JPH0748566B2 - 加速度センサおよびその製造方法 - Google Patents
加速度センサおよびその製造方法Info
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- JPH0748566B2 JPH0748566B2 JP24906489A JP24906489A JPH0748566B2 JP H0748566 B2 JPH0748566 B2 JP H0748566B2 JP 24906489 A JP24906489 A JP 24906489A JP 24906489 A JP24906489 A JP 24906489A JP H0748566 B2 JPH0748566 B2 JP H0748566B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は地震、物体の移動、衝突等の加速度を検出する
加速度センサおよびその製造方法に関するものである。
加速度センサおよびその製造方法に関するものである。
第６図は従来の加速度センサの一例を示す断面図であ
る。同図において、１はシリコン基板、２はシリコン基
板１の裏面側に四角形状にわたつて断面がほぼ台形状に
エツチング加工により形成された溝、３はシリコン基板
１への溝２の形成により台形の島状に形成された厚肉状
の慣性質量部、４はシリコン基板１に対して溝２の形成
によつて慣性質量部３を懸架して支持する可動部として
の薄肉状起歪部であり、これらのシリコン基板1,溝2,慣
性質量部３および起歪部４によりセンサチツプ５を構成
している。また、６はシリコン基板１の表面側に形成さ
れた電極取り出し部、７はシリコン基板１の表面側に上
記慣性質量部３を被覆して固定配置された上部キヤツ
プ、８は上部キヤツプ７の内面に慣性質量部３と対向し
て形成された上部電極、９はシリコン基板１の裏面側に
慣性質量部３を被覆して固定配置された下部キヤツプ、
10は下部キヤツプ９の内面に慣性質量部３と対向して形
成された下部電極、11は空隙部からなる容量形成部であ
る。
る。同図において、１はシリコン基板、２はシリコン基
板１の裏面側に四角形状にわたつて断面がほぼ台形状に
エツチング加工により形成された溝、３はシリコン基板
１への溝２の形成により台形の島状に形成された厚肉状
の慣性質量部、４はシリコン基板１に対して溝２の形成
によつて慣性質量部３を懸架して支持する可動部として
の薄肉状起歪部であり、これらのシリコン基板1,溝2,慣
性質量部３および起歪部４によりセンサチツプ５を構成
している。また、６はシリコン基板１の表面側に形成さ
れた電極取り出し部、７はシリコン基板１の表面側に上
記慣性質量部３を被覆して固定配置された上部キヤツ
プ、８は上部キヤツプ７の内面に慣性質量部３と対向し
て形成された上部電極、９はシリコン基板１の裏面側に
慣性質量部３を被覆して固定配置された下部キヤツプ、
10は下部キヤツプ９の内面に慣性質量部３と対向して形
成された下部電極、11は空隙部からなる容量形成部であ
る。
このような構成において、センサに加速度が加わると、
慣性質量部３の位置が変位し、対向する上部電極８と下
部電極10との間で容量値が変化して加速度が検出される
ことになる。一方、過大な加速度が加わつた場合には、
上，下のキヤツプ7,9がストツパーの役割を果たし、起
歪部４の過度な変形による破壊を防ぐ構造になつてい
る。
慣性質量部３の位置が変位し、対向する上部電極８と下
部電極10との間で容量値が変化して加速度が検出される
ことになる。一方、過大な加速度が加わつた場合には、
上，下のキヤツプ7,9がストツパーの役割を果たし、起
歪部４の過度な変形による破壊を防ぐ構造になつてい
る。
しかしながら、このように構成された加速度センサは、
センサチツプ５と上部キヤツプ７と下部キヤツプ９との
３点の主構成部材から構成されており、これらの３点の
構成部材にはそれぞれ寸法上のばらつきを有しているこ
とから、次のような問題があつた。すなわち、 （ａ）３点の構成部品の組み付け時の位置合わせが極め
て困難であつた。
センサチツプ５と上部キヤツプ７と下部キヤツプ９との
