JP3530201B2 - 半導体歪みセンサの製造方法 - Google Patents
半導体歪みセンサの製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、加速度や振動等を検
出するための半導体歪みセンサに関するものである。 【０００２】 【従来の技術】自動車用の加速度センサとしてピエゾ抵
抗素子による半導体加速度センサが使用されている（例
えば、特開平２−２３１５７１号公報）。即ち、台座上
にシリコンチップが接合され、このシリコンチップの一
部に梁構造の可動部が形成され、厚さが４０μｍ程度の
可動部にピエゾ抵抗層が形成されているものである。 【０００３】この加速度センサは薄肉の梁を形成するた
めにシリコン基板の裏面からＫＯＨによるエッチングに
より所望のビーム厚までエッチングを行う。その後に、
表面側から梁部をマスクして沸硝酸系の液（ＨＦ：ＨＮ
Ｏ3 ：ＣＨ3 ＣＯＯＨ＝１：２〜８：０〜８）によるウ
ェットエッチングを行い貫通孔を形成して梁構造を形成
するようにしていた。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】ところが、ＡＢＳ用加
速度センサとして使用すべく小さな加速度（０〜１．５
Ｇ）を感知するために一般的な半導体加速度センサを高
感度化しようとすると、シリコンチップの薄肉部（可動
部）の厚さを略１５μｍ以下に薄くする必要がある。こ
のとき、薄肉部の厚さが３０〜５０μｍと厚い場合には
上述したように沸硝酸液によるウェットエッチングを行
い貫通孔を形成して梁構造を形成しても厚みが充分ある
ので強度的に問題はないが、ビームの厚さが３〜５μｍ
と薄い場合には、沸硝酸液によるウェットエッチングを
行い貫通孔を形成して梁構造とすると、梁の強度が十分
に得られないという問題が発生する。 【０００５】この発明の目的は、薄い梁を形成する際に
も十分な強度を得ることができる半導体歪みセンサの製
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】そこで、本発明者は、ウ
ェットエッチングを行い貫通孔を形成して梁構造とした
場合には、図１８に示すように、梁の側面にうねりがあ
ることを見出し、このうねりにより破壊強度が低下して
いることが分かった。 【０００７】そこで、この発明は、単結晶シリコン基板
の主表面上における所定領域に、歪み検出用のピエゾ抵
抗層を形成する第１工程と、前記単結晶シリコン基板の
裏面側から当該単結晶シリコン基板の所定領域を異方性
エッチングにより除去して、前記ピエゾ抵抗層を有する
薄肉部を形成する第２工程と、前記単結晶シリコン基板
の主表面側からハロゲン系ガスによるドライエッチング
により前記薄肉部の一部を除去して梁を形成する第３工
程とを備えた半導体歪みセンサの製造方法をその要旨と
するものである。 【０００８】ここで、第３工程でのハロゲン系ガスには
ＣＦ4 を用い、前記梁の厚さを１０μｍ以下に、かつ梁
の側面のうねり量を５μｍ以下とするのが好ましい。 【０００９】 【作用】第１工程により、単結晶シリコン基板の主表面
上における所定領域に、歪み検出用のピエゾ抵抗層が形
成される。そして、第２工程により単結晶シリコン基板
の裏面側から当該単結晶シリコン基板の所定領域が異方
性エッチングにより除去されて、ピエゾ抵抗層を有する
薄肉部が形成される。さらに、第３工程により、単結晶
シリコン基板の主表面側からハロゲン系ガスであるＣＦ
4 によるドライエッチングにより薄肉部の一部が除去さ
れて、厚さ１０μｍ以下、側面のうねり量５μｍ以下の
梁が形成される。 【００１０】このように、ハロゲン系ガスによるドライ
エッチングにより貫通孔を形成して梁構造とすることに
より、図１７に示すように、梁の側面を平坦なる状態と
することが可能となり、破壊強度が増す。即ち、図１８
に示すようなウェットエッチングの際に生じる梁の側面
のうねりによる強度低下が回避される。 【００１１】 【実施例】以下、この発明を具体化した一実施例を図面
に従って説明する。図１には半導体加速度センサの全体
構成図を示し、図２には図１のＡ−Ａ断面を示す。本セ
ンサは自動車のＡＢＳシステムに用いられるものであ
る。 【００１２】ステム１と、その上面に接合されたシェル
（蓋材）２により、後記シリコンチップ６を収納するパ
ッケージ材が構成されている。ステム１はコバール等の
金属よりなり、シェル２は鉄等の金属よりなる。ステム
１はその中央部に凸部３が形成され、同凸部３には４本
のリード端子４が貫通状態でガラス溶着にて固定されて
