JP2004317478A - 半導体加速度センサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 過度な加速度でビームに振動等が加わっても、応力を低減し耐衝撃性
に優れた半導体加速度センサを提供する。
【解決手段】 中央部３ａからビーム３ｂが導出されて枠体部３ｃへと接続され
てなり、開口部３ｄに、開口部３ｄと枠体部３ｃとの縁部３ｄａ内を架け渡すス
トッパ３ｅが構成されたシリコン膜３と、中央部３ａの下面に形成される懸吊部
４ａ及び、その懸吊部４ａを取り囲む空隙部４ｂ並びに、その空隙部４ｂの外側
に、枠体部３ｃの下面に形成される枠体部４ｃが構成されたシリコン酸化膜４と
、加速度による力を受ける質量体夫々の上面が開口部３ｄから露出し、当該上面
の一部が、懸吊部４ａの下面と係合して懸架される質量部５ａ及び、枠体部４ｃ
の下面に、質量体が一定の空隙を持って内部に格納される支持部５ｂが構成され
たシリコン基板５とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、自動車、航空機、家電製品等に用いられ、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれの方向の加速度を検出することができる３軸半導体加速度センサに関するものである。

従来より、半導体基板上に不純物を拡散してピエゾ抵抗を形成し、そのピエゾ抵抗の抵抗値の変化によって、当該半導体基板に加わった加速度を検出する半導体加速度センサが知られている。このようなセンサの中には、図１１、１２に示すように、Ｓｉ（シリコン）膜３の下部にＳｉＯ_２膜（シリコン酸化膜）４、Ｓｉ基板５が順に形成されたＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板１を加工したものがある。具体的に説明すると、Ｓｉ膜３は、その上端部にピエゾ抵抗Ｒが形成されており、その中央部分には、平板状の中央部３ａが形成され、さらにその中央部３ａからは、ビーム３ｂが導出されて枠体部３ｃへと接続され、ビーム３ｂと枠体部３ｃとに囲まれた開口部３ｄが形成されている。

ＳｉＯ_２膜４には、中央部３ａの下面形状に合わせて懸吊部４ａが構成されると共に、その懸吊部４ａを取り囲むように空隙部４ｂが穿設され、空隙部４ｂの外側には、枠体部４ｃが構成されている。また、Ｓｉ基板５には、上面の一部が懸吊部４ａと係合して懸架してなり、加速度による力を受ける質量部５ａと、懸吊部４ａ等を介して当該質量部５ａを支えるための支持部５ｂとが形成されている（例えば、関連技術として、特許文献１、特許文献２参照）。そして、ガラス基板２’と支持部５ｂとは接着剤Ｂにて固定され、半導体加速度センサが構成される。

尚、半導体加速度センサにおいて、質量部とダイヤフラムを片持ち梁状に形成し、当該質量部の可動範囲を規制するストッパを設けたもの（例えば、特許文献３参照）、当該片持ち梁の破損が予想される個所に破損検知用導体を設けたもの（例えば、特許文献４参照）、ビーム３ｂにエッチング液の導入孔を設けたもの（例えば、特許文献５参照）が知られている。
特開平６−１４８２２９号公報（第３−４頁、第２図） 特開平７−２３４２４２号公報（第２−４頁、第２図、第６図） 特開平５−１２６８４３号公報（第２−３頁、第１図、第１１図） 特開昭６１−１７８６６４号公報（第１−３頁、第１図） 特開平１１−１３５８０４号公報（第７−８頁、第９図、第１０図、図１３図、第１４図）

ところで、図１１、１２に示した半導体加速度センサでは、センサに加速度が加わると、質量部５ａが力を受けて、その質量部５ａを支えているビーム３ｂが変形し、それに伴って、当該ビーム３ｂの上端に形成されたピエゾ抵抗Ｒの抵抗値が変化するので、その抵抗値を電圧値等に変換することにより、目的の加速度を検出している。しかしながら、当該ビーム３ｂは薄肉状に形成されているため、過度の加速度が加わり一定以上に変形すると、破損して加速度センサとして機能しなくなる恐れがある。

