JPH10256563A - 状態量検知センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、片持ち梁状の構造層を有する状態
量検知センサに関し、製造時の乾燥工程において構造層
が基板に張り付くのを防止することを目的とする。 【解決手段】 基板１２の表面には片持ち梁１４が形成
される。基板１２の片持ち梁１４に対向する部位には突
起１６が形成される。製造時の乾燥工程において、片持
ち梁１４が基板１２に向けて撓んだ場合、片持ち梁１４
は突起１６の先端部と接触する。このため、片持ち梁１
４と基板１２との間に作用する表面間力は小さく抑制さ
れ、片持ち梁１４が基板１２に張り付くことが防止され
る。また、片持ち梁１４が基板１２に張り付いたとして
も剥がれ易い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面マイクロマシ
ニング技術を用いて形成される各種センサ、例えば圧力
センサ、ヨーレートセンサ、加速度センサ等に係り、特
に、基板の表面に形成された片持ち梁あるいは両持ち梁
を備えるセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば特開平１−２２４６７
１号公報に開示される如く、マイクロマシニング技術を
用いて製造される半導体加速度センサが知られている。
上記従来の半導体加速度センサは、基板と、基板表面と
の間に所定の空隙を隔てるように形成された片持ち梁と
を備えている。この片持ち梁の先端部には重りが設けら
れている。このため、センサに加速度が作用すると、そ
の大きさに応じて片持ち梁に撓みが生ずる。また、片持
ち梁には拡散抵抗が設けられており、片持ち梁の撓み量
に応じてその抵抗値が変化する。従って、上記従来の半
導体加速度センサによれば、上記抵抗値を測定すること
により加速度を検出することができる。

【０００３】次に、上記公報に開示される加速度センサ
の製造工程の概略について図７〜図１０を参照しながら
説明する。先ず、図７に示す如く、基板５０の表面に上
記空隙を形成するための犠牲層５２が積層され、更にレ
ジスト層５４が塗布及びパターニングされた後、犠牲層
５２の片持ち梁と基板５０との接合部に相当する部位５
６がエッチングにより除去される。そして、レジスト層
５４が除去された後、次に、図８に示す如く、片持ち梁
を構成する構造層５８が積層され、その上にレジスト層
６０が塗布及びパターニングされた後、構造層５８が所
要の形状にエッチングされる。そして、レジスト層６０
が除去された後、図９に示す如く、犠牲層５４がウェッ
トエッチングにより選択的に除去されることにより、基
板５０の上に片持ち梁６０が形成される。最後に、リン
ス液によりエッチング液が洗い流された後、リンス液の
乾燥が行なわれる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記工程において、リ
ンス液を乾燥する際、図１０に示す如く、片持ち梁６０
が基板５０に張り付いてしまう張り付き現象が生じ易
い。乾燥時におけるかかる張り付き現象は、リンス液
（通常は水）の表面張力に起因して生ずるものと考えら
れる。すなわち、片持ち梁６０と基板５０との間に存在
するリンス液の表面張力により、リンス液が蒸発するに
つれて片持ち梁５８が基板５０へ向けて撓むことで、両
者の表面が互いに接近する。そして、片持ち梁６０が基
板５０に接触するまで撓んだ際に、両者の表面に吸着さ
れた水分子の間に水素結合が形成され、かかる結合によ
り生じた表面間力によって、片持ち梁６０が基板５０へ
張り付くものと考えられるのである。

【０００５】かかる張り付き現象を防止するため、従来
より、凍結乾燥法や臨界乾燥法等の乾燥方法が提案され
ている。例えば、凍結乾燥方法は、リンス液を固化した
状態で昇華させることにより、表面張力の影響を排除し
ようとするものである。しかしながら、上記乾燥方法に
よれば、温度及び圧力を高い精度で制御しなければなら
ず、特殊な装置が必要となる。また、乾燥時に張り付き
現象を防止できたとしても、その後、片持ち梁に大きな
加速度や静電引力が作用する等によって片持ち梁に大き
な撓みが生じた際に、片持ち梁と基板とが吸着して張り
付き現象が生ずる可能性がある。

【０００６】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
であり、片持ち梁あるいは両持ち梁の基板への張り付き
を生じ難くすることができる半導体加速度センサ等の状
態量検知センサを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、請求項１
に記載する如く、基板に犠牲層を積層し、その上に構造
層を積層し、前記犠牲層を除去してなる状態量検知セン
サにおいて、前記基板の表面に突起を形成すると共に、
前記犠牲層及び前記構造層を前記突起を含む領域に積層
した状態量検知センサにより達成される。

