気接触
ホールをエッチングし抜く。これらの追加的な接触ホー
ルはｎ形アース面、圧抵抗素子、およびその他のセンサ
１２０の電気部品に対する電気的なアクセスを可能にす
る。

この接触ホールのエッチング工程中に、二酸化シリコン
層１２５の一部を、圧抵抗素子を絶縁する必要がある領
域は除いて、ウェハ１２２のビーム′ｊｒＪ域から除去
する。二酸化シリコンはシリコンとは異なる熱膨張係数
を有する。シリコンビーム１２６の周波数の温度係数は
そのような二酸化シリコン層１２５の部分をビーム領域
から除去することによって最小限にすることが有利であ
る。

第８Ｇ図に示す工程では、プラズマニンチツゲを行って
ビーム１２６にまたがる２つの長いホール１２４を形成
する。上記ホール１２４はビームの長手方向軸を通る結
晶方向が＜１００＞配向のウェハ１２２の（１１０）方
向となるように形成する。

第８Ｈ図に示す工程では、ウェハ１２８の非接着面は化
学的エッチツゲされてダイアフラム１３９が形成される
。ウェハ１２Ｂをエッチシグする現在望ましい方法にお
いては、水酸化カリウム溶液を使用してダイアフラム１
３９を形成する凹所をエッチフグする。エッチツゲが行
われないウェハ１２８の非接着面領域は窒化シリコンの
付着層により保護される。ダイアフラム１３９は一つの
雰囲気全体圧力範囲についてほぼ１００マイクロメート
ルの厚さを有する。本発明から逸脱せずにその他の化学
的エッチング技術を使用してダイアフラム１３９をエッ
チングすることができることも理解てきよう。

第８Ｈ図のエッチシグ工程は第８Ｇ図に関して説明した
ブラスマエッチツゲ工程前後の何れかに実行することが
できる。第８Ｇ図のエッチング工程中に、ウェハ１２２
の非接着面は、機械的にクランプしたを付臭、もしくは
ガラス又はシリコンのワックス付着プレートの如き幾つ
かの手段の何れかによって水酸化カリウム溶液から保護
することができる。上記手段によってエッチフグ液がウ
ェハ１２２の非接着面を劣化させる危険を防止すること
ができる。

上記実施例はｎ形基板とＰ形圧抵抗案子について解説し
たが、本発明はＰ形基板とｎ形圧抵抗素子を用いて実施
することも可能である。更に、第１と第２のウェハは、
本発明より逸脱せずに、別に、＜１１０＞配向の単結晶
シリコンより形成することも可能である。

上記実施例と方法は本発明の原理を表わす多くの可能な
実施例と方法を例示したものにすぎない。

本発明の精神と範囲から逸脱せずに、他の多くの構成と
方法をこれら原理に従って工夫することは容易であろう
。

例えば、第９図の図例は本発明の第２の代替例で第２の
センサ２２０が第１と第２の単結晶シリコンウェハ２２
２．２２８を備えるようになったものの断面図を示す、
第１のウェハはキャビティ２３６′の反対側に配置され
たビーム２２６を形成する。第１と第２のウェハ２２２
．２２８は、取付具２５９に固定された第１の遠方部分
２２２−１．２２８−１を備える。また、第１と第２の
ウェハ２２２，２２８は地震質ｆｆ１２６１に固定され
た第２の遠方部分２２２−２．２２８−２も備える。Ｎ
略化するために図示していないが、第２のセンサ２２は
電気部品を含むことができることも理解できよう。

動作中、地震質ｆｆｉ２６１が加速によって力Ｆ。

の如き力にさらされた場合、第１のウェハ２２２は張力
ＦＴａにさらされ、ビーム２２６の共振周波数は変化す
る。かくして、地震質量２６１は機械的応力をビーム２
２６に結合することになる。

第１０図は、例えば、振動可能なビームの振動を刺激す
るための代替的な方法で、本発明から逸脱せずに振動可
能ビームの振動の共振周波数を測定するものを示す、第
１Ｏ図は、本発明による第４の半導体電子機器センサ３
２０の断面図を示す。

