KR20030026872A

KR20030026872A - 가속도 센서

Info

Publication number: KR20030026872A
Application number: KR1020020057700A
Authority: KR
Inventors: 사이토마사카츠; 다나카시게노리; 이케다요시오
Original assignee: 히다치 긴조쿠(주)
Priority date: 2001-09-26
Filing date: 2002-09-24
Publication date: 2003-04-03
Also published as: EP1298442A1; US20030057447A1; JP2003172745A; CN1409118A

Abstract

고감도로 초소형·박형의 반도체 가속도 센서를 제공한다. 가속도 센서는 실리콘 반도체 기판의 중앙부에 형성된 질량부와 그 기판의 가장자리부에 형성된 테두리부와, 질량부 및 테두리의 상방에 설치되고, 이들 질량부 및 테두리를 접속하는 두께가 얇은 탄성 지지 아암과 탄성 지지 아암의 상면측에 형성된 복수쌍의 피에조 저항 소자를 갖는다. 질량부에는 그 주변에서 그 중심을 향하여 오목하게 되어 있는 복수의 오목부가 형성되어 있고, 각 오목부 바닥에서 질량부 상면에 탄성 지지 아암 각각이 장착되어 있고, 탄성 지지 아암 측면이 오목부의 측면으로부터 떨어져 있다. 질량부의 체적과 탄성 지지 아암의 길이를 독립적으로 크게 할 수 있기 때문에, 감도를 크게 할 수 있다.

Description

가속도 센서{Acceleration sensor}

본 발명은 완구, 자동차, 항공기, 휴대 단말기기 등에 사용되는 가속도 검출용의 가속도 센서, 특히 반도체 기술을 사용하여 제조할 수 있는 가속도 센서에 관한 것이다.

종래부터, 가속도 센서로서는 피에조 저항 효과, 정전 용량 변화 등의 물리량 변화를 이용한 것이, 개발되어 제품화되어 있다. 이들의 가속도 센서는 여러 분야에서 널리 사용할 수 있지만, 최근은 소형, 고감도로, 다축 방향의 가속도를 동시에 검출할 수 있는 것이 요구되고 있다.

실리콘 단결정은 격자 결함이 상당히 적기 때문에 이상적인 탄성체가 되는 것, 반도체 프로세스 기술을 그대로 전용할 수 있는 것 등의 특징을 갖기 때문에, 실리콘 단결정 기판에 두께가 얇은 탄성지지부를 설치하고, 상기 두께가 얇은 탄성지지부에 가해지는 응력을 변형 게이지 예를 들면, 피에조 저항 효과 소자에 의해서 전기 신호로 변환하여 출력으로 하는 피에조 저항 효과형 반도체 가속도 센서가 특히 주목되고 있다.

종래 3축의 가속도 센서로서는 예를 들면, 일본 특허 공개 공보 특개소 63-169078에 기재되어 있는 것이 있고, 그 평면도를 도 15에, 또한, 도 15의 ⅩⅥ-ⅩⅥ 선에 따른 단면도를 도 16에, 사시도를 도 17에 도시한다. 가속도 센서(100)는 실리콘 단결정 기판의 두께가 얇은 부분으로 이루어지는 쐐기 구조의 탄성 지지 아암(130)을 갖고, 실리콘 단결정 기판의 두께가 두꺼운 부분으로 이루어지는 중앙의 질량부(120)와 주변의 테두리(110)는 그 탄성 지지 아암(130)로 접속되고, 탄성 지지 아암(130)상에는 각축 방향에 복수개의 변형 게이지(140)가 형성되어 있다.