いる。又、ステム１の外周部にはセンサ取り付け用穴５
が形成されている。 【００１３】図３にはパッケージ内に配置されるシリコ
ンチップ６部分の斜視図を示し、図４にはシリコンチッ
プ６の平面を示し、図５には図４のＢ−Ｂ断面を示す。
ステム１の凸部３上には、パイレックスガラスよりなる
四角板状の台座７が接合され、台座７の上には四角板状
の単結晶のシリコンチップ６が配置されている。図４に
示すように、シリコンチップ６はその裏面が台座７と接
合する四角枠状の第１支持部８を有し、同第１支持部８
はシリコンチップ６の４辺を用いて形成されている。シ
リコンチップ６における第１支持部８の内方には上下に
貫通する４つの溝１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄが形
成され、４つの薄肉の可動部１４，１５，１６，１７に
て厚肉の四角形状の重り部１０が連結された構造となっ
ている。さらに、シリコンチップ６の第１支持部８の内
方において、上下に貫通する溝１１が溝１２ａ，１２
ｂ，１２ｃ，１２ｄを囲むように形成されている。そし
て、同溝１１にて厚肉のコ字状の第２支持部９と厚肉の
連結部１３とが区画されている。 【００１４】つまり、台座７と接合する厚肉の第１支持
部８に対し第２支持部９が延設され、第２支持部９から
薄肉の可動部１４〜１７が延設された構造となってい
る。又、溝１１により第１支持部８と第２支持部９とは
連結部１３にて連結された構造となっている。さらに、
第２支持部９と重り部１０とは前述したように可動部１
４，１５，１６，１７にて連結されている。この可動部
１４，１５，１６，１７の厚さは５μｍ程度となってお
り、２つずつのピエゾ抵抗層１８ａ，１８ｂ，１９ａ，
１９ｂ，２０ａ，２０ｂ，２１ａ，２１ｂが形成されて
いる。又、図５に示すように台座７の上面中央部には凹
部２２が形成され、加速度が加わり重り部１０が変位し
たときに接触しないようになっている。 【００１５】又、図６にはシリコンチップ６の表面での
アルミによる配線パターンを示す。本実施例では、アー
ス用の配線４１と、電源電圧印加用の配線４２と、加速
度に応じた電位差を取り出すための出力用の配線４３，
４４とが形成されている。又、これら配線に対しもう１
組の４つの配線が用意されている。つまり、アース用の
配線４５と、電源電圧印加用の配線４６と、加速度に応
じた電位差を取り出すための出力用の配線４７，４８と
が形成されている。電源電圧印加用の配線４２の途中に
はシリコンチップ６の不純物拡散層４９が介在され、そ
の不純物拡散層４９の上をシリコン酸化膜を介してアー
ス用の配線４１が交差状態で配置されている。同様に、
電源電圧印加用の配線４６は不純物拡散層５０を介して
電源電圧印加用の配線４２と接続され、アース用の配線
４５は不純物拡散層５１を介してアース用の配線４１と
接続され、さらに、出力用の配線４７は不純物拡散層５
２を介して出力用の配線４３と接続されている。又、出
力用の配線４８と４４とは抵抗調整のための不純物拡散
層５３を介して接続されている。本実施例では、配線４
１〜４４を用いた結線がなされる。 【００１６】そして、図７に示すように各ピエゾ抵抗層
１８ａ，１８ｂ，１９ａ，１９ｂ，２０ａ，２０ｂ，２
１ａ，２１ｂにてホイートストーンブリッジ回路が形成
されるように電気接続されている。ここで、端子３５は
アース用端子であり、端子３６は電源電圧印加用端子で
あり、端子３７及び３８は加速度に応じた電位差を取り
出すための出力端子である。この４つの端子３５，３
６，３７，３８は、図１，２に示すように、ワイヤ２３
にてリード端子４と接続されている。 【００１７】又、図１，２に示すように、シェル２内に
おけるシリコンチップ６の配置位置より上方において２
枚の隔壁板２４が上方ほど接近するように配設され、両
者の先端部がダンピング液用連通孔２５となっている。
そして、隔壁板２４の下側にはシリコーンオイル等のダ
ンピング液２６が充填されている。又、隔壁板２４には
それぞれ気体用連通孔２７が形成されている。 【００１８】次に、センサの製造方法を説明する。図８
〜図１４にはセンサの製造工程を示す。まず、図８に示
すように、Ｎ- 型の単結晶シリコンウェハ２８を用意
し、その主表面の全面に厚さ４５００Åのシリコン酸化
膜２９を形成する。そして、シリコン酸化膜２９の所定
領域をエッチングにより除去し、シリコンウェハ２８の
所定領域にＰ+ 拡散層３０を形成する。さらに、図９に
示すように、シリコンウェハ２８の全面にＣＶＤにより
厚さ４０００Åのシリコン酸化膜３１を形成する。そし