第４のセンサ３２０は第１と第２の単結晶シリコンウェ
ハ３２２と３２８を備える。第１のウェハ３２２は第２
ウェハ３２８内に形成された凹所３３６′の反対側に配
置された長尺ビーム３２６を備える。ビーム３２６と凹
所３３６′はセンサ３２０のダイアフラム３３９内に形
成される。第１と第２のセンサ２０と１２０と異なって
、第４のセンサ３２０はビーム３２６の反対側に形成さ
れたホイートストーンブリッジ回路もしくは電極を備え
ない。光源３９０は、光エネルギーパルスヲヒーム３２
６の振動を刺激するビーム３２６へ提供する。反射計３
９２はビームから反射された光を受取る。反射光を使用
して当業者には理解できるような方法でビーム３２Ｇの
共振周波数を測定することができる。

もう一つの代替例（図示せず）は、ホイートストーンブ
リッジ回路を使用して振動可能なビームの振動を熱的に
刺激する。振動可能ビーム内に形成された圧抵抗素子は
周期的にその内部を電気が導通する。周期的な電流の流
れによって振動可能ナヒームに対して熱が付与されるた
め、ビームの振動を刺激するビームが周期的に拡大縮小
する。

もう一つの実施例（図示せず）は、第１と第２のセンサ
２０もしくは１２０の駆動電極と同様な容量性ピックア
ップ電極を使用して振動可能ビームの共振周波数を測定
する。かかる容量性ピックアップ電極と振動ビームの間
隔の変化によって生ずるキャパシタンスの周期的な変化
を測定することによって、振動素子の共振周波数を判断
することができる。単一の電極は振動電子の振動を刺激
すると共にその共振周波数を測定する働きを行うことが
できる。

もう一つの例（図示せず）は磁気駆動を用いて振動素子
の振動を刺激する。殊に、変動する磁界に近接してそれ
に垂直に配置された振動素子上に形成された導体内を電
流が導通する。その結果、振動素子が振動する。

もう一つの例（図示せず）は、圧抵抗駆動を用いて振動
素子の振動を刺激する。殊に、振動素子上に形成された
Ｚｎ　Ｏ□の如き圧抵抗層に対して電圧が周期的に提供
される。層が周期的電圧に応じて膨張収縮するにつれて
、それは振動素子の振動を刺激する。

かくして、上記した実施例のセンサは軽量にドープした
単結晶シリコン共振ビームを提供する上で有効である。

殊に、共振ビームは立方センチメートルあたりＩＯＸＩ
Ｏ”未満の原子の不純物濃度を備えることが望ましい。

従って、上記単結晶シリコン共振ビームは、第１と第２
の単結晶シリコンウェハ以外の熱的電気的性質に良くマ
ツチした性質を備える。更に、第１と第２のウェハは共
に融着されるため、その熱膨張係数もまた十分マツチし
たものとなる。

