JPH10239345A - Semiconductor sensor - Google Patents
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- JPH10239345A JPH10239345A JP9046518A JP4651897A JPH10239345A JP H10239345 A JPH10239345 A JP H10239345A JP 9046518 A JP9046518 A JP 9046518A JP 4651897 A JP4651897 A JP 4651897A JP H10239345 A JPH10239345 A JP H10239345A
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- 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
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ダイアフラムの歪
みを電気的信号として検出する加速度センサ、圧力セン
サ、振動センサ、位置センサ等、各種のセンサに応用さ
れ、特に、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェハを用
いた半導体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 applied to various sensors such as an acceleration sensor, a pressure sensor, a vibration sensor, and a position sensor for detecting distortion of a diaphragm as an electric signal, and in particular, to an SOI (Silicon On Insulator) wafer. And a semiconductor sensor using the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ＳＯＩウェハとは、２枚のシリコン（Ｓ
ｉ）ウェハを酸化膜を介して貼り合わせたものであり、
例えば、一方のＳｉウェハの表面にＳｉ酸化膜（ＳｉＯ
2 ）を形成して熱による貼り合わせ接着を行い、その
後、一方のＳｉウェハを適当な厚さまで研磨することで
所望のＳＯＩ構造を実現するものである。そして、異な
る結晶面方位を持つウェハ同士を貼り合わせることが可
能なため、精密性、多機能化が要求されるマイクロマシ
ン技術を用いたデバイスの製造に適している。その一例
として、ＳＯＩウェハを用いた加速度センサがある。2. Description of the Related Art An SOI wafer is composed of two pieces of silicon (S
i) wafers bonded together via an oxide film,
For example, a Si oxide film (SiO 2) is formed on the surface of one Si wafer.
2 ) is formed and bonded by heat, and then one of the Si wafers is polished to an appropriate thickness to realize a desired SOI structure. Further, since wafers having different crystal plane orientations can be bonded to each other, it is suitable for manufacturing a device using a micromachine technology that requires precision and multifunctionality. An example is an acceleration sensor using an SOI wafer.
【０００３】半導体センサの一種である半導体加速度セ
ンサは、ピエゾ抵抗効果を利用して加速度を検出するも
のである。例えば、拡散型の半導体加速度センサでは、
Ｓｉ基板に形成した薄いダイアフラムの表面に拡散抵抗
（ゲージ抵抗）が形成されている。そして、加速度を受
けてダイアフラムが撓むと応力が生じ、それに応じてゲ
ージ抵抗の抵抗値がピエゾ抵抗効果により変化する。そ
して、通常は４つのゲージ抵抗でブリッジ回路を構成
し、ブリッジ回路に定電流か定電圧を印加しておけば、
加速度変化に応じた電圧出力が得られるというものであ
る。[0003] A semiconductor acceleration sensor, which is a type of semiconductor sensor, detects acceleration using a piezoresistance effect. For example, in a diffusion type semiconductor acceleration sensor,
Diffusion resistance (gauge resistance) is formed on the surface of the thin diaphragm formed on the Si substrate. When the diaphragm bends under the acceleration, a stress is generated, and the resistance value of the gauge resistor is changed by the piezoresistance effect accordingly. And usually, a bridge circuit is composed of four gauge resistors, and if a constant current or a constant voltage is applied to the bridge circuit,
That is, a voltage output corresponding to a change in acceleration can be obtained.
【０００４】この種の加速度センサにＳＯＩウェハを適
用する場合、２枚のウェハをそれぞれ、ゲージ抵抗を形
成する素子ウェハと、支持体またはダイアフラムの荷重
体となる基板ウェハとして機能を分担させ、各ウェハの
結晶面方位を最適化することで感度の良いセンサを実現
することができる。なぜならば、ＳＯＩウェハの裏面に
マスクパターンを設けて水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液
等のアルカリエッチャントを用いたエッチングを行う
と、２枚のウェハ間の酸化膜の部分でエッチングが停止
するため、上側のウェハがダイアフラムとなる一方、下
側のウェハが基板となるからである。When an SOI wafer is applied to an acceleration sensor of this type, the two wafers are respectively assigned functions as an element wafer forming a gauge resistor and a substrate wafer serving as a support or a load member of a diaphragm. By optimizing the crystal plane orientation of the wafer, a highly sensitive sensor can be realized. This is because, when a mask pattern is provided on the back surface of an SOI wafer and etching is performed using an alkali etchant such as a potassium hydroxide (KOH) solution, the etching stops at the portion of the oxide film between the two wafers. Is used as the diaphragm, while the lower wafer is used as the substrate.
