KR20000064964A - 가속도센서용 소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

작용하는 가속도를 검지하기 위한 가속도센서용에 사용하는 휨 변환소자는,
(1) 상측면과 하측면을 가지는 프레임,
(2) 복수의 휨 가능부와 중앙부를 가지고서 이루어지는 시트형태 부재로서, 각 휨 가능부는, 프레임의 내연부의 적어도 일부분과 중앙부의 사이에서 연재하여, 이들과 일체로 연결되는 시트형태 부재,
(3) 시트형태 부재의 중앙부와 일체로 연결되는 넥부를 가지고서, 그것을 통해 시트형태 부재로부터 매달려 있는 추, 및
(4) 프레임의 하측면을 지지하고, 내측 측면이 추의 측면과 제1공극을 사이에 두고서 마주 보는 지지부재를
가지고서 이루어지며,
제1공극과 연결되는 제2공극이, 시트형태 부재의 각 휨 가능부와 추의 사이에서 규정되고,
프레임과 시트형태 부재와의 사이 및/또는 시트형태 부재내에 제3공극이 규정되고,
소자에 가속도가 작용하면, 적어도 2개의 휨 가능부가 탄성적으로 변형하여, 그 결과, 프레임에 대하여 상대적으로 추가 변위하도록 프레임과 시트형태 부재 또한 시트형태 부재와 추가 서로 접합되고,
추와 지지부재는 반도체기판을 사용하여 구성되고,
제2공극은 반도체기판에 설치한 희생층을 제거함으로써 형성되고,
프레임과 시트형태 부재는 반도체기판 상에 설치한 에피텍샬층에 의해 형성되어 있다.

Description

가속도센서용 소자 및 그 제조방법
미국특허 제5,485,749호에 상기에서 설명한 것과 같은 반도체 가속도센서가 개시되어 있다. 이 센서는, 가속도에 의해 생기는 부재의 기계적 휨(또는 왜곡)을 전기신호의 변화로 변환하는 피에조 저항형의 가속도센서이고, 이 가속도센서의 일례를, 도 18(모식적 사시도)과 도 19(도 18의 선 A-A'에 따른 모식적 단면도)에 나타낸다.
가속도센서(500)는, 휨 변환소자(502)와 하부커버(504)를 가지고서 이루어진다. 휨 변환소자(502)는 프레임(또는 프레임몸체)(506)과 시트형태 부재(508)를 가지고서 이루어진다. 프레임(506)은, 상측면(510)과 하측면(512)을 가지고, 하측면(512)은 지지부재(514)에 의해 지지되어 있다. 시트형태 부재(508)는, 휨 가능부(515)와 중앙부(516)(도 18에 있어서 일점 쇄선으로 둘러싸이는 부분)를 가지고서 이루어지고, 휨 가능부(515)는 중앙부(516)에서부터 외측방향으로 연장되어, 프레임(502)의 내측 테두리(518)(도 18에 있어서 파선으로써 나타냄)와 일체로 연결된다. 이 시트형태 부재(508)의 중앙부(516)에는 그 밑으로 추(520)가 접속되고, 이것은 그 넥부(522)를 통해 중앙부(516)에 일체로 연결된다.
지지부재(514)의 내측 방향측 면(524)은, 추(520)의 외측 방향측 면(526)과 제1공극(528)을 사이에 두고서 마주 보고있다. 또한, 제2공극(530)이 휨 가능부(515)와 추(520)의 사이에 존재하고, 이것은 제1공극(528)과 연결된다. 또한 프레임(506)과 휨 가능부(515)에 의해 둘러싸인 제3공극(532)이 존재한다. 또한, 휨 가능부(515)는, 복수의 피에조 저항(534)과 그것에 접속된 배선(도시하지 않음)을 표면에 가진다.
한편, 하부커버(504)는, 추(520)에 대응하여 그것을 둘러싸는 요부(540)를 규정하는 주위부(541)를 가지고, 지지부재(514)가 하부커버(504)의 주변부에 적당한 수단(예컨대 양극접합)으로써 결합되어 있다. 이 하부커버(504)는, 과도한 가속도가 센서에 작용한 경우에, 추가 과도하게 변위하여 시트형태 부재(508)가 파괴되는 것을 방지하기 위한 스토퍼로서의 기능을 이룬다.
이러한 가속도센서(500)는, 복수의 피에조 저항(534)을 가지는 경우에는, 서로 직교하는 3개의 좌표축으로 구성되는 X-Y-Z좌표계 (X축과 Y축은 시트형태 부재(508)와 프레임(506)으로 규정되는 상측면 위에서 연장되는)에 관하여, 작용하는 가속도의 X축, Y축 및 Z축 성분을 독립적으로 구함으로써 가속도를 검지하기 위한 가속도센서용에 사용할 수 있다.
프레임(506)과 시트형태 부재(508), 또한, 시트형태 부재(508)와 추(520)와의 사이의 상호접속은, 센서(500), 구체적으로는 소자(502)에 가속도가 작용하면, 프레임(506)에 대하여 추(520)가 상대적으로 변위할려고 함에 따라서, 피에조 저항(534)을 가지는 휨 가능부(515)의 적어도 일부분이 탄성적으로 변형하도록(한편, 넥부(522)와 이어지는 시트형태 부재(508)의 중앙부(516)는 실질적으로 변형하지 않음) 이루어질 수 있고, 따라서 피에조 저항(534)의 저항치의 변화를 전기신호로 변환하여 그 신호를 검지함으로써 센서에 작용한 가속도를 측정할 수가 있다.
이러한 가속도센서용 소자의 제조는, 예컨대 미국특허 제5,485,749호에 기재되어 있는 방법에 따라서 실시할 수 있고, 구체적으로는, 도 19과 같은 모식적 단면도로 도시한 도 20에 나타내는 제조공정에서 다음과 같이 실시할 수 있다.
도 20(a) 우선, 지지부재(514)와 추(520)를 형성하여야 할 제1실리콘 기판(600)의 양 주표면에 실리콘 질화막(602과 604)을 형성한다.
도 20(b) 다음에, 제2공극(530)에 대응하는 부분의 실리콘 질화막(602)을 제거하여 개구부(606)를, 또한 제1공극(528)에 대응하는 부분의 실리콘 질화막(604)을 제거하여 개구부(608)를 형성한다.
도 20(c) 개구부(606 및 608)로부터 새겨 넣어서 요부(610 및 612)를 각각 형성한 뒤, 남아 있는 실리콘 질화막(602)을 제거하여 제1실리콘 기판(600)의 한쪽 주표면을 노출시키고, 그 위에 제2실리콘 기판(616)을 붙여 일치시킴으로써 요부(610)의 일부분을 제2공극(530)으로 하고, 나머지의 부분을 추의 넥부(522)와 지지부재(514)의 상측면으로 한다.
도 20(d) 최종적으로 센서가 된 경우에, 소정의 가속도가 작용할 때에 휨 가능부(515)가 휘도록, 연삭 또는 에칭을 사용하여 제2실리콘 기판(616)을 박막화하여 두께(t)로 하고, 제2실리콘 기판을 시트형태 부재(508)와 프레임(506)으로 한다.
도 20(e) 이어서, 박막화된 제2실리콘 기판(616)의 시트형태 부재(508)에, 제2실리콘 기판(616)과 반대의 도전형을 가지는 피에조 저항(618)을 불순물 확산으로써 형성한다.
도 20(f) 다음에, 피에조 저항(618)과 접속된 배선(도시하지 않음)을 형성한 뒤, 요부(612)로부터 이방성 에칭을 사용하여 제2공극(530)에 도달하는 제1공극(528)을 형성하여, 추(520)가 넥부(522)를 통해 제2실리콘 기판(616)의 중앙부(516)에 일체로 이어져 지지되도록 한다.
마지막에, 제2실리콘 기판(616)의 원하는 특정 장소를 에칭하여 제3공극(532)(도시하지 않음)을 형성함으로써 휨 변환소자(502)가 얻어진다. 한편, 제1실리콘 기판의 하부의 실리콘 질화막(604)은 필요에 따라서 제거하여도 좋다. 이렇게하여 얻어진 소자(502)를 하부커버(504)(도시하지 않음)에 결합함으로써 피에조형 가속도센서가 얻어진다.
딴 방법으로서는, 제2공극(530)을 기판으로부터 직접 형성하는 것은 아니고, 제2공극에 상당하는 부분을 폴리실리콘의 희생층으로서 일단 형성하여, 제1공극(528)을 형성한 뒤에, 거기에서 별도의 에천트를 도입하여 희생층을 에칭하는 방법도 알려져 있다(특개평 7-234242호 및 이것에 대응하는 외국특허출원(존재하는 경우) 및 미국특허 제5,395,802호 참조).
이러한 반도체 가속도센서에서는, 검지하여야 할 가속도가 시트형태 부재의 적어도 일부분인 휨 가능부의 휨으로 변환되어, 휨 가능부에 형성된 피에조 저항의 저항치가 휨에 따라서 변화하는 것에 의해, 최종적으로 가속도가 전기신호로 변환된다.
따라서, 반도체 가속도센서의 감도는, 시트형태 부재의 탄성적인 휨(또는 변형), 특히 휨 가능부의 두께에 의해 지배된다. 즉, 감도는 휨 가능부가 두껍게 되면 나쁘게 되고, 휨 가능부의 두께의 격차에 따라서 영향을 받게 된다. 따라서, 반도체 가속도센서의 제조프로세스에 있어서, 시트형태 부재의 두께를 균일하게 정밀도가 좋게 제어하는 것이 중요하게 된다.
별도의 타입의 가속도센서로서, 정전 용량형의 가속도센서도 알려져 있고, 예컨대 특개평 5-26754호 공보 및 이것에 대응하는 외국특허출원(존재하는 경우) 및 유럽특허 공개 제0 461 265호에 개시되어 있다. 이 센서의 작동원리는, 가속도가 작용함에 따라서 생기는 기계적 휨에 근거한다는 점에서는 피에조 저항형의 센서와 같다. 단지, 이 휨을 대향하는 2개의 부재 사이의 상대적인 변위로 변환하여, 이 변위가 부재에 설치된 전극 사이의 정전용량을 변화시키는 것을 이용하고 있다는 점에서 피에조 저항형의 센서와 다르다. 따라서, 정전 용량형의 가속도센서는, 센서에 가속도가 작용함에 따라 변위하는 부재와 변위하지 않는 부재와 전극이 대향하도록 배치되어 있다.
그와 같은 정전 용량형의 가속도센서(700)를 도 21(모식적 부분 절제 사시도)과 도 22(도 21의 대각선 C-C'를 따른 모식적 단면도)에 나타낸다. 상기에서 설명한 휨 변환소자(502)가 피에조 저항(534)을 가지는데 반하여, 가속도센서(700)의 휨 변환소자(702)가, 피에조 저항을 대신해서, 추(520)의 윗면에 전극(734)과 그것에 접속된 배선(736)을 가지고, 그 배선이 제3공극이 우묵하게 들어간 모서리부분(738)을 경유하여 시트형태 부재 위에 배치되어 있다는 점에서 다르지만, 이외의 점에서는, 도 18과 도 19에 표시되어 있는 상술의 피에조형의 휨 변환소자(502)의 경우와 실질적으로 동일하다.
한편, 정전 용량형의 휨 변환소자(702)는, 그 위에 배치되는 상부커버(740)(도 21에서는 도시하지 않음)와 같이 사용한다. 상부커버(740)는, 추의 과도한 변위를 방지하여, 그것에 의하여, 휨 가능부의 파손을 방지하지만, 적어도 시트형태 부재, 바람직하게는 소자의 상측면의 프레임을 제외한 부분에 대응하여 내측에 요부를 가진다. 이러한 상부커버는 피에조 저항형 가속도센서용 또는 정전 용량형 가속도센서용 소자로 편성된다. 그러나, 정전 용량형 가속도센서용의 소자의 상부커버는 후술하는 바와 같이 전극을 가진다. 이 상부커버(740)는, 소자(702) 위에 배치된 경우에, 전극(734)과 대향하도록 배치된 전극(742)을 가진다. 이러한 반도체 가속도센서에서는, 검지하고 싶은 가속도가 센서에 작용하면, 휨 가능부(515)를 가지는 시트형태 부재(508)에 추(520)가 접속되어 있기 때문에, 추(520)가 지지부재(514)와 그 위에 배치된 커버(740)에 대하여 상대적으로 변위하여, 그 결과, 추 위의 전극(734)과 또한 그것에 대향하는 커버에 배치된 전극(742)과의 거리가 변화하고, 또한 그것에 따라 변화하는 이들 전극 사이의 정전 용량의 변화에 의해 가속도를 검출할 수 있다.
이 정전 용량형의 가속도센서에 있어서도, 휨 가능부(515)의 두께가 얇으면, 또한 휨 가능부의 형태가 긴 경우에는, 그 길이가 길면은, 작은 가속도라도 변형되기 쉬워, 그 결과 센서감도가 향상된다. 또한, 휨 가능부의 두께에 격차가 있으면 감도에 격차가 생긴다.
따라서, 어느 쪽의 타입의 가속도센서에 있어서도, 휨 가능부의 두께가 적절히 콘트롤되어 격차가 작은 휨 가능부를 가지는 반도체 가속도센서 또는 휨 변환소자가 제공되는 것은, 센서의 감도의 향상과 센서 간의 격차의 관점에서 바람직하다. 그래서, 변환소자의 제조프로세스에 있어서, 휨 가능부의 두께를 균일하게 정밀도 좋게 제어하는 것이 중요하게 된다. 또한, 휨 가능부의 형태가 긴 경우에는, 그 길이를 길게 할 수 있게 되는 것이 바람직하다.
상기에서 설명한 것과 같은 종래의 반도체 가속도센서의 제조방법에서는, 추가 시트형태 부재의 중앙부에 연결되고, 시트형태 부재의 휨 가능부가 프레임에 연결되고, 이것이 지지부재에 의해 지지된 양쪽지지 다리구조로 되어 있는 반도체 가속도센서를 제조할 수 있다.
이 제조방법으로서는, 제1실리콘 기판(600)에 제2실리콘 기판(616)을 붙여 일치시킨 뒤에, 제2실리콘 기판을 박막형태로 소정의 시트형태 부재에 상당하는 두께(t)까지 박막화하는 공정에서, 제2실리콘 기판의 면내에서의 두께의 격차가 커지기 때문에, 휨 가능부(515)의 두께의 균일화가 곤란하다. 또한, 실리콘 기판의 접합이 복잡하고, 또한, 실리콘 기판이 2매 필요하여 제조코스트가 높아지게 된다.
본 발명은, 자동차, 항공기 또는 가전제품 등에 사용되는 양쪽이 지지되는 다리구조의 반도체 가속도센서에 사용하는 휨 변환소자(또는 엘러먼트)와 그 제조방법, 및 그와 같은 소자를 가지는 가속도센서에 관한 것이다. 예컨대, 그와 같은 가속도센서는, 서로 직교하는 3개의 좌표축으로 구성되는 X-Y-Z좌표계에 대하여, 작용하는 가속도의 X축, Y축 및 Z축 성분을 독립적으로 구함으로써 가속도를 검지하기 위해서 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 피에조형 가속도센서용 소자의 모식적 부분 절제사시도.
도 2는 도 1의 소자의 상면도.
도 3(a)∼(i)는 본 발명의 소자의 일련의 제조과정을 나타내는 모식적 단면도.
도 4(a)∼(c)는 도 3의 소자의 제조과정을 나타내는 모식적 부분 절제 사시도.
도 5(a)∼(l)는 에천트 도입구의 형상과 배치를 모식적으로 나타내는 상면도.
도 6(a)과(b)는 본 발명의 소자의 별도의 태양의 모식적 부분 절제사시도.
도 7(a)∼(i)는 본 발명의 소자의 별도의 일련의 제조과정을 나타내는 모식적 단면도.
도 8(a)∼(e)는 도 7의 소자의 제조과정을 나타내는 모식적 부분 절제 사시도.
도 9는 제1공극의 별도의 태양을 나타내는 모식적 단면도.
도 10(a)∼(h)는 도 9에 나타내는 제1공극을 가지는 소자를 형성하는 일련의 과정을 나타내는 모식적 단면도.
도 11(a)∼(h)는 배선보호층을 형성하는 과정을 포함하는 본 발명의 소자의 제조방법을 나타내는 모식적 단면도.
도 12(a)∼(e)는, 배선보호층을 형성하는 별도의 과정을 포함하는 본 발명의 소자의 제조방법을 나타내는 모식적 단면도.
도 13(a)∼(d)는, 배선보호층을 형성하는 더 이상의 별도의 과정을 포함하는 본 발명의 소자의 제조방법을 나타내는 모식적 단면도.
도 14(a)∼(c)는 표면 부근의 불순물 농도가 작은 희생층의 형성 과정의 일례를 나타내는 기판의 모식적 단면도.
도 15(a)∼(d)는 표면 부근의 불순물 농도가 작은 희생층의 형성 과정의 별도의 예를 게시하는 기판의 모식적 단면도.
도 16(a)∼(e)는, 표면 부근의 불순물 농도가 작은 희생층의 형성과정의 더 이상의 별도의 예를 게시하는 기판의 모식적 단면도.
도 17는 희생층으로서의 다공질 실리콘층의 제조장치를 모식적으로 나타내는 단면도.
도 18는 종래부터 알려져 있는 피에조 저항형의 가속도센서의 모식적 사시도.
도 19는 도 18에 나타내는 가속도센서의 모식적 단면도.
도 20(a)∼(f)는 도 18에 나타내는 가속도센서의 일련의 제조과정을 모식적으로 나타내는 단면도.
도 21는 종래부터 알려져 있는 정전 용량형의 가속도센서의 모식적 부분 절제 사시도.
도 22는 도 21에 나타내는 가속도센서의 모식적 단면도.
본 발명은, 상기에서 설명한 것과 같은 문제점의 검토에 근거하는 것이고, 그 목적으로 하는 것은, 상기에서 설명한 문제점을 해결하여 시트형태 부재, 특히 그 휨 가능부의 두께를 정밀도 좋게 형성할 수가 있는 양쪽지지 다리구조의 반도체 가속도센서용의 휨 변환소자 및 그 제조방법, 또 그와 같은 소자를 사용한 가속도센서를 제공하는 것에 있다. 더욱이, 본 발명은, 그와 같은 소자, 제조방법 및 센서에 있어서, 바람직한 특징을 가지는 태양도 제공하는 것이고, 그것에 의하여 초래되는 이점은, 이하의 설명과 첨부 도면을 참조함으로써 분명히 될 것이다.
상기의 문제점을 고려하여 반도체 가속도센서의 구조와 제조방법에 관해서 예의 검토한 결과, 발명자 등은, 시트형태 부재와 프레임을 에피텍샬층으로 형성하는 경우에, 상기의 문제점을 해결할 수 있는 것을 찾아 내었다.
