JPH10135486A - 半導体加速度センサの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 両撓み部の対向間隔を広くして、一軸方向の
加速度の検知精度を向上した半導体加速度センサの製造
方法を提供する。 【解決手段】 シリコン基板２と所定長さを有した凹部
１１が設けられた貼り合わせシリコン基板１とを互いに
貼り合わせる貼り合わせ工程と、シリコン基板２を薄膜
化して、延設方向へ延設して加速度印加時に撓む撓み部
２１をシリコン基板２に形成する撓み部形成工程と、加
速度印加時に撓み部２１に撓みを与える重り部１３の外
周縁に対応する耐エッチング膜１２を除去して開口部１
４を他面１ｂ側に設け異方性エッチングして、凹部１１
に連通する切り込み部１５を貼り合わせシリコン基板１
に形成する切り込み部形成行程と、両撓み部２１が重り
部１３の両端部に対向して位置するよう両撓み部２１を
外囲する外囲スリット、及び切り込み部に連通する連通
スリット２６を形成するスリット形成工程と、を有する
構成にしてある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車、航空機又
は家電製品等に用いられる片持ち梁構造の半導体加速度
センサの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の半導体加速度センサの製
造方法として、図５乃至図７に示す構成の製造方法が存
在する。この製造方法は、加速度による抵抗変化を電気
信号に変換するピエゾ抵抗Ａは、所定長さを有して加速
度印加時に撓む撓み部Ｂが形成される対応位置にて、シ
リコン酸化膜Ｃ１をマスクとして、ボロン等の不純物を
拡散する拡散法を用いてシリコン基板Ｃの一面側に形成
される（ａ）。

【０００３】次いで、ピエゾ抵抗Ａと接続するととも
に、ピエゾ抵抗Ａと比較して低抵抗であるコンタクト配
線部Ｃ２が、ボロン等の不純物を拡散する拡散法又はイ
オン注入法を用いて形成され（ｂ）、窒化珪素皮膜から
なる耐エッチング膜Ｃ３がシリコン基板Ｃの両面に形成
される（ｃ）。

【０００４】次いで、加速度印加時に撓み部Ｂに撓みを
与える重り部Ｄの外周縁に対応する位置にて、シリコン
基板Ｃの他面側の耐エッチング膜Ｃ３を除去して所定長
さを越えた開口部を設け、その開口部から異方性エッチ
ングして台形状の切り込み部Ｃ４を形成する（ｄ）。

【０００５】次いで、コンタクト配線部Ｃ２の対応位置
にてシリコン基板Ｃの一面側の耐エッチング膜Ｃ３を除
去してコンタクトホールＣ５を形成し（ｅ）、コンタク
ト配線部Ｃ２を介してピエゾ抵抗Ａと接続して電気信号
を取り出す電極パッドＥが、コンタクトホールＣ５に形
成される（ｆ）。

【０００６】次いで、スリット形成工程において、図６
及び図７に示すように、両撓み部Ｂが分離され対向して
位置するよう、両撓み部Ｂ及び重り部Ｄのそれぞれを外
囲して切り込み部Ｃ４に連通するスリットＣ６が設けら
れて、一端が支持部Ｆで支持されその支持部Ｆから延設
方向へ延設するとともに他端が重り部Ｄと接続した両撓
み部Ｂ、及び支持部Ｆから分離した重り部Ｄが形成され
る（ｇ）。このようにして、両撓み部Ｂの一端が支持部
Ｆで支持されて他端が重り部Ｄと接続した片持ち梁構造
の半導体加速度センサが得られる。

【０００７】さらに詳しくは、加速度がシリコン基板Ｃ
の基板面に対する直交方向である一軸方向へ印加され
る。片持ち梁構造の場合、重り部Ｄはその一軸方向と直
交した他軸方向へ変位することを、つまりねじれること
を防止するため、撓み部Ｂが２本で構成されて、その両
撓み部Ｂを介して支持部Ｆで支持される構造がとられ
る。このとき、両撓み部Ｂの対向間隔が広いほど、ねじ
れ防止効果が大きく他軸の加速度感度を抑制して、一軸
方向の加速度の検知精度が向上する。しかし、この半導
体加速度センサは、両撓み部Ｂが延設方向へ沿った重り
部Ｄの両端部Ｄ１に位置しておらず、対向間隔が狭い。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の半導体
加速度センサの製造方法では、重り部Ｄが加速度印加時
に両撓み部Ｂに撓みを与え、両撓み部Ｂが撓みによる抵
抗変化を電気信号に変換して、一軸方向の加速度を検知
する半導体加速度センサを製造できる。