３点の主構成部材から構成されており、これらの３点の
構成部材にはそれぞれ寸法上のばらつきを有しているこ
とから、次のような問題があつた。すなわち、 （ａ）３点の構成部品の組み付け時の位置合わせが極め
て困難であつた。
（ｂ）上部キヤツプ７および下部キヤツプ９とセンサチ
ツプ５との間隙の完成寸法が大きくばらつくことから、
耐圧に余裕をもたせる必要があり、高感度な加速度セン
サの設計が困難であつた。
ツプ５との間隙の完成寸法が大きくばらつくことから、
耐圧に余裕をもたせる必要があり、高感度な加速度セン
サの設計が困難であつた。
（ｃ）慣性質量部３の底面が直接ストツパに当る構成に
なつているため、慣性質量部３の形状や下側プレートの
形状の設計の自由度が小さかつた。
なつているため、慣性質量部３の形状や下側プレートの
形状の設計の自由度が小さかつた。
したがつて本発明は、前述した従来の課題を解決するた
めになされたものであり、その目的は、加速度に対する
感度を向上させかつ小型でしかも高耐圧で量産を可能と
した加速度センサおよびその製造方法を提供することに
ある。
めになされたものであり、その目的は、加速度に対する
感度を向上させかつ小型でしかも高耐圧で量産を可能と
した加速度センサおよびその製造方法を提供することに
ある。
このような課題を解決するために本発明による加速度セ
ンサは、シリコン基板内に一定の間隙幅を有するＬ字状
の断面構造をもつ溝を形成し、このシリコン基板の表面
部分にシリコン薄肉状の一対の起歪部を形成し、この起
歪部間にシリコン厚肉状の慣性質量部を懸架支持させた
ものである。
ンサは、シリコン基板内に一定の間隙幅を有するＬ字状
の断面構造をもつ溝を形成し、このシリコン基板の表面
部分にシリコン薄肉状の一対の起歪部を形成し、この起
歪部間にシリコン厚肉状の慣性質量部を懸架支持させた
ものである。
また、本発明による加速度センサの製造方法は、第１の
シリコン基板の一方の面に溝を形成した後、その上に起
歪部となる第２のシリコン基板を接着し、他方の面から
上記の溝と連結する溝を形成してＬ字状の断面構造をも
つ溝を形成することにより、シリコン基板の表面部分に
シリコン薄肉状の起歪部が形成される。
シリコン基板の一方の面に溝を形成した後、その上に起
歪部となる第２のシリコン基板を接着し、他方の面から
上記の溝と連結する溝を形成してＬ字状の断面構造をも
つ溝を形成することにより、シリコン基板の表面部分に
シリコン薄肉状の起歪部が形成される。
本発明においては、シリコン基板内にＬ字状の溝が一定
の間隙幅を有して高精度で形成される。
の間隙幅を有して高精度で形成される。
以下、図面を用いて本発明の実施施例を詳細に説明す
る。
る。
第１図は本発明による加速度センサの一実施例を示す断
面図であり、前述の図と同一部分には同一符号を付して
ある。同図において、シリコン基板１の表面と平行とな
る裏面を結晶面の（110）面とし、この裏面側には結晶
面の（110）面と垂直方向に結晶面の〈112〉軸に沿つて
異方性エツチングにより食刻されて断面がほぼ逆Ｌ字状
の一対のＬ字状溝2a′,2b′が一定の間隙を有して平行
に形成されている。そして、この逆Ｌ字状の溝2a′,2
b′の形成によつてシリコン基板１の上部にはシリコン
基板１の薄肉部からなる一対の起歪部4a,4bが形成され
るとともにこの一対の起歪部4a,4bとの間にはほぼ直方
体を有するシリコン基板１の厚肉部からなる慣性質量部
３′が支持されて形成され、さらにこの慣性質量部３′
の表面には対向する下部電極10が形成されている。
面図であり、前述の図と同一部分には同一符号を付して
ある。同図において、シリコン基板１の表面と平行とな
る裏面を結晶面の（110）面とし、この裏面側には結晶
面の（110）面と垂直方向に結晶面の〈112〉軸に沿つて
異方性エツチングにより食刻されて断面がほぼ逆Ｌ字状
の一対のＬ字状溝2a′,2b′が一定の間隙を有して平行
に形成されている。そして、この逆Ｌ字状の溝2a′,2
b′の形成によつてシリコン基板１の上部にはシリコン
基板１の薄肉部からなる一対の起歪部4a,4bが形成され
るとともにこの一対の起歪部4a,4bとの間にはほぼ直方
