JPH0712842A - 半導体容量式センサ及びセンサの製造方法 - Google Patents
半導体容量式センサ及びセンサの製造方法Info
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- JPH0712842A JPH0712842A JP5159504A JP15950493A JPH0712842A JP H0712842 A JPH0712842 A JP H0712842A JP 5159504 A JP5159504 A JP 5159504A JP 15950493 A JP15950493 A JP 15950493A JP H0712842 A JPH0712842 A JP H0712842A
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- silicon
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
- G01P2015/0822—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
- G01P2015/0825—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass
- G01P2015/0828—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass the mass being of the paddle type being suspended at one of its longitudinal ends
Landscapes
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 可動電極と固定電極間の間隙のサブミクロン
オーダーの制御が可能で、高段差エッチングに対してエ
ッチングされない部分に効果的なマスキングすることが
でき、しかも、検出対象に対して十分な感度を確保でき
るようにする。 【構成】 シリコン基板５をエッチングして薄肉可動部
分の先端に質量部を備えた可動電極６を形成し、この可
動電極６をガラス基板１，４に形成された固定電極２，
３に相対させて可動電極６と固定電極２，３の間の空隙
８ａ，８ｂの寸法変化に応じて出力される電気信号を取
り出す半導体容量式センサにおいて、シリコン基板５の
質量部（可動電極６）の表裏面のガラス基板１，４と相
対する部分の不純物濃度がシリコン基板５の他の部分よ
りも高濃度になるように構成した。また、センサを製造
する場合には、シリコン基板５のシリコンエッチングさ
れる部分に不純物の濃度差を設け、シリコンエッチング
の際にエッチングレートの差を付けることにより貫通部
分５ａも含めて複数の段差を同時に形成する。
オーダーの制御が可能で、高段差エッチングに対してエ
ッチングされない部分に効果的なマスキングすることが
でき、しかも、検出対象に対して十分な感度を確保でき
るようにする。 【構成】 シリコン基板５をエッチングして薄肉可動部
分の先端に質量部を備えた可動電極６を形成し、この可
動電極６をガラス基板１，４に形成された固定電極２，
３に相対させて可動電極６と固定電極２，３の間の空隙
８ａ，８ｂの寸法変化に応じて出力される電気信号を取
り出す半導体容量式センサにおいて、シリコン基板５の
質量部（可動電極６）の表裏面のガラス基板１，４と相
対する部分の不純物濃度がシリコン基板５の他の部分よ
りも高濃度になるように構成した。また、センサを製造
する場合には、シリコン基板５のシリコンエッチングさ
れる部分に不純物の濃度差を設け、シリコンエッチング
の際にエッチングレートの差を付けることにより貫通部
分５ａも含めて複数の段差を同時に形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はカンチレバーまたはダイ
ヤフラムを有し、ガラス／シリコン／ガラス、シリコン
／シリコン／シリコン、ガラス／シリコン、シリコン／
シリコンで構成された半導体容量式センサに係り、特に
可動電極（質量部）を有するシリコン基板の形成方法に
特徴のある半導体容量式センサとその製造方法に関す
る。
ヤフラムを有し、ガラス／シリコン／ガラス、シリコン
／シリコン／シリコン、ガラス／シリコン、シリコン／
シリコンで構成された半導体容量式センサに係り、特に
可動電極（質量部）を有するシリコン基板の形成方法に
特徴のある半導体容量式センサとその製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来からカンチレバー（梁）の先端に重
錘を形成して加速度センサや圧力センサとして使用する
半導体容量式センサはよく知られている。この種の従来
技術においては、特開平３−９４１６９に示すようにカ
