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JPH0846217A - 半導体加速度センサの製造方法 - Google Patents

半導体加速度センサの製造方法

Info

Publication number
JPH0846217A
JPH0846217A JP17842194A JP17842194A JPH0846217A JP H0846217 A JPH0846217 A JP H0846217A JP 17842194 A JP17842194 A JP 17842194A JP 17842194 A JP17842194 A JP 17842194A JP H0846217 A JPH0846217 A JP H0846217A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cantilever
silicon
acceleration sensor
semiconductor acceleration
etching
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP17842194A
Other languages
English (en)
Inventor
Chomei Matsushima
朝明 松嶋
Keiichi Yoshida
恵一 吉田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Works Ltd filed Critical Matsushita Electric Works Ltd
Priority to JP17842194A priority Critical patent/JPH0846217A/ja
Publication of JPH0846217A publication Critical patent/JPH0846217A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型で、加工が容易で、高精度な半導体加速
度センサを提供する。 【構成】 シリコンウェハ1上に酸化シリコン膜2を形
成し、カンチレバーの根元の部分を除いてカンチレバー
の周囲の酸化シリコンを除去してエッチング溝8を形成
し、カンチレバー上に金属製のおもり6を形成し、エッ
チング溝8を介して異方性エッチングによりカンチレバ
ーの下部のシリコンウエハを除去して凹部9、カンチレ
バー10を形成する。 【効果】 金属製のおもり6をカンチレバー上に形成で
きるので、半導体加速度センサを超小型に形成できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体加速度センサ及
びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の半導体加速度センサにおいては、
シリコンウェハに半導体加工技術を用い、厚みの小さい
領域を形成し、その領域が加速度により撓む、いわゆる
カンチレバーを形成し、そのカンチレバーが撓むことに
よりレバーの根元に形成したピエゾ抵抗体の抵抗値の変
化量により加速度を検出していた。従来の方法では、加
速度によるたわみ変化量を大きくするため、カンチレバ
ー上にシリコンからなるおもりを設けていた。しかしな
がら、シリコンの密度は非常に小さく、2.3g/cm3しかな
いため、加速度を検出するためには、ある程度おもりを
大きくする必要があったため、その大きさは約 1mm以上
となっていた。また、このような大きさの半導体加工を
行うためには、ウェットエッチングが一般的であり、さ
らには、カンチレバーの下方に空洞を設けるために、ウ
ェハの裏面からの加工も必要であった。ウェットエッチ
ング液としては、主にKOH が用いられているが、ウエハ
の裏面から加工を行い、カンチレバーの厚みを 1μmmの
精度で制御することは非常に困難であり、さらに、KOH
のシリコンに対するエッチング速度は小さく、例えば、
厚み 300μm のウェハにおいては、エッチングに約6時
間かかっていた。さらに、このエッチングはシリコンの
結晶方位によるエッチング時間の違いを利用した異方性
エッチングであるため、裏面から異方性エッチングによ
り溝を形成し、おもりの部分を形成する場合、溝が深く
なるに従って溝の幅は小さくなり、その分、おもりの体
積が大きくなるので、おもりを小さくするには限界があ
った。その限界は、略 500μm 角であった。その結果、
加速度センサの寸法も大きくなっていた。現状では、加
速度センサの寸法は、一般的に約 3mm角程度のものが多
く、より小さい加速度センサの製造は困難であった。
【0003】また、加速度を検出する抵抗体として、一
般的にはシリコンピエゾ抵抗体が使われていた。このシ
リコンピエゾ抵抗体はシリコンウェハ上に拡散抵抗領域
を形成したり、またはイオン注入により抵抗領域を設け
て形成していたが、抵抗値の制御が困難であるという欠
点があったため、一般的には、4個のシリコンピエゾ抵
抗体からなるブリッジ回路を形成すると共に、別途、外
部に抵抗体を設け、抵抗値を揃えてブリッジ回路を形成
していた。
【0004】また、上記の手法により形成されたシリコ
ンピエゾ抵抗体は、カンチレバー部と同一のシリコンウ
ェハ上に形成されているため、通常、 150℃以上の温度
になるとシリコンピエゾ抵抗体のpn接合部で電流リー
クが発生し、正確な加速度が検出できなくなる等の問題
があった。
【0005】さらに、高温度環境においても加速度を検
出できる方法として、酸化シリコン膜上に多結晶シリコ
ン層を形成し、その多結晶シリコン層をピエゾ抵抗体と
した加速度センサも考案されているが、多結晶シリコン
は粒界が成長しやすいため、形成した抵抗体の抵抗値の
バラツキが大きくなり、ブリッジ回路の抵抗バランスが
とりにくいといった問題があった。
【0006】また、シリコンの代わりに金属を用いてお
もりを形成する方法が数々考案されているが、例えば、
カンチレバーをシリコンで形成した後、金属からなるお
もりを接合することは現実には困難であった。
【0007】最近では多孔質シリコン層上にシリコン層
を成長し、その後、多孔質シリコン層をエッチングによ
り除去してシリコン層の下部に空洞を形成し、カンチレ
バーとする方法が提案されている(特開平4−7134
4号)。この方法においては、多孔質シリコン層を形成
するため、陽極化成処理が必要であり工程が複雑になる
といった欠点があった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】以上に説明したよう
に、従来の半導体加速度センサでは、そのサイズを略 5
00μm 角以下にできないという問題点、及び、工程が複
雑であるという問題点、及び、抵抗体の問題点(抵抗値
制御が困難、電流リークが発生して正確な加速度測定困
難、金属製のおもりの形成が困難)があった。
【0009】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
で、その目的とするところは、 500μm 角以下のサイズ
に小型化が図れる、高精度かつ加工方法が容易な加速度
センサの構造及びその製造方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1記載の半導体加速度センサの製造方法は、
シリコンウェハ上に酸化シリコン膜を形成する工程と、
前記カンチレバーの根元の部分を除いて前記カンチレバ
ーの周囲の酸化シリコンを除去してエッチング溝を形成