전체 구조에 관해서 도 15, 도 16, 도 17을 참조하여 설명한다. 이것은 실리콘 단결정 기판의 두께가 얇은 부분으로 이루어지는 질량부(120)와 그것을 둘러싸도록 배치한 테두리(110)와, 질량부(120) 및 테두리(110)를 연결하는 실리콘 단결정 기판의 두께가 얇은 부분으로 이루어지는 2쌍의 서로 직교하는 쐐기형상의 탄성 지지 아암(130)을 가진다. 가속도가 작용하였을 때에 질량부가 테두리내로 이동하여 탄성 지지 아암을 변형하기 때문에, 그 변형을 탄성 지지 아암 상에 설치한 변형 게이지에 의해서 검출하여 작용한 가속도를 구한다. 도 15의 X축 방향의 가속도는 X축 방향으로 연장된 탄성 지지 아암 상에 설치한 4개의 변형 게이지(140)로 측정되고, Y축 방향의 가속도는 Y축 방향으로 연장된 탄성 지지 아암상에 설치한 4개의 변형 게이지(140)로 측정된다. 또한 Z축 방향의 가속도는 모든 변형 게이지(140)에 의해서 측정된다. 상기 가속도 센서는 테두리(110)의 크기를 한 실리콘 단결정 기판에 4개의 L자 형상 관통 구멍(150)을 천공함으로써, 중앙의 질량부(120)와 주위에 있는 테두리(110)와 그 사이를 걸쳐 있는 지지 아암(130)을 형성하고, 지지 아암의 일부를 얇게 함으로써 변형하기 쉽고, 고감도의 구조로 하고 있다.

상기의 가속도 센서에서는 고감도화를 위해서는 질량부(120)의 체적을 크게하여 질량을 늘리는, 혹은 탄성 지지 아암(130)의 길이를 길게 하는 것이 효과적이고, 감도는 질량부의 질량 및 지지 아암의 길이에 거의 비례하여 증가하는 것은 일반적으로 잘 알려져 있는 바이다. 즉, 질량부(120)의 체적을 크게 하는, 혹은 탄성 지지 아암(130)의 길이를 길게 함으로써, 탄성 지지 아암(130)은 보다 변형하기 쉽게 되어 변형 게이지에 응력을 효과적으로 전달할 수 있어 감도가 올라간다. 그런데, 질량부(120)를 크게 하는 것과 탄성 지지 아암(130)의 길이를 길게 하는 것과는 상반하는 것이고, 특히 칩 사이즈를 일정하게 유지한다고 하는 조건하에서, 혹은 보다 소형화를 도모하는 경우에, 양자를 양립시킬 수는 없었다. 즉, 질량부(120)를 크게 하면, 탄성 지지 아암(130)의 길이는 짧아 지고, 감도적으로는 큰 개선은 할 수 없었다. 그래서 질량부(120)의 체적(즉 무게)을 늘리기 위해서 질량부(120)의 이면에 조립공정에서 유리부재 등을 접착함으로써 감도를 올리고 있었다. 즉, 탄성 지지 아암(130)의 길이를 길게 할 수는 없지만, 칩을 두께 방향(실리콘 단결정 기판의 두께 방향)으로 크게 함으로써 질량부(120)의 질량을 크게 하여 감도를 올리고 있었다. 따라서, 종래는 소형 또한 박형으로 고감도인 가속도 센서를 실현할 수 없었다.

본 발명은 상기의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 상술의 과제를 유효하게 해결하고, 소형 또한 박형으로, 고감도화가 가능한 가속도 센서를 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 다음과 같은 가속도 센서를 채용하였다. 즉, 본 발명의 가속도 센서는

중앙에 있는 질량부와,

그 질량부로부터 소정 거리를 가지고 그 질량부를 둘러싸고 있는 두께가 두꺼운 테두리와,

상기 질량부 상면과 상기 두께가 두꺼운 테두리를 연결(bridging)하고 있는복수의 탄성 지지 아암과,

상기 탄성 지지 아암 상에 형성된 변형 게이지를 갖고,

상기 질량부는 그 주변에서 질량부 중심을 향해서 오목하게 있는 복수의 오목부가 형성되어 있고,

각 오목부 바닥에서 질량부 상면에 상기 탄성 지지 아암 각각이 장착되어 있어, 탄성 지지 아암 측면이 오목부의 측면으로부터 떨어져 있는 것이다.

