WO2004114416A1

WO2004114416A1 - 半導体センサ

Info

Publication number: WO2004114416A1
Application number: PCT/JP2004/008626
Authority: WO
Inventors: Shigeru Hirose; Toshiaki Ichii; Toshiyuki Hiraki; Kazuya Komori; Masayoshi Minami
Original assignee: Hokuriku Electric Industry Co.,Ltd.
Priority date: 2003-06-20
Filing date: 2004-06-18
Publication date: 2004-12-29
Also published as: JPWO2004114416A1; JP4913408B2

Abstract

　ダイヤフラム部の損傷を防ぐことができ、しかも簡単にエッチングが行える半導体センサを得る。４つの傾斜面１３の隣接する２つの傾斜面の間に両傾斜面の境界部を延びて両傾斜面を連結する細長い連結面１５をそれぞれ形成する。ダイヤフラム部１１に、連結面１５の端部の近傍においてダイヤフラム部１１の裏面から突出する厚肉部１７を形成する。

Description

明細書

半導体センサ技術分野

[0001] 本発明は、半導体加速度センサ、半導体圧力センサ等の半導体センサに関するものである。

背景技術

[0002] 特開 2002-243759号公報（特許文献 1)等には、センサ本体と、該センサ本体上に形成された複数のセンサ素子とを具備する半導体センサ（半導体加速度センサ）が示されている。この半導体加速度センサのセンサ本体は、マスクパターンが形成された半導体結晶基板にエッチングが施されて、中心部に重錘固定部、外周部に筒状の支持部、そして重錘固定部と支持部との間に重錘固定部及び支持部よりも厚みが薄いダイヤフラム部が形成されて構成されている。また、複数のセンサ素子は、支持部の反対側に位置するダイヤフラム部の表面上に形成された拡散抵抗から構成されている。この種の半導体加速度センサでは、外部から加えられた力による加速度、または傾斜させた静止状態で加わる重力加速度に基づく力により重錘固定部に固定された重錘が動いてダイヤフラム部が橈むことにより、センサ素子を構成する各拡散抵抗の抵抗値が変化して歪み量に応じた 1以上の軸線方向の加速度を検出する。この種の半導体加速度センサでは、通常、ダイヤフラム部の外形形状を四角形にするため、支持部の内周面は、切頭角錐形の内部空間を囲むように、実質的に同形状の 4つの台形状の傾斜面が環状に組み合わされて構成されている。

[0003] し力、しながら、従来の半導体加速度センサでは、重錘に作用した加速度によってダィャフラム部に必要以上の力が加わると、ダイヤフラム部の外形形状の角部に応力が集中し、ダイヤフラム部が損傷することがある。このような問題を解決するために、特開平 5 - 196525号公報 (特許文献 2)、特開平 6 - 174571号公報 (特許文献 3)等では、ダイヤフラム部の外形形状を形成する正多角形を正八角形のように多角化（角の数を増やす）したものが提案されている。このように、ダイヤフラム部の正多角形の角の数を増やすと、角部に加わる力を和らげることができる。そのため、ダイヤフラム部の損傷を防ぐことができる。

特許文献 1 :特開 2002 - 243759号公報（第 18頁、図 1)

特許文献 2 :特開平 5— 196525号公報（第 6頁、図 4)

特許文献 3 :特開平 6 - 174571号公報（第 9頁、図 4)

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] し力しながら、ダイヤフラム部の正多角形の角の数を増やすと、マスクパターンの形状が複雑になる上、エッチングが面倒になるという問題があった。

[0005] 本発明の目的は、ダイヤフラム部の損傷を防ぐことができ、しかも簡単にエッチングが行える半導体センサを得ることを目的とする。

課題を解決するための手段

[0006] 本発明が改良の対象とする半導体センサは、中心部に重錘固定部、外周部に筒状の支持部、そして重錘固定部と支持部との間に重錘固定部及び支持部よりも厚みが薄レ、ダイヤフラム部を有する半導体結晶基板からなるセンサ本体と、支持部の反対側に位置するダイヤフラム部の表面上に形成された拡散抵抗からなる複数のセンサ素子とを具備している。そして、支持部の内周面が、切頭角錐形の内部を囲むように、実質的に同形状の少なくとも 4つの傾斜面が環状に組み合わされて構成されている。本発明では、少なくとも 4つの傾斜面の隣接する 2つの傾斜面の間に両傾斜面の境界部を延びて両傾斜面を連結する平面または曲面からなる細長い連結面をそれぞれ形成する。本発明のように、連結面を形成すれば、ダイヤフラム部の外形形状のそれぞれの角部の角度が大きくなるので、ダイヤフラム部の各角部に加わる力を和らげることができる。そのため、ダイヤフラム部の損傷を防ぐことができる。また、本発明では、連結面を形成するものの、基本的には、環状に組み合わされる傾斜面の数 (ダイヤフラム部の外形形状の正多角形の角の数）は変わらないため、ダイヤフラム部の正多角形を多角化する（角の数を増やす)場合に比べて、簡単にダイヤフラム部を形成できる。