体を有するシリコン基板１の厚肉部からなる慣性質量部
３′が支持されて形成され、さらにこの慣性質量部３′
の表面には対向する下部電極10が形成されている。
このような構成によれば、慣性質量部３′がメサ型では
なく、任意の大きさの直方体状で形成されるので、その
質量が増加し、感度向上が計れる。また、一対の溝2
a′,2b′をシリコン基板１に逆Ｌ字状に形成したことに
より、容量形成部11に加速度が加わり、慣性質量部３′
が下方向に慣性力Ｆが与えられても第２図に示すように
一対の薄肉状起歪部4a,4bが逆Ｌ字状溝2a′,2b′内のそ
れぞれの角部1a,1bに当接して支持され、さらに大きな
加速度が加わり、第３図に示すように慣性質量部３′に
多大な慣性力Ｆ′が与えられても一対の薄肉状起歪部4
a,4bがそれぞれ4A,4Bを支点としてそれぞれ角部1a,1bに
当接して慣性質量部３′の底面が基台に接触する範囲ま
で支持させることができる。したがつて過大な加速度に
対しても、２段構えの最終ストツパとしての機能が得ら
れ、それ以上の変形よる破壊を防止することができる。
なく、任意の大きさの直方体状で形成されるので、その
質量が増加し、感度向上が計れる。また、一対の溝2
a′,2b′をシリコン基板１に逆Ｌ字状に形成したことに
より、容量形成部11に加速度が加わり、慣性質量部３′
が下方向に慣性力Ｆが与えられても第２図に示すように
一対の薄肉状起歪部4a,4bが逆Ｌ字状溝2a′,2b′内のそ
れぞれの角部1a,1bに当接して支持され、さらに大きな
加速度が加わり、第３図に示すように慣性質量部３′に
多大な慣性力Ｆ′が与えられても一対の薄肉状起歪部4
a,4bがそれぞれ4A,4Bを支点としてそれぞれ角部1a,1bに
当接して慣性質量部３′の底面が基台に接触する範囲ま
で支持させることができる。したがつて過大な加速度に
対しても、２段構えの最終ストツパとしての機能が得ら
れ、それ以上の変形よる破壊を防止することができる。
第４図は本発明による加速度センサの他の実施例を示す
断面図であり、前述の図と同一部分には同一符号を付し
てある。同図において、第１図と果なる点は、シリコン
基板１の表面が（100）面である点でこの結晶面の（10
0）面に対して異方性エツチングを行なつて結晶面の〈1
10〉軸方向に沿つた溝2a″,2b″が形成されて加速度セ
ンサが構成されている。
断面図であり、前述の図と同一部分には同一符号を付し
てある。同図において、第１図と果なる点は、シリコン
基板１の表面が（100）面である点でこの結晶面の（10
0）面に対して異方性エツチングを行なつて結晶面の〈1
10〉軸方向に沿つた溝2a″,2b″が形成されて加速度セ
ンサが構成されている。
このような構成においても前述と全く同等の効果が得ら
れる。
れる。
第５図（ａ）〜（ｇ）は本発明による加速度センサの製
造方法の一実施例を説明する工程の断面図である。同図
において、まず、同図（ａ）に示すようにＰ型シリコン
基板１の表面に例えばSi3N4などのエツチングマスク材2
1を成膜した後、このエツチングマスク材21に前記逆Ｌ
字状溝2a′,2b′内のシリコン基板１表面と平行となる
部分に相当する一対の窓パターン21a,21bをフオトリソ
グラフイ技術によりパターニングして形成し、この一対
の窓パターン21a,21b内を例えばKOHなどのエツチング液
により異方性エツチングを行なつて一対の溝22a,22bを
形成した後、エツチングマスク材21を除去する。次に同
図（ｂ）に示すように一対の溝22a,22b内で前記逆Ｌ字
状溝2a′,2b′のシリコン基板１表面と垂直となる部分
に図示しないが例えば熱酸化膜などのマスク材を成膜
し、シリコン基板１の表面および一対の溝22a,22b内に
例えばリンなどを熱拡散してｎ型不純物拡散層23を形成
する。次にこのシリコン基板１の裏面側に前述と同様な
方法によりSi3N4のエツチングマスク材を形成し、KOHで
異方性エツチングを行なつて前記慣性質量部３′となる
部分に溝24を形成する。次に同図（ｄ）に示すよう表面
にｎ型不純物拡散層23を形成したシリコン基板１上に、
一方の面にｎ型エピタキシヤル層25を形成したＰ型シリ