て、所定領域Ｚ１のシリコン酸化膜２９，３１をエッチ
ング除去する。 【００１９】次に、図１０に示すように、シリコンウェ
ハ２８の上面の露出部に厚さ１０００Åのシリコン酸化
膜３２を形成する。さらに、シリコン酸化膜３２上に所
定のパターンのマスクを配置し、その後、イオン注入に
よりシリコンウェハ２８にピエゾ抵抗層としてのＰ+ 拡
散層３３を形成する。このＰ+ 拡散層３３はＰ+ 拡散層
３０とつながっている。 【００２０】引き続き、図１１に示すように、シリコン
酸化膜３２でのコンタクト部分を除去した後、アルミ３
４による配線を行う。さらに、図１２に示すように、シ
リコンウェハ２８の裏面にシリコン窒化膜（Ｓｉ3 Ｎ4
膜）６０による所定のパターニングを行う。この状態
で、ＫＯＨ液による異方性エッチングを行い、ピエゾ抵
抗層としてのＰ+ 拡散層３３を有する薄肉部６１を形成
する。このときの薄肉部６１の厚みは、所定の感度が得
られる５μｍ程度とする。 【００２１】次に、図１３に示すように、薄肉部６１に
対しシリコンウェハ２８の主表面側からハロゲン系ガス
としてのＣＦ4 ガスを用いたドライエッチングを行い梁
（図４での可動部１４，１５，１６，１７）を形成す
る。即ち、シリコンウェハ２８の表面をエッチングして
上下に貫通する図４の溝１１，１２ａ，１２ｂ，１２
ｃ，１２ｄを形成する。 【００２２】そして、図１４に示すように、パイレック
スガラスよりなる台座７の上にシリコンウェハ２８を陽
極接合する。その後、シリコンウェハ２８及び台座７を
ダイシングカットして図３に示すような所定の大きさに
裁断する。 【００２３】次に、ステム１の凸部３上に台座７を接着
した後、ステム１上にシェル２を接合しダンピング液２
６を充填する。このようにして製造された半導体加速度
センサにおいては、図４に示すように、台座７と接合さ
れたシリコンチップ６の第１支持部８に対し第２支持部
９と重り部１０と可動部１４〜１７とは溝１１による連
結部１３で連結されている。そして、第１支持部８での
台座７との接合歪みのピエゾ抵抗層への伝播通路Ｒ1 ，
Ｒ2 ，Ｒ3 ，Ｒ4 が形成され、溝１１が無い場合に比べ
通路長さが長くなっている。よって、第１支持部８（接
合部）で発生する接合歪み（応力）は、連結部１３から
第２支持部９へと伝わるが、可動部１４〜１７へは伝わ
りにくくなる。 【００２４】又、シリコンウェハ２８の裏面側からシリ
コンウェハ２８の所定領域を異方性エッチングにより除
去して薄肉部６１を形成した後において、シリコンウェ
ハ２８の主表面側からＣＦ4 ガスを用いたドライエッチ
ングにより薄肉部６１の一部を除去して梁（図４の可動
部１４，１５，１６，１７）を形成した。そこで、ＣＦ
4 ガスを用いたドライエッチングによる梁の形成の効果
確認のために各種の実験を行った。その結果を、図１
５，１６に示す。 【００２５】図１５は、ウェットエッチングとトライエ
ッチングによる梁の破壊強度のヒストグラムである。同
図に示すように、ウェットエッチングによる従来方法で
は破壊荷重のバラツキが１０〜４０ｇである。これに対
し、ドライエッチングによる本実施例では破壊荷重のバ
ラツキが１８〜４４ｇである。このように、最小破壊荷
重値は、ドライエッチングを採用することにより１０ｇ
から１８ｇにすることができた。 【００２６】この破壊荷重の向上についての原因につい
て考察してみると、梁の側面の形状に起因しているもの
と推定される。つまり、ウェットエッチングによる従来
方法では、図１８に示すように、梁の側面はうねりが発
生しており、そのうねり量は１５〜３０μｍであった。
これに対し、ドライエッチングによる本実施例では図１
７に示すように、梁の側面のうねり量は５μｍ以下であ
った。尚、図１７，１８は、ＳＥＭによる観察を行った
ものである。 【００２７】又、図１６には梁の側面のうねりと梁の破
壊強度（破壊荷重最小値）の関係を示す。同図から、う
ねりが１５μｍ未満にすれば破壊強度を向上させること
ができ、そのうねりを少なくするためにドライエッチン
グが使われる。 【００２８】尚、現在、ドライエッチングによるシリコ
ンのエッチングではシリコンの深さが１０μｍまでエッ
チング可能であるため、梁の厚さは１０μｍまで使用可
能である。 【００２９】又、この半導体加速度センサを自動車のＡ
ＢＳシステムに組み込んだ状態では、図７のブリッジ回
路での出力端子３７，３８間の電圧がＡＢＳシステム用
コントローラに取り込まれる。そして、ＡＢＳシステム
用コントローラはその電圧により車両に加わる加速度を
検知し、車両減速度を算出して路面のμ状態を判別し、
