JPH03501528A - たわみ体およびウエハーにおけるたわみ体製造方法 - Google Patents

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】 たわみ体およびウェハーにおけるたわみ体製遣方法産業上の利用分野 この発明は、例えば加速度計のようなミクロ機械加工されたセンサに使用するこ とのできる構造体をつくるために、シリコンウェハーなどにつくられるたわみ体 に関するものである。

従来の技術 既知の加速度計の設計において、保証質量体は、その保証質量体が予定の感応軸 に沿って加速度に応じて揺動できるように１個またはそれ以上のたわみ体によっ て支持部に接続されている。従来の加速度計にあっては、たわみ体は保証質量体 を切り出し、残部を機械的に薄くすることによってつくられている。しかしなが ら、単一のシリコン結晶から形成され、ミクロ機械加工されるタイプの加速度計 においては、たわみ体は殆んどエツチング（食刻）技術によってつくられなけれ ばならない。機械的な形成に比して、エツチング工程の比較的非柔軟性のために 、ミクロ機械加工される装置用のシリコンにたわみ体をつくることの選択はいく らか制限されている。既に知られている技術は、シリコンウェハーの一方の表面 にエピタキシーの層をつくることであり、それから、エピタキシーの層をエツチ ング停止として利用して、ウェハーの反対表面に開口をエツチングする。これは 高度の複製技術であるけれども、たわみ体の有効な枢軸をウェハー表面間の中間 点に置（ことができず、ウェハーの一方の表面に置かれるということから損害を 受ける。その結果、加速度計の有効な感応軸はウェハー表面に平行でなく、ハウ ジングに対する装置の整合は、それによってより困難とされる。

発明の要約 この発明は、新規なたわみ体を提供し、特にミクロ機械加工された装置でのシリ コンに利用するために適用される、新規なたわみ体をつくる方法を提供するもの である。

加速度計において、この発明の技術はシリコンウェハーの表面間の中間に有効な 枢軸を有するなわみｍ楕をつくることを可能とする。

第１の特徴において、この発明は、上面および下面を有するウェハーからつくら れた改良されたセンサを提供し、第２部材に枢動可能に接続された第１部材から なるタイプの型の改良されたセンサを提供するものである。

改良されなセンサは、第１部材を第２部材に接続する第１および第またわみ体で あって、各たわみ体が第１部材に対して共通枢動の周りの第２部材の揺動を可能 とするものから構成される。第またわみ体は、ウェハーの下面より上面により近 接する位置で第１部材に接続され、ウェハーの上面より下面により近接する位置 で第２部材に接続される。第またわみ体は、ウェハーの上面より下面により近接 する位置で第１部材に接続され、ウェハーの下面より上面により近接する位置で 第２部材に接続されている。その結果、非常に安定な“十字状たわみ体”配置が 得られる。

第２の特徴において、この発明は、ウェハーの第２部、分にたわみ可能に接続さ れるウェハーの第１部分をつくるために、上面と下面を有するウェハーを加工す る方法を提供する。この方法は、ウェハーの上面と下面にそれぞれ第１および第 ２の渭をエツチングし、第１および第２の渭がそれぞれ第１および第２長軸を有 することからなっている。第１の溝をエツチングする段階は、第１長軸に平行で ウェハーの上面と鋭角で交差する第１平面の一方の側面でウェハー材料を取り除 くことからなっている。第２の清をエツチングする段階は、第２長軸に平行でウ ェハーの下面と鋭角で交差する第２平面の一方の側面でウェハー材料を取り除く ことからなっている。第１および第２の渭の位置と深さは、第１および第２平面 間のウェハーの断面がウェハーの第１および第２部分を互いに接続するたわみ体 を形成するように選ばれる。この方法は上述の十字状たわみ体をつくることを与 える。

