JPH0815304A

JPH0815304A - 半導体加速度センサ

Info

Publication number: JPH0815304A
Application number: JP15229394A
Authority: JP
Inventors: Hirobumi Harada; 博文原田
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1994-07-04
Filing date: 1994-07-04
Publication date: 1996-01-19

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体加速度センサの重りを支える梁の厚さ
を安価で精度良くかつ簡単に測定する。【構成】シリコン基板１１をエッチングすることによ
り、重り１２及び梁１３と同時に同プロセスにより測定
用梁１８が形成される。また、封止基板１６は、測定用
梁１８と密着固定するための接触部１９を有している。
このような構成により、封止基板１６を土台として測定
用梁１８の厚さを触針式深度計で測定することができ
る。【効果】出力感度の管理を簡単に効率よく行うことが
できることになる

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、重り及びそれを支える
梁を有し、外部より印加された加速度を検出する半導体
加速度センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】図７は代表的な半導体加速度センサの平
面図及び断面図である。重り２、及び梁３はそれぞれ、
シリコン基板１を異方性エッチングすることにより同時
に形成される。ここで、梁３は前記エッチングにより数
μｍから数１０μｍの厚さに制御される。また封止基板
６、７は前記重り及び梁を所定の間隔を持つ空隙５を介
して密閉するように前記シリコン基板１と接合されてい
る。このような構造により、外部からこの加速度センサ
に加速度が印加されたとき梁３がたわみ、重り２が加速
度の大きさに応じて三次元的に変位することとなる。こ
こで、梁３内に拡散抵抗が存在すると、この拡散抵抗
は、この加速度センサに加速度が印加されたとき梁に生
じる応力によるピエゾ抵抗効果によりその値が変化す
る。また、重り２上、及びこの重りに対向する封止基板
６上に電極を形成しておくと、加速度が印加され重り２
が変位するときに前記二つの電極間の距離が変化するこ
とにより電極間の静電容量が変化する。このような電気
的変化をこの加速度センサに同時に集積される回路によ
り検出することにより、外部より印加される加速度の値
に応じた出力値を得ることができる。なお、封止基板
６、７は過大な加速度の印加により、重り２が過大に変
位し梁３が破壊することを防ぐためのストッパーの役割
を果たす。

【０００３】このような、半導体加速度センサにおいて
は重り２、及び梁３の加速度に対する変位量の感度、す
なわち変位量の感度に対応する出力の感度は重り２の重
さや梁３の長さ、幅、厚さなど重り２及び梁３の三次元
形状に依存する。そのため、このような形状寸法のばら
つき低減が出力感度のばらつきの低減につながる。ここ
で重り２、及び梁３は前述のように、シリコンの異方性
エッチングにより形成されるが、エッチング速度のウェ
ハー面内のばらつき及びエッチング速度のロット間のば
らつきが存在するために梁３の厚さは個々のセンサにつ
いて大きなばらつきがある。一方その他の形状寸法にお
いてはマスクパターンサイズで決定するためウェハー面
内及びロット間のばらつきは少ない。そのため一般的に
出力感度のばらつきに最も大きな影響を与えるのはこの
梁３の厚さのばらつきである。

【０００４】このため、出力感度のばらつきを管理する
ために、梁及び重り形成のためのシリコンエッチング後
に、梁の厚さの測定が行われる。ここで梁の厚さの測定
方法については、センサを破壊せずに行う場合、例とし
てレーザー測長機や焦点深度測定機などの光学的な測定
方法が挙げられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし従来の方法で
は、前述したレーザー測長機による測定の場合、測定機
自体が非常に高価であるという問題がある。また安価な
焦点深度測定機は一般的に測定精度の悪さが挙げられ
る。また図７で示すように、梁は一端のみが固定された
非常に不安定な構造となっているため測定精度の高い触
針式深度測定機では測定が不可能である。このように梁
を破壊せずに梁の厚さを測定することは困難であり、そ
のためこの梁の厚さの管理、測定を簡単に精度良く行う
ことが難しいという課題があった。

