JPH04137671A - 半導体加速度センサの製造方法 - 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） 本発明は半導体加速度センサの製造方法に関し、特に、
ｘ、　ｙ、　ｚの３軸の方向の加速度を検出可能な三次
元加速度センサに関するものである。

（従来の技術） 従来の加速度センサは、第９図に示すように、重みを与
える質量部４０と、肉厚が薄いたわみ部４１と、このた
わみ部４１の主面に形成された拡散抵抗からなるピエゾ
抵抗素子（歪みゲージ）４２を有している。

この加速度センサは、歪みゲージの形成面に垂直な方向
の加速度Ｇを検出するものであり、加速度Ｇが加わると
たわみ部２１が変形し、この変形により生じるピエゾ抵
抗素子４２の抵抗値の変化を検出することにより、加速
度Ｇを測定するものである。

このセンサを用いてｘ、ｙ、ｚの３軸方向の加速度を検
出する場合は、第１０図に示すように、鋼ブロック（台
座）４４の３つの面上に１個ず−っセンサを固定して行
う。

（発明が解決しようとする課題） 上述した従来の技術は、３次元加速度センサを実現する
ためには３個のセンサを組合わせなければならず、組立
てか面倒であったり、サイズが大きく取付は場所に制限
か生したりするという問題点がある。

そこで、本願出願人は、先に、同−崖導体チツブに３軸
に感応するカンチレバーを有するワンチップ化された半
導体センサを提案している。この半導体加速度センサは
、加速度を受けて梁か弾性変形すると、この変化を梁上
に設けられたピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化として検出
するものである。本願発明者は、この３次元半導体加速
度センサを実用化すべく種々の検討を行ったか、その結
果、以下の点が明らかとなった。

（１）３つのピエゾ抵抗素子はプレーナー技術を用いて
形成されるため、同一面上にあり、それゆえに、Ｘ、Ｙ
軸方向の変形に関して十分な感度をとれない。

（２）弾性変形を容易とするため梁の幅（加速度方向の
肉厚）は極めて小さい。このため、梁上に形成されるピ
エゾ抵抗の横幅も狭くなり、抵抗値が実用領域よりかな
り大きくなってしまう。

本発明はこのような考察に鑑みてなされたちのてあり、
その目的は、実用に耐える３次元加速度センサを製造す
る方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明の代表的なものの概要を述べれば、下記のとおり
である。

まず、半導体基板の表面に所定の拡散（パッド引出し層
等）やパッドを形成し、かつ裏面に８１、Ｎ４等からな
るエツチングパターンを形成しておく。

次に、半導体基板の表裏面をマスキングし、表面をパタ
ーニングして部分的な開口を形成し、ヒドラジンやＫＯ
Ｈ等でエツチングして半導体基板の一部を除去し、梁を
形成する。

この後、梁の両サイドの面に拡散を施し、側面抵抗（ピ
エゾ抵抗）を形成する。この側面部の拡散層は予め形成
されていた拡散層と連結し、自動的に電気的な接続が実
現する。

上述した拡散工程においては、粱の先端部の側面にまで
拡散がなされるため、この不要領域を、今度は、予め裏
面に作り込んでおいたエツチングパターンをマスクとし
て用いたエツチングにより除去し、両サイトにピエゾ抵
抗が形成された梁を得る。

（作用） エツチングに半導体基板の一部を除去して梁を形成した
後は、チップのハンドリングや固定、レジスト塗布が難
しく、また、機械的強度も低下しているためにリンサー
ドライヤー等による乾燥ができない。したがって、梁形
成前に、後の工程で必要となるエツチングパターンを作
り込んでおく。

これにより、梁形成後のエツチングが可能となる。

また、梁の側面に形成された抵抗は、予め形成されてい
るバッドｉｌ出し層と交わって連結され、電気的な接続
が自動的に形成され、コンタクト領域の別途の形成が不
要である。

また、梁の側面はかなりの厚みを有しているため、側面
に形成された抵抗の抵抗値を実用領域にまで低下させる
ことが可能である。

また、完成した半導体センサの構造としては、梁の側面
部にピエゾ抵抗が形成されているため、ピエゾ抵抗形成
面と軸方向とが直交し、検出感度が高い。

（実施例） 次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は形成しようとする３次元加速度センサの一例の
構成を示す図である。

このセンサは、ｘ、ｙ、ｚそれぞれの方向の加速度を検
出するカンチレバー１．　２．　３を有シ、カンチレバ
ー１．２には、それぞれ梁７ａ、７ｂが形成され、カン
チレバー３には、肉厚が薄いたわみ部８が形成されてい
る。また、梁７ａ、７ｂの両側面にはピエゾ抵抗Ｒ１，
Ｒ２およびＲ３゜Ｒ４がそれぞれ形成され、たわみ部８
上にはピエゾ抵抗Ｒ５が形成されている。梁７ａ、７ｂ
において、ピエゾ抵抗Ｒ１，Ｒ２およびＲ３，Ｒ４はそ
れぞれ接続層４ａ、４ｂにより接続されており、パッド
引出し層５ａ、５ｂおよび５ｃ、５ｄによりポンディン
グパッド６ａ、　　６ｂおよび６Ｃ１６ｄに導出されて
いる。また、抵抗Ｒ５の両端はポンディングパッド６ｅ
、６ｆに接続されている。