따라서, 제1의 요지에 있어서, 본 발명은,
작용하는 가속도를 검지하기 위한 가속도센서용에 사용하는 휨 변환소자로서,
(1) 상측면과 하측면을 가지는 프레임,
(2) 복수의 휨 가능부와 중앙부를 가지고서 이루어지는 시트형태 부재로서, 각 휨 가능부는, 프레임의 내연부의 적어도 일부분과 중앙부와의 사이에서 연재하여 이들과 일체로 연결되는 시트형태 부재,
(3) 시트형태 부재의 중앙부와 일체로 연결되는 넥부를 가지고, 그것을 통해 시트형태 부재로부터 매달리고 있는 추, 및
(4) 프레임의 하측면을 지지하여, 내측 측면이 추의 측면과 제1공극을 사이에 두고 마주 보는 지지부재
를 가지고서 이루어지고,
제1공극과 연결되는 제2공극은 시트형태 부재의 각 휨 가능부와 추의 사이로 규정되고,
프레임과 시트형태 부재의 사이 및/또는 시트형태 부재내에 제3공극이 규정되고,
소자에 가속도가 작용하면 적어도 2개의 휨 가능부가 탄성적으로 변형하여, 그 결과 프레임에 대하여 상대적으로 추가 변위하도록, 프레임과 시트형태 부재, 또한 시트형태 부재와 추가 서로 접합되고,
추와 지지부재는 반도체기판을 사용하여 구성되고,
제2공극은 반도체기판에 설치한 희생층을 제거함으로써 형성되고,
프레임과 시트형태 부재는 반도체기판 상에 설치한 에피텍샬층으로 형성되어 있는 소자를 제공한다.
이 소자는, 예컨대 서로 직교하는 3개의 좌표축으로 구성되는 X-Y-Z좌표계에 관하여, 작용하는 가속도의 X축, Y축 및 Z축 성분을 독립적으로 구함으로써 가속도를 검출하는 가속도센서, 예컨대 피에조형 또는 정전 용량형 가속도센서에 사용할 수가 있어서, 그 경우, X축과 Y축은 시트형태 부재의 상측면 위에서 연장되도록 규정된다.
본 발명에 있어서, 휨 변환소자란, 먼저 설명하였던 바와 같은 피에조 저항형 또는 정전 용량형의 가속도센서에 있어서, 센서에 작용하는 휨을 전기적인 출력으로 변환하기 위한 소자를 의미한다.
한편, 이하의 본 발명의 설명에 있어서, 먼저 설명한 종래의 디바이스에 있어서의 각 부재 또는 부분과 동일 기능을 가지는 본 발명의 디바이스의 각 부재 또는 부분에 관해서는 동일한 용어를 원칙적으로 사용하고 있다.
본 발명의 소자에서는, 단일의 반도체기판으로 추와 지지부재를 형성하고, 프레임과 시트형태 부재는, 반도체기판 위에 성장시킨 에피텍샬층으로 형성한다. 추, 프레임, 시트형태 부재 및 지지부재는, 소자에 가속도가 작용되면, 시트형태 부재의 휨 가능부의 적어도 일부분이 탄성적으로 변형하는(또는 휘는) 것과 같은 구조를 형성하도록 접속되어 있다.
이와 같이, 본 발명에 있어서 시트형태 부재를 에피텍샬층으로 형성함으로써, 실리콘 기판을 맞붙인 다음에 예컨대 기계적으로 두께를 감소시키는 종래의 방법으로 얻어지는 소자와 비교하여, 보다 균일한 두께의 휨 가능부를 가지는 시트형태 부재를 가지는 소자가 얻어진다.
바람직한 한 태양에 있어서, 본 발명의 휨 변환소자에서는, 제1공극과 제2공극에 의해서 추의 측면이 규정되고, 그 추는, 넥부에서 잘록하게 된 추가 시트형태 부재의 중앙부에 이어진 구조로 되어 있다. 즉, 반도체기판에 대하여 평행한 추의 단면을 생각한 경우, 넥부의 단면적은 다른 부분의 단면적보다 작고 또한, 넥부의 단면은 다른 부분의 단면의 중앙에 위치한다.
추의 형상은, 특히 한정되지 않지만, 예컨대 소자 전체로서의 형상이 실질적으로 정사각 기둥인 경우, 넥부를 제외하고 실질적으로는 정사각 기둥이라도 좋고, 넥부는, 그것과 동심으로 또한 그것에 포함되는 작은 정사각 기둥(또는 원주)형상(높이가 작은)이라도 좋다. 소자의 전체 체적에 대하여, 가능한 한 큰 추를 형성하기 위해서, 넥부는 작으면 바람직하고, 또한 추의 단면적은 크면 바람직하다. 당연히, 작은 추로도 충분한 경우는 추를 크게 할 필요는 없다. 한편, 추는 반도체기판만으로 구성되더라도, 또는 반도체기판과 그 위에 형성된 에피텍샬층의 일부분으로 구성되더라도 좋다.
바람직한 한 태양에 있어서, 본 발명의 휨 변환소자에서는, 시트형태 부재의 휨 가능부는, 가속도가 작용하면 탄성적으로 변형하는 적어도 2개의 부분에 각각 적어도 1개의 피에조 저항을 가지고, 이들 피에조 저항은 또한 그들에 접속된 배선을 가진다. 이 배선은, 피에조 저항의 저항치의 변화를 변환한 전기신호에 관한 출력 또는 정보를 전송할 수 있는 어느 쪽의 배선만으로도 좋고, 예컨대 메탈배선 및/또는 확산배선이 사용된다. 또한, 이 배선은, 메탈배선인 경우에는, 전극패드에 직접 접속되어 있어도 좋고, 또는 확산배선인 경우에는, 메탈배선을 통해 전극패드에 접속되어 있어도 좋다. 이 전극패드를 통해 소자가 피에조 저항을 측정하는 장치에 접속된다.
피에조 저항을 배치하는 특정 장소는, 휨 가능부의 휨을 전기적으로 검지 가능한 한, 한정되는 일은 없다. 실제로, 여러 가지의 배치가 가능하지만, 휨 가능부에서의 탄성적인 휨(또는 변형)이 집중하는 부분에 배치하는 것이 바람직하다. 피에조 저항의 구체적인 배치에 관해서는, 미국특허 제5,485,749호 명세서, 특개평 6-331646호 공보, 특개평 6-109755호 공보 및 특개평 7-234242호 공보 및 이들에 대응하는 외국특허 출원(존재하는 경우)에 개시되어 있고, 본 발명의 피에조 저항의 배치에 관해서는 이들을 참조할 수 있다. 한편, 이들 특허문헌의 내용은, 이 인용에 의해 본 명세서의 일부분을 구성한다.
한편, 이러한 소자를 먼저 설명한 하부커버와 상부커버와 결합함으로써 가속도센서를 얻을 수가 있어서, 따라서, 본 발명은, 상기의 소자 및 하부커버와 상부커버를 가지고서 이루어지는 피에조 저항형 가속도센서를 제공한다. 하부커버와 상부커버는, 상기와 같이 내측에 요부를 가져 과도한 가속도가 센서에 작용한 경우에, 소자, 특히 휨 가능부가 파손되는 것을 방지한다.
바람직한 한 태양에 있어서, 본 발명의 휨 변환소자에서는, 가속도가 작용하면, 휨 가능부가 탄성적으로 변형됨에 의해 변위하는 적어도 1개의 부분(예컨대 추의 상측면 또는 시트형태 부재의 일부분)에 적어도 1개의 정전 용량 측정용의 전극을 가지고, 이 전극은 또한 그것에 접속된 배선을 가진다. 이 배선은, 정전 용량의 측정에 관한 출력을 전송할 수 있는 어느 쪽의 배선만으로도 좋고, 예컨대 메탈배선을 사용할 수 있다. 또한 이 배선은, 메탈배선인 경우에는, 전극패드에 직접 접속되어 있어도 좋고, 또는 확산배선인 경우에는, 메탈배선을 통해 전극패드에 접속되어 있어서도 좋다. 이 전극패드를 통해, 소자가 정전 용량을 측정하는 장치에 접속된다.
정전 용량 측정용의 전극을 배치하는 특정 장소는, 소자의 위에 배치하는 상부커버가 가지는 전극에 대향하면서도, 상대적으로 변위될 수 있는 전극을 구성할 수 있는 한, 특히 한정되는 일은 없고, 여러 가지의 배치가 가능하지만, 휨 가능부의 변형에 의해 초래되는 변위가 큰 부분에 배치하는 것이 바람직하다. 예컨대, 도 21에 나타난 바와 같이, 추의 외주부에 가까운 상측면의 일부에 배치하여도 좋다(예컨대 전극 734). 정전 용량 측정용의 전극의 보다 구체적인 배치에 관해서는, 특개평 5-26754호 공보와 이에 대응하는 외국특허출원(존재하는 경우) 및 유럽특허공개 (A1) 제0 461265호에 개시되어 있고, 본 발명의 정전 용량 측정용의 전극의 배치에 관해서는, 이것을 참조할 수 있다. 한편, 이들 특허문헌의 내용은, 이 인용에 의해 본 명세서의 일부분을 구성한다.
이러한 소자를 먼저 설명한 상부커버와 필요에 따라서 하부커버와 결합함으로써, 가속도센서를 얻을 수 있어서, 따라서, 본 발명은, 상기의 소자 및 상부커버와 하부커버를 가지고서 이루어지는 정전 용량형 가속도센서를 제공한다. 하부커버와 상부커버는, 상기와 같이 내측에 요부를 가져 과도한 가속도가 센서에 작용할 경우에, 소자, 특히 휨 가능부가 파손되는 것을 방지한다. 한편, 상부커버는, 소자에 설치한 전극에 대향하는 전극을 가진다.
또한, 상기와 같은 본 발명의 소자는, 다음과 같은 방법으로 제조할 수 있다. 따라서, 제2의 요지에 있어서, 본 발명은, 상기 또는 이하에 상세히 설명하는 본 발명의 가속도센서용에 사용하는 휨 변환소자의 제조방법로서,
(1) 넥부를 가지는 추와 지지부재를 형성하기 위한 반도체기판의 제1주표면의 부분에 있어서, 넥부가 되어야 되는, 제1주표면의 중앙부의 적어도 일부분의 외연에서부터 외측방향을 향해서 연장되는 희생층을 형성하는 공정,
(2) 공정(1)의 뒤에, 제1주표면 위에 에피텍샬층을 형성하는 공정, 및
(3) 공정(2)의 뒤에,
(3-a) 에칭으로써 기판의 일부분을 기판의 제2주표면 측에서 제거하여 추의 측면 및 그것과 제1공극을 사이에 두고 마주 보는 측면을 가지는 지지부재를 형성하는 서브스텝,
(3-b) 에칭으로써 에피텍샬층의 일부분을 제거하여 에피텍샬층을 관통하는 제3공극을 형성함으로써, 잔존하는 에피텍샬층의 적어도 일부분(있는 경우에는 실질적으로 전부)을, 프레임과 최종적으로 탄성적으로 변형할 수 있는 복수의 휨 가능부와 중앙부를 가지고서 이루어지는 시트형태 부재로 하는 서브스텝, 및
(3-c) 희생층을 습식에칭으로 제거하여 제2공극과 추의 넥부를 형성함으로써 추를 형성하는 서브스텝
를 실시하는 공정로서, 이것들의 서브스텝의 실시의 순서는, 이하의 (i)∼(iv) :
(i) 서브스텝(3-a) → 서브스텝(3-b) → 서브스텝(3-c),
(ii) 서브스텝(3-a) → 서브스텝(3-c) → 서브스텝(3-b),
(iii) 서브스텝(3-b) → 서브스텝(3-a) → 서브스텝(3-c), 및
(iv) 서브스텝(3-b) → 서브스텝(3-c) → 서브스텝(3-a)
중 어느 쪽의 공정을 포함하여 이루어지는 제조방법을 제공한다.
본 발명의 방법에 있어서, 사용하는 반도체기판은, 실리콘기판이라도 좋고, 그 도전형은 N형 또는 P형의 어느 쪽이라도 좋고, 이 기판으로부터 추와 지지부재를 형성한다. 반도체기판으로서, 예컨대 N형의 면방위가 (100)의 것을 사용할 수 있다. 기판의 불순물 농도는 1.0×1017cm-3이하의 것(예컨대 1×1014cm-3∼1×1016cm-3의 것)이 바람직하다. 이러한 농도를 가지는 기판이면, 이 보다 농도가 높은 고농도 불순물층의 경우와 비교하여, 에칭속도가 약 1/150 이하로 감소하여, 고농도 불순물층이 에칭 제거되더라도 저농도 불순물층으로서 남게 된다. 또한, 기판의 두께는 특별히 한정되지 않고, 센서의 용도에 따라서 적당히 선택할 수 있다. 통상, 종래부터 가속도센서에 사용되고 있는 기판과 동등한, 또는 이 보다 약간 두꺼운 것이 좋다. 예컨대 400μm∼600μm의 두께를 가지는 기판을 사용할 수 있다. 이 기판의 한쪽의 주표면에 희생층을 형성한다. 희생층이라는 용어는, 본 발명의 소자의 제조방법의 과정에서 존재하지만, 최종적으로는 제거되어 공극을 가져오는 층을 의미하는 것으로 사용한다.
이 희생층은, 반도체기판의 중앙부에 상당하는 부분으로부터 외측방향으로 연장된다. 반도체기판의 중앙부는 추의 넥부가 되는 부분이고, 최종적으로는 시트형태 부재의 중앙부에 접속하는 부분이고, 그 부분에는 희생층을 형성하지 않는다. 기판의 중앙부의 형상은 특별히 한정되지 않고, 예컨대 원형, 직사각형(직사각형, 정방형)이라도 좋다. 특히, 추의 중심이 기판의 중앙부의 하부, 특히 중앙부의 중심의 하부에 위치하게 되어 있는 것이 바람직하다. 희생층은, 이 기판의 중앙부의 외연으로부터 멀어지는 방향에서 외연으로부터 연장된다. 희생층은, 이 외연의 전체(즉, 중앙부의 전체 둘레)로부터 연장되어 그 부분을 완전히 포위하게 되어 있더라도, 또는 중앙부 외연의 일부분으로부터 연장되더라도 좋다.
전체로부터 연장되는 경우는, 희생층은 환상형태라도 좋다. 예컨대, 기판의 중앙부가 원형이고, 희생층이 그것과 동심의 원으로 형성되는, 동심원과 중심부의 사이의 환상부분이라도 좋다. 별도의 태양에서는, 중앙부가 내측 정방형이고, 희생층이 그것과 동심 또는 방향이 같은 외측 정방형으로 형성되어, 내측 정방형과 외측 정방형의 사이의 환상부분이라도 좋다. 희생층은, 원형의 중앙부와 외측 정방형의 사이의 부분 또는 그 반대의 조합에 의해 형성되는 부분이라도 좋다. 정방형을 대신해서 직사각형을, 원형을 대신해서 타원형을 사용하더라도 좋다.
희생층이, 중앙부의 외연의 일부분으로부터 연장되는 경우, 희생층은, 중앙부의 주위에서 동일한 각도(예컨대 90°)의 간격으로 떨어진 실질적으로 긴 층라도 좋다. 90°의 경우, 희생층은 중앙부에서 서로 대향하는 4개의 빔형태(즉, 중앙부에서 십자로 교차하는 형태)가 된다. 바꾸어 말하면, 희생층은 중앙부에서 방사상으로 연장되어도 좋고, 그 수는 한정되지 않고 통상 4개로 충분하다. 또한, 별도의 태양에서는, 긴 희생층은 기판의 중심부에서 대칭(기판의 중심에 대한 점대칭, 또는 기판의 대각선에 대한 선대칭)적으로 연장되는 것이 바람직하다.
한편, 희생층의 두께는 실질적으로는 휨 가능부와 추의 상측면과의 거리(따라서, 제2공극의 두께)에 대응하여, 따라서 센서의 용도에 따라서 적당히 선택한다. 예컨대 5∼15μm라도 좋다.
본 발명의 방법에 있어서, 희생층은, 기판 본체의 불순물과 반대의 또는 동일한 도전형을 가지고, 불순물 농도가 기판보다 큰 부분, 즉 고농도 불순물층을 기판의 표면에 형성함으로써, 또는 다공질 실리콘층을 기판 표면에 형성함으로써 얻을 수 있다.
고농도 불순물층의 불순물 농도는, 기판 본체의 불순물 농도를 고려하고 에칭조건, 에칭거리 등에 따라서, 당업자이면 용이하게 선택할 수 있다. 예컨대, 기판 본체의 불순물 농도가 약 1.0×1014∼약 1.0×1016cm-3인 경우, 고농도 불순물층의 불순물 농도는 약 1.0×1018∼약 1.0×1020cm-3(또는 고용한도)이라도 좋다.
한편, 희생층을 에칭으로서 제거하는 경우에 있어서, 그 선택비(즉, 어떤 재료에 대한 에칭속도와 별도의 재료에 대한 에칭속도의 비)를 향상시키기 위해서는, 희생층에 있어서의 불순물 농도를 높게 하는 것이 바람직하다는 것이 알려져 있다(예컨대 B. Schwarts, "Chemical Etching of Silicon", SOLlD­STATE SCIENCE AND TECHNOLOGY, pp.1903∼1909, Dec. 1976 참조).
희생층으로서의 다공질 실리콘층은, 실리콘 기판에 실리콘 산화막을 형성한 뒤, 희생층을 형성하는 부분에 대응하는 개구부를 실리콘 산화막에 형성하여, 개구부를 통해 예컨대 P형의 불순물의 데포지션과 열확산, 또는 이온주입과 어닐처리를 행한 뒤, 전해질용액(예컨대 불산을 포함하는 용액)속에서 양극 화성으로써 형성할 수가 있다.
소정 형상의 희생층의 형성은 포토레지스트에 의한 마스킹 뒤의 데포지션과 열확산, 또는 이온주입과 어닐처리에 의해서 행할 수 있고, 희생층의 두께와 불순물 농도의 콘트롤은 형성때의 조작 조건을 적절히 선택함으로써 실시할 수 있다. 이것들의 기술적 사항은 당업자에는 주지이다.