【０００８】本発明において、基板の表面に突起が設け
られると共に、犠牲層、及び、構造層が突起を含む領域
に積層される。このため、犠牲層が除去されると構造層
の基板側の面は突起と対向する。従って、構造層が基板
に向けて撓んだ場合、構造層は突起の先端と接触するこ
とになる。この場合、構造層と基板との接触面積が小さ
くなることで、両者の間に生ずる付着力が小さく抑制さ
れる。その結果、構造層の張り付きが生じ難くなり、ま
た、張り付きが生じた場合にも剥がれ易くなる。

【０００９】また、上記の目的は、請求項２に記載する
如く、基板の表面に突起を形成する第１の工程と、前記
基板の前記突起を含む領域に犠牲層を積層する第２の工
程と、その上から前記突起を含む領域に構造層を積層す
る第３の工程と、該第３の工程において積層される構造
層を基板として前記第１乃至第３の工程を少なくとも１
回繰り返す第４の工程と、各犠牲層を除去する第５の工
程とを備える工程により製造される状態量検知センサに
よっても達成される。

【００１０】本発明において、第４の工程においては、
構造層の表面に突起を形成し、突起を含む領域に犠牲層
を積層し、その上から突起を含む領域に構造層を積層す
る工程が少なくとも１回繰り返される。このため、第５
の工程において犠牲層が除去されると、基板には少なく
とも２層の構造層が間隙を隔てて形成されると共に、各
間隙の基板側の表面には突起が形成される。従って、構
造層が基板に向けて撓んだ場合、構造層と突起の先端と
が接触することになる。この場合、構造層と基板の間、
及び構造層間の接触面積が小さくなることで、それらの
間に生ずる付着力が小さく抑制される。その結果、構造
層の張り付きが生じ難くなり、また、張り付きが生じた
場合にも剥がれ易くなる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、本実施例の半導体加速度
センサ１０の断面図である。図１に示す如く、本実施例
の半導体加速度センサ１０は、基板１２と、基板１２の
表面との間に所定の空隙Ｇを隔てるように形成された片
持ち梁１４とを備えている。片持ち梁１４は例えばシリ
コン等の半導体材料から構成されている。片持ち梁１４
には、その表面に不純物がドープされることにより拡散
抵抗が形成されている。この拡散抵抗の抵抗値は図示し
ない電極を介して外部から測定される。また、片持ち梁
１４の先端部には図示しない重りが形成されている。こ
のため、半導体加速度センサ１０に加速度が作用する
と、重りの慣性により片持ち梁１４には加速度の大きさ
に応じた撓みが生ずる。片持ち梁１４に撓みが生ずる
と、撓み量に応じて拡散抵抗の抵抗値が変化する。従っ
て、かかる抵抗値の変化を上記電極を介して測定するこ
とで、加速度を検出することができる。

【００１２】上記した従来の半導体加速度センサの製造
方法において、張り付き現象の原因となる表面間力Ｆ
は、単位面積当たりの表面間力ｆと、片持ち梁と基板と
の接触面積Ｓとの積に等しい。従って、この接触面積Ｓ
が減少されれば、表面間力Ｆが抑制され、張り付き現象
は生じ難くされる。そこで、本実施例の半導体加速度セ
ンサ１０においては、基板１２の表面の片持ち梁１４と
対向する部位に突起１６を設けることにより、基板１２
と片持ち梁１４との接触面積を低減させることで、張り
付き現象の発生を防止することとしている。以下、かか
る構成を有する半導体加速度センサ１０の製造方法につ
いて、図１と共に図２〜図５を参照して説明する。

【００１３】半導体加速度センサ１０の製造に際して
は、先ず、図２に示す如く、基板１２の表面にレジス
ト層１４を塗布し、レジスト層１４が突起１６に対応す
る部位にのみ残存するようにフォトリソグラフィーによ
りパターニングする。 次に、図３に示す如く、レジスト層１４をマスクとし
て、基板１２を、例えばケミカル・ドライ・エッチング
やウェットエッチング等の等方性エッチングによりエッ
チングする。等方性エッチングによれば、基板１２は何
れの方向についてもほぼ等しい速度で除去加工される。
従って、図３に示す如く、レジスト層１４の下部におい
て、基板１２がレジスト層１４の周縁部から中央部へ向
けて円弧状にエッチングされることにより、鋭利な先端
形状を有する突起１６が形成される。