【０００９】しかしながら、図７に示すように、異方性
エッチングによって撓み部Ｂ及び重り部Ｄを形成すると
きに、重り部Ｄのコーナ部Ｄ２がアンダーカットを生じ
て複雑な形状をとる。したがって、両撓み部Ｂの対向間
隔を広くして他軸の加速度感度を抑制するために、両撓
み部Ｂを延設方向へ沿った重り部Ｄの両端部Ｄ１に位置
すると、両撓み部Ｂは印加された加速度によって重り部
Ｄが振動したときに、重り部Ｄのコーナ部Ｄ２、つまり
両撓み部Ｂの他端部に応力が集中して破壊する場合があ
った。

【００１０】本発明は、上記問題点に鑑みてなしたもの
で、その目的とするところは、両撓み部の対向間隔を広
くして、他軸方向の加速度感度を抑制し一軸方向の加速
度の検知精度を向上した半導体加速度センサの製造方法
を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために、請求項１記載の半導体加速度センサの製造方法
は、シリコン基板の一方面と、所定長さを有した凹部が
設けられた貼り合わせシリコン基板の一面と、を互いに
貼り合わせる貼り合わせ工程と、シリコン基板を他方面
側から薄膜化して、一端が支持部に支持されその支持部
から延設方向へ延設して加速度印加時に撓む撓み部を、
凹部の対応位置にてシリコン基板に形成する撓み部形成
工程と、撓みによる抵抗変化を電気信号に変換するピエ
ゾ抵抗を、シリコン基板の他方面側における撓み部対応
位置に形成するピエゾ抵抗形成工程と、シリコン基板の
他方面側及び貼り合わせシリコン基板の他面側に耐エッ
チング膜をそれぞれ形成し、加速度印加時に他端を接続
した撓み部に撓みを与える重り部の外周縁に対応する他
面側の耐エッチング膜を除去して開口部を設け、その開
口部から異方性エッチングして、凹部に連通する切り込
み部を貼り合わせシリコン基板に形成する切り込み部形
成行程と、撓み部が延設方向へ沿った重り部の両端部に
互いに対向して位置するよう両撓み部を外囲する外囲ス
リット、及び切り込み部に連通する連通スリットを形成
するスリット形成工程と、を有する構成にしてある。

【００１２】請求項２記載の半導体加速度センサの製造
方法は、撓みによる抵抗変化を電気信号に変換するピエ
ゾ抵抗を、シリコン基板の一方面側に形成するピエゾ抵
抗形成工程と、シリコン基板の一方面と、所定長さを有
した凹部が設けられた貼り合わせシリコン基板の一面
と、をピエゾ抵抗が凹部に位置した状態で互いに貼り合
わせる貼り合わせ工程と、シリコン基板を他方面側から
薄膜化して、一端が支持部に支持されその支持部から延
設方向へ延設して加速度印加時に撓む所定長さの撓み部
を、凹部の対応位置にてシリコン基板に形成する撓み部
形成工程と、シリコン基板の他方面側及び貼り合わせシ
リコン基板の他面側に耐エッチング膜をそれぞれ形成
し、加速度印加時に他端を接続した撓み部に撓みを与え
る重り部の外周縁に対応する他面側の耐エッチング膜を
除去して開口部を設け、その開口部から異方性エッチン
グして、凹部に連通する切り込み部を貼り合わせシリコ
ン基板に形成する切り込み部形成行程と、撓み部が延設
方向へ沿った重り部の両端部に互いに対向して位置する
よう両撓み部を外囲する外囲スリット、及び切り込み部
に連通する連通スリットを形成するスリット形成工程
と、を有する構成にしてある。