상기 가속도 센서에 있어서, 4개의 상기 탄성 지지 아암을 갖고, 그 중, 2개의 탄성 지지 아암은 다른 2개의 탄성 지지 아암과 직교하고 있는 것이 바람직하다. 또한, 4개의 상기 탄성 지지 아암 중 각 2개의 탄성 지지 아암이 선형으로 나열되어 있는 것이 바람직하다. 선형으로 나열되어 있는 2개의 상기 탄성 지지 아암 상에, 그들 탄성 지지 아암 길이 방향의 가속도를 검출하기 위한 변형 게이지와 상면 방향의 가속도를 검출하기 위한 변형 게이지가 설치되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 상기 가속도 센서는 SOI 웨이퍼로 만들어져 있고, 상기 복수의 탄성 지지 아암은 SiO2층과 실리콘층으로 이루어져 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 가속도 센서에서는 어떤 가속도가 그 가속도 센서에 작용하면, 질량부는 상기 가속도의 방향에 상기 가속도의 크기에 비례하여 변위한다. 질량부의 외측 가장자리에서 외측 방향으로 연장 설치되어 있는 탄성 지지 아암은 상기 질량부의 변위에 대응하여 특정 방향으로 휘어지고, 동시에 상기 탄성 지지 아암에 설치된 복수의 변형 게이지도 변형된다. 따라서, 상기 변형에 의해 변형 게이지의저항치가 변화하여, 각축 방향에 설치한 4개의 변형 게이지를 사용하여 풀브리지 회로로 이루어지는 검출 회로를 구성하면 작용한 변형량의 크기에 따른 전압 출력이 얻어진다.

본 발명의 가속도 센서에서는 질량부에서 X 및 Y의 2개의 검출축 방향에 대응하여, 그 폭이 탄성 지지 아암 폭보다 넓은 대략 직방체형상의 2쌍의 노치 즉 오목부를 질량부 주위로부터 중심을 향하여 오목하게 설치하고, 그 노치의 상면측에서 질량부가 2쌍의 탄성 지지 아암에 접속되어 있다. 질량부의 체적과 탄성 지지 아암의 길이는, 센서의 성능상 필요 충분한 범위에서 각각 독립적으로 설계할 수 있다. 즉, 질량부의 체적을 증가시키는 것, 및 탄성 지지 아암의 길이를 길게 하는 것, 의 2개의 설계 파라미터를 자유롭게 설정할 수 있기 때문에, 소형·박형의 소자 구조에서, 고감도화를 실현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예의 가속도 센서를 도시하는 평면도.

도 2는 도 1의 가속도 센서의 저면도.

도 3은 도 1의 가속도 센서의 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 선에 따른 단면도.

도 4는 도 1의 가속도 센서의 사시도.

도 5는 본 발명의 가속도 센서의 감도와 질량부의 체적과의 관계를 도시하는 그래프.

도 6은 본 발명의 가속도 센서의 감도와 탄성 지지 아암의 길이와의 관계를 도시하는 그래프.

도 7은 본 발명의 가속도 센서의 감도와 탄성 지지 아암의 폭과의 관계를 도시하는 그래프.

도 8은 본 발명의 가속도 센서의 감도와 탄성 지지 아암의 두께와의 관계를 도시하는 그래프.

도 9는 X축(Y축)방향의 가속도가 작용하였을 때의 가속도 센서의 변형을 설명하는 개략도.

도 10은 X축(Y축)방향의 가속도를 측정하는 브리지 회로의 일례를 도시하는 도면.

도 11은 Z축 방향의 가속도가 작용하였을 때의 가속도 센서의 변형을 설명하는 개략도.

도 12는 Z축 방향의 가속도를 측정하는 브리지 회로의 일례를 도시하는 도면.

도 13a 내지 도 13e는 본 발명의 실시예의 가속도 센서의 제조 프로세스를 도시하는 도면.

도 14는 본 발명의 다른 실시예의 가속도 센서를 도시하는 평면도.

도 15는 일본 특허 공개 공보에 도시되어 있는 가속도 센서를 도시하는 평면도.

도 16은 도 15의 가속도 센서의 도 15의 ⅩⅥ-ⅩⅥ 선에 따른 단면도.

도 17은 도 15의 가속도 센서의 사시도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 테두리2 : 질량부

3a, 3b, 3c, 3d : 탄성 지지 아암

11, 12, 13, 14. 21, 22, 23, 24 : 피에조 저항 소자

51 : 오목부

이하, 본 발명의 각 실시예에 관해서 설명한다.

본 발명의 제 1 실시예에 관해서 도 1, 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다. 도 1은 반도체 가속도 센서의 평면도, 도 2는 도 1에 도시한 본 발명의 실시예에 의한 가속도 센서를 이면에서 본 평면도, 도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 선(X축)에 따르는 단면도이다.