다음에, 공정(2)에 있어서, 희생층을 형성한 측의 기판의 표면 전체에 에피텍샬층을 형성한다. 이 에피텍샬층은, 최종적으로 소자의 시트형태 부재를 구성하기 때문에, 소정의 감도로 가속도를 검출할 수 있도록 탄성적으로 변형할 수 있는 것과 같은 두께로 할 필요가 있다. 두께가 작으면 작은 가속도에서라도 변형될 수 있기 때문에 감도가 향상하지만, 반대로 파손되기 쉽고, 이들의 반대의 상황도 말할 수 있다. 따라서, 소자의 소정의 용도에 따라서, 이 두께를 선택할 필요가 있다. 에피텍샬층의 형성방법은 당업자에는 주지이다. 한편, 다공질 실리콘층 위에 에피텍샬층의 형성에 관해서는 특개평 5-217990호 공보와 이것에 대응하는 외국특허출원(존재하는 경우)을 참조할 수 있고, 이 개시 사항은 인용에 의해서 본 명세서의 일부분을 구성한다. 공정(3)에 있어서는, 시트형태 부재, 지지부재, 추, 제1공극, 제2공극 및 제3공극을 형성하기 위해서 여러 가지의 에칭을 실시한다. 공정(3)에 있어서의 서브스텝 (3-a)∼(3-c)의 순서는, 서브스텝(3-c)을 최초에 실시하지 않을 뿐, 다른 서브스텝의 순서는 특별히 한정되지 않는다.
서브스텝(3-a)에 있어서는, 기판을 에칭하여 지지부재, 추의 측면과 그 사이의 제1공극을 형성한다. 이것은, 기판의 제2주표면(즉, 에피텍샬층을 가지지 않은 주표면)의 측에서 기판을 에칭하여 기판의 일부분을 제거한다. 이 에칭은, 제l공극이 추의 측면의 주위에 존재하여 그 제1공극을 지지부재가 포위하도록 실시한다. 바람직한 한 태양에서는, 기판이 정방형의 시트이고, 지지부재는, 정방형의 4변에 위치하여 정방형을 포위하는 벽부재이고, 그 내측에 정방형의 단면(기판의 주표면에 평행한 단면)가지는 추가 위치하여, 이들의 사이에 제1공극이 존재한다. 추의 단면은 반드시 직사각형일 필요는 없고, 예컨대 원형, 직사각형 등이라도 좋지만, 추의 체적을 가능한 크게 한다고 하는 점에서, 기판의 형상이 정방형인 경우에는, 추의 단면은 정방형인 것이 바람직하다. 기판의 형상이 직사각형인 경우에는, 추의 단면은 그 직사각형에 비슷한 직사각형인 것이 바람직하다.
서브스텝(3-b)은, 에피텍샬층에 관통개구부로서의 제3공극을 형성함으로써, 에피텍샬층의 일부분이 최종적으로 탄성적으로 변형될 수 있도록 휨 가능부를 형성함과 동시에, 프레임도 규정한다. 이것은, 에피텍샬층이 평탄하고 폭넓은 시트형태인 것보다, 관통개구부를 가지는 시트형태로 하는 것에 따라 시트는 부분적으로 긴 형태 부분을 가져, 그 결과 탄성적으로 변형하기 쉽게 되는 것을 근거한다. 한 태양에서는, 이 서브스텝에 있어서, 제3공극을 형성함으로써 남는 에피텍샬층은, 프레임과 시트형태 부재를 구성한다(예컨대, 도 6(b)참조). 또한, 별도의 태양에서는, 이 서브스텝에 있어서 제3공극을 형성함으로써 남는 에피텍샬층은, 프레임과 시트형태 부재 뿐만 아니라, 추 상측부(도 1의 41 또는 도 6(a)의 91)를 구성한다. 한편, 추 상측부의 아래쪽에 위치하는 기판에는 희생층은 존재하지 않는다. 따라서, 추 상측부와 기판은 늘 일체인 그대로이다. 이 서브스텝(3-b)이 종료하더라도, 휨 가능부의 아래쪽에 희생층이 존재하는 경우에는, 휨 가능부는 탄성변형될 수 없고, 희생층이 제거된 뒤에 비로소 탄성 변형이 가능해진다. 이 의미에서, 또는 소자로서 완성된 단계로서 의미하는 「최종적」이라는 용어를 사용하고 있다.
서브스텝(3-c)은, 희생층을 에칭 제거하여 제2공극과 추의 넥부를 형성한다. 제1공극 및/또는 제3공극이 형성되어 있지 않으면, 제2공극을 형성할 수가 없기 때문에, 이 서브스텝을 최초에 실시할 수 없다.
이렇게하여 형성되는 3종의 공극은, 일체가 되어 1개의 공간을 형성한다.
공정(3)에 있어서의 서브스텝에 있어서는, 에칭을 사용하지만, 그 어느 쪽의 서브스텝에 있어서도 형성하는 공극의 형상과 치수에 따라서 이방성 에칭(반응성 이온 에칭(RIE : Reactive Ion Etching)도 포함하는) 또는 등방성 에칭을 사용한다. 원칙적으로는, 제1공극과 제3공극의 형성에는 이방성 에칭을, 제2공극의 형성에는 등방성 에칭을 사용한다. 이들 에칭방법은, 당업자에는 주지이고, 본 발명의 방법의 실시 때에는, 예컨대 특개평 2-81477호 공보, 특개평 5-340957호 공보 및 이들에 대응하는 외국특허출원(존재하는 경우) 및 미국특허제4,882,933호에 개시되어 있는 방법을 사용할 수가 있다.
본 발명의 방법에 있어서, 공정(3)은, 적어도 1개의 피에조 저항을 에피텍샬층의 적어도 1개의 휨 가능부에 형성하는 서브스텝(3-d)을 더 포함하여도 좋다. 이 저항을 형성하기 전 또는 후에, 또한 그것에 접속되는 배선을 더 형성하더라도 좋다. 이 서브스텝(3-d)을 대신해서, 공정(3)은, 정전 용량 측정용 전극을 에피텍샬층의 일부분으로서 가속도의 작용 때에 프레임에 대하여 상대적으로 변위하는 부분 위, 특히 추를 구성하는 부분(즉, 추 상측부)에 형성하는 서브스텝(3-e)을 더 포함하여도 좋다.
이 전극을 형성하전 전 또는 후에, 또는 동시에, 그것에 접속되는 배선을 더 형성하여도 좋다. 그러나, 추가 에피텍샬층을 가지지 않은(즉, 기판만으로 추가 구성되는)경우, 이 전극을 추 위에 형성하여도 좋다. 이 경우는, 제3공극의 형성 후에 전극을 형성한다. 서브스텝(3-d) 또는 (3-e)은, 최후의 태양을 제외하고 공정(3)의 어느 쪽의 단계에 있어서 실시하더라도 좋다. 이 피에조 저항에 접속되는 배선은, 확산배선인 것이 바람직하다. 정전 용량형의 전극은 메탈배선이 바람직하다. 또한, 이러한 피에조 저항 또는 전극 및 경우에 따라서 존재하는 배선이 형성된 뒤에, 에칭을 실시하는 경우, 뒤에 실시하는 에칭의 영향을 피하기 위해서, 피에조 저항 또는 전극 및 경우에 따라서 존재하는 배선을 포함하는 에피텍샬층을 보호막, 예컨대 실리콘 산화막 및/또는 실리콘 질화막으로 보호하는 것이 바람직하다.
따라서, 공정(3)은, 서브스텝(3-d) 또는 (3-e)의 뒤에, 피에조 저항 또는 전극 및 존재하는 배선을 덮는 보호층을 설치하는 서브스텝(3-f-1)을 더 포함하여도 좋다. 이 보호층은, 적어도 하나의 막으로서도 좋지만, 2개의 막을 거듭 형성하는 경우, 이들 막의 휨 방향을 반대로 하면 기판의 평탄성을 확보할 수 있다고 하는 이점이 있다.
피에조 저항 또는 정전 용량 측정용 전극으로부터 전기적 출력을 직접, 또는 그것에 접촉되어 설치된 배선을 경유하여 다른 엘러먼트, 예컨대 신호처리회로 등에 전달하기 위해서, 별도의 배선, 예컨대 메탈배선 및 그것에 접속된 패드전극을 소자에 설치하여도 좋다. 그와 같은 배선과 패드전극을 설치하는 경우, 피에조 저항 또는 정전 용량 측정용 전극의 원하는 특정 장소, 또는 그것에 접속된 배선의 원하는 특정 장소의 위에 위치하는 상기의 보호층을 제거하여, 피에조 저항 또는 정전 용량 측정용 전극에 직접 접속하는 별도의 배선, 또는 피에조 저항 또는 정전 용량 측정용 전극에 접촉되어 설치된 배선과 접속하도록, 별도의 배선과 전극패드를 설치한다. 이러한 별도의 배선과 전극패드를 형성한 후에, 에칭처리를 실시하는 경우, 별도의 배선과 전극패드를 보호하는 배선 보호층을 형성하는 것이 바람직하고, 이에 따라서 별도의 배선과 전극패드에 대한 에칭의 영향을 피할 수 있다. 따라서, 서브스텝 (3-d) 또는 (3-e)의 후에, 서브스텝(3-f-1)을 실시한 뒤에, 다시 한번 별도의 배선과 전극패드를 형성하는 경우에서, 그 후에 에칭처리를 하는 경우에는, 이들을 보호하는 배선 보호층을 형성하는 서브스텝(3-f-2)을 포함하여도 좋다.
따라서, 본 발명의 방법의 공정(3)은, 피에조 저항 또는 정전 용량 측정용 전극, 배선 또는 전극패드를 형성하는 경우에 있어서, 그것이, 뒤에 실시하는 에칭에 의해 영향을 받는(예컨대 손상을 받는) 경우에는, 그 에칭 전에 그것을 보호하는 배선 보호층을 형성하는 서브스텝(3-f)을 포함하여도 좋다.
본 발명의 방법의 공정(3)에 있어서, 희생층의 제거는, 희생층에 도달하는 제1공극을 형성한 뒤, 또는 희생층에 도달하는 제3공극을 형성한 뒤에 실시하여도 좋고, 또는 그와 같은 제1공극과 제3공극의 형성을 실시한 뒤에 실시하여도 좋다. 이러한 제1공극 또는 제3공극을 형성하면, 이 공극을 통해 희생층을 에칭 제거하는 에천트를 도입할 수 있다. 이 경우, 에천트의 도입은, 제1공극 및/또는 제3공극을 통해 실시할 수 있다.
희생층에 이어지는 제3공극을 에피텍샬층에 형성하여, 그것을 통해 에천트를 도입하는 경우, 제3공극은 제거하여야 할 희생층의 위에 위치하는 에피텍샬층의 부분(예컨대 휨 가능부가 되는 에피텍샬층의 부분)의 가운데 및/또는 그 부분에 인접하여 형성하는것이 바람직하고, 제거하여야 할 희생층의 위에 위치하는 에피텍샬층의 부분의 가운데, 휨 가능부를 제외한 부분의 전체 위에 형성하는 것이 보다 바람직하다. 제3공극의 형성은, 그 형상에 따라서 어느 쪽의 에칭방법을 사용하여 행하더라도 좋지만, 일반적으로는 이방성 에칭으로 실시한다.
예컨대, 희생층이 긴 형태이고, 희생층을 제거함으로써 그 희생층의 위의 에피텍샬층 부분(동일한 긴 형태)을 휨 가능부로 형성하는 경우, 형성하여야 할 휨 가능부를 따라서 그 외측에서 그것에 접하여 적어도 부분적으로, 바람직하게는 그 전체 길이를 따라서 제3공극을 에피텍샬층에 형성한다. 이와 같이 형성하면, 제1공극을 형성한 뒤에 제2공극을 형성하는 경우에는, 추의 외연부에서 중앙부 방향을 향해서 희생층을 에칭 제거할 필요가 있는데 반하여, 휨 가능부의 직사각형 방향을 따른 특정 장소로부터, 직사각형 방향으로 수직인 방향(즉, 긴 휨 가능부의 폭 방향)으로 에칭할 수 있기 때문에, 에칭거리가 짧게 된다는(따라서, 에칭제거의 시간을 단축할 수가 있다는)라는 이점이 있다.
더욱이, 딴 방법으로서는, 형성하여야 할 휨 가능부에 상당하는 에피텍샬층의 부분을 관통하도록 제3공극을 형성하여도 좋다. 이 경우에라도, 동일한 이유로, 제3공극은 휨 가능부의 직사각형 방향을 따르도록 설치하는 것이 바람직하다.
또한, 희생층이 기판의 중심부의 외연의 전체로부터 그것을 둘러싸 외측방향으로 연장되는 경우는, 휨 가능부와 프레임으로서 남는 부분에 상당하는 에피텍샬층 부분 이외를 에칭 제거하여 제3공극을 형성하여, 제3공극의 하부에 희생층을 노출시키고, 그 후, 제3공극을 통해 희생층을 에칭으로 제거하는 것도 바람직하다.
제3공극은, 에피텍샬층을 직접 이방성 에칭 또는 RIE라는 형태로 처리하거나, 또는 에피텍샬층에 제2고농도 불순물층(한편, 제1고농도 불순물층은 기판에 설치하는 희생층이다)을 형성한 뒤, 이것을 에칭제거함으로써 형성하여도 좋다. 어느 쪽의 방법에 따라서 제3공극을 형성하여야 할까는, 형성하여야 할 제3공극의 형상 및 치수에 따라서 결정된다. 제3공극, 특히 그것이 희생층에 도달하는 부분이 에천트 도입구가 된다. 특히, 에천트 도입구를 RIE로 형성하면, 정밀도 좋게 휨부를 형성할 수가 있다.
한편, 제3공극을 형성하는 경우, 에피텍샬층의 기판과 반대쪽에 위치하는 제3공극의 개구부는, 제3공극을 형성하는 이방성 에칭이 희생층까지 진행하면, 에칭이 자동적으로 정지하도록 에칭조건을 선택하는것이 바람직하다. 이 선택은, 이방성 에칭 특성에 따라서, 이방성 에칭 때의 마스크의 개구치수 및 형상을 제어하는 것에 의해 실시할 수 있다.
특히 바람직한 태양으로서는, 제3공극의 에피텍샬층을 따른 단면, 즉, 에천트 도입구의 형상이 원형, 타원형, 직사각형(특히 네 모서리가 둥근형태를 띤 것) 또는 이들을 편성한 형상이다. 특히 각이 형성된 부분이 없으면, 응력집중에 대한 기계적강도를 향상시킬 수 있다고 하는 이점이 있다.
본 발명의 방법에 있어서, 제2고농도 불순물층을 형성한 뒤, 이것을 에칭 제거하는 경우에서는, 제2고농도 불순물층의 에칭에 뒤이어, 희생층인 제1고농도 불순물층의 에칭을 연속적으로 실시할 수 있고, 그것에 의하여 제조공정의 단축을 꾀할 수 있다.
본 발명에 있어서, 반도체 실리콘기판(제1도전형을 가지는)의 제1주표면에, 제2도전형의 불순물을 포함하는 (제1)고농도 불순물층을 희생층으로서 형성하는 경우, 고농도 불순물층의 표면의 농도를 그로부터 내측의 농도보다 낮게 하는 것이 바람직하다. 즉, 불순물층의 두께방향에 있어서의 불순물 농도분포가, 표면보다 내측에 있는 특정 장소에 있어서 최대치를 가진다. 이와 같이 하면, 고농도 불순물층을 가지는 기판 상에 있어서의 에피텍샬층의 성장개시 당초에, 고농도 불순물층에서부터 성장 분위기 중으로 이탈하는 불순물의 량을 적게 억제하는 것이 가능해진다. 그 결과, 오토도핑에 의한 반전층의 형성, 형성되는 에피텍샬층으로의 불순물의 확산을 억제할 수 있다. 특히 바람직한 태양에서는, 고농도 불순물층의 표면에 있어서의 불순물 농도는, 5×1019cm-3이하, 1×1017cm-3이상이다.
이러한 불순물층은, 불순물의 기판으로의 데포지션과 열확산으로 미리 불순물층을 형성하고, 그 후, 습식산화 또는 파이로제닉산화로 형성할 수 있다. 딴 방법으로서는, 불순물이온의 기판으로의 직접적인 주입과 어닐처리로, 불순물층의 표면부분의 불순물 농도를 그로부터 내측 부분의 농도보다 상대적으로 작게 할 수 있게 된다. 또 다른 별도의 방법으로서는, 미리 불순물층을 형성한 뒤에, 사용한 불순물과 반대 도전형의 별도의 불순물을 불순물층의 표면 근방에 도프함으로써, 불순물층의 표면 부분의 불순물 농도를 그로부터 내측 부분의 농도보다 상대적으로 작게 할 수 있게 된다.
한편, 기판에 희생층을 형성할 때에, 기판과 에피텍샬층 중 적어도 에피텍샬층의 제1도전형의 불순물 농도가, 에피텍샬 성장 때의 오토도핑에 의해서 에피텍샬층에 넣어질 수 있는 불순물층을 구성하는 제2불순물의 농도보다 높아지게 되도록 해두면, N형과 P형의 불순물을 상쇄시킴에 따라 기판의 도전형이 반전하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 한 바람직한 태양에 있어서, 기판의 중심을 통과하는, 기판에 수직인 제1공극의 단면은, 지지부재와 추와의 사이의 거리가 추의 밑바닥에서 넥부로 향하는 방향(기판에 대하여 상향 수직인 방향)에 따라서, 2단계로 테이퍼형태로 작게 되고, 제1공극은 추의 하부에 가까운 제1부분과 그 위에 위치하는 제2부분으로 구성되고, 제1부분의 테이퍼 각도는 제2부분의 테이퍼 각도보다 작다. 즉, 지지부재의 내측 측면과 추의 측면과의 사이의 갭은, 에피텍샬층에 가까이 갈수록 작게 되어 있다. 이러한 소자는, 제1공극을 형성할 때에, 에칭의 전에 기계적인 연삭 또는 화학적인 처리로 제1부분을 형성한 뒤, 제2부분을 이방성 에칭으로 형성함으로써 제조할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 한 바람직한 태양에 있어서, 에칭, 예컨대 희생층 제거의 에칭 전에, 에피텍샬층에 설치된 피에조 저항(또는 정전 용량 측정용 전극), 그것에 접속된 배선, 존재하는 경우에는 그것에 접속된 별도의 배선 및 전극패드를 덮도록 배선보호층을 형성하여, 그 후 희생층을 에칭 제거하고, 그 후 적어도 전극패드 상의 배선보호층을 에칭으로써 제거하여 노출시킨다. 배선보호층을 형성한 뒤, 희생층을 에칭 제거하기 때문에, 희생층의 에칭 제거를 위한 에천트에 의해 피에조 저항(또는 정전 용량 측정용 전극), 배선 및 전극패드가 부식 또는 단선되는 것을 방지할 수가 있어서, 신뢰성을 포함한 칩 생산비율이 향상된다.
형성하는 배선보호층은, 예컨대, 크롬막, 실리콘 질화막 또는 불소계 수지(그 조성물을 포함하는)라도 좋다. 실리콘 질화막의 배선보호층은, 예컨대 플라즈마 CVD법으로 형성할 수가 있다. 실리콘 질화막을 보호층으로서 사용하는 경우, 일반적으로 배선에 사용되는 알루미늄이 500℃ 이상으로 되면 얼로이 스파이크의 문제를 발생할 가능성이 있기 때문에, 플라즈마 CVD법을 사용하여 실리콘 질화막을 저온으로, 예컨대 300℃ 이하로 형성하는 것이 바람직하다.