ンチレバーを形成する場合、エッチング不可部分のエッ
チングマスクに酸化膜や窒化膜を用い、エッチング不可
部分の保護をしていた。
錘を形成して加速度センサや圧力センサとして使用する
半導体容量式センサはよく知られている。この種の従来
技術においては、特開平３−９４１６９に示すようにカ
ンチレバーを形成する場合、エッチング不可部分のエッ
チングマスクに酸化膜や窒化膜を用い、エッチング不可
部分の保護をしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このように酸
化膜や窒化膜をエッチングマスクとして使用すると、こ
れらの酸化膜および窒化膜はエッチングの際にある一定
のレートでシリコンと共にエッチングされ、サブミクロ
ンオーダーの制御を必要とする可動電極と固定電極間の
ギャップ量は、このエッチングによって微妙に変化す
る。このため、電極間ギャップの変化により、センサ特
性および感度が変化するという問題が発生する。また、
可動電極はシリコン基板自体の特性（誘電率、濃度等）
によって規定されるため、ギャップを狭くしなければ印
加する加速度に対して十分な感度が取れないという問題
もある。
化膜や窒化膜をエッチングマスクとして使用すると、こ
れらの酸化膜および窒化膜はエッチングの際にある一定
のレートでシリコンと共にエッチングされ、サブミクロ
ンオーダーの制御を必要とする可動電極と固定電極間の
ギャップ量は、このエッチングによって微妙に変化す
る。このため、電極間ギャップの変化により、センサ特
性および感度が変化するという問題が発生する。また、
可動電極はシリコン基板自体の特性（誘電率、濃度等）
によって規定されるため、ギャップを狭くしなければ印
加する加速度に対して十分な感度が取れないという問題
もある。
【０００４】さらに、シリコンの同一結晶面に複数の段
差を設けようとした場合、ホトリソグラフィー工程を複
数回行ない、そのたびに酸化膜エッチング、シリコンエ
ッチングを行なわなければならず、そのうえ、高段差の
構造体を形成しようとすると、エッチングマスクとなる
酸化膜や窒化膜を厚く形成する必要があった。しかし、
このように厚く形成すると、必然的に酸化時間もしくは
窒化時間が長くならざるを得なかった。
差を設けようとした場合、ホトリソグラフィー工程を複
数回行ない、そのたびに酸化膜エッチング、シリコンエ
ッチングを行なわなければならず、そのうえ、高段差の
構造体を形成しようとすると、エッチングマスクとなる
酸化膜や窒化膜を厚く形成する必要があった。しかし、
このように厚く形成すると、必然的に酸化時間もしくは
窒化時間が長くならざるを得なかった。
【０００５】本発明は、このような従来技術の実情に鑑
みてなされたもので、その目的は、可動電極と固定電極
間の間隙のサブミクロンオーダーの制御が可能で、高段
差エッチングに対してエッチングされない部分に効果的
なマスキングすることができ、しかも、検出対象に対し
て十分な感度を確保することができる半導体容量式セン
サ及びその製造方法を提供することにある。
みてなされたもので、その目的は、可動電極と固定電極
間の間隙のサブミクロンオーダーの制御が可能で、高段
差エッチングに対してエッチングされない部分に効果的
なマスキングすることができ、しかも、検出対象に対し
て十分な感度を確保することができる半導体容量式セン
サ及びその製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、シリコン基板をエッチングして薄肉可動
部分の先端に質量部を備えた可動電極を形成し、この可
動電極をガラス基板に形成された固定電極に相対させて
可動電極と固定電極の間の空隙の寸法変化に応じて出力
される電気信号を取り出す半導体容量式センサにおい
て、前記シリコン基板の質量部表裏面のガラス基板と相
対する面の不純物濃度がシリコン基板の他の部分よりも
高濃度になるように構成されている。
め、本発明は、シリコン基板をエッチングして薄肉可動
部分の先端に質量部を備えた可動電極を形成し、この可
動電極をガラス基板に形成された固定電極に相対させて
可動電極と固定電極の間の空隙の寸法変化に応じて出力
される電気信号を取り出す半導体容量式センサにおい
て、前記シリコン基板の質量部表裏面のガラス基板と相
対する面の不純物濃度がシリコン基板の他の部分よりも
高濃度になるように構成されている。
【０００７】また、この半導体容量式センサを製造する
場合には、シリコン基板のシリコンエッチングされる部
分に不純物の濃度差を設け、シリコンエッチングの際に
エッチングレートの差を付けることにより貫通部分も含
めて複数の段差を同時に形成する。
場合には、シリコン基板のシリコンエッチングされる部
分に不純物の濃度差を設け、シリコンエッチングの際に
エッチングレートの差を付けることにより貫通部分も含
めて複数の段差を同時に形成する。
【０００８】
【作用】上記構成では、可動電極面およびガラスとの接