본 발명의 가속도 센서는 탄성 지지 아암의 두께를 고정밀도로 제어할 수 있도록 SiO₂절연층을 개재하여 SOI 층을 형성한 실리콘 단결정 기판, 즉 SOI 웨이퍼를 사용하였다. SOI란, Silicon On Insulator의 약어이다. 상기 예에서는 약 550㎛ 두께의 Si 웨이퍼 상에 에칭 스토퍼가 되는 SiO₂절연층을 얇게(약 1㎛) 형성하고, 그 위에 약 10㎛ 두께의 N형의 실리콘 단결정층을 형성한 웨이퍼를 기판으로서 사용하였다. 본 실시예의 가속도 센서는 실리콘 단결정 기판의 두께가 얇은 부분으로 이루어지는 중앙의 질량부(2)와, 질량부(2)를 둘러싸도록 주변에 배치한 정방형의 테두리(1)와, 질량부(2)와 테두리(1)를 연결하는 실리콘 단결정 기판의 두께가 얇은 부분으로 이루어지는 2쌍의 쐐기형상의 탄성 지지 아암(3a, 3b, 3c, 3d)과, 2개의 직교하는 검출축(X와 Y축) 및 가속도 센서 상면에 수직인 검출축(Z축)에 대응하여, 탄성 지지 아암 상에 설치한 각축 각각 4개의 변형 게이지(이하의 설명에서는 변형 게이지의 일례로서의 「피에조 저항 소자」를 사용하고 있기 때문에, 「피에조 저항 소자」로 한다)(11, 12,. . . , 33, 34)로 이루어진다. 즉, X축 방향으로 연장되어 있는 탄성 지지 아암(3a, 3c) 상에 각 2개의 피에조 저항 소자(13과 14, 11과 12)가 설치되어 있어 X축 방향의 가속도를 검출한다. Y축 방향으로 연장된 탄성 지지 아암(3d, 3b) 상에 각 2개의 피에조 저항 소자(21과 22, 23과 24)가 설치되어 있어 Y축 방향의 가속도를 검출한다. X축 방향으로 연장되어 있는 탄성 지지 아암(3a, 3c) 상에 또한 각 2개의 피에조 저항 소자(33과 34, 31과 32)가 설치되어 있어, Z축 방향의 가속도를 검출한다. 상기 예에서는 Z축 방향의 가속도를 탄성 지지 아암(3a, 3c) 상에 설치한 피에조 저항 소자로 검출하고 있지만, Z축 방향의 가속도를 검출하는 소자는 탄성 지지 아암(3d, 3b) 상에 설치되어 있어도 된다. 각축 방향의 가속도를 검출하는 4개의 피에조 저항 소자는 풀브리지 검출 회로를 구성하고 있다.

질량부(2)는 그 주위로부터 그 중심을 향해서 오목한 복수의 오목부(51) 즉, 노치가 형성되어 있다. 상기 실시예에서는 정방형을 한 질량부(2)의 각 근처의 중앙으로부터 질량부의 중심을 향하여 각 오목부(51)가 형성되어 있다. 오목부는 여기서는 직방체형상을 하고 있고, 오목부의 바닥에서 질량부의 상면에 탄성 지지 아암의 일단이 장착되어 있어, 탄성 지지 아암의 타단은 두께가 두꺼운 테두리의 상면에 장착되어 있어, 질량부와 두께가 두꺼운 테두리를 탄성 지지 아암로 연결하고 있다. 각 오목부에 설치되어 있는 탄성 지지 아암의 측면이, 그 오목부의 측면으로부터 떨어져 있는 것이 필요하다.

상기 실시예에 의한 센서 구조를 보다 이해를 쉽게 하기 위해서, 개략의 사시도를 도 4에 도시한다. 동 도면의 부호는 도 1 내지 도 3과 동일부는 같은 부호를 붙이었다. 도 4에서 분명한 것과 같이, 본 발명의 구조로 함으로써, 질량부(2)의 체적과 상기 탄성 지지 아암(3a, 3b, 3c, 3d)의 길이를 각각 독립적으로 제어할 수 있다. 즉, 두께가 얇은 탄성 지지 아암(3a, 3b, 3c, 3d)을 가늘게, 또한 가능한 한 길게하고, 또한, 질량부(2)를 가능한 한 크게 함으로써, 센서의 검출 감도를 향상할 수 있었다.