より詳しく説明すると、質量部５ａが下方側へと変位した場合については、当該質量部５ａの下端部がガラス基板２’ と当接して、ストッパの役目を果たすので、ビーム３ｂの破損を防止することができるが、反対に質量部５ａが上方側へと変位した場合には、最早、当該質量部５ａと当接するものは何もないから、過度な加速度が加わり、ビーム３ｂが一定以上に変形すると、当該ビーム３ｂが破損する恐れがある。また、上方側には変形を規制するものがないため、質量部５ａが大きく上方へと振れた後、反動で下方へ向かって戻るときに、当該質量部５ａが堅いガラス基板２’と衝突し、その機械的な衝撃でビーム３ｂが破損する恐れもあった。

本発明は、上記の問題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、過度な加速度が発生し、ビームに機械的な振動や衝撃が加わったとしても、その応力を低減して耐衝撃性に優れた半導体加速度センサを提供することにある。

かかる半導体加速度センサを提供するために、本願の発明者らは、中央部の四方からビームが導出されて枠体部へと接続され、ビームと枠体部とに囲まれて形成される４つの開口部及び、それらの開口部それぞれに、当該開口部と前記枠体部との縁部内を架け渡すストッパが構成されたシリコン膜と、

前記中央部の下面に形成される懸吊部及び、その懸吊部を取り囲むように空隙部が穿設され、さらにその空隙部の外側に、シリコン膜の枠体部の下面に形成される枠体部が構成されたシリコン酸化膜と、

加速度による力を受ける４つの質量体それぞれの上面が前記空隙部を介して前記開口部から露出し、当該上面の一部が、前記懸吊部の下面と係合して懸架される質量部及び、シリコン酸化膜の枠体部の下面に、前記質量体が一定の空隙を持って内部に格納される支持部が構成されたシリコン基板と、を備えたことを特徴とするものを提案している（請求項１）。

また、前記ストッパにつき、その中央部分が前記質量体の重心線上あることを特徴とするものを提案している（請求項２）。

また、前記ストッパにつき、その上に不純物拡散配線又はアルミによるストッパ折れ検知配線が形成されていることを特徴とするものを提案している（請求項３）。

さらに、シリコン基板上にシリコン酸化膜とシリコン膜が順に形成されたＳＯＩ基板を用いて、そのシリコン膜上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィによって、フォトレジストにエッチングガスを導入するための開口を形成し、ＲＩＥによってシリコン膜を異方性エッチングして、前記シリコン膜に、中央部の四方からビームが導出されて接続される枠体部と、ビームと枠体部とに囲まれて形成される４つの開口部と、その開口部の周縁部内を架け渡すストッパとを形成した後、

前記開口部よりエッチング液を注入して、その開口部から露出している部分並びに、少なくともビームの下部に存在するシリコン酸化膜を等方性エッチングし、シリコン酸化膜に、前記中央部の下面に形成される懸吊部を形成すると共に、その懸吊部を取り囲む空隙部及び、さらにその空隙部の外側に、シリコン膜の枠体部の下面に形成する枠体部を形成することを特徴とした製造方法を提案している（請求項４）。

また、シリコン基板上にシリコン酸化膜とシリコン膜が順に形成されたＳＯＩ基板を用いて、そのシリコン膜上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィによって、フォトレジストにエッチングガスを導入するための開口を形成し、ＲＩＥによってシリコン膜及びシリコン酸化膜を異方性エッチングして、

前記シリコン膜に、中央部の四方からビームが導出されて接続される枠体部と、ビームと枠体部とに囲まれて形成される４つの開口部と、その開口部の周縁部内を架け渡すストッパとを形成すると共に、

前記シリコン酸化膜に、前記中央部の下面に形成される懸吊部と、その懸吊部を取り囲むように形成される空隙部の一部と、さらにその空隙部の外側に、シリコン膜の枠体部の下面に形成される枠体部とを形成した後、