[0007] 連結面は、種々の形状を有しているものを採用できる。例えば、平面形状を有していてもよいし、曲面形状を有していてもよいし、複数の平面が組み合わされた形状を有していてもよい。

[0008] ダイヤフラム部には、連結面の端部の近傍においてダイヤフラム部の裏面から突出する厚肉部を形成するのが好ましい。このような厚肉部を形成すれば、ダイヤフラム部の可撓性を大きく低下させることなぐダイヤフラム部の強度を高めることができる。

[0009] 厚肉部は、連結面の端部からダイヤフラム部の中心部に向かって徐々に厚み寸法力、さくなるように延びているのが好ましい。このようにすれば、ダイヤフラム部の可撓性を大きく低下させることなぐ連結面の端部側の強度を高めることができる。

[0010] マスクパターンが形成された半導体結晶基板にエッチングを施こしてセンサ本体を形成する場合には、マスクパターンに、エッチングの進行を補正する補正パターンを含ませればよい。そして、補正パターンは、エッチングにおいてダイヤフラム部の形成が完了する時に、少なくとも 4つの傾斜面の隣接する 2つの傾斜面の間に連結面をそれぞれ形成する寸法及び形状にする。このようにすれば、比較的単純な形状のマスクパターンを用いてエッチングをすることにより連結面を形成することができる。

[0011] また、補正パターンを、エッチングにおいてダイヤフラム部の形成が完了する時に、厚肉部を更に形成する寸法及び形状を有しているようにすれば、比較的単純な形状のマスクパターンにより厚肉部を形成することができる。

[0012] 特に、半導体結晶基板のミラー指数（100)面にエッチングを施こす場合には、少なくとも 4つの傾斜面を環状に組み合わせるような形状に支持部の内周面を形成するようにエッチングを行うのが容易である。そのため、半導体結晶基板のミラー指数（100 )面にエッチングを施こす場合には、本発明の効果は顕著である。

図面の簡単な説明

[0013] [図 1]図 1は、本発明の実施の形態の半導体センサの断面図である。

[図 2]図 2は、図 1の II一 II線断面図である。

[図 3]図 3は、図 1の半導体センサに用いるセンサ本体の平面図である。

[図 4]図 4は、図 1の半導体センサに用いるセンサ本体の裏面図である。

[図 5]図 5は、図 4の V— V線断面図である。

[図 6]図 6は、図 1の半導体センサに用いるセンサ本体の製造方法の説明に用いるための図である。 [図 7]図 7 (A)及び (B)は、他の連結面の態様を示す断面図である。

発明を実施するための最良の形態

[0014] 以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図 1は、半導体カロ速度センサに適用した本発明の実施の形態の半導体センサの断面図であり、図 2は、図 1の II一 II線断面図である。両図に示すように、本発明の実施の形態の半導体カロ速度センサは、センサ本体 1と、センサ本体 1に固定された重錘 3と、センサ本体 1を支持するガラス製の台座 5とを有してレ、る。

[0015] 図 3及び図 4は、センサ本体 1の平面図及び裏面図である。図 1一図 4に示すように、センサ本体 1は、中心部に重錘固定部 7が位置し、外周部に筒状の支持部 9が位置し、重錘固定部 7と支持部 9との間にダイヤフラム部 11を有している。センサ本体 1 は、単結晶シリコンからなる半導体結晶基板のミラー指数（100)面に異方性エツチングが施されて形成されている。支持部 9の反対側に位置するダイヤフラム部 11の表面上には、加速度検出用拡散抵抗からなる図示しない複数のセンサ素子が形成されている。支持部 9上には、複数の電極 8…が形成されている（図 3)。本例の半導体加速度センサは、外部から加えられた力による加速度、または傾斜させた静止状態で加わる重力加速度に基づく力により重錘 3が動いてダイヤフラム部 11が橈むことにより、センサ素子を構成する各拡散抵抗の抵抗値が変化して歪み量に応じた 1軸以上の方向の加速度を検出する。