여기서 본 발명이 대상으로 하고 있는 가속도 센서의 감도에 미치는 질량부의 체적 및 탄성 지지 아암의 길이, 폭, 두께를 검토한다. 도 5에 가속도 센서의 감도와 질량부의 체적(질량)의 관계를 그래프에 도시하고 있는 바와 같이, 감도는질량부의 체적(질량)과 비례하여, 체적가 2배가 되면 감도도 2배가 된다. 도 6에 가속도 센서의 감도와 탄성 지지 아암의 길이와의 관계를 그래프에 도시하고 있다. 감도는 탄성 지지 아암의 길이에 비례하고 있다. 도 5, 도 6 각각은 다른 조건을 동일하게 하여 비교한 것이다. 본 발명에서는 질량부에 노치 혹은 오목부를 설치하여 탄성 지지 아암을 길게 하고 있기 때문에, 질량부의 체적을 크게 할 수 있다. 그 때문에, 본 발명의 가속도 센서에 의하면, 칩 사이즈를 일정하게 한 경우, 탄성 지지 아암의 길이를 현상태로 고정한 경우라도, 칩의 두께는 늘리지 않고 질량부(2)의 체적은 용이하게 2배 이상으로 할 수 있고, 감도도 그것에 비례하여 향상할 수 있었다. 또한 노치 부분을 크게 하여 탄성 지지 아암의 길이를 현상태의 1.5배 이상으로 하는 것도 용이하게 되고, 이 때 질량부(2)의 체적 감소는 얼마안되고, 거의 탄성부의 길이에 비례하여 감도는 증대하였다. 또한, 질량부의 노치 깊이를 최적화함으로써, 감도를 손상하지 않고 칩 사이즈를 보다 작게 하는 것이 가능하다.

또한 참고를 위해, 도 7 및 도 8에는 각각, 감도와 탄성 지지 아암의 폭과의 관계, 감도와 탄성 지지 아암의 두께와의 관계를 도시하였다. 탄성 지지 아암의 폭, 두께는 감도를 올리기 위해서는 작은 쪽이 양호함을 알 수 있다.

탄성 지지 아암에 설치된 피에조 저항 소자의 작용(기능)에 관해서 여기서 설명한다. X축 방향으로 연장되어 있는 탄성 지지 아암(3c, 3a)에는 X축 방향의 가속도를 측정하기 위한 피에조 저항 소자(11과 12 및 13과 14)가 설치되어 있다. Y축 방향으로 연장되어 있는 탄성 지지 아암(3d, 3b)에는 Y축 방향의 가속도를 측정하기 위한 피에조 저항 소자(21과 22 및 23과 24)가 설치되어 있다. 또한 X축 방향으로 연장되어 있는 탄성 지지 아암(3c, 3a)에는 Z축 방향의 가속도를 측정하기 위한 피에조 저항 소자(31과 32 및 33과 34)가 설치되어 있다.

질량부(2)에 X축 방향의 가속도가 걸리면, 질량부(2)의 중심에 힘 Fx가 작용하기 때문에, 도 9에 도시하는 바와 같이, 질량부(2)의 상면의 좌측은 아래 방향에, 상면의 우측은 위 방향으로 움직인다. 그렇기 때문에, 탄성 지지 아암(3c) 상의 피에조 저항 소자(11)는 늘어나고, 피에조 저항 소자(12)는 줄어든다. 또한 탄성 지지 아암(3a) 상의 피에조 저항 소자(13)는 늘어나고, 피에조 저항 소자(14)는 줄어든다. 피에조 저항 소자가 이와 같이 신장하거나 줄어들거나 함으로써, 그들의 저항 R11, R12, R13, R14는 변화한다. 피에조 저항 소자의 저항을 도 10에 도시하는 바와 같이 풀브리지 회로에 내장하여 일정한 전압 Vin을 인가하면, 피에조 저항 소자의 저항 변화를 출력 Vout에 의해서 측정할 수 있다. Y축 방향의 가속도에 대하여는 Y축 방향으로 연장된 탄성 지지 아암에 관해서 X축 방향과 마찬가지로 생각하면 된다.

질량부(2)에 Z축 방향의 가속도가 걸리면, 힘 Fz가 작용하기 때문에, 도 11에 도시하는 바와 같이, 질량부(2)의 상면의 좌우 모두 위 방향으로 움직인다. 그 렇기 때문에 탄성 지지 아암(3c) 상의 피에조 저항 소자(31)는 줄어들고, 피에조 저항 소자(32)는 늘어난다. 마찬가지로, 탄성 지지 아암(3a) 상의 피에조 저항 소자(33)는 늘어나고, 피에조 저항 소자(34)는 줄어든다. 피에조 저항 소자의 저항 R11, R12, R13, R14를 도 12에 도시하는 바와 같이 풀브리지 회로에 내장하여 일정한 전압 Vin을 인가하면, 피에조 저항 소자의 저항 변화를 출력 Vout에 의해서 측정할 수 있다. Z축 방향의 가속도를 검출하기 위한 브리지 회로와 Z축 방향의 가속도를 검출하기 위한 브리지 회로는 저항의 결선을 변경한 쪽이 양호하기 때문에, 다른 피에조 저항 소자를 사용하고 있다.

