JPH04102066A - 加速度センサ及びその製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、特に自動車用の加速度センサとして広く用い
られており、シリコン製のカンチレバーに生じる歪によ
り加速度検出を行う加速度センサ（半導体加速度センサ
）及びその製造方法に関する。

〔従来の技術〕

半導体加速度センサは、基端に台座を備え、中途に薄肉
部を設けたシリコン製のカンチレバーの先端に重錘を固
定し、加速度の作用による該重錘の振れに伴って前記薄
肉部に生じる歪を、これの表面に拡散抵抗により構成し
たブリフジの出力として検出するものであり、小型化が
容易であると共に劣悪な環境下での使用が可能であるこ
とから、自動車用等、配設空間が限定される用途に最適
なものとして広く用いられている。そしてこの種の加速
度センサは、従来、シリコン基板の中途を薄肉化してな
るカンチレバーを作成し、この薄肉部の基端側を台座と
するか、又は台座に固定し、また先端側に重錘を取付け
る手順にて製造されている。

第１２図〜第１４図は、従来の加速度センサの製造手順
の説明図である。まず第１２図に示す如く、素材となる
シリコン基板１の表面をシリコン酸化膜１０にて被覆し
て、これの欠落部に歪検出用のブリッジを構成する拡散
抵抗１１を形成し、前記ブリッジの人、出力用の電極１
２を取付けた後、これらの表面をシリコン酸化膜１０の
表面と共に、パッシベーション膜１３のガラスコートで
覆う。次いで第１３図に示す如く、表面側の前記拡散抵
抗１１に対応する位置にエツチング孔１５を有するエツ
チングマスク１４により前記シリコン基［１の裏面を被
覆し、裏面側からのエツチングにより前記エツチング孔
１５の相当位置に所定深さの凹部１６を形成する。これ
により第１４図に示す如く、前記凹部１６の底面とシリ
コン基板１の表面との間に薄肉部２が得られ、該薄肉部
２の一側（図における左側）に台座３が、また他側にカ
ンチレバー４が夫々得られることになり、このカンチレ
バー４の先端に接着等の接合手段により重錘５を固定す
ることにより加速度センサが構成される。

〔発明が解決しようとする課題〕

さて以上の如く製造される加速度センサの検出感度は、
カンチレバー４及び重錘５の重量、重錘５の固定位置、
並びに薄肉部２の厚さ及び平面積に依存する。ところが
従来においては、前述の如く薄肉部２の形成後になされ
る重錘５の固定に際しての作業性が極めて悪く、所定位
置への固定がなされない虞があり、また、前記薄肉部２
の厚さはシリコン基板１の裏面側から行われる前記凹部
１６のエツチング時間により管理されるが、このエツチ
ングは多数のウェハを一単位とするハツチ処理であるた
め、各ウェハの面内、ウェハ間、及びハノ千間でのエツ
チングレートの相違により、薄肉部２の厚さにばら付き
が生しることが避けられない問題があって、所定の検出
感度を安定的に実現することが困難であった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、重錘
の位置及び薄膜部の厚さの管理が容易であり、バッジ処
理により所望の感度を安定的に実現し得る加速度センサ
及びその製造方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る加速度センサは、台座、カンチレバー、重
錘及び薄肉部を、シリコン基板の所要部分のエツチング
により一体的に構成したものであり、また本発明に係る
加速度センサの製造方法は、素材となるシリコン基板の
裏面側からの異方性エツチングにより、裏面の周縁と内
側とを一部の連結部位を除いて隔絶するエツチング溝を
形成し、連結部位両側の工・ッチング溝間でのサイドエ
ッチにより連結部位の一部を薄肉化して薄肉部を構成し
、更にエツチング溝の相当部分でのシリコン基板の表面
側からのプラズマエツチングにより、エツチング溝を表
面側に貫通させて、これの周縁側を台座とし、また内側
をカンチレバー及び重錘とするものである。

