JPH04323566A - 半導体加速度センサ - Google Patents
半導体加速度センサInfo
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- JPH04323566A JPH04323566A JP3091845A JP9184591A JPH04323566A JP H04323566 A JPH04323566 A JP H04323566A JP 3091845 A JP3091845 A JP 3091845A JP 9184591 A JP9184591 A JP 9184591A JP H04323566 A JPH04323566 A JP H04323566A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はカンチレバー形の半導体
加速度センサ，より正確には半導体板に凹所と溝を掘り
込んで形成された固定部と、それに一端が支承された可
撓性のカンチレバー部と、その他端と繋がる可動な質量
部を備えるものに関する。
加速度センサ，より正確には半導体板に凹所と溝を掘り
込んで形成された固定部と、それに一端が支承された可
撓性のカンチレバー部と、その他端と繋がる可動な質量
部を備えるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置を利用するセンサは、数ｍｍ
角以下の極小形に構成できかつ関連回路とともに集積回
路チップ内に作り込める利点があり、とくに高精度を要
する用途にはあまり向かないが、圧力，加速度等を簡単
に検出する用途に広く採用されるに至っている。これら
物理量の検出にはセンサ内に可撓性のある部分を作り込
む必要があり、この可撓性構造としては大別してダイア
フラムとカンチレバーとがあるが、本発明が対象とする
加速度センサには撓み量を大きくとれる後者の方が適し
ている。以下、図４を参照してこのカンチレバー形の半
導体加速度センサの代表的な従来例を簡単に説明する。
角以下の極小形に構成できかつ関連回路とともに集積回
路チップ内に作り込める利点があり、とくに高精度を要
する用途にはあまり向かないが、圧力，加速度等を簡単
に検出する用途に広く採用されるに至っている。これら
物理量の検出にはセンサ内に可撓性のある部分を作り込
む必要があり、この可撓性構造としては大別してダイア
フラムとカンチレバーとがあるが、本発明が対象とする
加速度センサには撓み量を大きくとれる後者の方が適し
ている。以下、図４を参照してこのカンチレバー形の半
導体加速度センサの代表的な従来例を簡単に説明する。
【０００３】図４（ａ） は小形の半導体板１０ないし
はチップ内に作り込まれた加速度センサの上面図で、図
４（ｂ） はそのＸ−Ｘ矢視断面図である。同図（ｂ）
に示すようにこの半導体板１０は例えばｎ形であり、
その裏面側から深い凹所４と浅い凹所５を掘り込み、か
つ表面側から同図（ａ） に示すように溝６を切って凹
所４の大部分と繋ぐことにより、枠状の固定部２０と，
それに一端が支承されたカンチレバー部３０と，その他
端に繋がった質量部４０とを形成する。ふつうの加速度
センサは図のように質量部４０を一方側からのみ支える
片持ち構造とされ、質量部４０に掛かる同図（ｂ）に示
すｚ方向の加速度をカンチレバー部３０の撓みから検出
する。
はチップ内に作り込まれた加速度センサの上面図で、図
４（ｂ） はそのＸ−Ｘ矢視断面図である。同図（ｂ）
に示すようにこの半導体板１０は例えばｎ形であり、
その裏面側から深い凹所４と浅い凹所５を掘り込み、か
つ表面側から同図（ａ） に示すように溝６を切って凹
所４の大部分と繋ぐことにより、枠状の固定部２０と，
それに一端が支承されたカンチレバー部３０と，その他
端に繋がった質量部４０とを形成する。ふつうの加速度
センサは図のように質量部４０を一方側からのみ支える
片持ち構造とされ、質量部４０に掛かる同図（ｂ）に示
すｚ方向の加速度をカンチレバー部３０の撓みから検出
する。
【０００４】この撓みは図４（ｂ） のようにカンチレ
バー部３０の表面に拡散された半導体板１０と逆のｐ形
のピエゾ抵抗層であるストレンゲージ５０により検出さ
れる。実際には同図（ａ） で５１と５２で示すよう２
個作り込むのがよく、接続端子を導出する便宜上図のよ
うに折り畳んだパターンでそれぞれ拡散するのがよい。 端子導出のため、同図（ｂ） のように半導体板１０の
表面を覆う酸化膜等の絶縁膜１１に明けた窓の中でスト
レンゲージ５０の端部と接続するアルミの電極膜１２を
所定パターンで配設し、これを覆う窒化シリコン等の保
護膜１３に開口させた窓内に電極膜１０の端部を露出さ
せて接続パッドＰとする。さらに、ストレンゲージ５１
と５２と同構成のｐ形層である抵抗層５３と５４を拡散
して図のように端子を導出する。
バー部３０の表面に拡散された半導体板１０と逆のｐ形
のピエゾ抵抗層であるストレンゲージ５０により検出さ
れる。実際には同図（ａ） で５１と５２で示すよう２