少なくとも懸吊部の一部及びシリコン酸化膜の枠体部の側面部を覆うように、フォトレジストを形成した後、前記開口部よりエッチング液を注入して、少なくともビームの下部に存在するシリコン酸化膜を等方性エッチングし、シリコン酸化膜に、空隙部を形成することを特徴とした製造方法を提案している（請求項５）。

また、上述の請求項４に相当する製造方法につき、前記異方性エッチングの際に、前記フォトレジストにエッチングガスを導入するための開口を併せて形成した後に、前記ＲＩＥによるエッチングを行って、前記ストッパにエッチング液導入孔を形成し、その後に前記等方性エッチングを行うことを特徴とした製造方法を提案している（請求項６）。

以上のように、請求項１記載の発明にあっては、過度な加速度が発生し、ビームに機械的な振動や衝撃が加わったとしても、その応力を低減して耐衝撃性に優れたという効果を奏する。

請求項２記載の発明にあっては、回転方向の感度を拾わずにノイズを低下せしめ、感度特性を向上させることができるという効果を奏する。

請求項３記載の発明にあっては、ストッパが破損した段階で、その破損を検知することができるので、ビームの破損を未然に防止することができるという効果を奏する。

請求項４記載の発明にあっては、シリコン膜にストッパを形成することが可能となるという効果を奏する。

請求項５記載の発明にあっては、ストッパの形成の際に、シリコン酸化膜に対するサイドエッチングが最小限に抑えられるという効果を奏する。

請求項６記載の発明にあっては、ストッパの幅が大きい場合であっても、その下部にあるシリコン酸化膜の除去を速やかに行うことができるという効果を奏する。

以上に示した解決手段を具体的な実施形態として、下記に詳細に説明する。まず、本願の半導体加速度センサの構造等について説明した後、その製造方法について詳しく説明することとする。

［第１の実施形態］
図１、２は、本願の第１の実施形態に係る半導体加速度センサを示す図であり、図１は当該センサの斜視図、図２は当該センサの上面図（ａ）と、その上面図におけるＡ−Ａ’の断面図（ｂ）を示したものである。同図に示すように、この半導体加速度センサは、略立方体状ないし略矩形箱状からなり、ＳＯＩ基板１の下面部と、ガラス基板２の上面部とが接合されて構成されている。ＳＯＩ基板１は、一例として数μｍ〜１０μｍ程度の厚さのＳｉ膜３と、その下面に形成される０．３〜１μｍ程度の厚さのＳｉＯ_２膜４と、さらにその下面に形成される３００〜６００μｍ程度の厚さからなるＳｉ基板５とからなる。

ガラス基板２は、パイレックス（登録商標）ガラス等の可動イオンを含有するガラスであって、陽極接合によってガラス又はＳｉとの接合を行うものである。Ｓｉ膜３は、その上端部にピエゾ抵抗Ｒが形成されており（配置については後述する）、その中央部分には、鉛直視四角形平板状の中央部３ａが構成されており、当該中央部３ａの四辺中央部（四方）からは、略矩形平板状のビーム３ｂが導出されて、鉛直視四角形状に形成された枠体部（シリコン膜の枠体部）３ｃへと接続されている。

そして、ビーム３ｂと枠体部３ｃとに囲まれて形成される４つの開口部３ｄにはそれぞれ、当該開口部３ｄと枠体部３ｃとの縁部３ｄａ内を架け渡すようにストッパ３ｅが形成されている。具体的には、当該枠体部３ｃの四隅部近傍の直交する２辺を架け渡すように、長手方向にみて断面視四角形状のストッパ３ｅが形成されている。

ＳｉＯ_２膜４は、その中央部分に、中央部３ａの下面形状に合わせて鉛直視四角形平板状の懸吊部４ａが構成されると共に、その懸吊部４ａを取り囲むように空隙部４ｂが穿設され、さらに空隙部４ｂの外側には、枠体部３ｃの下面形状に合わせて、鉛直視四角形状の枠体部（シリコン酸化膜の枠体部）４ｃが構成されている。また、Ｓｉ基板５は、半導体加速度センサに加わった加速度による力を受ける質量部５ａと、懸吊部４ａ等を介して当該質量部５ａを支えるための支持部５ｂとから構成されている。

