JPH0758345A - Manufacture of semiconductor acceleration sensor and photomask for the same - Google Patents
Manufacture of semiconductor acceleration sensor and photomask for the sameInfo
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- JPH0758345A JPH0758345A JP5201342A JP20134293A JPH0758345A JP H0758345 A JPH0758345 A JP H0758345A JP 5201342 A JP5201342 A JP 5201342A JP 20134293 A JP20134293 A JP 20134293A JP H0758345 A JPH0758345 A JP H0758345A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、単結晶シリコン基板を
用いた半導体加速度センサの製造方法及びフォトマスク
に関し、特に、加速度を力に変換する厚肉のおもり部
と、変換された力を電気信号に変換する薄肉のたわみ部
と、加速度検出感度を高めるための貫通孔とを、(10
0)面方位単結晶シリコンの異方性エッチングを利用し
て形成する半導体加速度センサの製造方法及びその製造
に用いられるフォトマスクに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor acceleration sensor using a single crystal silicon substrate and a photomask, and more particularly to a thick weight portion for converting acceleration into force and an electric force for converting the converted force. A thin flexible portion for converting into a signal and a through-hole for increasing acceleration detection sensitivity are provided in (10
0) A method for manufacturing a semiconductor acceleration sensor formed by utilizing anisotropic etching of plane-oriented single crystal silicon, and a photomask used for the manufacturing.
【0002】[0002]
【従来の技術】この種の半導体加速度センサでは、通
常、図2(a)にその斜視図を示すように、単結晶シリ
コン基盤の一方の面に、矩形状で厚肉のおもり部1と、
このおもり部1の対向する二つの辺に平行に設けられた
薄肉のたわみ部2と、おもり部1のもう一組の対向する
辺に平行に設けられた貫通孔3と、たわみ部2を支持す
る厚肉のリム部4とが形成されている。又、シリコン基
板のもう一方の面には、図2(b)に示す模式的斜視図
のように、たわみ部2に対応する部分に複数の抵抗5が
形成され、これら抵抗5に外部から電流を流せるよう
に、パッド6および金属配線7が設けられている。上記
の構造において、おもり部1は、結晶面に垂直な方向の
成分を持つ加速度がこのセンサに加わったときに、力学
の法則F=Mα(但し、Fは力、Mはおもり部の質量、
αは加速度)に従って、加速度を力に変換する部分であ
る。たわみ部2は、おもり部1を支持するとともにおも
り部1で生じた力によりたわみ、このたわみによってシ
リコン基板の他方の面に形成された抵抗5に、ピエゾ抵
抗効果による抵抗値変化を生じさせる部分である。抵抗
5の抵抗値変化は、定電流を流すときの電圧の変化とし
てパッド6から外部に取り出される。2. Description of the Related Art In a semiconductor acceleration sensor of this type, as shown in the perspective view of FIG. 2 (a), a rectangular and thick weight portion 1 is usually provided on one surface of a single crystal silicon substrate.
The thin bending portion 2 provided in parallel with two opposite sides of the weight portion 1, the through hole 3 provided in parallel with another pair of opposite sides of the weight portion 1, and the bending portion 2 are supported. And a thick rim portion 4 that is formed. Further, on the other surface of the silicon substrate, as shown in the schematic perspective view of FIG. 2 (b), a plurality of resistors 5 are formed at the portions corresponding to the flexures 2, and these resistors 5 receive a current from the outside. The pad 6 and the metal wiring 7 are provided so that the current can flow. In the above structure, the weight portion 1 has a law of dynamics F = Mα (where F is a force, M is a mass of the weight portion, when an acceleration having a component in a direction perpendicular to the crystal plane is applied to the sensor).
α is a portion that converts acceleration into force according to (acceleration). The flexure portion 2 is a portion that supports the weight portion 1 and bends due to the force generated in the weight portion 1, and causes the resistance 5 formed on the other surface of the silicon substrate to change in resistance value due to the piezoresistive effect due to the deflection. Is. The change in resistance value of the resistor 5 is taken out from the pad 6 as a change in voltage when a constant current flows.
【0003】以下に、上記構造の加速度センサの製造工
程について説明する。図3(a)〜(e)は、加速度セ
ンサのおもり部1、たわみ部2、貫通孔3及びリム部4
の要部の断面を製造工程順に示す図である。先ず、(1
00)面方位のn型シリコン基板8の両面に、例えば、
熱酸化法などにより保護膜9a ,9b を形成する(図3
(a))。次いで、シリコン基板8の一方の面上の保護
膜9a に対して、フォトリソグラフィ技術によりパター
ニングを行い、おもり部及びリム部となるべき部分に保
護膜9W 及び9R を残す(図3(b))。更に、このシ
リコン基板を、例えば水酸化カリウム水溶液などのアル
カリ性エッチング液で、エッチングすると、マスク(保
護膜9W 及び9R )で覆われていない部分のシリコンは
エッチングされ、厚肉のおもり部1及びリム部4と薄肉
化されたたわみ部2とが形成される(図3(c))。こ
のアルカリ性水溶液による単結晶シリコンのエッチング
は、シリコン基板の結晶方位にエッチング速度が依存す
るので異方性エッチングと呼ばれる。次いで、シリコン
基板のもう一方の面上の保護膜9b に対してホトリソグ
ラフィ技術によるエッチングを施し、貫通孔を形成すべ
き部分の保護膜を取り除く(図3(d))。このシリコ
ン基板を水酸化カリウム水溶液等のアルカリ性エッチン
グ液又は弗化水素酸水と硝酸溶液と酢酸溶液とを混合し
たエッチング液により、マスク(保護膜9b )で覆われ
ていない部分(貫通孔形成部)のシリコンのエッチング
を行い、おもり部1が上下に動きやすくするための貫通
孔3を形成する(図3(e))。The manufacturing process of the acceleration sensor having the above structure will be described below. 3A to 3E show a weight portion 1, a flexure portion 2, a through hole 3 and a rim portion 4 of the acceleration sensor.