【００１３】請求項３記載の半導体加速度センサの製造
方法は、請求項１又は２記載の製造方法において、前記
貼り合わせシリコン基板の開口部は、開口幅が前記凹部
の所定長さ以下に形成された構成にしてある。

【００１４】請求項４記載の半導体加速度センサの製造
方法は、請求項１又は２記載の製造方法において、前記
外囲スリット及び前記連通スリットは、ドライ状態でエ
ッチングするドライエッチング法でもって形成された構
成にしてある。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の第１実施形態を図１乃至
図４に基づいて以下に説明する。

【００１６】先ず、貼り合わせ工程において、貼り合わ
せシリコン基板１は一面１ａを有した平板状のシリコン
ウェハにより、略四角形状で所定長さを有した凹部１１
がシリコン酸化膜をマスクとして、一面１ａにエッチン
グによって形成される（ａ）。

【００１７】シリコン基板２は、一方面２ａを有して導
電型がＮ型の平板状のシリコンウェハにより、一方面２
ａと貼り合わせシリコン基板１の一面１ａとをそれぞれ
洗浄し室温での仮接合後、摂氏１０００度以上の熱処理
を行って互いに貼り合わせる（ｂ）。

【００１８】次いで、撓み部形成工程において、シリコ
ン基板２を他方面２ｂ側から研磨又はエッチングによっ
て所定厚さになるまで薄膜化し、一端が貼り合わせシリ
コン基板１とシリコン基板２とで形成される支持部３に
支持されて、その支持部から延設方向へ延設して加速度
印加時に撓む撓み部２１が、凹部１１の対応位置にてシ
リコン基板２に形成される。ここで、撓み部２１の長さ
が、貼り合わせシリコン基板１の凹部１１の長さと同一
となって、すなわち所定長さに形成される（ｃ）。

【００１９】次いで、ピエゾ抵抗形成工程において、撓
みによる抵抗変化を電気信号に変換するピエゾ抵抗２２
が、ボロン等の不純物を拡散するデポ拡散法又はイオン
注入法によって導電型をＰ型として、シリコン基板２の
他方面２ｂ側における撓み部２１の対応位置に２個形成
される。さらに、ピエゾ抵抗２２と接続したコンタクト
配線部２３が、デポ拡散法又はイオン注入法を用いて形
成される（ｃ）。

【００２０】次いで、切り込み部形成行程において、シ
リコン窒化膜からなる耐エッチング膜１２，２４が、シ
リコン基板２の他方面２ｂ側及び貼り合わせシリコン基
板１の他面１ｂ側に形成される。撓み部２１の他端と接
続されて、加速度印加時に撓み部２１に撓みを与える重
り部１３の外周縁に対応する他面１ｂ側の耐エッチング
膜１２を除去して、開口部１４を貼り合わせシリコン基
板１に設ける。その開口部１４からＫＯＨ溶液でもっ
て、貼り合わせシリコン基板１の凹部１１に連通するま
で異方性エッチングして、切り込み部１５を貼り合わせ
シリコン基板１に形成する。ここで、貼り合わせシリコ
ン基板１の開口部１４は、開口幅が撓み部２１の所定長
さ以下に形成されている（ｄ）。そして、金属からなり
電気信号を取り出す電極パッド２５が、コンタクト配線
部２３を介してピエゾ抵抗２２と接続するよう形成され
る（ｅ）。

【００２１】次いで、スリット形成工程において、図２
に示すように、スリット２６が一片２６ａとその一片２
６ａの両端から突出した第１対向片２６ｂとで略コ字型
に、さらに一方片２６ｃとその一方片２６ｃと直交した
第２対向片２６ｄとでＨ字型に、それぞれ形成される。
ここで、スリット２６の一片２６ａ、第１対向片２６ｂ
及び一方片２６ｃが連通スリット２６ａ，２６ｂ，２６
ｃを形成して重り部１３を支持部３から分離する。ま
た、第１対向片２６ｂ及び第２対向片２６ｄが外囲スリ
ット２６ｂ，２６ｄを形成し、両撓み部２１をそれぞれ
外囲して、支持部３から延設方向へ延設した両撓み部２
１が、その延設方向へ沿った重り部１３の両端部１３ａ
に位置して互いに対向する（ｆ）。