合面が不純物によって高濃度にドーピングされている。
このような状態であると、シリコンエッチングの際に高
濃度の面はエッチングレートが小さいため、事実上エッ
チングされず、エッチングマスクとして使用できる。ま
た、ドーピングまたは拡散される不純物濃度の量により
ドーピングされた領域のエッチング速度は、基板のエッ
チング速度に対してエッチングレートが小さくなるの
で、当然、低下する。このため、濃度差を設けることに
より、１回のエッチングで複数の段差を設けることが可
能となる。また、高濃度部分は部分的（選択的）にパタ
ーニング可能なための多様なエッチング形状が可能とな
る。
合面が不純物によって高濃度にドーピングされている。
このような状態であると、シリコンエッチングの際に高
濃度の面はエッチングレートが小さいため、事実上エッ
チングされず、エッチングマスクとして使用できる。ま
た、ドーピングまたは拡散される不純物濃度の量により
ドーピングされた領域のエッチング速度は、基板のエッ
チング速度に対してエッチングレートが小さくなるの
で、当然、低下する。このため、濃度差を設けることに
より、１回のエッチングで複数の段差を設けることが可
能となる。また、高濃度部分は部分的（選択的）にパタ
ーニング可能なための多様なエッチング形状が可能とな
る。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
する。
【００１０】図１は実施例に係る半導体容量式加速度セ
ンサの構造を示す図である。図１（ａ）は側面図、同図
（ｂ）は断面図である。同図において、半導体容量式加
速度センサ（以下、センサと略称する。）は、２層のガ
ラス基板１，４と、ガラス基板１，４の間に配設された
シリコン基板５とからなり、シリコン基板５は、さらに
可動電極６と可動電極６を可動に片持ち支持するカンチ
レバー７とからなる。ガラス基板１，４の可動電極６に
対向する部分には固定電極２，３が配設され、固定電極
２と可動電極６、および固定電極３と可動電極６との間
には、それぞれ間隙８ａ，８ｂが形成されている。ま
た、ガラス基板１、シリコン基板５、およびガラス基板
４からはリード線１ａ，５ａ，４ａがそれぞれ引き出さ
れている。
ンサの構造を示す図である。図１（ａ）は側面図、同図
（ｂ）は断面図である。同図において、半導体容量式加
速度センサ（以下、センサと略称する。）は、２層のガ
ラス基板１，４と、ガラス基板１，４の間に配設された
シリコン基板５とからなり、シリコン基板５は、さらに
可動電極６と可動電極６を可動に片持ち支持するカンチ
レバー７とからなる。ガラス基板１，４の可動電極６に
対向する部分には固定電極２，３が配設され、固定電極
２と可動電極６、および固定電極３と可動電極６との間
には、それぞれ間隙８ａ，８ｂが形成されている。ま
た、ガラス基板１、シリコン基板５、およびガラス基板
４からはリード線１ａ，５ａ，４ａがそれぞれ引き出さ
れている。
【００１１】このような構造のセンサを製造する際に
は、まず、単結晶からなるシリコン基板５をホトリソグ
ラフィー技術を用いてパターニングする。この時、シリ
コンエッチングによりエッチングされない面にドーピン
グ等により不純物の高濃度領域を形成する。そして、ホ
トリソグラフィー技術によるパターニングを複数回繰り
返し、必要なマスク形状を形成し、このマスク形状を用
いて、シリコンエッチングで可動電極６とカンチレバー
７を形成する。
は、まず、単結晶からなるシリコン基板５をホトリソグ
ラフィー技術を用いてパターニングする。この時、シリ
コンエッチングによりエッチングされない面にドーピン
グ等により不純物の高濃度領域を形成する。そして、ホ
トリソグラフィー技術によるパターニングを複数回繰り
返し、必要なマスク形状を形成し、このマスク形状を用
いて、シリコンエッチングで可動電極６とカンチレバー
７を形成する。
【００１２】次に、ガラス基板１，４に固定電極２，３
を形成する。固定電極としては、ＡｌやＡｌ／Ｍｏの金
属膜等が使用される。固定電極２，３が形成されると、
ガラス基板１，４をシリコン基板５に相対向させ、当該
シリコン基板５を挟んでガラス基板１，４を積層し、陽
極接合等を用いてシリコン基板５と２組のガラス基板
１，４を接合する。このようにして、ガラス基板１の固
定電極２とガラス基板４の固定電極３は、シリコン基板
２の可動電極６に対向して配され、印加された加速度に
対して固定電極２および３と可動電極６間の容量が変化
することになる。
を形成する。固定電極としては、ＡｌやＡｌ／Ｍｏの金
属膜等が使用される。固定電極２，３が形成されると、
ガラス基板１，４をシリコン基板５に相対向させ、当該
シリコン基板５を挟んでガラス基板１，４を積層し、陽
極接合等を用いてシリコン基板５と２組のガラス基板
１，４を接合する。このようにして、ガラス基板１の固
定電極２とガラス基板４の固定電極３は、シリコン基板
