JP3292081B2 - 半導体式加速度センサの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄肉部を有する半
導体式加速度センサの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１２（ａ）に加速度センサの全体図を
示す。また、図１２（ｂ）に図１２（ａ）の模式的な回
路図を示す。図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、加速
度センサはフレーム部Ａ内に形成された重り部Ｂと、こ
の重り部Ｂをフレーム部Ａと接続する４箇所のビーム部
（梁部）１２を備えている。そして、ビーム部１２にそ
れぞれ２つづつ形成されたゲージ抵抗６にてブリッジ回
路を形成し、これら４箇所のゲージ抵抗６それぞれの間
に入力端子及び接地端子、さらに２つの出力端子が備え
られて加速度センサが構成されている。

【０００３】この加速度センサのビーム部１２における
拡大図を図１３（ａ）に示す。また、図１３（ｂ）に図
１３（ａ）のＥ−Ｅ矢視断面図を示す。図１３（ａ）、
（ｂ）に示されるように、ビーム部１２は薄肉形成され
ている。このビーム部１２における応力変化は、このビ
ーム部１２の両端であって、重り部Ｂ側の付根部及びフ
レーム部Ａ側の付根部の両付根部において最大となるこ
とが分かっている。

【０００４】これを考慮して、この応力が最大となる両
付根部（以下、応力最大部という）Ｆ１、Ｆ２において
ゲージ抵抗６が終端するように、フォトリソグラフィ工
程において開口部の開口端が応力最大部Ｆ１、Ｆ２に一
致するような開口パターンを有するマスクを用いてゲー
ジ抵抗６を形成している。しかしながら、加速度センサ
を形成する上で様々なズレ要因がある。

【０００５】ゲージ抵抗６を形成するためのイオン注入
におけるマスクのズレと、ビーム部１２を形成する際の
マスクのズレと、電気化学ストップエッチングにおいて
除去される基板の横方向エッチングレートのバラツキ及
びウェハ厚によるズレである。このため、ゲージ抵抗６
とビーム部１２の相対的な形成位置にズレが生じる場合
がある。この場合を図１４（ａ）、（ｂ）に示す。な
お、図１４（ｂ）は図１４（ａ）のＦ−Ｆ矢視断面図で
ある。これら図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、ゲー
ジ抵抗６が応力最大部Ｆ１、Ｆ２に合致せず、これによ
り加速度センサの出力感度が顕著に低下してしまい、加
速度が十分に検出できないということが問題がある。

【０００６】この問題を解決するものとして、日本電装
公開技報 整理番号９９−０１４（発行日 平成６年１
１月１５日）に示される方法がある。この方法による
と、ビーム部の付根部であってフレーム部と重り部の一
辺を全体的に薄肉形成している。つまり、薄肉部を設け
ることにより薄肉形成された部分の長さが長くなるた
め、この薄肉形成された内側にゲージ抵抗が納まるよう
にしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、加速度
センサにおけるセンサ感度はビーム部の長さに比例する
ため、所定以上の感度を満たすようにするためにはビー
ム部の長さを所定量に保つ必要がある。このため、上記
方法のようにビーム部の付根部に薄肉部を形成すると、
この薄肉部に必要な長さだけ加速度センサを構成するチ
ップサイズが大きくなってしまう。具体的には、薄肉部
を形成しない場合に比して面積比が２０％増となってし
まう。

【０００８】本発明は上記点に鑑みてなされたもので、
チップサイズを増大させないで、ビーム部とゲージ抵抗
の相対的な形成位置のズレによる顕著な感度低下を抑制
することにより十分な加速度検出が行える半導体式加速
度センサを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明者らは、ビーム部１２とゲージ抵抗６の位置関
係のズレにおける感度の機能低下についての検討を行っ
た。図１５（ａ）、（ｂ）にビーム部１２における応力
分布図を示す。なお、図１５（ａ）はＦＥＭの応力解析
図であり、図１５（ｂ）はフレーム部Ａからの距離に対
する応力値を示した相関図である。これら図１５
（ａ）、（ｂ）に示されるように、ビーム部１２の両端
（ビーム部１２とフレーム部Ａ若しくは重り部Ｂの接続
部）において応力が最大になる。このため、前述のよう
に出力感度を高めるために、応力最大部Ｆ１、Ｆ２に終
端するようにゲージ抵抗６を形成している。

