JPH06148229A - Semiconductor acceleration sensor - Google Patents
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- JPH06148229A JPH06148229A JP4295416A JP29541692A JPH06148229A JP H06148229 A JPH06148229 A JP H06148229A JP 4295416 A JP4295416 A JP 4295416A JP 29541692 A JP29541692 A JP 29541692A JP H06148229 A JPH06148229 A JP H06148229A
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- 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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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、自動車、航空機、家
電製品等に用いられ、特に、特性のバラツキを小さく一
定に保つことができる複数対のピエゾ抵抗素子を用いた
加速度検出用の半導体加速度センサに関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is used in automobiles, airplanes, home appliances and the like, and in particular, semiconductor acceleration for acceleration detection using a plurality of pairs of piezoresistive elements capable of keeping characteristic variations small and constant. It relates to a sensor.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、加速度検出用のセンサとしては、
圧電セラミックス、有機薄膜、シリコン単結晶板等様々
な材料を用いた多種多様の加速度センサが開発され製品
化されている。これらの加速度センサは、ヒステリシ
ス、クリープ、疲労等がなく、また、構造が簡単、電圧
感度が極めて大、簡単に増幅可能等、使い勝手の面にお
いても非常に優れていることから、現在様々な分野で広
く用いられている。特に、シリコン単結晶を用いた半導
体加速度センサは、シリコン自体の格子欠陥が極めて少
ないために理想的な弾性体となること、半導体プロセス
技術をそのまま転用することができ、かつ、量産時の歩
留まりが高く生産性が良い等の特徴を有することから、
近年では特に注目されている加速度センサである。2. Description of the Related Art Conventionally, as a sensor for detecting acceleration,
A wide variety of acceleration sensors using various materials such as piezoelectric ceramics, organic thin films, and silicon single crystal plates have been developed and commercialized. These acceleration sensors have no hysteresis, creep, fatigue, etc., are simple in structure, have extremely large voltage sensitivity, and can be easily amplified. Widely used in. In particular, a semiconductor acceleration sensor using a silicon single crystal is an ideal elastic body because the lattice defects of silicon itself are extremely small, semiconductor processing technology can be diverted as it is, and the yield in mass production is high. Because it has high productivity and good productivity,
In recent years, it is an acceleration sensor that has received a great deal of attention.
【０００３】図１６は、上記の半導体加速度センサの一
例を示す平面図、図１７は、図１６のＡーＡ線に沿う断
面図である。この半導体加速度センサ１は、シリコン基
板（半導体基板：以下、Ｓｉ基板と略称する）２の中央
部に設けられた質量部３と、このＳｉ基板２を下方から
エッチングすることにより質量部３の周囲に設けられた
ロの字型の薄肉のダイアフラム部（弾性部）４と、この
ダイアフラム部４の上面４ａに不純物拡散により形成さ
れた互いに平行な複数対のピエゾ抵抗５，５，…とを具
備したものである。このＳｉ基板２の上面側２ａには上
部ストッパ６が、また下面側２ｂには下部ストッパ７が
それぞれ設けられており、前記ダイアフラム部４の弾性
限界内で質量部３を支持する構成である。FIG. 16 is a plan view showing an example of the above semiconductor acceleration sensor, and FIG. 17 is a sectional view taken along the line AA of FIG. The semiconductor acceleration sensor 1 includes a mass portion 3 provided in a central portion of a silicon substrate (semiconductor substrate: hereinafter referred to as Si substrate) 2 and a periphery of the mass portion 3 by etching the Si substrate 2 from below. Is provided with a square-shaped thin diaphragm portion (elastic portion) 4 provided in a square shape, and a plurality of parallel pairs of piezoresistors 5, 5, ... Formed on the upper surface 4a of the diaphragm portion 4 by impurity diffusion. It was done. An upper stopper 6 is provided on the upper surface 2a of the Si substrate 2 and a lower stopper 7 is provided on the lower surface 2b of the Si substrate 2, so that the mass portion 3 is supported within the elastic limit of the diaphragm portion 4.
【０００４】上記のダイアフラム部４は、質量部３の角
部の周囲にそれぞれ貫通孔を設けてこれらの貫通孔の間
に梁部を設けた構成とすることもあり、またＳｉ基板２
の中央部に略Ｃ字状の空隙部を形成し、質量部３を片持
ちの梁で支持した構成とすることもある。この種の半導
体加速度センサ１は、質量部３が加速度に応じて変位す
る時の変位差を、ダイアフラム部４のピエゾ抵抗５，
５，…の抵抗値の変化に変換することで加速度の変化を
検出している。The diaphragm portion 4 may be constructed such that through holes are provided around the corners of the mass portion 3 and beam portions are provided between these through holes, and the Si substrate 2 is also used.
There may be a configuration in which a substantially C-shaped void is formed in the central part of and the mass part 3 is supported by a cantilever beam. In the semiconductor acceleration sensor 1 of this type, the displacement difference when the mass part 3 is displaced in accordance with the acceleration is calculated based on the piezo resistance 5 of the diaphragm part 4.
The change in acceleration is detected by converting the change in resistance value of 5, ...
【０００５】また、図１８に示すような半導体加速度セ
ンサ１１も知られている。該半導体加速度センサ１１
は、ダイアフラム部４の上面４ａの互いに直交する２方
向に対してそれそれ複数対のピエゾ抵抗１２，１２，…
を形成したもので、三次元の加速度の変化を検出するこ
とができる。なお、三次元加速度センサについては、例
えば、特開平３−２０２７７８号公報、特開平３−２６
９２６３号公報等を参照のこと。A semiconductor acceleration sensor 11 as shown in FIG. 18 is also known. The semiconductor acceleration sensor 11
Are a plurality of pairs of piezoresistors 12, 12, ... With respect to two directions orthogonal to each other on the upper surface 4a of the diaphragm portion 4.