불소계 수지를 배선보호층으로서 사용하는 경우, 희생층을 에칭 제거할 때에, 불소계 수지가 실질적으로 소실되지 않기 때문에 적합하다. 구체적으로는, 싸이탑(CYTOP) CTL-809M(아사히가라스주식회사제, 불소계 수지(C6F10O)n과 트리(퍼플루오로부틸)아민과의 조성물과 같은 불소계 수지를 배선보호층으로서 사용할 수가 있다. 배선보호층은, 크롬막은 스퍼터링 또는 증착으로, 불소계 수지인 경우는, 수지를 적당한 용매에 녹이고 스핀코트하는 것으로서, 적용할 수 있다.
배선보호층을 형성한 경우, 에칭 제거하기 전에, 전극패드 상의 배선보호층만을 원하는 두께만 패턴 에칭하여 얇게 해두고, 희생층을 에칭 제거한 뒤에, 배선보호층을 전면 에칭하여 전극패드만을 노출시킬 수 있다. 이 경우, 전극패드 이외는 배선보호층으로 덮어지게 되고, 센서의 내습성을 향상시킬 수 있다. 희생층의 에칭에 의한 제거 후는, 배선보호층의 표면에 요철이 있을 수 있고, 또한, 기판의 강도가 저하하기 때문에, 패턴가공(예컨대 포토리소그래피공정)이 곤란해 지지만, 전극패드 상의 배선보호층만을 패턴 에칭으로 미리 얇게 해두면, 희생층의 에칭 제거 후에, 패턴가공을 하지 않더라도 전면 에칭으로 전극패드만을 노출시킬 수 있다고 하는 이점이 있다.
배선보호층을 설치하는 태양에 있어서, 제1공극을 형성하는 에칭을 희생층에 도달하기 전에 정지시켜 희생층의 밑으로 약간의 반도체기판의 부분을 남겨두고, 배선보호층과 에피텍샬층에 희생층에 도달하는 에천트 도입구를 제3공극으로서 형성하고, 이 에천트 도입구에서 에천트를 도입하여 희생층을 에칭 제거한 뒤에, 희생층의 밑으로 약간 남은 상기 반도체기판을 에칭으로 제거하여도 좋다. 이 경우, 희생층의 에칭 제거 시에 기판이 깨어지기 어렵게 된다. 이와 같이, 희생층의 밑으로 남은 반도체기판의 제거는, 알카리계의 에천트를 사용한 이방성 에칭 또는 RIE로 실시할 수 있다.
한편, 본 발명의 방법에 있어서, 추의 저면을 에칭으로 제거하여 두께를 얇게 하는 것이 유리한 경우가 있다. 그것은, 얇게함으로써, 플랫한 형상의(즉, 요부를 가지지 않은)하부커버를 채용할 수 있기 때문이다. 이러한 에칭은, 희생층의 밑으로 남은 반도체기판의 제거와 동시에 실시하여도 좋다.
이하에, 본 발명의 여러 가지의 태양을, 도면을 참조하여, 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 그것들에 의해 한정되는 것이 아니다.
최초에, 본 발명의 방법의 1실시 형태를 도 1∼도 4를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명의 방법에 의해 제조되는 본 발명의 휨 변환소자(피에조 저항형의 가속도센서용)의 일례를, 도 1에 부분 절제 사시도로써, 도 2에(도 1의 위쪽에서 본 경우의) 상면도로써 나타낸다.
본 발명의 휨 변환소자(10)는, 프레임(12) 시트형태 부재(14)를 가지고서 이루어진다. 프레임(12)은, 상측면(16)과 하측면(18)을 가지고, 하측면(18)은 지지부재(20)에 의해 지지되어 있다. 시트형태 부재(14)는, 휨 가능부(15), 중앙부(22) 및 추 상측부(41)로 실질적으로 구성되고, 휨 가능부(15)는 중앙부(22)에서부터 외측방향으로 연장되어, 프레임(12)의 내측테두리(24)(도 1에 있어서 파선으로써 나타내는)와 일체로 연결된다. 이 시트형태 부재(14)의 중앙부(22)는 추 본체(26)를 그 아래로 가지고, 이것은, 그 넥부(28)(도 3(i)참조)를 통해 중앙부(22)에 일체로 연결된다. 도시한 태양에서는, 추 본체(26)는 그 위에 추 상측부(41)를 가지고서 이루어져, 이들은 일체가 되어 소자의 추(26')를 실질적으로 구성한다.
지지부재(20)의 내측방향 측면(30)은, 추(26)의 외측방향 측면(34)과 제1공극(36)을 사이에 두고 마주 보고있다. 또한, 제2공극(38)이, 휨 가능부(15)와 추 본체(26)의 사이에 존재하고, 이것은 제1공극(36)과 연결된다. 더욱이, 추 상측부(41)와 휨 가능부(15)의 사이에 공극(39)과 프레임(12)과 추 상측부(41)의 사이에 공극(43)이 존재하여, 이들 공극은 제3공극(40)을 구성한다. 또한, 시트형태 부재(14), 특히 휨 가능부(15)는 복수의 피에조 저항(42)(도 2에서는 생략), 그것에 접속된 배선(도시하지 않음)을 표면에 가진다. 한편, 공극(43)과 제1공극(36)은 연결되어 슬릿형태를 구성하고, 제2공극(38)은 제1공극(36)과 제3공극(40)과 연결되어, 따라서, 이들 공극은 1개의 공극을 구성한다.
도 3은 도 1과 도 2에 나타내는 소자(10)를 선 B-B'에 따른 선으로 절단한 경우의 단면도로써 소자의 제조방법을 순서대로 나타낸다.
도 3(a) 최초에, 반도체기판으로서 도전형이 N형인 단결정 실리콘기판(50)을 준비한다. 소자(예컨대 5mm×5mm의 것)를 제조하는 경우, 실제로는, 예컨대 지름 4인치의 원형기판을 사용하여, 서로 인접하는 일체의 복수(예컨대 200∼300개)의 소자(예컨대 기판을 위에서 본 경우에, 상하 좌우에 인접하는 상태)를 제조하여, 다이싱으로써 절단하여 개개의 단일의 소자로 분할한다. 이것은, 반도체소자의 분야에서 일반적으로 실행되고 있는 주지사항이다. 본 발명의 소자와 그 제조방법을, 간단하게 하기 위해, 단일의 소자를 인용하여 설명하고 있지만, 이것을 복수의 소자의 제조에 적용할 수 있는 것은 당업자에는 명백하다. 따라서, 단일의 소자의 제조라는 의미에는, 기판의 형상은 거의 직사각형 또는 정방형이라도 좋다.
도 3(b) 이어서, 실리콘기판(50)의 직사각형 또는 정방형의 중앙부(23)의 4변(52)으로부터 기판의 외연을 향해서 연장되지만, 외연의 앞(54)에서 종단하는 4개가 실질적으로 긴 직사각형의 희생층(56)을 기판(50)의 제1주표면(58)에 형성한다. 이 희생층의 형성에는, 이 희생층의 위쪽에 휨 가능부(15)가 형성되는 것을 고려하여, 제1주표면(58)의 희생층을 형성하여야 할 부분 이외를 마스킹하고, 그 후, 붕소 등의 P형 불순물을 마스킹되어 있는 부분에 고농도로 이온주입하여 어닐처리하여, P형 불순물 농도가 높은 부분을 형성함으로써 실시한다. 이 경우, 휨 가능부(15)의 폭보다 조금 큰 폭을 가지는 희생층(56)을 형성하는 것이 바람직하다.
도 3(c) 이어서, 기판(50)의 주표면(58) 전체 위에, 도전형이 N형인 에피택샬층(60)을 형성한다. 이 에피텍샬층(60)은, 최종적으로는 시트형태 부재(14)(및 프레임(12))를 구성하기 때문에, 가속도가 작용할 때에 휨 가능부(15)가 탄성적으로 휘어져 변형되는 것과 같은 두께로 한다. 이 다음, 제3공극(40)에 대응하는 부분에 P형 불순물을 도입하여(예컨대 붕소 등의 불순물을 확산하여), 불순물 농도가 높은 부분(62)을 형성한다.
도 3(d) 이어서, 가속도가 작용할 때에 휘어질 수 있는 휨 가능부가 되는 에피택셜층(60)의 일부분에, 휨에 의한 저항변화를 전기신호로 변환하는 피에조 저항(64 및 66)을 형성한다. 이것은, 에피텍샬층(60)의 그것과 같은 부분에, 도전형이 에피텍샬층(60)과 반대인 P형의 붕소 등의 P형 불순물을 확산함으로써 형성한다. 한편, 피에조 저항(66)은, 오프셋용으로서, 또는 브리지를 형성하는 피에조 저항중 1개로서 사용할 수 있다.
도 3(e) 이어서, 피에조 저항(64 및 66)과 전기적으로 접속된 배선부(68)를 데포지션과 열확산, 또는 이온주입과 어닐처리로써 형성한다.
도 3(f) 이어서, 에피텍샬층(60)의 노출면 측과 기판의 제2주표면을 실리콘 질화막(70)으로 피복한다. 그 후, 제1공극(36)을 형성하기 위해서, 제1공극의 개구(72)에 대응하는 부분의 실리콘 질화막을 제거한다. 실리콘 질화막(70)의 형성 전에 미리 실리콘 산화막을 형성해두는 것이 바람직하다.
도 3(g) 이어서, 실리콘기판(50)의 제2주표면의 개구(72)로부터 수산화칼륩 등의 알카리계 용액을 사용하여 실리콘기판(50)을 이방성 에칭하여 제거해, 희생층(56)에 도달하는 제1공극(36) 및 지지부재(20)의 측면(30)과 추(26)의 측면(34)을 형성한다. 에칭속도는 실리콘기판(50)의 두께방향으로는 빠르고, 그것에 수직인 방향으로는 느린 이방성 에칭이다. 따라서, 희생층(56)은, 실리콘기판(50)의 두께방향에 대하여 수직방향으로 넓어지고 있기 때문에, 거의 에칭되지 않고서 이방성 에칭이 정지하게 된다.
도 3(h) 이어서, 제1주표면측의 실리콘 질화막(70)의 일부분을 제거하여 배선부(68)를 통해 피에조 저항(64 및 66)에 전기적으로 접속된 전극(74)을 증착 또는 스퍼터링으로 형성한다.
도 3(i) 이어서, 전방향으로 에칭하는 등방성 에칭으로써 제1공극(36)으로부터 에천트를 도입함으로써 희생층(56)을 제거하여, 양단이 에피텍샬층(60)의 프레임(12)에 의해 지지되어, 추(26)가 시트형태 부재의 중앙부(22)로부터 넥부(28)를 통해 매달려 있는 시트형태 부재(14)가 에피텍샬층(60)으로부터 형성된다.
이 경우의 에칭에 불산을 포함한 산성용액을 사용하여도 좋다. 이 때, 등방성 에칭의 에칭속도는, 불순물 농도가 낮은 에피텍샬층(60)에 비하여 불순물 농도가 높은 희생층(56)에 있어서의 것이 빠르고, 따라서 희생층(56)만이 선택적으로 제거된다. 이것에 의해서, 제2공극(38)이 형성된다. 최후에, 공정도 3(c)로써 형성한 불순물 농도가 높은 부분(62)을 등방성 에칭으로써, 희생층(56)에 계속하여 제거하여, 시트형태 부재(14)와 프레임(12)에 의해서 규정되는 제3공극(40)을 형성한다. 이 제3공극(40)은, 도 1에 나타낸 태양과 같이, 공극(39 및 43)에 의해 구성되는 슬릿의 형태라도 좋다.
한편, 등방성 에칭을 사용하는 경우, RIE와 다르게, R부를 가지는 에지부분이 형성되기 때문에, 휨이 에지 부근에 집중하는 경우에, 에지로의 응력 집중이 방지되어, 수명이 긴 반도체 가속도센서를 제공할 수 있다고 하는 이점이 있다. 물론, R부가 없더라도 좋을 때는, 일정방향으로 식각하는 이방성 에칭 또는 RIE로 제3공극(40)을 형성하더라도 좋다.
상기의 본 발명의 방법으로서는, 제1공극의 형성 때에 이방성 에칭을 사용하기 때문에, 지지부재의 측면과 추의 측면과의 사이의 거리를 가능한 한 작게 할 수가 있어서, 즉, 제1공극을 얇게 할 수가 있어서, 또한, 제1공극을 가능한 한 기판의 외측에 배치할 수가 있어서, 그 결과, 소정의 치수를 가지는 기판을 사용할 때에, 추의 체적을 크게 할 수 있게 된다(따라서, 추를 무겁게 할 수 있게 된다). 더욱이, 희생층을 형성하여, 이것을 제거하기 때문에, 추와 시트형태 부재와의 결합을 잘록한 넥부에서 달성할 수 있고, 그것에 의하여, 소정의 치수를 가지는 기판을 사용할 때에, 휨 가능부의 중앙부에서 프레임까지의 거리를 크게 할 수 있게 된다. 특히, 휨 가능부가 도 1에 나타낸 바와 같이 실질적으로 빔형상으로 되어 있는 경우는, 휨이 휨 가능부에 집중할 뿐만 아니라, 휨 가능부의 길이를 길게 할 수 있게 되기 때문에, 센서의 감도가 향상한다.
한편, 도시한 태양에서는, 시트형태 부재(14)의 십자형상 부분의 중앙부(22)와 추 상측부(41)를 제외한 부분은, 그 아래 쪽에는 기판이 존재하지 않고, 에피택셜층(60)만으로 구성되기 때문에, 그 부분은, 가속도가 작용할 때에 실질적으로 변형(또는 휘어짐) 가능하다.
도 1에 나타내는 반도체 가속도센서의 작동을 설명한다. 프레임(12)에 가속도가 작용하면, 추(26')가 가속도의 작용방향과 반대방향으로 변위하여 시트형태 부재(14)의 휨 가능부(15)가 휘어져, 그 부분에 형성된 피에조 저항(42) (또는 64)이 휘어져서, 그 저항치가 변화한다.
이 경우, 시트형태 부재(14)의 실제로 탄성적으로 변형 가능한 부분은, 추(26)가 중심부에 연결되어, 양단이 프레임(12)으로 지지된 양쪽지지 다리구조이고, 추(26)는 4개의 빔(휨 가능부15)에 의해 지지되어 있다. 따라서, 서로 직교하는 축, Y축 및 Z축 방향중 어느 쪽의 방향의 가속도에 대하여도, 이들 빔이 휘어져, 3축 성분을 가지는 가속도를 검지할 수가 있다.
피에조 저항(64)과 동일한 구조의 별도의 피에조 저항(66)이, 전술한 바와 같이 프레임(12)의 상측면에 형성되고, 피에조 저항(64)과 별도의 피에조 저항(66)은 서로 접속되어 브리지회로(도시하지 않음)를 형성하고 있다. 이 피에조 저항(64)의 저항치를 브리지회로로써 계측함으로써, 3축 성분을 가지는 가속도를 검지한다.
이러한 반도체 가속도센서의 제조방법에 있어서, 추(26)의 측면(34)이 실리콘기판(50)의 제2주표면으로부터 이방성 에칭에 의해 형성되고, 시트형태 부재(14)가 실리콘기판(50)의 중앙부(22)를 부분적으로 둘러싸고서 설치된 희생층(56)을 등방성 에칭으로써 제거하여 형성되고, 시트형태 부재(14)를 형성하는 에피텍샬층(60)의 등방성 에칭은, 그 불순물 농도가 낮기 때문에 진행되지 않고서 정지하기 때문에, 시트형태 부재(14)의 두께를 정밀도가 좋게 형성하여, 감도 격차가 적은 양쪽지지 다리구조의 반도체 가속도센서를 안정하게 제조할 수가 있다.
또한, 도시된 본 실시 형태에서는, 실제로 탄성적으로 변형될 수 있는 부분(즉, 휨 가능부)은 빔 형태이지만, 감도를 그다지 문제삼지 않을 때는, 빔의 폭을 보다 크게 하여, 및/또는 길이를 짧게 하더라도 좋다.
또한, 본 실시형태에서는, 기판과 에피텍샬층(60)의 도전형을 N형으로 하였지만 P형이라도 좋고, 이 경우, 피에조 저항(64)을 N형으로 하여도 좋다.
다음에, 희생층의 에칭 제거 때에 제3공극을 통해 희생층을 에칭 제거하여 제2공극을 형성하는 태양에 관해서 설명한다. 이 제3공극의 형성은, 어느 쪽의 적당한 시기에 형성하더라도 좋고, 예컨대, 제1공극을 형성하기 전 또는 뒤에라도, 또는 동시에라도 좋다.
최초에, 도 3(a)∼(c)와 같이, 기판(96) 상에 소정의 희생층(88)과 에피텍샬층(82)을 형성한다. 다음에, 도 4(a)에 나타난 바와 같이 최종적으로 시트형태 부재(중앙부(92)와 휨 가능부(106)를 포함하는)(80)와 프레임(90)이 되는 부분을 제외한 에피텍샬층(82)의 부분(84)만이 에칭에 방치되도록 마스킹한 뒤에, 도 4(b)에 나타난 바와 같이, 그 부분(84)을 RIE 또는 이방성 에칭으로 제거함으로써 에천트도입구로서 제3공극(86)을 형성하고, 그 저면에 있어서 희생층(88)을 노출시킨다. 그 후, 도 4(c)에 나타난 바와 같이, 희생층(88)을 에천트의 등방성 에칭으로 제거함으로써 시트형태 부재(80)와 프레임(90)을 형성함과 동시에, 넥부(93)를 가지는 추(94)와 지지부재(95)를 형성한다. 이와 같이, 에천트도입구를, 시트형태 부재와 프레임이 되는 부분을 제외한 에피텍샬층의 부분에 설치하면, 고농도 불순물층인 희생층(88)을 직접 에칭할 수 있고, 또한 시트형태 부재(80)의 긴 부분(즉, 휨 가능부(106))의 아래 쪽에 위치하는 희생층(88)의 부분의 에칭에 관해서는, 도 4(b)에 나타내는 화살표의 방향으로 에칭할 수 있기(에천트 도입구가 없는 경우에는 화살표에 수직인 방향에서 추(94)의 외주로부터 넥부(93)로 향하는 방향으로 에칭하는 필요가 있는)때문에, 에칭거리가 짧게 되고, 그 결과, 에칭 제거의 시간을 단축할 수가 있다. 한편, 도 4의 태양에서는, 제1공극(100)은 이미 형성되어 있다.
도 4에 나타낸 태양에서는, 에피텍샬층(82)을 따른 제3공극(86)의 단면 형상은, 중앙부(92)에 가까운 각진 부분(97)만이 내측으로 볼록한 것 이외는, 실질적으로 정방형이지만, 이 단면 형상은, 어느 쪽의 적당한 형상이라도 좋다. 그 예를 도 5(a)∼(1)로써 모식적 상면도에 나타낸다. 더 이상의 별도의 태양을, 도 6(a)와 (b)로써 모식적 부분 절제 사시도에 나타낸다.