それに適した疑似車速を作成して車両速度に近似させ車
輪のスリップ率の最適化を図る。 【００３０】このように本実施例の半導体加速度センサ
では、シリコンウェハ２８（単結晶シリコン基板）の主
表面上における所定領域に、歪み検出用のＰ+ 拡散層
（ピエゾ抵抗層）３３を形成し（第１工程）、シリコン
ウェハ２８の裏面側からシリコンウェハ２８の所定領域
を異方性エッチングにより除去して、Ｐ+ 拡散層３３を
有する薄肉部６１を形成し（第２工程）、シリコンウェ
ハ２８の主表面側からＣＦ4 （ハロゲン系ガス）による
ドライエッチングにより薄肉部６１の一部を除去して梁
を形成した（第３工程）。その結果、ＣＦ4 によるドラ
イエッチングにより貫通孔を形成して梁構造とすること
により、図１７に示すように、梁の側面を平坦なる状態
とすることが可能となり、破壊強度が増す。即ち、図１
８に示すようなウェットエッチングの際に生じる梁の側
面のうねりによる強度低下が回避される。 【００３１】 【００３２】尚、他の製造方法としては、第１導電型の
単結晶シリコン基板の主表面上に第２導電型のエピタキ
シャル層（厚さ３〜５μｍ）を形成して、電気化学エッ
チングにより単結晶シリコン基板の所定領域を除去しエ
ピタキシャル層を残してエピタキシャル層による薄肉部
を形成し、その後、単結晶シリコン基板の主表面側から
ＣＦ4（ハロゲン系ガス）によるドライエッチングによ
り薄肉部の一部を除去して梁を形成してもよい。 【００３３】 【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
薄い梁を形成する際にも十分な強度を得ることができる
優れた効果を発揮する。
出するための半導体歪みセンサに関するものである。 【０００２】 【従来の技術】自動車用の加速度センサとしてピエゾ抵
抗素子による半導体加速度センサが使用されている（例
えば、特開平２−２３１５７１号公報）。即ち、台座上
にシリコンチップが接合され、このシリコンチップの一
部に梁構造の可動部が形成され、厚さが４０μｍ程度の
可動部にピエゾ抵抗層が形成されているものである。 【０００３】この加速度センサは薄肉の梁を形成するた
めにシリコン基板の裏面からＫＯＨによるエッチングに
より所望のビーム厚までエッチングを行う。その後に、
表面側から梁部をマスクして沸硝酸系の液（ＨＦ：ＨＮ
Ｏ3 ：ＣＨ3 ＣＯＯＨ＝１：２〜８：０〜８）によるウ
ェットエッチングを行い貫通孔を形成して梁構造を形成
するようにしていた。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】ところが、ＡＢＳ用加
速度センサとして使用すべく小さな加速度（０〜１．５
Ｇ）を感知するために一般的な半導体加速度センサを高
感度化しようとすると、シリコンチップの薄肉部（可動
部）の厚さを略１５μｍ以下に薄くする必要がある。こ
のとき、薄肉部の厚さが３０〜５０μｍと厚い場合には
上述したように沸硝酸液によるウェットエッチングを行
い貫通孔を形成して梁構造を形成しても厚みが充分ある
ので強度的に問題はないが、ビームの厚さが３〜５μｍ
と薄い場合には、沸硝酸液によるウェットエッチングを
行い貫通孔を形成して梁構造とすると、梁の強度が十分
に得られないという問題が発生する。 【０００５】この発明の目的は、薄い梁を形成する際に
も十分な強度を得ることができる半導体歪みセンサの製
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】そこで、本発明者は、ウ
ェットエッチングを行い貫通孔を形成して梁構造とした
場合には、図１８に示すように、梁の側面にうねりがあ
ることを見出し、このうねりにより破壊強度が低下して
いることが分かった。 【０００７】そこで、この発明は、単結晶シリコン基板
の主表面上における所定領域に、歪み検出用のピエゾ抵
抗層を形成する第１工程と、前記単結晶シリコン基板の
裏面側から当該単結晶シリコン基板の所定領域を異方性
エッチングにより除去して、前記ピエゾ抵抗層を有する
薄肉部を形成する第２工程と、前記単結晶シリコン基板
の主表面側からハロゲン系ガスによるドライエッチング
により前記薄肉部の一部を除去して梁を形成する第３工
程とを備えた半導体歪みセンサの製造方法をその要旨と
するものである。 【０００８】ここで、第３工程でのハロゲン系ガスには
ＣＦ4 を用い、前記梁の厚さを１０μｍ以下に、かつ梁
の側面のうねり量を５μｍ以下とするのが好ましい。 【０００９】 【作用】第１工程により、単結晶シリコン基板の主表面
上における所定領域に、歪み検出用のピエゾ抵抗層が形