Is formed, it is possible to detect a change in three-dimensional acceleration. Regarding the three-dimensional acceleration sensor, for example, JP-A-3-202778 and JP-A-3-26 are available.
See Japanese Patent No. 9263.
【０００６】これらの半導体加速度センサ１，１１は、
例えば、自動車のエアバックシステムの衝突検知やシャ
ーシ制御（アンチロックブレーキシステム、アクティブ
サスペンションシステム、トラクションコントロールシ
ステム等）の加速度検知、前記自動車以外の輸送手段で
ある自動二輪や電車車両等の姿勢制御、産業用ロボッ
ト、工作機器、医療機器、民生用健康機器、ゲーム機器
等に用いられている。These semiconductor acceleration sensors 1 and 11 are
For example, collision detection of an airbag system of an automobile, acceleration detection of chassis control (anti-lock brake system, active suspension system, traction control system, etc.), attitude control of a motorcycle or a train vehicle, which is a transportation means other than the automobile, It is used in industrial robots, machine tools, medical equipment, consumer health equipment, game machines, etc.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した半
導体加速度センサ１では、質量部３の角度（図１７中の
θ）はＳｉの異方性エッチングの特性により一定の値と
なる。したがって、半導体加速度センサ１の感度を低下
させずに小型化しようとすると、必然的にダイアフラム
部４の幅（ｗ1a）が狭くなりセンサとしての感度が低下
するという欠点がある。また、質量部３の上端の幅（ｗ
2a）のみを狭くした場合においても、質量部３の質量が
小さくなるためにセンサとしての感度が低下するという
欠点がある。In the semiconductor acceleration sensor 1 described above, the angle of the mass portion 3 (θ in FIG. 17) has a constant value due to the characteristics of anisotropic etching of Si. Therefore, if it is attempted to reduce the size of the semiconductor acceleration sensor 1 without lowering the sensitivity, the width (w 1a ) of the diaphragm portion 4 is inevitably narrowed, and the sensitivity of the sensor is lowered. In addition, the width (w
Even when only 2a ) is narrowed, there is a disadvantage that the sensitivity of the sensor decreases because the mass of the mass part 3 decreases.
【０００８】また、これらの半導体加速度センサ１，１
１の感度は、主にダイアフラム部４の厚みにより決定さ
れる。したがって、製造工程においては、ダイアフラム
部４の厚みのバラツキを小さくかつ一定に保つことがこ
れらの半導体加速度センサ１，１１の品質及び生産性を
向上させるための重要な要素になる。実際の製造工程に
おいては、異方性エッチングや等方性エッチング等のエ
ッチング技術を用いてＳｉ基板２にダイアフラム部４を
形成するのが通例であり、工程管理を厳格に実施するこ
とでＳｉ基板２の厚みのバラツキが小さく押えられ、エ
ッチングレートも一定に保たれている。この場合、所定
枚数以上のＳｉ基板２を単位時間内に処理しようとする
とエッチングレートが変動し、したがってダイアフラム
部４の厚みがバラつくこととなる。また、ダイアフラム
部４の厚みが薄くなればなる程、相対的にバラツキが大
きくなる。Further, these semiconductor acceleration sensors 1, 1
The sensitivity of 1 is mainly determined by the thickness of the diaphragm portion 4. Therefore, in the manufacturing process, keeping the variation in the thickness of the diaphragm portion 4 small and constant is an important factor for improving the quality and productivity of these semiconductor acceleration sensors 1 and 11. In the actual manufacturing process, it is customary to form the diaphragm portion 4 on the Si substrate 2 by using an etching technique such as anisotropic etching or isotropic etching. The variation in the thickness of 2 is suppressed, and the etching rate is kept constant. In this case, if an attempt is made to process a predetermined number or more of Si substrates 2 within a unit time, the etching rate will fluctuate, and thus the thickness of the diaphragm portion 4 will vary. Further, the thinner the diaphragm portion 4, the larger the variation becomes.
【０００９】そこで、ダイアフラム部４の厚みのバラツ
キを小さく一定に保つ技術として、電解エッチング方式
を用いたエッチストップ技術が提案されている。この技
術は、ｐ型Ｓｉ基板の上にｎ型Ｓｉエピタキシャル層を
形成したエピタキシャルウェハをＫＯＨ水溶液やＥＰＷ
水溶液（エチレンジアミン、ピロカテコ−ル、水の混合
液）の中に侵漬し、該ｎ型Ｓｉエピタキシャル層に電圧
を印加することにより、ｐ型Ｓｉ基板のみをエッチング
する技術である。この技術では、ｎ型Ｓｉエピタキシャ
ル層のみを残すことができ、また、このエピ層の厚みの
バラツキは該エピ層形成時の厚みのバラツキと一致し、
ウェハ面内の厚みのバラツキを５％以内とすることがで
きる。しかしながら、この技術は、エッチングの際に該
ｎ型Ｓｉエピタキシャル層に電極を形成しなければなら
ず、また、多数のウェハをバッチ処理するためには大掛
りな装置を必要とし、現実的でない。このため量産性が
著しく損なわれるという欠点がある。Therefore, as a technique for keeping the variation in the thickness of the diaphragm portion 4 small and constant, an etch stop technique using an electrolytic etching method has been proposed. This technology uses an epitaxial wafer in which an n-type Si epitaxial layer is formed on a p-type Si substrate as a KOH aqueous solution or EPW.
