JPH0722628A - 半導体加速度センサとその製造方法 - Google Patents

半導体加速度センサとその製造方法

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JPH0722628A
JPH0722628A JP16559493A JP16559493A JPH0722628A JP H0722628 A JPH0722628 A JP H0722628A JP 16559493 A JP16559493 A JP 16559493A JP 16559493 A JP16559493 A JP 16559493A JP H0722628 A JPH0722628 A JP H0722628A
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JP
Japan
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lever
weight
pattern
film
acceleration sensor
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Application number
JP16559493A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazuyoshi Furuta
一吉 古田
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Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
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Publication date
Application filed by Seiko Instruments Inc filed Critical Seiko Instruments Inc
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Publication of JPH0722628A publication Critical patent/JPH0722628A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来のものに比べて、小型で高機能な半導体
加速度センサとその製造方法を提供する。 【構成】 半導体加速度センサにおいて、レバーと一方
のストッパーが同一基板からなることを特徴とし、加速
度を受けるおもりとしてシリコンのメサを用いず、金属
薄膜をおもりとして有する構成とする。また、この半導
体加速度センサの製造方法としては、SOIウエハの上
層Si層をレバーとして形成できるように、耐エッチン
グ性膜でレバーの部分をつつみこむ状態にしたのち、異
方性エッチングを実施してビームを形成する。 【効果】 シリコンメサを必要としないので、従来のも
のに比べて半分以下のサイズを達成できる。ストッパー
との位置合わせの回数が削減できるので、製造が簡便に
なるほか、位置ズレによる不良もなくなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、重力の加速度や運動
の加速度を検出する半導体加速度センサに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体加速度センサは、図3に示
すように、加速度を受けるおもり、前記おもりの受ける
加速度によって歪を生じるレバー、前記おもりの変位を
規制するストッパー、及び前記レバーの歪み量を検出す
る検出手段から構成されている。ここで歪み量を検出す
る検出手段としては、静電容量の変化を検出する検出手
段、振動数の変化を検出する検出手段、半導体のピエゾ
抵抗効果による抵抗変化を検出する検出手段等がある。
一般的には半導体のピエゾ抵抗効果を利用する加速度セ
ンサが多く用いられている。
【0003】また、加速度を受けるためのおもりは、一
般的にはレバー先端にシリコンを台地状に残したメサ1
0を用いている。加速度によって歪を生じるレバーは、
シリコン基台表面にレバー厚み分のSi層を形成した
後、裏面からエッチングしてレバーを作製するという方
式で形成される。すなわち、メサ10を含むレバーの部
分以外のシリコン基台をエッチングしてくり貫くという
方式で形成されるのが一般的であった。例えば、特開昭
64−18063号公報などにこのような構造が開示さ
れている。
【0004】さらに、おもりの変位を規制するストッパ
ーは、過剰な力がセンサに加えられたときに、レバーが
破損しないようにおもりとレバーをはさみこむ形で他の
基板をレバー基板にはりあわせてストッパー11とする
というものが一般的であった。なお、ストッパー11と
しての基板はエッチング後もしくはエッチング直前に陽
極接合等の接合手法により形成するというものであっ
た。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のこの構
造および製造方法では、異方性エッチングを利用してシ
リコン基台をくり貫き、おもりとしてのメサを形成する
ので、おもりのサイズが限定される。すなわち、おもり
のサイズを小さくするとメサの形成ができなくなるの
で、一定のサイズ以下にはできない。さらに、メサを有
効に形成するには、コーナー部のエッチングを防止する
ため補正パターンを設けなくてはならない。したがっ
て、センサ自体のサイズが限定されて小型化に対応でき
ないという課題があった。
【0006】また、両面からのエッチングでレバーを形
成する場合、ウエハの両面パターンニングが不可欠であ
り工数が増える、両面のパターン間で位置ズレが発生す
るとセンサの性能が低下するという課題があった。さら
に、エッチング後にストッパーとしての基板を接合をす
る場合、接合直前まではおもりの過剰変位を抑えるスト
ッパー機構がない。したがって、過剰変位による破損防
止のための別の施策、例えば、エッチングから接合まで
の間ダミー基板をあてておくというようなことが必要で
あり、製造効率が悪いという課題があった。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明はレバーとおもりとストッパーを有する加
速度センサにおいて、レバーを一方のストッパーと同一
基板で形成した構造とした。おもりとしては無電解めっ
き法により形成される金属薄膜を使用する構造とした。
また、この構造を得るための製造方法としては、基板と
してSOIウエハを用い、無電解めっきのためのおもり
のパターンを形成後、レバーのパターン形状に基板の上
層Si層をエッチングする。次に、再度SiO2 膜を成
膜してレバー形状をSiO2 膜でつつみこむ構成とした
後、基板Siのエッチングをすることとした。さらに、
SiO2 膜を除去した後、無電解めっきを実施すればあ
らかじめ設けたおもりのパターンの部分だけにめっき膜
が析出し、おもりが形成される。
【0008】
【作用】上記のように構成された半導体加速度センサに
おいては、レバー形成と同時にストッパーが形成される
ので過剰な力がレバーにかかったとしてもレバーが破損
することはないことになる。レバー形成とおもりの形成
が同時ではないため、おもり形成まではレバーに過剰な
力がかかりにくい。おもりとしてメサを作る必要がない
ので、センサ自体のサイズを小さくすることができる。