個作り込むのがよく、接続端子を導出する便宜上図のよ
うに折り畳んだパターンでそれぞれ拡散するのがよい。 端子導出のため、同図（ｂ） のように半導体板１０の
表面を覆う酸化膜等の絶縁膜１１に明けた窓の中でスト
レンゲージ５０の端部と接続するアルミの電極膜１２を
所定パターンで配設し、これを覆う窒化シリコン等の保
護膜１３に開口させた窓内に電極膜１０の端部を露出さ
せて接続パッドＰとする。さらに、ストレンゲージ５１
と５２と同構成のｐ形層である抵抗層５３と５４を拡散
して図のように端子を導出する。
【０００５】以上のように構成された加速度センサは、
ふつうその半導体板１０を図１（ｂ） のようにガラス
や半導体等の台座１４に接合した状態で使用される。こ
の際、図５に示すように２個のストレンゲージ ５１，
５２を同抵抗値の２個の抵抗層 ５３，５４とともにブ
リッジ接続し、電圧Ｖを与えた状態で検出信号ＤＳを取
り出す。
ふつうその半導体板１０を図１（ｂ） のようにガラス
や半導体等の台座１４に接合した状態で使用される。こ
の際、図５に示すように２個のストレンゲージ ５１，
５２を同抵抗値の２個の抵抗層 ５３，５４とともにブ
リッジ接続し、電圧Ｖを与えた状態で検出信号ＤＳを取
り出す。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述の半導体加速度セ
ンサは２〜３ｍｍ角の小形チップに構成でき、これを電
子回路や集積回路装置内に組み込んで置くことにより、
図５（ｂ） のその質量部４０にｚ方向の加速度が掛か
った時にカンチレバー部３０が撓んで例えば自動車の衝
突を確実に検出できるが、ｚ方向に対し斜めの方向から
加速度が掛かるとそのｚ方向成分が小さくなるので検出
感度がかなり低下する問題がある。
ンサは２〜３ｍｍ角の小形チップに構成でき、これを電
子回路や集積回路装置内に組み込んで置くことにより、
図５（ｂ） のその質量部４０にｚ方向の加速度が掛か
った時にカンチレバー部３０が撓んで例えば自動車の衝
突を確実に検出できるが、ｚ方向に対し斜めの方向から
加速度が掛かるとそのｚ方向成分が小さくなるので検出
感度がかなり低下する問題がある。
【０００７】この問題を解決するには、感度が鋭敏な方
向が互いに直交する加速度センサのチップを２個ないし
３個用いてそれらの検出信号を合成すればよいが、セン
サ数を増やすとそれだけ実装に手間が掛かり、かつ取り
付けにもスペースを要する。また、上述の構造では感度
方向が互いに異なる加速度センサを集積回路装置内に組
み込むのは不可能である。
向が互いに直交する加速度センサのチップを２個ないし
３個用いてそれらの検出信号を合成すればよいが、セン
サ数を増やすとそれだけ実装に手間が掛かり、かつ取り
付けにもスペースを要する。また、上述の構造では感度
方向が互いに異なる加速度センサを集積回路装置内に組
み込むのは不可能である。
【０００８】かかる問題を解決するため、本発明は半導
体加速度センサにより互いに異なる２個の方向の加速度
を検出できるようにすることを目的とする。
体加速度センサにより互いに異なる２個の方向の加速度
を検出できるようにすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本件の第１発明によれば
上述の目的は、カンチレバー部に作り込んだその厚み方
向の撓みを検出する前述のストレンゲージのほか、固定
部と質量部の間に形成した狭い隙間と，この隙間に面す
る固定部と質量部に高不純物濃度の拡散により作り込ん
だ電極層からなりカンチレバー部の幅方向の撓みを電極
層間の静電容量の変化から検出する容量センサを設け、
ストレンゲージと容量センサにより互いに直角な２方向
の加速度を検出することによって達成される。
上述の目的は、カンチレバー部に作り込んだその厚み方
向の撓みを検出する前述のストレンゲージのほか、固定
部と質量部の間に形成した狭い隙間と，この隙間に面す
る固定部と質量部に高不純物濃度の拡散により作り込ん
だ電極層からなりカンチレバー部の幅方向の撓みを電極
層間の静電容量の変化から検出する容量センサを設け、
ストレンゲージと容量センサにより互いに直角な２方向
の加速度を検出することによって達成される。
【００１０】なお、上述の質量部に拡散する電極層をカ
ンチレバー部を経由して固定部まで延在させ、この延在
部からこの電極層用の接続端子を導出するのがよい。
ンチレバー部を経由して固定部まで延在させ、この延在
部からこの電極層用の接続端子を導出するのがよい。
【００１１】さらに、本件の第２発明では、カンチレバ
ー部の表面部に作り込んだその厚み方向の撓みを検出す
る前述のストレンゲージを第１のストレンゲージとし、
このほかにカンチレバー部の幅方向の端部の厚み方向の
中央部に埋め込み拡散により作り込んだその幅方向の撓
みを検出する第２のストレンゲージを設けて、第１と第
２のストレンゲージにより互いに直角な２方向の加速度
を検出することにより同様に目的を達成する。