This is a technique for etching only the p-type Si substrate by immersing it in an aqueous solution (a mixed solution of ethylenediamine, pyrocatechol and water) and applying a voltage to the n-type Si epitaxial layer. In this technique, only the n-type Si epitaxial layer can be left, and the variation in the thickness of the epi layer coincides with the variation in the thickness at the time of forming the epi layer.
The variation in thickness within the wafer surface can be kept within 5%. However, this technique is not realistic because electrodes must be formed on the n-type Si epitaxial layer during etching, and a large-scale apparatus is required for batch processing a large number of wafers. Therefore, there is a drawback that mass productivity is significantly impaired.
【００１０】この発明は、上記の事情に鑑みてなされた
もので、以上の欠点を有効に解決するとともに、小型
化、高感度化、高性能化が可能な半導体加速度センサを
提供することにある。The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a semiconductor acceleration sensor which can effectively solve the above drawbacks and can be made compact, highly sensitive, and highly efficient. .
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明は次の様な半導体加速度センサを採用し
た。すなわち、請求項１記載の半導体加速度センサは、
半導体基板に設けられた質量部と、該質量部の周囲に設
けられ前記半導体基板を薄肉化してなる弾性部と、該弾
性部の上面側に設けられた複数対のピエゾ抵抗とを具備
してなる半導体加速度センサにおいて、前記半導体基板
は、第１のシリコン基板の表面に酸化ケイ素（Ｓｉ
Ｏ2）膜を介して第２のシリコン基板を接合したＳＯＩ
基板からなり、前記弾性部は、この第１のシリコン基板
を裏面側から蝕刻してなることを特徴としている。In order to solve the above problems, the present invention employs the following semiconductor acceleration sensor. That is, the semiconductor acceleration sensor according to claim 1,
A mass part provided on the semiconductor substrate; an elastic part provided around the mass part and having a reduced thickness of the semiconductor substrate; and a plurality of pairs of piezoresistors provided on the upper surface side of the elastic part. In this semiconductor acceleration sensor, the semiconductor substrate has a surface of the first silicon substrate on which silicon oxide (Si
SOI in which a second silicon substrate is bonded via an O 2 ) film
It is characterized by comprising a substrate, and the elastic portion is formed by etching the first silicon substrate from the back surface side.
【００１２】また、請求項２記載の半導体加速度センサ
は、請求項１記載の半導体加速度センサにおいて、前期
弾性部は複数の貫通孔の間に設けられた梁部であること
を特徴としている。A semiconductor acceleration sensor according to a second aspect is the semiconductor acceleration sensor according to the first aspect, characterized in that the elastic portion is a beam portion provided between a plurality of through holes.
【００１３】[0013]
【作用】この発明に係る半導体加速度センサでは、該半
導体加速度センサにある加速度が作用すると、質量部は
この加速度の方向にこの加速度の大きさに比例して変位
する。質量部の周囲に設けられた弾性部は、この質量部
の変位に対応して特定方向にたわみ、同時にこの弾性部
に設けられた複数対のピエゾ抵抗も歪む。したがって、
この歪によりピエゾ抵抗の抵抗値が変化し、４本のピエ
ゾ抵抗を用いてホイートストンブリッジを構成すれば前
記歪量の大きさに応じた電圧出力が得られる。この電圧
出力の値から前記質量部の変位量が求められ、この変位
量の大きさから前記質量部にかかる加速度の大きさを求
めることができる。In the semiconductor acceleration sensor according to the present invention, when a certain acceleration acts on the semiconductor acceleration sensor, the mass portion is displaced in the direction of this acceleration in proportion to the magnitude of this acceleration. The elastic portion provided around the mass portion bends in a specific direction corresponding to the displacement of the mass portion, and at the same time, the plurality of pairs of piezoresistors provided in the elastic portion also distort. Therefore,
Due to this distortion, the resistance value of the piezoresistor changes, and if a Wheatstone bridge is constructed using four piezoresistors, a voltage output according to the magnitude of the distortion amount can be obtained. The amount of displacement of the mass portion can be obtained from the value of the voltage output, and the magnitude of acceleration applied to the mass portion can be obtained from the amount of displacement amount.
【００１４】この発明の請求項１記載の半導体加速度セ
ンサでは、前記半導体基板を、第１のシリコン基板の表
面に、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）膜を介して第２のシリコ
ン基板を接合したＳＯＩ基板とし、前記弾性部は、この
第１のシリコン基板を裏面側から蝕刻してなることによ
り、ＳｉＯ2膜がエッチングの際にストッパとして働
き、厚みが高精度で制御されたダイアフラム部が可能と
なる。したがって、感度のバラツキを小さくすることが
可能になる。また、請求項２記載の半導体加速度センサ
では、前期弾性部を複数の貫通孔の間に設けられた梁部
とすることにより、この梁部がセンサとしての感度を向
上させる。In a semiconductor acceleration sensor according to a first aspect of the present invention, the semiconductor substrate is an SOI substrate in which a second silicon substrate is bonded to the surface of the first silicon substrate via a silicon oxide (SiO 2 ) film. Since the elastic portion is formed by etching the first silicon substrate from the back surface side, the SiO 2 film acts as a stopper during etching, and a diaphragm portion whose thickness is controlled with high precision becomes possible. . Therefore, it is possible to reduce variations in sensitivity. In the semiconductor acceleration sensor according to the second aspect, the elastic portion is the beam portion provided between the plurality of through holes, and the beam portion improves the sensitivity as a sensor.