【０００５】通常、素子ウェハには、センサを高感度に
するために、最も大きいピエゾ抵抗係数を持つ面方位
（１１０）のウェハが用いられる。図５（ａ）はｐ型シ
リコン（１１０）面方位におけるピエゾ抵抗係数の分布
を示す図である。（１１０）面方位におけるピエゾ抵抗
係数はこのような分布を持つため、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の
３軸検知型加速度センサを作製する場合、各軸方向の加
速度を検出するためのゲージ抵抗は、図５（ａ）に示し
たピエゾ抵抗係数分布を最大限に利用できるように、図
５（ｂ）に示すように配置するのがよいことになる（符
号１ｘ、１ｙ、１ｚがゲージ抵抗を表す）。Usually, a wafer having a plane orientation (110) having the largest piezoresistance coefficient is used as an element wafer in order to increase the sensitivity of the sensor. FIG. 5A is a diagram showing the distribution of the piezoresistance coefficient in the p-type silicon (110) plane orientation. Since the piezoresistive coefficient in the (110) plane orientation has such a distribution, when manufacturing an X-axis, Y-axis, and Z-axis detection type acceleration sensor, a gauge resistance for detecting acceleration in each axis direction is used. Are preferably arranged as shown in FIG. 5B so that the piezoresistive coefficient distribution shown in FIG. 5A can be used to the utmost (reference numerals 1x, 1y and 1z indicate gauge resistances). Represents).
【０００６】一方、基板ウェハには素子が形成されない
ため、基板ウェハの面方位はセンサの特性面には直接関
係しないが、ダイアフラム形成用のエッチングを行うた
め、エッチングのし易さという観点から面方位を考慮す
る必要がある。例えば、ＫＯＨ溶液を用いた異方性エッ
チングを行う場合、エッチング速度は面方位によって異
なり、その比は概ね（１１０）＞（１００）＞（１１
１）：６００＞３００＞１である。そこで、仕上がり形
状をコントロールしやすいという特性を持つために、ダ
イアフラムの形状制御と有効面積の点から、基板ウェハ
としては面方位（１００）が最適ということになる。[0006] On the other hand, since no elements are formed on the substrate wafer, the plane orientation of the substrate wafer is not directly related to the characteristic surface of the sensor. However, since the etching is performed for forming the diaphragm, the surface orientation is reduced from the viewpoint of easy etching. It is necessary to consider the direction. For example, when performing anisotropic etching using a KOH solution, the etching rate differs depending on the plane orientation, and the ratio is generally (110)>(100)> (11).
1): 600>300> 1. Therefore, the surface orientation (100) is optimal for the substrate wafer from the viewpoint of the shape control of the diaphragm and the effective area because of having the characteristic that the finished shape is easily controlled.
【０００７】したがって、図６に示すように、（１１
０）面でオリエンテーション・フラット（以下、オリフ
ラと略す）が〈１１０〉方位にあるウェハ２と（１０
０）面でオリフラが〈１１０〉方位にあるウェハ３を貼
り合わせたＳＯＩウェハを用いてセンサを作製すればよ
い。そして、ＳＯＩウェハの表面、すなわち（１１０）
面ウェハ側にゲージ抵抗を形成し、ＳＯＩウェハの裏
面、すなわち（１００）面ウェハ側にＫＯＨ溶液等によ
る異方性エッチングを施すことにより、図７（ａ）、
（ｂ）に示すように、３軸検知型加速度センサに適した
正八角形のダイアフラム４を持つセンサを得ることがで
きる。なお、ＳＯＩウェハは、通常、２枚のウェハのオ
リフラを重ね合わせて貼り合わせるものであり、その精
度は±１°以内である。Therefore, as shown in FIG.
The wafer 2 having the orientation flat (hereinafter, abbreviated as orientation flat) in the <110> direction on the (0) plane and (10)
The sensor may be manufactured using an SOI wafer on which the wafer 3 having the orientation flat in the <110> direction on the (0) plane is bonded. Then, the surface of the SOI wafer, that is, (110)
By forming a gauge resistor on the surface wafer side and performing anisotropic etching with a KOH solution or the like on the back surface of the SOI wafer, ie, the (100) surface wafer side, FIG.
As shown in (b), a sensor having a regular octagonal diaphragm 4 suitable for a three-axis detection type acceleration sensor can be obtained. In addition, the SOI wafer is usually one in which the orientation flats of two wafers are overlapped and bonded, and the accuracy is within ± 1 °.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】一般に、正方形の開口
部を持つエッチングマスクを付加した（１００）面ウェ
ハをＫＯＨ溶液等のアルカリエッチャントでエッチング
した場合、４つの（１１１）面で構成されるピラミッド
状のピットが形成される。これは、アルカリエッチャン
トに対する（１１１）面のエッチング速度が他の面に比
べて極めて小さいという異方性を持つからである。Generally, when a (100) plane wafer to which an etching mask having a square opening is added is etched with an alkaline etchant such as a KOH solution, a pyramid composed of four (111) planes is formed. Pits are formed. This is because there is anisotropy that the etching rate of the (111) plane with respect to the alkali etchant is extremely small as compared with other planes.