なお、このセンサは、固定面１０（斜線がほどこされて
いる）により台座に固定される。

第２図はＸ方向の加速度を検出するカンチレバ１に形成
される加速度センサの等価回路図である。パッド５ａ、
　　６ｂにはブリッジ回路および出力アンプが接続され
る。

次に、Ｘ方向の加速度を検出する第３図〜第８図を用い
てカンチレバー１の製造方法を説明する。

第３図 まず、Ｓｉ半導体基板２０の表面に通常のフォトリソグ
ラフィー技術を用いてパッド引出し用拡散層５ａ、５ｂ
と、接続用拡散層４ａと、ポンディングパッド５ａ、　
　６ｂを形成する。次に、裏面にシリコン窒化膜（Ｓ　
ｊ３Ｎ４　）２２を形成した後にパターニングし、基板
エツチング用開口２３を設ける。

第４図 半導体基板表裏面にＣＶＤ法により５ｉｎ２膜（マスク
層）を形成し、所定形状にパターニングし、シリコン表
面の一部を露出させパターニング部２６を形成する。

第５図および第７図 次に、ヒドラジンやＫＯＨにより半導体基板をエツチン
グし、加速度センサの片持ち柔構造を形成する。次に、
表裏面の５ｉ０２膜を拡散マスクとしても用いて梁の側
壁に拡散を行い、側面抵抗３１ａ、３１ｂ　　（ピエゾ
抵抗Ｒ１，Ｒ２）を形成する。

図中、不純物の拡散がなされた領域には×印が付されて
いる。側面抵抗３１ａ、３１ｂは、パッド引出し用拡散
層５ａ、５ｂと接続部３０て接続され、一方、接続部３
２て接続用拡散層４ａと自動的に接続される。第５図の
アーア線に沿う断面構造は第７図のようになっている。

第６図および第８図 次に、表裏面の５ｉｎ２膜２４．２５を除去し、基板表
面に、新たに５１０２膜４０を形成する。次に、裏面の
５１３Ｎ４膜２２をマスクとしてヒドラジンあるいはＫ
ＯＨによりエツチングし、開口２３からエツチング液を
浸透させ、梁の先端部分（パッド位置の反対の部分）２
４を除去する。これにより、側面抵抗３Ｌａ　　（Ｒ１
）は側面抵抗３１．ｂ（Ｒ２）と低抵抗値の接続用拡散
層４ａによってのみ接続される。第６図のイーイ線に沿
う断面構造は第８図のようになっている。

このようにして、Ｘ方向の加速度を検出するセンサが製
造される。Ｙ軸方向のセンサについても同様である。ま
た、Ｚ方向については、たわみ部（ダイアフラム）８を
形成する工程（裏面エツチング工程）が必要であるが、
一連のフォトリソ工程において、ワンチップ３次元セン
サが形成される。

（発明の効果） 以上説明したように本発明は、必要なエツチングパター
ン、拡散層、パッド等をあらかじめ形成しておき、梁を
形成した後、側面抵抗を形成し、その後、作り込んであ
ったエッチグパターンを用いて梁の先端部を除去し、側
壁に拡散された部分とそうでない部分とを選択的につく
って電気的に分離することにより、通常のフォトリング
ラフィ−技術を用いて、実用に耐える３次元加速度セン
サを製造できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は形成しようとする３次元加速度センサの一例の
構成を示す図、 ＠２図はＸ方向の加速度を検出するカンチレバー１に形
成される加速度センサの等価回路図、第３図〜第６図は
それぞれ、梁構造形成のための主要な工程を示す斜視断
面図、 第７図は第５図のアーア線に沿う断面構造を示す図、 第８図は第６図のイーイ線に沿う断面構造を示す図、 第９図および第１０図は従来例の構成を示す図である。 １．２．３・・カンチレバ ４ａ、４ｂ・・・接続用拡散層 ５ａ〜５ｄ・・・パッド引出し用拡散層６ａ〜６ｅ・・
・ボンディングバンド ２０・・・Ｓｉ基板 ２１・・・表面酸化膜 ２２・・Ｓｉ３Ｎ４膜 ２３・・・基板エッチンク用開口 ２４・・エッチンク除去部 ２６・・・パターニング部 ３０、３２・・接続部 ３１ａ、３１ｂ・・側面抵抗（ピエゾ抵抗ＲＲ２） 特許出願人　横　河　電　機　株 式 第 図 第 図 ｂ 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　半導体基板の主面に外部接続用のパッド（６）と、該
   パッドに連接するパッド引出し用の拡散層（５）と、検
   出しようとする加速度の方向に延在する、抵抗接続用拡
   散層（４）とを形成する工程と、 半導体基板の裏面に、所定箇所に開口（２３）を有する
   エッチングマスクパターン（２２）を形成する工程と、 上記工程を経た半導体基板の表裏面の全面にマスク層（
   ２４，２５）を形成し、その後、表面のマスク層をパタ
   ーニングして所定形状のマスクを形成する工程と、 前記マスクをエッチングマスクとして使用して半導体基
   板の一部を除去し、加速度方向に弾性変形する梁（７）
   を形成する工程と、 前記マスクを拡散マスクとして使用して前記梁の両側面
   部に不純物を拡散し、加速度検出用の抵抗層（３１ａ，
   ３１ｂ）を形成する工程と、半導体基板の表裏面に存在
   する前記マスクを除去し、その後、半導体基板表面にの
   み新たなマスク層（４０）を形成する工程と、 半導体基板の裏面に形成されている前記エッチングマス
   クパターン（２２）を使用して裏面からの半導体基板の
   エッチングを行い、前記梁の先端部の一部を除去する工
   程とを有し、 前記梁の両側面部に不純物を拡散して加速度検出用の抵
   抗層（３１ｂ，３１ｂ）を形成したときに、該加速度検
   出用の抵抗層（３１ｂ，３１ｂ）と、前記パッド引出し
   用の拡散層（５）および抵抗接続用拡散層（４）とがそ
   れぞれ接続されることを特徴とする半導体加速度センサ
   の製造方法。