質量部５ａは、略立方体状の４つの質量体で構成され、それらの質量体は、それぞれ上面が空隙部４ｂを介して開口部３ｄから露出し、当該上面の四隅のうちの一端（上面の一部）が懸吊部４ａの下面と係合して、宙に浮いた状態に懸架される一方、支持部５ｂは枠体部４ｃの下面形状に合わせて鉛直視四角形状の枠体からなり、その内部には当該質量体が一定の空隙を持って格納されている。以上のように構成することで、質量部５ａが上方側へと推移した場合であっても、ストッパ３ｅの下端部が、当該質量部５ａの上端部と当接するので、ビーム３ｂが一定以上に変形することがなく、当該ビーム３ｂの破損を防止することができる。

また、図２（ａ）に示すように、中央部３ａの横方向の両端部と、ビーム３ｂとが接続される部分には、当該ビーム３ｂの長手方向と平行となるよう、縦方向に夫々、Ｘ軸方向の加速度を検出するピエゾ抵抗Ｒｘ１、Ｒｘ２、Ｒｘ３、Ｒｘ４が形成されている。同様にして、中央部３ａの縦方向の両端部と、ビーム３ｂとが接続される部分には、当該ビーム３ｂの長手方向と平行となるよう、横方向に夫々、Ｙ軸方向の加速度を検出するピエゾ抵抗Ｒｙ１、Ｒｙ２、Ｒｙ３、Ｒｙ４が形成されている。

さらに、枠体部３ｃの縦方向の内側両端部と、ビーム３ｂとが接続される部分には、当該ビーム３ｂの長手方向と平行となるように夫々、Ｚ軸方向の加速度を検出するピエゾ抵抗Ｒｚ１、Ｒｚ４が形成されている。同様にして、枠体部３ｃの横方向の内側両端部と、ビーム３ｂとが接続される部分には、当該ビーム３ｂの長手方向に対して垂直となるように夫々、Ｚ軸方向の加速度を検出するピエゾ抵抗Ｒｚ２、Ｒｘ３が形成されている。

尚、これらのピエゾ抵抗は不純物拡散配線によって形成されており、不純物拡散配線によるパターンと連結され、さらに、そのパターン上の所定位置にコンタクト窓が形成されて、アルミ配線に連結されるようになっている（パターン等については図示省略）。当該パターンないしアルミ配線は、ホイーストンブリッジ回路を形成しているが、回路の詳細については、特開平６−３３１６４６号によることとして記載を省略する。

［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態に係る半導体加速度センサについて、図３に基づいて説明する。図３は、当該半導体加速度センサの上面図である。本形態の半導体加速度センサが上述の基本的構造と異なり、特徴を有するのは、ストッパ３ｅが、その中央部分において垂直に折り曲げられ、当該中央部分が質量部５ａ（質量体）の重心線上に当たるように構成されている点である。そして、このようにすることで、感度特性を向上せしめることができるが、その理由を説明すると、次のとおりである。

当該加速度センサに下方向の大きな加速度が加わると、質量部５ａの上端部とストッパ３ｅの下端部とが当接することになるが、そのとき、質量部５ａの重心線からストッパ３ｅが遠い位置にあると、当接部分を中心として質量部５ａに慣性モーメントが加わってビーム３ｂが歪みやすく、ひねりが発生する。このため回転方向の感度も拾ってノイズが増加してしまい、Ｘ、Ｙ、Ｚ各軸の感度特性が低下することとなる。従って、当該慣性モーメントが生じないように、上述した構成を採用することで、感度特性を向上させることができるのである。

［第３の実施形態］
次に、第３の実施形態に係る半導体加速度センサについて、図４に基づいて説明する。図４は、当該半導体加速度センサの上面図である。本形態の半導体加速度センサが上述の基本的構造と異なり、特徴を有するのは、平面視において質量部５ａの隅角部５ａａが覆い隠されるように、ストッパ３ｅを当該開口部３ｄにおける枠体部３ｃの隣り合う２辺が構成する隅角部近傍の領域に形成している点である。つまり、平面視において三角形状をなす平板を枠体部３ｃの２辺が構成する隅角部近傍の領域に形成している。このように、ストッパ３ｅと枠体部３ｃとの連結部分を大きくすることにより、ストッパ３ｅの破壊強度を向上させることができる。