する工程と、前記カンチレバー上に金属層を形成する工
程と、そのエッチング溝を介して異方性エッチングによ
り前記カンチレバーの下部の前記シリコンウエハを局所
的に除去して凹部を形成する工程とを含むことを特徴と
するものである。
【0011】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の製造方法で、前記カ
ンチレバー上に、マイクロシリコンで構成されたピエゾ
抵抗体を形成する工程を含むことを特徴とするものであ
る。
【0012】
【作用】本発明の半導体加速度センサの製造方法は、シ
リコンウエハ上に酸化シリコン膜を形成し、酸化シリコ
ン膜のカンチレバーとなる部分におもりとなる金属層を
形成し、カンチレバーの支持部分を除いて、カンチレバ
ー形成位置の周囲の酸化シリコン膜を除去してエッチン
グ溝を形成し、そのエッチング溝を介して、酸化シリコ
ン膜のカンチレバーとなる部分の下部のシリコンウエハ
を異方性エッチングにより除去してカンチレバーを形成
することを特徴とするものである。
【0013】このような方法で形成したカンチレバー
は、酸化シリコンで構成されることになるので、その上
部に金等の材料でおもりとなる金属層を形成することが
できるようになる。これにより、半導体加速度センサの
大きさを略 500μm 角以下とすることもできるようにな
る。
【0014】また、酸化シリコンで構成されたカンチレ
バー上に、マイクロクリスタルシリコンでピエゾ抵抗体
を形成することにより、ピエゾ抵抗体とシリコンウエハ
を絶縁することができ、リーク電流を低減することがで
きる。
【0015】さらに、カンチレバー下部の凹部、おもり
である金属層の形成、ピエゾ抵抗体の形成は、全てシリ
コンウエハの表面側からの加工となるので、シリコンウ
エハの裏面側からの加工が不要となるので製造が容易に
なる。また、シリコンウエハの裏面からの異方性エッチ
ングの工程を必要としないので、製造時間が短縮され
る。
【0016】微小なカンチレバーを酸化シリコン膜で構
成し、カンチレバー上のピエゾ抵抗体をマイクロクリス
タルシリコンで構成し、おもりを金属で構成することに
よって、半導体加速度センサの体積を非常に小さくで
き、従来のシリコンからなる加速度センサと比較すると
体積比で約 1/10 になる。
【0017】また、マイクロクリスタルシリコンからな
る抵抗体の抵抗値は非常にバラツキが小さいため、高精
度の半導体加速度センサを実現することができる。
【0018】
【実施例】以下、図1に基づいて本発明の半導体加速度
センサの製造方法の一実施例について説明する。図1は
製造工程を示す断面図である。まず、(a)に示すよう
に、結晶方位(100)を主面とするシリコンウェハ1
の表面に熱拡散法により酸化シリコン膜2を形成する。
酸化シリコン膜2の厚みは 1μm 程度である。実施例で
は、シリコンウエハ1の裏面にも酸化シリコン膜が形成
される。
【0019】次に、(b)に示すように、シリコンウエ
ハ1の表側の酸化シリコン膜2上に、金属クロム膜を
0.2μm 形成し、その後、フォトリソグラフィにより金
属クロム膜のパターニング及びエッチングを行い、所望
の形状の電極3を形成する。さらに、マイクロクリスタ
ルシリコン膜をP−CVD法により2000Å形成する。こ
の時の成膜条件は、例えば、ガス:PH3/SiH4=1/100、R
Fパワー:300W、反応室温度: 250℃、電極間隔:40mm
とする。その後、フォトリソグラフィにより所望のパタ
ーンをレジストで形成後、このレジストをマスクとして
反応性イオンエッチングによりマイクロクリスタルシリ
コン膜のエッチングを行い、(c)に示すように、ピエ
ゾ抵抗体となるマイクロクリスタルシリコン膜4を形成
する。この時のエッチング条件は、例えば、エッチング
ガス:CHF3/O2=16sccm/4sccm、RFパワー:100W、エッ
チングガス圧:0.05Torr、エッチング時間:5min. とす
る。また、このエッチングはウェットエッチングで行っ
てもよい。
【0020】次に、(d)に示すように、保護膜として
の酸化シリコン膜5をP−CVDにより 1μm 形成す
る。その後、電極パッド部を開口するため、電極3上の
所定位置の酸化シリコン膜5をエッチングにより除去し
た。
【0021】次に、密着層であるクロム膜(図示省略)
を約1000Å形成した後、RFマグネトロンスパッタ法に
より金を約 4μm 成膜する。その後、フォトリソグラフ
ィによりパターニング後、イオンミリング法により、
(e)に示すように、カンチレバーとなる部分の上部
に、おもり6を形成すると共に、電極3上に電極パッド
部7を形成した。また、同時に、カンチレバー形成工程
のウェットエッチング時にマスクとなる酸化シリコン膜
2,5のエッチングも行い、カンチレバーの支持部分を
除く、カンチレバーの周囲にシリコンウエハ1に達する
エッチング溝8を形成した。
【0022】次に、酸化シリコン膜2,5をマスクと
し、エッチング溝8を介して、酸化シリコン膜2のカン
チレバーとなる部分の下部のシリコンを、エチレンジア
ミン・ピロカテコール水溶液を用いた異方性エッチング
により、所定深さまで除去して、(f)に示すように、
凹部9、カンチレバー10を形成する。これにより、例
えば、カンチレバー10の幅を80μm 、長さが 200μm
とすることができる。
【0023】図2に、上記のようにして形成した半導体
加速度センサの一実施例の平面図を示す。図2に示す実
施例は、ピエゾ抵抗体であるマイクロクリスタルシリコ
ン膜4を2か所に形成したものである。11はカンチレ
バー10の外側に設けられた抵抗体である。
【0024】図3に基づいて本発明の半導体加速度セン
サの異なる実施例について説明する。図3に示す半導体
加速度センサは、図2に示した半導体加速度センサの製
造工程と同じ工程により、同一シリコンウェハ上に、複
数個の、カンチレバーの異なる半導体加速度センサを形
成したものでそれぞれの検出範囲が異なる4タイプの半
導体加速度センサ12a〜12dを、それぞれ2個ずつ
合計8個、ワンチップ上に搭載している。チップサイズ
は、横 3mm,縦 1mmとなる。従来のカンチレバー式加速
度センサでは、センサの大きさが約 3mm角と大きかった
ため、例えば、車載用のエアーバッグ用センサとしての
誤動作防止用のため、センサを2個以上設置する場合、
かなり大きな面積を占めることになる。本発明の加速度
センサは最大面積においても、 500μm 角以下であり、
非常に狭い面積内に複数個の加速度センサを設けること
ができる。また、マイクロクリスタルシリコンからなる
抵抗体の抵抗値は非常にバラツキが小さいため、複数個
のセンサの感度を精度良く一致させることが可能であ
る。
【0025】
【発明の効果】請求項1または請求項2記載の半導体加
速度センサの製造方法によれば、超小型で、かつ加工が
容易な加速度センサを提供することができる。
【0026】さらに、請求項2記載の半導体加速度セン
サの製造方法によれば、より高精度な加速度センサを提
供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体加速度センサの製造方法の一実
施例を示す断面図である。
【図2】本発明の半導体加速度センサの一実施例を示す
平面図である。
【図3】本発明の半導体加速度センサの異なる実施例を
示す平面図である。
【符号の説明】
1 シリコンウエハ 2 酸化シリコン膜 4 マイクロクリスタルシリコン膜(ピエゾ抵抗
体) 6 おもり(金属層) 8 エッチング溝 9 凹部 10 カンチレバー

