JPH03112170A - 加速度センサおよびその製造方法 - Google Patents

加速度センサおよびその製造方法

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JPH03112170A
JPH03112170A JP24906489A JP24906489A JPH03112170A JP H03112170 A JPH03112170 A JP H03112170A JP 24906489 A JP24906489 A JP 24906489A JP 24906489 A JP24906489 A JP 24906489A JP H03112170 A JPH03112170 A JP H03112170A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は地震、物体の移動、衝突等の加速度を検出する
加速度センサおよびその製造方法に関するものである。
〔従来の技術〕
第6図は従来の加速度センサの一例を示す断面図である
。同図において、1はシリコン基板、2はシリコン基板
1の裏面側に四角形状にわたって断面がほぼ台形状にエ
ツチング加工によシ形成された溝、3はシリコン基板1
への溝2の形成によシ台形の島状に形成された厚肉状の
慣性質量部、4はシリコン基板1に対して溝2の形成に
よって慣性質量部3を懸架して支持する可動部としての
薄肉状起歪部であシ、これらのシリコン基板1゜溝2.
慣性質量部3および起歪部4によりセンサチップ5を構
成している。また、6はシリコン基板1の表面側に形成
された電極域シ出し部、7はシリコン基板1の表面側に
上記慣性質量部3を被覆して固定配置された上部キャッ
プ、8は上部キャップTの内面に慣性質量部3と対向し
て形成された上部電極、9はシリコン基板1の裏面側に
慣性質量部3を被覆して固定配置された下部キャップ、
10は下部キャップ9の内面に慣性質量部3と対向して
形成された下部電極、11は空隙部からなる容量形成部
である。
このような構成において、センサに加速度が加わると、
慣性質量部3の位置が変位し、対向する上部電極8と下
部電極10との間で容量値が変化して加速度が検出され
ることになる。一方、過大な加速度が加わった場合には
、上、下のキャップ7.9がストッパーの役割を果たし
、起歪部4の過度な変形による破壊を防ぐ構造になって
いる。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし々がら、このように構成された加速度センサは、
センサチップ5と上部キャップ7と下部キャップ9との
3点の主構成部材から構成されておシ、これらの3点の
構成部材にはそれぞれ寸法上のばらつきを有しているこ
とから、次のような問題があった。すなわち、 (&)3点の構成部品の組み付は時の位置合わせが極め
て困難であった。
(b)上部キャップ7および下部キャップ9とセンサチ
ップ5との間隙の完成寸法が大きくばらつくことから、
耐圧に余裕をもたせる必要があシ、高感度な加速度セン
サの設計が困難であった。
(、)慣性質量部3の底面が直接ストッパに当る構成に
なっているため、慣性質量部3の形状や下側プレートの
形状の設計の自由度が小さかった。
したがって本発明は、前述した従来の課題を解決するた
めに表されたものであシ、その目的は、加速度に対する
感度を向上させかつ小屋でしかも高耐圧で量産を可能と
した加速度センサおよびその製造方法を提供することに
ある。
〔課題を解決するための手段〕
このような課題を解決するために本発明による加速度セ
ンサは、シリコン基板内に一定の間隙幅を有するL字状
の断面構造をもつ溝を形成し、このシリコン基板の表面
部分にシリコン薄肉状の一対の起歪部を形成し、との起
歪部間にシリコン厚肉状の慣性質量部を懸架支持させた
ものである。
また、本発明による加速度センサの製造方法は、第1の
シリコン基板の一方の面に溝を形成した後、その上に起
歪部となる第2のシリコン基板を接着し、他方の面から
上記の溝と連結する溝を形成してL字状の断面構造をも
つ溝を形成することにより、シリコン基板の表面部分に
シリコン薄肉状の起歪部が形成される。
〔作用〕
本発明においては、シリコン基板内にL字状の溝が一定
の間隙幅を有して高精度で形成される。
〔実施例〕 以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。
第1図は本発明による加速度センサの一実施例を示す断
面図であシ、前述の図と同一部分には同一符号を付しで
ある。同図において、シリコン基板10表面と平行とな
る裏面を結晶面の(110)面とし、この裏面側には結
晶面の(110)面と垂直方向に結晶面の(112)軸
に涜って異方性エツチングによシ食刻されて断面がはt