なお、ストッパ３ｅの平面視における形状は三角形状に限定されるものではなく、例えば、四角形状、扇形状など本発明の範囲内において適宜変更可能である。また、その面積は、ストッパ３ｅがビーム３ｂと接触しない範囲において大きくすることが好ましい。

［第４の実施形態］
次に、ストッパ３ｅが破損したことを検知するための構造につき、図５に基づいて詳細に説明する。図５は、当該半導体加速度センサの上面図である。本形態の半導体加速度センサが上述の基本的構造と異なり、特徴を有するのは、ストッパ３ｅ上に、不純物拡散配線又はアルミによるストッパ折れ検知配線６が形成され、その配線６の両端には夫々、外部と電気的に接続するためのパッド７が連結されて、そのパッド７が、枠体部３ｃの横方向の両端部近傍に設けられている点にある。以下、当該構成についての特徴について説明する。

上述のストッパ３ｅは、その可撓性により過度な加速度による衝撃を吸収する効果があるが、それでも更に過度な加速度が加わった場合、当該ストッパ３ｅが質量部５ａの衝突（過度の変位）によって破損され、続いてストッパ３ｅよりも幅や厚みのあるビーム３ｂが破損に至る。従って、ストッパ３ｅが破損した段階で、その破損を検知することができれば、ビーム３ｂの破損を未然に防止することができる。また、ストッパ３ｅとビーム３ｂとが同時に破損した場合であっても、その故障を検知することが可能となる。尚、構造等の説明は以上のとおりであるが、Ｓｉ膜３に不純物が侵入しないよう、Ｓｉ膜３の上には、順にＳｉＯ_２膜、Ｓｉ_３Ｎ_４膜が形成される（図示せず）。

［半導体加速度センサの製造方法］
次に、上述の構造等を踏まえ、本願の半導体加速度センサの製造方法について、図１、２、並びに図６、７に基づいて詳細に説明する。図６、７は、各製造工程を示した図であって、図２（ａ）に示したＢ−Ｂ’の断面図である。まず、ＳＩＭＯＸ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｉｍｐｌａｎｔｅｄ Ｏｘｉｄｅ）ないし、貼り合わせ法等により構成されたＳＯＩ基板１上に、フォトレジスト８を塗布する。そして、上述した所定の位置にピエゾ抵抗を形成すべく、フォトリソグラフィにより、不純物を導入するための開口窓８ａを形成する。

具体的には、フォトレジスト８の上面にフォトマスクを載置し、紫外線を照射することにより、所定部分のフォトレジスト８を露光させた後、現像液を塗布することで開口窓８ａが形成される。その開口窓８ａが形成された後、熱拡散、イオン注入法（ボロンをデポジット拡散しても良い）によって不純物を導入し、ピエゾ抵抗となる不純物拡散配線９を形成する（図６（ａ）参照）。尚、特に図示はしないが、当該不純物拡散配線９と同様にして、ストッパ折れ検知配線６を形成することができる。

そして、ＨＮＯ₃等の除去液を塗布して、残存しているフォトレジスト８を除去した後、４００℃以下でＳｉＨ４＋Ｏ２のソースガスを用い、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によってＳｉＯ_２膜１０を形成し、さらにその上に、９００℃以下でＳｉＨ４＋４ＮＨ３のソースガスを用い、ＣＶＤ法によりＳｉ_３Ｎ_４膜１１を形成する（図６（ｂ）参照）。これにより、Ｓｉ膜３とＳｉ_３Ｎ_４膜１１との膨張率の違いをＳｉＯ_２膜１０で吸収しつつ、Ｓｉ_３Ｎ_４膜１１によって、不純物に対するバリア、すなわちパッシベーションとすることができる。

