JP3405222B2 - 半導体加速度センサ素子及びその製造方法 - Google Patents
半導体加速度センサ素子及びその製造方法Info
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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
- G01P2015/084—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 the mass being suspended at more than one of its sides, e.g. membrane-type suspension, so as to permit multi-axis movement of the mass
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車、航空機、
家電製品等に用いられる半導体加速度センサ素子及びそ
の製造方法に関するものであり、特にｘ軸、ｙ軸、ｚ軸
に感度を有する３軸加速度センサ素子に関するものであ
る。
家電製品等に用いられる半導体加速度センサ素子及びそ
の製造方法に関するものであり、特にｘ軸、ｙ軸、ｚ軸
に感度を有する３軸加速度センサ素子に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】一般に加速度センサとしては、片持ち梁
方式と両持ち梁方式とが提案されている。検出方法とし
ては、機械的な歪みを電気抵抗の変化として検出する方
法と、静電容量の変化による検出方法とがある。例え
ば、特開平6-109755号公報には機械的な歪みを電気抵抗
の変化として検出する両持ち梁方式の加速度センサが開
示され、このような加速度センサの製造方法が特開平9-
289327号公報に開示されている。
方式と両持ち梁方式とが提案されている。検出方法とし
ては、機械的な歪みを電気抵抗の変化として検出する方
法と、静電容量の変化による検出方法とがある。例え
ば、特開平6-109755号公報には機械的な歪みを電気抵抗
の変化として検出する両持ち梁方式の加速度センサが開
示され、このような加速度センサの製造方法が特開平9-
289327号公報に開示されている。
【０００３】図３は、従来例に係る半導体加速度センサ
の製造工程を示す概略断面図であり、図４は、上図に係
る半導体加速度センサの上面から見た状態を示す概略平
面図である。先ず、ｎ型の単結晶シリコン基板７の一主
表面上に熱酸化等によりシリコン酸化膜１０を形成し、
所定形状にパタ−ニングされたレジストマスク（図示せ
ず）を用いてシリコン酸化膜１０のエッチングを行うこ
とにより開口部１０ａを形成し、プラズマアッシング等
によりレジストマスクを除去する。このとき、開口部１
０ａは単結晶シリコン基板７の略四角状の中央部７ａを
外囲した箇所に形成されている。
の製造工程を示す概略断面図であり、図４は、上図に係
る半導体加速度センサの上面から見た状態を示す概略平
面図である。先ず、ｎ型の単結晶シリコン基板７の一主
表面上に熱酸化等によりシリコン酸化膜１０を形成し、
所定形状にパタ−ニングされたレジストマスク（図示せ
ず）を用いてシリコン酸化膜１０のエッチングを行うこ
とにより開口部１０ａを形成し、プラズマアッシング等
によりレジストマスクを除去する。このとき、開口部１
０ａは単結晶シリコン基板７の略四角状の中央部７ａを
外囲した箇所に形成されている。
【０００４】続いて、開口部１０ａが形成されたシリコ
ン酸化膜１０をマスクとしてボロン（B）等のｐ型不純
物をイオン注入、アニ−ル処理を行うことによりｐ＋型
埋込犠牲層８を形成し（図３（ａ））、シリコン酸化膜
１０をエッチングにより除去する。
ン酸化膜１０をマスクとしてボロン（B）等のｐ型不純
物をイオン注入、アニ−ル処理を行うことによりｐ＋型
埋込犠牲層８を形成し（図３（ａ））、シリコン酸化膜
１０をエッチングにより除去する。
【０００５】次に、単結晶シリコン基板７の一主表面上
にｎ型のエピタキシャル層９を形成し、エピタキシャル
層９に、後述する梁部２ｂを挟んで略対向し、かつ、中
央部２ａの近傍が欠落した矩形状にレジストマスク（図
示せず）を用いてボロン（B）等のｐ型不純物をイオン
注入及びアニ−ル処理を行うことによりｐ＋型埋込犠牲
層８に到達するｐ＋型不純物層（図示せず）を形成し、
レジストマスクを除去する（図３（ｂ））。ここで、エ
ピタキシャル層９は、後に撓み部２となるため、加速度
印加時に撓む厚さに形成されている。
にｎ型のエピタキシャル層９を形成し、エピタキシャル
層９に、後述する梁部２ｂを挟んで略対向し、かつ、中
央部２ａの近傍が欠落した矩形状にレジストマスク（図
示せず）を用いてボロン（B）等のｐ型不純物をイオン
注入及びアニ−ル処理を行うことによりｐ＋型埋込犠牲
層８に到達するｐ＋型不純物層（図示せず）を形成し、
レジストマスクを除去する（図３（ｂ））。ここで、エ