【０００９】このため、上記のように正八角形のダイア
フラムを形成すべく、（１００）面ウェハに対してアル
カリエッチャントでエッチングを行った場合、図８に示
すように、オリフラの方向である〈１１０〉に平行な方
向、または垂直な方向の正八角形の辺部４ａ、４ｂは方
向的に（１１１）面にあたるので、このウェハにおける
通常のエッチングとなり、直線状のシャープなエッジを
得ることができる。ところが、〈１１０〉に対して斜め
方向にあたる正八角形の辺部４ｃでは複合した面方位の
エッチングとなるため、シャープなエッジを得ることが
極めて困難であり、エッジに凹凸が形成されてしまう。Therefore, when the (100) plane wafer is etched with an alkali etchant in order to form a regular octagonal diaphragm as described above, as shown in FIG. Since the sides 4a and 4b of the regular octagon in the direction parallel to or perpendicular to <> correspond to the (111) plane in the direction, normal etching is performed on this wafer, and a straight and sharp edge can be obtained. However, in the regular octagonal side 4c which is oblique to <110>, etching is performed in a compound plane orientation, so that it is extremely difficult to obtain a sharp edge, and irregularities are formed on the edge.
【００１０】通常、ゲージ抵抗はダイアフラムの歪みの
影響を効率良く受けるようにダイアフラムの最端部、す
なわちダイアフラムのエッジに沿うように形成される。
その場合、上述したように、正八角形の辺部によってエ
ッチング制御性が異なるため、ゲージ抵抗形成後にエッ
チングを行うと、Ｚ軸検知用ゲージ抵抗１ｚと辺部４ｂ
とは正確に位置合わせされるが、Ｘ軸、Ｙ軸検知用ゲー
ジ抵抗１ｘ、１ｙと辺部４ｃとの位置合わせは極めて困
難であり、ゲージ抵抗が辺部から離れたり、ダイアフラ
ムからはみ出してしまう場合（図８に示す例）があっ
た。その結果、ＳＯＩウェハを適用することで高感度の
センサを得ようとしているにも係わらず、Ｘ軸、Ｙ軸方
向の加速度に対する感度が低下してしまう、という問題
が生じていた。Usually, the gauge resistor is formed along the outermost end of the diaphragm, that is, along the edge of the diaphragm so as to be efficiently affected by the distortion of the diaphragm.
In this case, as described above, since the etching controllability differs depending on the sides of the regular octagon, if etching is performed after the formation of the gauge resistance, the Z-axis detection gauge resistance 1z and the side 4b
However, it is extremely difficult to align the X-axis and Y-axis detection gauge resistors 1x and 1y with the side 4c, and the gauge resistance is separated from the side or protrudes from the diaphragm. There was a case (example shown in FIG. 8). As a result, there has been a problem that the sensitivity to acceleration in the X-axis and Y-axis directions is reduced even though a high-sensitivity sensor is obtained by applying an SOI wafer.
【００１１】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであって、ＳＯＩウェハの利点を最大限に生
かすことで総合的に高い感度を持つ半導体センサを提供
することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and has as its object to provide a semiconductor sensor having a high overall sensitivity by maximizing the advantages of an SOI wafer. .
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の請求項１に記載の半導体センサは、上側
基板と下側基板が絶縁膜を介して貼り合わされたＳＯＩ
基板からなり、上側基板にゲージ抵抗が形成され下側基
板がエッチング加工されることによって、上側基板の一
部が縁部にゲージ抵抗が設けられた多角形のダイアフラ
ムとして機能する半導体センサであって、感度を高める
べきゲージ抵抗が配置される側のダイアフラムの辺部が
下側基板にとってエッチング制御性の良い結晶方位に位
置するように、上側基板と下側基板の結晶方位が調整さ
れて貼り合わされていることを特徴とするものである。In order to achieve the above object, a semiconductor sensor according to a first aspect of the present invention has an SOI in which an upper substrate and a lower substrate are bonded via an insulating film.
A semiconductor sensor comprising a substrate, wherein a gauge resistor is formed on an upper substrate and a lower substrate is etched, so that a part of the upper substrate functions as a polygonal diaphragm provided with a gauge resistor on an edge. The crystal orientations of the upper substrate and the lower substrate are adjusted and bonded so that the side of the diaphragm on the side where the gauge resistor to be increased in sensitivity is located is located in a crystal orientation with good etching controllability for the lower substrate. It is characterized by having.
【００１３】また、請求項２に記載の半導体センサは、
前記上側基板として（１１０）面で〈１１０〉方位を持
つ基板、前記下側基板として（１００）面で〈１１０〉
方位を持つ基板が用いられ、これら基板の〈１１０〉方
位が基板面内で４５°ずれた状態でこれら基板が貼り合
わされていることを特徴とするものである。Further, the semiconductor sensor according to claim 2 is
A substrate having a <110> orientation in the (110) plane as the upper substrate, and a <110> in the (100) plane as the lower substrate.
Substrates having orientations are used, and these substrates are bonded together in a state where the <110> orientations of these substrates are shifted by 45 ° in the substrate plane.