成される。そして、第２工程により単結晶シリコン基板
の裏面側から当該単結晶シリコン基板の所定領域が異方
性エッチングにより除去されて、ピエゾ抵抗層を有する
薄肉部が形成される。さらに、第３工程により、単結晶
シリコン基板の主表面側からハロゲン系ガスであるＣＦ
4 によるドライエッチングにより薄肉部の一部が除去さ
れて、厚さ１０μｍ以下、側面のうねり量５μｍ以下の
梁が形成される。 【００１０】このように、ハロゲン系ガスによるドライ
エッチングにより貫通孔を形成して梁構造とすることに
より、図１７に示すように、梁の側面を平坦なる状態と
することが可能となり、破壊強度が増す。即ち、図１８
に示すようなウェットエッチングの際に生じる梁の側面
のうねりによる強度低下が回避される。 【００１１】 【実施例】以下、この発明を具体化した一実施例を図面
に従って説明する。図１には半導体加速度センサの全体
構成図を示し、図２には図１のＡ−Ａ断面を示す。本セ
ンサは自動車のＡＢＳシステムに用いられるものであ
る。 【００１２】ステム１と、その上面に接合されたシェル
（蓋材）２により、後記シリコンチップ６を収納するパ
ッケージ材が構成されている。ステム１はコバール等の
金属よりなり、シェル２は鉄等の金属よりなる。ステム
１はその中央部に凸部３が形成され、同凸部３には４本
のリード端子４が貫通状態でガラス溶着にて固定されて
いる。又、ステム１の外周部にはセンサ取り付け用穴５
が形成されている。 【００１３】図３にはパッケージ内に配置されるシリコ
ンチップ６部分の斜視図を示し、図４にはシリコンチッ
プ６の平面を示し、図５には図４のＢ−Ｂ断面を示す。
ステム１の凸部３上には、パイレックスガラスよりなる
四角板状の台座７が接合され、台座７の上には四角板状
の単結晶のシリコンチップ６が配置されている。図４に
示すように、シリコンチップ６はその裏面が台座７と接
合する四角枠状の第１支持部８を有し、同第１支持部８
はシリコンチップ６の４辺を用いて形成されている。シ
リコンチップ６における第１支持部８の内方には上下に
貫通する４つの溝１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄが形
成され、４つの薄肉の可動部１４，１５，１６，１７に
て厚肉の四角形状の重り部１０が連結された構造となっ
ている。さらに、シリコンチップ６の第１支持部８の内
方において、上下に貫通する溝１１が溝１２ａ，１２
ｂ，１２ｃ，１２ｄを囲むように形成されている。そし
て、同溝１１にて厚肉のコ字状の第２支持部９と厚肉の
連結部１３とが区画されている。 【００１４】つまり、台座７と接合する厚肉の第１支持
部８に対し第２支持部９が延設され、第２支持部９から
薄肉の可動部１４〜１７が延設された構造となってい
る。又、溝１１により第１支持部８と第２支持部９とは
連結部１３にて連結された構造となっている。さらに、
第２支持部９と重り部１０とは前述したように可動部１
４，１５，１６，１７にて連結されている。この可動部
１４，１５，１６，１７の厚さは５μｍ程度となってお
り、２つずつのピエゾ抵抗層１８ａ，１８ｂ，１９ａ，
１９ｂ，２０ａ，２０ｂ，２１ａ，２１ｂが形成されて
いる。又、図５に示すように台座７の上面中央部には凹
部２２が形成され、加速度が加わり重り部１０が変位し
たときに接触しないようになっている。 【００１５】又、図６にはシリコンチップ６の表面での
アルミによる配線パターンを示す。本実施例では、アー
ス用の配線４１と、電源電圧印加用の配線４２と、加速
度に応じた電位差を取り出すための出力用の配線４３，
４４とが形成されている。又、これら配線に対しもう１
組の４つの配線が用意されている。つまり、アース用の
配線４５と、電源電圧印加用の配線４６と、加速度に応
じた電位差を取り出すための出力用の配線４７，４８と
が形成されている。電源電圧印加用の配線４２の途中に
はシリコンチップ６の不純物拡散層４９が介在され、そ
の不純物拡散層４９の上をシリコン酸化膜を介してアー
ス用の配線４１が交差状態で配置されている。同様に、
電源電圧印加用の配線４６は不純物拡散層５０を介して
電源電圧印加用の配線４２と接続され、アース用の配線
４５は不純物拡散層５１を介してアース用の配線４１と
接続され、さらに、出力用の配線４７は不純物拡散層５
２を介して出力用の配線４３と接続されている。又、出
力用の配線４８と４４とは抵抗調整のための不純物拡散
層５３を介して接続されている。本実施例では、配線４
１〜４４を用いた結線がなされる。 【００１６】そして、図７に示すように各ピエゾ抵抗層