２の可動電極６に対向して配され、印加された加速度に
対して固定電極２および３と可動電極６間の容量が変化
することになる。
【００１３】ここで用いる電極間ギャップ（容量）８
ａ，８ｂ；Ｃ1 , Ｃ2 は、 Ｃ1 ，Ｃ2 ＝ε・Ａ／ｄ ・・・（１） （Ｃ1 ，Ｃ2 ；容量、ε；比誘電率、Ａ；電極面積、
ｄ；電極間ギャップ）で表され、感度；ｄｃ／ｄｘは、
電極ギャップをＸとしたときに、 ｄｃ／ｄｘ＝−ε・Ａ／Ｘ2 ・・・（２） となり、電極間ギャップ８ａ，８ｂが小さいほど感度が
良好になる。ただし、電極間ギャップは数ミクロン程度
しかないためサブミクロンオーダーの間隙制御が必要と
なる。
ａ，８ｂ；Ｃ1 , Ｃ2 は、 Ｃ1 ，Ｃ2 ＝ε・Ａ／ｄ ・・・（１） （Ｃ1 ，Ｃ2 ；容量、ε；比誘電率、Ａ；電極面積、
ｄ；電極間ギャップ）で表され、感度；ｄｃ／ｄｘは、
電極ギャップをＸとしたときに、 ｄｃ／ｄｘ＝−ε・Ａ／Ｘ2 ・・・（２） となり、電極間ギャップ８ａ，８ｂが小さいほど感度が
良好になる。ただし、電極間ギャップは数ミクロン程度
しかないためサブミクロンオーダーの間隙制御が必要と
なる。
【００１４】ここに示した加速度センサにおいて、電極
間ギャップを形成するためにシリコン基板上に電極間ギ
ャップ分のエピタキシャル層（数μｍ）を形成し、電極
間ギャップを精度良く形成することも可能である。
間ギャップを形成するためにシリコン基板上に電極間ギ
ャップ分のエピタキシャル層（数μｍ）を形成し、電極
間ギャップを精度良く形成することも可能である。
【００１５】図２は、図１に示したシリコン基板５の平
面図および断面図である。このようにシリコン基板５を
カンチレバー７を備えた可動電極６として形成するため
には、まず、シリコン単結晶をホトリソグラフィー技術
を用いてパターニングし、必要とする段差（ギャップ、
数μｍ）を形成する。次に、上記ホトリソグラフィー技
術を数回繰り返し行い、可動電極６、カンチレバー７を
形成する。この時、可動電極６の両面９および、ガラス
基板と接合される部分９はその必要段差に合わせた高濃
度にあらかじめ不純物によりドーピングしてあるので、
エッチングの際はこの部分がマスクされた形となりエッ
チングレートが小さい分だけ事実上、エッチングされな
い。また、カンチレバー７は基板濃度に対して若干高め
に不純物をドーピングし、シリコンエッチングの際にシ
リコン基板５のエッチング速度よりも低くなるように濃
度を設定する。ここに示した高濃度領域を形成する手段
として、ドーピング、拡散等の通常の半導体技術が用い
られる。
面図および断面図である。このようにシリコン基板５を
カンチレバー７を備えた可動電極６として形成するため
には、まず、シリコン単結晶をホトリソグラフィー技術
を用いてパターニングし、必要とする段差（ギャップ、
数μｍ）を形成する。次に、上記ホトリソグラフィー技
術を数回繰り返し行い、可動電極６、カンチレバー７を
形成する。この時、可動電極６の両面９および、ガラス
基板と接合される部分９はその必要段差に合わせた高濃
度にあらかじめ不純物によりドーピングしてあるので、
エッチングの際はこの部分がマスクされた形となりエッ
チングレートが小さい分だけ事実上、エッチングされな
い。また、カンチレバー７は基板濃度に対して若干高め
に不純物をドーピングし、シリコンエッチングの際にシ
リコン基板５のエッチング速度よりも低くなるように濃
度を設定する。ここに示した高濃度領域を形成する手段
として、ドーピング、拡散等の通常の半導体技術が用い
られる。
【００１６】以上により製造した半導体容量式加速度セ
ンサは、サブミクロンオーダーで寸法制御が可能となる
とともに、部分的な高濃度領域の形成により、その組合
せによって貫通部分５ｂを含む複数の段差を１回のシリ
コンエッチングで形成でき、製造コストの低減を図るこ
とができる。
ンサは、サブミクロンオーダーで寸法制御が可能となる
とともに、部分的な高濃度領域の形成により、その組合
せによって貫通部分５ｂを含む複数の段差を１回のシリ
コンエッチングで形成でき、製造コストの低減を図るこ
とができる。
【００１７】図３は、不純物濃度に対するエッチング速
度の関係を示したものである。同図（ａ）は、シリコン
基板５の表面の不純物濃度とシリコンエッチング時のエ
ッチング速度との関係を示しており、この図から分かる
ように非常に高い不純物濃度では、シリコンは事実上ほ
とんどエッチングされない。また、同図（ｂ）は、シリ
コン基板５の表面の不純物濃度とシリコンエッチング時
のエッチング速度との関係を示したもので、（Ａ）〜
（Ｅ）はそれぞれエッチング液の配合組成を変えたとき
のエッチング速度の変化を表している。この場合は、配
合組成の組合せによって低濃度度領域においてエッチン
グが進行しないことも判明している。よって、図３の
（ａ），（ｂ）に示す特性を勘案して不純物濃度、エッ
チング液の配合等を適切に選択することにより、１回の
エッチングで複数の段差の形成が可能となる。