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコンウェハ上に酸化シリコン膜を形
    成する工程と、前記カンチレバーの根元の部分を除いて
    前記カンチレバーの周囲の酸化シリコンを除去してエッ
    チング溝を形成する工程と、前記カンチレバー上に金属
    層を形成する工程と、そのエッチング溝を介して異方性
    エッチングにより前記カンチレバーの下部の前記シリコ
    ンウエハを局所的に除去して凹部を形成する工程とを含
    むことを特徴とする半導体加速度センサの製造方法。
  2. 【請求項2】 前記カンチレバー上に、マイクロクリス
    タルシリコンで構成されたピエゾ抵抗体を形成する工程
    を含むことを特徴とする請求項1記載の半導体加速度セ
    ンサの製造方法。
JP17842194A 1994-07-29 1994-07-29 半導体加速度センサの製造方法 Withdrawn JPH0846217A (ja)

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JP17842194A JPH0846217A (ja) 1994-07-29 1994-07-29 半導体加速度センサの製造方法

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006035688A1 (ja) * 2004-09-27 2006-04-06 The Yokohama Rubber Co., Ltd. 加速度検出方法及びその装置、加速度センサモジュール並びにタイヤ

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006035688A1 (ja) * 2004-09-27 2006-04-06 The Yokohama Rubber Co., Ltd. 加速度検出方法及びその装置、加速度センサモジュール並びにタイヤ
JP2006090919A (ja) * 2004-09-27 2006-04-06 Yokohama Rubber Co Ltd:The 加速度検出方法及びその装置、加速度センサモジュール並びにタイヤ

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