１８ａ，１８ｂ，１９ａ，１９ｂ，２０ａ，２０ｂ，２
１ａ，２１ｂにてホイートストーンブリッジ回路が形成
されるように電気接続されている。ここで、端子３５は
アース用端子であり、端子３６は電源電圧印加用端子で
あり、端子３７及び３８は加速度に応じた電位差を取り
出すための出力端子である。この４つの端子３５，３
６，３７，３８は、図１，２に示すように、ワイヤ２３
にてリード端子４と接続されている。 【００１７】又、図１，２に示すように、シェル２内に
おけるシリコンチップ６の配置位置より上方において２
枚の隔壁板２４が上方ほど接近するように配設され、両
者の先端部がダンピング液用連通孔２５となっている。
そして、隔壁板２４の下側にはシリコーンオイル等のダ
ンピング液２６が充填されている。又、隔壁板２４には
それぞれ気体用連通孔２７が形成されている。 【００１８】次に、センサの製造方法を説明する。図８
〜図１４にはセンサの製造工程を示す。まず、図８に示
すように、Ｎ- 型の単結晶シリコンウェハ２８を用意
し、その主表面の全面に厚さ４５００Åのシリコン酸化
膜２９を形成する。そして、シリコン酸化膜２９の所定
領域をエッチングにより除去し、シリコンウェハ２８の
所定領域にＰ+ 拡散層３０を形成する。さらに、図９に
示すように、シリコンウェハ２８の全面にＣＶＤにより
厚さ４０００Åのシリコン酸化膜３１を形成する。そし
て、所定領域Ｚ１のシリコン酸化膜２９，３１をエッチ
ング除去する。 【００１９】次に、図１０に示すように、シリコンウェ
ハ２８の上面の露出部に厚さ１０００Åのシリコン酸化
膜３２を形成する。さらに、シリコン酸化膜３２上に所
定のパターンのマスクを配置し、その後、イオン注入に
よりシリコンウェハ２８にピエゾ抵抗層としてのＰ+ 拡
散層３３を形成する。このＰ+ 拡散層３３はＰ+ 拡散層
３０とつながっている。 【００２０】引き続き、図１１に示すように、シリコン
酸化膜３２でのコンタクト部分を除去した後、アルミ３
４による配線を行う。さらに、図１２に示すように、シ
リコンウェハ２８の裏面にシリコン窒化膜（Ｓｉ3 Ｎ4
膜）６０による所定のパターニングを行う。この状態
で、ＫＯＨ液による異方性エッチングを行い、ピエゾ抵
抗層としてのＰ+ 拡散層３３を有する薄肉部６１を形成
する。このときの薄肉部６１の厚みは、所定の感度が得
られる５μｍ程度とする。 【００２１】次に、図１３に示すように、薄肉部６１に
対しシリコンウェハ２８の主表面側からハロゲン系ガス
としてのＣＦ4 ガスを用いたドライエッチングを行い梁
（図４での可動部１４，１５，１６，１７）を形成す
る。即ち、シリコンウェハ２８の表面をエッチングして
上下に貫通する図４の溝１１，１２ａ，１２ｂ，１２
ｃ，１２ｄを形成する。 【００２２】そして、図１４に示すように、パイレック
スガラスよりなる台座７の上にシリコンウェハ２８を陽
極接合する。その後、シリコンウェハ２８及び台座７を
ダイシングカットして図３に示すような所定の大きさに
裁断する。 【００２３】次に、ステム１の凸部３上に台座７を接着
した後、ステム１上にシェル２を接合しダンピング液２
６を充填する。このようにして製造された半導体加速度
センサにおいては、図４に示すように、台座７と接合さ
れたシリコンチップ６の第１支持部８に対し第２支持部
９と重り部１０と可動部１４〜１７とは溝１１による連
結部１３で連結されている。そして、第１支持部８での
台座７との接合歪みのピエゾ抵抗層への伝播通路Ｒ1 ，
Ｒ2 ，Ｒ3 ，Ｒ4 が形成され、溝１１が無い場合に比べ
通路長さが長くなっている。よって、第１支持部８（接
合部）で発生する接合歪み（応力）は、連結部１３から
第２支持部９へと伝わるが、可動部１４〜１７へは伝わ
りにくくなる。 【００２４】又、シリコンウェハ２８の裏面側からシリ
コンウェハ２８の所定領域を異方性エッチングにより除
去して薄肉部６１を形成した後において、シリコンウェ
ハ２８の主表面側からＣＦ4 ガスを用いたドライエッチ
ングにより薄肉部６１の一部を除去して梁（図４の可動
部１４，１５，１６，１７）を形成した。そこで、ＣＦ
4 ガスを用いたドライエッチングによる梁の形成の効果
確認のために各種の実験を行った。その結果を、図１
５，１６に示す。 【００２５】図１５は、ウェットエッチングとトライエ
ッチングによる梁の破壊強度のヒストグラムである。同
図に示すように、ウェットエッチングによる従来方法で
は破壊荷重のバラツキが１０〜４０ｇである。これに対
し、ドライエッチングによる本実施例では破壊荷重のバ
ラツキが１８〜４４ｇである。このように、最小破壊荷
