JPH05142247A - 半導体加速度センサ - Google Patents
半導体加速度センサInfo
- Publication number
- JPH05142247A JPH05142247A JP30449391A JP30449391A JPH05142247A JP H05142247 A JPH05142247 A JP H05142247A JP 30449391 A JP30449391 A JP 30449391A JP 30449391 A JP30449391 A JP 30449391A JP H05142247 A JPH05142247 A JP H05142247A
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- JP
- Japan
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- etching
- cantilever
- semiconductor
- acceleration sensor
- dry etching
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Abstract
(57)【要約】
【目的】車体制御用の半導体加速度センサやエンジン制
御用の半導体圧力センサ等に係るものであり、カンチレ
バーやダイヤフラムの耐久性向上を目的とした構造を提
供する。 【構成】半導体加速度センサとして、単結晶シリコン１
を加工して、ウエットエッチングにより途中まで進行
し、続いてドライエッチングにより可動電極４とそれを
支えるカンチレバー５を構成することによりカンチレバ
ー５にＲ部７が構成される。それによって電極６との間
の空隙１０の変化量を加速度として検出するものであ
る。同様に半導体圧力センサもダイヤフラムにＲ部７を
構成することによりスムースに動作し、耐久性が向上す
る。
御用の半導体圧力センサ等に係るものであり、カンチレ
バーやダイヤフラムの耐久性向上を目的とした構造を提
供する。 【構成】半導体加速度センサとして、単結晶シリコン１
を加工して、ウエットエッチングにより途中まで進行
し、続いてドライエッチングにより可動電極４とそれを
支えるカンチレバー５を構成することによりカンチレバ
ー５にＲ部７が構成される。それによって電極６との間
の空隙１０の変化量を加速度として検出するものであ
る。同様に半導体圧力センサもダイヤフラムにＲ部７を
構成することによりスムースに動作し、耐久性が向上す
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は自動車等の移動体に係
り、特に車体制御用に好適な加速度センサやエンジン制
御用の圧力センサに関するものであるが、その中の半導
体方式に係る構成とその方法に関するものである。
り、特に車体制御用に好適な加速度センサやエンジン制
御用の圧力センサに関するものであるが、その中の半導
体方式に係る構成とその方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来技術としては、ウエットエッチング
と云われるエッチング液を用いた方法により加工形成さ
れていた。特に最近のマイクロマシニングにおいてシリ
コンのディープエッチングではＫＯＨを用いた方法を中
心としたアルカリエッチング液による方法が用いられ、
＜１００＞ウエハを用いるとその形状は結晶方向によっ
て決り、それは５４.３°の傾斜角度でエッチングがさ
れる。
と云われるエッチング液を用いた方法により加工形成さ
れていた。特に最近のマイクロマシニングにおいてシリ
コンのディープエッチングではＫＯＨを用いた方法を中
心としたアルカリエッチング液による方法が用いられ、
＜１００＞ウエハを用いるとその形状は結晶方向によっ
て決り、それは５４.３°の傾斜角度でエッチングがさ
れる。
【０００３】この様に加工形成される形状は用いるウエ
ハと加工に用いるエッチング液により決っているので任
意の設計形状は困難であった。
ハと加工に用いるエッチング液により決っているので任