おもりのおもさも自由に選択できるので加速度センサの
汎用性がひろがることになる。
【0009】上記のように構成された製造方法をとれ
ば、両面からエッチングすることなく、片面からのエッ
チングのみでシリコンのレバーを基板のSiと同一基板
で形成することができる。両面パターンニングをおこな
う必要がないため両面パターン間での位置ズレによる不
良発生も防止できる。
【0010】したがって、小型の半導体加速度センサを
簡易な方法でしかも確実に製作できることとなる。
【0011】
【実施例】以下に、この発明の実施例を図に基づいて説
明する。図2は本発明による製造方法の工程図である。
この図により製造方法を説明する。
【0012】(a)半導体ウエハである。このウエハは
(100)面の基板Si層1、中間層SiO2 層2、上
層Si層3から構成されている。ここで上層Si層3の
厚みは所望のレバーの厚みと同じものを用いる。本実施
例では上層Si層の厚みが、5μm〜10μmであるS
OIウエハを用いた。
【0013】(b)前記SOIウエハの上面にフォトレ
ジストを塗布し、フォトリソグラフィ法を用いて、レバ
ーのパターン13の形状にフォトレジストを除去する。
このときに用いるレバーのパターン13は、レバーの部
分とおもりを形成するためのおもりのパターン4の部分
とを合わせたパターンである。このフォトレジストをマ
スクとしドライエッチング法を用いて、レバーのパター
ン13の形状に上層Si層3を除去する。さらにこのウ
エハ上のフォトレジストを除去する。
【0014】(c)ウエハ上の前記レバーのパターン1
3を形成した上層Si層3にイオン注入法をもちいて、
ピエゾ抵抗効果を起こすセンシングエレメント8を形成
する。前記ウエハの上面にスパッタリング法を用いて、
Al薄膜を形成する。Al薄膜上にフォトレジストを塗
布し、フォトリソグラフィ法を用いて、おもりのパター
ン4、パッドのパターン5の形状にフォトレジストを除
去する。このフォトレジストをマスクとしドライエッチ
ング法を用いて、おもりのパターン4、パッドのパター
ン5の形状にAl薄膜を除去する。さらにこのウエハ上
のフォトレジストを除去する。ウエハ上にAl薄膜がお
もりのパターン4、パッドのパターン5の形状にパター
ン形成された状態になる。センシングエレメント8の形
成に用いるイオン種としてはホウ素を選択した。
【0015】(d)前記ウエハの上面にプラズマCVD
法を用いて、SiO2 膜6を形成する。さらにSiO2
膜6の上面にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラ
フィ法を用いて、おもりのパターン4、パッドのパター
ン5の形状にフォトレジストを除去する。このフォトレ
ジストをマスクとして、おもりのパターン4、パッドの
パターン5の形状に該SiO2 膜6を除去する。さらに
このウエハ上のフォトレジストを除去する。
【0016】(e)前記ウエハの上面にプラズマCVD
法を用いて、SiNx 膜7を形成する。 (f)前記SiNx 膜7の上面にフォトレジストを塗布
し、フォトリソグラフィ法を用いて、レバーのパターン
14の形状にフォトレジストを除去する。このフォトレ
ジストをマスクとしドライエッチング法を用いてレバー
のパターン14の形状にSiO2 膜6、SiNx 膜7を
除去する。さらにこのウエハ上のフォトレジストを除去
する。ただし、このとき用いるレバーのパターン14
は、最初に用いたレバーのパターン13より大きくし
て、おもりのパターンを形成した部分を含むレバーの部
分をSiO2 膜6及び中間層SiO2 層2でつつみこ
む。本実施例では前記レバーのパターンは、幅10μ
m、長さ100μm〜500μmとした。
【0017】図4においてレバーのパターンサイズの関
係を示す。破線のパターンは初期に用いるレバーのパタ
ーン13であり、実線のパターンはこの工程で用いるレ
バーのパターン14を示してある。また、図5には図4
におけるA−A’方向とB−B’方向の基板の断面図を
示す。この図から明らかなように、おもりのパターンを
形成した部分を含むレバーの部分は、SiO2 膜6及び
中間層SiO2 層2でつつみこまれた状態となってい
る。図6は斜視図である。
【0018】(g)前記ウエハの基板Si層1のエッチ
ングをウエットエッチング法により実施する。ここにお
いておもりのパターンを形成した部分を含むレバーの部
分はSiO2膜6及び中間層SiO2 層2でつつみこま
れた状態であるのでエッチングされない。なお、ここで
用いるウエットエッチング法は(111)面のエッチン
グレートに比べて(100)面、(221)面のエッチ
ングレートが極端に大きいという、いわゆる異方性エッ
チングである。エッチング後は、図に示すように、おも
りのパターンを形成した部分を含むレバーの部分が基板
Si層1から浮いた形となる。ただし、レバーの根本の
部分では、レバーと基板Si層1とは一体となってい
る。基板Si層1のエッチング深さは、おもりのパター
ンを形成した部分を含むレバーのパターン形状、すなは
ちレバーのたわみ量によって選択する。本実施例ではお
もりのパターンを形成した部分を含むレバーのパターン
にあわせて10μmから200μmとした。
【0019】(h)前記ウエハ上のSiNx 膜7をドラ
イエッチング法により除去する。 (i)前記ウエハ上のパッドのパターン5の上面に無電
解めっき法を用いて、パッド9を形成する。前記ウエハ
上のおもりのパターン4の上面に無電解めっき法を用い
て、おもり12を形成する。おもりの金属としては金を
用いた。厚みは2μmから50μmとした。
【0020】(j)前記ウエハに、あらかじめエッチン
グ加工により凹部の形成してあるストッパー基板をはり
つけて、チップの形態に加工する。前記凹部の深さは、
おもりを形成した部分を含むレバーのたわみ量により1
2μmから250μmとした。
【0021】本実施例では、片もち梁状に突き出たレバ
ーとおもりを持つ半導体加速度センサについて述べた
が、例えば2本ないしは4本の梁で両側から支えるよう
な複数の梁を持つビーム状のレバーとおもりを持つ半導
体加速度センサにも応用することができる。
【0022】
【発明の効果】この発明は、以上説明したようにレバー
となる部分を耐エッチング性の薄膜でつつみこみ片面か
らの加工にによってレバーを形成する製造方法とするこ
とにより、および、加速度によって歪を生じるレバーを
基台と同一基板で形成する構造とし、おもりとしてシリ
コンのメサを用いず金属薄膜を用いる構造とすることに
より、半導体加速度センサのサイズを従来よりも小さく
でき、生産が容易になり、センサのセンシングレンジの
設定可能幅がひろがりセンサの汎用性が高まるなどの効
果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体加速度センサのチップの代表的
な構成の一例を示す断面図である。
【図2】本発明の製造工程の代表的な構成の一例を示す
図である。
【図3】メサをおもりとして用いる従来の半導体加速度
センサのチップを示す断面図である。
【図4】レバーのパターンサイズを示した説明図であ
る。
【図5】図4におけるA−A’、B−B’の断面図であ
る。
【図6】図4の説明図の斜視図である。
【符号の説明】
1 基板Si層 2 中間層SiO2 層 3 上層Si層 4 おもりのパターン 5 パッドのパターン 6 SiO2 膜 7 SiNx 膜 8 センシングエレメント 9 パッド 10 メサ 11 ストッパー 12 おもり 13 最初にパターンニングするレバーのパターン 14 二度目にパターンニングするレバーのパターン