FIG. 6 is a diagram showing a cross-section of a main part of FIG. First, (1
00) plane orientation on both sides of the n-type silicon substrate 8, for example,
The protective films 9a and 9b are formed by a thermal oxidation method (see FIG. 3).
(A)). Next, the protective film 9 a on one surface of the silicon substrate 8 is patterned by a photolithography technique, and the protective films 9 W and 9 R are left in the portions to be the weight portion and the rim portion (see FIG. b)). Further, when this silicon substrate is etched with an alkaline etching solution such as an aqueous potassium hydroxide solution, the silicon in the portion not covered with the masks (protective films 9 W and 9 R ) is etched, and the thick weight portion 1 Also, the rim portion 4 and the thinned flexible portion 2 are formed (FIG. 3C). This etching of single crystal silicon with an alkaline aqueous solution is called anisotropic etching because the etching rate depends on the crystal orientation of the silicon substrate. Then, etched by photolithography with respect to the protective film 9 b on the other surface of the silicon substrate, removing the protective film in a portion to be a through hole (FIG. 3 (d)). This silicon substrate is treated with an alkaline etching solution such as an aqueous solution of potassium hydroxide or an etching solution obtained by mixing a hydrofluoric acid solution, a nitric acid solution and an acetic acid solution to form a portion (through hole formation) not covered with the mask (protective film 9 b ). Part) is etched to form a through hole 3 for facilitating vertical movement of the weight part 1 (FIG. 3 (e)).
【0004】ここで、以上の製造工程において、シリコ
ン基板をアルカリ性エッチング液でエッチングする場
合、そのエッチング速度には前述したように、結晶方位
依存性があり、{111}面に対するエッチング速度は
他のどの面に対するエッチング速度に比べても極度に遅
い。従って、おもり部の形状を、それぞれの辺が(10
0)面と{111}面とが交わってできる[011]方
向の稜線に平行であるような矩形にすると、図2(a)
に示すように、リム部4およびおもり部1からたわみ部
2および貫通孔3にかけては、シリコンの異方性エッチ
ングにより{111}面が表われることになる。Here, in the above manufacturing process, when a silicon substrate is etched with an alkaline etching solution, its etching rate depends on the crystal orientation, as described above, and the etching rate for the {111} plane is different. It is extremely slow compared to the etching rate on any surface. Therefore, the shape of the weight part is
If a rectangle is formed which is parallel to the ridge line in the [011] direction formed by the intersection of the (0) plane and the {111} plane, FIG.
As shown in, the {111} plane appears from the rim portion 4 and the weight portion 1 to the flexible portion 2 and the through hole 3 due to anisotropic etching of silicon.
【0005】次に、半導体加速度センサにおける加速度
の検出方法について、図2(b)に示す模式的斜視図を
用いて説明する。図2(b)を参照すると、上述の製造
工程中で異方性エッチングを行う前に、たわみ部2に、
ボロンを熱拡散させ又はイオン注入させて形成した抵抗
5と、この抵抗5の抵抗変化を外部に伝達するために金
属配線7及びパッド6が形成されている。このセンサに
(100)面に対して垂直な上方向の加速度が働いた場
合、慣性によりおもり部1は下方向に引かれるので、た
わみ部2にたわみが生じる。この時、たわみ部2上に形
成された抵抗5のうちリム部4に近い側の抵抗は伸び、
一方、おもり部1に近い抵抗には縮みが生じる。この抵
抗の伸び・縮みに対してピエゾ抵抗効果により抵抗変化
が生じるので、あらかじめパッド部6から抵抗に定電流
を流しておくことにより、加速度の変化を電圧の変化と
して検知することが可能となる。Next, a method of detecting acceleration in the semiconductor acceleration sensor will be described with reference to the schematic perspective view shown in FIG. Referring to FIG. 2B, before the anisotropic etching is performed in the manufacturing process described above,
A resistor 5 formed by thermally diffusing or ion-implanting boron, and a metal wiring 7 and a pad 6 for transmitting the resistance change of the resistor 5 to the outside are formed. When an upward acceleration perpendicular to the (100) plane acts on this sensor, the weight portion 1 is pulled downward due to inertia, so that the bending portion 2 is bent. At this time, of the resistors 5 formed on the flexible portion 2, the resistance on the side closer to the rim portion 4 is increased,
On the other hand, the resistance close to the weight portion 1 contracts. Since the resistance changes due to the piezoresistive effect with respect to the expansion and contraction of the resistance, it is possible to detect the change in acceleration as a change in voltage by supplying a constant current from the pad portion 6 to the resistance in advance. .