意の設計形状は困難であった。
【０００４】この様なマイクロマシニングでのバルクの
形状はエッチング液による外に板厚が厚いものは一部で
機械加工を施しているのが見掛けられるが、ほとんどの
微細加工手段としてはエッチング液によるウエットエッ
チングが用いられることは通例であった。
形状はエッチング液による外に板厚が厚いものは一部で
機械加工を施しているのが見掛けられるが、ほとんどの
微細加工手段としてはエッチング液によるウエットエッ
チングが用いられることは通例であった。
【０００５】しかし、加工される形状は用いるウエハの
結晶で決まるので、複雑な形状を構成してもエッチング
による傾斜角度５４.３° の組合せを多段に用いて曲面
やＲに近い形状を見い出すのみであった。
結晶で決まるので、複雑な形状を構成してもエッチング
による傾斜角度５４.３° の組合せを多段に用いて曲面
やＲに近い形状を見い出すのみであった。
【０００６】これらは圧力センサとして用いるダイヤフ
ラムのごとく薄く均一な厚みの場合はこの要求に適して
いるが、カンチレバー状に切り離した形状や強度を増す
工夫でＲを付ける等の加工は仲々出来なかった。
ラムのごとく薄く均一な厚みの場合はこの要求に適して
いるが、カンチレバー状に切り離した形状や強度を増す
工夫でＲを付ける等の加工は仲々出来なかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では仲々
量産にまで達しない半導体容量式加速度センサの加工技
術を別の角度から構造と共に見直し、プロセス技術や構
造設計において可能性を見い出して近付けようとするも
のである。
量産にまで達しない半導体容量式加速度センサの加工技
術を別の角度から構造と共に見直し、プロセス技術や構
造設計において可能性を見い出して近付けようとするも
のである。
【０００８】これらを解決するために劈開性で脆さのあ
るシリコンを用いたカンチレバー部を補強する条件を見
い出す必要があり、併せて他のセンサにも適用の可否を
検討する。
るシリコンを用いたカンチレバー部を補強する条件を見
い出す必要があり、併せて他のセンサにも適用の可否を
検討する。
【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、ウエットエッチングに継いでの加工方法は参考とし
て添付した表１のドライエッチングを用いる方法であ
る。予めウエットエッチングで８０％程度までにカンチ
レバー部を形成し、残りの部分をドライエッチングにて
加工することにより、Ｒ部を設けることが出来るもので
ある。
に、ウエットエッチングに継いでの加工方法は参考とし
て添付した表１のドライエッチングを用いる方法であ
る。予めウエットエッチングで８０％程度までにカンチ
レバー部を形成し、残りの部分をドライエッチングにて
加工することにより、Ｒ部を設けることが出来るもので
ある。
【００１０】更に、これらドライエッチングの中で上記
表１の中の有磁場マイクロ波プラズマエッチングにて加
工することによりシリコンの結晶面の凸凹が出来ず鏡面
に仕上がる。これらは参考として添付した図６に示すよ
うに(ａ)のＲＦバイアス型は現在ＶＬＳＩやサブミクロ
ンのＵＬＳＩのドライエッチングとして重要な位置を占
めているのは周知のことであり、(ｂ)の拡散型がシリコ
ンのディープエッチングを用いて高精度をだしているも
のである。この両者の違いはマイクロ波を用いるだけで
なく、(ａ)は試料(ウエハ)がプラズマの中に入り、(ｂ)
はプラズマ下の排気にさらされる様になっており、通常
のドライエッチング（ＲＩＥ：反応性イオンエッチン
グ，平行平板型）ではイオンでスパッタされるのに対
し、マイクロ波プラズマエッチング(ＥＣＲ)はイオンよ
りもラジカルによる化学エッチングとなるためと当方性
により、Ｒが付くことと鏡面に仕上がるもので、マスク
設計により、これらの形状をカット＆トライにより見い
出すものである。
表１の中の有磁場マイクロ波プラズマエッチングにて加
工することによりシリコンの結晶面の凸凹が出来ず鏡面
に仕上がる。これらは参考として添付した図６に示すよ
うに(ａ)のＲＦバイアス型は現在ＶＬＳＩやサブミクロ