ー部の表面部に作り込んだその厚み方向の撓みを検出す
る前述のストレンゲージを第１のストレンゲージとし、
このほかにカンチレバー部の幅方向の端部の厚み方向の
中央部に埋め込み拡散により作り込んだその幅方向の撓
みを検出する第２のストレンゲージを設けて、第１と第
２のストレンゲージにより互いに直角な２方向の加速度
を検出することにより同様に目的を達成する。
【００１２】
【作用】本件の第１発明は最近のエッチング技術によれ
ば半導体板に対して１μｍ程度の幅で非常に細い溝切り
加工が可能なことを利用して、この溝を１対の電極層間
の狭い隙間として容量センサを構成することによりカン
チレバーの幅方向の微小な撓みを鋭敏に検出することに
成功したものである。
ば半導体板に対して１μｍ程度の幅で非常に細い溝切り
加工が可能なことを利用して、この溝を１対の電極層間
の狭い隙間として容量センサを構成することによりカン
チレバーの幅方向の微小な撓みを鋭敏に検出することに
成功したものである。
【００１３】また、第２発明は前項の構成にいう第２の
ストレンゲージをカンチレバー部の幅方向の端部に作り
込むことによりその幅方向の微小な撓みの検出を可能に
するとともに、第１のストレンゲージをカンチレバー部
の表面部に作り込むに対し、第２のストレンゲージをそ
の厚み方向の中央部に埋め込むことによって、第１と第
２のストレンゲージにより質量部に掛かる互いに直角な
２方向の加速度を相互に独立して検出できるようにした
ものである。
ストレンゲージをカンチレバー部の幅方向の端部に作り
込むことによりその幅方向の微小な撓みの検出を可能に
するとともに、第１のストレンゲージをカンチレバー部
の表面部に作り込むに対し、第２のストレンゲージをそ
の厚み方向の中央部に埋め込むことによって、第１と第
２のストレンゲージにより質量部に掛かる互いに直角な
２方向の加速度を相互に独立して検出できるようにした
ものである。
【００１４】
【実施例】以下、図を参照しながら本発明の実施例を説
明する。図１と図２は本件の第１および第２発明の実施
例を，図３は図２の実施例に対応する製造方法をそれぞ
れ示し、いずれの図でも図４に対応する部分に同じ符号
が付されているので説明中の前と重複する部分は省略す
ることとする。
明する。図１と図２は本件の第１および第２発明の実施
例を，図３は図２の実施例に対応する製造方法をそれぞ
れ示し、いずれの図でも図４に対応する部分に同じ符号
が付されているので説明中の前と重複する部分は省略す
ることとする。
【００１５】図１において、同図（ａ） は第１発明の
半導体加速度センサの上面図，同図（ｂ）はそのＸ−Ｘ
矢視断面図，同図（ｃ） はＹ−Ｙ矢視断面図である。 加速度センサは２〜３ｍｍ角の小形のもので、それ用の
半導体板１０は ２００〜３００ μｍの厚みのこの例
でもｎ形のものを用いる。これから固定部２０とカンチ
レバー部３０と質量部分４０とを形成するため、従来と
同様にその裏面側から深い凹所４と浅い凹所５を掘り込
んで表面側から溝６を切るが、この第１発明では容量セ
ンサ７０用に固定部２０と質量部４０の間にごく狭い隙
間７１を設けるため、溝６と隙間７１をドライエッチン
グないしはリアクティブイオンエッチング法を利用して
切るのが有利である。この隙間７１のギャップ長は極力
短く０．５〜１μｍ程度とされる。
半導体加速度センサの上面図，同図（ｂ）はそのＸ−Ｘ
矢視断面図，同図（ｃ） はＹ−Ｙ矢視断面図である。 加速度センサは２〜３ｍｍ角の小形のもので、それ用の
半導体板１０は ２００〜３００ μｍの厚みのこの例
でもｎ形のものを用いる。これから固定部２０とカンチ
レバー部３０と質量部分４０とを形成するため、従来と
同様にその裏面側から深い凹所４と浅い凹所５を掘り込
んで表面側から溝６を切るが、この第１発明では容量セ
ンサ７０用に固定部２０と質量部４０の間にごく狭い隙
間７１を設けるため、溝６と隙間７１をドライエッチン
グないしはリアクティブイオンエッチング法を利用して
切るのが有利である。この隙間７１のギャップ長は極力
短く０．５〜１μｍ程度とされる。
【００１６】なお、カンチレバー部３０は例えば厚みが
１０〜数十μｍ， 幅が ２００〜５００ μｍ，長さ
が ３００〜５００ μｍになるよう形成し、質量部４
０は ５００ｘ１０００μｍのサイズに形成して図１（
ｂ） のその下面と台座１４との間隔は数十μｍ程度と
し、厚み方向ｚの強い衝撃力によりカンチレバー３０が
大きく撓んだ時にその折損を防止するため質量部４０を
台座１４により受け止めるようにする。
１０〜数十μｍ， 幅が ２００〜５００ μｍ，長さ
が ３００〜５００ μｍになるよう形成し、質量部４
０は ５００ｘ１０００μｍのサイズに形成して図１（
ｂ） のその下面と台座１４との間隔は数十μｍ程度と
し、厚み方向ｚの強い衝撃力によりカンチレバー３０が
大きく撓んだ時にその折損を防止するため質量部４０を
台座１４により受け止めるようにする。
【００１７】カンチレバー部３０の厚み方向ｚの撓みを