重値は、ドライエッチングを採用することにより１０ｇ
から１８ｇにすることができた。 【００２６】この破壊荷重の向上についての原因につい
て考察してみると、梁の側面の形状に起因しているもの
と推定される。つまり、ウェットエッチングによる従来
方法では、図１８に示すように、梁の側面はうねりが発
生しており、そのうねり量は１５〜３０μｍであった。
これに対し、ドライエッチングによる本実施例では図１
７に示すように、梁の側面のうねり量は５μｍ以下であ
った。尚、図１７，１８は、ＳＥＭによる観察を行った
ものである。 【００２７】又、図１６には梁の側面のうねりと梁の破
壊強度（破壊荷重最小値）の関係を示す。同図から、う
ねりが１５μｍ未満にすれば破壊強度を向上させること
ができ、そのうねりを少なくするためにドライエッチン
グが使われる。 【００２８】尚、現在、ドライエッチングによるシリコ
ンのエッチングではシリコンの深さが１０μｍまでエッ
チング可能であるため、梁の厚さは１０μｍまで使用可
能である。 【００２９】又、この半導体加速度センサを自動車のＡ
ＢＳシステムに組み込んだ状態では、図７のブリッジ回
路での出力端子３７，３８間の電圧がＡＢＳシステム用
コントローラに取り込まれる。そして、ＡＢＳシステム
用コントローラはその電圧により車両に加わる加速度を
検知し、車両減速度を算出して路面のμ状態を判別し、
それに適した疑似車速を作成して車両速度に近似させ車
輪のスリップ率の最適化を図る。 【００３０】このように本実施例の半導体加速度センサ
では、シリコンウェハ２８（単結晶シリコン基板）の主
表面上における所定領域に、歪み検出用のＰ+ 拡散層
（ピエゾ抵抗層）３３を形成し（第１工程）、シリコン
ウェハ２８の裏面側からシリコンウェハ２８の所定領域
を異方性エッチングにより除去して、Ｐ+ 拡散層３３を
有する薄肉部６１を形成し（第２工程）、シリコンウェ
ハ２８の主表面側からＣＦ4 （ハロゲン系ガス）による
ドライエッチングにより薄肉部６１の一部を除去して梁
を形成した（第３工程）。その結果、ＣＦ4 によるドラ
イエッチングにより貫通孔を形成して梁構造とすること
により、図１７に示すように、梁の側面を平坦なる状態
とすることが可能となり、破壊強度が増す。即ち、図１
８に示すようなウェットエッチングの際に生じる梁の側
面のうねりによる強度低下が回避される。 【００３１】 【００３２】尚、他の製造方法としては、第１導電型の
単結晶シリコン基板の主表面上に第２導電型のエピタキ
シャル層（厚さ３〜５μｍ）を形成して、電気化学エッ
チングにより単結晶シリコン基板の所定領域を除去しエ
ピタキシャル層を残してエピタキシャル層による薄肉部
を形成し、その後、単結晶シリコン基板の主表面側から
ＣＦ4（ハロゲン系ガス）によるドライエッチングによ
り薄肉部の一部を除去して梁を形成してもよい。 【００３３】 【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
薄い梁を形成する際にも十分な強度を得ることができる
優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の半導体加速度センサの平面図ある。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】半導体加速度センサのシリコンチップ部分の斜
視図である。 【図４】シリコンチップの平面面である。 【図５】図４のＢ−Ｂ断面図である。 【図６】配線パータンを示すシリコンチップの平面図で
ある。 【図７】抵抗層の接続を示す電気接続図である。 【図８】センサの製造工程を示す断面図である。 【図９】センサの製造工程を示す断面図である。 【図１０】センサの製造工程を示す断面図である。 【図１１】センサの製造工程を示す断面図である。 【図１２】センサの製造工程を示す断面図である。 【図１３】センサの製造工程を示す断面図である。 【図１４】センサの製造工程を示す断面図である。 【図１５】ウェットエッチングとドライエッチングによ
る梁の破壊強度のヒストグラムである。 【図１６】うねりと破壊荷重最小値との関係を示す図で
ある。 【図１７】本実施例の梁の斜視図である。 【図１８】従来方法による梁の斜視図である。 【符号の説明】 ２８ 単結晶シリコン基板としてのシリコンウェハ ３３ ピエゾ抵抗層としてのＰ+ 拡散層 ６１ 薄肉部
視図である。 【図４】シリコンチップの平面面である。 【図５】図４のＢ−Ｂ断面図である。 【図６】配線パータンを示すシリコンチップの平面図で