【0006】ところで、加速度センサのおもり部やたわ
み部を作成するにあたっては、上述したようにシリコン
の異方性エッチングを用いるが、このとき所望のおもり
形状と同一形状のマスクパターン(以下、基本マスクパ
ターンと記す)でエッチングを行うと、角凸部にサイド
エッチングが発生し、エッチング終了時点で所望のおも
り形状が得られないという問題が起ることから、所望の
おもり形状を得るために基本マスクパターンに異方性エ
ッチング用の補正マスクパターンを追加することが行わ
れている。By the way, when the weight portion or the bending portion of the acceleration sensor is formed, anisotropic etching of silicon is used as described above. At this time, a mask pattern having the same shape as the desired weight shape (hereinafter referred to as a basic mask) is used. When etching is performed with a pattern), side etching occurs in the corner convex portion, and the problem that the desired weight shape cannot be obtained at the end of etching occurs. A correction mask pattern for anisotropic etching is added to the pattern.
【0007】図4(a)は、このような異方性エッチン
グ用補正マスクパターンの一例であって特開平1−28
4764号公報に開示されたものである。図4(a)を
参照すると、このエッチングマスクの形状は、リム部を
形成するためのリム部マスクパターン40と、目的とす
るおもり形状を定めるための基本マスクパターン50
と、前もって矩形状に突出させた補正マスクパターン5
1Aとを合成した形状となっている。尚、矩形状に突出
した補正マスクパターン51Aはその形状から、たわみ
部形成部20及び貫通孔形成部30に掛かるように配置
されている。FIG. 4A shows an example of such a correction mask pattern for anisotropic etching, which is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 1-28.
This is disclosed in Japanese Patent No. 4764. Referring to FIG. 4A, the etching mask has a rim portion mask pattern 40 for forming a rim portion and a basic mask pattern 50 for determining a target weight shape.
And the correction mask pattern 5 which is projected in a rectangular shape in advance.
The shape is a combination of 1A and 1A. The correction mask pattern 51A protruding in a rectangular shape is arranged so as to hang over the bending portion forming portion 20 and the through hole forming portion 30 due to its shape.
【0008】図2(b)に、上記の、基本マスクパター
ンの角凸部に矩形状に突出した補正マスクパターンを追
加した形状のエッチングマスクを用いて異方性エッチン
グを行った場合の、〈100〉方向から見たエッチング
の進行状況を、時間の経過を追って示す。エッチングは
矩形状に突出した部分の凸部のエッチング速度が最も大
きいので、補正マスクパターン51Aの3つの突出角凸
部より始まったエッチングは、A1−B1−C1−D1
−E1を結んだ折れ線で示される形状に進む。次いで、
点A2−B2−C2−D2−E2を結ぶ線までエッチン
グが進み、点A2及びB2を結んだ線がエッチング面
(110)面と(100)面の交わる稜線に達するとこ
の面のエッチング速度が低下するので、点A2−A3−
B3−C3−D3−E3−E2を結ぶ線のようにエッチ
ングが進む。次いで、点A2−0−E2を結ぶ線で示さ
れる直角の凸部を生じ所望のおもり形状を得ることがで
きる。In FIG. 2B, when anisotropic etching is performed using an etching mask having a shape in which a correction mask pattern protruding in a rectangular shape is added to the corner convex portion of the basic mask pattern, The progress of etching viewed from the 100> direction is shown with time. Since the etching rate of the convex portion of the protruding portion in the rectangular shape is the highest, the etching starting from the three protruding corner convex portions of the correction mask pattern 51A is A1-B1-C1-D1.
-Go to the shape indicated by the polygonal line connecting E1. Then
When the etching progresses to the line connecting the points A2-B2-C2-D2-E2 and the line connecting the points A2 and B2 reaches the ridge line where the (110) face and the (100) face intersect, the etching rate of this face increases. Point A2-A3-
Etching proceeds like a line connecting B3-C3-D3-E3-E2. Then, a right-angled convex portion indicated by a line connecting the points A2-0-E2 is formed to obtain a desired weight shape.
【0009】従来の異方性エッチング用補正マスクパタ
ーンの他の例が、電気学界(Institute of
Electrical Engineers of
Japan)主催の「固体センサとアクチュエータに関
する第4回国際会議」(The 4th Intern
ational Conference on Sol
id−State Sensors and Actu
ators)、東京、1987年6月2日〜5日の予稿
集「トランスジューサーズ’87」(TRANSDUC
ERS’87)第126〜129頁に記載されている。
図5(a)は、上記予稿集に記載された補正マスクパタ
ーンを半導体加速度センサの製造に適用した場合のエッ
チングマスクパターンを示す図である。同図を参照する
と、この図に示すエッチングマスクパターンは、リム部
を形成するためのリム部マスクパターン40と、目的と
するおもり形状を定める基本マスクパターン50と、基
本マスクパターン50の各頂点に追加された三角形の補
正マスクパターン51Bとから形成されている。ここ
で、三角形をした補正マスクパターン51Bは前例と同
様にその形状から、たわみ部形成部20及び貫通孔形成
部30に掛かるように配置されている。Another example of the conventional correction mask pattern for anisotropic etching is the Institute of Electrical Science.
Electrical Engineers of
"The 4th International Conference on Solid State Sensors and Actuators" sponsored by Japan (The 4th Intern)
national Conference on Sol
id-State Sensors and Actu
Attors), Tokyo, June 2-5, 1987 Proceedings "Transducers '87" (TRANSDUC)
ERS'87) 126-129.