コン基板26を例えば1000〜1100℃の酸化雰囲気中でフユ
ージヨンボンドを行なつてそのｎ型エピタキシヤル層25
側を直接接合し一体化する。次このｎ型エピタキシヤル
層25を形成したシリコン基板26を例えばKOH溶液中に浸
漬し、ｎ型不純物拡散層23が形成されたシリコン基板１
に数〜10V程度の正電位を与えてエツチングを行なう
と、同図（ｅ）に示すようにｎ型エピタキシヤル層25の
部分でエツチングが止り、同図（ｄ）に示したシリコン
基板26はエツチング除去される。次に同図（ｆ）に示す
ようにｎ型エピタキシヤル層25の表面所定位置に下部電
極10および電極取り出し部６を形成した後、シリコン基
板１の裏面側に前述と同様な方法によりSi3N4のエツチ
ングマスク材を形成し、KOH溶液中に浸漬し、ｎ型エピ
タキシヤル層25に数〜10数ボルト程度の正電圧を与えて
エツチングを行なうと、ｎ型エピタキシヤル層25および
ｎ型不純物拡散層23の部分でエツチングが止り、前述し
た一対の溝22a,22bにそれぞれ連通する一対の逆Ｌ字状
溝26a,26bが形成される。次に同図（ｇ）に示すように
ｎ型エピタキシヤル層25上に、内面凹部に上部電極８を
形成したパイレツクス製キヤツプ７を陽極接合法により
接合して第１図と同等の加速度センサが完成される。
造方法の一実施例を説明する工程の断面図である。同図
において、まず、同図（ａ）に示すようにＰ型シリコン
基板１の表面に例えばSi3N4などのエツチングマスク材2
1を成膜した後、このエツチングマスク材21に前記逆Ｌ
字状溝2a′,2b′内のシリコン基板１表面と平行となる
部分に相当する一対の窓パターン21a,21bをフオトリソ
グラフイ技術によりパターニングして形成し、この一対
の窓パターン21a,21b内を例えばKOHなどのエツチング液
により異方性エツチングを行なつて一対の溝22a,22bを
形成した後、エツチングマスク材21を除去する。次に同
図（ｂ）に示すように一対の溝22a,22b内で前記逆Ｌ字
状溝2a′,2b′のシリコン基板１表面と垂直となる部分
に図示しないが例えば熱酸化膜などのマスク材を成膜
し、シリコン基板１の表面および一対の溝22a,22b内に
例えばリンなどを熱拡散してｎ型不純物拡散層23を形成
する。次にこのシリコン基板１の裏面側に前述と同様な
方法によりSi3N4のエツチングマスク材を形成し、KOHで
異方性エツチングを行なつて前記慣性質量部３′となる
部分に溝24を形成する。次に同図（ｄ）に示すよう表面
にｎ型不純物拡散層23を形成したシリコン基板１上に、
一方の面にｎ型エピタキシヤル層25を形成したＰ型シリ
コン基板26を例えば1000〜1100℃の酸化雰囲気中でフユ
ージヨンボンドを行なつてそのｎ型エピタキシヤル層25
側を直接接合し一体化する。次このｎ型エピタキシヤル
層25を形成したシリコン基板26を例えばKOH溶液中に浸
漬し、ｎ型不純物拡散層23が形成されたシリコン基板１
に数〜10V程度の正電位を与えてエツチングを行なう
と、同図（ｅ）に示すようにｎ型エピタキシヤル層25の
部分でエツチングが止り、同図（ｄ）に示したシリコン
基板26はエツチング除去される。次に同図（ｆ）に示す
ようにｎ型エピタキシヤル層25の表面所定位置に下部電
極10および電極取り出し部６を形成した後、シリコン基
板１の裏面側に前述と同様な方法によりSi3N4のエツチ
ングマスク材を形成し、KOH溶液中に浸漬し、ｎ型エピ
タキシヤル層25に数〜10数ボルト程度の正電圧を与えて
エツチングを行なうと、ｎ型エピタキシヤル層25および
ｎ型不純物拡散層23の部分でエツチングが止り、前述し
た一対の溝22a,22bにそれぞれ連通する一対の逆Ｌ字状
溝26a,26bが形成される。次に同図（ｇ）に示すように
ｎ型エピタキシヤル層25上に、内面凹部に上部電極８を
形成したパイレツクス製キヤツプ７を陽極接合法により
接合して第１図と同等の加速度センサが完成される。
このような方法によれば、慣性質量部３′を懸架支持す
る一対の逆Ｌ字状の溝2a′,2b′が、シリコン基板１の
異方性エツチングおよび電界ストツプエツチング技術に
よりシリコン基板１の表面と平行な一対の溝22a,22bお