検出するストレンゲージ５０は図示の例でもｐ形のピエ
ゾ抵抗であり、例えば１０１７原子／ｃｍ３ の不純物
濃度と１〜３μｍの深さでカンチレバー部３０の表面部
に拡散され、その拡散パターンは例えば１０〜３０μｍ
幅の２００ 〜３００ μｍの全長を折り畳んだ形状と
され、パターンの屈曲部に端部の電極膜１２との接続部
に対すると同様に高不純物濃度のｐ形の接続層を拡散す
るのが望ましい。また、実際には従来と同様にこのスト
レンゲージ５０用に１対のピエゾ抵抗５１と５２を作り
込むのが望ましい。
検出するストレンゲージ５０は図示の例でもｐ形のピエ
ゾ抵抗であり、例えば１０１７原子／ｃｍ３ の不純物
濃度と１〜３μｍの深さでカンチレバー部３０の表面部
に拡散され、その拡散パターンは例えば１０〜３０μｍ
幅の２００ 〜３００ μｍの全長を折り畳んだ形状と
され、パターンの屈曲部に端部の電極膜１２との接続部
に対すると同様に高不純物濃度のｐ形の接続層を拡散す
るのが望ましい。また、実際には従来と同様にこのスト
レンゲージ５０用に１対のピエゾ抵抗５１と５２を作り
込むのが望ましい。
【００１８】容量センサ用の電極層７２と７３は図示の
例ではｐ形とされ、１０２０原子／ｃｍ３ 以上の高不
純物濃度で図１（ｃ） に示すように少なくとも１０μ
ｍの深さに拡散される。実際には単一のｐ形層を拡散し
て置き、溝６と隙間７１を切ることにより固定部２０側
の電極層７２と質量部４０側の電極層７３に分離される
。
例ではｐ形とされ、１０２０原子／ｃｍ３ 以上の高不
純物濃度で図１（ｃ） に示すように少なくとも１０μ
ｍの深さに拡散される。実際には単一のｐ形層を拡散し
て置き、溝６と隙間７１を切ることにより固定部２０側
の電極層７２と質量部４０側の電極層７３に分離される
。
【００１９】上述の隙間７１と電極層 ７２，７３から
なる容量センサ７０は図示のように質量部４０の幅方向
の両端部にそれぞれ形成するのがよく、質量部４０に図
１（ｃ） の幅方向ｙの加速度が掛かった時、カンチレ
バー部３０がこの幅方向に撓んでこれら１対の容量セン
サ７０の静電容量値が互いに逆方向に増減するから、例
えば１対の抵抗ないしリアクトルとともにこれらを交流
の混合ブリッジに接続することによって加速度を鋭敏に
検出することができる。
なる容量センサ７０は図示のように質量部４０の幅方向
の両端部にそれぞれ形成するのがよく、質量部４０に図
１（ｃ） の幅方向ｙの加速度が掛かった時、カンチレ
バー部３０がこの幅方向に撓んでこれら１対の容量セン
サ７０の静電容量値が互いに逆方向に増減するから、例
えば１対の抵抗ないしリアクトルとともにこれらを交流
の混合ブリッジに接続することによって加速度を鋭敏に
検出することができる。
【００２０】なお、質量部４０側の電極層７２は図１（
ａ） のようにカンチレバー部３０の幅方向の端部を経
てその付け根部の固定部２０まで延在させ、そこで接続
パッドＰと繋がる電極膜１２と接続するのが便利である
。
ａ） のようにカンチレバー部３０の幅方向の端部を経
てその付け根部の固定部２０まで延在させ、そこで接続
パッドＰと繋がる電極膜１２と接続するのが便利である
。
【００２１】第２発明の実施例を示す図２においても、
同図（ａ） が加速度センサの上面図，同図（ｂ） が
そのＸ−Ｘ矢視断面図であるが、同図（ｃ） はカンチ
レバー部３０のみのＹ−Ｙ矢視の拡大断面図である。こ
の例でも半導体板１０に凹所４と５を掘り込み溝６を切
ることにより固定部２０とカンチレバー部３０と質量部
４０が形成されるのは同じであるが、カンチレバー部３
０はその厚みが図１の場合よりも若干厚い３０μｍ程度
， 幅も若干広い ５００μｍ以上とされる。なお、質
量部４０と固定部２０の間には図１の場合のように狭い
隙間を設ける必要はない。
同図（ａ） が加速度センサの上面図，同図（ｂ） が
そのＸ−Ｘ矢視断面図であるが、同図（ｃ） はカンチ
レバー部３０のみのＹ−Ｙ矢視の拡大断面図である。こ
の例でも半導体板１０に凹所４と５を掘り込み溝６を切
ることにより固定部２０とカンチレバー部３０と質量部
４０が形成されるのは同じであるが、カンチレバー部３
０はその厚みが図１の場合よりも若干厚い３０μｍ程度
， 幅も若干広い ５００μｍ以上とされる。なお、質
量部４０と固定部２０の間には図１の場合のように狭い
隙間を設ける必要はない。
【００２２】この第２発明用の第１のストレンゲージ５
０は図１と同要領でカンチレバー部３０の表面部に拡散
することでよいが、できるだけその幅方向の中央部寄り
に設けるのが望ましい。第１発明と大きく異なるのは、
第２のストレンゲージ６０をカンチレバー３０の幅方向
の端部の厚み方向の中央部に埋め込み拡散により作り込
む点であって、このため図２（ｂ） に示すように半導
体板１０をｎ形の基板１の上にｎ形のエピタキシャル層
２を成長させて構成し、両者間にこの第２のストレンゲ
ージ６０をｐ形で埋め込んで置いた上で、その両端をｐ
形の高不純物濃度の接続層６０ａを介して電極膜１２と