【００１０】しかしながら、上記ズレ要因によって、ゲ
ージ抵抗６は応力最大部Ｆ１、Ｆ２からずれて形成され
る場合がある。このような場合、一方のゲージ抵抗６は
ビーム部１２の内側方向へずれて形成され、もう一方の
ゲージ抵抗６はビーム部１２の外側方向へずれて形成さ
れることとなる。この場合、図１５（ｂ）に示されるよ
うに、ビーム部１２の内側へずれて形成されたゲージ抵
抗６においては若干感度が低下するだけであるが、ビー
ム部１２の外側へずれて形成されたゲージ抵抗６におい
ては大幅に感度が低下してしまう。

【００１１】図１６に、ゲージ部６のズレ量と感度の関
係を表す相関図を示す。例えば、ズレ量が２μｍである
とすると、この図に示されるようにビーム部１２の内側
方向へずれたゲージ抵抗６においては約２％感度が低下
し、ビーム部１２の外側方向へずれたゲージ抵抗６にお
いては約７０％感度が低下する。つまり、ビーム部１２
の内側へずれて形成されたゲージ抵抗６によっては出力
感度はあまり低下していないため、上記顕著な出力感度
の低下はビーム部１２の外側方向へずれて形成されたゲ
ージ抵抗６に起因しているといえる。

【００１２】従って、ゲージ抵抗６がビーム部１２の外
側に形成されないようにすることによって顕著な出力感
度低下を抑制することができる。上記検討に基づき、本
発明は以下の技術的手段を採用する。請求項１に記載の
発明においては、第１のゲージ抵抗は第１付根部（Ｆ
１）よりも薄肉部（１２）側に第１の所定量ずれた位置
に、また第２ゲージ抵抗が第２付根部（Ｆ２）よりも薄
肉部（１２）側に第２の所定量ずれた位置に形成される
ようにマスク（５）の位置を設定して第１、第２のゲー
ジ抵抗（６）を形成する工程を有し、 前記第１、第２の
所定量は、前記第１、第２のゲージ抵抗（６）と前記薄
肉部（１２）の相対的な形成位置の最大ズレ量に設定さ
れている工程を有し、前記第１、第２の所定量を第１、
第２のゲージ抵抗（６）と薄肉部（１２）の相対的な形
成位置の最大ズレ量に設定したことを特徴とする。

【００１３】このように、ズレ要因によるズレ量を考慮
して第１、第２のゲージ抵抗（６）が薄肉部（１２）の
内側に形成されるようなマスク（５）を用いることによ
って、各ズレ要因によるゲージ抵抗（６）と薄肉部（１
２）の相対的な形成位置にズレずれが生じても顕著な感
度低下を抑制することができる。また、ズレ要因による
最大ズレ量に第１、第２の所定量を設定することによっ
てズレが全くない場合においては第１第２付根部（Ｆ
１、Ｆ２）からそれぞれ薄肉部（１２）の中心側へそれ
ぞれ所定量ずれた位置に第１、第２のゲージ抵抗（６）
が形成され、ズレが最大である場合においては第１、第
２のゲージ抵抗（６）の一方は第１、第２付根部（Ｆ
１、Ｆ２）のいずれかに形成され他方は残りの付根部か
ら所定量×２ずれた位置に形成される。つまり、第１、
第２のゲージ抵抗（６）は必ず薄肉部（１２）の内側に
形成される。このようにズレ要因によって発生するズレ
が最大である場合においても第１、第２のゲージ抵抗
（６）を薄肉部（１２）の内側に形成することができ、
これにより顕著な感度低下をなくすことができる。請求
項２に記載の発明においては、前記マスク（５）とし
て、第１付根部（Ｆ１）から薄肉部（１２）側へ第１の
所定量ずれた位置に開口端を有する第１開口部（５ａ）
と、第２付根部（Ｆ２）から薄肉部（１２）側へ第２の
所定量ずれた位置に開口端を有する第２開口部（５ｂ）
とを有するものを用いることを特徴とする。