ピタキシャル層９は、後に撓み部２となるため、加速度
印加時に撓む厚さに形成されている。
【０００６】次に、エピタキシャル層９の撓み部２に対
応する箇所に、ボロン（B）等のｐ型不純物を拡散して
ピエゾ抵抗１１を形成し（図３（ｃ））、ピエゾ抵抗１
１と電気的に接続されるようにエピタキシャル層９内に
ボロン（B）等のｐ型不純物を拡散して拡散配線１２を
形成する（図３（ｄ））。
応する箇所に、ボロン（B）等のｐ型不純物を拡散して
ピエゾ抵抗１１を形成し（図３（ｃ））、ピエゾ抵抗１
１と電気的に接続されるようにエピタキシャル層９内に
ボロン（B）等のｐ型不純物を拡散して拡散配線１２を
形成する（図３（ｄ））。
【０００７】次に、単結晶シリコン基板７の二主表面上
及びエピタキシャル層９のピエゾ抵抗１１形成面上にCV
D法等によりシリコン窒化膜等の保護膜１３を形成し、
所定形状にパタ−ニングされたレジストマスク（図示せ
ず）を用いて単結晶シリコン基板７の二主表面上に形成
された保護膜１３のエッチングを行うことにより、後述
する重り部３の外周縁に対応する箇所に開口部１３ａを
形成し、レジストマスクを除去する（図３（ｅ））。
及びエピタキシャル層９のピエゾ抵抗１１形成面上にCV
D法等によりシリコン窒化膜等の保護膜１３を形成し、
所定形状にパタ−ニングされたレジストマスク（図示せ
ず）を用いて単結晶シリコン基板７の二主表面上に形成
された保護膜１３のエッチングを行うことにより、後述
する重り部３の外周縁に対応する箇所に開口部１３ａを
形成し、レジストマスクを除去する（図３（ｅ））。
【０００８】次に、開口部１３ａが形成された保護膜１
３をマスクとして単結晶シリコン基板７を、水酸化カリ
ウム（KOH）溶液等のアルカリ系のエッチャントを用い
て異方性エッチングを行うことにより、ｐ＋型埋込犠牲
層８に到達する切り込み部５を形成する（図３
（ｆ））。
３をマスクとして単結晶シリコン基板７を、水酸化カリ
ウム（KOH）溶液等のアルカリ系のエッチャントを用い
て異方性エッチングを行うことにより、ｐ＋型埋込犠牲
層８に到達する切り込み部５を形成する（図３
（ｆ））。
【０００９】次に、拡散配線１２上の所望の箇所の保護
膜１３をエッチングにより除去し、拡散配線１２と電気
的に接続されるように、スパッタリング及びエッチング
等によりメタル配線１４を形成する（図３（ｇ））。
膜１３をエッチングにより除去し、拡散配線１２と電気
的に接続されるように、スパッタリング及びエッチング
等によりメタル配線１４を形成する（図３（ｇ））。
【００１０】次に、フッ酸等を含んだ酸性溶液から成る
エッチャントを切り込み部５に導入し、ｐ＋型埋込犠牲
層８及びｐ＋型不純物層を等方性エッチングにより除去
して切り込み溝４を形成し、エピタキシャル層９の所望
の箇所に撓み部２に撓みが集中するように、図４に示す
ように、スリット１５をRIE(Reactive Ion Etching)等
により形成することにより、重り部３と、エピタキシャ
ル層９から成るフレーム１と、フレーム１の下面側を支
持する支持部材６と、中央部２ａと梁部２ｂとを有し、
中央部２ａには重り部３のネック部３ａが接続され、梁
部２ｂが中央部２ａの外周縁から四方に延在し、フレー
ム１の内周縁に接続された十字形状の撓み部２とを形成
する（図３（ｈ））。
エッチャントを切り込み部５に導入し、ｐ＋型埋込犠牲
層８及びｐ＋型不純物層を等方性エッチングにより除去
して切り込み溝４を形成し、エピタキシャル層９の所望
の箇所に撓み部２に撓みが集中するように、図４に示す
ように、スリット１５をRIE(Reactive Ion Etching)等
により形成することにより、重り部３と、エピタキシャ
ル層９から成るフレーム１と、フレーム１の下面側を支
持する支持部材６と、中央部２ａと梁部２ｂとを有し、
中央部２ａには重り部３のネック部３ａが接続され、梁
部２ｂが中央部２ａの外周縁から四方に延在し、フレー
ム１の内周縁に接続された十字形状の撓み部２とを形成
する（図３（ｈ））。
【００１１】そして、重り部３に対応する箇所に凹部を
有する上部ストッパ（図示せず）がフレーム１に接合さ
れ、重り部３に対応する箇所に凹部を有する下部ストッ
パ（図示せず）が支持部材６に接合されている。
有する上部ストッパ（図示せず）がフレーム１に接合さ
れ、重り部３に対応する箇所に凹部を有する下部ストッ
パ（図示せず）が支持部材６に接合されている。
【００１２】この半導体加速度センサは、重り部３に加
速度が印加されると、重り部３が加速度の印加方向と反
対方向に変位して撓み部２が撓み、その撓み部２の一面
に形成されたピエゾ抵抗１１が撓んで、ピエゾ抵抗１１
の抵抗値が変化する。この抵抗値の変化を電気信号に変
換して加速度を検出する。
速度が印加されると、重り部３が加速度の印加方向と反
対方向に変位して撓み部２が撓み、その撓み部２の一面
に形成されたピエゾ抵抗１１が撓んで、ピエゾ抵抗１１
の抵抗値が変化する。この抵抗値の変化を電気信号に変
換して加速度を検出する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】上述のような十字形状