[0016] 重錘固定部 7は、支持部 9の内部空間 10内にダイヤフラム部 11から重錘 3に向かつて突出した形状を有している。重錘固定部 7の先端には、重錘固定部 7の中心を通りダイヤフラム部 11が延びる方向と直交する方向に延びる中心線 C上に重錘 3の中心が位置するように、重錘 3が固定されている。この重錘固定部 7は、八角形の横断面を有しており、その外周面は、ダイヤフラム部 11が位置する側から離れるに従って中心線 Cに近づくように傾斜する傾斜面として形成されている。

[0017] 支持部 9は、矩形の環状を有しており、内周面は、ほぼ切頭角錐形の内部空を囲むように、実質的に同形状の 4つの台形状の傾斜面 13…が環状に組み合わされて構成されている。傾斜面 13…は、ダイヤフラム部 11が位置する側に向力うに従って中心線 Cに近づくように傾斜しており、後述するストッパ構造の一部を構成している。 4つの傾斜面 13…の隣接する 2つの傾斜面 13, 13の間には、両傾斜面 13, 13の境界部を延びて両傾斜面 13, 13を連結する平面状の細長レ、連結面 15がそれぞれ形成されている。

[0018] ダイヤフラム部 11は、重錘固定部 7及び支持部 9よりも薄い厚み寸法からなり、可撓性を有している。ダイヤフラム部 11の裏面には、 4つの厚肉部 17…が形成されている。厚肉部 17は、図 4及び図 5に示すように、ダイヤフラム部 11の裏面から突出する形状を有しており、連結面 15の端部からダイヤフラム部 11の中心部に向かって徐々に厚み寸法が小さくなるように延びている。また、厚肉部 17は、連結面 15の端部から放射状に延びるように厚み寸法の大きな嶺部 17a' を有してレ、る。

[0019] 本例では、センサ本体 1を次のようにして作った。まず、ほぼ平板状の半導体結晶基板のミラー指数（100)面にシリコン酸化膜、シリコン窒化膜等からなる厚み数百 n mのマスクパターンを形成した。マスクパターンとしては、例えば、図 6の符号 23に示すように、支持部 9を形成する支持部形成部 25とエッチングの進行を補正する補正パターン部 27とを有するものを形成することができる。補正パターン部 27は、角形形状を有しており、支持部形成部 25の内側角部に連結されて該内側角部から重錘固定部の角部に向かって延びている。また、このマスクパターン 23と共に、重錘固定部 7を形成する重錘固定部形成部を含むマスクパターンも形成する。次に、 KOH等のアルカリエッチング液でエッチングを施して連結面 15及び厚肉部 17を備えたセンサ本体 1を完成した。このように、補正パターン部（27)は、エッチングにおいてダイヤフラム部 11の形成が完了する時に、連結面 15をそれぞれ形成し、ダイヤフラム部 11に厚肉部 17を形成する寸法及び形状を有している。本例の半導体加速度センサでは、比較的単純な形状のマスクパターンを用いてエッチングをすることにより連結面 15 及び厚肉部 17を形成することができるので、ダイヤフラム部の可撓性を大きく低下させることなぐダイヤフラム部の強度を高めることができる。

[0020] 重錘 3は、円板状に近い輪郭を有するタングステンにより形成されている。この重錘 3は、一端が重錘固定部 7に接着剤により固定された状態で、支持部 9内の内部空間 10と台座 5内の内部空間 12とに跨って 2つの内部空間内に配置されている。重錘 3の環状の部分 3aは、支持部 9内の内部空間 10に入り込んでいる。本例では、環状の部分 3aは、ダイヤフラム部 11に沿う方向に延びる第 1の面 3bと、支持部 9の内周面と交差する方向に延びる第 2の面 3cと、第 1の面 3bと第 2の面 3cとの交差点（角部 )からなる当接部 3dと、ダイヤフラム部 11との反対側に位置する底面 3eとを有している。当接部 3dは、重錘固定部 7が位置する側から見た輪郭形状が円形を有するようにほぼ円形の線状に延びている。そのため、図 2に示すように、当接部 3dは支持部 9 の 4つの傾斜面 13…のそれぞれのほぼ中央に対向することになる。本例では、当接部 3dと傾斜面 13…との接触位置は、傾斜面 13…の支持部 9の厚み方向の中央位置よりも支持部 9の底面側に位置している。また、当接部 3dと前述した支持部 9の 4つの傾斜面 13…とにより重錘のストッパ構造が構成されている。そのため、重錘 3の変位量が所定の範囲を超えると、当接部 3dが傾斜面 13…に当接して重錘 3の変位量が規制される。