이하, 본 실시예의 제조방법에 관해서 설명한다. 도 13은 주요 공정을 설명 하기 위한 도 1의 X축 방향단면(Ⅲ-Ⅲ 단면)의 일부(좌측 절반)를 도시하고 있다. SOI 웨이퍼란 상술한 바와 같이, 도 13에서 부호를 붙여 도시한 바와 같이, Si의 베이스 기판(60), Si 활성층인 표면의 SOI 층(80) 및 양자 사이에 있고, 에칭 스토퍼로서 사용되는 SiO₂층(70)으로 구성된 Si 단결정 기판이다. 각각의 두께로서는 본 실시예에서는 베이스 기판(60)은 500 내지 625㎛, SiO₂층은 1㎛, 그리고 SOI 층은 약 10㎛로 하였다.

제조 프로세스의 최초는 우선, SOI 층(80)의 표면에, 포토레지스트 혹은 열산화(thermo-oxidized) SiO₂막 등을 마스크로 하여 소정 형상의 패턴을 만들고, 이온 투입 등의 불순물 확산 공정에 의해서 붕소를 확산한 피에조 저항 소자(11, 12)를 만든다(도 13a). 표면 불순물 농도로서는 온도 특성 및 감도의 양쪽의 관점에서, 약 2x10¹⁸원자/cm³로 하였다.

다음에 피에조 저항 소자(11, 12)의 보호를 위해, 보호막(41)을 제작한다(도 13b). 보호막(41)으로서는 일반적으로 반도체로 사용되고 있는 SiO₂와 PSG(Phosphorous silicated glass)의 다층막을 사용하여 가동 이온의 게터링 효과를 가지게 하고 있다. SiO₂와 PSG의 2층막 대신에 SiO₂와 SiN의 2층막을 사용하여도 된다. 보호막(41)의 두께는 가능한 한 얇게 하여 응력을 작게 한 쪽이 고감도화의 점에서는 바람직하고, 0.3 내지 0.5㎛로 하였다.

다음에 피에조 저항 소자(11, 12)의 양단부상의 보호막(41)에 전극 접속용의 스루 홀(40a)을 불소산을 주체로 한 습식 에칭에 의해 형성하였다(도 13c).

다음에, 전극 배선을 만들기 위해서, 우선 스퍼터에 의해 알루미늄 합금(알루미늄, 구리, Si 등이 주조성)을 성막한다. 두께는 0.3 내지 0.5㎛로 하였다. 포토에칭에 의해 인출 전극(40)을 형성한다(도 13d).

다음에, 도시하지 않고 있지만, SOI 층(80)을 드라이 에칭법 등에 의해 에칭하여, 도 1에 도시한 두께가 얇은 부분에의 관통 패턴(5)을 형성한다.

다음에 이면의 베이스 기판(60)에, 양면 얼라이너 장치를 사용하여 표면의 피에조 저항 소자(11, 12)나 SOI 층(80)에의 관통 패턴(5) 등과의 위치를 맞추어 질량부(2) 및 테두리(1)의 형상에 포토레지스트 마스크를 형성하고, 드라이 에칭법으로 베이스 기판(60)을 에칭하고, 또한 에칭 스토퍼의 SiO₂층(70)을 습식 에칭으로 제거하였다(도 13e). 에칭액에는 버퍼드 불소산을 사용하였다. 본 공정의 포토레지스트 마스크 형상을, 정방형 질량부의 4변에서, 탄성 지지 아암(3a, 3b, 3c, 3d)이 접속되는 위치에 직사각형의 노치를 설치한 형상으로 하였다. 상기 드라이 에칭 공정으로 탄성 지지 아암(3a, 3b, 3c, 3d)이 형성되지만, 에칭 스토퍼의SiO₂층(70)을 제거하지 않고 남은 쪽이, 전체의 응력 밸런스를 잡는 데 좋은 경우도 있어, 에칭 스토퍼의 SiO₂층(70)을 탄성 지지 아암의 뒷편에 일부 남는 방법도 적용 가능하다.