【００１５】[0015]
【実施例】以下、この発明の各実施態様について説明す
る。 （第１実施例）まず、この発明の第１実施例の半導体加
速度センサについて図１及び図２を参照して説明する。
図１は半導体加速度センサ２１の平面図、図２は、図１
のＢーＢ線に沿う断面図である。Embodiments of the present invention will be described below. (First Embodiment) First, a semiconductor acceleration sensor according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
1 is a plan view of the semiconductor acceleration sensor 21, and FIG.
FIG. 6 is a sectional view taken along line BB of FIG.
【００１６】この半導体加速度センサ２１は、ｎ型のＳ
ｉ基板（１００）２２の表面にＳｉＯ2膜２３、Ｓｉ
（１００）膜２４が順次形成されたＳＯＩ（Ｓilicon
Ｏn Ｉnsulator）基板２５の中央部にロの字型のダイア
フラム部（弾性部）２６が形成され、このダイアフラム
部２６の上面２６ａに不純物拡散により複数対のピエゾ
抵抗２７，２７，…が形成され、Ｓｉ基板２２の中央部
２２ａの底面２８には肉厚の方形状のガラス基板２９
が、また、同周辺部２２ｂの底面３０には肉厚のロの字
型のガラス基板３１がそれぞれ接着され、Ｓｉ基板２２
の中央部２２ａとガラス基板２９とが一体とされ質量部
３２とされ、該質量部３２はダイアフラム部２６に該ダ
イアフラム部２６の弾性限界内で支持されている。This semiconductor acceleration sensor 21 has an n-type S
SiO 2 film 23, Si on the surface of i substrate (100) 22
An SOI (Silicon) in which a (100) film 24 is sequentially formed.
An on-insulator substrate 25 has a square-shaped diaphragm portion (elastic portion) 26 formed in the central portion thereof, and a plurality of pairs of piezoresistors 27, 27, ... Are formed on the upper surface 26a of the diaphragm portion 26 by impurity diffusion. A thick rectangular glass substrate 29 is formed on the bottom surface 28 of the central portion 22a of the Si substrate 22.
However, a thick square V-shaped glass substrate 31 is adhered to the bottom surface 30 of the peripheral portion 22b.
The central portion 22a and the glass substrate 29 are integrally formed as a mass portion 32, and the mass portion 32 is supported by the diaphragm portion 26 within the elastic limit of the diaphragm portion 26.
【００１７】これらのピエゾ抵抗２７，２７，…は、ゲ
ージ方向＜１１０＞の横方向のピエゾ抵抗効果を用いた
もので、これらのピエゾ抵抗２７，２７，…はＳｉ膜２
４の平面内で互いに平行に配置されている。These piezoresistors 27, 27, ... Use the lateral piezoresistive effect in the gauge direction <110>. These piezoresistors 27, 27 ,.
4 are arranged parallel to each other.
【００１８】次に、図３乃至図１４を参照して上記の半
導体加速度センサ２１の製造方法について説明する。ま
ず、図３に示すように、２枚のｎ型のＳｉ基板２２を用
意し、該Ｓｉ基板２２の表裏各々の面に鏡面研磨を施
す。次いで、図４に示すように、一方のＳｉ基板２２の
表面全体にＳｉＯ2膜４１を形成しＳｉ基板４２とす
る。Next, a method of manufacturing the semiconductor acceleration sensor 21 will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 3, two n-type Si substrates 22 are prepared, and the front and back surfaces of the Si substrates 22 are mirror-polished. Next, as shown in FIG. 4, a SiO 2 film 41 is formed on the entire surface of one Si substrate 22 to form a Si substrate 42.
【００１９】次いで、図５に示すように、Ｓｉ基板２
２，４２同士を貼着し、酸素雰囲気中において１１００
℃で２時間アニールし、これらのＳｉ基板２２，４２同
士を接合し、不要のＳｉＯ2膜４１ａを除去する。次い
で、図６に示すように、Ｓｉ基板４２を所定の厚みまで
研磨しＳｉ膜２４とする。Next, as shown in FIG. 5, the Si substrate 2
2, 42 are pasted together and 1100 in oxygen atmosphere
Annealing is performed at a temperature of 2 ° C. for 2 hours to bond the Si substrates 22 and 42 to each other and remove the unnecessary SiO 2 film 41a. Next, as shown in FIG. 6, the Si substrate 42 is polished to a predetermined thickness to form the Si film 24.
【００２０】以上により、Ｓｉ基板２２にＳｉＯ2膜２
３（４１）、Ｓｉ膜２４が順次形成されたＳＯＩ基板２
５が作成される。なお、上記のＳＯＩ基板２５は、気相
成長による方法、あるいはイオン注入による方法等によ
っても作成することができる。As described above, the SiO 2 film 2 is formed on the Si substrate 22.
3 (41), the SOI substrate 2 in which the Si film 24 is sequentially formed
5 is created. The SOI substrate 25 described above can also be formed by a method by vapor phase growth, a method by ion implantation, or the like.
【００２１】次いで、図７に示すように、ＳＯＩ基板２
５の表裏各々の面にＳｉＯ2膜４３，４４を形成する。
次いで、図８に示すように、ホトリソグラフィにより表
面側のＳｉＯ2膜４３に不純物拡散用窓４５，４５，…
を形成する。次に、不純物拡散用窓４５，４５，…から
ホウ素を供給し、ｐ型拡散層（以下、ピエゾ抵抗と称す
る）２７，２７，…を形成する。さらに、ドライブイン
処理により、ピエゾ抵抗２７上にＳｉＯ2膜４３を成長
させる。Next, as shown in FIG. 7, the SOI substrate 2
SiO 2 films 43 and 44 are formed on the front and back surfaces of No. 5, respectively.