次に、当該Ｓｉ_３Ｎ_４膜１１上に、フォトレジスト１２を塗布し、所定の形状（中央部３ａ、ビーム３ｂ、枠体部３ｃ、開口部３ｄ、ストッパ３ｅ）を形成すべく、フォトマスクをして露光と現像を行い、エッチングガスを導入するための開口１２ａを形成する。そして、エッチングガスとしてＣＦ₄を用い、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）によって、Ｓｉ_３Ｎ_４膜１１、ＳｉＯ_２膜１０、Ｓｉ膜３をパターンの通り、異方性エッチングする（図６（ｃ）参照）。尚、エッチングにあたっては、誘電結合プラズマ形（ＩＣＰ）にしても良い。

次に、残存するフォトレジスト１２を除去液で除去し、開口部３ｄからフッ酸ないしフッ酸混合液等のエッチング液を注入して、当該開口部３ｄから露出している部分並びに、ビーム３ｂ及びストッパ３ｅの下部に存在するＳｉＯ_２膜を等方性エッチングし、空隙部４ｂを形成する（図７（ａ）参照）。そして、質量部５ａの下面にフォトレジストを塗布し、フォトマスクをして露光と現像を行い、支持部５ｂの下端部のみにフォトレジスト１２ａを残して、ＲＩＥにより異方性エッチングを行う。その後、エッチング部分にフォトレジストを塗布等をして、質量部５ａの下面にフォトレジスト１２ｂを残して、ＲＩＥによって異方性エッチングを行う（図７（ｂ）参照）。

次に、フォトレジスト１２ａ、１２ｂを除去液で除去し、ガラス基板２の上に支持部５ｂを載置する。そして、支持部５ｂを正電位となるようにし、ガラス基板２と支持部５ｂとの間に、２００Ｖ〜１０００Ｖの電圧を印加して、当該ガラス基板２及び支持部５ｂを４５０℃付近まで昇温させる。このようにすることで、ガラス基板２に含まれる陽イオンが負電位に引かれて、当該ガラス基板２の表層に到達する一方、同ガラス基板２内には大量の負イオンが残存し、支持部５ｂとの接合部に空間電荷層が形成されるため、当該ガラス基板２と支持部５ｂとの間に強い吸引力が生じて結合が完了する（図７（ｃ）参照）。

［酸化膜の厚み確保の方法］
ところで、上述の製造方法においては、図７（ａ）に示した、ビーム３ｂ及びストッパ３ｅの下部に存在するＳｉＯ_２膜のエッチングの際、フッ酸混合液等の等方性により、懸吊部４ａと枠体部４ｃまでサイドエッチングされ、強度が低下する。これを防ぐためには、次の製造法を採用すれば良い。まず、図６（ｃ）に示した、Ｓｉ_３Ｎ_４膜１１等のエッチングの際に、ＳｉＯ_２膜４までエッチングを行い、少なくとも懸吊部４ａ及び枠体部４ｃの側面部を覆うように、フォトレジスト１４を形成する（図８（ａ）参照）。

次に、開口部３ｄからフッ酸混合液等を注入して、当該開口部３ｄから露出している部分並びに、ビーム３ｂ及びストッパ３ｅの下部に存在するＳｉＯ_２膜を等方性エッチングし、空隙部４ｂを形成する。このとき、枠体部４ｃの側面部の全てと、懸吊部４ａの大部分は、フォトレジスト１４によって被覆されていることから、フッ酸混合液等の等方性によってサイドエッチングされることはない。

但し、懸吊部４ａのビーム３ｂとの接続部については、サイドエッチングされることとなるが、上述の製造方法のように、懸吊部４ａの周囲がサイドエッチングされることはないので、強度の低下を防ぐことができる（以上、図８（ｂ）参照）。次に、フォトレジスト１４を除去液により除去して、図７（ｂ）に示した、質量部５ａ並びに支持部５ｂの形成を行って、同図（ｃ）に示した、ガラス基板２との接続を行えば良い。