FIG. 5A is a diagram showing an etching mask pattern when the correction mask pattern described in the above-mentioned abstract is applied to the manufacture of a semiconductor acceleration sensor. Referring to the figure, the etching mask pattern shown in this figure has a rim portion mask pattern 40 for forming a rim portion, a basic mask pattern 50 for defining a target weight shape, and a vertex of the basic mask pattern 50. It is formed from the added triangular correction mask pattern 51B. Here, the correction mask pattern 51B in the shape of a triangle is arranged so as to hang over the bending portion forming portion 20 and the through hole forming portion 30 due to its shape as in the previous example.
【0010】図5(b)に、図5(a)で示したパター
ンのエッチングマスクを用いて異方性エッチングを行っ
た場合のエッチング経過状況を示す。エッチング開始と
ともに三角形の補正マスクパターン51Bの突起部分の
先端および周辺からエッチングが進行し、ある時間経過
すると点A−B−C−D−Eを結んだ矩形状のパターン
を経て所望のおもり形状を得ることができる。FIG. 5B shows the progress of etching when anisotropic etching is performed using the etching mask having the pattern shown in FIG. With the start of etching, etching progresses from the tip and the periphery of the protruding portion of the triangular correction mask pattern 51B, and after a certain period of time, a desired weight shape is obtained via a rectangular pattern connecting points ABCDE. Obtainable.
【0011】又、特開平2−280325号公報には異
方性エッチング用補正マスクパターンの更に他の例が開
示されている。上記公報記載の加速度センサに用いられ
るシリコン基板はこれまで述べたものとは異なって、
(110)面方位の単結晶シリコン基板であるが、目的
とする形状を得るための基本マスクパターンに、この基
本マスクパターンの頂点に接続され、(110)面と
(111)面が交わってできる稜線に平行な辺を持つ補
正パターンが追加されている構成は同じである。そし
て、この場合もこの補正マスクパターンを半導体加速度
センサの製造に適用するときには、前の二例と同じよう
に、この補正マスクパターンは、たわみ部形成部と貫通
孔形成部に掛かるように配置される。Further, Japanese Patent Laid-Open No. 2-280325 discloses another example of a correction mask pattern for anisotropic etching. The silicon substrate used for the acceleration sensor described in the above publication is different from those described so far,
Although it is a single crystal silicon substrate having a (110) plane orientation, it is formed by connecting a (110) plane and a (111) plane to a basic mask pattern for obtaining a target shape, which is connected to the apex of this basic mask pattern. The configuration in which a correction pattern having a side parallel to the ridgeline is added is the same. Also in this case, when the correction mask pattern is applied to the manufacture of the semiconductor acceleration sensor, the correction mask pattern is arranged so as to hang over the flexible portion forming portion and the through hole forming portion, as in the previous two examples. It
【0012】[0012]
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の半導体
加速度センサの補正マスクパターンはいずれも、たわみ
部形成部に掛かるように配置されている。ここで、補正
マスクパターン部以外のたわみ部形成部の(100)面
方位シリコン基板の異方性エッチングは、{111}面
を残しながら(100)面をエッチングして行くので、
均一な厚さのたわみ部が得られる。これに対して補正マ
スクパターン直下のエッチングは、他のエッチング面を
エッチングしながらたわみ部を形成していくので、エッ
チング速度が異なる。そのためエッチング終了時点でた
わみ部の面上に凹凸が発生してしまう。その結果、加速
度によってたわみ部がたわむときに、この凹凸部に応力
の集中が起りセンサの信頼性が低下してしまう。また、
この凹凸により、たわみ部の厚さが不均一になるので各
センサごとの出力特性にばらつきが生じてしまう。All of the correction mask patterns of the conventional semiconductor acceleration sensor described above are arranged so as to hang on the bending portion forming portion. Here, in the anisotropic etching of the (100) plane-oriented silicon substrate in the flexure formation portion other than the correction mask pattern portion, the (100) plane is etched while leaving the {111} plane.
A flexure having a uniform thickness can be obtained. On the other hand, in the etching just below the correction mask pattern, since the flexure is formed while etching the other etching surface, the etching rate is different. Therefore, unevenness is generated on the surface of the flexure at the end of etching. As a result, when the flexure portion bends due to acceleration, stress concentrates on the uneven portion, and the reliability of the sensor decreases. Also,
Due to the unevenness, the thickness of the flexible portion becomes non-uniform, so that the output characteristics of each sensor vary.