接続する。なお、このストレンゲージ６０も図の例に限
らず折り畳んだパターンで埋め込み拡散してもよい。
０は図１と同要領でカンチレバー部３０の表面部に拡散
することでよいが、できるだけその幅方向の中央部寄り
に設けるのが望ましい。第１発明と大きく異なるのは、
第２のストレンゲージ６０をカンチレバー３０の幅方向
の端部の厚み方向の中央部に埋め込み拡散により作り込
む点であって、このため図２（ｂ） に示すように半導
体板１０をｎ形の基板１の上にｎ形のエピタキシャル層
２を成長させて構成し、両者間にこの第２のストレンゲ
ージ６０をｐ形で埋め込んで置いた上で、その両端をｐ
形の高不純物濃度の接続層６０ａを介して電極膜１２と
接続する。なお、このストレンゲージ６０も図の例に限
らず折り畳んだパターンで埋め込み拡散してもよい。
【００２３】この第２のストレンゲージ６０についても
図２（ａ） に示すように１対の埋め込みピエゾ抵抗６
１と６２によりこれを構成し、これらに対応して固定部
２０に設けた１対の抵抗層６３と６４ともにブリッジ回
路を構成するのが望ましい。
図２（ａ） に示すように１対の埋め込みピエゾ抵抗６
１と６２によりこれを構成し、これらに対応して固定部
２０に設けた１対の抵抗層６３と６４ともにブリッジ回
路を構成するのが望ましい。
【００２４】容易にわかるようにこの第２発明による図
２の加速度センサでは、質量部４０に同図（ａ） に示
す幅方向ｙの加速度が掛かった時のカンチレバー３０の
撓みを第２のストレンゲージ６０により、同図（ｂ）の
厚み方向ｚの加速度が掛かった時の撓みを第１のストレ
ンゲージ５０によりそれぞれ検出することができる。さ
らに、第１のストレンゲージ５０はカンチレバー３０の
表面部に， 第２のストレンゲージ６０はその厚み方向
の中央部に作り込まれているので、幅方向ｙと厚み方向
ｚとを合成した方向の加速度が掛かった時のカンチレバ
ー３０の厚み方向の撓みと幅方向の撓みをそれぞれ第１
のストレンゲージ５０と第２のストレンゲージ６０によ
り互いに独立に検出することができる。
２の加速度センサでは、質量部４０に同図（ａ） に示
す幅方向ｙの加速度が掛かった時のカンチレバー３０の
撓みを第２のストレンゲージ６０により、同図（ｂ）の
厚み方向ｚの加速度が掛かった時の撓みを第１のストレ
ンゲージ５０によりそれぞれ検出することができる。さ
らに、第１のストレンゲージ５０はカンチレバー３０の
表面部に， 第２のストレンゲージ６０はその厚み方向
の中央部に作り込まれているので、幅方向ｙと厚み方向
ｚとを合成した方向の加速度が掛かった時のカンチレバ
ー３０の厚み方向の撓みと幅方向の撓みをそれぞれ第１
のストレンゲージ５０と第２のストレンゲージ６０によ
り互いに独立に検出することができる。
【００２５】ついで、図３を参照してこの第２発明によ
る加速度センサの製造方法をウエハ状態について説明す
る。同図（ａ） 〜（ｆ） は主な工程ごとの状態を示
す図２（ｂ） に対応する断面図である。まず最初の図
３（ａ） の工程では、ｎ形の基板１の表面に第２のス
トレンゲージ６０用にｐ形層を１０１７原子／ｃｍ３
程度の不純物濃度で１μｍ程度にごく浅く拡散する。
る加速度センサの製造方法をウエハ状態について説明す
る。同図（ａ） 〜（ｆ） は主な工程ごとの状態を示
す図２（ｂ） に対応する断面図である。まず最初の図
３（ａ） の工程では、ｎ形の基板１の表面に第２のス
トレンゲージ６０用にｐ形層を１０１７原子／ｃｍ３
程度の不純物濃度で１μｍ程度にごく浅く拡散する。
【００２６】図３（ｂ） ではまず基板１の上にｎ形の
エピタキシャル層２を５〜１０μｍ程度の厚みに成長さ
せてウエハ３とする。これによって第２のストレンゲー
ジ６０はエピタキシャル層２の下側に埋め込まれ、エピ
タキシャル層２の成長させる際の温度下で２〜３μｍの
拡散深さをもつピエゾ抵抗となる。次にこのストレンゲ
ージ６０の両端部に達するよう高不純物濃度の接続層６
０ａをウエハ３の表面から拡散し、さらにこの断面以外
の部分の第２のストレンゲージ５０やこの断面で５３で
示された抵抗層等をｐ形で同時拡散し、かつそれらの端
部にｐ形の高不純物濃度の接続層を適宜に拡散する。
エピタキシャル層２を５〜１０μｍ程度の厚みに成長さ
せてウエハ３とする。これによって第２のストレンゲー
ジ６０はエピタキシャル層２の下側に埋め込まれ、エピ
タキシャル層２の成長させる際の温度下で２〜３μｍの
拡散深さをもつピエゾ抵抗となる。次にこのストレンゲ
ージ６０の両端部に達するよう高不純物濃度の接続層６
０ａをウエハ３の表面から拡散し、さらにこの断面以外
の部分の第２のストレンゲージ５０やこの断面で５３で
示された抵抗層等をｐ形で同時拡散し、かつそれらの端
部にｐ形の高不純物濃度の接続層を適宜に拡散する。
【００２７】さらにウエハ３の表面を覆う絶縁膜１１上
に電極膜１２を配設して第２のストレンゲージ６０等と
接続し、かつその上を保護膜１３で被覆してそれに明け