Then, as shown in FIG. 8, the impurity diffusion windows 45, 45, ... Are formed in the SiO 2 film 43 on the front surface side by photolithography.
To form. Next, boron is supplied from the impurity diffusion windows 45, 45, ... to form p-type diffusion layers (hereinafter referred to as piezoresistors) 27, 27 ,. Further, the SiO 2 film 43 is grown on the piezoresistor 27 by the drive-in process.
【００２２】次いで、図９に示すように、プラズマＣＶ
Ｄ法、あるいは常圧ＣＶＤ法や減圧ＣＶＤ法により、Ｓ
ｉＯ2膜４３，４４のそれぞれの面の上に窒化ケイ素
（Ｓｉ3Ｎ4）膜（以下、ＳＮ膜と称する）４６，４７を
成長させる。次いで、図１０に示すように、ホトリソグ
ラフィにより、裏面のＳＮ膜４７の上にダイアフラムの
パターンを形成してＣＦ4プラズマエッチングによりこ
のＳＮ膜４７をエッチングし、さらに弗酸系のエッチン
グ液によりＳｉＯ2膜４４をエッチングし、ＳＯＩ基板
２５の裏面にダイアフラムエッチング用のマスク４８を
形成する。Next, as shown in FIG. 9, plasma CV
S by D method, atmospheric pressure CVD method or low pressure CVD method
Silicon nitride (Si 3 N 4 ) films (hereinafter referred to as SN films) 46 and 47 are grown on the respective surfaces of the iO 2 films 43 and 44. Then, as shown in FIG. 10, a diaphragm pattern is formed on the SN film 47 on the back surface by photolithography, the SN film 47 is etched by CF 4 plasma etching, and SiO 2 is further etched by a hydrofluoric acid-based etching solution. 2 The film 44 is etched to form a diaphragm etching mask 48 on the back surface of the SOI substrate 25.
【００２３】次いで、図１１に示すように、ＫＯＨ水溶
液、ＥＰＷ溶液、ヒドラジン等のエッチング液を用いて
ＳＯＩ基板２５を下方からエッチングし、ダイアフラム
部２６を形成する。ここでは、ＳｉＯ2膜２３がエッチ
ングの際にストッパとして働くので、エッチングはこの
ＳｉＯ2膜２３で停止する。したがって、ダイアフラム
部２６の厚みの精度は上記研磨工程の精度となり、厚み
のバラツキを±０．５μｍ以内に抑えることができ、極
めて高精度で制御することができる。次に、熱リン酸等
を用いてＳＮ膜４６，４７を除去する。Then, as shown in FIG. 11, the SOI substrate 25 is etched from below using an etching solution such as a KOH aqueous solution, an EPW solution, and hydrazine to form a diaphragm portion 26. Here, since the SiO 2 film 23 acts as a stopper during etching, the etching stops at this SiO 2 film 23. Therefore, the accuracy of the thickness of the diaphragm portion 26 becomes the accuracy of the above-mentioned polishing step, the thickness variation can be suppressed within ± 0.5 μm, and the control can be performed with extremely high accuracy. Next, the SN films 46 and 47 are removed using hot phosphoric acid or the like.
【００２４】次いで、図１２に示すように、ＳｉＯ2膜
４３の上にレジスト４９を塗布し、弗酸系のエッチング
液を用いてＳｉＯ2膜４４を除去すると同時にＳｉＯ2膜
４３に電気配線用コンタクトホールのパターンを形成
し、ピエゾ抵抗２７，２７，…の上にコンタクトホール
５１，５１，…を形成する。Next, as shown in FIG. 12, a resist 49 is applied on the SiO 2 film 43, and the SiO 2 film 44 is removed by using a hydrofluoric acid-based etching solution. At the same time, the SiO 2 film 43 is used for electrical wiring. A contact hole pattern is formed, and contact holes 51, 51, ... Are formed on the piezoresistors 27, 27 ,.
【００２５】次いで、図１３に示すように、真空蒸着ま
たはスパッタリングにより、ＳｉＯ2膜４３の上に配線
パターン（図示せず）を形成するとともに、コンタクト
ホール５１，５１，…にオーミック特性を有するアルミ
ニウム電極５２，５２，…を形成する。なお、上記のア
ルミニウム電極５２は、工程上あるいは動作上において
腐食等の恐れがある場合には、Ａｕまたは金属の多層構
造（Ａｕ−Ｍｏ，Ｃｒ−Ｔｉ−Ｃｕ−Ａｕ等）等を用い
てもよい。Then, as shown in FIG. 13, a wiring pattern (not shown) is formed on the SiO 2 film 43 by vacuum vapor deposition or sputtering, and aluminum having ohmic characteristics in the contact holes 51, 51 ,. The electrodes 52, 52, ... Are formed. The aluminum electrode 52 may be formed of Au or a metal multi-layer structure (Au-Mo, Cr-Ti-Cu-Au, etc.) if corrosion or the like may occur during the process or operation. Good.
【００２６】次いで、図１４に示すように、ＳＯＩ基板
２２の中央部２２ａの底面２８に肉厚の方形状のガラス
基板２９を、また、同周辺部２２ｂの底面３０に肉厚の
ロの字型のガラス基板３１をそれぞれ接着する。以上に
より、小型かつ高感度の半導体加速度センサ２１を作成
することができる。Next, as shown in FIG. 14, a thick rectangular glass substrate 29 is formed on the bottom surface 28 of the central portion 22a of the SOI substrate 22, and a thick square wall is formed on the bottom surface 30 of the peripheral portion 22b. The mold glass substrates 31 are adhered to each other. As described above, the small and highly sensitive semiconductor acceleration sensor 21 can be manufactured.