【0013】従って、本発明の目的は、単結晶シリコン
の異方性エッチングを用いておもり部とたわみ部とを形
成する半導体加速度センサの製造方法であって、補正マ
スクパターンに起因するたわみ部面上の凹凸発生のない
製造方法を提供することである。Therefore, an object of the present invention is a method of manufacturing a semiconductor acceleration sensor in which a weight portion and a bending portion are formed by using anisotropic etching of single crystal silicon, and the bending portion surface caused by the correction mask pattern is formed. It is an object of the present invention to provide a manufacturing method in which no unevenness is generated.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】本発明の半導体加速度セ
ンサの製造方法は、(100)面を主面に持つ単結晶シ
リコン基板に異方性エッチングを施して、平面形状が直
角平行四辺形の厚肉のおもり部、前記おもり部を取り囲
む厚肉のリム部並びに前記おもり部と前記リム部との間
に設けられた貫通孔及び薄肉のたわみ部を備える半導体
加速度センサを製造する方法において、前記単結晶シリ
コン基板の主面上に前記異方性エッチングに際して前記
おもり部及び前記リム部を残すためのエッチングマスク
を形成するエッチングマスク形成工程と、前記エッチン
グマスクを用いて前記単結晶シリコン基板に異方性エッ
チングを施したわみ部形成領域及び貫通孔形成領域を薄
肉化するエッチング工程とを含み、前記エッチングマス
ク形成工程で形成されるエッチングマスクのうち、おも
り部形成用のエッチングマスクは、目的とするおもり形
状に相当する形状の基本パターンと、それぞれ前記基本
パターンのそれぞれの頂点部に配置された補正パターン
とからなり、前記補正パターンのそれぞれはその平面形
状が、前記基本パターンの各頂点から前記貫通孔形成領
域方向に延びた辺と前記貫通孔形成領域に沿う辺の一部
とを二辺とし前記貫通孔形成領域内に達する直角平行四
辺形であるようにされたことを特徴とする半導体加速度
センサの製造方法。According to a method of manufacturing a semiconductor acceleration sensor of the present invention, a single crystal silicon substrate having a (100) plane as a main surface is subjected to anisotropic etching so that the plane shape is a right-angled parallelogram. A method of manufacturing a semiconductor acceleration sensor comprising a thick weight portion, a thick rim portion surrounding the weight portion, a through hole provided between the weight portion and the rim portion, and a thin deflection portion, An etching mask forming step of forming an etching mask for leaving the weight portion and the rim portion in the anisotropic etching on the main surface of the single crystal silicon substrate; Forming in the etching mask forming step, including an etching step of thinning the flexure forming area and the through hole forming area that have been subjected to isotropic etching. Among the etching masks, the etching mask for forming the weight portion is composed of a basic pattern having a shape corresponding to the target weight shape, and a correction pattern arranged at each vertex of the basic pattern. Each of the patterns has a planar shape within the through hole formation region with two sides extending from each vertex of the basic pattern in the through hole formation region direction and a part of the side along the through hole formation region. A method of manufacturing a semiconductor acceleration sensor, characterized in that it reaches a right-angled parallelogram.
【0015】[0015]
【実施例】次に、本発明の好適な実施例について、図面
を参照して説明する。図1(a)は、本発明の一実施例
の異方性エッチング用エッチングマスクのマスクパター
ンを示す図である。図1(a)を参照すると本実施例
は、リム部を形成するためのリム部マスクパターン40
と、目的とするおもり形状とほぼ同形状の基本マスクパ
ターン50と、基本マスクパターン50の各頂点に接続
され、横方向張り出し部52が後工程でのシリコンエッ
チング時に貫通孔が形成される個所(貫通孔形成部3
0)に配置されたT字形の補正パターン51Cとが合成
されたパターンとなっている。従って、たわみ部形成部
20には補正パターン51Cが配置されていない。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1A is a diagram showing a mask pattern of an etching mask for anisotropic etching according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1A, in the present embodiment, a rim portion mask pattern 40 for forming a rim portion is formed.
And a basic mask pattern 50 having substantially the same shape as the target weight shape, and a portion connected to each apex of the basic mask pattern 50, and a lateral overhanging portion 52 where a through hole is formed during silicon etching in a later step ( Through hole forming part 3
The pattern is a combination of the T-shaped correction pattern 51C arranged in 0). Therefore, the correction pattern 51C is not arranged in the flexure forming portion 20.
【0016】本実施例は、前述した従来の半導体加速度
センサの製造方法におけると同様の製造工程により製作
する。すなわち、(100)面を主面に持つ単結晶シリ
コン基板の両面に、二酸化シリコンなどのエッチング保
護膜を形成し、これをフォトリソグラフィ技術などによ
りパターニングし、おもり部形成領域及びリム部形成領
域に保護膜を残す。このとき、図1(a)に示すパター
ンが形成されたフォトマスクを用いる。次いで、残され
た保護膜の部分をエッチングマスクとして、水酸化カリ
ウムなどのアルカリ性水溶液によりシリコン基板の異方
性エッチングを行なう。This embodiment is manufactured by the same manufacturing process as in the conventional method of manufacturing a semiconductor acceleration sensor described above. That is, an etching protection film such as silicon dioxide is formed on both surfaces of a single crystal silicon substrate having a (100) plane as a main surface, and the etching protection film is patterned by photolithography or the like to form a weight portion forming region and a rim portion forming region. Leave the protective film. At this time, a photomask having the pattern shown in FIG. 1A is used. Then, using the remaining portion of the protective film as an etching mask, the silicon substrate is anisotropically etched with an alkaline aqueous solution such as potassium hydroxide.