〔作用〕

本発明においては、シリコン基板の異方性エンチングが
、＜１１１＞方向には殆ど進行しないことを利用し、ま
ず裏面側からのＨ００＞方向へのエツチングにより、こ
のとき使用するエツチングマスクのサイズにより定まる
所定深さのエツチング溝を形成して、シリコン基板の周
縁部と内側とを一部の連結部位を除いて隔絶し、次いで
この連結部位両側のエツチング溝間にてＨ’ｌＯ）方向
へ進行するサイドエ・ノチにより、エツチング溝の深さ
に相当する深さの凹部を形成して、この形成範囲に一定
厚さの薄肉部を構成し、更に前記エツチング溝をプラズ
マエツチングにより表面側に連通させて、エツチング溝
にて隔絶された周縁側の部分を台座として、同じ（内側
の部分をカンチレバー及びこれと一体化された重錘とし
て分離せしめ、このカンチレバー及び重錘が前記薄肉部
を介して周縁の台座に支えられた構造をなす加速度セン
サを得る。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面に基づいて詳述する
。第１図は本発明に係る加速度センサの平面図、第２図
は第１図のｎ−ｎ線による縦断面図である。

本発明に係る加速度センサは、平面視にて矩形をなすシ
リコン基板１を素材とし、第１図中にクロスハツチを施
して示す如く、該シリコン基板１を表裏に貫通する貫通
溝１ａにより、−個所の連結部位を除いて周縁部と内側
とに切離し、周縁部に台座３を、また内側に重錘５、カ
ンチレバー４及び薄肉部２を一体的に構成してなる。前
記貫通溝１ａにより周縁部の台座３と隔絶さ九た内側部
分は、平面視にて丁字形をなし、このＴ字の縦棒相当部
分の先端が前記台座３との連結端となっており、本発明
に係る加速度センサの製造方法（以下本発明方法という
）においては、この連結端近傍が後述の如き処理により
薄肉部２とされ、Ｔ字の縦棒相当部分の残部によりカン
チレバー４が、また横棒相当部分により重錘５が一体的
に構成される。

前記貫通溝１ａは、後述する如く、シリコン基板１の一
面（裏面）側からの異方性エツチングにより他面（表面
）に向けて形成された三角形断面のエツチング溝１ｂを
、表面側からのプラズマエツチングにより形成された一
定幅のエツチング溝ＩＣにて表面側に貫通せしめ、第２
図に示す如き断面形状を有してなる。第１図は、エツチ
ング溝１ｂの傾斜面が見える側、即ち裏面側からの平面
図となっており、図中のクロスハツチは、エツチング溝
ＩＣの相当部分にのみ施しである。前記薄肉部２は、前
記連結部位の両側に位置するエツチング溝１ｂ、ｌｂを
、両者間にて後述の如く進行するサイドエッチにより相
互に連通セしめ、第２図に示す如く台形断面をなす凹部
１６を形成して、この凹部１６の底面とシリコン基板１
の表面との間に構成される。

以上の如く本発明に係る加速度センサは、矩形枠形の台
座３の内側に、カンチレバー４と重錘５とが薄肉部２の
みによって支えられた構造となっており、台座３を適宜
の測定位置に固定して、この測定位置における加速度を
カンチレバー４及び重錘５に作用せしめて用いられ、こ
のとき薄肉部２に生じる歪を媒介として前記加速度を検
出する。

次に以上の如き構成の加速度センサを得るための本発明
方法の実施手順について説明する。

第３図〜第７図は、第１図のｍ−ｍ線断面における薄肉
部２の構成手順の説明図である。まず第３図に示す如く
、素材となるシリコン基板１の表面をシリコン酸化膜１
０にて被覆して、これの欠落部に歪検出用のブリッジを
構成する拡散抵抗１１を形成し、これに前記ブリッジの
人、出力用の電極１２を取付けた後、これらの表面をシ
リコン酸化膜１０の表面と共に、パッシベーション膜１
３のガラスコートで覆う。以上の手順は従来の方法と同
様であるが、本発明方法においては、薄肉部２を台座３
から遮断する貫通溝１ａの形成のため、前記拡散抵抗１
１の両側部分において、シリコン酸化膜１０とパッシベ
ーション膜１３とをエツチングにより除去しておく。こ
の除去は、シリコン基板１の表面側における前記貫通溝
１ａの形成範囲全体に亘って実施され、後述の如く、こ
の際の除去部分の幅が表面側からのプラズマエツチング
によるエンチング溝１ｃの幅となる。