예컨대 도 5(a)에 나타난 바와 같이, 에피텍샬층(82)의 시트형태 부재(80)과 프레임(90)이 되어야 되는 부분을 제외한 특정 장소(사선으로써 나타내는)를 에칭으로 제거하여 에천트도입구(86)를 형성하여, 거기에서 에천트를 도입하여 희생층(88)을 에칭으로 제거하도록 하면, 에천트의 체류 현상이 없어져 대류가 빠르게 진행하여, 그 결과, 국소적 폐공간에서의 에천트에 포함되는 초산의 자기 촉매적 분해반응에 의한 액 조성 변동의 영향을 받는 일이 없게 된다고 하는 이점이 있다. 그것에 의하여, 희생층(88)과 에피텍샬층(82)의 선택성을 열화시키지 않고서 정밀도 좋게 시트형태 부재(80)를 형성할 수 있다. 또한 휨 가능부(106)의 아래 쪽에 위치하는 희생층 부분의 에칭에 관하여, 휨 가능부(106)의 직사각형 방향(104)에 따라서 에칭하는 경우에 비교하여, 도시한 태양에서는 직사각형 방향(104)에 수직인 방향(도 4(b) 또는 도 6(b)의 화살표의 방향)으로 에칭할 수 있기 때문에, 에칭거리를 단축할 수 있다. 한편, 에천트 도입구(86)를, 제1공극(100)을 이방성 에칭으로 형성할 때와 동시에 형성하도록 하면, 공정수를 늘리는 일 없이 에천트 도입구(86)를 형성할 수가 있다.
도 5(b)∼(1)는, 본 발명의 다른 실시형태에 관한 반도체 가속도센서용 소자의 윗면으로부터 본 상태를 나타내는 모식적 평면도이고, 에천트 도입구(86)의 형상과 배치를 나타낸다.
도 5(b)에서는, 도 5 (a)에 나타내는 에천트 도입구(86)의 위에서 본 형상의 코너 부분에 둥근 부분을 갖게 한 것이고, 이것에 의해 시트형태 부재의 빔형태의 휨 가능부(106)의 프레임(90)에 도달하는 단부에 있어서의 응력집중에 대한 기계적 강도를 향상시킬 수 있다.
도 5(c)는, 도 5(a)에 나타내는 에천트 도입구(86)를, 휨 가능부(106)에 인접한 특정 장소만에 형성한 태양이고, 이것에 의해 휨 가능부(106)의 하부 및 그 근방의 희생층(13)만이 에칭 제거되게 되고, 에피텍샬층의 부분(에천트 도입구(86)와 프레임(90)에 의해 둘러싸이는 부분)(108)은 제거되지 않고, 그 밑으로는 희생층이 존재하지 않은 경우에는 그 부분의 기판은 남기 때문에, 추의 체적 증대에 의한 고감도화를 꾀할 수 있다. 한편, 이 태양에서는, 휨 가능부(106)의 내부에, 또한 부분(108)과 프레임(90)의 사이에 적어도 부분적으로 RIE 등으로 슬릿을 형성하여 휨 가능부(106)에 가요성을 더 갖게 할 필요가 있다.
도 5(d)는, 도 5(c)에 나타내는 에천트 도입구(86)를 복수의 직사각형 부분으로 분할한 것이고, 도 5(c)의 경우와 같은 효과를 달성할 수 있다. 또한, 휨 가능부(106)가 프레임(90)과 연결되는 에피텍샬층의 부분(108)에 부분적으로 연결되어 있기 때문에, 웨이퍼를 고속회전시켜 레지스터를 도포하는 경우 등에 레지스터의 점성 등에 의해 시트형태 부재(80)가 휘거나, 파괴되기도 하거나 하는 것을 방지할 수가 있어서, 취급면(작업성)에서의 기계적 강도가 우수하다. 또, 도 5(c)에 나타내는 경우와 같이, 슬릿을 형성하여 휨 가능부(106)에 가요성을 더 갖게 할 필요가 있다. 또한, 이 태양에서는, 직사각형의 에천트 도입구(86)를 다수 형성하도록 하였지만, 이것에 한정될 필요는 없고, 예컨대, 타원형의 에천트 도입구라도 좋다.
도 5 (e)∼도 5(h)는, 도 5(a)∼도 5(d)에 있어서, 휨 가능부(106)내에 에천트 도입구(110)를 더 형성한 것이고, 이것에 의해 희생층(88)은 휨 가능부(106)의 옆쪽 및 중앙부에서 에칭되어, 에칭시간을 단축할 수 있다. 한편, 에천트 도입구(110)를 위에서 본 형상으로서는, 원형, 타원형, 직사각형, 직사각형의 네 모서리가 둥근형상을 띤 형상 등과 같은 형상이라도 좋지만, 에천트 도입구(110)에서의 응력집중을 고려하여 원형, 타원형, 직사각형의 네 모서리가 둥근형상을 띤 형상의 것이 바람직하다. 또한, 에천트 도입구(110)는, 휨 가능부(106)의 직사각형 방향으로 평행한 중심선 상에 여러개 형성하더라도 좋다. 한편, 적절한 경우에는, 상기의 도 5(a)∼도 5(d)의 설명이 각각 도 5(e)∼도 5(h)의 경우에도 적합하다.
도 5(i)∼도 5(1)는 도 5(a)∼도 5(d)에 있어서, 휨 가능부(106)의 직사각형 방향의 실질적인 전체 길이에 걸쳐 에천트 도입구(112)를 더 형성한 것이고, 이것에 의해 희생층(88)은 휨 가능부(106)의 옆쪽 및 중앙부에서 직사각형 방향에 수직인 방향으로 전체 길이에 걸쳐 에칭되어 에칭시간을 단축할 수 있다. 또, 에천트 도입구(112)의 위에서 본 형상으로서는, 타원형, 직사각형, 직사각형의 네 모서리가 둥근형상을 띤 형상 등과 같은 형상이라도 좋지만, 에천트 도입구(112)에서의 응력집중을 고려하여 타원형, 직사각형의 네 모서리가 둥근형상을 띤 형상의 것이 바람직하다. 한편, 적절한 경우는, 상기의 도 5(a)∼도 5(d)의 설명이, 각각 도 5(i)∼도 5(1)의 경우에도 적합하다.
여기서, 도 5(a), 도 5(b), 도 5(e), 도 5(f), 도 5(i) 및 도 5(j)에 표시하는 것은, 도 6(b)의 경우와 같이, 에피텍샬층(82) 내, 시트형태 부재(80)와 프레임(90)을 제외한 특정 장소를 에칭으로 제거하도록 하고 있지만, 예컨대, 도 5(c), 도 5 (d), 도 5 (g), 도 5 (h), 도 5(k) 및 도 5(l)에 나타내는 경우에 있어서는, 도 6(a)의 경우와 같이, 에피텍샬층(82)의 내, 프레임(90)에 인접하는 특정 장소만을 에칭하고 제3공극과 제1공극에 이어지는 슬릿(87)을 형성하도록 하더라도 좋고, 이 경우, 추(94)의 무게를 늘여 감도를 향상시킬 수 있다. 한편, 도 5(e)∼도 5(l)의 휨 가능부(106)에 관해서는, 도 6(a)의 휨 가능부(106)내에 또한 에천트 도입구(110 또는 112)가 형성된 구성과 동등하다.
또한, 도 5(c), 도 5(d), 도 5(g), 도 5(h), 도 5(k) 및 도 5(l)의 경우에 있어서, 에천트 도입구(86)의 치수(특히 84의 치수)를, 이방성 에칭특성을 고려하여 희생층(88)에 도달하는 지점에서 자동적으로 에칭스톱하도록 설계하면, 에칭이 지나치게 진행하여 추부(94)가 에칭되어, 이것에 의해 감도가 저하해 버리는 것을 방지할 수가 있다. 이 설계는 이방성 에칭의 때의 마스크의 개구 치수를 제어하는 것으로써 실시할 수 있다.
또한, 도 5와 도 6에 나타낸 본 실시 형태에 있어서는, 추를 4개의 빔형태의 휨 가능부(106)(도 6 (a)) 또는 8개의 빔형태의 휨 가능부(106)(도 6(b))에 의해 지지하도록 하였지만, 이것에 한정될 필요는 없고, 예컨대, 12개 빔부, 16개 빔부 등, 추를 지지하기 위해서는 어떠한 모양의 빔부를 사용하더라도 좋다.
한편, 도 6(a)에 나타내는 태양에서는, 에피텍샬층(82)은 휨 가능부(106), 중앙부(107) 및 추 상측부(91)를 가지는 시트형태 부재(80)를 구성하지만, 도 6 (b)에 나타내는 태양에서는 추 상측부가 존재하지 않는다.
에피텍샬층에 제2고농도 불순물층을 형성하여 제3공극을 형성하는 태양에 관해서 도 7를 참조하여 설명한다.
도 7은 본 실시형태에 관한 반도체 가속도센서용 휨 변환소자의 제조 공정도를 나타내는 모식적 단면도이고, 도 8은 도 7(b)∼(i)의 제조공정에 존재하는 단계의 상태를 나타내는 일부 절제한 상태로 나타내는 모식적 사시도이다.
도 7(a) 본 실시형태에 관한 소자는, 면방위가 (100)로 두께가 예컨대 400∼600μm의 N형 반도체기판으로서의 단결정 실리콘기판(150) 상에 열산화 등으로 실리콘 산화막(152)을 형성하여, 소정 형상으로 패터닝된 포토레지스트(도시하지 않음)를 마스크로 하여 실리콘 산화막(152)의 에칭을 행함으로써 개구부(154)를 형성하여, 플라즈마애슁 등으로 포토레지스트를 제거한다. 이 때, 개구부(154)는 단결정 실리콘기판(150)의 거의 사각형태의 중앙부(156)를 둘러싸는 4변에서 외측방향으로 연장되는 부분(따라서, 중앙부를 부분적으로 둘러싸는 긴 부분)으로서, 휨 가능부(구체적으로는 빔부)(158)를 위에 형성하여야 할 부분과 그 직사각형 방향에 따른 근방에 형성되어 있다. 따라서, 휨 가능부(158)의 폭은 개구부(154)의 폭보다 작다.
또, 개구부(154)는 도시한 형태에 한정될 필요는 없고, 상기와 같이, 단결정 실리콘기판(150)의 중앙부(156)를 완전히 둘러싸는 부분(즉, 환상부분)으로 형성하더라도 좋다.
계속해서, 개구부(154)가 형성된 실리콘 산화막(152)을 마스크로 하여 붕소(B) 등의 P형 불순물의 데포지션과 열확산, 또는 이온주입과 어닐처리로써 고농도 불순물 희생층으로서의 P형 매립 희생층(160)을 형성한다. 여기서, P형 매립 희생층(160)의 불순물 농도로서는, 예컨대 1.0×1017cm-3이상, 고용한계 이하인 것이 바람직하다.
도 7(b) 다음에, 실리콘 산화막(152)을 에칭으로 제거한다. 그 후, 단결정 실리콘기판(150)의 P형 매립 희생층(160)을 형성한 면측에, 가속도 인가시에 탄성적으로 휠 수 있는 휨 가능부(158)에 상당하는 두께로 N형 에피텍샬층(162)을 형성하여, 소정 형상으로 패터닝된 포토레지스트(도시하지 않음)를 마스크로 하여, 에피텍샬층(162)의 휨 가능부(158)에 대응하는 소정의 특정 장소에, 붕소(B) 등의 P형 불순물의 데포지션과 열확산, 또는 이온주입과 어닐처리로써 피에조 저항(164)을 형성한다(도 8(a)참조).
도 7(c) 같은 모양으로 하여, P형 불순물의 데포지션과 열확산, 또는 이온주입과 어닐처리로써 피에조 저항(164)에 전기적으로 접속되도록 확산배선(166)을 형성하고 포토레지스트를 제거한다.
도 7(d) 다음에, 소정 형상으로 패터닝된 포토레지스트(도시하지 않음)를 마스크로 하여 에피텍샬층(162)의 시트형태 부재, 특히 휨 가능부(158)에 인접하는 부분에, 붕소(B) 등의 P형 불순물의 데포지션과 열확산, 또는 이온주입과 어닐처리를 행함으로써 P형 매립 희생층(162)에 도달하는 P형 불순물층(168)을 형성하고 포토레지스트를 제거한다(도 8(b)참조).
또, 본 실시 형태에 있어서는, 불순물층(168)을 휨 가능부(158)에 인접하는 부분에 형성하도록 하였지만, 이것에 한정될 필요는 없고, 에피텍샬층(162)의 휨 가능부(158), 중앙부(188) 및 프레임(186)을 제외한 특정 장소에 있어서 희생층(160)에 연결되도록 형성하더라도 좋다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 피에조 저항(164) 및 확산배선(166)을 형성한 뒤에 불순물층(168)을 형성하도록 하였지만, 불순물층(168)을 형성한 뒤에 피에조 저항(164) 및 확산배선(166)을 형성하도록 하더라도 좋다.
도 7(e) 다음에, 단결정 실리콘기판(150) 및 에피텍샬층(162) 위에 실리콘 산화막(170)을 형성하고, 실리콘 산화막(170) 위에 실리콘 질화막 등의 보호막(172)을 형성한다. 이들 2종류의 막은, 휘어짐의 방향이 반대이기 때문에, 기판을 평탄히 유지할 수 있다는 점에서 유리하다. 그리고, 소정 형상으로 패터닝된 포토레지스트(도시하지 않음)를 마스크로 하여 단결정 실리콘기판(150) 위에 형성된 실리콘 산화막(170) 및 그 위에 형성된 보호막(172)의 에칭을 행함으로써, 후술하는 추(174)의 바깥 둘레에 대응하는 특정 장소에 개구부(176)를 형성하고 포토레지스트를 제거한다.
도 7(f) 다음에, 개구부(176)가 형성된 보호막(172)을 마스크로 하여 KOH 용액 등의 알카리계의 에천트를 사용하여 단결정 실리콘기판(150)의 이방성 에칭을 행함으로써, P형 매립 희생층(160)에 도달하는 제1공극(178)을 형성한다.
도 7(g) 다음에, P형 불순물층(168) 위에 실리콘 산화막(170) 및 보호막(172)의 불순물층(168)에 대응하는 부분을 에칭으로써 제거하여 제3공극을 형성하기 위한 개구부(도시하지 않음)를 형성하고, 이 개구부에서 불산·초산(硝酸)계의 에천트를 도입하여 P형 불순물층(168)을 에칭제거하여 제3공극으로서의 에천트 도입구(180)를 형성한다.
도 7(h) 다음에, 에천트 도입구(180)로부터 불산·초산(硝酸)계의 에천트를 도입하여 P형 매립 희생층(160)을 에칭제거하여 제2공극(182)을 형성한다(도 8(c)참조). 여기서, 불산·초산계의 에천트로서는, 예컨대 불산: 초산(硝酸):초산(酢酸)=1:1∼3:8(50% 불산수용액:69% 초산수용액:초산의 체적기준)의 조성의 것을 사용할 수 있다.
한편, 희생층(160)의 에칭은, 제l공극(178)과 제3공극(180)을 통해 실시하더라도 좋다.
도 7(i) 다음에, 확산배선(166) 위의 원하는 특정 장소의 실리콘 산화막(170) 및 그 위에 형성된 보호막(172)을 에칭으로 제거하여 콘택트홀(도시하지 않음)을 형성하여, 컨택트홀을 매립, 그리고, 확산배선(166)을 통해 피에조 저항(164)과 전기적으로 접속되도록 알루미늄(A1) 등의 메탈배선(184)을 형성하고, 단결정 실리콘기판(150) 상의 실리콘 산화막(170) 및 그 위에 형성된 보호막(172)을 에칭으로 제거한다(도 8(d)참조).
최종적으로, 에피텍샬층(162)중, 휨 가능부(158), 중앙부(188) 및 프레임(186)이 되는 부분을 제외한 부분 및 필요한 경우에는 그 하부의 단결정 실리콘기판(150)의 일부를 반응성이온에칭(RIE : Reactive Ion Etching)으로 제거하여, 양단이 프레임에 접속되는 시트형태 부재(158＋188)와, 그 중앙부(188)에 현가 지지된 추(174)가 형성되어 본 발명의 소자가 얻어진다(도 8(e)참조). 여기서, 휨 가능부(158) 및 프레임(186)과의 경계, 및 휨 가능부(158)와 중앙부(188)와의 경계는, 응력의 집중을 피하기 위해서 에지가 곡선(R)형상으로 가공되어 있는 것이 바람직하다.
본 실시형태에 있어서는, 에피텍샬층(162)의 빔형태의 휨 가능부(158)에 인접하는 부분에 에천트 도입구(180)를 형성하여, 거기에서 에천트를 도입하여 P형 매립 희생층(160)을 에칭으로 제거하도록 하였기 때문에, 에천트의 체류현상이 없어져 빠르게 대류하여, 그 결과, 국소적 폐공간에서의 초산의 자기 촉매적 분해반응에 의한 액 조성 변동의 영향을 받는 일이 없고, P형 매립 희생층(160)과 에피텍샬층(162)의 선택성을 열화시키지 않고서 정밀도 좋게 휨 가능부(158)를 형성할 수 있게 된다.
또한, P형 불순물층(168)이 P형 매립 희생층(160)과 같이 고농도인 불순물층이기 때문에, 불순물층(168) 및 매립 희생층(160)의 에칭제거를 연속하여 행할 수 있어서 공정을 단축할 수가 있다.
더욱이, 본 실시 형태에 있어서는, 휨 가능부(158)의 직사각형 방향으로 에칭하는 것이 아니고, 휨 가능부(158)의 직사각형 방향에 수직인 방향으로 에칭할 수 있기 때문에, 에칭 거리를 단축할 수가 있다.
다음에, 제1공극을 2개의 부분으로 구성하는 경우에 관해서 설명한다. 도 9는, 본 발명의 한 실시 형태에 관한 반도체 가속도센서에 사용하는 소자(200)의 모식적 측단면도이고, 제1공극(202)의 형상이 다른 것 이외는, 예컨대 도 3(i)에 나타내는 단면도와 실질적으로 같은 것이다.
도 9로부터 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 소자(200)는, 제1공극(202)을 가지고, 이것은 기계적 또는 화학적 방법에 의해 형성된 제1부분(204)과 이방성 에칭에 의해 형성된 제2부분(206)으로 이루어진다. 도면으로부터 명확히 되듯이, 추(208)의 측면(210)과 지지부재(212)의 측면(214)은 테이퍼 형상으로 협소하게 되고, 이들이 이루는 각도는, 제1부분(θ1)이 제2부분(θ2)보다도 작게 되어 있다.