の撓み部２を有する構造の半導体加速度センサにおいて
は、センサチップに内在する残留応力は構造上変形しや
すい部分、即ち撓み部２に集中する。
の撓み部２を有する構造の半導体加速度センサにおいて
は、センサチップに内在する残留応力は構造上変形しや
すい部分、即ち撓み部２に集中する。
【００１４】この残留応力の発生原因には、上部ストッ
パ及び下部ストッパからの熱ストレス等が考えられる。
上部ストッパ及び下部ストッパの材料としては、センサ
材料（シリコン）との接合の容易性からガラスを用いる
ことが多い。この場合、シリコンとガラスの熱膨張係数
が異なるため、接合後、センサチップに熱応力による残
留応力が残り、チップ、特に最も応力の影響を受けやす
い撓み部２に反りが発生する。この反りにより、センサ
の特性はオフセット電圧が大きくずれる等の悪影響を受
け、特性ばらつきの原因にもなる。
パ及び下部ストッパからの熱ストレス等が考えられる。
上部ストッパ及び下部ストッパの材料としては、センサ
材料（シリコン）との接合の容易性からガラスを用いる
ことが多い。この場合、シリコンとガラスの熱膨張係数
が異なるため、接合後、センサチップに熱応力による残
留応力が残り、チップ、特に最も応力の影響を受けやす
い撓み部２に反りが発生する。この反りにより、センサ
の特性はオフセット電圧が大きくずれる等の悪影響を受
け、特性ばらつきの原因にもなる。
【００１５】また、その反り量は温度によっても変化す
るため、感度やオフセット電圧が温度によって大きく変
動する等、温度特性が悪くなるといった問題もある。ま
た、パッケージ等のセンサチップ外部からの応力によっ
ても同様の問題が発生する。
るため、感度やオフセット電圧が温度によって大きく変
動する等、温度特性が悪くなるといった問題もある。ま
た、パッケージ等のセンサチップ外部からの応力によっ
ても同様の問題が発生する。
【００１６】残留応力が撓み部２の長手方向に引っ張り
応力として発生した場合、撓み部２は撓みにくくなり、
感度劣化を招く。長手方向に圧縮応力が発生した場合、
撓み部２が十字形状に構成されているので、同一直線上
にある梁部２ｂは応力の逃げ場がなくなり、大きな圧縮
力で座屈現象が起こり、撓み部２が撓まなくなって、同
じく感度劣化を招く。
応力として発生した場合、撓み部２は撓みにくくなり、
感度劣化を招く。長手方向に圧縮応力が発生した場合、
撓み部２が十字形状に構成されているので、同一直線上
にある梁部２ｂは応力の逃げ場がなくなり、大きな圧縮
力で座屈現象が起こり、撓み部２が撓まなくなって、同
じく感度劣化を招く。
【００１７】本発明は、上記の点に鑑みて成されたもの
であり、その目的とするところは、センサチップへの外
部からの熱ストレスを緩和し、温度特性に優れ、高性能
な半導体加速度センサ素子及びその製造方法を提供する
ことにある。
であり、その目的とするところは、センサチップへの外
部からの熱ストレスを緩和し、温度特性に優れ、高性能
な半導体加速度センサ素子及びその製造方法を提供する
ことにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
中央部と該中央部から延在する梁部とを有する撓み部
と、該撓み部を支持するフレームと、前記中央部にネッ
ク部を介して連結される重り部と、前記梁部と前記重り
部の間の所定位置に設けられた切り込み溝と、該重り部
を切り込み部を介して包囲するとともに前記フレームの
一面側を支持する支持部材とを有し、前記切り込み部が
前記切り込み溝に連通して成る半導体加速度センサ素子
において、前記梁部を前記撓み部形成面の中心線上に位
置しないように配置するとともに、前記撓み部を、該撓
み部形成面に対して回転対称となるように構成したこと
を特徴とするものである。
中央部と該中央部から延在する梁部とを有する撓み部
と、該撓み部を支持するフレームと、前記中央部にネッ
ク部を介して連結される重り部と、前記梁部と前記重り
部の間の所定位置に設けられた切り込み溝と、該重り部
を切り込み部を介して包囲するとともに前記フレームの
一面側を支持する支持部材とを有し、前記切り込み部が
前記切り込み溝に連通して成る半導体加速度センサ素子
において、前記梁部を前記撓み部形成面の中心線上に位
置しないように配置するとともに、前記撓み部を、該撓
み部形成面に対して回転対称となるように構成したこと
を特徴とするものである。
【００１９】更に、請求項１記載の発明は、前記ネック
部，前記重り部及び前記支持部材を半導体基板を用いて
形成するとともに、前記フレーム及び前記撓み部を前記
半導体基板上に形成されるエピタキシャル層を用いて形
成し、該フレーム及び撓み部を構成するエピタキシャル
層の一部が重り部として用いられるように前記梁部と前
記重り部の間に切り込み溝を設けたことを特徴とするも
のである。
部，前記重り部及び前記支持部材を半導体基板を用いて
形成するとともに、前記フレーム及び前記撓み部を前記