【００２２】スリット２６は、ガスを高周波でもってイ
オン化しそのイオンをシリコン基板２に照射して、基板
面に対して垂直方向へエッチングする反応性イオンエッ
チング、いわゆるＲＩＥでもって、すなわちドライ状態
でエッチングするドライエッチング法でもって形成され
る（ｆ）。

【００２３】このようにして、一端が支持部３に他端が
重り部１３と接続した両撓み部２１を有して、すなわち
重り部１３が両撓み部２１を介して支持部３で支持され
た、片持ち梁構造の半導体加速度センサが製造される。
ここで、図３に示すように、重り部１３はコーナ部１３
ｂが異方性エッチングに起因してアンダーカットされる
が、両撓み部２１はアンダーカットされた従来と異なっ
て独立してシリコン基板２に薄板状に形成され、加速度
が印加されても両撓み部２１に応力集中を生じることが
ない。

【００２４】この半導体加速度センサの動作を説明す
る。一軸方向の加速度が重り部１３に印加されると、重
り部１３が加速度の印加方向と反対方向へ変位して撓み
部２１が撓み、その撓み部２１の他方面２ｂ側に形成さ
れたピエゾ抵抗２２が撓んで、そのピエゾ抵抗２２の抵
抗値が変化する。

【００２５】ここで、両撓み部２１は片持ち梁構造であ
って、対向間隔が従来と比較して広いので他軸方向での
変位量が少なくなる。したがって、その他軸方向での加
速度感度を抑制した状態で、ピエゾ抵抗２２が両撓み部
２１の撓みによる抵抗変化を電気信号に変換しその電気
信号を電極パッド２５に伝えて、一軸方向での加速度を
検知する。

【００２６】かかる第１実施形態の半導体加速度センサ
の製造方法にあっては、上記したように、シリコン基板
２の一方面２ａと、所定長さを有した凹部１１が設けら
れた貼り合わせシリコン基板１の一面１ａとを互いに貼
り合わせ、重り部１３の外周縁に対応する開口部１４か
ら異方性エッチングして、凹部１１に連通する切り込み
部１５を設け、さらに両撓み部２１を外囲する外囲スリ
ット２６ｂ，２６ｄとその切り込み部に連通する連通ス
リット２６ａ，２６ｂ，２６ｃとを設けて、両撓み部２
１及び重り部１３のそれぞれを形成するから、両撓み部
２１が延設方向へ沿った重り部１３の両端部１３ａに対
向して位置し、かつ応力集中のない平板状に形成され
て、従来と比較して両撓み部２１の対向間隔が広く他軸
感度を抑制して、一軸方向の加速度検知精度を向上した
半導体加速度センサを安定して量産することができる。

【００２７】また、貼り合わせシリコン基板１の他面１
ｂ側へ形成された開口部１４の開口幅が、凹部１１の所
定長さ以下に形成されたから、所定長さを越えて形成さ
れた従来と比較して、撓み部２１の延設方向で小型化し
た半導体圧力センサを量産することができる。

【００２８】また、スリット２６がドライ状態でエッチ
ングするドライエッチング法でもって、すなわちエッチ
ング液を使用することなく形成されたから、エッチング
液に接触して変形することなく両撓み部２１をシリコン
基板２に形成することができる。

【００２９】なお、第１実施形態では、連通スリット２
６ａ，２６ｂ，２６ｃをドライ状態でエッチングするド
ライエッチング法でもって形成したが、図４に示す製造
工程で形成してもよく限定されない。すなわち、切り込
み部形成行程において、シリコン基板２を貫通して貼り
合わせシリコン基板１に到達した高濃度拡散部２７が、
デポ拡散法又はイオン注入法によって高濃度の不純物を
拡散して、異方性エッチングの前に形成される（ｃ）。
アルカリ系のエッチング液を用いて、高濃度拡散部２７
に到達したときに異方性エッチングを停止する（ｄ）。
スリット形成工程において、スリット２６がふっ酸及び
硝酸系のエッチング溶液を用いた等方性エッチングによ
って、高濃度拡散部２７のみを除去して形成される
（ｆ）。