【0017】図1(b)は、本実施例における異方性エ
ッチング経過を〈100〉方向から見た図である。エッ
チングはT字形をした補正マスクパターン51Cの横方
向張り出し部52の凸部のエッチング速度が全も早く、
点A1−B1−C1及び点D1−E1−F1を結ぶ線で
示されるように、エッチングが両端から進行する。次い
で、点A2−B2−C2及び点D2−E2−C2を結ぶ
線で表わされるようにエッチングが進行する。そして、
点C2の部分で両端からのエッチング面先端がぶつかる
と、補正マスクパターン51Cの横方向張り出し部52
とおもり形状を定める基本マスクパターン50とをつな
ぐ縦方向張り出し部53方向に、エッチングが進行して
行く。この後、点B3−C3−E3を結ぶ線から点B4
−C4−D4を結ぶ線を経過して、点C5−D5を結ぶ
線に達してエッチングが終了した時点で所望のおもり形
状を得ることができる。この際、前述した補正マスクパ
ターン下の単結晶シリコンのエッチング速度の違いから
生じるエッチング面上の凹凸は、従来の製造方法による
ものとは異って、たわみ部2上ではなく貫通孔形成部3
0上となる。FIG. 1 (b) is a view of the anisotropic etching process in this embodiment as seen from the <100> direction. In the etching, the etching rate of the convex portion of the laterally extending portion 52 of the T-shaped correction mask pattern 51C is high,
Etching proceeds from both ends as indicated by a line connecting points A1-B1-C1 and points D1-E1-F1. Then, etching proceeds as represented by a line connecting points A2-B2-C2 and points D2-E2-C2. And
If the etching surface tips from both ends collide with each other at the point C2, the laterally projecting portion 52 of the correction mask pattern 51C is formed.
Etching proceeds in the direction of the vertically extending portion 53 that connects the basic mask pattern 50 defining the weight shape. After this, from the line connecting points B3-C3-E3 to point B4
A desired weight shape can be obtained when the etching reaches the point where the line connecting points C5-D5 is reached after passing through the line connecting -C4-D4. At this time, the unevenness on the etching surface caused by the difference in the etching rate of the single crystal silicon under the correction mask pattern described above is different from that in the conventional manufacturing method, and is different from that in the bending portion 2 and not in the through hole forming portion 3.
0 above.
【0018】次いで、シリコン基板のもう一方の面に対
してホトリソグラフィ技術により保護膜のパターニング
を行う。そして、水酸化カリウム等のアルカリ性エッチ
ング液又は弗化水素酸水と硝酸溶液と酢酸溶液との混合
エッチング液により、貫通孔形成部のシリコンエッチン
グを行い、貫通孔を形成する。このとき、前工程の異方
性エッチングで貫通孔形成部30の面上に生じていた凹
凸は、貫通孔が完成して開口するのに伴なって、エッチ
ングされて取り去られたシリコン層と共に除去されて消
滅してしまう。従って、本実施例では、完成後のセンサ
のシリコン基板面の如何なる部分にも、信頼性を損い出
力特性のばらつきの原因となる凹凸はない。Next, the protective film is patterned on the other surface of the silicon substrate by the photolithography technique. Then, the through hole forming portion is subjected to silicon etching with an alkaline etching solution such as potassium hydroxide or a mixed etching solution of hydrofluoric acid water, a nitric acid solution and an acetic acid solution to form a through hole. At this time, the unevenness generated on the surface of the through hole forming portion 30 by the anisotropic etching in the previous step is accompanied by the silicon layer which is etched and removed as the through hole is completed and opened. It is removed and disappears. Therefore, in this embodiment, there is no unevenness on any part of the silicon substrate surface of the completed sensor, which deteriorates reliability and causes variations in output characteristics.
【0019】尚、本実施例において、補正マスクパター
ン中の横方向張り出し部52は、異方性エッチング工程
で、深さ方向のエッチングが終了した時点、すなわち、
たわみ部のシリコン層の厚さが所定の厚さに達した時点
で、補正マスクパターン下のシリコン層のエッチングも
丁度終了するように調整するためのものであり、その長
さは、異方性エッチングのエッチング時間に応じて適当
な長さに設計する。この場合、図1(b)に示すエッチ
ングの進行過程の様子からも分るように、補正マスクパ
ターン下のシリコン層のエッチングは最終的には、縦方
向張り出し部53の長手方向に添った方向に進行して行
くので、異方性エッチングに要する時間によっては横方
向張り出し部52は必ずしも必要ではなく、縦方向張り
出し部53だけでも本発明の目的を達することができ
る。In this embodiment, the lateral overhang portion 52 in the correction mask pattern is formed at the time when the etching in the depth direction is completed in the anisotropic etching process, that is,
This is for adjusting so that the etching of the silicon layer under the correction mask pattern is just finished when the thickness of the silicon layer in the flexure reaches a predetermined thickness. It is designed to have an appropriate length according to the etching time. In this case, as can be seen from the state of the progress of etching shown in FIG. 1B, the etching of the silicon layer under the correction mask pattern is finally performed in the direction along the longitudinal direction of the vertical overhang portion 53. However, depending on the time required for anisotropic etching, the lateral overhanging portion 52 is not always necessary, and the vertical overhanging portion 53 alone can achieve the object of the present invention.
【0020】[0020]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体加
速度センサの製造方法では、異方性エッチング用のエッ
チングマスクのパターンを、所定のおもり形状とほぼ同
一の形状の基本マスクパターンと、それぞれの頂点に接
続され、T字形で横方向張り出し部が貫通孔形成部に掛
かるように配置された補正マスクパターンとを合成した
形状としている。従って、たわみ部上にかかることはな
く、補正マスクパターンによって生じる凹凸がたわみ部
上に発生することを防止することが可能であり、均一な
厚さのたわみ部を形成することが可能である。貫通孔形
成部上に発生する凹凸は、後工程の貫通孔形成用のシリ
コンエッチング時に除去されて消滅する。As described above, according to the method of manufacturing a semiconductor acceleration sensor of the present invention, the pattern of the etching mask for anisotropic etching is the basic mask pattern having substantially the same shape as the predetermined weight shape. Of the correction mask pattern which is connected to the apex of the above and is arranged so that the laterally extending portion is formed in a T shape so as to hang on the through hole forming portion. Therefore, it is possible to prevent the unevenness caused by the correction mask pattern from being generated on the flexible portion without being applied on the flexible portion, and it is possible to form the flexible portion having a uniform thickness. The irregularities generated on the through-hole forming portion are removed and disappear during the silicon etching for forming the through-hole in the subsequent process.