【００１４】また、請求項３に記載の半導体センサは、
前記下側基板の〈１１０〉方位に対して平行な方向また
は垂直な方向に沿ってＸ軸検知用ゲージ抵抗またはＹ軸
検知用ゲージ抵抗が形成されるとともに、前記上側基板
の〈１１０〉方位に沿ってＺ軸検知用ゲージ抵抗が形成
された３軸検知型センサであることを特徴とするもので
ある。Further, the semiconductor sensor according to claim 3 is
An X-axis detection gauge resistor or a Y-axis detection gauge resistor is formed along a direction parallel or perpendicular to the <110> direction of the lower substrate, and the <110> direction of the upper substrate. It is a three-axis detection type sensor in which a gauge resistor for Z-axis detection is formed along.
【００１５】すなわち、本発明の半導体センサは、同一
の結晶方位をただ単に同方向に貼り合わせたＳＯＩ基板
を用いるのではなく、ゲージ抵抗が位置する側のダイア
フラムの辺部が下側基板にとってエッチング制御性の良
い結晶方位に位置するように双方の基板の結晶方位を調
整して貼り合わせたＳＯＩ基板を用いたものである。こ
れにより、感度を高めるべきゲージ抵抗とダイアフラム
の辺部が正確に位置合わせされるため、ダイアフラムの
歪みがゲージ抵抗の抵抗値変化に効率良く変換され、感
度の良いセンサが得られる。That is, the semiconductor sensor of the present invention does not use the SOI substrate in which the same crystal orientation is simply bonded in the same direction, but etches the side of the diaphragm on the side where the gauge resistor is located by etching the lower substrate. An SOI substrate in which the crystal orientations of both substrates are adjusted so as to be located in a crystal orientation with good controllability and bonded to each other is used. As a result, since the gauge resistor whose sensitivity is to be increased and the side of the diaphragm are accurately aligned, the distortion of the diaphragm is efficiently converted into a change in the resistance value of the gauge resistor, and a sensor with high sensitivity is obtained.
【００１６】[0016]
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
１〜図４を参照して説明する。本実施の形態の半導体加
速度センサ（半導体センサ）は、センサの水平方向にあ
たるＸ軸およびＹ軸、上下方向にあたるＺ軸の各方向の
加速度が検知可能な３軸検知型のセンサであり、例えば
車載用として利用されるものである。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. The semiconductor acceleration sensor (semiconductor sensor) according to the present embodiment is a three-axis detection type sensor that can detect acceleration in each of an X-axis and a Y-axis in a horizontal direction of the sensor and a Z-axis in a vertical direction. It is used for business.
【００１７】図１（ａ）に示すように、この半導体加速
度センサ１０においては、正方形のチップ状のＳＯＩ基
板１１の中央に正八角形のダイアフラム１２が形成さ
れ、ダイアフラム１２の中央には正八角形の荷重体１３
が同心上に形成されている。また、ＳＯＩ基板１１のダ
イアフラム１２の外側はセンサ全体を支持する支持体１
４となっている。As shown in FIG. 1A, in this semiconductor acceleration sensor 10, a regular octagonal diaphragm 12 is formed at the center of a square chip-shaped SOI substrate 11, and a regular octagonal diaphragm is formed at the center of the diaphragm 12. Load body 13
Are formed concentrically. The outside of the diaphragm 12 of the SOI substrate 11 is a support 1 for supporting the entire sensor.
It is 4.
【００１８】図１（ｂ）に示すように、ＳＯＩ基板１１
は（１１０）面で〈１１０〉方位を持つ上側基板１５と
（１００）面で〈１１０〉方位を持つ下側基板１６が酸
化膜１７（絶縁膜）を介して貼り合わされたものであ
る。また、図１（ａ）に示すように、各基板の〈１１
０〉方位が基板面内で４５°ずれている。As shown in FIG. 1B, the SOI substrate 11
The upper substrate 15 having the <110> orientation on the (110) plane and the lower substrate 16 having the <110> orientation on the (100) plane are bonded together via an oxide film 17 (insulating film). In addition, as shown in FIG.
0> azimuth is shifted by 45 ° in the substrate plane.
【００１９】そして、ダイアフラム１２の支持体１４側
の辺部と荷重体側の辺部にそれぞれ接するように３組の
ゲージ抵抗１８ｘ、１８ｙ、１８ｚが形成され、１組４
個のゲージ抵抗でブリッジ回路が構成されている。これ
らゲージ抵抗は、下側基板１６の〈１１０〉方位に垂直
な方向に沿うものがＸ軸検知用ゲージ抵抗１８ｘ、下側
基板１６の〈１１０〉方位に沿うものがＹ軸検知用ゲー
ジ抵抗１８ｙ、上側基板１５の〈１１０〉方位に沿うも
のがＺ軸検知用ゲージ抵抗１８ｚ、である。Three sets of gauge resistors 18x, 18y, and 18z are formed so as to be in contact with the side of the diaphragm 12 on the side of the support 14 and the side of the diaphragm 12 on the side of the load, respectively.
A bridge circuit is formed by the gauge resistors. As for these gauge resistances, those along the direction perpendicular to the <110> direction of the lower substrate 16 are X-axis detection gauge resistors 18x, and those along the <110> direction of the lower substrate 16 are Y-axis detection gauge resistors 18y. Along the <110> direction of the upper substrate 15 are the Z-axis detection gauge resistors 18z.