【００２７】以上説明した様に、上記の半導体加速度セ
ンサ２１によれば、ＳＯＩ基板２５の中央部にロの字型
のダイアフラム部２６が形成され、このダイアフラム部
２６の上面２６ａに複数対のピエゾ抵抗２７，２７，…
が形成されているとしたので、ＳＯＩ基板２５に形成さ
れたダイアフラム部２６の厚みの精度が極めて高精度で
制御され、該ダイアフラム部２６の感度のバラツキを小
さくすることができ、したがって、センサとしての感度
を大幅に向上させることができる。As described above, according to the semiconductor acceleration sensor 21 described above, the square-shaped diaphragm portion 26 is formed in the central portion of the SOI substrate 25, and the upper surface 26a of the diaphragm portion 26 has a plurality of pairs of piezoelectric elements. Resistors 27, 27, ...
Therefore, the accuracy of the thickness of the diaphragm portion 26 formed on the SOI substrate 25 is controlled with extremely high accuracy, and variations in the sensitivity of the diaphragm portion 26 can be reduced. The sensitivity of can be greatly improved.
【００２８】また、ＳｉＯ2膜２３は、ＳＯＩ基板２５
の異方性エッチングの際のストッパとして用いることが
できるので、薄厚のＳＯＩ基板においても制御性良くダ
イアフラム部２６を形成することができる。また、従来
の片持梁や両持梁の構造のように特別の製造工程を取り
入れる必要がなく、通常の半導体製造プロセスにより作
成することができるので、超小形の半導体加速度センサ
を作成することができる。以上により、小型化、高感度
化、高性能化が可能な半導体加速度センサ２１を提供す
ることができる。The SiO 2 film 23 is formed on the SOI substrate 25.
Since it can be used as a stopper during anisotropic etching, the diaphragm portion 26 can be formed with good controllability even on a thin SOI substrate. Further, unlike the conventional cantilever or double-supported beam structure, it is not necessary to incorporate a special manufacturing process, and the structure can be manufactured by a normal semiconductor manufacturing process. Therefore, it is possible to manufacture an ultra-small semiconductor acceleration sensor. it can. As described above, it is possible to provide the semiconductor acceleration sensor 21 that can be downsized, have high sensitivity, and have high performance.
【００２９】なお、ＳＯＩ基板２５の替わりにＳＯＳ
（Ｓilicon Ｏn Ｓapphire）基板を用いても半導体加速
度センサの製造は可能である。この場合は、通常のサフ
ァイア基板上へのＳｉのエピタキシャル成長によりＳｉ
膜２４を形成することができる。また、この半導体加速
度センサ２１において、従来の半導体加速度センサ１１
のように、ダイアフラム部２６の上面２６ａに互いに直
交する２方向に対してそれそれ複数対のピエゾ抵抗２
７，２７，…を形成すれば、三次元の加速度の変化を検
出することができる。Incidentally, instead of the SOI substrate 25, the SOS
A semiconductor acceleration sensor can be manufactured using a (Silicon On Sapphire) substrate. In this case, Si is grown by epitaxial growth of Si on a normal sapphire substrate.
Membrane 24 can be formed. In addition, in the semiconductor acceleration sensor 21, the conventional semiconductor acceleration sensor 11
As described above, a plurality of pairs of piezoresistors 2 are provided for each of the two directions orthogonal to the upper surface 26a of the diaphragm portion 26.
By forming 7, 27, ..., Changes in three-dimensional acceleration can be detected.
【００３０】（第２実施例）図１５は、この発明の第２
実施例の半導体加速度センサ６１を示す平面図である。
この半導体加速度センサ６１において上記第１実施例の
半導体加速度センサ２１と異なる点は、ＳＯＩ基板２５
の質量部３２の周囲に矩形の貫通孔６２，６２，…を等
方的に形成し、これらの隣接する貫通孔６２，６２間に
梁部６３を形成した点であり、この構成以外上記の半導
体加速度センサ２１と全く同一である。(Second Embodiment) FIG. 15 shows a second embodiment of the present invention.
It is a top view which shows the semiconductor acceleration sensor 61 of an Example.
The semiconductor acceleration sensor 61 differs from the semiconductor acceleration sensor 21 of the first embodiment in that the SOI substrate 25 is used.
The rectangular through holes 62, 62, ... Isotropically formed around the mass part 32 of FIG. 2 and the beam part 63 is formed between the adjacent through holes 62, 62. It is exactly the same as the semiconductor acceleration sensor 21.
【００３１】この半導体加速度センサ６１においても、
上記第１実施例の半導体加速度センサ２１と同様にセン
サとしての感度を大幅に向上させることができる。ま
た、薄厚のＳＯＩ基板においても制御性良く梁部６３を
形成することができる。したがって、小型化、高感度
化、高性能化が可能な半導体加速度センサ６１を提供す
ることができる。Also in this semiconductor acceleration sensor 61,
Similar to the semiconductor acceleration sensor 21 of the first embodiment, the sensitivity as a sensor can be greatly improved. Further, the beam portion 63 can be formed with good controllability even on a thin SOI substrate. Therefore, it is possible to provide the semiconductor acceleration sensor 61 that can be downsized, have high sensitivity, and have high performance.