ンのＵＬＳＩのドライエッチングとして重要な位置を占
めているのは周知のことであり、(ｂ)の拡散型がシリコ
ンのディープエッチングを用いて高精度をだしているも
のである。この両者の違いはマイクロ波を用いるだけで
なく、(ａ)は試料(ウエハ)がプラズマの中に入り、(ｂ)
はプラズマ下の排気にさらされる様になっており、通常
のドライエッチング（ＲＩＥ：反応性イオンエッチン
グ，平行平板型）ではイオンでスパッタされるのに対
し、マイクロ波プラズマエッチング(ＥＣＲ)はイオンよ
りもラジカルによる化学エッチングとなるためと当方性
により、Ｒが付くことと鏡面に仕上がるもので、マスク
設計により、これらの形状をカット＆トライにより見い
出すものである。
【００１１】
【作用】車体制御用加速度センサはシリコンを加工して
中央にカンチレバーと可動電極を配置し、上下に電極を
配したガラス板にて三層構造のセンサ構造となる。この
カンチレバーの強度を増すためにＲをつけて鏡面に仕上
げる条件を見い出し、このセンサの特徴であるシリコン
を用いることにより、欠点である劈開性で脆さのあるも
のに対し、Ｒを付けて鏡面に仕上げることにより量産化
を容易にするものである。
中央にカンチレバーと可動電極を配置し、上下に電極を
配したガラス板にて三層構造のセンサ構造となる。この
カンチレバーの強度を増すためにＲをつけて鏡面に仕上
げる条件を見い出し、このセンサの特徴であるシリコン
を用いることにより、欠点である劈開性で脆さのあるも
のに対し、Ｒを付けて鏡面に仕上げることにより量産化
を容易にするものである。
【００１２】同様に半導体圧力センサについてもダイヤ
フラム部にＲを付けて補強することにより耐圧を向上さ
せることが出来るものである。
フラム部にＲを付けて補強することにより耐圧を向上さ
せることが出来るものである。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１により説明す
る。半導体加速度センサとして単結晶シリコン板１を加
工する。ウエットエッチングにより可動電極４とカンチ
レバー５に相当する部分を途中まで形成する。（全部エ
ッチングするとウエットエッチングとなり、本発明の特
徴が出ない。）続いて、ドライエッチングにより加工を
行い、可動電極４とカンチレバー５を形成する。これに
よってカンチレバー５の根元部分にＲ部７の付いた形状
として構成される。
る。半導体加速度センサとして単結晶シリコン板１を加
工する。ウエットエッチングにより可動電極４とカンチ
レバー５に相当する部分を途中まで形成する。（全部エ
ッチングするとウエットエッチングとなり、本発明の特
徴が出ない。）続いて、ドライエッチングにより加工を
行い、可動電極４とカンチレバー５を形成する。これに
よってカンチレバー５の根元部分にＲ部７の付いた形状
として構成される。
【００１４】これによって、ストッパーと上下電極を構
成するため、ガラス板上２とガラス板下３に電極(固定)
６を配設してシリコン板１の上下に陽極接合により組付
ける。この様にして、三層構造の加速度センサとして加
速度が印加された場合、中央にセットされたカンチレバ
ー５の先に形成された可動電極４が動作することによ
り、電極６との間の空隙１０が変化し、それを加速度と
して検出するものである。
成するため、ガラス板上２とガラス板下３に電極(固定)
６を配設してシリコン板１の上下に陽極接合により組付
ける。この様にして、三層構造の加速度センサとして加
速度が印加された場合、中央にセットされたカンチレバ
ー５の先に形成された可動電極４が動作することによ
り、電極６との間の空隙１０が変化し、それを加速度と
して検出するものである。
【００１５】これによって劈開性のあるシリコンを用い
たカンチレバー５の形状は補強されることになる。ウエ
ットエッチングにおいては図２の断面に示すごとく、＜
１００＞ウエハを用いることによりシリコンの結晶によ
るエッチング傾斜角度は５４.３° と決まってしまい、
カンチレバー５の根元は角張った角部が形成されてしま
う。図３にその詳細を示したが、ウエットエッチングに
よるカンチレバーの根元部Ａはエッチング角度（５４.