【００１４】このように、１つのマスク（５）を用いる
ことによってゲージ抵抗（６）を形成するために必要と
される工程数を少なくすることができる。

【００１５】なお、各ズレ要因を考慮すると、最大のズ
レ量を例えば約４μｍ程度に設定することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本実施形態における加速度センサ
の正面図を図１に示す。図１に示すようにフレーム部Ａ
と、このフレーム部Ｂに囲まれた重り部Ｂを有してお
り、これらフレム部Ａと重り部Ｂは、これらよりも幅狭
であり略一定幅のビーム部１２によって接続されてい
る。そして、ビーム部１２の両端にはそれぞれゲージ抵
抗６が形成されている。

【００１７】図１に示す加速度センサの製造工程を図２
〜図８に示す。以下、図２〜図８に基づき加速度センサ
の製造方法について説明する。これら図２から図８は、
図１における加速度センサのＡ−Ａ矢視断面部分におけ
る図面である。なお、図２においては図１におけるＡ−
Ａ矢視断面部分を示す図を（ａ）に示し、また参考とし
て（ｂ）に図１におけるＢ−Ｂ矢視断面部分における図
を示す。

【００１８】〔図２に示す工程〕まず、面方位が（１０
０）のＰ^- 型基板１上にＮ^- 型層２をエピタキシャル成
長させる。そして、Ｎ^- 型層２上に酸化膜３を形成する
と共に、この後の工程に移行する際におけるアライメン
ト基準を作成しておく。次に、酸化膜３上にレジスト膜
４を堆積し、所定のパターンを有するマスク５を用いて
アライメント基準にマスク合わせしてレジスト膜４のう
ちゲージ抵抗形成予定領域等を開口させる。

【００１９】具体的に上記マスク５について説明する
と、ゲージ抵抗は後工程で形成されるビーム部の両側に
１つづつ形成されるため、マスク５にはゲージ抵抗形成
領域となる２つの開口部５ａ、５ｂが設けられている。
そして、それぞれのゲージ抵抗を２箇所の応力最大部
（付根部）からビーム部の内側方向へ約４μｍずらして
形成するため、開口部５ａ、５ｂのうち応力最大部に最
も近い端部（以下、開口端という）が応力最大部から左
右それぞれ４μｍづつ内側となる開口パターンを有する
マスク５を用いている。すなわち、両応力最大部の間隔
に比して両開口端の間隔が８μｍ狭い開口パターンを有
するマスク５をウェハ上にマスク合わせしてレジスト膜
４を開口させている。

【００２０】〔図３に示す工程〕その後、ウェハ上方か
らボロン等のイオン注入を行ったのち、このイオンを活
性化させＰ⁺ 型拡散層からなるゲージ抵抗６を形成す
る。 〔図４に示す工程〕つぎに、フォトリソグラフィ工程に
よって電気化学ストップエッチング時の電極コンタクト
となるＮ⁺ 型拡散層７をＮ^- 型層２の表層部に形成す
る。なお、このＮ⁺ 型拡散層７は、後述する上部分離溝
を形成する際にエッチング除去できるように上部分離溝
を形成する予定の領域に形成される。

【００２１】この後、図示しないが、Ｎ^- 型層２表面に
形成されたシリコン酸化膜を選択的に開口してゲージ抵
抗６に接続されるコンタクトホールを形成し、その上に
アルミ配線をパターニング形成する。その後さらに、パ
ッシベーション絶縁膜を堆積したのち、このパッシベー
ション絶縁膜を選択的に開口してワイヤボンディング用
のコンタクトホールを形成する。このとき、Ｎ⁺ 型拡散
層７にコンタクトする通電用のアルミコンタクト部も同
時に形成する。

【００２２】〔図５に示す工程〕つぎに、ウェハの裏面
にプラズマ窒化膜８を形成すると共にアライメント基準
に合わせてフォト・エッチングを行い、プラズマ窒化膜
８のうちビーム部形成予定領域及び上部分離溝形成予定
領域に開口部を形成する。そして、ウェハの表面にレジ
スト膜９をスピンニング塗布し、フォト・エッチングを
行ってＮ⁺ 型拡散層７の上に開口部を形成する。