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 加速度を受けるおもり、前記おもりの受
    ける加速度によって歪を生じるレバー、前記おもりの変
    位を規制するストッパーからなる半導体加速度センサに
    おいて、少なくとも一方のストッパーとレバーとが同一
    基板からなることを特徴とする半導体加速度センサ。
  2. 【請求項2】 加速度を受けるおもりに金属薄膜を有す
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の半導
    体加速度センサ。
  3. 【請求項3】 加速度を受けるおもり、前記おもりの受
    ける加速度によって歪を生じるレバー、前記おもりの変
    位を規制するストッパーからなる半導体加速度センサの
    製造方法において、基台材料としてSOIウエハを用
    い、上層のSi層にレバー形状をパターンニングし、耐
    エッチング性膜で該レバーをつつみこみ、異方性エッチ
    ングを行いレバーを形成することを特徴とする半導体加
    速度センサの製造方法。
JP16559493A 1993-07-05 1993-07-05 半導体加速度センサとその製造方法 Pending JPH0722628A (ja)

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ID=15815322

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003156510A (ja) * 2001-11-22 2003-05-30 Matsushita Electric Works Ltd 半導体加速度センサの製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003156510A (ja) * 2001-11-22 2003-05-30 Matsushita Electric Works Ltd 半導体加速度センサの製造方法

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