３°)θで決まり、カンチレバー５との交点が亀裂の発
点となり折損の原因となったり、ウエットエッチングの
エッチング速度を上昇する等のことによりエッチング面
はシリコンの弱点である劈開性に基因する面粗れを起こ
す因にもなりかねないものである。
たカンチレバー５の形状は補強されることになる。ウエ
ットエッチングにおいては図２の断面に示すごとく、＜
１００＞ウエハを用いることによりシリコンの結晶によ
るエッチング傾斜角度は５４.３° と決まってしまい、
カンチレバー５の根元は角張った角部が形成されてしま
う。図３にその詳細を示したが、ウエットエッチングに
よるカンチレバーの根元部Ａはエッチング角度（５４.
３°)θで決まり、カンチレバー５との交点が亀裂の発
点となり折損の原因となったり、ウエットエッチングの
エッチング速度を上昇する等のことによりエッチング面
はシリコンの弱点である劈開性に基因する面粗れを起こ
す因にもなりかねないものである。
【００１６】図４にはドライエッチングによるカンチレ
バーの根元部Ｂの詳細について示した。同じ様な形状で
あるが、ドライエッチングによるカンチレバーの根元部
Ｂの詳細に示したごとくＲ部７により根元部を補強する
ことが出来る。ウエットエッチングでは図３を図４に近
づけるためには数多くのマスクを用いても角の多い多段
のＲとなってしまい、更に悪い結果となってしまう。
バーの根元部Ｂの詳細について示した。同じ様な形状で
あるが、ドライエッチングによるカンチレバーの根元部
Ｂの詳細に示したごとくＲ部７により根元部を補強する
ことが出来る。ウエットエッチングでは図３を図４に近
づけるためには数多くのマスクを用いても角の多い多段
のＲとなってしまい、更に悪い結果となってしまう。
【００１７】図４におけるドライエッチングは参考とし
て添付した表１や図６のごとく、反応性イオンエッチン
グ（ＲＩＥ:Reactive lon Etching)の様な半導体プロセ
スでは通常のドライエッチングであるが、ラジカルより
もイオンにてスパッタする方が多いため、ディープエッ
チングとして図１の様なバルクの加工として用いるとウ
エットエッチングと同様なエッチング面の面粗れが起こ
るので、同じドライエッチングでも活用することは不可
能に近いものがある。ここでは図１の様なバルク加工を
行うとすると、有磁場マイクロ波プラズマエッチング
(ＥＣＲ：Electron Cyclotron Resonance）にてイオン
よりもラジカル成分がほとんどの上記ＥＣＲシステムに
てエッチングすることが化学エッチングで等方性として
図１の形状が出来、エッチングガスをＳＦ6 と選定する
ことにより、エッチング面も鏡面と仕上がり、補強だけ
でなく劈開性に対してもこれを無視しても可能な様な仕
上がり面となる。
て添付した表１や図６のごとく、反応性イオンエッチン
グ（ＲＩＥ:Reactive lon Etching)の様な半導体プロセ
スでは通常のドライエッチングであるが、ラジカルより
もイオンにてスパッタする方が多いため、ディープエッ
チングとして図１の様なバルクの加工として用いるとウ
エットエッチングと同様なエッチング面の面粗れが起こ
るので、同じドライエッチングでも活用することは不可
能に近いものがある。ここでは図１の様なバルク加工を
行うとすると、有磁場マイクロ波プラズマエッチング
(ＥＣＲ：Electron Cyclotron Resonance）にてイオン
よりもラジカル成分がほとんどの上記ＥＣＲシステムに
てエッチングすることが化学エッチングで等方性として
図１の形状が出来、エッチングガスをＳＦ6 と選定する
ことにより、エッチング面も鏡面と仕上がり、補強だけ
でなく劈開性に対してもこれを無視しても可能な様な仕
上がり面となる。
【００１８】可動電極４と電極６との間の空隙１０の変
化を検出する半導体容量式加速度センサについて述べた
が、カンチレバー５の面にピエゾ抵抗を配設した半導体
ピエゾ抵抗式加速度センサについても同様に適用される
ことは云うまでもない。
化を検出する半導体容量式加速度センサについて述べた
が、カンチレバー５の面にピエゾ抵抗を配設した半導体
ピエゾ抵抗式加速度センサについても同様に適用される
ことは云うまでもない。
【００１９】加速度センサ以外のセンサの例としては図