제1공극(202)을 형성할 때에, 처음부터 이방성 에칭을 사용하는 경우, 추의 측면과 지지부재가 이루는 각도가 θ2이고, 에칭의 심도는 희생층에 도달할 필요가 있기 때문에, 개구부(216)가(파선으로 나타난 바와 같이) 상당히 커지는 것을 피할 수 없고, 추의 체적이 감소한다고 하는 문제가 생긴다. 이 태양에서는, 그와 같은 문제점이 해소한다.
즉, 도시하는 것과 같은 소자로서는, 추와 지지부재의 사이에서 규정되는 제1공극의 개구부(216)의 면적을 크게 하는 일이 없이, 추의 체적을 크게 하는 것이 가능해진다. 이것은, 가속도센서의 칩면적을 크게 하는 일 없이 센서의 감도를 높이는 것이 가능해진다는 것을 의미한다. 한편, 도시한 태양에서는 제1공극을 2개의 부분으로 구성하고 있는 것이, 제2부분의 테이퍼 각도(θ2)보다도 작은 테이퍼 각도를 형성하는 것이면, 제1부분을 다시금 복수의 서브부분으로 분할하도록 기계적으로 또는 화학적으로 연삭하더라도 좋다.
구체적으로는, 이러한 제1공극의 형성시에, 기계적인 연삭으로 반도체기판(218)의 예컨대 거의 중앙까지 연삭하여, 제1부분(204)을 형성한다. 제1부분(204)의 폭형상, 특히 측면 사이의 거리는, 다음 공정에서 제2부분(206)을 형성하는데 필요한 제2부분의 개구가 확보할 수 있도록 한다.
제1부분을 형성하는 기계적인 연삭으로서는, 예컨대 다이싱을 사용하는 방법, 고속으로 입자를 충돌시키는 것(예컨대 샌드블래스트 방법) 등을 예시할 수 있다. 샌드 블래스트 방법은 잔 입자의 모래를 고압으로 시료에 내뿜는 것으로써 시료를 깎아내는 것을 말하는 것이다. 또한, 화학적인 반응을 사용함으로써 제1부분을 형성하더라도 좋고, 예컨대 반응성이온에칭(RIE)을 사용할 수 있다.
다음에, 수산화칼륨 수용액 등의 알카리계 용액에 의한 이방성 에칭으로 제2부분(206)을 형성한다. 에칭은, 희생층이 제2공극(220)에 존재하는 경우에는 에칭스톱층으로서 기능하는 희생층까지 행한다. 존재하지 않은 경우에는, 제2공극(220)에 도달하면 에칭을 정지한다. 제1부분(204)은 제2부분(206)을 형성하기 위한 에칭마스크와 에천트의 도입구의 역할을 달성한다. 에천트로서는 수산화칼륨 수용액외의 다른 것, 에틸렌 디아민 파이로카테콜, 히드라진 등을 사용하더라도 좋다.
기계적인 연삭은 에칭에 비하여 제거 속도가 크기 때문에, 보다 두꺼운 기판을 가공할 수 있고, 그 결과 추의 체적(따라서, 중량)을 크게 할 수 있게 된다고 하는 이점이 있다. 또한, 반응성이온에칭은, 반도체 가공기술중 하나이고, 소자의 제조에 사용하는 다른 가공과 동일한 환경에서 사용할 수 있다고 하는 이점이 있어서, 또한, θ1을 기계적인 연삭보다 작게 할 수 있게 되어, (즉, 기판(218)에 대하여 수직으로 보다 가까운 각도로 연삭할 수 있고), 그 결과 개구부(216)가 작게 되고 θ1를 실질적으로 0°로 할 수 있다고 하는 이점도 있다.
제1공극을 2개의 부분으로 구성하는 경우에 관해서, 도 10를 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 10(a) 반도체기판(218)은 N형의 면방위가 (100)의 것을 사용한다. 반도체기판(218)의 불순물 농도는 1.0×1017cm-3이하의 것이 바람직하다. 또한, 두께는 기판으로서 일반적으로 사용되고 있는 것 보다도 두꺼운 것(예컨대 두께 약 1000μm)을 사용한다.
우선, 희생층(230) 형성을 위한 확산공정에서, 데포지션과 열확산, 또는 이온주입과 어닐처리를 행한다. 여기서는 붕소 등의 불순물을 고농도로 도프함으로써 실시한다. 확산깊이는 용도에 따라서 설정한다. 이 희생층(230)은 안티몬, 인 등에 의한 N형의 고농도 불순물이라도 좋다. 희생층(230)은 본 발명에서는 에칭스톱층과 희생층 양쪽의 기능을 가진다.
도 10(b) 다음에, 에피텍샬성장으로 에피텍샬층(232)을 기판(218) 위에 형성한다. 에피텍샬층(232)은 휨 변환소자의 프레임과 시트형태 부재를 구성한다. 에피텍샬성장으로 층(232)을 형성하기 때문에 두께의 제어가 간단하여 정밀도 좋게 형성할 수 있다.
도 10(c) 다음에, 붕소 등의 P형 불순물을 데포지션과 열확산, 또는 이온주입과 어닐처리로 에피텍샬층(232)의 휨 가능부가 되는 부분에 피에조 저항(234)을 형성한다.
도 10(d) 다음에, 피에조 저항(234)의 저항치의 변화를 출력하기 위한 확산배선(236)을 붕소 등의 P형 불순물을 데포지션과 열확산, 또는 이온주입과 어닐처리로 에피텍샬층(232)의 휨 가능부가 되는 부분에 형성한다. 이 경우의 불순물 농도는 피에조 저항 형성공정(도 10(c))보다 높다.
도 10(e) 다음에, 에피텍샬층(232), 피에조 저항(234) 및 확산배선(236)을 보호하기 위한 보호마스크(238)와 추(250)를 형성하기 위한 형성용 마스크(240)를 형성한다. 어느 쪽도 실리콘 질화막 및/또는 실리콘 산화막이 바람직하다. 계속해서, 기계적인 연삭으로써 반도체기판(218)의 예컨대 거의 중앙까지 연삭하여 제1부분(242)을 형성한다. 기계적인 연삭으로서 여기서는 다이싱을 사용하고 있다. 제1부분(242)의 개구부(244)의 치수는 다음 공정의 제2부분(246)을 형성하는데 필요한 개구부(245)를 확보하도록 한다.
도 10(f) 다음에, 수산화칼륨 수용액 등의 알카리계 용액을 사용하여 이방성 에칭으로써 제2부분(246)을 형성한다. 에칭은 에칭스톱층으로서 기능하는 희생층(230)까지 실행된다. 제1부분(242)은 제2부분(246)을 형성하기 위한 에칭마스크와 에칭액의 도입구의 역할을 달성한다.
도 10(g) 다음에, 확산배선 위의 원하는 특정 장소의 실리콘 산화막과 실리콘 질화막을 제거하여 컨택트홀을 형성하여, 스퍼터링 또는 증착 등으로써 메탈배선(248)을 확산배선(236)과 접촉하도록 형성한다. 알루미늄을 사용한 경우는 신터링 등의 열처리를 하는것이 바람직하다. 메탈배선(248)에 금, 크롬 등을 사용하도록 하더라도 좋다.
도 10(h) 마지막으로, 에칭스톱층으로 된 희생층(230)을 에칭 제거하여 제2공극(254)을 형성한다. 여기서의 에칭은, 예컨대 불산:초산:초산=1:1∼3:8 용액을 사용한다. 이 경우, 예컨대, 1.0×1017cm-3이하의 저농도 불순물 확산층은 이에 의해 불순물 농도가 높은 확산층에 대해 에칭속도가 약 1/150로 감소하기 때문에, 선택적으로 저농도 불순물 확산층만을 남길 수 있다. 즉, 고농도로 확산된 희생층(230)을 선택적으로 에칭 제거할 수 있고, 추(250)와 지지부재(252)는 분리된다.
이와 같이, 제1공극을 복수, 예컨대 2개의 부분으로 분할하여, 최후의 부분에 이방성 에칭을 사용하고, 다른 부분에 기계적 연삭 또는 RIE를 사용하여 이들 부분을 형성함으로써, 개구부(244)의 면적을 크게 하는 일 없이 추(250)의 체적을 크게 하는 것이 가능해져, 가속도센서의 칩면적을 크게 하는 일 없이 센서의 감도를 높이는 것이 가능해진다.
다음에, 가속도센서의 제조에 있어서 배선보호막을 형성하는 태양에 관해서, 가속도센서의 제조공정을 나타내는 모식적 단면도인 도 11을 참조하여 설명한다.
도 11(a) 우선, 면방위가 (100)로, 두께가 예컨대 400∼600μm의 N형의 반도체기판으로서의 단결정 실리콘기판(300) 위에 열산화 등으로 실리콘 산화막(302)을 형성하고, 소정 형상으로 패터닝된 포토레지스트(도시하지 않음)를 마스크로 하여 실리콘 산화막(302)의 에칭을 행함으로써 개구부(304)를 형성하고, 플라즈마애슁 등으로 포토레지스트를 제거한다. 이 때, 개구부(304)는 단결정 실리콘기판(300)의 거의 사각형태의 중앙부(306)를 둘러싸는 부분에 형성되어 있다.
계속해서, 개구부(304)가 형성된 실리콘 산화막(302)을 마스크로 하여 붕소(B) 등의 P형 불순물의 데포지션과 열확산, 또는 이온주입과 어닐처리를 행하여, P형 매립 희생층(308)을 형성한다. 한편, 실리콘 산화막을 대신해서, 예컨대 실리콘 질화막을 형성하여, 이것을 마스크로 하여 데포지션과 열확산, 또는 이온주입과 어닐처리를 행하더라도 좋다.
도 11(b) 다음에, 실리콘 산화막(302)을 에칭으로 제거한다. 그 후, 단결정 실리콘기판(300)의 P형 매립 희생층(308)을 형성한 측에 N형의 에피텍샬층(310)을 형성하여, 에피텍샬층(310)으로부터 형성되어야 되는 휨 가능부(338)에 대응하는 부분에 붕소(B) 등의 P형 불순물의 데포지션과 열확산, 또는 이온주입과 어닐처리를 행하여 피에조 저항(312)을 형성한다. 한편, 에피텍샬층(310)은, 최종적으로 휨 가능부(338)를 포함하는 시트형태 부재가 되기 때문에, 가속도의 작용시에 탄성적으로 휘는 두께로 형성되어 있다.
도 11(c) 다음에, 피에조 저항(312)과 전기적으로 접속하도록 다시금 고농도의 P형 불순물의 데포지션과 열확산, 또는 이온주입과 어닐처리를 행하여 확산배선(314)을 형성하고, 단결정 실리콘기판(300)과 에피텍샬층(310)의 노출 표면상에 실리콘 산화막(316)을 형성한다.
도 11 (d) 다음에, 실리콘 산화막(316) 위에 CVD법 등으로 실리콘 질화막 등의 보호막(318)을 형성하고, 보호막(318)과 실리콘 산화막(316)의 일부를 RIE(Reactive Ion Etching) 등으로 에칭 제거하여, 후술하는 추(336)를 포위하는 제1공극(322)용의 개구부(320)를 형성한다.
도 11(e) 다음에, 개구부(320)가 형성된 보호막(318)을 마스크하여 단결정 실리콘기판(300)을, 수산화칼륨(KOH)용액 등의 알카리계의 에천트를 사용하여 이방성 에칭을 행함으로써, P형 매립 희생층(308)에 도달하는 제1공극(322)을 형성한다.
도 11(f) 다음에, 확산배선(314) 위의 소정의 특정 장소의 실리콘 산화막(316)과 보호막(318)을 에칭으로 제거하고, 스퍼터 또는 증착 등으로 알루미늄(A1) 등으로 이루어지는 메탈배선(324)과 전극패드(도시하지 않음)를, 확산배선(314)과 전기적으로 접속하도록 형성하고, 단결정 실리콘기판(300)의 메탈배선(324)을 형성한 면측에 크롬막, 실리콘 질화막, 불소 수지막 등의 배선보호막(326)을 형성한다.
한편, 메탈배선(324)으로서 일반적인 알루미늄을 사용하는 경우, 500℃ 이상으로 되면 얼로이 스파이크 등의 문제를 발생시킬 염려가 있기 때문에, 실리콘 질화막의 배선보호막(326)을 적용할 때에는, 플라즈마 CVD법 등으로 저온성장시키는 것이 바람직하다.
도 11(g) 다음에, 배선보호막(326), 보호막(318), 실리콘 산화막(316) 및 에피텍샬층(310)의 일부를, RIE, 이방성 에칭 또는 등방성 에칭으로 에칭 제거하여, P형 매립 희생층(308)에 도달하는 에천트 도입구를 포함하는 제3공극(328)을 형성하고, 에천트 도입구를 통하여 불산 등을 포함한 산성용액으로 이루어지는 에천트(불산:초산:초산=1:1∼3:8)을 도입하여, P형 매립 희생층(308)을 등방성 에칭으로 제거함으로써 제2공극(330)을 형성하고, 그것에 의하여, 기판(300)으로부터 형성된 지지부재(332)에 지지되어 있는, 에피택셜층(310)으로 이루어지는 프레임(334)에 단부가 연결되어, 추(336)가 중심부에 접속된 시트형태 부재(338)를 형성한다.
도 11(h) 다음에, 배선보호막(326)과 추(338)의 저면측의 실리콘 산화막(316) 및 보호층(318)을 에칭으로 제거한다. 마지막으로, 추(336)에 대응하는 특정 장소에 요부(340)를 가지고서 이루어지는 스토퍼(또는 하부커버)(342)를 양극접합 등으로 지지부재(332)에 접합하여, 본 발명의 가속도센서가 얻어진다.
도 12에 배선보호층을 형성하는 별도의 태양을 나타낸다. 실리콘 산화막(316)을 형성하기 까지는, 도 11과 같기 때문에 생략한다.
도 12(a) 그 후, 확산배선(314) 위의 원하는 특정 장소의 실리콘 산화막(316)을 에칭으로 제거하고, 스퍼터 또는 증착 등으로 확산배선(314)과 전기적으로 접속하도록 알루미늄 등으로 이루어지는 메탈배선(324) 및 전극패드(도시하지 않음)를 형성한다.
도 12(b) 그 후, 양면의 실리콘 산화막(316) 위에 CVD법 등으로 실리콘 질화막으로 이루어지는 배선보호막(326)을 형성하고, 배선보호막(326) 및 실리콘 산화막(316)의 일부를 RIE 등으로 에칭을 행함으로써, 제1공극(322)용의 개구부(320)를 형성한다. 한편, 배선보호막(326)은, 메탈배선(324) 및 전극패드(도시하지 않음)를 덮도록 형성되어 있다.
도 12(c) 다음에, 개구부(320)가 형성된 배선보호막(326)을 마스크로 하여 단결정 실리콘기판(300)을 이방성 에칭으로써, 희생층(308)에 도달하는 제1공극(322)을 형성한다.
도 12(d) 다음에, 배선보호막(326), 실리콘 산화막(316) 및 에피텍샬층(310)의 일부를, RIE, 이방성 에칭 또는 등방성 에칭으로 에칭 제거하여, 희생층(308)에 도달하는 제3공극(328)을 형성하고, 그것을 통하여 불산 등을 포함한 산성용액으로 이루어지는 에천트(불산:초산:초산=1:1∼3:8)을 도입하여 희생층(308)을 제거한다.
도 12(e) 마지막에, 배선보호막(326)을 제거하여, 추(336)에 대응하는 특정 장소에 요부(340)를 가지고서 이루어지는 스토퍼(또는 하부커버)(342)를 양극접합 등으로 지지부재(332)에 접합함으로써 본 발명의 센서가 얻어진다.
또, 도 12의 태양에서는, 배선보호막(326)을 전면 제거하도록 하였지만, 이것에 한정될 필요는 없고, 전극패드 윗 부분의 배선보호막(326)만을 미리 패턴 에칭하여 얇게 해 두고, 희생층(308)의 에칭 제거 후에, 배선보호막(326)을 전면 에칭하여 두께를 감소시켜서 전극패드만을 노출시키도록 하더라도 좋다. 이것에 의해, 전극패드 이외의 특정 장소가 실리콘 질화막으로 덮여지게 되고, 센서소자의 내습성을 향상시킬 수 있다. 여기서, 전극패드 상의 배선보호막(326)만을 패턴 에칭으로 미리 얇게 해둔 것은, 희생층(308)의 에칭제거 후는, 기판 표면에 요철이 발생할 수 있게 되고, 또한, 기판의 강도가 저하하기 때문에, 패턴가공(예컨대 포토리소그래피공정)이 곤란해지기 때문이고, 미리 전극패드 상의 배선보호막(326)만을 패턴 에칭으로 얇게 해둠으로써, 희생층(308)의 에칭제거 후에, 패턴가공을 하지 않더라도 전면 에칭으로 전극패드만을 노출시킬 수 있기 때문이다.
다시금 별도의 태양에서는, 제1공극(322)을 부분적으로 형성하여 희생층(308)과 제1공극(322)의 사이에 기판부분(350)을 남기고, 그후 희생층(308)을 제거하고, 그 후 남아 있는 기판부분(350)을 제거하더라도 좋다. 이와 같이 하면, 희생층(308)의 에칭 제거 후에 있어서도 추(336)와 지지부재(332)가 분리되지 않기 때문에, 이 공정에서의 기판의 파괴가 없어져 기판의 제품 비율을 크게 향상시킬 수 있다.
보다 구체적으로는, 도 13을 참조하여 설명한다.
도 13(a) 단결정 실리콘기판(300)을, 수산화칼륨(KOH)용액 등의 알카리계의 에천트를 사용하여 이방성 에칭을 행함으로써 제1공극(322)을 형성한다. 이 때, 제1공극(322)이 희생층(308)에 도달하기 전에 에칭을 정지시켜, 희생층(308)의 밑으로 두께가 예컨대 수십 μm의 단결정 실리콘기판부분(350)이 남도록 한다.
도 13(b) 다음에, 확산배선(314) 위의 원하는 특정 장소의 실리콘 산화막(316)과 보호막(318)을 에칭으로 제거하고, 확산배선(314)과 전기적으로 접속하도록, 스퍼터링 또는 증착 등으로 알루미늄(Al) 등으로 이루어지는 메탈배선(324) 및 전극패드(도시하지 않음)를 형성하고, 단결정 실리콘기판(300)의 메탈배선(324)을 형성한 면측에 크롬막, 실리콘 질화막, 불소 수지막 등의 배선보호막(326)을 형성한다.
도 13(c) 다음에, 도 12의 경우와 같이, 제3공극(328)을 형성하여, 에천트 도입구를 통하여 불산 등을 포함한 산성용액으로 이루어지는 에천트를 도입하여 희생층(308)을 등방성 에칭으로 제거하여 제2공극(330)을 형성한다. 다음에, 희생층(308)의 밑으로 남겨진 단결정 실리콘기판부분(350)을 이방성 에칭, RIE 등으로 에칭 제거하여 제1공극(322)과 제2공극(330)을 접속한다.