図面の簡単な説明 第１〜４図はこの発明による単一だわ１体の製造を示し、第１．２および４図は 断面図、第３図は平面図、第５〜８図はこの発明による交差した１対のたわみ体 構造体を示し、第５および８図は平面図、第６および７図は断面図、第９および １０図は２個の交差したたわみ体の対を使用して形成した加速度計を示す側面図 および平面図である。

実施例 この発明の一般的な技術内容は第１〜４図を参照して説明される。第１図はシリ コンウェハー１２の側面または断面を示す図である。ウェハー１２は上面１４と 下面１６とを有している。上面１４はマスキング層２０（例えば２酸化シリコン ）で被覆され、下面１６も同様にマスキング層２２で被覆されている。上面１４ および下面１６は＜１００＞の方向性を持ち、すなわち、これらの表面が＜１０ ０＞の結晶平面に平行であると想定されている。

好適な具体例においては、この発明の方法は、第２区および第３図に示されるよ うに、マスキング層２０および２２にそれぞれ長方形の開口２４および２６をつ くることによって進められる。開口２４は中央長軸３０と整列され、開口２６は 中央長軸３２と整列されている。長軸は相互に平行であり、ウェハー表面１４お よび１６に対しても平行である。第３図は、例示を簡略にするために、長軸３２ を仮想線で示し、開口２６は示されていない、長軸３２は長軸３０から横側に、 長軸３０および３２に直角な方向にずれており、ウェハー表面１４および１６に 対して平行である。長軸３０と３２とは、好ましくは、＜１１０＞の結晶面に平 行に整列され、それらの結晶面はシリコンウェハーの平滑な部分または切欠によ ってシリコンウェハーに典型的に浮き出されている。

例示の具体例における次の段階は異方性のエツチング剤（液）を使用してウェハ ーの表面および下面をエツチングすることである。結果として、第４図に示され るように、Ｖ形７１Ｉ４０および４２がウェ、バーの上面および下面に形成され る。溝の外側端縁、すなわち、溝４０の上部端縁および渭４２の下部端縁はマス キング層２０および２２の開口とそれぞれ整列している。各溝は４個の側壁から なり、それぞれの側壁は、渭がエツチングされているウェハー表面に対して約５ ５°の角度をなす＜１１１＞結晶面に沿って延びている。かくして、それぞれの 渭４０と渭４２はその長軸に対する正常面においてｖ形の断面を有している。開 口２４および２６をつくる位置およびその大きさは、溝４０と渭４２がエツチン グされた時に、渭４０の側壁４４と渭４２の側壁４６とが両溝間にたわみ体を形 成するために協同するように選ばれる。たわみ体５０は、好ましくは、長軸３０ と３２に平行な方向に沿って均一な断面を有している。たわみ体はウェハー１２ の第１部分５２と第２部分５４とを連結し、部分５２は部分５４に対して、開口 ２４および２６（第２図）のそれぞれの長軸３０および３２に平行でかつその中 間にある枢軸５６の周りに揺動することができる。枢軸５６は、かくしてウェハ ー表面１４と１６の間の中間に位置づけられる。その結果、第１〜４図に示され る技術が加速度計の保証質量体および関連のたわみ体を形成するために使用され る場合には、加速度計の感応軸は表面１４および１６に対して直角であろう。

この発明による十字状たわみ体対の製造は第５〜８区に示されている。先ず、第 ５図および第６図を参照するに、ウェハー６２は、それぞれマスキング層７０お よび７２を有している上面６４と下面６６とを含んでいる。

マスキング層７０は、第５図に太い線で示される複合開口８０を有し、この複合 開口８０はサイド開口８１、中央開口＄２およびサイド開口８３からなっている 。同様に、下部マスキング層７２は、第５図に仮想線で示される複合開口９０を 有し、この複合開口９０はサイド開口９１、中央開口９２およびサイド開口９３ を有している。