【００１４】この場合、等方性エッチングが理想的に進
行するとすれば、レジスト層１４のパターン幅ｗに対し
て、エッチング量をｗ／２とすることにより、高さｗ／
２の突起１６を形成することができる。ただし、実際に
は、レジスト層１４の下部に新鮮なエッチング液あるい
はエッチングガスが供給され難い等の理由により、完全
な等方性は得られない。従って、レジスト層１４のパタ
ーン幅ｗに対する最適なエッチング量は実験的に定める
のが好ましい。そして、これらパターン幅ｗ及びエッチ
ング量を適切に選択することにより、所望の形状を有す
る突起１６を形成することができる。突起１６の形成が
終了した後、レジスト層１４を除去する。

【００１５】次に、図４に示す如く、基板１２の表面
の突起１６を含む領域に、上記空隙Ｇに等しい厚さの犠
牲層１８を積層する。そして、犠牲層１８の表面にレジ
スト層２０を塗布し、このレジスト層２０を、犠牲層１
８の片持ち梁１４と基板１２との接合部に相当する部位
２２が露出するようにパターニングした後、犠牲層１８
の部位２２をエッチングにより除去する。このエッチン
グが終了した後、レジスト層２０を除去する。

【００１６】次に、図５に示す如く、犠牲層１８が積
層された基板１２の表面に、片持ち梁１４を構成する構
造層２４を積層する。そして、構造層２４の表面にレジ
スト層２６を塗布し、このレジスト層２６を片持ち梁１
４の輪郭形状に等しい形状にパターニングした後、構造
層２４をエッチングする。これにより、片持ち梁１４の
最終的な形状が形成される。なお、上述の如く突起１６
は基板１２の片持ち梁１４に対向する部位に設けられ
る。従って、本工程において、構造層２４は突起１６を
含む領域が残存するようにエッチングされる。

【００１７】なお、上記工程及びにおける犠牲層１
８及び構造層２４のエッチングは、任意のエッチング方
法により、それぞれ、犠牲層１８及び構造層２４の厚さ
に応じた量だけエッチングすることにより行なうことが
できる。あるいは、工程においては犠牲層１８のみ
を、また、工程においては構造層２４のみを、それぞ
れ選択的にエッチングすることとしてもよい。

【００１８】図５に示す状態からレジスト層２６を除
去した後、犠牲層１８をウェットエッチングにより選択
的に除去する。これにより、片持ち梁１４は基板１２か
ら空隙Ｇを隔てて分離され、図１に示す半導体加速度セ
ンサ１０が完成される。最後に、リンス液によってエッ
チング液を洗い流した後、リンス液を乾燥させる。上述
の如く、基板１２の表面には鋭利な先端形状を有する突
起１６が形成されている。このため、リンス液の乾燥時
にその表面張力によって片持ち梁１４が基板１２に向け
て撓んだ場合、片持ち梁１４と突起１６の先端部が接触
することで、片持ち梁１４と基板１２との接触面積Ｓは
非常に小さく抑制される。このため、基板１２と片持ち
梁１４との間に作用する全表間力Ｆは大幅に減少し、張
り付き現象は生じ難くなる。

【００１９】また、片持ち梁１４に大きな加速度が作用
し、あるいは、静電引力が作用することにより、片持ち
梁１４が撓んで基板１２に接触した場合にも、接触面積
Ｓが小さく設けられていることで、両者間に作用する静
電力等の付着力は小さい。従って、かかる場合に、片持
ち梁１４が基板１２に張り付いたとしても、片持ち梁１
４は非常に剥がれ易い。

【００２０】このように、本実施例の半導体加速度セン
サ１０によれば、突起１６を基板１２に片持ち梁１４と
対向するように設けることで、製造時の乾燥工程におい
て、片持ち梁１４の基板１２への張り付きを生じ難くす
ることができ、また、仮に片持ち梁１４が基板１２へ張
り付いた場合にも、片持ち梁１４を剥がれ易くすること
ができる。

【００２１】なお、基板１２、片持ち梁１４、及び犠牲
層１８を夫々構成する材料として、上記工程において
犠牲層１８を選択的にエッチングすることができる任意
の材料の組み合わせを用いることができる。例えば、犠
牲層１８をＳｉＯ₂ で、基板１２及び片持ち梁１４をＳ
ｉで、それぞれ構成し、フッ酸系のエッチング液により
犠牲層１８を選択的にエッチングすることができる。そ
の他、種々の公知の材料の組み合わせ及びエッチング液
を用いることができる。