ビームのドーピング濃度が軽量であるため、ビーム内に
圧抵抗素子を製作することができる。更に、ビームは＜
１００＞配向結晶内の（１１０）方向に向けることがで
きるため、ビームの主応力軸は圧抵抗素子の応力に対し
最も敏感な方向と一致するようにすることができる。更
に、ビームは第１ウェハの非接着面と同一面にあるため
、ホトリソグラフィー技術を用いてビームを製作するこ
とが容易で、第１ウェハ内の表面繊維応力をより効率的
にビーム内に接続することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１半導体センサ２０の第１シリコン
ウェハの上部平面図、 第２図は第１図のセンサの断面図、 第３図は第１ウェハ２２の上部平面図、第４図は第２ウ
ェハの上部平面図、 第５図は第１と第２のウェハが互いに上下に重ね合わさ
れた杖館を示すセンサの上部平面図、第６図は本発明に
よる第２半導体センサを備えろ第１の代替例の上部平面
図、 第７図はビーム付近の第２センサの拡大上部平面図、 第８Ａ−８８図は第ローフ図の第２センサ１２０を製作
するための本発明による方法を示す図、第９図は第２の
センチ２２０が第１と第２の単結晶シリコンウェハ２２
２．２２８を備える本発明の第２の代替例の断面図、及
び 第１０図は本発明による第４の半導体センサの断面図で
ある。 ２２・・・・・・第１シリコンウェハ、２０・−・・・
・半導体センサ、 ２４・・・・・・矩形ホール、 ２６・・・・・・ビーム、 ２８・・・・−・第２シリコンウェハ、３０・・・・・
・非積層面、 ３４・・・・・・積層面、 ３９−−−−−・ダイアフラム、 ４５　、　４　フ　−−−−−−圧抵抗素子、５０．５
３・・−・−ｐ形領域、 ３６・・・・・・凹所領域、 ５８．６０−・・・・・金属接点。 〇− １＼　＼　＼Ｉ 手続補正書（方式） ％式％ １、事件の表示　　　平１ｉ！２年特許１１ｉ１ｍ１４
１１９５号２、発明の名称　　　電子機器センサ ３、補正をする者 事件との関係　　出願人 ４、代理人 ５、補正命令の日付　　平成２年８月２８日願書に最初
に添付した明細書及び図面の浄書（内容に変更なし）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）振動手段を形成する第１の単結晶シリコンウェハ
   と、 第２の単結晶シリコンウェハと、 上記第２のウェハからの機械的応力を上記振動手段に結
   合する手段と、から成り、 上記振動手段が、立方センチメートルあたりほぼ７．０
   ×１０＾１＾９未満のドーパント原子によりドーピング
   される電子機器センサ。 （２）上記振動手段の共振周波数が上記結合手段により
   上記振動手段に結合された機械的応力に応じて変化する
   請求項１のセンサ。 （３）更に、上記振動手段の共振周波数の測定手段を備
   える請求項１のセンサ。 （４）上記結合手段がダイアフラムより成る請求項１の
   センサ。 （５）上記結合手段がダイアフラムより成り、上記振動
   手段が上記ダイアフラム上に形成される請求項１のセン
   サ。 （６）上記結合手段が上記第１と第２のウェハに対して
   固定された地震質量より成る請求項１のセンサ。 （７）上記第１と第２のウェハが共に融着される請求項
   １のセンサ。 （８）上記第１と第２のウェハが共に融着され、上記振
   動手段がビームを備え、上記第１のウェハの非接着面が
   上記第１のウェハの背景ドーピング濃度と実質上同一の
   不純物濃度によりドープされる請求項１のセンサ。 （９）上記振動手段が上記第１のウェハの背景ドーピン
   グ濃度と実質上同一の不純物濃度によりトープされる請
   求項１のセンサ。 （１０）更に、振動手段内に形成された少なくとも一つ
   の圧抵抗素子を備え、上記振動手段が長尺のビームを備
   える請求項１のセンサ。 （１１）上記第１のウェハが＜１００＞配向のウェハで
   あり、上記ビームが上記第１のウェハの （１１０）方向に沿って実質上整合した長手方向軸を有
   する請求項１のセンサ。 （１２）上記第１のウェハが＜１００＞配向のウェハで
   あって、上記ビームが上記第１のウェハ内の（１００）
   方向に沿って実質上整合する長手方向軸を備える請求項
   １１のセンサ。 （１３）振動手段を形成する第１の単結晶シリコンウェ
   ハと、第２の単結晶ウェハと、同第２ウェハから上記振
   動手段へ機械的応力を結合する手段と、から成り、上記
   第１と第２のウェハが共に融着されるセンサ。 （１４）上記振動手段が立方センチメートルあたりほぼ
   ７．０×１０＾１＾９未満のドーパント原子によりドー