【００２０】次に、上記構成の半導体加速度センサを製
造する方法について説明する。まず、図２に示すよう
に、面方位が（１００）でオリフラが〈１１０〉方位の
ｎ型シリコンウェハ２０の上に、面方位が（１１０）で
オリフラが〈１１０〉方位のｎ型シリコンウェハ１９を
オリフラの位置を４５°傾けて貼り合わせたＳＯＩウェ
ハを準備する。この際には、（１１０）面のシリコンウ
ェハ１９の表面にシリコン酸化膜を形成した後、２枚の
ウェハを熱により貼り合わせ、その後、（１１０）面の
シリコンウェハ１９側を研磨する。上側の（１１０）面
ウェハ１９は後でゲージ抵抗が形成されてダイアフラム
となるウェハであり、以降の説明では素子ウェハと呼
ぶ。一方、下側の（１００）面ウェハ２０は後で支持体
および荷重体となるウェハであり、以降の説明では基板
ウェハと呼ぶ。Next, a method of manufacturing the semiconductor acceleration sensor having the above configuration will be described. First, as shown in FIG. 2, an n-type silicon wafer 20 having a (110) orientation and a <110> orientation is placed on an n-type silicon wafer 20 having a (100) orientation and a <110> orientation. An SOI wafer is prepared by laminating 19 with the orientation flat inclined at 45 °. At this time, after a silicon oxide film is formed on the surface of the (110) silicon wafer 19, the two wafers are bonded by heat, and then the (110) silicon wafer 19 side is polished. The upper (110) plane wafer 19 is a wafer on which a gauge resistor is formed later to become a diaphragm, and is referred to as an element wafer in the following description. On the other hand, the lower (100) plane wafer 20 is a wafer that will later become a support and a load, and will be referred to as a substrate wafer in the following description.
【００２１】そして、熱酸化法によりＳＯＩウェハの両
面にシリコン酸化膜を形成し、フォトリソグラフィー法
により素子ウェハ１９側のシリコン酸化膜をパターニン
グした後、そのパターンをマスクとした熱拡散法を用い
て素子ウェハ１９内に選択的にボロンをドーピングする
ことにより、素子ウェハ１９表面の所定の位置にｐ型の
ゲージ抵抗を形成する。Then, a silicon oxide film is formed on both sides of the SOI wafer by a thermal oxidation method, the silicon oxide film on the element wafer 19 side is patterned by a photolithography method, and then a thermal diffusion method using the pattern as a mask is performed. By selectively doping boron in the element wafer 19, a p-type gauge resistor is formed at a predetermined position on the surface of the element wafer 19.
【００２２】次に、ＣＶＤ法によりＳＯＩウェハの両面
にシリコン窒化膜（Ｓｉ3Ｎ4）を成膜した後、フォトリ
ソグラフィー法により基板ウェハ２０側のシリコン窒化
膜、シリコン酸化膜を一括してパターニングし、これを
マスクとしたウェットエッチング法により基板ウェハ２
０をエッチングしてダイアフラムを形成する。このフォ
トリソグラフィーでは、マスクに適当な補正パターンを
用いることで正八角形状のダイアフラム１２を形成する
ことができる。また、エッチング時にＫＯＨ溶液等のア
ルカリエッチャントを用いると、（１１１）面からなる
断面がＶ字状の凹部が形成されていく。そして、この凹
部がシリコン酸化膜に到達した段階でシリコン酸化膜が
エッチングストッパーの役目を果たしてエッチングが停
止し、その部分の素子ウェハ１９がそのまま残ってダイ
アフラムとなる。Next, after a silicon nitride film (Si 3 N 4 ) is formed on both sides of the SOI wafer by the CVD method, the silicon nitride film and the silicon oxide film on the substrate wafer 20 are collectively patterned by the photolithography method. Then, the substrate wafer 2 is formed by wet etching using this as a mask.
0 is etched to form a diaphragm. In this photolithography, a regular octagonal diaphragm 12 can be formed by using an appropriate correction pattern for a mask. When an alkaline etchant such as a KOH solution is used at the time of etching, a concave portion having a (111) plane and a V-shaped cross section is formed. Then, when the recess reaches the silicon oxide film, the silicon oxide film serves as an etching stopper to stop the etching, and the element wafer 19 in that portion remains as it is to form a diaphragm.
【００２３】その後、フォトリソグラフィー法を用いて
素子ウェハ１９側のシリコン窒化膜、シリコン酸化膜を
パターニングすることにより、コンタクトホールを形成
する。そして、スパッタ法または蒸着法等を用いて素子
ウェハ１９の表面にアルミニウム（Ａｌ）膜を成膜し、
フォトリソグラフィー法を用いてこれをパターニングす
ることにより、Ａｌ配線を形成する。最後に、ＳＯＩウ
ェハのダイシングを行うと、チップ状のセンサ１０が完
成する。Thereafter, a contact hole is formed by patterning the silicon nitride film and the silicon oxide film on the element wafer 19 side by photolithography. Then, an aluminum (Al) film is formed on the surface of the element wafer 19 by using a sputtering method or an evaporation method,
By patterning this using a photolithography method, an Al wiring is formed. Finally, when the dicing of the SOI wafer is performed, the chip-shaped sensor 10 is completed.