半導体基板上に形成されるエピタキシャル層を用いて形
成し、該フレーム及び撓み部を構成するエピタキシャル
層の一部が重り部として用いられるように前記梁部と前
記重り部の間に切り込み溝を設けたことを特徴とするも
のである。
【００２０】請求項２記載の発明は、請求項１記載の半
導体加速度センサ素子の製造方法であって、前記切り込
み溝が前記半導体基板の一主表面に形成された高濃度不
純物層をエッチング除去することにより形成されたこと
を特徴とするものである。
導体加速度センサ素子の製造方法であって、前記切り込
み溝が前記半導体基板の一主表面に形成された高濃度不
純物層をエッチング除去することにより形成されたこと
を特徴とするものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態につ
いて図面に基づき説明する。図１は、本発明の一実施の
形態に係る半導体加速度センサ素子を示す概略構成図で
あり、（ａ）は概略平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ
−Ａ’での概略断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＢ−
Ｂ’での概略断面図である。本実施の形態に係る半導体
加速度センサ素子は、枠状のフレーム１と、中央部２ａ
と梁部２ｂとを有する撓み部２と、重り部３と、支持部
材６とを有する。撓み部２は、中央部２ａの外周縁か
ら、半導体加速度センサ素子の撓み部２形成面の中心線
Ｃ−Ｃ’，Ｄ−Ｄ’上を外して四方に延在し、半導体加
速度センサ素子の撓み部２形成面に対して回転対称とな
るように梁部２ｂが設けられている。
いて図面に基づき説明する。図１は、本発明の一実施の
形態に係る半導体加速度センサ素子を示す概略構成図で
あり、（ａ）は概略平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ
−Ａ’での概略断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＢ−
Ｂ’での概略断面図である。本実施の形態に係る半導体
加速度センサ素子は、枠状のフレーム１と、中央部２ａ
と梁部２ｂとを有する撓み部２と、重り部３と、支持部
材６とを有する。撓み部２は、中央部２ａの外周縁か
ら、半導体加速度センサ素子の撓み部２形成面の中心線
Ｃ−Ｃ’，Ｄ−Ｄ’上を外して四方に延在し、半導体加
速度センサ素子の撓み部２形成面に対して回転対称とな
るように梁部２ｂが設けられている。
【００２２】また、中央部２ａにはネック部３ａを介し
て重り部３が連結されている。これにより、重り部３と
梁部２ｂとの間には切り込み溝４が構成される。また、
重り部３を切り込み部５を介して包囲するとともに、フ
レーム１の下面側を支持するように支持部材６が設けら
れている。
て重り部３が連結されている。これにより、重り部３と
梁部２ｂとの間には切り込み溝４が構成される。また、
重り部３を切り込み部５を介して包囲するとともに、フ
レーム１の下面側を支持するように支持部材６が設けら
れている。
【００２３】なお、切り込み部５は切り込み溝４に連通
するように構成されている。また、本実施の形態におい
ては、重り部３及び支持部材６として半導体基板である
単結晶シリコン基板を用い、フレーム１及び撓み部２と
して半導体基板上に形成したエピタキシャル層を用い
た。
するように構成されている。また、本実施の形態におい
ては、重り部３及び支持部材６として半導体基板である
単結晶シリコン基板を用い、フレーム１及び撓み部２と
して半導体基板上に形成したエピタキシャル層を用い
た。
【００２４】また、重り部３の形状としては、図１に示
す重り部３の形状に限定されるものではなく、少なくと
も撓み部２形成面に対して回転対称となるように構成さ
れていれば良い。但し、重り部３の体積をできる限り大
きくすれば、それに伴って重り部３の質量が増え、感度
を向上させることができる。ここで、本実施の形態にお
いては、フレーム１及び撓み部２を構成するエピタキシ
ャル層の一部を重り部３として用いることにより重り部
３の体積を増やした。
す重り部３の形状に限定されるものではなく、少なくと
も撓み部２形成面に対して回転対称となるように構成さ
れていれば良い。但し、重り部３の体積をできる限り大
きくすれば、それに伴って重り部３の質量が増え、感度
を向上させることができる。ここで、本実施の形態にお
いては、フレーム１及び撓み部２を構成するエピタキシ
ャル層の一部を重り部３として用いることにより重り部
３の体積を増やした。
【００２５】また、撓み部２の一面側所定位置にはピエ
ゾ抵抗（図示せず）及び拡散配線（図示せず）が設けら
れ、拡散配線と電気的に接続されるようにメタル配線
（図示せず）が設けられている。
ゾ抵抗（図示せず）及び拡散配線（図示せず）が設けら
れ、拡散配線と電気的に接続されるようにメタル配線
（図示せず）が設けられている。
【００２６】従って、本実施の形態においては、撓み部