   プされる請求項１３のセンサ。 （１５）上記振動手段の共振周波数が上記結合手段によ
   り上記振動手段に結合された機械的応力に応じて変化す
   る請求項１３のセンサ。 （１６）更に、上記振動手段の共振周波数を測定する手
   段を備える請求項１３のセンサ。 （１７）更に、上記振動手段により共振振動を刺激する
   手段を備える請求項１３のセンサ。 （１８）上記結合手段がダイアフラムより成る請求項１
   ３のセンサ。 （１９）上記結合手段がダイアフラムより成り、上記結
   合手段が上記ダイアフラム上に形成される請求項１３の
   センサ。 （２０）上記結合手段が上記第１と第２のウェハに固定
   された地震質量を備える請求項１３のセンサ。 （２１）上記振動手段が、上記第１ウェハの背景ドーピ
   ング濃度と実質同一の不純物濃度でドープされる請求項
   １３のセンサ。 （２２）更に、上記振動手段内に形成された少なくとも
   一つの圧抵抗素子を備え、上記振動手段が長尺のビーム
   より成る請求項１３のセンサ。 （２３）上記第１のウェハが＜１００＞配向ウェハであ
   って、上記ビームが上記第１ウェハ内の（１１０）方向
   に沿って実質上整合する長手方向軸を有する請求項１３
   のセンサ。 （２４）上記第１のウェハが＜１００＞配向のウェハで
   あって、上記ビームが上記第１ウェハの（１００）方向
   に沿って実質上整合する長手方向軸を備える請求項１３
   のセンサ。 （２５）振動可能ビームを形成する第１の単結晶シリコ
   ンウェハと、上記振動ビーム内に形成された少なくとも
   一つの圧抵抗素子と、第１の浅い凹所領域を形成する第
   ２の単結晶シリコンウェハと、上記第２のウェハから上
   記振動ビームに対して機械的応力を結合する手段と、を
   備え、上記第１と第２のウェハが共に積層されることに
   よって上記振動ビームが上記浅い凹形領域の反対側に配
   置されるようになった電子機器センサ。 （２６）上記振動ビームの共振周波数が上記結合手段に
   より上記振動ビームに結合された機械的応力に応じて変
   化する請求項２５のセンサ。 （２７）更に、浅い凹形領域に形成される電極を有する
   請求項２５のセンサ。 （２８）上記第１のウェハが＜１００＞配向の単結晶シ
   リコンを含み、上記振動ビームが上記第１ウェハの（１
   １０）方向に沿って実質上整合する長手方向軸を有する
   請求項２５のセンサ。 （２９）上記第１のウェハが＜１１０＞配向の単結晶シ
   リコンを含み、上記振動ビームが上記第１ウェハの（１
   １０）方向に沿って実質上整合した長手方向軸を備える
   請求項２５のセンサ。 （３０）上記第１のウェハが＜１００＞配向の単一結晶
   シリコンを含み、上記振動ビーム内に少なくとも２つの
   圧抵抗素子が形成され、上記少なくとも２つの圧抵抗素
   子を通り抜ける軸が上記第１のウェハの（１００）方向
   に沿って実質上整合する請求項２５のセンサ。 （３１）上記第１のウェハの＜１１０＞配向の単結晶シ
   リコンを含み、上記振動ビーム内に少なくとも２つの圧
   抵抗素子が形成され、上記少なくとも２つの圧抵抗素子
   を通過する軸が上記第１のウェハの（１００）方向に沿
   って実質上整合する請求項２５のセンサ。 （３２）上記第２のウェハが上記結合手段を形成する請
   求項１、３０もしくは２５のセンサ。 （３３）更に、上記少なくとも一つの圧抵抗素子を上記
   測定手段から実質上電気的に隔離する手段を備える請求
   項２５のセンサ。 （３４）上記結合手段がダイアフラムより成る請求項２
   ５のセンサ。 （３５）上記結合手段がダイアフラムより成り、上記振
   動ビームが上記ダイアフラム上に配置される請求項２５
   のセンサ。 （３６）上記結合手段が上記第１と第２のウェハに固定
   された地震質量を備える請求項２５のセンサ。 （３７）上記第１と第２のウェハが共に融着される請求
   項２５のセンサ。 （３８）上記第１と第２のウェハが共に融着され、上記
   第１のウェハの非接着面が実質上平面状で、上記振動ビ
   ームが上記第１ウェハの非接着面と実質上同一面内にあ
   る面を備える請求項２５のセンサ。 （３９）上記振動ビームが上記第１ウェハの背景ドーピ
   ング濃度と実質上同一の不純物濃度によりドープされる
   請求項２５のセンサ。 （４０）更に、ホィートストーンブリッジ回路内に結合
   された複数の圧抵抗素子を備える請求項２５のセンサ。 （４１）更に、上記振動手段により共振振動を刺激する
   手段を備える請求項１のセンサ。