【００２３】〔図６に示す工程〕この後、ウェハの表面
をワックス１０で保護しつつ、ウェハ上にアルミナから
なる支持板１１を接着したのち、ウェハをエッチング液
に浸漬して電気化学ストップエッチングを行う。なお、
支持板１１上には白金電極が延設されており、この白金
電極の先端をアルミコンタクト部に接触させることによ
り、Ｎ⁺ 型拡散層７を通じてＮ^- 型層２及び基板が通電
され電気化学ストップエッチングが行われる。この電気
化学ストップエッチングによってウェハ下面におけるＰ
^- 型型基板１が選択的にエッチング除去されてビーム部
１２及び下部分離溝１３が形成される。

【００２４】〔図７に示す工程〕つぎに、フッ酸により
プラズマ窒化膜８を除去してから、支持板１１をホット
プレートに載せてワックス１０を軟化させ、ウェハから
支持板１１を剥がす。そして、ウェハを有機溶剤中に浸
漬して、ワックス１０を洗浄したのち、ウェハの裏面全
面にレジスト膜１４を塗布する。

【００２５】〔図８に示す工程〕この後、レジスト膜９
の開口部からＮ^- 型層２をドライエッチングして上部分
離溝１５を形成する。そして、レジスト膜１４を有機溶
剤にて除去して、上部分離溝１５と下部分離溝１３とを
連通させて、貫通溝を形成する。 〔図９に示す工程〕そして、レジスト膜９を酸素プラズ
マアッシングにより除去する。これにより、ビーム部１
２を有する加速度センサが完成する。

【００２６】ここで、上述した様々なズレ要因によって
発生するゲージ抵抗６とビーム部１２の相対的な形成位
置のズレは、最大４μｍ程度であることが分かってい
る。この最大ズレ量を勘案して、上述したようにゲージ
抵抗６を形成するためのマスク５を、応力最大部に対し
てビーム部１２の中心側にそれぞれ約４μｍずれたとこ
ろに開口部５ａ、５ｂを有するものを用いている。

【００２７】すなわち、上記ズレが全くない場合を図１
０（ａ）に示し、図１０（ｂ）に図１０（ａ）のＣ−Ｃ
矢視断面図を示す。これら図１０（ａ）、（ｂ）に示す
ように、マスクのズレが全くない場合には、ビーム部１
２の両側における応力最大部Ｆ１、Ｆ２からビーム部１
２の中心側へそれぞれ４μｍずれた位置にゲージ抵抗６
が形成される。

【００２８】また、上記ズレが最大である場合を図１１
（ａ）に示し、図１１（ｂ）に図１１（ａ）のＤ−Ｄ−
矢視断面図を示す。これら図１１（ａ）、（ｂ）に示す
ように、ゲージ抵抗６の一方は応力最大部Ｆ２から８μ
ｍずれた位置に形成され、他方は応力最大部Ｆ１に形成
される。つまり、ゲージ抵抗６は必ずビーム部１２の内
側に形成される。

【００２９】ところで、上述したように、応力最大部Ｆ
１、Ｆ２からビーム部１２の内側へずれて形成された場
合には感度低下が小さいが、応力最大部Ｆ１、Ｆ２から
ビーム部１２の外側へずれて形成された場合には感度低
下が極めて大きい。しかしながら、各マスクがずれたと
してもゲージ抵抗６が必ずビーム部１２の内側に形成さ
れるため、感度低下を小さいものにすることができる。

【００３０】このように、ビーム部１２における応力最
大部Ｆ１、Ｆ２に対してビーム部１２の中心側にそれぞ
れ約４μｍずれたところに開口部を有するマスク５を用
いてゲージ抵抗６を形成することにより、各マスクにず
れが生じても顕著な感度低下が発生しないようにするこ
とができる。また、上述したように、各マスクのズレ等
によって生じるゲージ抵抗６とビーム部１２の位置関係
の最大のズレ量は約４μｍであったため、マスクの開口
部を応力最大部からそれぞれ４μｍビーム部１２側へず
らしたものにしたが、上記位置関係のズレの大きさに合
わせて開口部の形成位置を設定すればよい。