【００２４】従来技術での説明と比較すると明らかなよ
うに、本実施の形態の半導体加速度センサ１０の場合、
（１１０）面の上側基板１５と（１００）面の下側基板
１６の〈１１０〉方位が４５°ずれているため、上側基
板１５における各ゲージ抵抗の位置は従来と同じであっ
ても、図２に示すように、正八角形のダイアフラム１２
の辺部１２ｃでシャープなエッジが得られ、辺部１２
ａ、１２ｂで凹凸ができるようになるため、従来とは逆
に、Ｘ軸、Ｙ軸検知用ゲージ抵抗１８ｘ、１８ｙと辺部
１２ｃが正確に位置合わせされ、Ｚ軸検知用ゲージ抵抗
１８ｚと辺部１２ｂの位置合わせが困難になる。As is apparent from comparison with the description of the prior art, in the case of the semiconductor acceleration sensor 10 of the present embodiment,
Since the <110> orientation of the upper substrate 15 of the (110) plane and the lower substrate 16 of the (100) plane are shifted by 45 °, even if the position of each gauge resistor on the upper As shown in FIG. 2, a regular octagonal diaphragm 12
A sharp edge is obtained at the side 12c of
Since the irregularities can be formed at a and 12b, the X-axis and Y-axis detection gauge resistors 18x and 18y and the side portion 12c are accurately aligned, and the Z-axis detection gauge resistor 18z and the side It becomes difficult to position the portion 12b.
【００２５】Ｘ軸、Ｙ軸検知用ゲージ抵抗１８ｘ、１８
ｙは、図４（ａ）に示すように、センサ１０の水平方向
の加速度を検知するためのもの、Ｚ軸検知用ゲージ抵抗
１８ｚは、図４（ｂ）に示すように、センサ１０の上下
方向の加速度を検知するためのものである。そして、ダ
イアフラム１２の水平方向の歪みを正確に検出するには
ダイアフラム１２上のゲージ抵抗の位置が重要であるた
め、本実施の形態の半導体加速度センサではＸ軸、Ｙ軸
検知用ゲージ抵抗１８ｘ、１８ｙの感度が従来に比べて
確実に向上する。X and Y axis detecting gauge resistors 18x, 18
y is for detecting the acceleration of the sensor 10 in the horizontal direction as shown in FIG. 4 (a), and the gauge resistor 18z for Z-axis detection is, as shown in FIG. This is for detecting the acceleration in the direction. Since the position of the gauge resistor on the diaphragm 12 is important for accurately detecting the horizontal distortion of the diaphragm 12, the semiconductor acceleration sensor according to the present embodiment has the X-axis and Y-axis detection gauge resistors 18x, The sensitivity of 18y is surely improved as compared with the related art.
【００２６】その反面、ダイアフラムの辺部１２ｂに微
小な凹凸があり、ゲージ抵抗の位置に多少のずれがあっ
ても、ダイアフラム１２の上下方向の歪みはＺ軸検知用
ゲージ抵抗１８ｚに充分伝達されるという特性がある。
また、Ｚ軸方向の加速度検知に対する感度自体が、そも
そもＸ軸、Ｙ軸方向の感度の７割程度しかない。これら
を考え合わせると、本実施の形態の半導体加速度センサ
１０では、Ｚ軸検知用ゲージ抵抗１８ｚの感度が多少低
下したところで、総合的に見たセンサ全体の感度は従来
に比べてはるかに向上する。On the other hand, even if there are minute irregularities in the side 12b of the diaphragm and the position of the gauge resistor is slightly displaced, the vertical distortion of the diaphragm 12 is sufficiently transmitted to the Z-axis detecting gauge resistor 18z. There is a characteristic that.
Further, the sensitivity itself to the acceleration detection in the Z-axis direction is only about 70% of the sensitivity in the X-axis and Y-axis directions in the first place. Considering these, in the semiconductor acceleration sensor 10 of the present embodiment, the sensitivity of the overall sensor as a whole is much higher than that of the conventional sensor when the sensitivity of the Z-axis detection gauge resistor 18z is slightly reduced. .
【００２７】なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態
に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない
範囲において種々の変更を加えることが可能である。例
えば本実施の形態では、説明をわかりやすくするため
に、面方位が（１００）でオリフラが〈１１０〉方位の
ウェハと、面方位が（１１０）でオリフラが〈１１０〉
方位のウェハをオリフラの位置を４５°傾けて貼り合わ
せたＳＯＩウェハを用いる例を挙げたが、オリフラの位
置はウェハ製造時に自由に設定できるため、次のような
方法を用いてもよい。すなわち、面方位が（１１０）で
オリフラを〈１１０〉方位から４５°傾けた位置に形成
したウェハ、すなわち面方位（１１０）、オリフラが
〈１００〉方位のウェハを作製し、そのウェハと面方位
（１００）、オリフラが〈１１０〉方位のウェハをオリ
フラ同士を合わせるように貼り合わせたＳＯＩウェハを
用いてもよい。その場合、ＳＯＩウェハを製造する際の
貼り合わせ作業を容易に行うことができるし、センサの
製造工程においても好都合である。The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various changes can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in this embodiment, in order to make the explanation easy to understand, a wafer having a plane orientation of (100) and an orientation flat of <110> and a wafer having a plane orientation of (110) and an orientation flat of <110> are used.