た窓内に露出する電極膜１２の端部を接続パッドＰとし
てこの図３（ｂ） に示す状態とする。以上でウエハ３
の表面側からの主な工程を終える。
に電極膜１２を配設して第２のストレンゲージ６０等と
接続し、かつその上を保護膜１３で被覆してそれに明け
た窓内に露出する電極膜１２の端部を接続パッドＰとし
てこの図３（ｂ） に示す状態とする。以上でウエハ３
の表面側からの主な工程を終える。
【００２８】図３（ｃ） は凹所４の掘り込み工程であ
る。 このため、ウエハ３の裏面にフォトレジスト膜Ｍ１を塗
着してフォトプロセスにより所定パターンの窓を明けた
上で、これをマスクとするふつうはウエットエッチング
により凹所４を環状パターンで掘り込む。次の図３（ｄ
） は凹所５の掘り込み工程で、ウエハ３の裏面に塗布
した別のフォトレジスト膜Ｍ２に凹所４の外輪郭に対応
する窓を明け、これをマスクとするウエットエッチング
により凹所５を掘り込むとともに、凹所４の方も図示の
ようにさらに深く掘り込む。これで裏面側からの掘り込
みを終える。
る。 このため、ウエハ３の裏面にフォトレジスト膜Ｍ１を塗
着してフォトプロセスにより所定パターンの窓を明けた
上で、これをマスクとするふつうはウエットエッチング
により凹所４を環状パターンで掘り込む。次の図３（ｄ
） は凹所５の掘り込み工程で、ウエハ３の裏面に塗布
した別のフォトレジスト膜Ｍ２に凹所４の外輪郭に対応
する窓を明け、これをマスクとするウエットエッチング
により凹所５を掘り込むとともに、凹所４の方も図示の
ようにさらに深く掘り込む。これで裏面側からの掘り込
みを終える。
【００２９】図３（ｅ） は溝６の溝切り工程であり、
今度はウエハ３の表面側に付けたフォトレジスト膜Ｍ３
をマスクとするドライエッチング法等により溝６を図２
（ａ） に示すＣ字状パターンで切って凹所４と連通さ
せる。これによって、固定部２０とカンチレバー部３０
と質量部４０とが図２（ａ） のパターンで形成され、
これでウエハ３への加速度センサの組み込み工程を終え
る。
今度はウエハ３の表面側に付けたフォトレジスト膜Ｍ３
をマスクとするドライエッチング法等により溝６を図２
（ａ） に示すＣ字状パターンで切って凹所４と連通さ
せる。これによって、固定部２０とカンチレバー部３０
と質量部４０とが図２（ａ） のパターンで形成され、
これでウエハ３への加速度センサの組み込み工程を終え
る。
【００３０】図３（ｆ） は台座１４への取り付け工程
である。台座１４用にはガラス板や半導体板を用い、例
えば台座１４の表面とウエハ３の裏面を鏡面仕上げした
上で、清浄な面どうしを静電的に吸着させることにより
両者を静電接着する。台座１４が半導体板の場合ははん
だ付け接合としてもよい。この取り付け工程後はウエハ
３を台座１４とともにスクライブすることにより図２の
半導体加速度センサを得る。
である。台座１４用にはガラス板や半導体板を用い、例
えば台座１４の表面とウエハ３の裏面を鏡面仕上げした
上で、清浄な面どうしを静電的に吸着させることにより
両者を静電接着する。台座１４が半導体板の場合ははん
だ付け接合としてもよい。この取り付け工程後はウエハ
３を台座１４とともにスクライブすることにより図２の
半導体加速度センサを得る。
【００３１】なお、図１の加速度センサの製造方法も同
様であって、ウエハ３として基板１のみからなるものを
用い、かつ容量センサ７０用の隙間７１を溝６と同時に
ごく狭く溝切りする点等が主に異なるのみである。
様であって、ウエハ３として基板１のみからなるものを
用い、かつ容量センサ７０用の隙間７１を溝６と同時に
ごく狭く溝切りする点等が主に異なるのみである。
【００３２】以上のように構成された図１と図２の半導
体加速度センサでは、前述のように質量部４０に掛かる
幅方向ｙと厚み方向ｚの加速度を互いに独立に検出でき
るが、斜め方向に掛かる加速度を検出する場合は前述の
ブリッジ回路等によるｙ方向とｚ方向の加速度検出信号
を用途に応じた態様で合成することにより、最も目的に
適した加速度検出値を作ることができる。また容易にわ
かるように、幅方向ｙが互いに直交する２個の加速度セ
ンサを同じチップ内に組み込んでそれらの加速度検出信
号を互いに独立にないしは適宜に合成して利用すれば、
あらゆる方向から受ける加速度を所望の態様で検出する
ことができる。
体加速度センサでは、前述のように質量部４０に掛かる
幅方向ｙと厚み方向ｚの加速度を互いに独立に検出でき
るが、斜め方向に掛かる加速度を検出する場合は前述の
ブリッジ回路等によるｙ方向とｚ方向の加速度検出信号
を用途に応じた態様で合成することにより、最も目的に
適した加速度検出値を作ることができる。また容易にわ
かるように、幅方向ｙが互いに直交する２個の加速度セ
ンサを同じチップ内に組み込んでそれらの加速度検出信
号を互いに独立にないしは適宜に合成して利用すれば、
あらゆる方向から受ける加速度を所望の態様で検出する
ことができる。
【００３３】
【発明の効果】以上述べたとおり本件の第１発明では、