X逆り字状の一対のL字状溝2m’+2b’が一定の間
隙を有して平行に形成されている。そして、この逆り字
状の溝2a/。
2b/の形成によってシリコン基板1の上部にはシリコ
ン基板1の薄肉部からなる一対の起歪部4th。
4bが形成されるとともにこの一対の起歪部4m+4b
との間にはtlぼ直方体を有するシリコン基板1の厚肉
部からなる慣性質量部3′が支持されて形成され、さら
にこの慣性質量部3/の表面には対向する下部電極10
が形成されている。
このような構成によれば、慣性質量部3′がメサ型では
なく、任意の大きさの直方体状で形成されるので、その
質量が増加し、感度向上が計れる。
また、一対の溝2a’12b’をシリコン基板1内に逆
り字状に形成したことによシ、容量形成部11に加速度
が加わり、慣性質量部3/が下方向に慣性力Fが与えら
れても第2図に示すように一対の薄肉状起歪部4m、4
bが逆り字状溝2a’12b’内のそれぞれの角部1a
r1bに当接して支持され、さらに大きな加速度が加わ
)、第3図に示すように慣性質量部31に多大な慣性力
F′が与えられても一対の薄肉状起歪部4m 、 4b
がそれぞれ4A、4Bを支点としてそれぞれ角部1a、
lbに当接して慣性質量部3′の底面が基台に接触する
範囲まで支持させることができる。したがって過大な加
速度に対しても、2段構えの最終ストッパとしての機能
が得られ、それ以上の変形による破壊を防止することが
できる。
第1図は本発明による加速度セ/すの他の実施例を示す
断面図であり、前述の図と同一部分には同一符号を付し
である。同図において、第1図と異なる点は、シリコン
基板10表面が(100)面である点でこの結晶面の(
100)面に対して異方性エツチングを行なって結晶面
の(110)軸方向に沿った溝2&’j2b’が形成さ
れて加速度センサが構成されている。
このような構成においても前述と全く同等の効果が得ら
れる。
第5図(、)〜0)は本発明による加速度センサの製造
方法の一実施例を説明する工程の断面図である。
同図において、まず、同図(畠)に示すようにP型シリ
コン基板10表面に例えばSi3N4 などのエツチン
グマスク材21を成膜した後、このエツチングマスク材
21に前記逆り字状溝2m’+ 2b’内のシリコン基
板1表面と平行とカる部分に相当する一対の窓パターン
21鼻、 21bを7オトリソグラフイ技術によυパタ
ーニングして形成し、この一対の窓パターン21m 、
 21b内を例えばKOHなどのエツチング液により異
方性エツチングを行なって一対の# 22m 、 22
bを形成した後、エツチングマスク材21を除去する。
次に同図(b)に示すように一対の溝22m 、 22
b内で前記逆り字状溝2m’+ 2b’のシリコン基板
1表面と垂直となる部分に図示しないが例えば熱酸化膜
などのマスク材を成膜し、シリコン基板10表面および
一対の溝22m 、 22b内に例えばリンなどを熱拡
散してn型不純物拡散層23を形成する。次にこのシリ
コン基板1の裏面側に前述と同様な方法によシ513N
4のエツチングマスク材を形成し、KOHで異方性エツ
チングを行なって前記慣性質量部3′となる部分に溝2
4を形成する。次に同図(d)に示すよう表面に11型
不純物拡散層23を形成したシリコン基板1上に、一方
の面にn型エピタキシャル層25を形成したP型シリコ
ン基板26を例えば1000〜1100℃の酸化雰囲気
中で7ユージヨンボンドを行なってそのn型エピタキシ
ャル層25側を直接接合し一体化する。次にこのn型エ
ピタキシャル層25を形成したシリコン基板26を例え
ばKOH溶液中に浸漬し、n型不純物拡散層23が形成
されたシリコン基板1に数〜IOV程度の正電位を与え
てエツチングを行なうと、同図(・)に示すようにn型
エピタキシャル層25の部分でエツチングが止シ、同図
(d)に示したシリコン基板26はエツチング除去され
る。次に同図(f)に示すようにn型エピタキシャル層
25の表面所定位置に下部電極10および電極数シ出し
部6を形成した後、シリコン基板1の裏面側に前述と同
様な方法によ’り5t3N<のエツチングマスク材を形
成し、KOH溶液中に浸漬し、n型エピタキシャル層2
5に数〜10数ボルト程度の正電位を与えてエツチング
を行なうと、n型エピタキシャル層25およびn型不純
物拡散層23の部分でエツチングが止シ、前述した一対
の溝22m 、 22bにそれぞれ連通する一対の逆り
字状溝26m 、 26bが形成される。次に同図(x
’)VC示すようにn型エピタキシャル層25上に、内
面凹部に上部電極8を形成したパイレックス製キャップ
Tを陽極接合法によυ接合して第1図と同等の加速度セ
ンサが完成される。
このような方法によれば、慣性質量部3′を懸架支持す
る一対の逆り字状の溝2m’ + 2b’が、シリコン
基板1の異方性エツチングおよび電界ストップエツチン