【0021】このことにより本発明によれば、凹凸のな
い均一な厚さのたわみ部を得ることが可能となるので、
信頼性が高くしかも出力特性が均一な半導体加速度セン
サを供給することが可能となる。As a result, according to the present invention, it is possible to obtain a flexure having a uniform thickness without unevenness.
It is possible to supply a semiconductor acceleration sensor having high reliability and uniform output characteristics.
【0022】尚、補正マスクパターンは、異方性エッチ
ングの深さによっては、縦方向張り出し部だけでも構わ
ない。Incidentally, the correction mask pattern may be only the vertically extending portion depending on the depth of anisotropic etching.
【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]
【図1】分図(a)は、本発明の一実施例のエッチング
マスクの形状を示す図である。分図(b)は、分図
(a)に示すエッチングマスクを用いてシリコン基板の
異方性エッチングを行なった場合におけるエッチング面
の進行状態を、〈100〉軸方向から見た図である。FIG. 1A is a diagram showing the shape of an etching mask according to an embodiment of the present invention. Diagram (b) is a diagram showing the progress state of the etched surface when the silicon substrate is anisotropically etched using the etching mask shown in diagram (a), as viewed from the <100> axis direction.
【図2】分図(a)は、半導体加速度センサの、おもり
部形成面側から見た斜視図である。分図(b)は、分図
(b)に示す半導体加速度センサの、回路形成面側から
見た模式的斜視図である。FIG. 2A is a perspective view of the semiconductor acceleration sensor as viewed from the side where the weight portion is formed. Diagram (b) is a schematic perspective view of the semiconductor acceleration sensor shown in diagram (b) as seen from the circuit formation surface side.
【図3】半導体加速度センサの製造工程を順に示す工程
図である。3A to 3C are process diagrams sequentially showing a manufacturing process of a semiconductor acceleration sensor.
【図4】分図(a)は、従来のエッチングマスクの形状
の一例を示す図である。分図(b)は、分図(a)に示
すエッチングマスクを用いてシリコン基板の異方性エッ
チングを行なった場合におけるエッチング面の進行状態
を、〈100〉軸方向から見た図である。FIG. 4A is a diagram showing an example of the shape of a conventional etching mask. Diagram (b) is a diagram showing the progress state of the etched surface when the silicon substrate is anisotropically etched using the etching mask shown in diagram (a), as viewed from the <100> axis direction.
【図5】分図(a)は、従来のエッチングマスクの形状
の他の例を示す図である。分図(b)は、分図(a)に
示すエッチングマスクを用いてシリコン基板の異方性エ
ッチングを行なった場合におけるエッチング面の進行状
態を、〈100〉軸方向から見た図である。FIG. 5A is a diagram showing another example of the shape of a conventional etching mask. Diagram (b) is a diagram showing the progress state of the etched surface when the silicon substrate is anisotropically etched using the etching mask shown in diagram (a), as viewed from the <100> axis direction.
1 おもり部 2 たわみ部 3 貫通孔 4 リム部 5 抵抗 6 パッド 7 金属配線 8 シリコン基板 9a ,9b ,9W ,9R 保護膜 20 たわみ部形成部 30 貫通孔形成部 40 リム部マスクパターン 50 基本マスクパターン 51A,51B,51C 補正マスクパターン 52 横方向張り出し部 53 縦方向張り出し部1 weight portion 2 flexures 3 through holes 4 rim fifth resistor 6 pads 7 metal wiring 8 silicon substrate 9 a, 9 b, 9 W , 9 R protective film 20 flexures forming section 30 through hole forming portion 40 rim mask pattern 50 Basic Mask Patterns 51A, 51B, 51C Correcting Mask Patterns 52 Horizontal Overhangs 53 Vertical Overhangs
Claims (4)
ン基板に異方性エッチングを施して、平面形状が直角平
行四辺形の厚肉のおもり部、前記おもり部を取り囲む厚
肉のリム部並びに前記おもり部と前記リム部との間に設
けられた貫通孔及び薄肉のたわみ部を備える半導体加速
度センサを製造する方法において、 前記単結晶シリコン基板の主面上に前記異方性エッチン
グに際して前記おもり部及び前記リム部を残すためのエ
ッチングマスクを形成するエッチングマスク形成工程
と、前記エッチングマスクを用いて前記単結晶シリコン
基板に異方性エッチングを施したわみ部形成領域及び貫
通孔形成領域を薄肉化するエッチング工程とを含み、 前記エッチングマスク形成工程で形成されるエッチング
マスクのうち、おもり部形成用のエッチングマスクは、
目的とするおもり形状に相当する形状の基本パターン
と、それぞれ前記基本パターンのそれぞれの頂点部に配
置された補正パターンとからなり、前記補正パターンの
それぞれはその平面形状が、前記基本パターンの各頂点
から前記貫通孔形成領域方向に延びた辺と前記貫通孔形
成領域に沿う辺の一部とを二辺とし前記貫通孔形成領域
内に達する直角平行四辺形であるようにされたことを特
徴とする半導体加速度センサの製造方法。1. A single-crystal silicon substrate having a (100) plane as a principal surface is anisotropically etched to form a thick weight portion having a right-angled parallelogram in plan view, and a thick rim surrounding the weight portion. Section and a method for manufacturing a semiconductor acceleration sensor including a through-hole provided between the weight section and the rim section and a thin flexure section, in the anisotropic etching on the main surface of the single crystal silicon substrate. An etching mask forming step of forming an etching mask for leaving the weight portion and the rim portion, and a bending portion forming region and a through hole forming region which are anisotropically etched on the single crystal silicon substrate using the etching mask. An etching step for forming a weight portion in the etching mask formed in the etching mask forming step, Mask,
A basic pattern having a shape corresponding to a target weight shape, and a correction pattern arranged at each vertex of each of the basic patterns, and each of the correction patterns has a planar shape of each of the vertexes of the basic pattern. From a side extending in the direction of the through-hole forming region and a part of the side along the through-hole forming region as two sides, and a right-angled parallelogram reaching the inside of the through-hole forming region. Method for manufacturing semiconductor acceleration sensor.