表面６４と６６の平面において、中央開口８２および９２は互いに同じ広さであ り、たわみ体の枢軸になる軸心９６に関して対称である。サイド開口８１は中央 開口８２の最右端縁に整列したその最右端縁を有しているが、中央開口８２の左 端縁に比較すれば、軸！！９６に向って内方に務動している。その結果、サイド 開口８１は軸心９６の右側へいくらかずれている。下部マスキング層７２のサイ ド開口９１も、軸心９６の左側に同じ距離だけずれており、かくして、サイド開 口８１と９１とは相互に対して整合し、第２図に示される開口２４と２６との整 合と同様である。サイド開口８３と９３とも同様な相対的整合を有するが、この 開口の対の場合には、上部マスキング層７０のサイド開口８３が下部マスキング 層７２のサイド開口９３に対して左側に位置している。

第５図および第６図に示される構造体の異方性エツチングによるエツチングの結 果は上記第１〜４図で行なわれたところと同様であり、マスキング層の除去につ いては第７図および第８図に示されている。サイド開口８１および９１によるエ ツチングは、その間にたわみ体１０８を形成する側壁１０４と１０６をそれぞれ 有する■形溝１００および１０２をつくる。サイド開口８３および９３によるエ ツチングは、その間にたわみ体１１８を形成する側壁１１４ど１１６をそれぞれ 有する■形溝１１０および１１２をつくる。中央開講８２および９２によるエツ チングは、たわみ体間に開講１２０をつくるために、完全にウェハー６２を貫通 するように行なわれる。

第１〜４図の具体例と同様に、たわみ体１０８と１１８とはウェハー６２の第１ および第２部分１２４と１２６とが、たわみ体の中間点を通る、すなわちウェハ ー６４の表面６４と６６どの中間に位置している枢軸１２８の周りで相対的に揺 動することを可能にする。さらに、たわみ体１０８および１１８は、第７図に示 されるように、互いに交差し、単一たわみ体の枢軸が角度的屈服性を持つのに対 し、Ｓ字曲りやたるみを減少する非常に安定した構造体をつくるものである。

第９図および第１０図はこの発明によって形成されたたわみ体を用いて構成され た加速度計を示している。加速度計は指示部１３２から十字状たわみ体対１３４ および１３６によって懸架されている保証質量体１３０を含んでいる。第に型振 動ビーム力変換器１４０がウェハーの上面１４２に形成されているのに対し、同 じ第２二重振動ビーム力変換器１４４がウェハーの下面１４２に形成されている 。結果として、保証質量体の有効な枢軸１５０が上面と下面１４２と１４６の中 間および同様に力変換器１４０と１４４の中間にあることになる。たわみ体は第 １〜８図について上述したところと類似の方法で単一のシリコン結晶からエツチ ングされるものである。

この発明の好適な具体例について図示し、説明されているけれども、種々の変更 がこの技術分野の専門家にとって明らかである。したがって、この発明の範囲は 特許請求の範囲を参照することによって決定されるだろう。