カンチレバー部の表面部に作り込んだその厚み方向の撓
みを検出するストレンゲージと、固定部と質量部との間
に形成された狭い隙間と，それに面する固定部と質量部
とにそれぞれ作り込んだ電極層からなりカンチレバー部
の幅方向の撓みを検出する容量センサとを組み合わせ、
本件の第２発明では、カンチレバー部の表面部に作り込
んだその厚み方向の撓みを検出する第１のストレンゲー
ジと、カンチレバー部の幅方向の端部の厚み方向の中央
部に埋め込み拡散によって作り込んだその幅方向の撓み
を検出する第２のストレンゲージとを組み合わることに
よって次の効果が得られる。
カンチレバー部の表面部に作り込んだその厚み方向の撓
みを検出するストレンゲージと、固定部と質量部との間
に形成された狭い隙間と，それに面する固定部と質量部
とにそれぞれ作り込んだ電極層からなりカンチレバー部
の幅方向の撓みを検出する容量センサとを組み合わせ、
本件の第２発明では、カンチレバー部の表面部に作り込
んだその厚み方向の撓みを検出する第１のストレンゲー
ジと、カンチレバー部の幅方向の端部の厚み方向の中央
部に埋め込み拡散によって作り込んだその幅方向の撓み
を検出する第２のストレンゲージとを組み合わることに
よって次の効果が得られる。
【００３４】（ａ） １個のカンチレバー形の半導体加
速度センサにより、従来のカンチレバーの厚み方向の加
速度のほかにその幅方向の加速度を検出できる。
速度センサにより、従来のカンチレバーの厚み方向の加
速度のほかにその幅方向の加速度を検出できる。
【００３５】（ｂ） 厚み方向と幅方向の加速度を互い
に独立に検出できるので、２個の加速度検出信号を適宜
に合成ないし組み合わせることにより用途や目的に最適
な所望の感度方向性を有する加速度検出出力を取り出す
ことができる。
に独立に検出できるので、２個の加速度検出信号を適宜
に合成ないし組み合わせることにより用途や目的に最適
な所望の感度方向性を有する加速度検出出力を取り出す
ことができる。
【００３６】（ｃ） ２個の加速度センサを感度方向を
変えて同じチップ内に作り込めば、あらゆる方向から受
ける加速度を検出することができる。
変えて同じチップ内に作り込めば、あらゆる方向から受
ける加速度を検出することができる。
【００３７】本件発明による半導体加速度センサは高精
度用には必ずしも適しないが上記のほかに、極小形に構
成でき、関連回路とともに集積回路装置内に容易に組み
込むことができ、電子装置への実装に際しスペースと手
間を節約できる特長があり、とくに自動車の衝突検出等
の用途に適用して任意の方向感度特性で加速度を検出で
きる効果を発揮することができる。
度用には必ずしも適しないが上記のほかに、極小形に構
成でき、関連回路とともに集積回路装置内に容易に組み
込むことができ、電子装置への実装に際しスペースと手
間を節約できる特長があり、とくに自動車の衝突検出等
の用途に適用して任意の方向感度特性で加速度を検出で
きる効果を発揮することができる。
【図１】本件の第１発明による半導体加速度センサの実
施例を示し、同図（ａ） は加速度センサの上面図、同
図（ｂ） はそのＸ−Ｘ矢視断面図、同図（ｃ） はそ
のＹ−Ｙ矢視断面図である。
施例を示し、同図（ａ） は加速度センサの上面図、同
図（ｂ） はそのＸ−Ｘ矢視断面図、同図（ｃ） はそ
のＹ−Ｙ矢視断面図である。
【図２】本件の第２発明による半導体加速度センサの実
施例を示し、同図（ａ） は加速度センサの上面図、同
図（ｂ） はそのＸ−Ｘ矢視断面図、同図（ｃ） はそ
のＹ−Ｙ矢視断面図である。
施例を示し、同図（ａ） は加速度センサの上面図、同
図（ｂ） はそのＸ−Ｘ矢視断面図、同図（ｃ） はそ
のＹ−Ｙ矢視断面図である。
【図３】図２の半導体加速度センサの製造方法を同図（
ａ） 〜（ｆ） に主な工程ごとの状態で例示するウエ
ハの断面図である。
ａ） 〜（ｆ） に主な工程ごとの状態で例示するウエ
ハの断面図である。
【図４】従来技術による半導体加速度センサを示し、同
図（ａ） はその上面図、同図（ｂ）はそのＸ−Ｘ断面
図である。
図（ａ） はその上面図、同図（ｂ）はそのＸ−Ｘ断面
図である。
【図５】図４の加速度センサに対応する検出回路の回路
図である。
図である。
４ 凹所
５ 凹所
６ 溝
１０ 半導体板
２０ 固定部
３０ カンチレバー部
４０ 質量部
５０ ストレンゲージないしは第１のストレ
ンゲージ５１ ストレンゲージ用ピエゾ抵抗
５２ ストレンゲージ用ピエゾ抵抗６０
第２のストレンゲージ６１ ストレ
ンゲージ用ピエゾ抵抗６２ ストレンゲージ
用ピエゾ抵抗７０ 容量センサ ７１ 容量センサ用隙間 ７２ 容量センサ用電極層 ７３ 容量センサ用電極層 ｙ カンチレバーの幅方向
ンゲージ５１ ストレンゲージ用ピエゾ抵抗
５２ ストレンゲージ用ピエゾ抵抗６０
第２のストレンゲージ６１ ストレ
ンゲージ用ピエゾ抵抗６２ ストレンゲージ
用ピエゾ抵抗７０ 容量センサ ７１ 容量センサ用隙間 ７２ 容量センサ用電極層 ７３ 容量センサ用電極層 ｙ カンチレバーの幅方向