【００３０】本発明の第２実施形態を以下に説明する。
なお、第２実施形態では第１実施形態と異なる製造方法
について述べることとし、第１実施形態と同一機能を有
する部材については、同一符号を付してある。

【００３１】先ず、ピエゾ抵抗形成工程において、撓み
による抵抗変化を電気信号に変換するピエゾ抵抗２２を
シリコン基板２の一方面２ａ側に形成する。次いで、貼
り合わせ工程において、シリコン基板２の一方面２ａ
と、所定長さを有した凹部１１が設けられた貼り合わせ
シリコン基板１の一面１ａとを、ピエゾ抵抗２２が凹部
１１に位置した状態で互いに貼り合わせる。次いで、第
１実施形態と実質的に同様の、撓み部形成工程、切り込
み部形成行程及びスリット形成工程を経て、半導体加速
度センサを製造する。

【００３２】かかる第２実施形態の半導体加速度センサ
の製造方法にあっては、上記したように、ピエゾ抵抗２
２が形成されたシリコン基板２の一方面２ａと、所定長
さを有した凹部１１が設けられた貼り合わせシリコン基
板１の一面１ａとを、ピエゾ抵抗２２が凹部１１に位置
した状態で互いに貼り合わせるから、ピエゾ抵抗２２が
凹部１１に密閉された空気の膨張に起因する応力の影響
を受けることなくシリコン基板２に形成されて、かつ、
両撓み部２１が重り部１３の両端部に対向して位置し応
力集中のない平板状に形成されて、一軸方向の加速度を
精度よく測定できるピエゾ抵抗２２を設けるとともに、
他軸感度を抑制した半導体加速度センサを安定して量産
することができる。

【００３３】

【発明の効果】請求項１記載の半導体加速度センサの製
造方法は、シリコン基板の一方面と、所定長さを有した
凹部が設けられた貼り合わせシリコン基板の一面とを互
いに貼り合わせ、重り部の外周縁に対応する開口部から
異方性エッチングして、凹部に連通する切り込み部を設
け、さらに両撓み部を外囲する外囲スリットと切り込み
部に連通する連通スリットとを設けて、両撓み部及び重
り部のそれぞれを形成するから、両撓み部が延設方向へ
沿った重り部の両端部に対向して位置し、かつ応力集中
のない平板状に形成されて、従来と比較して両撓み部の
対向間隔が広く他軸感度を抑制して、一軸方向の加速度
検知精度を向上した半導体加速度センサを安定して量産
することができる。

【００３４】請求項２記載の半導体加速度センサの製造
方法は、ピエゾ抵抗が形成されたシリコン基板の一方面
と、所定長さを有した凹部が設けられた貼り合わせシリ
コン基板の一面とを、ピエゾ抵抗が凹部に位置した状態
で互いに貼り合わせ、重り部の外周縁に対応する開口部
から異方性エッチングして、凹部に連通する切り込み部
を設け、さらに両撓み部を外囲する外囲スリットと切り
込み部に連通する連通スリットとを設けて、両撓み部及
び重り部のそれぞれを形成するから、ピエゾ抵抗が凹部
に密閉された空気の膨張に起因する応力の影響を受ける
ことなくシリコン基板に形成されて、かつ、両撓み部が
重り部の両端部に対向して位置し応力集中のない平板状
に形成されて、一軸方向の加速度を精度よく測定できる
ピエゾ抵抗を設けるとともに、他軸感度を抑制した半導
体加速度センサを安定して量産することができる。

【００３５】請求項３記載の半導体加速度センサの製造
方法は、請求項１又は２記載の製造方法の効果に加え
て、貼り合わせシリコン基板の他面側へ形成された開口
部の開口幅が、凹部の所定長さ以下に形成されたから、
所定長さを越えて形成された従来と比較して、撓み部の
延設方向で小型化した半導体圧力センサを量産すること
ができる。

【００３６】請求項４記載の半導体加速度センサの製造
方法は、請求項１又は２記載の製造方法の効果に加え
て、連通スリットがドライ状態でエッチングするドライ
エッチング法でもって、すなわちエッチング液を使用す
ることなく形成されたから、エッチング液に接触して変
形することなく撓み部をシリコン基板に形成することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を示す各製造工程におけ
る半導体加速度センサの正断面図である。