한편, 매립 희생층(308)의 밑으로 남은 단결정 실리콘기판부분(350)의 에칭 뒤의 형상은, 에칭의 방법에 따라 다르고, 알카리계의 에천트를 사용한 이방성 에칭은, RIE와 비교하면, 도 9에 있어서의 테이퍼 각도(θ1)가 커진다. 따라서, 소자의 점유면적이 결정되어 있는 경우에는, RIE에 의한 것이 추 사이즈를 크게 잡을 수 있게 된다. 이것은, 추 사이즈를 고정한 때에, 습식의 이방성 에칭을 사용한 경우 보다도 RIE를 사용한 것이 칩사이즈를 작게 할 수가 있다는 것을 의미한다.
다시금 별도의 태양에서는, 추(336)가 되는 부분의 저면의 실리콘 산화막(316) 및 보호막(318)을 에칭 제거한 뒤, 지지부재(332) 상의 보호막(318)을 마스크로 하여 알카리계의 에천트를 사용한 이방성 에칭 또는 RIE으로, 매립 희생층(308)의 밑으로 남은 단결정 실리콘기판부분(350) 및 추(336)가 되는 부분의 저면을 에칭 제거한다. 이 경우, 추(336)의 두께가 줄어들어, 플랫인 형상의 스토퍼(342)를 양극접합 등으로 지지부재(332)에 접합한다(도 13(d)참조). 이와 같이 하면, 스토퍼(342)에 요부를 형성할 필요가 없어져, 스토퍼의 가공비가 불필요하게 되어 칩의 제조 코스트를 삭감할 수가 있다.
다음에, 희생층의 표면에서의 불순물 농도를 그 내측보다 작게 하는 태양에 관해서 설명한다.
도 14는, 최종적인 매립 희생층의 깊이의 목표를 10μm로 하는 경우의 희생층의 형성 방법을 나타낸다.
도 14(a) 우선, N형 실리콘기판(360)의 표면에 열산화 등으로 필드산화막(362)을 약 12000Å의 두께로 형성한다. 이 산화막을 포토리소그래피 및 에칭으로 소정 형상으로 패터닝하여 개구부(364)를 형성한다.
도 14(b) 계속해서, 필드산화막(362)을 마스크로 하여, 실리콘기판(360)의 표면에 P형 불순물인 붕소를 데포지션하여, 질소분위기 중에서의 열확산으로 깊이 약 5μm 정도의 고농도 P형 불순물층(366)을 형성한다. 잇따라서, 습식산화 또는 파이로제닉산화로 개구부(364)의 기판 표면에 실리콘 산화막(368)을 약 3500Å정도 형성한다. 예컨대, 질소분위기 중에서의 열확산만의 경우의 고농도 P형 불순물층(366)의 표면의 불순물 농도가 약 1×1020cm-3인데 반하여, 습식산화 또는 파이로제닉산화를 추가함으로써, 약 4×1019cm-3로 준다.
도 14(c) 다음에, 습식에칭으로 필드산화막(362)과 실리콘 산화막(368)을 전면에 걸쳐 완전히 제거하여, N형 에피텍샬층(370)을 퇴적시킨다. 이 때, 에피텍샬층(370)측에도, 실리콘기판(360)과의 계면을 통해서 붕소가 확산하여, 최종적인 매립 확산층(372)이 형성된다.
본 실시예에 의하면, 예컨대 불순물 농도 1×10-15cm-3의 실리콘기판을 사용한 경우, 에피텍샬층(370)측에의 붕소의 확산이, 습식산화 또는 파이로제닉산화를 실시하지 않은 경우에는 약 4∼51μm인데 반하여, 습식산화 또는 파이로제닉산화를 실시하는 경우에는 약 3.5μm로, 또한, 오토도핑에 의해 형성되는 반전층의 두께가, 습식산화 또는 파이로제닉산화를 실시하지 않은 경우에는 약 5μm 정도인데 반하여, 습식산화 또는 파이로제닉산화를 실시하는 경우에는 약 2.5μm로, 더욱이, 상기 반전층 중의 피크 농도도, 습식산화 또는 파이로제닉산화를 실시하지 않은 경우에는 1016cm-3대 인데 반하여, 습식산화 또는 파이로제닉산화를 실시하는 경우에는 1015cm-3대로 각각 감소한다.
도 15는, 희생층의 표면에서의 불순물 농도를 그 내측보다 작게 하는 태양의 별도의 예이다.
도 15(a) 우선, N형 실리콘기판(360)의 표면에 열산화 등으로 필드산화막(362)을 약 5000Å 형성한다. 이 산화막을 포토리소그래피와 에칭으로 소정 형상으로 패터닝하여 개구부(364)를 형성한다.
도 15(b) 계속해서, 필드산화막(362)을 마스크로 하여, 실리콘기판(360)의 표면에 P형 불순물인 붕소를 이온주입한다.
도 15(c) 산소분위기 중에 있어서의 어닐처리로 실리콘 산화막(365)과 그 밑의 고농도 P형 불순물층(366)을 형성한다.
이온주입 직후의 불순물의 두께 방향의 분포의 피크는, 소위 채널링효과에 의해서, 주입면의 표면보다도 조금 깊은 곳에 나타나는 것이 알려져 있지만, 이 거리는, 불순물의 종류와 주입시의 가속에너지에 의해서 결정된다. 예컨대, 붕소를 가속에너지 100keV에서 이온주입한 경우는, 주입면 표면보다도 약 0.25μm 깊은 위치에 피크가 나타난다. 피크농도가 동일한 경우에 생각하면, 피크위치가 깊을수록 기판표면의 농도는 낮게 된다. 도 15의 태양에 있어서는, 기판표면 개구부(364)의 표면에는 보호산화막 등을 일절 형성하지 않고, 실리콘기판(360)의 표면이 노출된 상태로 이온주입을 행하기 때문에, 불순물의 분포의 피크는 실리콘기판 표면에 보호막 등이 있는 경우와 비교하여, 표면에서보다 깊은 위치에 형성되고, 동시에 기판 최표면의 농도도 낮게 억제되고 있다. 이 다음의 어닐처리에 의해 기판의 깊이방향으로의 확산이 진행하여도, 농도분포의 경향은 변화하지 않기 때문에, 이온주입 조건과 이온주입 뒤의 어닐처리 조건을 적절히 설정하면, 고농도 P형 불순물층(366)의 농도를 전체로서 약 1.0×1020cm-3전후로 유지하면서 표면 부근만 낮게 억제할 수 있다.
한편, 질소분위기 중에서 어닐처리를 행하면, 개구부에서는 희생층이 그대로 노출된 채로 있지만, 산소분위기 중에서 어닐처리을 행하면, 개구부는 실리콘 산화막으로 덮어진다. 이 산화막의 내부에는 주입된 불순물이 되피되기 쉽고, 기판표면의 불순물 농도가 산화막이 존재하지 않은 경우보다 낮게 되기 때문에 바람직하다.
도 15(d) 다음에, 습식에칭으로 필드산화막(362)과 실리콘 산화막(365)을 전면에 걸쳐 완전히 제거하여, N형 에피텍샬층(370)을 퇴적시킨다. 이 때, 에피텍샬층(370)측에도, 실리콘기판(360)과의 계면을 통해서 붕소가 확산하여, 최종적인 매립 희생층(372)이 형성된다.
도 16은, 최종적인 매립 희생층의 깊이의 목표를 10μm로 하는 경우의 희생층의 별도의 형성 방법을 나타낸다.
도 16(a) 우선, N형 실리콘기판(360)의 표면에 열산화 등으로 필드산화막(362)을 약 12000Å 형성한다. 이 산화막을 포토리소그래피와 에칭으로 소정 형상으로 패터닝하여 개구부(364)를 형성한다.
도 16(b) 계속해서, 필드산화막(362)을 마스크로 하여, 실리콘기판(360)의 표면에 P형 불순물인 붕소를 데포지션하고, 산소분위기 속에서 열확산하여, 개구부(364)에 실리콘 산화막(365)과 그 밑으로 고농도 불순물층(363)을 형성한다.
도 16(c) 같은 모양으로, 필드산화막(362)을 마스크로 하여, N형 불순물인 인을 이온주입한다.
도 16(d) 다음에, 질소분위기 중에서의 어닐처리로 깊이 약 5μm정도의 고농도 P형 불순물층(366)을 형성한다. 이 경우, 인의 이온주입 조건이, 고농도 P형 불순물층(366)내에서 도전형의 반전이 생기지 않도록 최적으로 설정할 필요가 있다.
도 16(e) 다음에, 습식에칭으로 필드산화막(362)과 실리콘 산화막(365)을 전면에 걸쳐 완전히 제거하여, N형 에피텍샬층(370)을 퇴적시킨다. 이 때, 에피텍샬층(370)측에도, 실리콘기판(360)과의 계면을 통해서 불순물이 확산하여, 최종적인 매립 희생층(372)이 형성된다. 희생층(372)의 표면 부근에는, P형 불순물인 붕소와 N형 불순물인 인이 둘다 존재하고 있기 때문에, 에피텍샬층을 형성할 때에 각각의 불순물이 동시에 분위기 중에서 퇴피하여, 에피텍샬층에 묻혀, 양자가 상쇄되게 되고, 반전층의 형성을 억제할 수 있고, 또한, 동시에, 실리콘기판(360) 표면을 통하여서도 각각의 불순물이 동시에 에피텍샬층(370)측으로 확산하기 때문에, 양자가 상쇄되게 되고, 에피텍샬층에 형성되는 P형 불순물층의 깊이도 억제할 수가 있다.
다시금 별도의 태양에서는, 기판에 희생층을 형성할 때에, 기판과 에피텍샬층 중 적어도 에피텍샬층의 불순물 농도가, 에피텍샬 성장 때의 오토도핑에 의해서 에피텍샬층에 묻혀질 수 있는, 희생층을 구성하는 불순물의 농도보다 높게 된다.
구체적으로는, 형성하여야 할 희생층으로서의 반전층의 불순물의 피크 농도를 약 7×1015cm-3정도에 억제하고자 하는 경우, 예컨대, 어떤 조건에서 불순물 농도 1×1015cm-3의 실리콘기판을 사용하여 에피텍샬층을 성장시키면, 오토도핑에 의해서 실제로 에피텍샬층 중에 묻히게되는 불순물의 농도가 약 8×1015cm-3로 되는 것이 확인된 때에는, 사용한 기판의 불순물 농도를 상회한다, 예컨대 1×1016cm-3의 불순물 농도를 가지는 실리콘 기판을 사용하여, 에피텍샬층의 불순물 농도가 1×1016cm-3로 되는 것과 같은 에피텍샬성장을 행한다.
한편, 에피텍샬층의 최표면(피에조 저항 형성면)으로서 1×1015cm-3의 불순물 농도가 요구되는 경우는, 1×1016m-3의 불순물 농도를 가지는 실리콘기판을 사용하여, 에피텍샬층 형성공정에서, 불순물 농도가 1×1016cm-3에서부터 1×1015cm-3까지 연속적으로 변화하도록 에피텍샬 성장을 행하더라도 좋다.
다음에, 희생층으로서의 다공질 실리콘층의 형성에 관해서 도 17를 참조하여 구체적으로 설명한다.
반도체기판(예컨대 단결정 실리콘기판)(400)의 한쪽의 주표면에 실리콘 산화막(402)을 형성한 뒤, 희생층을 형성하여야 할 부분에 개구부(404)를 형성하여, 그 개구부를 통해 P형(예컨대 붕소)이나 N형(예컨대 인)이라도 좋은 불순물을 확산함으로써 매립층(406)을 형성한다. 이 기판을 도시한 바와 같이, 불산용액 등으로 이루어지는 전해용액(408)을 포함하는 전해조(410)에 격막(또는 칸막이막)으로서 배치하여, 양극화성으로 희생층으로서의 다공질 실리콘층(406')을 형성한다.
이 경우, 매립층(406) 이외의 부분은, 실리콘 산화막과 같은 보호막으로 덮어져 있는 것이 바람직하다. 외부 직류전원을 인가할 수 있는 2개의 백금전극(412 및 414)의 사이에 실리콘기판(400)을 배치한다. 외부전원을 인가함으로써, 전해용액에 있어서 불소이온이 발생하여, 이것은, 불순물층으로서의 매립층(406)의 실리콘원자와 반응하여 4불화 실리콘(SiF4)과 수소를 발생하여, 그것에 의하여, 불순물층의 일부분이 용해하고, 그 결과, 불순물층에 미세한 구멍이 형성되어 다공질 실리콘층이 된다. 그 후, 기판을 세척하여 건조하여 다음 처리에 넘길 수 있게 된다.
한편, 실리콘 산화막(402)을 대신해서, 실리콘 질화막 또는 불소수지계 재료를 전해용액 처리에 있어서의 마스크로서 사용할 수 있다. 이렇게하여 얻어진 다공질 실리콘을 본 발명의 소자의 제조에 사용할 수 있다.
본 발명은, 상기의 피에조 저항형의 가속도센서 뿐만 아니라, 정전 용량형의 가속도센서에 사용하는 휨 변환소자, 그 제조방법 및 그것을 사용한 가속도센서를 제공한다. 정전 용량형의 가속도센서에 사용하는 소자는, 피에조 저항을 대신해서 정전 용량 측정용의 전극을 가지는 점이 실질적으로 다를 뿐이다. 따라서, 상기의 본 발명의 피에조 저항형의 가속도센서용 소자의 설명에 의해, 당업자에게는, 정전 용량형의 가속도센서에 사용하는 소자의 구성과 그 제조방법은 분명하다. 또한, 정전 용량형의 가속도센서에 관해서는, 소자가 가지는 정전 용량 측정용의 전극에 대향하는 전극을 가지는 상부커버를 소자의 위에 접합함으로써 얻어지는 것도 당업자에는 분명하다. 소자로의 구체적인 전극의 배치는, 예컨대, 도 21에 나타내는 태양과 동일해도 좋고, 또한 도 1에서 파선으로 나타난 바와 같이 전극(734)(1개만 도시)을 배치하여도 좋다.

Claims (37)

  1. 작용하는 가속도를 검지하기 위한 가속도센서용에 사용하는 휨 변환소자로서,
    (1) 상측면과 하측면을 가지는 프레임,
    (2) 복수의 휨 가능부와 중앙부를 가지고서 이루어지는 시트형태 부재로서, 각 휨 가능부는, 프레임의 내연부의 적어도 일부분과 중앙부의 사이에서 연재하여, 이들과 일체로 연결되는 시트형태 부재,
    (3) 시트형태 부재의 중앙부와 일체로 연결되는 넥부를 가지고서, 그것을 통해 시트형태 부재로부터 매달려 있는 추, 및
    (4) 프레임의 하측면을 지지하고, 내측 측면이 추의 측면과 제1공극을 사이에 두고서 마주 보는 지지부재를 가지고 이루어지며,
    제1공극과 연결되는 제2공극이, 시트형태 부재의 각 휨 가능부와 추의 사이로 규정되고,
    프레임과 시트형태 부재와의 사이 및/또는 시트형태 부재내에 제3공극이 규정되고,
    소자에 가속도가 작용하면, 적어도 2개의 휨 가능부가 탄성적으로 변형하여, 그 결과, 프레임에 대하여 상대적으로 추가 변위하도록, 프레임과 시트형태 부재, 또한 시트형태 부재와 추가 서로 접합되고,
    추와 지지부재는 반도체기판을 사용하여 구성되고,
    제2공극은 반도체기판에 설치한 희생층을 제거함으로써 형성되고,
    프레임과 시트형태 부재는 반도체기판 위에 설치한 에피텍샬층으로 형성되어 있는 소자.
  2. 제1항에 있어서, 시트형태 부재는, 추의 상측면에 위치하는 추 상측부를 더 가지고, 추 상측부는 추와 일체로 되어 있는 것이 특징인 소자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 2개의 휨 가능부의 탄성적인 변형을 전기저항의 변화로서 가속도를 검지하는 가속도센서에 사용하는 소자로서, 적어도 2개의 휨 가능부는, 각각 적어도 1개의 피에조 저항을 가지고서 이루어지고, 또한 시트형태 부재는 그것에 접속된 배선을 가지고서 이루어지는 것이 특징인 소자.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 2개의 휨 가능부의 탄성적인 변형을 정전 용량의 변화로서 가속도를 검지하는 가속도센서에 사용하는 소자로서, 프레임에 대하여 상대적으로 추가 변위하는 것에 의해 변위하는 시트형태 부재 또는 추의 상측면의 일부분에 위치하는 적어도 1개의 전극과 그것에 접속된 배선을 가지고서 이루어지는 것이 특징인 소자.
  5. 작용하는 가속도를 검지하기 위한 가속도센서용에 사용하는 휨 변환소자의 제조방법으로서, 소자는,
    (A) 상측면과 하측면을 가지는 프레임,
    (B) 복수의 휨 가능부와 중앙부를 가지고서 이루어지는 시트형태 부재로서, 각 휨 가능부는, 프레임의 내연부의 적어도 일부분과 중앙부와의 사이에서 연재하여, 이들과 일체로 연결되는 시트형태 부재,
    (C) 시트형태 부재의 중앙부와 일체로 연결되는 넥부를 가지고서, 그것을 통해 시트형태 부재로부터 매달려 있는 추, 및
    (D) 프레임의 하측면을 지지하고, 내측 측면이 추의 측면과 제1공극을 사이에 두고서 마주 보는 지지부재를 가지고 이루어지며,
    제1공극과 연결되는 제2공극이, 시트형태 부재의 각 휨 가능부와 추의 사이로 규정되고,
    프레임과 시트형태 부재와의 사이 및/또는 시트형태 부재내에 제3공극이 규정되고,
    소자에 가속도가 작용하면 적어도 2개의 휨 가능부가 탄성적으로 변형하여, 그 결과 프레임에 대하여 상대적으로 추가 변위하도록, 프레임과 시트형태 부재, 또한 시트형태 부재와 추가 서로 접합되고,
    추와 지지부재는, 대향하는 제1주표면과 제2주표면을 가지는 반도체기판을 사용하여 구성되고,
    제2공극은, 반도체기판에 설치한 희생층을 제거함으로써 형성되고,
    프레임과 시트형태 부재는 반도체기판 상에 설치한 에피텍샬층으로 형성되어 있고, 이하의 공정:
    (1) 넥부를 가지는 추와 지지부재를 형성하기 위한 반도체기판의 제1 주표면의 부분에 있어서, 넥부가 되어야 되는, 제1주표면의 중앙부의 적어도 일부분의 외연에서부터 외측방향을 향해서 연장되는 희생층을 형성하는 공정,
    (2) 공정 (1)의 뒤에, 제1 주표면 상에 에피텍샬층을 형성하는 공정, 및
    (3) 공정(2)의 뒤(후)에,
    (3-a) 에칭으로써 기판의 일부분을 기판의 제2 주표면측에서 제거하여 추의 측면과 그것과 제1공극을 사이에 두고서 마주 보는 측면을 가지는 지지부재를 형성하는 서브스텝,
    (3-b) 에칭으로써 에피텍샬층의 일부분을 제거하여 에피텍샬층을 관통하는 제3공극을 형성함으로써, 잔존하는 에피텍샬층의 적어도 일부분을, 프레임 및 최종적으로 탄성적으로 변형할 수 있는 복수의 휨 가능부와 중앙부를 가지고서 이루어지는 시트형태 부재로 하는 서브스텝, 및
    (3-c) 희생층을 습식에칭 제거함으로써 제2공극과 추의 넥부를 형성함으로써 추를 형성하는 서브스텝
    을 실시하는 공정으로서, 이들 서브스텝의 실시의 순서는, 이하의 (i)∼(i v) :
    (i) 서브스텝(3-a) → 서브스텝(3-b) → 서브스텝(3-c),
    (ii) 서브스텝(3-a) → 서브스텝(3-c) → 서브스텝(3-b),
    (iii) 서브스텝(3-b) → 서브스텝(3-a) → 서브스텝(3-c), 및
    (iv) 서브스텝(3-b) → 서브스텝(3-c) → 서브스텝(3-a)
    중 어느 것인가의 공정을 포함하여 이루어지는 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 공정(1)에 있어서 제1주표면의 중앙부를 둘러싸도록 희생층을 설치하는 것이 특징인 방법.