Claims (3)
- 【請求項１】半導体板に凹所と溝を掘り込んで形成され
た固定部と，一端が固定部に支承された可撓性のカンチ
レバー部と，カンチレバー部の他端と繋がる可動な質量
部とを備える加速度センサであって、カンチレバー部の
表面部に拡散により作り込まれたカンチレバー部の厚み
方向の撓みを検出するストレンゲージと、固定部と質量
部との間に形成された狭い隙間と，この隙間に面する固
定部と質量部にそれぞれ高不純物濃度の拡散により作り
込まれた電極層からなりカンチレバー部の幅方向の撓み
を電極層間の静電容量の変化から検出する容量センサと
を設け、ストレンゲージと容量センサにより質量部に掛
かる互いに直角な２方向の加速度を検出するようにした
ことを特徴とする半導体加速度センサ。 - 【請求項２】請求項１に記載のセンサにおいて、質量部
用の電極層がカンチレバー部を通って固定部まで延在し
て拡散され、この固定部に延在された電極層から端子が
導出されることを特徴とする半導体加速度センサ。 - 【請求項３】半導体板に凹所と溝を掘り込んで形成され
た固定部と，一端が固定部に支承された可撓性のカンチ
レバー部と，カンチレバー部の他端と繋がる可動な質量
部とを備える加速度センサであって、カンチレバー部の
表面部に拡散により作り込まれたカンチレバー部の厚み
方向の撓みを検出する第１のストレンゲージと、カンチ
レバー部の幅方向の端部の厚み方向の中央部に埋め込み
拡散により作り込まれカンチレバー部の幅方向の撓みを
検出する第２のストレンゲージとを設け、第１および第
２のストレンゲージにより質量部に掛かる互いに直角な
２方向の加速度を検出するようにしたことを特徴とする
半導体加速度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3091845A JP2833257B2 (ja) | 1991-04-23 | 1991-04-23 | 半導体加速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3091845A JP2833257B2 (ja) | 1991-04-23 | 1991-04-23 | 半導体加速度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04323566A true JPH04323566A (ja) | 1992-11-12 |
| JP2833257B2 JP2833257B2 (ja) | 1998-12-09 |
Family
ID=14037914
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3091845A Expired - Fee Related JP2833257B2 (ja) | 1991-04-23 | 1991-04-23 | 半導体加速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2833257B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000042666A1 (fr) * | 1999-01-13 | 2000-07-20 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Capteur de force d'inertie et procede de realisation d'un tel capteur de force d'inertie |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7087479B2 (ja) | 2018-03-09 | 2022-06-21 | セイコーエプソン株式会社 | 物理量センサー、物理量センサーデバイス、物理量センサーデバイスを用いた傾斜計、慣性計測装置、構造物監視装置、及び移動体 |
-
1991
- 1991-04-23 JP JP3091845A patent/JP2833257B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000042666A1 (fr) * | 1999-01-13 | 2000-07-20 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Capteur de force d'inertie et procede de realisation d'un tel capteur de force d'inertie |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2833257B2 (ja) | 1998-12-09 |
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