ある。 【図７】抵抗層の接続を示す電気接続図である。 【図８】センサの製造工程を示す断面図である。 【図９】センサの製造工程を示す断面図である。 【図１０】センサの製造工程を示す断面図である。 【図１１】センサの製造工程を示す断面図である。 【図１２】センサの製造工程を示す断面図である。 【図１３】センサの製造工程を示す断面図である。 【図１４】センサの製造工程を示す断面図である。 【図１５】ウェットエッチングとドライエッチングによ
る梁の破壊強度のヒストグラムである。 【図１６】うねりと破壊荷重最小値との関係を示す図で
ある。 【図１７】本実施例の梁の斜視図である。 【図１８】従来方法による梁の斜視図である。 【符号の説明】 ２８ 単結晶シリコン基板としてのシリコンウェハ ３３ ピエゾ抵抗層としてのＰ+ 拡散層 ６１ 薄肉部
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(72)発明者 寺田 雅一
愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本
電装 株式会社 内
(72)発明者 渡辺 晋輔
愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本
電装 株式会社 内
(56)参考文献 特開 平４−102066（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−245576（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−262582（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−290930（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 単結晶シリコン基板の主表面上における
所定領域に、歪み検出用のピエゾ抵抗層を形成する第１
工程と、 前記単結晶シリコン基板の裏面側から当該単結晶シリコ
ン基板の所定領域を異方性エッチングにより除去して、
前記ピエゾ抵抗層を有する薄肉部を形成する第２工程
と、 前記単結晶シリコン基板の主表面側からハロゲン系ガス
によるドライエッチングにより前記薄肉部の一部を除去
して梁を形成する第３工程とを備え、 前記ハロゲン系ガスにはＣＦ 4 を用い、 前記梁の厚さを１０μｍ以下に、かつ梁の側面のうねり
量を５μｍ以下とする ことを特徴とする半導体歪みセン
サの製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25167792A JP3530201B2 (ja) | 1992-09-21 | 1992-09-21 | 半導体歪みセンサの製造方法 |
| US08/120,380 US5549785A (en) | 1992-09-14 | 1993-09-14 | Method of producing a semiconductor dynamic sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25167792A JP3530201B2 (ja) | 1992-09-21 | 1992-09-21 | 半導体歪みセンサの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06104452A JPH06104452A (ja) | 1994-04-15 |
| JP3530201B2 true JP3530201B2 (ja) | 2004-05-24 |
Family
ID=17226375
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25167792A Expired - Lifetime JP3530201B2 (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-21 | 半導体歪みセンサの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3530201B2 (ja) |
-
1992
- 1992-09-21 JP JP25167792A patent/JP3530201B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06104452A (ja) | 1994-04-15 |
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