１０り 補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の７第１項）平成　２年１０月２２日

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. （１）上面と下面（６４，６６，１４２，１４６）を有するウェハー（６２）か らつくられ、第１部材（１２４，１３０）が第２部材（１２６，１３２）に枢動 的に接続されたセンサにおいて、前記第１部材を前記第２部材に接続する第１お よび第２たわみ体（１０８，１１８）と、それらのたわみ体が共通の枢軸（１２ ８）の回りで第１部材に対して第２部材の揺動を許容するものであることと、前 記第１たわみ体がウエハーの下面より上面により接近した位置で第１部材に接続 され、ウェハーの上面より下面により接近した位置で第２部材に接続されたもの であることと、前記第２たわみ体がウェハーの上面より下面により接近した位置 で第１部材に接続され、ウェハーの下面より上面により接近した位置で第２部材 に接続されたものであることとからなるセンサ。
2. （２）第１たわみ体および第２たわみ体がウェハーの上面と下面の間を通って延 びる開口（１２０）の両側に位置しているところの請求項（１）記載のセンサ。
3. （３）各たわみ体が実質的に平らで、ウェハーの上面と下面にそれぞれエッチン グされた一対の溝（１００，１０２，１１０，１１２）の間のウェハー材料から 形成されているところの請求項（２）記載のセンサ。
4. （４）ウェハーがシリコンからなり、その上面と下面が＜１００＞結晶表面に平 行であるところの請求項（３）記載のセンサ。
5. （５）共通枢軸が＜１１０＞結晶表面に平行であり、各溝がその枢軸に直角な平 面でＶ形断面を有するところの請求項（４）記載のセンサ。
6. （６）ウェハーの第２部分（５４，１２６）にたわみ可能に接続されるウェハー の第１部分（５２，１２６）をつくるように、上面と下面（１４，１６，６４， ６６）を有するウェハーを加工する方法において、ウェハーの上面に第１の溝（ ４０，１００）をエッチングすること、第１の溝が第１長軸（３０）を有するこ と、第１長軸に平行でかつ上面と鋭角で交差する第１平面の一方の側面でウェハ ー材料を取り除くことからなる第１の溝をエッチングする段階と、ウェハーの下 面に第２の溝（４２，１０２）をエッチングすることと、第２の溝が第２長軸（ ３２）を有することと、第２長軸に平行で下面と鋭角で交差する第２平面の一方 面でウェハー材料を取り除くことからなる第２の溝をエッチングする段階と、第 １および第２平面間でウェハーの一部分がウェハーの第１部分と第２部分とを互 いに接続するたわみ体（５０，１０８）を形成するように、第１および第２の溝 の位置と深さが選択されることとからなるウェハーを加工する方法。
7. （７）たわみ体が、ウェハーの下面より上面により近接した位置で第１部分に接 続され、ウェハーの上面より下面により近接した位置で第２部分に接続されてい るウェハーを加工する方法において、ウェハーの第１面に第３の溝（１００）を エッチングすることと、第３の溝が第３長軸を有１することと、第３長軸に平行 で第１面と鋭角で交差する第３平面の一方の側面でウェハーの材料を取り除くこ とからなる第３の溝をエッチングする段階と、ウェハーの第２面に第４の溝（１ １２）をエッチングすることと、第４の溝が第４長軸を有することと、第４長軸 に平行で第２面と鋭角で交差する第４平面の一方の側面でウェハーの材料を取り 除くことからなる第４の溝をエッチングする段階と、第３平面と第４平面との間 でウェハーの一部分がウェハーの第１および第２部分を互いに接続する第２たわ み体（１１８）を形成するように、第３と第４の溝の位置と深さとが選ぼれるこ とと、第２たわみ体が、ウェハーの上面より下面により近接した位置で第１部分 に接続され、ウエハーの下面より上面により近接した位置で第２部分に接続され ていることと、前記第１たわみ体と第２たわみ体とは、ウェハーの第１部分がウ ェハーの第２部分に対して共通枢軸（１２８）の周りで揺動できるように適応さ せられていることとからなる段階をさらに含むところの請求項（６）記載の方法 。
8. （８）上面および下面間、そしてたわみ体間に広がる開口をエッチングする段階 をさらに含むところの請求項（７）記載の方法。
9. （９）ウェハーがシリコンからなり、その上面と下面とが＜１００＞結晶面に平 行であるところの請求項（６）記載の方法。
10. （１０）第１および第２長軸が＜１１０＞結晶面に平行であり、各溝が枢軸に直 角な面でＶ形断面を有するところの請求項（９）記載の方法。
11. （１１）ウェハーがシリコンからなり、その上面と下面とが＜１００＞結晶面に 平行であるところの請求項（７）記載の方法。
12. （１２）共通枢軸が＜１１０＞結晶面に平行であり、各溝が枢軸に直角な面でＶ 形断面を有するところの請求項（１１）記載の方法。