グ技術によシシリコン基板10表面と平行な一対の溝2
2m 、 22bおよび連通する垂直な溝26& 、 
26bを食刻することにより形成できるので、シリコン
基板1の表面には一対の起歪部4&。
4bが高感度構造で形成できるとともにこの一対の起歪
部4m、4bと正確な位置に慣性質量部3′の過大変位
をストップさせる角部1m、1bが高精度で形成するこ
とができる。また、上述した工程は、通常のIC製造プ
ロセスと同様にφ4′ウェハから一度に500〜100
0個形成できるため、量産性もある。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、シリコン基板内に
一定の間隙幅を有する一対のL字状の溝を形成し、この
シリコン基板の表面部分にシリコン薄肉状の一対の起歪
部を形成してこの一対の起歪部間にシリコン厚肉状の慣
性質量部を支持させたことによシ、高感度および高耐圧
が達成できるとともに高感度と高耐圧という相矛盾する
特性の設計自由度が大幅に拡大される。また、表面に下
部電極を形成したセンサチップと内面に上部電極を形成
したキャップとを対向配置させて構成されるので、主構
成部材が従来の3点から2点に軽減されるとともに小型
化が可能となるなどの極めて優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による加速度センサの一実施例を示す断
面図、第2図および第3図は第1図の加速度センサの作
用を説明する断面図、第1図は本発明による加速度セン
サの他、の実施例を示す断面図、第5図(&)〜(X)
は本発明による加速度センサの製造方法の一実施例を示
す工程の断面図、第6図は従来の加速度センサの構成を
示す断面図である。 1・e・・シリコン基板、1畠、1b−−・−角部、2
&’+ 2&’+ 2b’、 2bla @ @ a溝
、3’@@@・慣性質量部、4m、4b・・・・起歪部
、4A、4BΦ・・・支点、6・−・・電極域シ出し部
、1−−・・上部シリコンキャップ、8・・・・上部電
極、10・・・・下部電極、11・・・・容量形成部、
21・・・・エツチングマスク、21m。 21b・・・・窓パターン、22m + 22b・・・
e溝、23・・・eH型不純物拡散層、24@e・・溝
、25・・・・n型エピタキシャル層、26m 、 2
6b・・・・逆り字状溝。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)シリコン基板の一方の面と垂直方向に一定の間隙
    幅を有して第1の溝を設けるとともにこの第1の溝の底
    部と連結してこのシリコン基板面と平行方向に外側方向
    へ向つて所定の間隙幅を有する第2の溝を設けてシリコ
    ン基板と垂直方向の断面がL字状の溝を形成してシリコ
    ン基板の他方の面に形成されたシリコン薄肉状の起歪部
    と、この起歪部間に懸架支持されたシリコン厚肉状の慣
    性質量部と、このシリコン基板の他方の面に形成された
    下部電極と、とのシリコン基板の他方の面上に接着配置
    されたキャップと、このキャップの内面に下部電極と対
    向して配置された上部電極とを備えたことを特徴とする
    加速度センサ。
  2. (2)第1の第1導電型のシリコン基板の一方の面に第
    2の溝を形成する工程と、第2の溝内の一部分を除き第
    1の第1導電型のシリコン基板の一方の面に第2導電型
    の不純物拡散層を形成する工程と、第1の第1導電型の
    シリコン基板の他方の面に第2の溝と所定の位置関係を
    有して第3の溝を形成する工程と、一方の面に第2導電
    型のエピタキシャル層を有する第2の第1導電型のシリ
    コン基板をその第2導電型のエピタキシャル層を第1の
    第1導電型のシリコン基板の第2導電型の不純物拡散層
    形成面と接着する工程と、第2の第1導電型のシリコン
    基板の第2導電型のエピタキシャル層に正電位を印加し
    ながら第2の第1導電型のシリコン基板をエッチング除
    去する工程と、第2導電型のエピタキシャル層の表面に
    下部電極を形成する工程と、第2導電型のエピタキシャ
    ル層に正電位を印加しながら第1の第1導電型のシリコ
    ン基板の他方の面から第2の溝に対応する個所をエッチ
    ングし第2の溝と連結する第1の溝を形成する工程と、
    第2導電型のエピタキシャル層上に内面凹部に上部電極
    を形成したキャップを接着する工程とからなる加速度セ
    ンサの製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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