Although an example is described in which an SOI wafer is used in which wafers having orientations are bonded by inclining the orientation flat at 45 °, the orientation of the orientation flat can be freely set at the time of wafer fabrication, so the following method may be used. That is, a wafer having a plane orientation of (110) and an orientation flat inclined at 45 ° from the <110> orientation, that is, a wafer having a plane orientation of (110) and an orientation flat of <100>, is prepared. (100) An SOI wafer obtained by bonding wafers having orientation flats of <110> orientation so that the orientation flats may be aligned may be used. In this case, the bonding operation at the time of manufacturing the SOI wafer can be easily performed, and it is also advantageous in the manufacturing process of the sensor.
【００２８】そして、本実施の形態では３軸検知用セン
サの例を示したが、Ｘ軸、Ｙ軸のみの２軸検知用センサ
に本発明を適用することも勿論可能である。その場合、
本実施の形態のセンサからＺ軸検知用ゲージ抵抗のみを
除いた構成にすればよく、Ｚ軸検知用ゲージ抵抗の感度
低下がない分、本発明の効果がより顕著に表れる。ま
た、センサの製造方法に関しては、本実施の形態の例に
限らず、適宜変更が可能である。例えば、Ａｌ配線を形
成した後にダイアフラムを形成するようにしてもよい。
さらに、センサの種類としては、加速度センサの他、ア
ルカリエッチャントによるエッチング加工でダイアフラ
ムを形成し、ピエゾ抵抗効果を利用するものであれば、
圧力センサ、振動センサ、位置センサ等、各種のセンサ
に本発明を応用することができる。In this embodiment, an example of a three-axis detection sensor has been described. However, the present invention can of course be applied to a two-axis detection sensor having only an X-axis and a Y-axis. In that case,
What is necessary is just to remove the Z-axis detection gauge resistor from the sensor of the present embodiment, and the effect of the present invention is more remarkable because the sensitivity of the Z-axis detection gauge resistor does not decrease. Further, the method of manufacturing the sensor is not limited to the example of the present embodiment, and can be appropriately changed. For example, the diaphragm may be formed after forming the Al wiring.
Furthermore, as for the type of the sensor, other than the acceleration sensor, if a diaphragm is formed by etching with an alkali etchant and a piezoresistance effect is used,
The present invention can be applied to various sensors such as a pressure sensor, a vibration sensor, and a position sensor.
【００２９】[0029]
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
半導体センサによれば、感度を高めるべきゲージ抵抗が
位置する側のダイアフラムの辺部が最もエッチング制御
性の良い結晶方位に位置するため、そのゲージ抵抗と辺
部が正確に位置合わせされる。その結果、ダイアフラム
の歪みがゲージ抵抗の抵抗値変化に効率良く変換される
ため、ＳＯＩウェハを用いた利点が充分に生かされ、総
合的に見たセンサの感度を従来に比べて大きく向上させ
ることができる。As described above in detail, according to the semiconductor sensor of the present invention, the side of the diaphragm on the side where the gauge resistor whose sensitivity is to be increased is located in the crystal orientation having the best etching controllability. Therefore, the gauge resistance and the side are accurately aligned. As a result, the strain of the diaphragm is efficiently converted into a change in the resistance value of the gauge resistance, so that the advantage of using the SOI wafer is fully utilized and the overall sensitivity of the sensor is greatly improved as compared with the conventional sensor. Can be.
【図１】 本発明の一実施の形態である半導体加速度セ
ンサを示す、（ａ）平面図、（ｂ）（ａ）のＡ−Ａ線に
沿う断面図、である。FIG. 1A is a plan view showing a semiconductor acceleration sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
【図２】 同センサの、図１（ａ）のＢ部分の拡大図で
ある。FIG. 2 is an enlarged view of a portion B of FIG. 1A of the sensor.
【図３】 同センサに用いるＳＯＩウェハの構成を示す
図である。FIG. 3 is a diagram showing a configuration of an SOI wafer used for the sensor.
【図４】 同センサの動作を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the sensor.
【図５】 （１１０）面の基板における、（ａ）ピエゾ
抵抗係数の分布、（ｂ）実際のゲージ抵抗の配置例、を
示す図である。5A and 5B are diagrams showing (a) a distribution of piezoresistance coefficients and (b) an example of actual arrangement of gauge resistors on a (110) plane substrate.
【図６】 従来のＳＯＩウェハの構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a conventional SOI wafer.