그 후에, 웨이퍼상에 형성한 다수의 가속도 센서 소자를 다이서 등을 사용하여, 1개 1개의 센서칩으로 절단하여, 패키징 등의 조립 공정을 거쳐서, 반도체 가속도 센서를 완성시키었다.

다음에, 도 14에 본 발명의 다른 실시예의 가속도 센서를 도시한다. 본 도는 센서의 표면측의 정면도이고, 도 1과 동일부에는 이해하기 쉽게 동일 부호를 붙이었다. 본 실시예에서는 질량부(2)에서, 네잎 클로버와 같이 4방향으로 튀어나온 부분의 코너를 곡면으로 하고, 또한 동시에 테두리(1)의 내측의 4개의 코너부도 곡면으로 하였다. 상기 실시예는 상술의 제 1 실시예에서 설명한 바와 같은 소형, 박형으로 고감도화가 가능하다는 효과 이외에, 상기 실시예 고유의 효과로서, 도 13을 참조하여 기술한 제조 프로세스에서, 질량부(2)의 드라이 에칭시에, 패턴폭의 대소차의 경감, 또한, 에칭 가스의 흐름 개선, 등에 의해 에칭 속도의 균일성을 향상할 수 있는 효과가 있다. 또한, 테두리부의 기계적 강도를 증가시킬 수 있었다.

이상, 제 1 및 제 2 실시예에서는 SOI 층(80)에 형성한 관통 패턴(5)과 웨이퍼 이면으로부터 베이스 기판(60)을 에칭하여 질량부(2)를 형성할 때의 관통 에칭으로 제거하는 패턴과 같은 형상으로 하였지만, 반드시 일치하고 있을 필요는 없고, 질량부(2)와 탄성 지지 아암(3a, 3b, 3c, 3d)이나 테두리(1)가 떼어지면 된다.또한, SOI 층(80)에의 관통 패턴(5)과 질량부(2)의 패턴 형상 그 자체도, 상술의 제 1 및 제 2 실시예 이외에 여러가지 고려할 수 있다. 즉, 질량부(2)나 테두리(1)의 형상으로서는 여러가지의 것을 고려할 수 있고, 상술의 본 실시예의 형상에 한정되는 것이 아니다.

Claims

중앙에 있는 질량부와,

그 질량부로부터 소정 거리를 가지고 그 질량부를 둘러싸고 있는 두께가 두꺼운 테두리와,

상기 질량부 상면과 상기 두께가 두꺼운 테두리를 연결(bridging)하고 있는 복수의 탄성 지지 아암과,

상기 탄성 지지 아암 상에 형성된 변형 게이지를 갖고,

상기 질량부는 그 주변으로부터 질량부 중심을 향해서 오목하게 되어 있는 복수의 오목부가 형성되어 있고,

각 오목부 바닥에서 질량부 상면에 상기 탄성 지지 아암 각각이 장착되어 있어, 탄성 지지 아암 측면이 오목부의 측면으로부터 이격되어 있는 가속도 센서.
제 1 항에 있어서, 4개의 상기 탄성 지지 아암을 갖고, 그 중, 2개의 탄성 지지 아암은 다른 2개의 탄성 지지 아암과 직교하고 있는 가속도 센서.
제 2 항에 있어서, 4개의 상기 탄성 지지 아암 중 각 2개의 탄성 지지 아암이 선형으로 나열되어 있는 가속도 센서.
제 3 항에 있어서, 선형으로 나열되어 있는 2개의 탄성 지지 아암 상에, 그들 탄성 지지 아암 길이 방향의 가속도를 검출하기 위한 변형 게이지와 상면 방향의 가속도를 검출하기 위한 변형 게이지가 설치되어 있는 가속도 센서.
제 3 항에 있어서, 상기 가속도 센서는 SOI 웨이퍼로 만들어져 있고, 상기 복수의 탄성 지지 아암은 SiO2층과 실리콘층으로 이루어져 있는 가속도 센서.
제 4 항에 있어서, 상기 가속도 센서는 SOI 웨이퍼로 만들어져 있고, 상기 복수의 탄성 지지 아암은 SiO₂층과 실리콘층으로 이루어져 있는 가속도 센서.