２の梁部２ａを、中心線Ｃ−Ｃ’，Ｄ−Ｄ’上に位置し
ないようにするとともに、撓み部形成面に対して回転対
称となるように撓み部２を構成したので、外力からの残
留応力による撓み部２の反りが解消され、感度，オフセ
ット電圧等の温度による変動を抑制することができ、良
好で安定した特性を得ることができる。
２の梁部２ａを、中心線Ｃ−Ｃ’，Ｄ−Ｄ’上に位置し
ないようにするとともに、撓み部形成面に対して回転対
称となるように撓み部２を構成したので、外力からの残
留応力による撓み部２の反りが解消され、感度，オフセ
ット電圧等の温度による変動を抑制することができ、良
好で安定した特性を得ることができる。
【００２７】なお、図１に示す半導体加速度センサ素子
を用いて加速度を検出するためには、加速度検出手段を
設ける必要がある。加速度検出手段としては、例えば、
撓み部２の撓みにより抵抗値が変化するピエゾ抵抗を用
い、該ピエゾ抵抗の抵抗値の変化を電気信号に変換して
加速度を検出する方法や、対向配置された電極を用い、
撓み部２の撓みによる前記電極間の静電容量の変化を用
いて加速度を検出する方法がある。
を用いて加速度を検出するためには、加速度検出手段を
設ける必要がある。加速度検出手段としては、例えば、
撓み部２の撓みにより抵抗値が変化するピエゾ抵抗を用
い、該ピエゾ抵抗の抵抗値の変化を電気信号に変換して
加速度を検出する方法や、対向配置された電極を用い、
撓み部２の撓みによる前記電極間の静電容量の変化を用
いて加速度を検出する方法がある。
【００２８】以下において、本実施の形態に係る半導体
加速度センサの製造工程について説明する。図２は、本
実施の形態に係る半導体加速度センサの製造工程を示す
概略断面図である。なお、図２は、図１（ａ）における
Ａ−Ａ’断面での製造工程を示している。
加速度センサの製造工程について説明する。図２は、本
実施の形態に係る半導体加速度センサの製造工程を示す
概略断面図である。なお、図２は、図１（ａ）における
Ａ−Ａ’断面での製造工程を示している。
【００２９】本実施の形態に係る半導体加速度センサ
は、厚さ400〜600μｍのｎ型の半導体基板である単結晶
シリコン基板７の一主表面上に熱酸化等によりシリコン
酸化膜（図示せず）を形成し、所定形状にパターニング
されたレジストマスク（図示せず）を用いてシリコン酸
化膜のエッチングを行うことにより開口部を形成し、プ
ラズマアッシング等によりレジストマスクを除去する。
このとき、開口部は単結晶シリコン基板７のネック部３
ａとなる箇所の外周縁の所定位置（梁部２ａ形成箇所）
から延在するように形成されている。
は、厚さ400〜600μｍのｎ型の半導体基板である単結晶
シリコン基板７の一主表面上に熱酸化等によりシリコン
酸化膜（図示せず）を形成し、所定形状にパターニング
されたレジストマスク（図示せず）を用いてシリコン酸
化膜のエッチングを行うことにより開口部を形成し、プ
ラズマアッシング等によりレジストマスクを除去する。
このとき、開口部は単結晶シリコン基板７のネック部３
ａとなる箇所の外周縁の所定位置（梁部２ａ形成箇所）
から延在するように形成されている。
【００３０】続いて、開口部が形成されたシリコン酸化
膜をマスクとしてボロン（B）等のｐ型不純物のデポジ
ション及び熱拡散またはイオン注入及びアニール処理を
行うことにより高濃度不純物層であるｐ＋型埋込犠牲層
８を形成し、シリコン酸化膜をエッチングにより除去す
る（図２（ａ））。このとき、ｐ＋型埋込犠牲層８の不
純物濃度としては、1019cm-3以上であることが望まし
い。
膜をマスクとしてボロン（B）等のｐ型不純物のデポジ
ション及び熱拡散またはイオン注入及びアニール処理を
行うことにより高濃度不純物層であるｐ＋型埋込犠牲層
８を形成し、シリコン酸化膜をエッチングにより除去す
る（図２（ａ））。このとき、ｐ＋型埋込犠牲層８の不
純物濃度としては、1019cm-3以上であることが望まし
い。
【００３１】なお、本実施の形態においては、開口部が
形成されたシリコン酸化膜をマスクとしてｐ＋型埋込犠
牲層８を形成するようにしたが、シリコン窒化膜をマス
クとして用いても良い。
形成されたシリコン酸化膜をマスクとしてｐ＋型埋込犠
牲層８を形成するようにしたが、シリコン窒化膜をマス
クとして用いても良い。
【００３２】また、ｐ＋型埋込犠牲層８を単結晶シリコ
ン基板７に形成するようにしたが、リン（P）等のｎ型
不純物をデポジション及び熱拡散またはイオン注入及び
アニール処理を行うことによりｎ＋型埋込犠牲層を形成
するようにしても良い。
ン基板７に形成するようにしたが、リン（P）等のｎ型
不純物をデポジション及び熱拡散またはイオン注入及び
アニール処理を行うことによりｎ＋型埋込犠牲層を形成
するようにしても良い。
【００３３】また、ｐ＋型埋込犠牲層８は、ネック部３
ａの外縁の全体から延びてその部分を完全に包囲するよ
うになっていても、あるいは外縁の一部分から延びても
良い。
ａの外縁の全体から延びてその部分を完全に包囲するよ
うになっていても、あるいは外縁の一部分から延びても
良い。