５に示すごとく、半導体圧力センサを示した。単結晶シ
リコン板１を加工して、上記と同様にウエットエッチン
グにて途中までダイヤフラム８相当を形成し、引き続い
てドライエッチングにてダイヤフラム８の厚みを確保す
る。
５に示すごとく、半導体圧力センサを示した。単結晶シ
リコン板１を加工して、上記と同様にウエットエッチン
グにて途中までダイヤフラム８相当を形成し、引き続い
てドライエッチングにてダイヤフラム８の厚みを確保す
る。
【００２０】それによって、Ｒ部７の付いたダイヤフラ
ム８が出来、高圧力に対しても耐え得る構成となる。
ム８が出来、高圧力に対しても耐え得る構成となる。
【００２１】これらはガラス板下３′とシリコン板１と
を陽極接合により組付ける。この様にして、二層構造の
圧力センサとして圧力が印加された場合、ガラス板下
３′に配設された圧力導入口９を通って圧力が導入さ
れ、ダイヤフラム８に対して歪みを与えることによりダ
イヤフラム８面に配設されたピエゾ抵抗素子により、抵
抗の変化として圧力を計測するものである。ダイヤフラ
ム８の角部にＲ部７をドライエッチングにより形成され
ることにより、従来のダイヤフラムの耐圧より高い圧力
を検出することが出来るものである。
を陽極接合により組付ける。この様にして、二層構造の
圧力センサとして圧力が印加された場合、ガラス板下
３′に配設された圧力導入口９を通って圧力が導入さ
れ、ダイヤフラム８に対して歪みを与えることによりダ
イヤフラム８面に配設されたピエゾ抵抗素子により、抵
抗の変化として圧力を計測するものである。ダイヤフラ
ム８の角部にＲ部７をドライエッチングにより形成され
ることにより、従来のダイヤフラムの耐圧より高い圧力
を検出することが出来るものである。
【００２２】上記の加速度センサ，圧力センサに示した
ごとく、可動部を持ったセンサに対して同様の形状を付
加することにより、同じ様な効果を得られると云うこと
は当然である。
ごとく、可動部を持ったセンサに対して同様の形状を付
加することにより、同じ様な効果を得られると云うこと
は当然である。
【００２３】
【発明の効果】本発明によれば自動車の車体制御等の加
速度センサとして、半導体容量式加速度センサを提供す
ることが出来、加えて、エンジン制御等の圧力センサと
して、半導体圧力センサの提供が併せて出来、それによ
って製造の容易さと信頼性の向上が計れると云う効果が
ある。
速度センサとして、半導体容量式加速度センサを提供す
ることが出来、加えて、エンジン制御等の圧力センサと
して、半導体圧力センサの提供が併せて出来、それによ
って製造の容易さと信頼性の向上が計れると云う効果が
ある。
【図１】本発明のＲ付加速度センサの断面図である。
【図２】半導体加速度センサの平面図と従来構造の断面
図である。
図である。
【図３】従来構造の詳細断面図である。
【図４】本発明の詳細断面図である。
【図５】本発明の半導体圧力センサのＲ付断面図であ
る。
る。
【符号の説明】 １…シリコン板、２…ガラス板上、３、３′…ガラス板
下、４…可動電極、５…カンチレバー、６…電極(固
定)、７…Ｒ部、８…ダイヤフラム、９…圧力導入口、
１０…空隙、Ａ…ウエットエッチングによるカンチレバ
ーの根元部、θ…エッチング角度、Ｂ…ドライエッチン
グによるカンチレバーの根元部、(イ)…拡大部分(図１
相当)。
下、４…可動電極、５…カンチレバー、６…電極(固
定)、７…Ｒ部、８…ダイヤフラム、９…圧力導入口、
１０…空隙、Ａ…ウエットエッチングによるカンチレバ
ーの根元部、θ…エッチング角度、Ｂ…ドライエッチン
グによるカンチレバーの根元部、(イ)…拡大部分(図１
相当)。
Claims (5)
- 【請求項１】シリコン板をエッチングして、カンチレバ
ーとその先端に可動電極を形成し、可動電極に相対し
て、１ないし２個のガラス板の固定電極を設け、前記三
層構造である可動電極と固定電極の空隙(容量)の変化の
ための空隙の寸法が所定の値に拘束又は制御され、その
変位から出力信号を取り出すものにおいて、前記カンチ
レバーの根元にドライエッチングによりＲ部を設けるこ
とを特徴とした半導体加速度センサ。 - 【請求項２】請求項１記載の加速度センサにおいて、ド