度の関係を示したものである。同図（ａ）は、シリコン
基板５の表面の不純物濃度とシリコンエッチング時のエ
ッチング速度との関係を示しており、この図から分かる
ように非常に高い不純物濃度では、シリコンは事実上ほ
とんどエッチングされない。また、同図（ｂ）は、シリ
コン基板５の表面の不純物濃度とシリコンエッチング時
のエッチング速度との関係を示したもので、（Ａ）〜
（Ｅ）はそれぞれエッチング液の配合組成を変えたとき
のエッチング速度の変化を表している。この場合は、配
合組成の組合せによって低濃度度領域においてエッチン
グが進行しないことも判明している。よって、図３の
（ａ），（ｂ）に示す特性を勘案して不純物濃度、エッ
チング液の配合等を適切に選択することにより、１回の
エッチングで複数の段差の形成が可能となる。
【００１８】図４は、実施例におけるシリコン基板の製
造プロセスの各工程を図示したものである。
造プロセスの各工程を図示したものである。
【００１９】この工程では、まず、（ａ）に示すような
単結晶のシリコン基板１０を（ｂ）の工程でホトリソグ
ラフィー技術を用いてパターニングし、さらに、（ｃ）
の工程でシリコンエッチングにより電極間ギャップ１１
（数μｍ）を形成する。ギャップ１１が形成されると、
（ｄ）の工程でホトリソグラフィー技術によりカンチレ
バー部１２と貫通部１３をパターニングする。そして、
カンチレバー部１２に不純物をドーピングし、高濃度領
域を形成する。
単結晶のシリコン基板１０を（ｂ）の工程でホトリソグ
ラフィー技術を用いてパターニングし、さらに、（ｃ）
の工程でシリコンエッチングにより電極間ギャップ１１
（数μｍ）を形成する。ギャップ１１が形成されると、
（ｄ）の工程でホトリソグラフィー技術によりカンチレ
バー部１２と貫通部１３をパターニングする。そして、
カンチレバー部１２に不純物をドーピングし、高濃度領
域を形成する。
【００２０】このようなパターニングが終了すると、
（ｅ）の工程で酸化膜１４等のマスクを除去し、最後に
（ｆ）の工程でシリコンエッチングによりカンチレバー
１２と貫通部分１３を形成する。この方法を用いること
により、１回のシリコンエッチングでカンチレバー１２
と貫通部分１３を同時に形成することが可能である。
（ｅ）の工程で酸化膜１４等のマスクを除去し、最後に
（ｆ）の工程でシリコンエッチングによりカンチレバー
１２と貫通部分１３を形成する。この方法を用いること
により、１回のシリコンエッチングでカンチレバー１２
と貫通部分１３を同時に形成することが可能である。
【００２１】図５は、他の実施例に係るシリコン基板の
製造プロセスの各工程を図示したものである。
製造プロセスの各工程を図示したものである。
【００２２】この工程では、（ａ）に示すような単結晶
のシリコン基板２０を（ｂ）の工程でホトリソグラフィ
ー技術を用いてパターニングし、（ｃ）の工程でシリコ
ンエッチングにより電極間ギャップ２１（数μｍ）を形
成する。そして、（ｄ）の工程でホトリソグラフィー技
術によりエッチングされない部分、すなわちガラス基板
との接合面２３、可動電極部２５、およびカンチレバー
部２２をパターニングする。その後、ガラス基板との接
合面２３と可動電極部２５にドーピングを行なう。ドー
ピングが終了すると、（ｅ）の工程でカンチレバー部２
２のマスク材を除去し、ガラス基板との接合面２３、可
動電極部２５、カンチレバー部２２にドーピングを行な
う。このときガラス基板との接合面２３と可動電極部２
５は、シリコンエッチングの際に事実上エッチングされ
ないほど高濃度に不純物がドーピングされている。最後
に、（ｆ）の工程でカンチレバー部２２のマスク材を除
去し、シリコンエッチングする。このとき、ガラス基板
との接合面２３、可動電極部２５、カンチレバー部２
２、及び貫通部２４は、それぞれ濃度が違うため、シリ
コンエッチング時のエッチングレートに差があらわれ、
１回のエッチングでそれぞれの段差が形成される。
のシリコン基板２０を（ｂ）の工程でホトリソグラフィ
ー技術を用いてパターニングし、（ｃ）の工程でシリコ
ンエッチングにより電極間ギャップ２１（数μｍ）を形
成する。そして、（ｄ）の工程でホトリソグラフィー技
術によりエッチングされない部分、すなわちガラス基板
との接合面２３、可動電極部２５、およびカンチレバー
部２２をパターニングする。その後、ガラス基板との接
合面２３と可動電極部２５にドーピングを行なう。ドー
ピングが終了すると、（ｅ）の工程でカンチレバー部２
２のマスク材を除去し、ガラス基板との接合面２３、可
動電極部２５、カンチレバー部２２にドーピングを行な
う。このときガラス基板との接合面２３と可動電極部２
５は、シリコンエッチングの際に事実上エッチングされ
ないほど高濃度に不純物がドーピングされている。最後
に、（ｆ）の工程でカンチレバー部２２のマスク材を除
去し、シリコンエッチングする。このとき、ガラス基板