【００３４】次に、単結晶シリコン基板７の一主表面上
に、加速度印加時に撓む撓み部２に相当する厚さでｎ型
のエピタキシャル層９を形成し、所定形状にパターニン
グされたレジストマスク（図示せず）を用いてエピタキ
シャル層９の後述する撓み部２に対応する箇所に、ボロ
ン（B）等のｐ型不純物のデポジション及び熱拡散また
はイオン注入及びアニール処理を行うことによりピエゾ
抵抗（図示せず）を形成し、同様にしてｐ型不純物のデ
ポジション及び熱拡散またはイオン注入及びアニール処
理を行うことによりピエゾ抵抗に電気的に接続されるよ
うに拡散配線（図示せず）を形成し、フォトレジストを
除去する（図２（ｂ））。
に、加速度印加時に撓む撓み部２に相当する厚さでｎ型
のエピタキシャル層９を形成し、所定形状にパターニン
グされたレジストマスク（図示せず）を用いてエピタキ
シャル層９の後述する撓み部２に対応する箇所に、ボロ
ン（B）等のｐ型不純物のデポジション及び熱拡散また
はイオン注入及びアニール処理を行うことによりピエゾ
抵抗（図示せず）を形成し、同様にしてｐ型不純物のデ
ポジション及び熱拡散またはイオン注入及びアニール処
理を行うことによりピエゾ抵抗に電気的に接続されるよ
うに拡散配線（図示せず）を形成し、フォトレジストを
除去する（図２（ｂ））。
【００３５】次に、単結晶シリコン基板７の二主表面上
及びエピタキシャル層９上にシリコン酸化膜（図示せ
ず）を形成し、シリコン酸化膜上にシリコン窒化膜等の
保護膜（図示せず）を形成する。そして、所定形状にパ
タ−ニングされたレジストマスク（図示せず）を用いて
単結晶シリコン基板７の二主表面上に形成されたシリコ
ン酸化膜／保護膜のエッチングを行うことにより、重り
部３の外周縁に対応する箇所に開口部（図示せず）を形
成し、レジストマスクを除去する。
及びエピタキシャル層９上にシリコン酸化膜（図示せ
ず）を形成し、シリコン酸化膜上にシリコン窒化膜等の
保護膜（図示せず）を形成する。そして、所定形状にパ
タ−ニングされたレジストマスク（図示せず）を用いて
単結晶シリコン基板７の二主表面上に形成されたシリコ
ン酸化膜／保護膜のエッチングを行うことにより、重り
部３の外周縁に対応する箇所に開口部（図示せず）を形
成し、レジストマスクを除去する。
【００３６】次に、開口部が形成されたシリコン酸化膜
／保護膜をマスクとして水酸化カリウム（KOH）溶液等
のアルカリ系のエッチャントを用いて単結晶シリコン基
板７の異方性エッチングを行うことにより、ｐ＋型埋込
犠牲層８に達するか、または近傍まで切り込み部５を形
成する（図２（ｃ））。なお、ｐ＋型埋込犠牲層８の近
傍で異方性エッチングを停止すれば、後工程において撓
み部２が破壊されるのを防止することができる。その場
合、その残りの部分を単結晶シリコン基板７の二主表面
側からRIE等により除去するようにしなければならな
い。
／保護膜をマスクとして水酸化カリウム（KOH）溶液等
のアルカリ系のエッチャントを用いて単結晶シリコン基
板７の異方性エッチングを行うことにより、ｐ＋型埋込
犠牲層８に達するか、または近傍まで切り込み部５を形
成する（図２（ｃ））。なお、ｐ＋型埋込犠牲層８の近
傍で異方性エッチングを停止すれば、後工程において撓
み部２が破壊されるのを防止することができる。その場
合、その残りの部分を単結晶シリコン基板７の二主表面
側からRIE等により除去するようにしなければならな
い。
【００３７】次に、エピタキシャル層９上のシリコン酸
化膜／保護膜を選択的にエッチング除去して開口部（図
示せず）を形成する。この時、開口部は、ｐ＋型埋込犠
牲層８上の、後工程で形成される梁部２ｂに対応する箇
所に隣接する箇所に形成される。そして、開口部が形成
されたシリコン酸化膜／保護膜をマスクとして、エピタ
キシャル層９をｐ＋型埋込犠牲層８に達するまでエッチ
ング除去してエッチャント導入口（図示せず）を形成す
る。
化膜／保護膜を選択的にエッチング除去して開口部（図
示せず）を形成する。この時、開口部は、ｐ＋型埋込犠
牲層８上の、後工程で形成される梁部２ｂに対応する箇
所に隣接する箇所に形成される。そして、開口部が形成
されたシリコン酸化膜／保護膜をマスクとして、エピタ
キシャル層９をｐ＋型埋込犠牲層８に達するまでエッチ
ング除去してエッチャント導入口（図示せず）を形成す
る。
【００３８】次に、エッチャント導入口からフッ酸等を
含んだ酸性溶液から成るエッチャント（50％フッ酸水溶
液：69％硝酸水溶液：酢酸＝1：1〜3：8の体積基準）を
導入してｐ＋型埋込犠牲層８をエッチング除去して切り
込み溝４を形成して、後工程で形成される中央部２ａに
ネック部３ａを介して懸架支持された重り部３と、後工
程で形成されるフレーム１の下面側を支持し、重り部３
の外周縁を切り込み部５を介して包囲する支持部材６と
を形成する。
含んだ酸性溶液から成るエッチャント（50％フッ酸水溶
液：69％硝酸水溶液：酢酸＝1：1〜3：8の体積基準）を
導入してｐ＋型埋込犠牲層８をエッチング除去して切り
込み溝４を形成して、後工程で形成される中央部２ａに