【００２２】また、本実施例において、犠牲層１８の厚
さを約１〜２μｍとし、突起１６の高さを犠牲層の厚さ
の約４分の１、すなわち、０．２５〜０．５μｍとする
ことにより特に良好な結果が得られている。なお、上記
工程及びにおいてレジスト層１４を帯状にパターニ
ングすることにより、突起１６を紙面に垂直方向に延び
る帯状に形成してもよく、あるいは、レジスト１４を矩
形状にパターニングすることにより、突起１６を角錐状
に形成することとしてもよい。また、形成される突起１
６の数は任意であるが、少なくとも１つの突起１６が、
片持ち梁１４の先端部、即ち、撓み量が大きくなる部位
に対向するように設けられることが好ましい。

【００２３】また、上記実施例においては、１層の構造
層２４よりなる単一の片持ち梁１４を備える半導体加速
度センサ１０について説明したが、本発明はこれに限定
されるものではなく、例えば図６に示す如く、多重層の
構造層よりなる複数の片持ち梁３０、３２、３４を備え
る半導体加速度センサにも適用することができる。この
場合、基板１２に突起１６を設けると共に、片持ち梁３
０、３２を構成する構造層の表面に上記工程における
等方性エッチングと同様の方法で突起３６、３８を設け
ることで、片持ち梁３０の基板１２への張り付きを防止
できると共に、片持ち梁３０、３２、３４同志の張り付
きを防止することができる。

【００２４】なお、上記実施例においては、本発明が半
導体加速度センサに適用された場合について説明した
が、本発明はこれに限定されるものではなく、圧力セン
サ、ヨーレートセンサ、半導体式以外の圧電式、静電容
量式の加速度センサにも用いられるものである。

【００２５】

【発明の効果】上述の如く、請求項１記載の発明によれ
ば、構造層の基板への張り付きを生じ難くすることがで
きる。また、構造層が基板に張り付いた場合にも、構造
層を基板から剥がれ易くすることができる。また、請求
項２記載の発明によれば、多層の構造層を有する半導体
加速度センサにおいて、構造層の基板への張り付き、及
び、構造層間の張り付きを生じ難くすることができる。
また、これらの張り付きが生じた場合にも、剥がれ易く
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である半導体加速度センサの
構成図である。

【図２】本実施例の半導体加速度センサの製造工程にお
いて、基板の表面に突起を形成するためのレジスト層が
積層された状態を示す図である。

【図３】本実施例の半導体加速度センサの製造工程にお
いて、突起が形成された直後の状態を示す図である。

【図４】本実施例の半導体加速度センサの製造工程にお
いて、犠牲層が所定の形状にエッチングされた直後の状
態を示す図である。

【図５】本実施例の半導体加速度センサの製造工程にお
いて、構造層が所定の形状にエッチングされた直後の状
態を示す図である。

【図６】本発明に別に実施例である多層の片持ち梁を有
する半導体加速度センサの構成図である。

【図７】従来の半導体加速度センサの製造工程におい
て、犠牲層が所定の形状にエッチングされた直後の状態
を示す図である

【図８】従来の半導体加速度センサの製造工程におい
て、構造層が所定の形状にエッチングされた直後の状態
を示す図である。

【図９】従来の半導体加速度センサが完成した状態を示
す図である。

【図１０】従来の半導体加速度センサにおいて片持ち梁
が基板に張り付いた状態を示す図である。

【符号の説明】

１２ 基板 １４、３０、３２、３４ 片持ち梁 １６、３６、３８ 突起 １８ 犠牲層 ２４ 構造層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 千田 英美 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 杉本 雅裕 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 後藤 安則 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板に犠牲層を積層し、その上に構造層
   を積層し、前記犠牲層を除去してなる状態量検知センサ
   において、 前記基板の表面に突起を形成すると共に、前記犠牲層及
   び前記構造層を前記突起を含む領域に積層したことを特
   徴とする状態量検知センサ。
2. 【請求項２】 基板の表面に突起を形成する第１の工程
   と、 前記基板の前記突起を含む領域に犠牲層を積層する第２
   の工程と、 その上から前記突起を含む領域に構造層を積層する第３
   の工程と、 該第３の工程において積層される構造層を基板として前
   記第１の工程乃至前記第３の工程を少なくとも１回繰り
   返す第４の工程と、 各犠牲層を除去する第５の工程とを備える工程により製
   造されることを特徴とする状態量検知センサ。