との接合面２３、可動電極部２５、カンチレバー部２
２、及び貫通部２４は、それぞれ濃度が違うため、シリ
コンエッチング時のエッチングレートに差があらわれ、
１回のエッチングでそれぞれの段差が形成される。
【００２３】ここで示したドーピング濃度は、シリコン
基板の板厚、電極間ギャップ、カンチレバー厚さ等を考
えて、図３に示した領域から決定する。また、ここで示
した不純物濃度を得る手段としては、イオン打ち込み、
拡散等の通常の半導体プロセスで用いる方法が導入され
る。
基板の板厚、電極間ギャップ、カンチレバー厚さ等を考
えて、図３に示した領域から決定する。また、ここで示
した不純物濃度を得る手段としては、イオン打ち込み、
拡散等の通常の半導体プロセスで用いる方法が導入され
る。
【００２４】図６は、さらに他の実施例に係るシリコン
基板の製造プロセスの各工程を図示したものである。
基板の製造プロセスの各工程を図示したものである。
【００２５】この工程では、（ａ）に示すような単結晶
のシリコン基板３０を（ｂ）の工程でホトリソグラフィ
ー技術を用いてパターニングし、ホトリソグラフィー技
術によりエッチングされない部分、すなわちガラス基板
との接合面３１、可動電極部３３、カンチレバー部３
２、及び貫通部３４をそれぞれパターニングする。その
後、ガラス基板との接合面３１にドーピングを行なう。
そして、（ｃ）の工程で可動電極部３３のマスク材を除
去し、ガラス基板との接合面３１および可動電極部３３
にドーピングを行なう。さらに、（ｄ）の工程でカンチ
レバー部３２のマスク材を除去し、ガラス基板との接合
面３１、可動電極部３３、カンチレバー部３２にドーピ
ングを行なう。このときガラス基板との接合面３１は、
シリコンエッチングの際に事実上エッチングされないほ
ど高濃度に不純物がドーピングされている。ドーピング
が終了すると（ｅ）の工程で貫通部３２のマスク材を除
去し、シリコンエッチングする。このときガラス基板と
の接合面３１、可動電極部３３、カンチレバー部３２、
及び貫通部３４は、前実施例と同様にそれぞれ濃度が違
うため、シリコンエッチング時のエッチングレートに差
があらわれ、１回のエッチングでそれぞれの段差が形成
される。
のシリコン基板３０を（ｂ）の工程でホトリソグラフィ
ー技術を用いてパターニングし、ホトリソグラフィー技
術によりエッチングされない部分、すなわちガラス基板
との接合面３１、可動電極部３３、カンチレバー部３
２、及び貫通部３４をそれぞれパターニングする。その
後、ガラス基板との接合面３１にドーピングを行なう。
そして、（ｃ）の工程で可動電極部３３のマスク材を除
去し、ガラス基板との接合面３１および可動電極部３３
にドーピングを行なう。さらに、（ｄ）の工程でカンチ
レバー部３２のマスク材を除去し、ガラス基板との接合
面３１、可動電極部３３、カンチレバー部３２にドーピ
ングを行なう。このときガラス基板との接合面３１は、
シリコンエッチングの際に事実上エッチングされないほ
ど高濃度に不純物がドーピングされている。ドーピング
が終了すると（ｅ）の工程で貫通部３２のマスク材を除
去し、シリコンエッチングする。このときガラス基板と
の接合面３１、可動電極部３３、カンチレバー部３２、
及び貫通部３４は、前実施例と同様にそれぞれ濃度が違
うため、シリコンエッチング時のエッチングレートに差
があらわれ、１回のエッチングでそれぞれの段差が形成
される。
【００２６】ここで示したドーピング濃度も前述のよう
にして図３に示した領域から決定する。
にして図３に示した領域から決定する。
【００２７】このようにこれらの実施例によれば、シリ
コン基板上に高濃度不純物領域や不純物の濃度差を設け
ることにより、１回のシリコンエッチングにより複数の
段差を形成することが可能となるとともに、シリコンエ
ッチング時にエッチング条件をコントロールすることに
より、エッチングマスクに酸化膜、窒化膜等を用いない
で済むために、サブミクロンの精度が必要とされる電極
間ギャップの間隙の制御が容易となる。
コン基板上に高濃度不純物領域や不純物の濃度差を設け
ることにより、１回のシリコンエッチングにより複数の
段差を形成することが可能となるとともに、シリコンエ
ッチング時にエッチング条件をコントロールすることに
より、エッチングマスクに酸化膜、窒化膜等を用いない
で済むために、サブミクロンの精度が必要とされる電極
間ギャップの間隙の制御が容易となる。
【００２８】なお、上記シリコン部の構造において、カ
ンチレバー部の構造を１本の梁だけではなく複数にして
もよいし、図７に示すようなダイヤフラム形状としても
何ら問題ない。この場合、図７（ｂ）からも分かるよう
にダイヤフラム４０はカンチレバーよりも薄く膜状であ
るので、この膜厚の制御はカンチレバーの厚みの制御よ
りも精度を要する。
ンチレバー部の構造を１本の梁だけではなく複数にして
もよいし、図７に示すようなダイヤフラム形状としても
何ら問題ない。この場合、図７（ｂ）からも分かるよう