ネック部３ａを介して懸架支持された重り部３と、後工
程で形成されるフレーム１の下面側を支持し、重り部３
の外周縁を切り込み部５を介して包囲する支持部材６と
を形成する。
【００３９】次に、拡散配線上のシリコン酸化膜／保護
膜の一部をエッチング除去してコンタクトホール（図示
せず）を形成し、コンタクトホールを介して拡散配線と
電気的に接続されるようにメタル配線（図示せず）を形
成する。
膜の一部をエッチング除去してコンタクトホール（図示
せず）を形成し、コンタクトホールを介して拡散配線と
電気的に接続されるようにメタル配線（図示せず）を形
成する。
【００４０】最後に、単結晶シリコン基板７の一主表面
側のエピタキシャル層９及びシリコン酸化膜／保護膜の
所定の箇所（本製造工程においては、図１の平面図にお
ける白抜き部分）をエッチング除去してスリット（図示
せず）を形成し、枠状のフレーム１と、中央部２ａ及び
梁部２ｂを有し、梁部２ｂはフレーム１の内周側面の少
なくとも一部分と中央部２ａとの間で延在し、梁部２ｂ
と中央部２ａとが一体につながっている撓み部２とを形
成する（図２（ｄ））。この時、撓み部２の形状は、図
１（ａ）に示す形状に構成されている。
側のエピタキシャル層９及びシリコン酸化膜／保護膜の
所定の箇所（本製造工程においては、図１の平面図にお
ける白抜き部分）をエッチング除去してスリット（図示
せず）を形成し、枠状のフレーム１と、中央部２ａ及び
梁部２ｂを有し、梁部２ｂはフレーム１の内周側面の少
なくとも一部分と中央部２ａとの間で延在し、梁部２ｂ
と中央部２ａとが一体につながっている撓み部２とを形
成する（図２（ｄ））。この時、撓み部２の形状は、図
１（ａ）に示す形状に構成されている。
【００４１】
【発明の効果】請求項１記載の発明は、中央部と該中央
部から延在する梁部とを有する撓み部と、該撓み部を支
持するフレームと、前記中央部にネック部を介して連結
される重り部と、前記梁部と前記重り部の間の所定位置
に設けられた切り込み溝と、該重り部を切り込み部を介
して包囲するとともに前記フレームの一面側を支持する
支持部材とを有し、前記切り込み部が前記切り込み溝に
連通して成る半導体加速度センサ素子において、前記梁
部を前記撓み部形成面の中心線上に位置しないように配
置するとともに、前記撓み部を、該撓み部形成面に対し
て回転対称となるように構成したので、外力からの残留
応力による撓み部の反りが解消され、感度，オフセット
電圧等の温度による変動を抑制することができ、良好で
安定した特性を得ることができ、センサチップへの外部
からの熱ストレスを緩和し、温度特性に優れ、高性能な
半導体加速度センサ素子を提供することができた。
部から延在する梁部とを有する撓み部と、該撓み部を支
持するフレームと、前記中央部にネック部を介して連結
される重り部と、前記梁部と前記重り部の間の所定位置
に設けられた切り込み溝と、該重り部を切り込み部を介
して包囲するとともに前記フレームの一面側を支持する
支持部材とを有し、前記切り込み部が前記切り込み溝に
連通して成る半導体加速度センサ素子において、前記梁
部を前記撓み部形成面の中心線上に位置しないように配
置するとともに、前記撓み部を、該撓み部形成面に対し
て回転対称となるように構成したので、外力からの残留
応力による撓み部の反りが解消され、感度，オフセット
電圧等の温度による変動を抑制することができ、良好で
安定した特性を得ることができ、センサチップへの外部
からの熱ストレスを緩和し、温度特性に優れ、高性能な
半導体加速度センサ素子を提供することができた。
【００４２】更に、請求項１記載の発明は、前記ネック
部，前記重り部及び前記支持部材が半導体基板を用いて
形成され、前記フレーム及び前記撓み部が前記半導体基
板上に形成されたエピタキシャル層を用いて形成された
ので、上記の効果に加えて、撓み部の厚みを精度良く形
成することができる。しかも、フレーム及び撓み部を構
成するエピタキシャル層の一部が重り部として用いられ
ているので、重り部の体積が増えて質量も増え、感度を
向上させることができる。
部，前記重り部及び前記支持部材が半導体基板を用いて
形成され、前記フレーム及び前記撓み部が前記半導体基
板上に形成されたエピタキシャル層を用いて形成された
ので、上記の効果に加えて、撓み部の厚みを精度良く形
成することができる。しかも、フレーム及び撓み部を構
成するエピタキシャル層の一部が重り部として用いられ
ているので、重り部の体積が増えて質量も増え、感度を
向上させることができる。
【００４３】請求項２記載の発明は、請求項１記載の半
導体加速度センサ素子の製造方法であって、前記切り込
み溝が前記半導体基板の一主表面に形成された高濃度不
純物層をエッチング除去することにより形成されたの
で、請求項１記載の発明の効果に加えて、さらに撓み部
の厚みを精度良く形成することができる。
導体加速度センサ素子の製造方法であって、前記切り込
み溝が前記半導体基板の一主表面に形成された高濃度不
純物層をエッチング除去することにより形成されたの