造方法において、 前記補正パターンのそれぞれはその平面形状が、前記直
角平行四辺形に加えて、前記貫通孔形成領域内に配置さ
れ前記直角平行四辺形に直行する直角平行四辺形を備え
たT字状の形状であるようにされたことを特徴とする半
導体加速度センサの製造方法。2. The method for manufacturing a semiconductor acceleration sensor according to claim 1, wherein each of the correction patterns has a planar shape arranged in the through-hole forming region in addition to the right-angled parallelogram. A method of manufacturing a semiconductor acceleration sensor, wherein the semiconductor acceleration sensor has a T-shape with a right-angled parallelogram orthogonal to the quadrangle.
度センサの製造方法において、 前記エッチングマスク形成工程では、フォトマスクを用
いた光食刻法によって前記エッチングマスクを形成する
ことを特徴とする半導体加速度センサの製造方法。3. The method of manufacturing a semiconductor acceleration sensor according to claim 1, wherein in the etching mask forming step, the etching mask is formed by a photo-etching method using a photomask. Manufacturing method of semiconductor acceleration sensor.
造方法で形成された形状をもつフォトマスク。4. A photomask having a shape formed by the method for manufacturing a semiconductor acceleration sensor according to claim 3.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5201342A JP2661513B2 (en) | 1993-08-13 | 1993-08-13 | Method of manufacturing semiconductor acceleration sensor and photomask |
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JPH0758345A true JPH0758345A (en) | 1995-03-03 |
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6939475B2 (en) | 2001-08-31 | 2005-09-06 | Daishinku Corporation | Etching method, etched product formed by the same, and piezoelectric vibration device, method for producing the same |
JP2009122520A (en) * | 2007-11-16 | 2009-06-04 | Canon Inc | Method of manufacturing structure based on anisotropic etching and silicon substrate with etching mask |
US7643197B2 (en) | 2007-11-21 | 2010-01-05 | Canon Kabushiki Kaisha | Method of manufacturing oscillator device, and optical deflector and optical instrument having oscillator device |
US7659128B2 (en) | 2007-03-22 | 2010-02-09 | Seiko Epson Corporation | Method of processing silicon wafer and method of manufacturing liquid ejecting head |
US8343368B2 (en) | 2008-09-04 | 2013-01-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Method of fabricating a structure by anisotropic etching, and silicon substrate with an etching mask |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01284764A (en) * | 1988-05-10 | 1989-11-16 | Shuhei Furuichi | Dynamic quantity sensor |
-
1993
- 1993-08-13 JP JP5201342A patent/JP2661513B2/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01284764A (en) * | 1988-05-10 | 1989-11-16 | Shuhei Furuichi | Dynamic quantity sensor |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6939475B2 (en) | 2001-08-31 | 2005-09-06 | Daishinku Corporation | Etching method, etched product formed by the same, and piezoelectric vibration device, method for producing the same |
US7485238B2 (en) | 2001-08-31 | 2009-02-03 | Daishinku Corporation | Etching method, etched product formed by the same, and piezoelectric vibration device, method for producing the same |
US7659128B2 (en) | 2007-03-22 | 2010-02-09 | Seiko Epson Corporation | Method of processing silicon wafer and method of manufacturing liquid ejecting head |
JP2009122520A (en) * | 2007-11-16 | 2009-06-04 | Canon Inc | Method of manufacturing structure based on anisotropic etching and silicon substrate with etching mask |
US8809200B2 (en) | 2007-11-16 | 2014-08-19 | Canon Kabushiki Kaisha | Method of manufacturing a structure based on anisotropic etching, and silicon substrate with etching mask |
US7643197B2 (en) | 2007-11-21 | 2010-01-05 | Canon Kabushiki Kaisha | Method of manufacturing oscillator device, and optical deflector and optical instrument having oscillator device |
US8343368B2 (en) | 2008-09-04 | 2013-01-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Method of fabricating a structure by anisotropic etching, and silicon substrate with an etching mask |
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