【００３２】[0032]
【発明の効果】以上説明した様に、この発明の請求項１
記載の半導体加速度センサによれば、半導体基板に設け
られた質量部と、該質量部の周囲に設けられ前記半導体
基板を薄肉化してなる弾性部と、該弾性部の上面側に設
けられた複数対のピエゾ抵抗とを具備してなる半導体加
速度センサにおいて、前記半導体基板は、第１のシリコ
ン基板の表面に酸化ケイ素膜を介して第２のシリコン基
板を接合したＳＯＩ基板からなり、前記弾性部は、この
第１のシリコン基板を裏面側から蝕刻してなることとし
たので、ダイアフラム部は厚みが極めて高精度で制御さ
れ、該ダイアフラム部の感度のバラツキを小さくするこ
とができ、したがって、センサとしての感度を大幅に向
上させることができる。As described above, according to the first aspect of the present invention.
According to the semiconductor acceleration sensor described above, a mass portion provided on the semiconductor substrate, an elastic portion which is provided around the mass portion and is made by thinning the semiconductor substrate, and a plurality of elastic portions which are provided on the upper surface side of the elastic portion. In the semiconductor acceleration sensor including a pair of piezoresistors, the semiconductor substrate is an SOI substrate in which a second silicon substrate is bonded to the surface of a first silicon substrate via a silicon oxide film, and the elastic portion is provided. Since the first silicon substrate is etched from the back surface side, the thickness of the diaphragm portion is controlled with extremely high precision, and the variation in the sensitivity of the diaphragm portion can be reduced. The sensitivity can be significantly improved.
【００３３】また、酸化ケイ素膜は、ＳＯＩ基板の異方
性エッチングの際のストッパ として用いることができ
るので、薄厚のＳＯＩ基板においても制御性良くダイア
フラム部を形成することができる。また、従来の片持梁
や両持梁の構造のように特別の製造工程を取り入れる必
要がなく、通常の半導体製造プロセスにより作成するこ
とができるので、超小形の半導体加速度センサが可能で
ある。Since the silicon oxide film can be used as a stopper during anisotropic etching of the SOI substrate, the diaphragm portion can be formed with good controllability even on a thin SOI substrate. Further, unlike the conventional cantilever or double-supported beam structure, there is no need to incorporate a special manufacturing process, and the structure can be manufactured by an ordinary semiconductor manufacturing process, so that a microminiaturized semiconductor acceleration sensor is possible.
【００３４】また、請求項２記載の半導体加速度センサ
によれば、請求項１記載の半導体加速度センサにおい
て、前期弾性部は複数の貫通孔の間に設けられた梁部で
あることとしたので、センサとしての感度を大幅に向上
させることができる。According to the semiconductor acceleration sensor of the second aspect, in the semiconductor acceleration sensor of the first aspect, the elastic portion is the beam portion provided between the plurality of through holes. The sensitivity as a sensor can be significantly improved.
【００３５】以上により、小型化、高感度化、高性能化
が可能な半導体加速度センサを提供することができる。As described above, it is possible to provide a semiconductor acceleration sensor which can be miniaturized, have high sensitivity and high performance.
【図１】 本発明の第１実施例の半導体加速度センサを
示す平面図である。FIG. 1 is a plan view showing a semiconductor acceleration sensor according to a first embodiment of the present invention.
【図２】 図１のＢーＢ線に沿う断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line BB of FIG.
【図３】 本発明の第１実施例の半導体加速度センサの
製造工程の一部を示す一過程図である。FIG. 3 is a process chart showing part of the process of manufacturing the semiconductor acceleration sensor according to the first embodiment of the present invention.
【図４】 本発明の第１実施例の半導体加速度センサの
製造工程の一部を示す一過程図である。FIG. 4 is a process chart showing part of the process of manufacturing the semiconductor acceleration sensor according to the first embodiment of the present invention.
【図５】 本発明の第１実施例の半導体加速度センサの
製造工程の一部を示す一過程図である。FIG. 5 is a process chart showing part of the process of manufacturing the semiconductor acceleration sensor according to the first embodiment of the present invention.
【図６】 本発明の第１実施例の半導体加速度センサの
製造工程の一部を示す一過程図である。FIG. 6 is a process chart showing part of the process of manufacturing the semiconductor acceleration sensor according to the first embodiment of the present invention.
【図７】 本発明の第１実施例の半導体加速度センサの
製造工程の一部を示す一過程図である。FIG. 7 is a process chart showing part of the process of manufacturing the semiconductor acceleration sensor according to the first embodiment of the present invention.
【図８】 本発明の第１実施例の半導体加速度センサの
製造工程の一部を示す一過程図である。FIG. 8 is a process chart showing part of the process of manufacturing the semiconductor acceleration sensor according to the first embodiment of the present invention.
【図９】 本発明の第１実施例の半導体加速度センサの
製造工程の一部を示す一過程図である。FIG. 9 is a process chart showing part of the process of manufacturing the semiconductor acceleration sensor according to the first embodiment of the present invention.
【図１０】 本発明の第１実施例の半導体加速度センサ
の製造工程の一部を示す一過程図である。FIG. 10 is a process chart showing part of the process of manufacturing the semiconductor acceleration sensor according to the first embodiment of the present invention.
【図１１】 本発明の第１実施例の半導体加速度センサ
の製造工程の一部を示す一過程図である。FIG. 11 is a process chart showing part of the process of manufacturing the semiconductor acceleration sensor according to the first embodiment of the present invention.
【図１２】 本発明の第１実施例の半導体加速度センサ
の製造工程の一部を示す一過程図である。FIG. 12 is a process chart showing part of the process of manufacturing the semiconductor acceleration sensor according to the first embodiment of the present invention.
【図１３】 本発明の第１実施例の半導体加速度センサ
の製造工程の一部を示す一過程図である。FIG. 13 is a process chart showing part of the process of manufacturing the semiconductor acceleration sensor according to the first embodiment of the present invention.