ライエッチングによる加工方法はマイクロ波プラズマエ
ッチング(ＥＣＲ)で行うことを特徴とした半導体加速度
センサ。 - 【請求項３】請求項１記載の加速度センサにおいて、カ
ンチレバー部に半導体ピエゾ抵抗を配設したことを特徴
とした半導体加速度センサ。 - 【請求項４】半導体圧力センサにおいて、感圧ダイヤフ
ラムの加工がウエットエッチングに継いでドライエッチ
ングで行いＲ部を設けることを特徴とした半導体圧力セ
ンサ。 - 【請求項５】請求項４記載の圧力センサにおいて、ドラ
イエッチングによる加工方法はマイクロ波プラズマエッ
チングで行うことを特徴とした半導体圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30449391A JPH05142247A (ja) | 1991-11-20 | 1991-11-20 | 半導体加速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30449391A JPH05142247A (ja) | 1991-11-20 | 1991-11-20 | 半導体加速度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05142247A true JPH05142247A (ja) | 1993-06-08 |
Family
ID=17933702
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30449391A Pending JPH05142247A (ja) | 1991-11-20 | 1991-11-20 | 半導体加速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05142247A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0700580B1 (en) * | 1994-03-28 | 2003-08-27 | I/O Sensors, Inc. | Method for fabricating suspension members for micromachined sensors |
| JP2008157674A (ja) * | 2006-12-21 | 2008-07-10 | Alps Electric Co Ltd | 静電容量型物理量センサ |
| JP2008275531A (ja) * | 2007-05-02 | 2008-11-13 | Seiko Instruments Inc | 薄板部材及びサーボ型センサ並びに薄板部材の製造方法 |
| CN104291263A (zh) * | 2014-08-25 | 2015-01-21 | 厦门脉科优芯电子科技有限公司 | 一种金刚石桥膜结构微型红外光源芯片及制备方法 |
-
1991
- 1991-11-20 JP JP30449391A patent/JPH05142247A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0700580B1 (en) * | 1994-03-28 | 2003-08-27 | I/O Sensors, Inc. | Method for fabricating suspension members for micromachined sensors |
| JP2008157674A (ja) * | 2006-12-21 | 2008-07-10 | Alps Electric Co Ltd | 静電容量型物理量センサ |
| JP2008275531A (ja) * | 2007-05-02 | 2008-11-13 | Seiko Instruments Inc | 薄板部材及びサーボ型センサ並びに薄板部材の製造方法 |
| CN104291263A (zh) * | 2014-08-25 | 2015-01-21 | 厦门脉科优芯电子科技有限公司 | 一种金刚石桥膜结构微型红外光源芯片及制备方法 |
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