【図７】 従来の半導体加速度センサの一例を示す、
（ａ）平面図、（ｂ）（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図、
である。FIG. 7 shows an example of a conventional semiconductor acceleration sensor.
(A) a plan view, (b) a cross-sectional view along line CC of (a),
It is.
【図８】 同センサの、図７（ａ）のＤ部分の拡大図で
ある。FIG. 8 is an enlarged view of a portion D of FIG. 7A of the sensor.
１０…半導体加速度センサ、１１…ＳＯＩ基板、１２…
ダイアフラム、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…辺部、１５…
上側基板、１６…下側基板、１７…酸化膜（絶縁膜）、
１８ｘ…Ｘ軸検知用ゲージ抵抗、１８ｙ…Ｙ軸検知用ゲ
ージ抵抗、１８ｚ…Ｚ軸検知用ゲージ抵抗、１９…ｎ型
シリコンウェハ（素子ウェハ）、２０…ｎ型シリコンウ
ェハ（基板ウェハ）10 ... Semiconductor acceleration sensor, 11 ... SOI substrate, 12 ...
Diaphragm, 12a, 12b, 12c ... side, 15 ...
Upper substrate, 16: lower substrate, 17: oxide film (insulating film),
18x: X-axis detection gauge resistance, 18y: Y-axis detection gauge resistance, 18z: Z-axis detection gauge resistance, 19: n-type silicon wafer (element wafer), 20: n-type silicon wafer (substrate wafer)
Claims (3)
り合わされたＳＯＩ基板からなり、前記上側基板にゲー
ジ抵抗が形成され前記下側基板がエッチング加工される
ことによって、前記上側基板の一部が縁部にゲージ抵抗
が設けられた多角形のダイアフラムとして機能する半導
体センサであって、 感度を高めるべきゲージ抵抗が配置される側のダイアフ
ラムの辺部が前記下側基板にとってエッチング制御性の
良い結晶方位に位置するように、前記上側基板と前記下
側基板の結晶方位が調整されて貼り合わされていること
を特徴とする半導体センサ。1. An SOI substrate in which an upper substrate and a lower substrate are bonded to each other via an insulating film, wherein a gauge resistor is formed on the upper substrate and the lower substrate is etched to form an upper substrate. A semiconductor sensor functioning partially as a polygonal diaphragm having a gauge resistor provided at an edge, wherein the side of the diaphragm on which the gauge resistor whose sensitivity is to be increased is disposed has etching controllability for the lower substrate. A semiconductor sensor characterized in that the upper substrate and the lower substrate are bonded with their crystal orientations adjusted so as to be located in a good crystal orientation.
て、 前記上側基板として（１１０）面で〈１１０〉方位を持
つ基板、前記下側基板として（１００）面で〈１１０〉
方位を持つ基板が用いられ、これら基板の〈１１０〉方
位が基板面内で４５°ずれた状態でこれら基板が貼り合
わされていることを特徴とする半導体センサ。2. The semiconductor sensor according to claim 1, wherein the upper substrate has a <110> orientation in a (110) plane, and the lower substrate has a <110> orientation in a (100) plane.
A semiconductor sensor, wherein substrates having orientations are used, and these substrates are bonded together in a state where the <110> orientations of these substrates are shifted by 45 ° in the substrate plane.
て、 前記下側基板の〈１１０〉方位に対して平行な方向また
は垂直な方向に沿ってＸ軸検知用ゲージ抵抗またはＹ軸
検知用ゲージ抵抗が形成されるとともに、前記上側基板
の〈１１０〉方位に沿ってＺ軸検知用ゲージ抵抗が形成
された３軸検知型センサであることを特徴とする半導体
センサ。3. The gauge sensor according to claim 2, wherein the gauge resistor for detecting an X-axis or the gauge resistor for detecting a Y-axis extends in a direction parallel or perpendicular to a <110> direction of the lower substrate. And a three-axis detection type sensor in which a Z-axis detection gauge resistor is formed along the <110> direction of the upper substrate.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9046518A JPH10239345A (en) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | Semiconductor sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9046518A JPH10239345A (en) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | Semiconductor sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10239345A true JPH10239345A (en) | 1998-09-11 |
Family
ID=12749502
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9046518A Pending JPH10239345A (en) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | Semiconductor sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10239345A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002243759A (en) * | 2001-02-13 | 2002-08-28 | Hokuriku Electric Ind Co Ltd | Semiconductor acceleration sensor element |
| JPWO2004077072A1 (en) * | 2003-02-28 | 2006-06-08 | 北陸電気工業株式会社 | Semiconductor acceleration sensor |
| JPWO2004114416A1 (en) * | 2003-06-20 | 2006-08-03 | 北陸電気工業株式会社 | Semiconductor sensor |
| JP2007057284A (en) * | 2005-08-23 | 2007-03-08 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Pressure sensor and pressure detection apparatus |
| JP2012004540A (en) * | 2010-05-20 | 2012-01-05 | Sony Corp | Solid-state imaging device, its manufacturing method and electronic device |
-
1997
- 1997-02-28 JP JP9046518A patent/JPH10239345A/en active Pending
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