よび連通する垂直な溝26a,26bを食刻することにより形
成できるので、シリコン基板１の表面には一対の起歪部
4a,4bが高感度構造で形成できるとともにこの一対の起
歪部4a,4bと正確な位置に慣性質量部３′の過大変位を
ストツプさせる角部1a,1bが高精度で形成することがで
きる。また、上述した工程は、通常のIC製造プロセスと
同様にφ４″ウエハから一度に500〜1000個形成できる
ため、量産性もある。
る一対の逆Ｌ字状の溝2a′,2b′が、シリコン基板１の
異方性エツチングおよび電界ストツプエツチング技術に
よりシリコン基板１の表面と平行な一対の溝22a,22bお
よび連通する垂直な溝26a,26bを食刻することにより形
成できるので、シリコン基板１の表面には一対の起歪部
4a,4bが高感度構造で形成できるとともにこの一対の起
歪部4a,4bと正確な位置に慣性質量部３′の過大変位を
ストツプさせる角部1a,1bが高精度で形成することがで
きる。また、上述した工程は、通常のIC製造プロセスと
同様にφ４″ウエハから一度に500〜1000個形成できる
ため、量産性もある。
以上説明したように本発明によれば、シリコン基板内に
一定の間隙幅を有する一対のＬ字状の溝を形成し、この
シリコン基板の表面部分にシリコン薄肉状の一対の起歪
部を形成してこの一対の起歪部間にシリコン厚肉状の慣
性質量部を支持させたことにより、高感度および高耐圧
が達成できるとともに高感度と高耐圧という相矛盾する
特性の設計自由度が大幅に拡大される。また、表面に下
部電極を形成したセンサチツプと内面に上部電極を形成
したキヤツプとを対向配置させて構成されるので、主構
成部材が従来の３点から２点に軽減されるとともに小型
化が可能となるなどの極めて優れた効果が得られる。
一定の間隙幅を有する一対のＬ字状の溝を形成し、この
シリコン基板の表面部分にシリコン薄肉状の一対の起歪
部を形成してこの一対の起歪部間にシリコン厚肉状の慣
性質量部を支持させたことにより、高感度および高耐圧
が達成できるとともに高感度と高耐圧という相矛盾する
特性の設計自由度が大幅に拡大される。また、表面に下
部電極を形成したセンサチツプと内面に上部電極を形成
したキヤツプとを対向配置させて構成されるので、主構
成部材が従来の３点から２点に軽減されるとともに小型
化が可能となるなどの極めて優れた効果が得られる。
第１図は本発明による加速度センサの一実施例を示す断
面図、第２図および第３図は第１図の加速度センサの作
用を説明する断面図、第４図は本発明による加速度セン
サの他の実施例を示す断面図、第５図（ａ）〜（ｇ）は
本発明による加速度センサの製造方法の一実施例を示す
工程の断面図、第６図は従来の加速度センサの構成を示
す断面図である。 １……シリコン基板、1a,1b……角部、2a′,2a″,2b′,
2b″……溝、３′……慣性質量部、4a,4b……起歪部、4
A,4B……支点、６……電極取り出し部、７……上部キャ
ップ、８……上部電極、10……下部電極、11……容量形
成部、21……エツチングマスク、21a,21b……窓パター
ン、22a,22b……溝、23……ｎ型不純物拡散層、24……
溝、25……ｎ型エピタキシヤル層、26a,26b……逆Ｌ字
状溝。
面図、第２図および第３図は第１図の加速度センサの作
用を説明する断面図、第４図は本発明による加速度セン
サの他の実施例を示す断面図、第５図（ａ）〜（ｇ）は
本発明による加速度センサの製造方法の一実施例を示す
工程の断面図、第６図は従来の加速度センサの構成を示
す断面図である。 １……シリコン基板、1a,1b……角部、2a′,2a″,2b′,
2b″……溝、３′……慣性質量部、4a,4b……起歪部、4
A,4B……支点、６……電極取り出し部、７……上部キャ
ップ、８……上部電極、10……下部電極、11……容量形
成部、21……エツチングマスク、21a,21b……窓パター
ン、22a,22b……溝、23……ｎ型不純物拡散層、24……
溝、25……ｎ型エピタキシヤル層、26a,26b……逆Ｌ字
状溝。
Claims (2)
- 【請求項１】シリコン基板の一方の面に前記シリコン基
板面と垂直方向に一定の間隙幅を有する第１の溝と、前