［ストッパ下部のエッチング方法］
また、上述の製造方法において、ストッパ３ｅの幅が大きい場合には、その下部にあるＳｉＯ_２膜４の除去に時間がかかる。これを防ぐためには、図９（ａ）に示すように、ストッパ３ｅにエッチング液導入孔３ｅａを設けるようにすれば良い。具体的には、上述した製造方法において、図６（ｃ）に示した、Ｓｉ_３Ｎ_４膜１１等のエッチングの際に、フォトレジスト１２にエッチングガスを導入するための開口１２ｂを併せて形成する。そして、上述したように、ＲＩＥによってエッチングすることで、エッチング液導入孔３ｅａを形成することができる（図９（ｂ）参照）。

このようにすることで、ストッパ３ｅの幅が大きくても、その下部にあるＳｉＯ_２膜４を容易にエッチングすることができる。尚、ビーム３ｂの下部にあるＳｉＯ_２膜４については、質量部５ａ及び支持部５ｂを形成する際に、下部よりエッチングすれば良い。また、開口１２ｂは、鉛直視四角形状ないし円形状からなり、図９（ａ）のように、複数の孔を一列に配置した構成のみならず、複数列に構成しても良いものである。

［ストッパの薄肉化の方法］
さらに、上述したストッパ破損検知構造においては、過度な加速度が加わった場合に、ストッパ３ｅがビーム３ｂよりも先に破損すること望まれる。そのためには、強度を低下させること、すなわち、当該ストッパ３ｅがビーム３ｂよりも薄肉であることが必要である。ここでは、薄肉化の方法について図１０に基づいて詳細に説明することとする。図１０は図７（ｂ）の製造工程が終了し、フォトレジスト１２ａ、１２ｂを除去した後の状態を示す図であって、上下を反対に示した図である。

ストッパの薄肉化にあたっては、まずガラス基板２と支持部５ｂとの接合の前に、ＣＶＤにより半導体加速度センサの表面にＳｉＯ_２膜１３等を形成して、エッチングからの保護膜を形成する。このとき、ストッパ３ｅは質量部５ａの下部に位置していることから、当該ストッパ３ｅの表面には、質量部５ａの表面等と比較してＳｉＯ_２膜１３が付着しない。

そこで、フッ酸混合液でストッパ３ｅに積もったＳｉＯ_２膜１３の除去を行って（図１０（ａ）参照）、ＴＭＡＨやＫＯＨによって等方性エッチングを行うことで、当該ストッパ３ｅを薄肉化することができる（図１０（ｂ）参照）。そして、質量部５ａと支持部５ｂの上面のＳｉＯ_２膜１３をエッチングにより除去して、ガラス基板２との接合を行うようにすれば良い。

本発明の第１の実施形態に係る半導体加速度センサの構造を示す斜視図であって、内部構造を示すために一部切り欠いた図である。 同上の半導体加速度センサの構造を示す図であって、（ａ）、（ｂ）はそれぞれ上面図と、その上面図におけるＡ−Ａ’の断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る半導体加速度センサの構造を示す上面図である。 本発明の第３の実施形態に係る半導体加速度センサの構造を示す上面図である。 本発明の第４の実施形態に係る半導体加速度センサの構造を示す上面図である。 本発明の半導体加速度センサの各製造工程を示す図であって、図２の上面図におけるＢ−Ｂ’の断面図である。 本発明の半導体加速度センサの各製造工程を示す図であって、図２の上面図におけるＢ−Ｂ’の断面図である。 サイドエッチングによる強化低下を防ぐための製造方法を示す図であって、（ａ）、（ｂ）はそれぞれ上面図と断面図である。 ストッパ下部のエッチング方法を示す図であって、（ａ）、（ｂ）はそれぞれ上面図と断面図である。 ストッパを薄肉化するための製造方法を示す図である。 従来の半導体加速度センサの構造を示す斜視図であって、内部構造を示すために一部切り欠いた図である。 従来の半導体加速度センサの構造を示す図であって、（ａ）、（ｂ）はそれぞれ上面図と、その上面図におけるＡ−Ａ’の断面図である。