[0021] なお、上記例では、連結面 15は、平面形状を有している力図 7 (A)に示すように、連結面 35を曲面により形成してもよいし、図 7 (B)に示すように、連結面 45を複数の平面を組み合わせて形成してもよレ、。

[0022] また、上記例は、 4つの傾斜面 13…が組み合わされてセンサ本体の内周面が構成される半導体加速度センサに本発明を適用した例を示したが、少なくとも 4つの傾斜面が組み合わされてセンサ本体の内周面が構成される半導体加速度センサに本発明は適用できる。例えば、 8つの傾斜面が組み合わされる半導体加速度センサにも本発明が適用できるのは勿論である。

[0023] また、上記例は、本発明を半導体加速度センサに適用した例を示したが、圧力センサ等の他の半導体センサに本発明を適用できるのは勿論である。産業上の利用可能性

[0024] 本発明によれば、連結面を形成するので、ダイヤフラム部の外形形状の角部が大きくなり、ダイヤフラム部の角部に加わる力を和らげることができる。そのため、ダイヤフラム部の損傷を防ぐことができる。

[0025] 特に、本発明では、連結面を形成するものの、基本的には、環状に組み合わされる傾斜面の数 (ダイヤフラム部の外形形状の正多角形の角の数）は変わらないため、ダィャフラム部の正多角形を多角化する（角の数を増やす)場合に比べて、簡単にダイャフラム部を形成できる。

Claims

請求の範囲

[1] 中心部に重錘固定部、外周部に筒状の支持部、そして前記重錘固定部と前記支持部との間に前記重錘固定部及び前記支持部よりも厚みが薄いダイヤフラム部を有する半導体結晶基板からなるセンサ本体と、

前記支持部の反対側に位置する前記ダイヤフラム部の表面上に形成された拡散抵抗からなる複数のセンサ素子とを具備し、

前記支持部の内周面が、切頭角錐形の内部空間を囲むように、実質的に同形状の少なくとも 4つの傾斜面が環状に組み合わされて構成されている半導体センサであつて、

前記少なくとも 4つの傾斜面の隣接する 2つの傾斜面の間に両傾斜面の境界部を延びて前記両傾斜面を連結する細長い連結面がそれぞれ形成されてなる半導体センサ。

[2] 前記連結面は、平面形状を有している請求項 1に記載の半導体センサ。

[3] 前記連結面は、曲面形状を有している請求項 1に記載の半導体センサ。

[4] 前記連結面は、複数の平面が組み合わされた形状を有している請求項 1に記載の半導体センサ。

[5] 前記ダイヤフラム部には、前記連結面の端部の近傍において前記ダイヤフラム部の裏面から突出する厚肉部が形成されている請求項 1に記載の半導体センサ。

[6] 前記厚肉部は、連結面の端部からダイヤフラム部の中心部に向かって徐々に厚み寸法が小さくなるように延びている請求項 5に記載の半導体センサ。

[7] マスクパターンが形成された半導体結晶基板にエッチングが施されて、中心部に重錘固定部、外周部に筒状の支持部、そして前記重錘固定部と前記支持部との間前記重錘固定部及び前記支持部よりも厚みが薄いダイヤフラム部が形成されてなるセンサ本体と、

前記マスクパターンは、前記エッチングの進行を補正する補正パターンを含んでおり、

前記補正パターンは、前記エッチングにおレ、て前記ダイヤフラム部の形成が完了するときに、前記少なくとも 4つの傾斜面の隣接する 2つの傾斜面の間に両傾斜面の境界部を延びて前記両傾斜面を連結する細長い連結面をそれぞれ形成する寸法及び形状を有してレ、る半導体センサ。

[8] 前記連結面は、平面形状を有している請求項 7に記載の半導体センサ。

[9] 前記連結面は、曲面形状を有している請求項 7に記載の半導体センサ。

[10] 前記連結面は、複数の平面が組み合わされた形状を有している請求項 7に記載の半導体センサ。

[11] 前記補正パターンは、前記エッチングにおいて前記ダイヤフラム部の形成が完了するときに、前記連結面の端部の近傍において前記ダイヤフラム部の裏面から突出する厚肉部を更に形成する寸法及び形状を有している請求項 7に記載の半導体センサ

[12] 前記厚肉部は、連結面の端部からダイヤフラム部の中心部に向かって徐々に厚み寸法が小さくなるように延びてレ、る請求項 11に記載の半導体センサ。

[13] 前記エッチングは、前記半導体結晶基板のミラー指数（100)面に施されている請求項 11に記載の半導体センサ。