【０００６】そこで本発明の目的は従来のこのような課
題を解決するために、加速度センサの梁の厚さを、安価
で精度良くかつ簡単に知ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では梁の厚さ測定において、個々のセンサ内
に測定用の梁及びその土台となる封止基板接触部を形成
し、この梁の厚さを触針式深度計で測定することにより
実際の梁の厚さを知るという方法とした。

【０００８】

【作用】上記のような半導体加速度センサの梁の厚さの
測定方法により、従来よりも安価で精度良くかつ簡単に
梁の厚さを知ることができることとなり、それにより出
力感度の管理を簡単に効率よく行うことができることに
なる

【０００９】

【実施例】以下に、本発明の実施例を図に基づいて説明
する。図１は、本発明による半導体加速度センサの平面
図及び断面図である。シリコン基板１１をエッチングす
ることにより重り１２及び梁１３が形成されるが同プロ
セスにより凸部（測定用梁）１８が同時に形成されるよ
うにマスクパターンを設計する。ここでシリコン基板１
１のエッチング速度がウェハー面内でばらつくとして
も、ウェハーの大きさに比較して、梁１３と測定用梁１
８の距離が十分小さいので、両者の厚さはほぼ同じ、す
なわち隣合うセンサチップ間の梁の厚さのばらつき以下
のばらつきしか存在しないことになる。また、封止基板
１６は、測定用梁１８と接触するための接触部１９を有
するようにマスクパターンを設計し加工することによ
り、シリコン基板１１と封止基板１６との接合時に測定
用梁１８は接触部１９を介して封止基板１６に密着固定
される。このような構成にすることにより、重り１２及
び梁１３形成のためのシリコンエッチング終了後に、図
１Ｂ−Ｂ’の断面図に示すように封止基板１６を土台と
して測定用梁１８の厚さを触針式深度計で測定すること
ができ、梁１３の厚さを知ることができる。なお、符号
１７は封止基板である。

【００１０】図２（ａ）〜（ｇ）は、本発明による半導
体加速度センサの製造工程の例である。この図は、図１
Ｂ−Ｂ’の断面図のような基板の横断面の各プロセスに
おける変化を表している。図２（ａ）は単結晶シリコン
基板２１を表している。このシリコン基板２１に図２
（ｂ）のようにシリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜
などを形成し、これをパターニングし、シリコンエッチ
ング用マスク３０を形成した後、シリコン基板２１を梁
の厚さに応じて数μｍから数１０μｍエッチングする。
その後、図２（ｃ）に示すように、シリコン基板２１の
シリコンエッチング面に加速度を検出するための回路を
形成し、同時に前記シリコンエッチング面に対して逆の
面に同じくシリコンのエッチングを行うためのシリコン
エッチング用マスク３０を形成する。

【００１１】一方、図２（ｄ）は梁及び重りを空隙を介
して密閉するための封止基板２６を表している。この封
止基板２６は図２（ｅ）のように接触部２９を有する形
状に加工される。この封止基板及び図２（ｃ）のシリコ
ン基板は陽極接合技術などにより図２（ｆ）のように接
合させる。その後図２（ｇ）のようにシリコン基板２１
を、封止基板２６との接合面と逆の面からシリコンエッ
チング用マスク３０をマスクに、シリコン基板の前記封
止基板との接合面へ貫通するまでエッチングを行う。こ
のシリコンエッチングにより、梁２３が形成されるが、
同時に測定用梁２８が梁２３とほぼ同じ厚さで形成され
る。この梁２３は、封止基板が図２（ｅ）のように特殊
な形状に加工されているので、封止基板２６と接触部２
９を介して密着固定する。このような構成となるため、
前記シリコンエッチング終了時に図２（ｇ）に示すよう
に触針式深度測定機により測定用梁２８の厚さを測定す
ることができる。先に述べたように梁２３と測定用梁２
８はほぼ同じ厚さであるのでこの方法により梁２３の厚
さを知ることができることとなる。

【００１２】図３は、本発明において、測定用梁４８及
び接触部４９を、梁４３の片側のみに形成した場合の平
面図である。このように本発明は梁４３が存在する空隙
４５内であれば、測定用梁の位置や数にとらわれるもの
ではない。なお、符号４１はシリコン基板、４２は重り
である。