記第１の溝の底部と連結しかつ前記シリコン基板の端面
方向に向かって前記シリコン基板と平行方向に所定の間
隙幅を有する第２の溝とからなる前記シリコン基板と垂
直方向の断面がＬ字状の溝を設けることにより前記シリ
コン基板の他方の面に形成されたシリコン薄肉状の一対
の起歪部と、 前記一対の起歪部間の前記第１の溝の方向に沿って懸架
支持されたシリコン厚肉部からなる慣性質量部と、 前記シリコン基板の他方の面の前記慣性質量部および前
記第２の溝と反対向する面上に形成された下部電極と、 前記シリコン基板の他方の面上に前記一対の起歪部を覆
うように接着配置された絶縁性キャップと、 前記絶縁性キャップの内面に前記下部電極と対向して配
置された上部電極と、 を備えたことを特徴とする加速度センサ。 - 【請求項２】第１の第１導電型のシリコン基板の一方の
面に前記シリコン基板の面に平行な一対の第２の溝を形
成する工程と、 前記一対の第２の溝内の中心側を除き前記第１の第１導
電型のシリコン基板の一方の面に第２導電型の不純物拡
散層を形成する工程と、 前記第１の第１導電型のシリコン基板の他方の面に前記
一対の第２の溝間に対応する位置関係を有して第３の溝
を形成する工程と、 一方の面に第２導電型のエピタキシャル層を形成した第
２の第１導電型のシリコン基板のその第２導電型のエピ
タキシャル層を前記第１の第１導電型のシリコン基板の
第２の導電型の不純物拡散層形成面と接合する工程と、 前記第２の第１導電型のシリコン基板をエッチング溶液
に浸漬し、前記第２導電型のエピタキシャル層に正電位
を印加しながら前記第２の第１導電型のシリコン基板の
第１導電型部分をエッチング除去する工程と、 前記第２導電型のエピタキシャル層の表面の前記一対の
第２の溝間に対応する位置関係を有した面上に下部電極
を形成する工程と、 前記第１の第１導電型のシリコン基板をエッチング溶液
に浸漬し、前記第２導電型のエピタキシャル層に正電位
を印加しながら、前記第３の溝内の所定部分をエッチン
グし前記一対の第２の溝内の前記中心側と連結する第１
の溝を形成する工程と、 前記第２導電型のエピタキシャル層の表面に内面凹部に
上部電極を形成した絶縁性キャップを接着する工程と、 からなる加速度センサの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24906489A JPH0748566B2 (ja) | 1989-09-27 | 1989-09-27 | 加速度センサおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24906489A JPH0748566B2 (ja) | 1989-09-27 | 1989-09-27 | 加速度センサおよびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03112170A JPH03112170A (ja) | 1991-05-13 |
| JPH0748566B2 true JPH0748566B2 (ja) | 1995-05-24 |
Family
ID=17187472
Family Applications (1)
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| Country | Link |
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| JP (1) | JPH0748566B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
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-
1989
- 1989-09-27 JP JP24906489A patent/JPH0748566B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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