にダイヤフラム４０はカンチレバーよりも薄く膜状であ
るので、この膜厚の制御はカンチレバーの厚みの制御よ
りも精度を要する。
【００２９】このダイヤフラム方式のセンサは、一般に
は、一方向から力が加わり、その力の方向に変位するよ
うな検出に使用され、したがって、ガラス基板４１とシ
リコン基板４２を１枚ずつ積層し、シリコン基板側４２
に力が加わり、可動電極４３とガラス基板４１側の固定
電極４４との間の容量変化を電気信号として取り出すよ
うな圧力センサに好適である。
は、一方向から力が加わり、その力の方向に変位するよ
うな検出に使用され、したがって、ガラス基板４１とシ
リコン基板４２を１枚ずつ積層し、シリコン基板側４２
に力が加わり、可動電極４３とガラス基板４１側の固定
電極４４との間の容量変化を電気信号として取り出すよ
うな圧力センサに好適である。
【００３０】なお、これらのシリコン基板に複数の段差
を形成する場合、１回のエッチングで複数の段差を形成
する際に、エッチング液の組成とマスク材の組合せ、不
純物濃度差とマスク材とエッチング液組成をそれぞれ組
合せてもよいことは言うまでもない。また、センサ構造
においても、シリコン／シリコン／シリコン、シリコン
／シリコン、ガラス／シリコンの各種構造体としても何
ら問題ない。
を形成する場合、１回のエッチングで複数の段差を形成
する際に、エッチング液の組成とマスク材の組合せ、不
純物濃度差とマスク材とエッチング液組成をそれぞれ組
合せてもよいことは言うまでもない。また、センサ構造
においても、シリコン／シリコン／シリコン、シリコン
／シリコン、ガラス／シリコンの各種構造体としても何
ら問題ない。
【００３１】このように、本発明方法では、シリコン基
板に対して複数の段差を１回で形成することができるの
で、半導体容量式加速度センサに限らず、複数の段差を
有するシリコン基板を加工した例えば、歪ゲージ式加速
度センサ等の加速度センサや圧力センサに適用できるこ
とも言うまでもない。
板に対して複数の段差を１回で形成することができるの
で、半導体容量式加速度センサに限らず、複数の段差を
有するシリコン基板を加工した例えば、歪ゲージ式加速
度センサ等の加速度センサや圧力センサに適用できるこ
とも言うまでもない。
【００３２】
【発明の効果】これまでの説明で明らかなように、シリ
コン基板の質量部表裏面のガラス基板と相対する面の不
純物濃度をシリコン基板の他の部分に対して高濃度に形
成した本発明によれば、不純物濃度によってエッチング
条件をコントロールできるので、可動電極と固定電極間
の間隙のサブミクロンオーダーの制御が可能で、高段差
エッチングに対してエッチングされない部分に効果的な
マスキングすることができ、しかも、検出対象に対して
十分な感度を確保することができる。
コン基板の質量部表裏面のガラス基板と相対する面の不
純物濃度をシリコン基板の他の部分に対して高濃度に形
成した本発明によれば、不純物濃度によってエッチング
条件をコントロールできるので、可動電極と固定電極間
の間隙のサブミクロンオーダーの制御が可能で、高段差
エッチングに対してエッチングされない部分に効果的な
マスキングすることができ、しかも、検出対象に対して
十分な感度を確保することができる。
【図１】本発明の実施例に係るカンチレバー式の半導体
容量式加速度センサの構造を示す図である。
容量式加速度センサの構造を示す図である。
【図２】実施例に係る半導体容量式加速度センサのシリ
コン基板の構造を示す図である。
コン基板の構造を示す図である。
【図３】実施例における不純物濃度とエッチング速度の
関係を示す特性図である。
関係を示す特性図である。
【図４】実施例に係るシリコン基板の製造プロセスを示
す図である。
す図である。
【図５】他の実施例に係るシリコン基板の製造プロセを
示す図である。
示す図である。
【図６】さらに他の実施例に係るシリコン基板の製造プ
ロセスを示す図である。
ロセスを示す図である。
【図７】さらの他の実施例に係るダイヤフラム式の半導
体容量式センサの構造を示す図である。
体容量式センサの構造を示す図である。
１，４，４１ ガラス基板 ２，３，４４ 固定電極 ５，１０，２０，３０ シリコン基板 ５ａ，３４ 貫通部 ６，２５，４３ 可動電極 ７ カンチレバー ８ａ，８ｂ，１１，２１，３６ 電極間ギャップ ９ 高濃度領域 １２，２２，３２ カンチレバー部 １３，２４ 貫通部 １４，２３，３１ ガラスとの接合面 ３３ 可動電極部 ３４ 貫通部 ４０ ダイヤフラム
Claims (10)
- 【請求項１】 シリコン基板をエッチングして薄肉可動
部分の先端に質量部を備えた可動電極を形成し、この可
動電極をガラス基板に形成された固定電極に相対させて
可動電極と固定電極の間の空隙の寸法変化に応じて出力
される電気信号を取り出す半導体容量式センサにおい
て、 前記シリコン基板の質量部の表面および裏面のガラス基