で、請求項１記載の発明の効果に加えて、さらに撓み部
の厚みを精度良く形成することができる。
【図１】本発明の一実施の形態に係る半導体加速度セン
サ素子を示す概略構成図であり、（ａ）は概略平面図で
あり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’での概略断面図であ
り、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’での概略断面図である。
サ素子を示す概略構成図であり、（ａ）は概略平面図で
あり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’での概略断面図であ
り、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’での概略断面図である。
【図２】本実施の形態に係る半導体加速度センサの製造
工程を示す概略断面図である。
工程を示す概略断面図である。
【図３】従来例に係る半導体加速度センサの製造工程を
示す概略断面図である。
示す概略断面図である。
【図４】上図に係る半導体加速度センサの上面から見た
状態を示す概略平面図である。
状態を示す概略平面図である。
１ フレーム
２ 撓み部
２ａ 中央部
２ｂ 梁部
３ 重り部
３ａ ネック部
４ 切り込み溝
５ 切り込み部
６ 支持部材
７ 単結晶シリコン基板
７ａ 中央部
８ ｐ＋型埋込犠牲層
９ エピタキシャル層
１０ シリコン酸化膜
１１ ピエゾ抵抗
１２ 拡散配線
１３ 保護膜
１３ａ 開口部
１４ メタル配線
１５ スリット
フロントページの続き
(72)発明者 中邑 卓郎
大阪府門真市大字門真1048番地松下電工
株式会社内
(72)発明者 石田 拓郎
大阪府門真市大字門真1048番地松下電工
株式会社内
(56)参考文献 特開 平６−109755（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−289327（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−102495（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01P 15/12
G01P 15/18
H01L 29/84
Claims (2)
- 【請求項１】 中央部と該中央部から延在する梁部とを
有する撓み部と、該撓み部を支持するフレームと、前記
中央部にネック部を介して連結される重り部と、前記梁
部と前記重り部の間の所定位置に設けられた切り込み溝
と、該重り部を切り込み部を介して包囲するとともに前
記フレームの一面側を支持する支持部材とを有し、前記
切り込み部が前記切り込み溝に連通して成る半導体加速
度センサ素子において、前記梁部を前記撓み部形成面の
中心線上に位置しないように配置するとともに、前記撓
み部を、該撓み部形成面に対して回転対称となるように
構成し、前記ネック部，前記重り部及び前記支持部材を
半導体基板を用いて形成するとともに、前記フレーム及
び前記撓み部を前記半導体基板上に形成されるエピタキ
シャル層を用いて形成し、該フレーム及び撓み部を構成
するエピタキシャル層の一部が重り部として用いられる
ように前記梁部と前記重り部の間に切り込み溝を設けた
ことを特徴とする半導体加速度センサ素子。 - 【請求項２】 請求項１記載の半導体加速度センサ素子
の製造方法であって、前記切り込み溝が前記半導体基板
の一主表面に形成された高濃度不純物層をエッチング除
去することにより形成されたことを特徴とする半導体加
速度センサ素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25887198A JP3405222B2 (ja) | 1998-09-11 | 1998-09-11 | 半導体加速度センサ素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25887198A JP3405222B2 (ja) | 1998-09-11 | 1998-09-11 | 半導体加速度センサ素子及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000088876A JP2000088876A (ja) | 2000-03-31 |
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ID=17326208
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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|---|---|
| JP (1) | JP3405222B2 (ja) |
-
1998
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