次いで、シリコン基板１の裏面側からの異方性エツチン
グの実施のため、該シリコン基板１の裏面にエツチング
マスク１４を形成する。このエツチングマスク１４の平
面図を第８図に示す。本図に示す如くエツチングマスク
１４は、前記台座３に相当する周縁部分１４ａと、カン
チレバー４及び重錘５に相当する丁字形の内側部分１４
ｂとを、前記貫通溝１ａの形成位置に対応して形成され
たエツチング孔１５により、薄肉部２に相当する連結部
分１４ｃを除いて隔絶した平面形状を有している。この
エツチングマスク１４の形成により、前記■−■線によ
る断面においては、第４図に示す如く、拡散抵抗ＩＬＩ
Ｉの形成部位の裏面側が前記連結部分１４ｃにて被覆さ
れ、またシリコン酸化膜１０及びパッシベーション膜１
３の除去部分の裏面側相当位置にエツチング孔１５が位
置し、更に該エツチング孔１５の外側が前記周縁部分１
４ａにて被覆された状態となる。

エツチングマスク１４の後、ＫＯＨ等の異方性エッチャ
ントを用い、シリコン基板１の裏面側からエツチングを
行う。このときＨ１１＞方向のエッチレートがＨＯＯ）
方向のそれに比して著しく小さいことから、シリコン基
板１の裏面側での前記エツチング孔１５の形成部分にて
生じるエツチングは、裏面に対し所定角度（具体的には
５４．３°）だけ傾斜する傾斜面に沿って進行して、前
記エツチング孔１５の幅方向両辺を起点とする傾斜面が
交叉する位置にて殆ど停止し、第５図に示す如く、この
交叉位置を頂点とする三角形断面のエツチング溝１ｂが
形成される。そしてこのようにして得られるエンチング
溝１ｂの深さｈは、エツチング孔１５の幅寸法Ｄ（第８
図参照）のみに依存するから、エツチングマスク１４の
形成に際し、次式にて算出された幅りを有するエツチン
グ孔１５を設けるだけの容易な作業により、エツチング
溝１ｂの深さｈを正確に管理することができる。

Ｄ　＝　２　　・ｈ　／　　ｊａｎ５４．３°　　　　
−（１）さて、＜１００＞方向へのエツチング完了後、
更にエツチングを続行すると、Ｈ１１）方向のエツチン
グは殆ど進行しないが、Ｈ１０＞方向のエツチングは比
較的速く進行し、第５図中に破線にて示す如く進行する
サイドエッチにより、拡散抵抗１１の形成位置両側のエ
ツチング溝１ｂ、　Ｉｂ間の部分が、拡散抵抗１工の形
成位置の裏側全体に亘って食刻され、最終的には第６図
に示す如く、前記エツチング溝１ｂ、　ｌｂを相互に連
通してなる台形断面の凹部１６が形成され、該凹部１６
の底面とシリコン基板１の表面との間に、表面側に拡散
抵抗１１を備えた薄肉部２が構成される。なおこのとき
前記サイドエッチは、エツチング溝１ｂの深さ範囲内に
おいてのみ進行し、得られる凹部１６の深さは、先に得
られたエツチング溝１ｂの深さｈに略等しくなる一方、
この深さｈは前述の如く容易にしかも正確に管理できる
から、所望の一定厚さを有する薄肉部２を安定的に得る
ことができる。

以上の如く裏面側からの異方性エツチングを終了した後
、シリコン基板１の表面側からプラズマエツチングを実
施し、パンシベーション膜１３及びシリコン酸化膜１０
の除去部分を食刻してエツチング溝１ｃ、　ｌｃを形成
する。これにより、前記除去部分に対応する位置に裏面
側から形成されたエツチング溝１ｂ、　Ｉｂが表面側に
貫通することになり、これらの間に形成された前記薄肉
部２は、エツチング溝１ｃ外側の台座３と分離される。

第９図〜第１１図は、第１図のＩＸ−ＩＸ線断面におけ
る重錘５の構成手順の説明図である。重錘５の構成部分
においては、まず第９図に示す如く、素材となるシリコ
ン基板１の表面をシリコン酸化膜１０にて被覆した後、
先に説明した拡散抵抗１１の形成及び電極１２の取付け
を待って、シリコン酸化膜１０の表面をバ、シベーショ
ン膜１３にてガラスコートし、これらの膜１３．１０に
よる被覆層を、前記貫通’ａ１ａの相当部分においてエ
ツチングにより除去する。次いで、シリコン基板１の裏
面をエツチングマスク１４にて被覆するが、エツチング
マスク１４は前述の如き形状を有するから、貫通ａ１ａ
の相当位置、即ち表面側の前記除去部分の対応位置にエ
ツチング孔１５．１５が位置し、第１図のＩＸ−ＩＸ線
による断面図である第９図においては、エツチング孔１
５．１５の外側がエツチングマスク１４の前記周縁部分
１４ａにて被覆され、同じく内側が前記内側部分１４ｂ
にて被覆された状態となる。