【図１４】 本発明の第１実施例の半導体加速度センサ
の製造工程の一部を示す一過程図である。FIG. 14 is a process chart showing part of the process of manufacturing the semiconductor acceleration sensor according to the first embodiment of the present invention.
【図１５】 本発明の第２実施例の半導体加速度センサ
を示す平面図である。FIG. 15 is a plan view showing a semiconductor acceleration sensor according to a second embodiment of the present invention.
【図１６】 従来の半導体加速度センサを示す平面図で
ある。FIG. 16 is a plan view showing a conventional semiconductor acceleration sensor.
【図１７】 図１６のＡーＡ線に沿う断面図である。17 is a sectional view taken along the line AA of FIG.
【図１８】 従来の他の半導体加速度センサを示す平面
図である。FIG. 18 is a plan view showing another conventional semiconductor acceleration sensor.
２１…半導体加速度センサ、２２…Ｓｉ基板（半導体基
板）、２２ａ…中央部、２２ｂ…周辺部、２３…ＳｉＯ
2（酸化ケイ素）膜、２４…Ｓｉ膜、２５…ＳＯＩ基
板、２６…ダイアフラム部（弾性部）、２６ａ…上面、
２７…ピエゾ抵抗、２８…底面、２９…ガラス基板、３
０…底面、３１…ガラス基板、３２…質量部、４１…Ｓ
ｉＯ2膜、４２…Ｓｉ基板、４３，４４…ＳｉＯ2膜、４
５…不純物拡散用窓、４６，４７…窒化ケイ素（Ｓｉ3
Ｎ4）膜、４８…ダイアフラムエッチング用のマスク、
４９…レジスト、５１…コンタクトホール、５２…アル
ミニウム電極、６１…半導体加速度センサ、６２…貫通
孔、６３…梁部。21 ... Semiconductor acceleration sensor, 22 ... Si substrate (semiconductor substrate), 22a ... Central part, 22b ... Peripheral part, 23 ... SiO
2 (silicon oxide) film, 24 ... Si film, 25 ... SOI substrate, 26 ... Diaphragm part (elastic part), 26a ... Top surface,
27 ... Piezoresistor, 28 ... Bottom surface, 29 ... Glass substrate, 3
0 ... bottom surface, 31 ... glass substrate, 32 ... mass part, 41 ... S
iO 2 film, 42 ... Si substrate, 43, 44 ... SiO 2 film, 4
5 ... Window for impurity diffusion, 46, 47 ... Silicon nitride (Si 3
N 4 ) film, 48 ... Mask for diaphragm etching,
49 ... Resist, 51 ... Contact hole, 52 ... Aluminum electrode, 61 ... Semiconductor acceleration sensor, 62 ... Through hole, 63 ... Beam section.
Claims (2)
量部の周囲に設けられ前記半導体基板を薄肉化してなる
弾性部と、該弾性部の上面側に設けられた複数対のピエ
ゾ抵抗とを具備してなる半導体加速度センサにおいて、 前記半導体基板は、第１のシリコン基板の表面に、酸化
ケイ素膜を介して第２のシリコン基板を接合したＳＯＩ
基板からなり、 前記弾性部は、この第１のシリコン基板を裏面側から蝕
刻してなることを特徴とする半導体加速度センサ。1. A mass part provided on a semiconductor substrate, an elastic part which is provided around the mass part and is formed by thinning the semiconductor substrate, and a plurality of pairs of piezoresistors provided on the upper surface side of the elastic part. In the semiconductor acceleration sensor including the above, the semiconductor substrate is an SOI in which a second silicon substrate is bonded to a surface of a first silicon substrate through a silicon oxide film.
A semiconductor acceleration sensor comprising a substrate, wherein the elastic portion is formed by etching the first silicon substrate from the back surface side.
いて、 前期弾性部は複数の貫通孔の間に設けられた梁部である
ことを特徴とする半導体加速度センサ。2. The semiconductor acceleration sensor according to claim 1, wherein the elastic portion is a beam portion provided between a plurality of through holes.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4295416A JPH06148229A (en) | 1992-11-04 | 1992-11-04 | Semiconductor acceleration sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4295416A JPH06148229A (en) | 1992-11-04 | 1992-11-04 | Semiconductor acceleration sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06148229A true JPH06148229A (en) | 1994-05-27 |
Family
ID=17820326
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4295416A Pending JPH06148229A (en) | 1992-11-04 | 1992-11-04 | Semiconductor acceleration sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06148229A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1298442A1 (en) * | 2001-09-26 | 2003-04-02 | Hitachi Metals, Ltd. | Acceleration sensor |
| EP1335206A2 (en) * | 2002-02-12 | 2003-08-13 | Hitachi Metals, Ltd. | Acceleration sensor |
| SG114631A1 (en) * | 2003-10-10 | 2005-09-28 | Sony Corp | A mems accelerometer |
| JP2009073492A (en) * | 2001-10-19 | 2009-04-09 | Yamaha Motor Co Ltd | Tip-over detection device for motor vehicle, and motorcycle |
-
1992
- 1992-11-04 JP JP4295416A patent/JPH06148229A/en active Pending
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| EP1335206A2 (en) * | 2002-02-12 | 2003-08-13 | Hitachi Metals, Ltd. | Acceleration sensor |
| EP1335206A3 (en) * | 2002-02-12 | 2004-04-28 | Hitachi Metals, Ltd. | Acceleration sensor |
| SG114631A1 (en) * | 2003-10-10 | 2005-09-28 | Sony Corp | A mems accelerometer |
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