【００３１】なお、本実施形態においては本発明を加速
度センサに適用したものを示したが、これに限らず圧力
センサ等に適用してもよい。具体的には、圧力センサに
おけるダイヤフラム部の付根に４つのゲージ抵抗を形成
する場合、マスクのズレ等による最大ズレ量を考慮し
て、４つのゲージ抵抗をダイヤフラム部の付根から内側
へ最大ズレ量分ずれた位置に形成されるようなマスクパ
ターンを有するマスクを用いてれば良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態における加速度センサの正面図であ
る。

【図２】図１に示す加速度センサの製造工程を示す説明
図である。

【図３】図２に続く加速度センサの製造工程を示す説明
図である。

【図４】図３に続く加速度センサの製造工程を示す説明
図である。

【図５】図４に続く加速度センサの製造工程を示す説明
図である。

【図６】図５に続く加速度センサの製造工程を示す説明
図である。

【図７】図６に続く加速度センサの製造工程を示す説明
図である。

【図８】図７に続く加速度センサの製造工程を示す説明
図である。

【図９】図８に続く加速度センサの製造工程を示す説明
図である。

【図１０】（ａ）はマスクのズレがない場合における加
速度センサの上面模式図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−
Ｃ矢視断面図である。

【図１１】（ａ）はマスクのズレが最大である場合にお
ける加速度センサの上面模式図であり、（ｂ）は（ａ）
のＤ−Ｄ矢視断面図である。

【図１２】従来の加速度センサの説明図であって、
（ａ）は加速度センサの全体図であり、（ｂ）は（ａ）
の模式的な回路図である。

【図１３】図１１に示す加速度センサにおけるビーム部
１２の拡大図であって、（ａ）はビーム部１２の模式図
であり、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ矢視断面図である。

【図１４】ビーム部１２とゲージ抵抗６がずれて形成さ
れたときの説明図である。

【図１５】ビーム部１２における応力分布を示す説明図
であって、（ａ）はＦＥＭの応力解析図であり、（ｂ）
はフレーム部からの距離に対する応力値を示した相関図
である。

【図１６】ゲージ抵抗６のズレ量と感度の関係を表す相
関図である。

【符号の説明】

１…Ｐ^- 型基板、２…Ｎ^- 型層、４…レジスト膜、５…
マスク、６…ゲージ抵抗、１２…ビーム部、Ｆ１、Ｆ２
…応力最大部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−159435（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−233852（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−237901（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−100475（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01P 15/12 H01L 29/84

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フレーム部（Ａ）に重り部（Ｂ）を支持
   する略一定幅に形成さた薄肉部（１２）を有し、前記フ
   レーム部（Ａ）と前記薄肉部（１２）の付根となる第１
   付根部（Ｆ１）と、前記重り部（Ｂ）と前記薄肉部（１
   ２）の付根となる第２付根部（Ｆ２）のそれぞれに設け
   られた第１、第２のゲージ抵抗（６）によって前記薄肉
   部（１２）の応力変化の検出を行う半導体式加速度セン
   サの製造方法において、 前記第１のゲージ抵抗（６）が前記第１付根部（Ｆ１）
   よりも前記薄肉部（１２）側に第１の所定量ずれた位置
   に、前記第２ゲージ抵抗（６）が前記第２付根部（Ｆ
   ２）よりも前記薄肉部（１２）側に第２の所定量ずれた
   位置に形成されるようにマスク（５）の位置を設定して
   前記第１、第２のゲージ抵抗（６）を形成する工程を有
   し、 前記第１、第２の所定量を前記第１、第２のゲージ抵抗
   （６）と前記薄肉部（１２）の相対的な形成位置の最大
   ズレ量に設定した ことを特徴とする半導体加速度センサ
   の製造方法。
2. 【請求項２】 前記マスク（５）として、前記第１付根
   部（Ｆ１）から前記薄肉部（１２）側へ第１の所定量ず
   れた位置に開口端を有する第１開口部（５ａ）と、前記
   第２付根部（Ｆ２）から前記薄肉部（１２）側へ第２の
   所定量ずれた位置に開口端を有する第２開口部（５ｂ）
   とを有するものを用いることを特徴とする請求項１に記
   載の半導体式加速度センサの製造方法。