【００１３】図４は、本発明を、二つの梁を有する半導
体加速度センサに適用した場合の平面図で、二つの梁５
３の間に測定用梁５８及び接触部５９を有する構成とし
ている。このように、本発明は梁の数が一つに限定され
るものではなく、二つの場合にも適用できる。

【００１４】図５は、本発明を、二つの梁を有する半導
体加速度センサに適用した場合の平面図で、二つの梁６
３の外側に測定用梁６８及び接触部６９を有する構成と
している。このように本発明は二つの梁を有する半導体
加速度センサにおいても、空隙内であれば測定用梁の位
置や数にとらわれるものではない。

【００１５】図６は、本発明を、四つの梁７３を有する
半導体加速度センサに適用した場合の平面図である。図
中、符号７８は測定用梁、７９は接触部である。このよ
うに、梁の厚さの測定のための測定用梁及び接触部を有
する構造は、三つ以上のの梁を有する半導体加速度セン
サに対しても応用できることがわかる。

【００１６】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように梁の厚さ
を知るために、重りを支える梁の他に、触針式深度測定
機により厚さを測定できる測定用梁を設ける構成とした
ので、梁の厚さを、安価で精度良くかつ簡単に知ること
ができ、出力感度の管理を簡単に効率よく行えるという
多大な効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例としての、一つの梁及び二つ
の測定用梁をもつ半導体加速度センサの代表的な平面及
び断面を示した説明図である。

【図２】本発明の半導体加速度センサの代表的な製造工
程の例を示した説明図である。

【図３】本発明の他の実施例としての、一つの梁及び一
つの測定用梁をもつ半導体加速度センサの代表的な平面
を示した説明図である。

【図４】本発明のさらに他の実施例としての、二つの梁
及び一つの測定用梁をもつ半導体加速度センサの代表的
な平面を示した説明図である。

【図５】本発明のさらに他の実施例としての、二つの梁
及び二つの測定用梁をもつ半導体加速度センサの代表的
な平面を示した説明図である。

【図６】本発明のさらに他の実施例としての、四つの梁
及び二つの測定用梁をもつ半導体加速度センサの代表的
な平面を示した説明図である。

【図７】従来の半導体加速度センサの代表的な平面及び
断面を示した説明図である。

【符号の説明】

１、１１、２１、４１、５１シリコン基板２、１２、４２、５２重り３、１３、２３、４３、５３、６３、７３梁４、１４、４４、５４パッド５、１５、４５、５５空隙６、１６、２６封止基板７、１７封止基板８、１８、２８、４８、５８、６８、７８測定用梁９、１９、２９、４９、５９、６９、７９接触部３０シリコンエッチング用マスク３１触針式深度測定機用触針

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板の一部分をエッチングするこ
とにより同時に形成される重りとそれを支える梁とを有
し、前記重り及び梁が、所定の間隔をもって密閉される
封止基板を有し、前記重り及びそれを支える梁の三次元
的な変位を検出する回路を有し、前記重り及び梁の変位
を検出することにより印加された加速度を検出する半導
体加速度センサにおいて、重りに接続しておらず、かつ
封止基板と接合される部分をもち、前記重りを支える梁
とほぼ同じ厚さを有する凸部が空隙内に少なくとも一つ
形成されていることを特徴とする半導体加速度センサ。
【請求項２】重りを支える梁が一つである請求項１記
載の半導体加速度センサ。
【請求項３】凸部が重りを支える一つの梁の片側に少
なくとも一つ形成されていることを特徴とする請求項１
記載の半導体加速度センサ。
【請求項４】凸部が重りを支える一つの梁の両側に少
なくとも一つずつ形成されていることを特徴とする請求
項１記載の半導体加速度センサ。
【請求項５】重りを支える梁が複数である請求項１記
載の半導体加速度センサ。
【請求項６】重りを支える梁が二つであり、凸部が重
りを支える二つの梁の間に少なくとも一つ形成されてい
ることを特徴とする請求項５記載の半導体加速度セン
サ。
【請求項７】凸部が重りを支える二つの梁の外側に少
なくとも一つ形成されていることを特徴とする請求項６
記載の半導体加速度センサ。
【請求項８】凸部が重りを支える二つの梁の間に、重
りを支える梁に平行に一つ形成されていることを特徴と
する請求項６記載の半導体加速度センサ。