  7. 제5항에 있어서, 공정(1)에 있어서 제1주표면의 중앙부에서 대칭적으로 연장되는 복수의 긴 층으로서 희생층을 설치하는 것이 특징인 방법.
  8. 제5항 내지 제7항중 어느 한 항에 있어서, 희생층은 기판의 불순물 농도보다 높은 농도로 기판과 반대의 도전형의 불순물을 포함하는 불순물층, 또는 다공질 실리콘층인 것이 특징인 방법.
  9. 제5항 내지 제8항중 어느 한 항에 있어서, 공정(2)의 뒤, 공정(3)은, (3-d) 적어도 1개의 피에조 저항을 적어도 2개의 휨 가능부에 각각 형성하고, 또한 그것에 접속된 배선을 시트형태 부재에 형성하는, 서브스텝(3-a)∼(3-c)의 전, 후 또는 어느 쪽의 사이에 실시하더라도 좋은 서브스텝을 포함하여 이루어지는 것이 특징인 방법.
  10. 제5항 내지 제8항중 어느 한 항에 있어서, 공정(2)의 후, 공정(3)은, (3-e) 프레임에 대하여 상대적으로 추가 변위하는 것에 의해 변위하는 시트형태 부재 또는 추의 상측면의 일부분에 위치하는 적어도 1개의 전극과 그것에 접속된 배선을 형성하는, 서브스텝(3-a)∼(3-c)의 전, 후 또는 어느 쪽의 사이에 실시하더라도 좋은 서브스텝을 포함하여 이루어지는 것이 특징인 방법.
  11. 제5항 내지 제10항중 어느 한 항에 있어서, 공정(31a)의 후에 공정(3-c)을 실시하는 경우, 형성되는 제1공극이 희생층에 도달하도록 공정(3-a)을 실시하여, 제1공극을 통해 에천트를 도입하여 공정(3-c)을 실시하는 것이 특징인 방법.
  12. 제5항 내지 제10항중 어느 한 항에 있어서, 공정(3-b)의 후에 공정(3-c)을 실시하는 경우, 형성되는 제3공극이 희생층에 도달하도록 공정(3-b)을 실시하여, 제3공극을 통해 에천트를 도입하여 공정(3-c)을 실시하는 것이 특징인 방법.
  13. 제5항 내지 제12항중 어느 한 항에 있어서, 제3공극은 희생층의 위에 위치하는 에피텍샬층의 부분내 및/또는 그 부분에 인접하여 위치하여 희생층에 이어지도록 형성되는 것이 특징인 방법.
  14. 제5항 내지 제13항중 어느 한 항에 있어서, 제1주표면에 평행한 제3공극의 단면 형상이, 원형, 타원형 또는 네 모서리가 둥근 형상을 띤 직사각형인 것이 특징인 방법.
  15. 제5항 내지 제14항중 어느 한 항에 있어서, 공정(3-b)의 후에 공정(3-c)을 실시하는 때에, 형성하여야 할 휨 가능부에 따라서, 희생층의 위에 위치하는 에피텍샬층의 부분내 또는/및 그 부분에 인접하여 위치하는, 희생층에 이어지는 제3공극을 형성하여 공정(3-b)을 실시하고, 제3공극을 통해 에천트를 도입하여 공정(3-c)을 실시하는 것이 특징인 방법.
  16. 제5항 내지 제15항중 어느 한 항에 있어서, 휨 가능부는, 시트형태 부재의 중앙부에서 프레임을 향해서 연장되는 빔의 형태이고, 제3공극은 프레임과 휨 가능부에 의해 둘러싸이는 공간을 포함하여 이루어지고, 이 제3공극을 통해 에천트를 도입하여 공정(3-c)을 실시하는 것이 특징인 방법.
  17. 제5항 내지 제16항중 어느 한 항에 있어서, 에피텍샬층의 기판과 접촉하지 않는 측에서의 제3공극의 폭은, 형성되어 있는 제3공극이 희생층에 도달하면 공정(3-b)이 자동적으로 실질적으로 정지하게 되어 있는, 이방성 에칭 특성에 근거하는 치수인 것이 특징인 방법.
  18. 제5항 내지 제17항중 어느 한 항에 있어서, 공정(3-a)과 공정(3-b)을 동시에 실시하는 것이 특징인 방법.
  19. 제5항 내지 제16항중 어느 한 항에 있어서, 제3공극은 RIE에 의해 형성되는 것이 특징인 방법.
  20. 제5항 내지 제19항중 어느 한 항에 있어서, 제3공극을 형성하여야 할 에피텍샬층의 부분의 일부분을 고농도 불순물부분으로 하여, 이 부분을 에칭 제거함으로써 공정(3-b)을 실시하는 것이 특징인 방법.
  21. 제20항에 있어서, 공정(3-b)과 공정(3-c)을 연속적으로 실시하는 것이 특징인 방법.
  22. 제5항 내지 제21항중 어느 한 항에 있어서, 공정(3-a)과 공정(3-b)을 실시한 뒤, 공정(3-c)을 실시할 때에, 제1공극과 제3공극을 통해 에천트를 도입하여 공정(3-c)을 실시하는 것이 특징인 방법.
  23. 제8항 내지 제22항중 어느 한 항에 있어서, 공정(3-d) 또는 공정(3-e)의 뒤에 에칭을 실행하는 경우, 에칭 전에 적어도 1개의 보호층을 형성하여 피에조 저항과 배선 또는 전극과 배선을 보호하는 것이 특징인 방법.
  24. 제23항에 있어서, 보호층은 실리콘 질화막 또는 불소계 수지막인 것이 특징인 방법.
  25. 제23항 또는 제24항에 있어서, 배선은 다시금 패드전극을 가지고서 이루어지고, 보호층이 패드전극도 보호하는 경우에, 에칭의 전에, 패드전극 상에 위치하는 보호층의 부분의 두께를 다른 부분의 보호층의 두께보다 미리 얇게 해두고, 에칭 후에, 전면 에칭하여 패드전극만을 노출시키는 것을 포함하여 이루어지는 것이 특징인 방법.
  26. 제5항에 있어서, 공정(3-a)에 있어서의 에칭을, 제1공극이 희생층에 도달하기 전에 정지하여 제1공극과 희생층과의 사이에 기판부분을 남기고, 공정(3-c)의 뒤에, 에칭을 실시하여 나머지의 기판부분을 제거하는 것에 의해 형성된 제2공극에 제1공극이 도달하도록 하는 것이 특징인 방법.
  27. 제26항에 있어서, 알카리계의 에천트를 사용하는 이방성 에칭 또는 RIE로써 나머지의 기판부분을 제거하는 것이 특징인 방법.
  28. 제5항 내지 제27항중 어느 한 항에 있어서, 추의 저면을 에칭하여 추의 두께를 감소시키는 공정을 더 포함하는 것이 특징인 방법.
  29. 제28항에 있어서, 나머지의 기판부분을 제거함과 동시에, 추의 저면을 에칭하여 추의 두께를 감소시키는 것이 특징인 방법.
  30. 제8항 내지 제29항중 어느 한 항에 있어서, 기판보다 불순물 농도가 높은 불순물층에 있어서, 그 표면 부분의 불순물 농도가 그보다 내측의 부분의 농도보다 상대적으로 작은 것이 특징인 방법.
  31. 제30항에 있어서, 불순물층의 불순물의 표면 농도를 5×1019cm-3이하로 하는 것이 특징인 방법.
  32. 제30항 또는 제31항에 있어서, 불순물의 기판으로의 데포지션과 열확산으로 불순물층을 형성하고, 그 후 습식산화 또는 파이로제닉산화로써, 불순물층의 표면 부분의 불순물 농도를 그보다 내측 부분의 농도보다 상대적으로 작게 하는 것이 특징인 방법.
  33. 제30항 또는 제31항에 있어서, 불순물이온의 기판으로의 직접적인 주입과 어닐처리로써, 불순물층의 표면 부분의 불순물 농도를 그보다 내측 부분의 농도보다 상대적으로 작게 하는 것이 특징인 방법.
  34. 제30항 내지 제31항에 있어서, 불순물층을 형성한 뒤에, 사용한 불순물과 반대 도전형의 별도의 불순물을 불순물층의 표면 근방에 도프함으로써, 불순물층의 표면 부분의 불순물 농도를 그보다 내측 부분의 농도보다 상대적으로 작게 하는 것이 특징인 방법.
  35. 제5항 내지 제34항중 어느 한 항에 있어서, 기판에 희생층을 형성할 때에, 기판과 에피텍샬층 중 적어도 에피텍샬층의 불순물 농도가, 에피텍샬성장 때의 오토도핑에 의해서 에피텍샬층에 매립되는, 불순물층을 구성하는 불순물의 농도보다 높게 되는 것이 특징인 방법.
  36. 제5항에 있어서, 지지부재의 측면과 추의 측면에 의해서 규정되는 제1공극은, 지지부재와 추의 사이의 거리가 추의 밑바닥에서 넥부로 향하는 방향을 따라서, 2단계로 테이퍼 형태로 작게 되고, 제1공극은 추의 하부에 가까운 제1부분과 그 위에 위치하는 제2부분으로 구성되있고 지지부재의 측면과 추의 측면에 의해 이루어질 수 있는 제1부분의 테이퍼 각도는, 지지부재의 측면과 추의 측면에 의해 이루어질 수 있는 제2부분의 테이퍼 각도 보다 작은 것이 특징인 방법.
  37. 제36항에 있어서, 기계적인 연삭, 샌드 블래스트 또는 RIE로써 제1부분을 형성하는 것이 특징인 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102505956B1 (ko) * 2021-10-14 2023-03-03 국방과학연구소 가속도 센서

Families Citing this family (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004506176A (ja) * 2000-04-04 2004-02-26 ローズマウント　エアロスペイス　インコーポレイテッド ３軸加速度計
US6528340B2 (en) * 2001-01-03 2003-03-04 Honeywell International Inc. Pressure transducer with composite diaphragm
DE10111149B4 (de) * 2001-03-08 2011-01-05 Eads Deutschland Gmbh Mikromechanischer kapazitiver Beschleunigungssensor
EP1245528A1 (en) * 2001-03-27 2002-10-02 Delta Danish Electronics, Light & Acoustics A unitary flexible microsystem and a method for producing same
JP4890689B2 (ja) * 2001-07-24 2012-03-07 オリンパス株式会社 三次元構造体の製造方法及び揺動体の製造方法
JP2003172745A (ja) * 2001-09-26 2003-06-20 Hitachi Metals Ltd 半導体加速度センサ
US6763719B2 (en) * 2002-03-25 2004-07-20 Hitachi Metals, Ltd. Acceleration sensor
JP4216525B2 (ja) * 2002-05-13 2009-01-28 株式会社ワコー 加速度センサおよびその製造方法
US20040016981A1 (en) * 2002-07-26 2004-01-29 Matsushita Electric Works, Ltd. Semiconductor acceleration sensor using doped semiconductor layer as wiring
JP2004198280A (ja) * 2002-12-19 2004-07-15 Hitachi Metals Ltd 加速度センサ
TW589752B (en) * 2003-05-28 2004-06-01 Au Optronics Corp Semiconductor acceleration sensor
EP1491901A1 (en) 2003-06-25 2004-12-29 Matsushita Electric Works, Ltd. Semiconductor acceleration sensor and method of manufacturing the same
JP2005049130A (ja) * 2003-07-30 2005-02-24 Oki Electric Ind Co Ltd 加速度センサ及び加速度センサの製造方法
JP4416460B2 (ja) * 2003-09-16 2010-02-17 トレックス・セミコンダクター株式会社 加速度センサー
JP2005283402A (ja) * 2004-03-30 2005-10-13 Fujitsu Media Device Kk 慣性センサ
JP4683897B2 (ja) * 2004-10-14 2011-05-18 Ｏｋｉセミコンダクタ株式会社 加速度センサチップパッケージ及びその製造方法
JP2006125887A (ja) * 2004-10-26 2006-05-18 Fujitsu Media Device Kk 加速度センサ
JP2006275896A (ja) * 2005-03-30 2006-10-12 Yokohama Rubber Co Ltd:The 半導体加速度センサ
US7371601B2 (en) 2005-05-12 2008-05-13 Delphi Technologies, Inc. Piezoresistive sensing structure
US7180019B1 (en) * 2006-06-26 2007-02-20 Temic Automotive Of North America, Inc. Capacitive accelerometer or acceleration switch
JP2008224254A (ja) * 2007-03-08 2008-09-25 Oki Electric Ind Co Ltd センサ装置、センサ装置の製造方法
US20090133908A1 (en) * 2007-11-28 2009-05-28 Goodner Michael D Interconnect structure for a microelectronic device, method of manfacturing same, and microelectronic structure containing same
JP5108617B2 (ja) * 2008-05-13 2012-12-26 大日本印刷株式会社 加速度センサ
CN102124352B (zh) * 2008-11-25 2013-04-17 松下电器产业株式会社 加速度传感器及其构造体
US20100162823A1 (en) * 2008-12-26 2010-07-01 Yamaha Corporation Mems sensor and mems sensor manufacture method
JP5724342B2 (ja) * 2009-12-10 2015-05-27 大日本印刷株式会社 パターン配置方法並びにシリコンウェハ及び半導体デバイスの製造方法
JPWO2011161917A1 (ja) * 2010-06-25 2013-08-19 パナソニック株式会社 加速度センサ
DE102010037397A1 (de) 2010-09-08 2012-03-08 Miele & Cie. Kg Haushaltgerät, insbesondere grifflose Geschirrspülmaschine
KR20120131789A (ko) * 2011-05-26 2012-12-05 삼성전기주식회사 관성센서
US8558330B2 (en) * 2011-10-31 2013-10-15 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Deep well process for MEMS pressure sensor
DE102012200929B4 (de) * 2012-01-23 2020-10-01 Robert Bosch Gmbh Mikromechanische Struktur und Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Struktur
KR101299730B1 (ko) * 2012-05-31 2013-08-22 삼성전기주식회사 센서
KR101985936B1 (ko) * 2012-08-29 2019-06-05 에스케이하이닉스 주식회사 불휘발성 메모리 소자와 그 제조방법
KR101454123B1 (ko) * 2013-08-29 2014-10-22 삼성전기주식회사 가속도 센서
JP6212000B2 (ja) * 2014-07-02 2017-10-11 株式会社東芝 圧力センサ、並びに圧力センサを用いたマイクロフォン、血圧センサ、及びタッチパネル
JP2018179575A (ja) * 2017-04-05 2018-11-15 セイコーエプソン株式会社 物理量センサー、電子機器、および移動体
JP6420442B1 (ja) * 2017-10-16 2018-11-07 株式会社ワコー 発電素子

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4882933A (en) 1988-06-03 1989-11-28 Novasensor Accelerometer with integral bidirectional shock protection and controllable viscous damping
JPH0797644B2 (ja) 1988-09-19 1995-10-18 日産自動車株式会社 半導体加速度センサ及びその製造方法
WO1991010118A1 (en) 1989-12-28 1991-07-11 Wacoh Corporation Apparatus for detecting physical quantity that acts as external force and method of testing and producing this apparatus
JP3043477B2 (ja) 1991-07-17 2000-05-22 和廣 岡田 静電容量の変化を利用したセンサ
EP1179842A3 (en) 1992-01-31 2002-09-04 Canon Kabushiki Kaisha Semiconductor substrate and method for preparing same
JP3157030B2 (ja) 1992-01-31 2001-04-16 キヤノン株式会社 半導体基体とその作製方法
JP2940293B2 (ja) 1992-03-31 1999-08-25 日産自動車株式会社 半導体加速度センサの製造方法
JPH05340957A (ja) 1992-06-08 1993-12-24 Fujikura Ltd 半導体センサの製造方法および半導体センサ
JP3265641B2 (ja) 1992-09-25 2002-03-11 松下電工株式会社 半導体加速度センサ
JP3391841B2 (ja) 1993-05-26 2003-03-31 松下電工株式会社 半導体加速度センサ
JPH0714382A (ja) 1993-06-15 1995-01-17 Mitsubishi Electric Corp マイクロコンピュータ
JPH0714382U (ja) * 1993-08-06 1995-03-10 住友精密工業株式会社 静電容量型加速度センサ
JP3427462B2 (ja) * 1994-02-23 2003-07-14 松下電工株式会社 半導体加速度センサの製造方法
JP3424371B2 (ja) * 1995-01-31 2003-07-07 松下電工株式会社 加速度センサの製造方法
JPH08236784A (ja) * 1995-02-23 1996-09-13 Tokai Rika Co Ltd 加速度センサ及びその製造方法
JPH0945937A (ja) * 1995-07-26 1997-02-14 Matsushita Electric Works Ltd ３軸加速度センサの製造方法
JPH09153626A (ja) * 1995-11-30 1997-06-10 Matsushita Electric Works Ltd ３軸半導体加速度センサの製造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102505956B1 (ko) * 2021-10-14 2023-03-03 국방과학연구소 가속도 센서
US11933812B2 (en) 2021-10-14 2024-03-19 Agency For Defense Development Cross-beam axial accelerometer

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KR100301097B1 (ko) 2001-09-22
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CA2251957A1 (en) 1998-08-27
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US6293149B1 (en) 2001-09-25
DE69729941T2 (de) 2005-08-25

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