符号の説明

１ ＳＯＩ基板
３ シリコン膜
３ａ 中央部
３ｂ ビーム
３ｃ 枠体部（シリコン膜の枠体部）
３ｄ 開口部
３ｄａ 縁部
３ｅ ストッパ
３ｅａ エッチング液導入孔
４ シリコン酸化膜
４ａ 懸吊部
４ｂ 空隙部
４ｃ 枠体部（シリコン酸化膜の枠体部）
５ シリコン基板
５ａ 質量部
５ｂ 支持部
１２ フォトレジスト
１２ａ 開口
１４ フォトレジスト

Claims (6)

1. 中央部の四方からビームが導出されて枠体部へと接続され、ビームと枠体部とに囲まれて形成される４つの開口部及び、それらの開口部それぞれに、当該開口部と前記枠体部との縁部内を架け渡すストッパが構成されたシリコン膜と、
   前記中央部の下面に形成される懸吊部及び、その懸吊部を取り囲むように空隙部が穿設され、さらにその空隙部の外側に、シリコン膜の枠体部の下面に形成される枠体部が構成されたシリコン酸化膜と、
   加速度による力を受ける４つの質量体それぞれの上面が前記空隙部を介して前記開口部から露出し、当該上面の一部が、前記懸吊部の下面と係合して懸架される質量部及び、シリコン酸化膜の枠体部の下面に、前記質量体が一定の空隙を持って内部に格納される支持部が構成されたシリコン基板と、を備えたことを特徴とする半導体加速度センサ。
2. 前記ストッパは、その中央部分が前記質量体の重心線上あ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。
3. 前記ストッパは、その上に不純物拡散配線又はアルミによるストッパ折れ検知配線が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。
4. シリコン基板上にシリコン酸化膜とシリコン膜が順に形成されたＳＯＩ基板を用いて、そのシリコン膜上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィによって、フォトレジストにエッチングガスを導入するための開口を形成し、ＲＩＥによってシリコン膜を異方性エッチングして、前記シリコン膜に、中央部の四方からビームが導出されて接続される枠体部と、ビームと枠体部とに囲まれて形成される４つの開口部と、その開口部の周縁部内を架け渡すストッパとを形成した後、
   前記開口部よりエッチング液を注入して、その開口部から露出している部分並びに、少なくともビームの下部に存在するシリコン酸化膜を等方性エッチングし、シリコン酸化膜に、前記中央部の下面に形成される懸吊部を形成すると共に、その懸吊部を取り囲む空隙部及び、さらにその空隙部の外側に、シリコン膜の枠体部の下面に形成する枠体部を形成することを特徴とする半導体加速度センサの製造方法。
5. シリコン基板上にシリコン酸化膜とシリコン膜が順に形成されたＳＯＩ基板を用いて、そのシリコン膜上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィによって、フォトレジストにエッチングガスを導入するための開口を形成し、ＲＩＥによってシリコン膜及びシリコン酸化膜を異方性エッチングして、
   前記シリコン膜に、中央部の四方からビームが導出されて接続される枠体部と、ビームと枠体部とに囲まれて形成される４つの開口部と、その開口部の周縁部内を架け渡すストッパとを形成すると共に、
   前記シリコン酸化膜に、前記中央部の下面に形成される懸吊部と、その懸吊部を取り囲むように形成される空隙部の一部と、さらにその空隙部の外側に、シリコン膜の枠体部の下面に形成される枠体部とを形成した後、
   少なくとも懸吊部の一部及びシリコン酸化膜の枠体部の側面部を覆うように、フォトレジストを形成した後、前記開口部よりエッチング液を注入して、少なくともビームの下部に存在するシリコン酸化膜を等方性エッチングし、シリコン酸化膜に、空隙部を形成することを特徴とする半導体加速度センサの製造方法。
6. 前記異方性エッチングの際に、前記フォトレジストにエッチングガスを導入するための開口を併せて形成した後に、前記ＲＩＥによるエッチングを行って、前記ストッパにエッチング液導入孔を形成し、その後に前記等方性エッチングを行うことを特徴とする請求項４記載の半導体加速度センサの製造方法。

Images