板と相対する部分の不純物濃度がシリコン基板の他の部
分に対して高濃度に形成されていることを特徴とする半
導体容量式センサ。 - 【請求項２】 前記高濃度の不純物濃度に形成されたシ
リコン基板部分が、エッチングの際のエッチストッパー
になるように構成されていることを特徴とする請求項１
記載の半導体容量式センサ。 - 【請求項３】 前記高濃度の不純物濃度に形成されたシ
リコン基板部分の当該不純物濃度が１×１０20／ｃｍ3
以上であることを特徴とする請求項１または２記載の半
導体容量式センサ。 - 【請求項４】 前記薄肉可動部分がカンチレバーからな
ることを特徴とする請求項１記載の半導体容量式セン
サ。 - 【請求項５】 前記薄肉可動部分がダイヤフラムからな
ることを特徴とする請求項１記載の半導体容量式セン
サ。 - 【請求項６】 前記ガラス基板が２枚設けられ、前記シ
リコン基板が当該ガラス基板の間に配設されていること
を特徴とする請求項１記載の半導体容量式センサ。 - 【請求項７】 前記ガラス基板が１枚設けられ、前記シ
リコン基板が当該ガラス基板に対向して配設されている
ことを特徴とする請求項１記載の半導体容量式センサ。 - 【請求項８】 前記固定電極が、前記ガラス基板に代え
てシリコン基板上に形成されていることを特徴とする請
求項１記載の半導体容量式センサ。 - 【請求項９】 可動電極と固定電極の空隙が、固定電極
を形成したシリコン基板にエピタキシャル層を用いて形
成されていることを特徴とする請求項８記載の半導体容
量式センサ。 - 【請求項１０】 センサ本体をシリコン基板をエッチン
グして複数の段差を形成することによって製造するセン
サの製造方法において、 シリコン基板のシリコンエッチングされる部分に不純物
の濃度差を設け、シリコンエッチングの際にエッチング
レートの差を付けることにより貫通部分も含めて複数の
段差を同時に形成することを特徴とするセンサの製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5159504A JPH0712842A (ja) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | 半導体容量式センサ及びセンサの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5159504A JPH0712842A (ja) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | 半導体容量式センサ及びセンサの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0712842A true JPH0712842A (ja) | 1995-01-17 |
Family
ID=15695219
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5159504A Pending JPH0712842A (ja) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | 半導体容量式センサ及びセンサの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0712842A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI586480B (zh) * | 2015-09-09 | 2017-06-11 | Tool machine self - detection system | |
| US11835252B1 (en) | 2017-03-31 | 2023-12-05 | Albers Mechanical Contractors, Inc. | Foam core duct system protected by metal sleeves with integral flanges |
-
1993
- 1993-06-29 JP JP5159504A patent/JPH0712842A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI586480B (zh) * | 2015-09-09 | 2017-06-11 | Tool machine self - detection system | |
| US11835252B1 (en) | 2017-03-31 | 2023-12-05 | Albers Mechanical Contractors, Inc. | Foam core duct system protected by metal sleeves with integral flanges |
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