このようにエツチングマスク１４での被覆をなした後、
薄膜部２の構成の場合と同様、ＫＯＨ等の異方性エッチ
ャントを用い、シリコン基板１の裏面側からエツチング
を行う。このエツチングは、前述した如く、裏面に対し
所定角度だけ傾斜する傾斜面に沿って進行して、第１０
図に示す如く、前記エツチング孔１５の幅方向両辺を起
点とする傾斜面が交叉する位置に頂点を有する三角形断
面のエツチング溝１ｂを形成して停止する。この場合の
エツチング孔１５の幅は、前記頂点がシリコン基板１の
表面に達しない程度に適宜に設定すればよく、薄肉部２
両側のエツチング溝１ｂ形成のためのエツチング孔１５
と同幅でなくともよい。

このように裏面側からのエツチングを終了した後、シリ
コン基板１の表面側からプラズマエツチングを実施し、
パッシベーション膜１３及びシリコン酸化膜１０の除去
部分を食刻してエツチング溝ＩＣを形成し、前記エツチ
ング溝１ｂを表面側に連通させて貫通溝１ａとなし、周
縁側の基台３から重錘５を分離形成する。なお、この重
錘５と前記薄肉部２との間のカンチレバー４もまた、全
く同様の手順により形成される。即ち以上の手順により
、薄肉部２、カンチレバー４及び重錘５が基台３と一体
的に構成されることになり、重錘５の位置決めが容易に
しかも確実になされる。

〔発明の効果〕

以上詳述した如く本発明においては、シリコン基板の裏
面側から異方性エツチングを実施して、裏面の周縁と内
側とを一部の連結部位を除いて隔絶するエツチング溝を
形成し、更に前記連結部位の一部をこれの両側のエツチ
ング溝間でのサイドエッチにより連結部位の一部を薄肉
化して薄肉部を構成するから、前記異方性エツチングの
際のエツチング幅の適正化により薄肉部の厚さを容易に
しかも正確に管理でき、また、前記エツチング溝の相当
部分をプラズマエツチングにより表面側に貫通させて、
これの周縁側の台座と、内側のカンチレバー、重錘及び
前記薄肉部とが一体的に構成されるから、適正な位置へ
の重錘の配置を容易に実現でき、所望の感度を有する加
速度センサがバッチ処理により安定的に得られる等、本
発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る加速度センサの平面図、第２図は
第１図のｎ−ｎ線による縦断面図、第３図〜第７図は本
発明方法による薄肉部の構成手順の説明図、第８図は本
発明方法の実施に使用するエツチングマスクの平面図、
第９図〜第１１図は本発明方法による重錘の構成手順の
説明図、第１２図〜第１４図は従来の加速度センサの製
造方法の説明図である。 工・・・シリコン基板　　２・・・薄肉部　　３・・・
台座４・・・カンチレバー　　５・・・重錘　　１ａ・
・・貫通溝ｌｂ、　ｌｃ・・・エツチング溝 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基端に台座を備えたシリコン製カンチレバーの先
   端に重錘を、また中途に薄肉部を夫々設けてなり、前記
   重錘の振れに伴って前記薄肉部に生じる歪により加速度
   を検出する加速度センサにおいて、シリコン基板の所要
   部分のエッチングにより、前記台座、カンチレバー、重
   錘及び薄肉部が一体的に構成してあることを特徴とする
   加速度センサ。
2. （２）素材となるシリコン基板の裏面側から異方性エッ
   チングを実施して、裏面の周縁部と内側とを一部の連結
   部位を除いて隔絶する所定深さのエッチング溝を形成し
   、次いで前記連結部位両側のエッチング溝間にてサイド
   エッチを進行させ、該連結部位の一部に前記薄肉部を構
   成した後、前記シリコン基板の表面側から、前記エッチ
   ング溝の相当部分全長に亘ってプラズマエッチングを実
   施し、前記エッチング溝を表面側に貫通させ、これの周
   縁側に前記台座を、また内側に前記カンチレバー及び前
   記重錘を構成することを特徴とする請求項１記載の加速
   度センサの製造方法。