【図２】同上のスリット形成工程における半導体加速度
センサの平面図である。

【図３】同上のスリット形成工程における半導体加速度
センサの下面図である。

【図４】同上の別の実施例の各製造工程における半導体
加速度センサの正断面図である。

【図５】従来例を示す各製造工程における半導体加速度
センサの正断面図である。

【図６】同上のスリット形成工程における半導体加速度
センサの平面図である。

【図７】同上のスリット形成工程における半導体加速度
センサの下面図である。

【符号の説明】

１ 貼り合わせシリコン基板 １ａ 一面 １ｂ 他面 １１ 凹部 １２ 耐エッチング膜 １３ 重り部 １３ａ 両端部 １４ 開口部 １５ 切り込み部 ２ シリコン基板 ２ａ 一方面 ２ｂ 他方面 ２１ 撓み部 ２２ ピエゾ抵抗 ２４ 耐エッチング膜 ２６ｂ，２６ｄ 外囲スリット ２６ａ，２６ｂ，２６ｃ 連通スリット ３ 支持部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコン基板の一方面と、所定長さを有
   した凹部が設けられた貼り合わせシリコン基板の一面
   と、を互いに貼り合わせる貼り合わせ工程と、 シリコン基板を他方面側から薄膜化して、一端が支持部
   に支持されその支持部から延設方向へ延設して加速度印
   加時に撓む撓み部を、凹部の対応位置にてシリコン基板
   に形成する撓み部形成工程と、 撓みによる抵抗変化を電気信号に変換するピエゾ抵抗
   を、シリコン基板の他方面側における撓み部対応位置に
   形成するピエゾ抵抗形成工程と、 シリコン基板の他方面側及び貼り合わせシリコン基板の
   他面側に耐エッチング膜をそれぞれ形成し、加速度印加
   時に他端を接続した撓み部に撓みを与える重り部の外周
   縁に対応する他面側の耐エッチング膜を除去して開口部
   を設け、その開口部から異方性エッチングして、凹部に
   連通する切り込み部を貼り合わせシリコン基板に形成す
   る切り込み部形成行程と、 撓み部が延設方向へ沿った重り部の両端部に互いに対向
   して位置するよう両撓み部を外囲する外囲スリット、及
   び切り込み部に連通する連通スリットを形成するスリッ
   ト形成工程と、を有することを特徴とする半導体加速度
   センサの製造方法。
2. 【請求項２】 撓みによる抵抗変化を電気信号に変換す
   るピエゾ抵抗を、シリコン基板の一方面側に形成するピ
   エゾ抵抗形成工程と、 シリコン基板の一方面と、所定長さを有した凹部が設け
   られた貼り合わせシリコン基板の一面とをピエゾ抵抗が
   凹部に位置した状態で互いに貼り合わせる貼り合わせ工
   程と、 シリコン基板を他方面側から薄膜化して、一端が支持部
   に支持されその支持部から延設方向へ延設して加速度印
   加時に撓む撓み部を、凹部の対応位置にてシリコン基板
   に形成する撓み部形成工程と、 シリコン基板の他方面側及び貼り合わせシリコン基板の
   他面側に耐エッチング膜をそれぞれ形成し、加速度印加
   時に他端を接続した撓み部に撓みを与える重り部の外周
   縁に対応する他面側の耐エッチング膜を除去して開口部
   を設け、その開口部から異方性エッチングして、凹部に
   連通する切り込み部を貼り合わせシリコン基板に形成す
   る切り込み部形成行程と、 撓み部が延設方向へ沿った重り部の両端部に互いに対向
   して位置するよう両撓み部を外囲する外囲スリット、及
   び切り込み部に連通する連通スリットを形成するスリッ
   ト形成工程と、を有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. 【請求項３】 前記貼り合わせシリコン基板の開口部
   は、開口幅が前記凹部の所定長さ以下に形成されてなる
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の半導体加速度セ
   ンサの製造方法。
4. 【請求項４】 前記外囲スリット及び前記連通スリット
   は、ドライ状態でエッチングするドライエッチング法で
   もって形成されてなることを特徴とする請求項１又は２
   記載の半導体加速度センサの製造方法。