JP2001242191A

JP2001242191A - 半導体加速度センサ

Info

Publication number: JP2001242191A
Application number: JP2000055037A
Authority: JP
Inventors: Sumio Akai; 澄夫赤井; Hiroshi Saito; 宏齊藤; Takuo Ishida; 拓郎石田; Kazushi Kataoka; 万士片岡; Hironori Kami; 浩則上; Takashi Saijo; 隆司西條; Makoto Saito; 誠斉藤
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2000-02-29
Filing date: 2000-02-29
Publication date: 2001-09-07

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】ガラスストッパに凹部を形成することなく、
重り部の可動範囲を確保するとともに、凹部形成のため
のざぐり加工を無くして歩留まりの向上と低コスト化の
図れる半導体加速度センサを提供する。【解決手段】支持部１１に撓み部１２を介して揺動自
在に支持された重り部１０と、撓み部１２に重り部１０
の揺動により撓み部１２に生じる歪みを検出するピエゾ
抵抗３を有して、ピエゾ抵抗３の抵抗値変化をもとに加
速度を検知する半導体加速度センサチップと、半導体加
速度センサチップと接合されて重り部１０の過度の変位
を抑制するストッパ６、７とを有する半導体加速度セン
サにおいて、重り部１０に段差部１０ａを形成して、重
り部１０の先端部近傍の厚さを減少させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加速度を検出する
半導体加速度センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車など産業上の様々な分野に
おいて、加速度センサが多岐にわたって用いられるよう
になっている。中でも、信頼性、コスト、小型軽量化の
点から、車載関係や家電製品等における半導体加速度セ
ンサの使用が急増している。

【０００３】従来の半導体加速度センサについて、図１
３を用いて説明する。半導体基板１（シリコン基板１）
に重り部１０及び、薄肉の梁構造で重り部１０を揺動自
在に支持する撓み部１２を形成し、撓み部１２に、撓み
部に生じる歪みを検出するピエゾ抵抗３を形成した構造
が知られている。この構造は、重り部１０が加速度を受
け揺動した時に撓み部１２に発生する歪みの応力をピエ
ゾ抵抗３が電気信号に変換し、ワイヤボンディング用ア
ルミパッド５より外部に出力している。また、撓み部１
２の先端に形成された重り部１０が許容範囲以上の上下
運動を防止するために、シリコン基板１の上面（図中に
おいて）にアルミ層４を介して上ガラスストッパ６が陽
極接合されるとともに、また、シリコン基板１の下面に
は下ガラスストッパ７と陽極接合されている。

【０００４】ここで、重り部１０の上下方向の揺動（変
位）の可動領域（空間）を確保するため、上ガラススト
ッパ６と下ガラスストッパ７には、ざぐり加工により凹
部を形成してキャビティ８が設けられている。

【０００５】また、別の従来例として、重り部１０の可
動範囲を調整して、半導体加速度センサの感度を制御す
るために、上ガラスストッパ６及び下ガラスストッパ７
の凹部に、おもりが接触する突起９を形成することがあ
る（図１（ｂ））。上下のガラスストッパがフラットな
場合、ガラスストッパとシリコンウェハとの距離は陽極
接合用のアルミパターンの厚みに制限されることになる
ことから、

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ように、重り部１０の可動領域を確保するために、上ガ
ラスストッパ６及び下ガラスストッパ７に、ざぐり加工
を行って凹部を形成したり、突起９を形成する必要があ
るが、ガラスの加工は困難であり、歩留まりの問題や、
加工コストが高いという問題があった。

【０００７】本発明は、上記事由に鑑みてなしたもの
で、その目的とするところは、ストッパ（上ガラススト
ッパ，下ガラスストッパ）に凹部を形成することなく、
重り部の可動範囲を確保するとともに、凹部形成のため
のざぐり加工を無くして歩留まりの向上と低コスト化の
図れる半導体加速度センサを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、支持部に撓み部を介して揺
動自在に支持された重り部と、前記撓み部に前記重り部
の揺動により前記撓み部に生じる歪みを検出するピエゾ
抵抗を有して、該ピエゾ抵抗の抵抗値変化をもとに加速
度を検知する半導体加速度センサチップと、該半導体加
速度センサチップと接合されて前記重り部の過度の変位
を抑制するストッパとを有する半導体加速度センサにお
いて、前記重り部に段差部を形成して、重り部の先端部
近傍の厚さを減少したことを特徴するものである。

【０００９】請求項２記載の発明は、請求項１記載の半
導体加速度センサにおいて、前記段差部に突起を形成し
たことを特徴とするものである。

【００１０】請求項３記載の発明は、請求項２記載の半
導体加速度センサにおいて、前記突起が、複数個の柱状
の突起であることを特徴とするものである。

【００１１】請求項４記載の発明は、請求項２記載の半
導体加速度センサにおいて、前記突起が、前記重り部の
揺動先端の辺に対して平行に形成される線状の突起であ
ることを特徴とするものである。

【００１２】請求項５記載の発明は、請求項４記載の半
導体加速度センサにおいて、前記線状の突起を、前記重
り部の揺動先端に形成したことを特徴とするものであ
る。

【００１３】請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求
項５記載の半導体加速度センサにおいて、前記重り部の
前記段差形成面又は反対面に凹部を形成したことを特徴
とするものである。

【００１４】請求項７記載の発明は、請求項１乃至請求
項６記載の半導体加速度センサにおいて、前記凹部の側
壁に切欠き部を形成したことを特徴とするものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に係る
半導体加速度センサについて図１乃至図１２にもとづき
説明する。

【００１６】図１は本発明の第１の実施の形態の半導体
加速度センサを示すもので、特に重り部１０を示す斜視
図である。図中において、左端が撓み部１２により支持
され、右端が揺動する先端部である。段差１０ａを形成
することにより先端部近傍における重り部１０の厚さを
減少させ、全体に比し肉厚が薄くなるように形成してい
る。この重り部１０をシリコン基板１に形成し、上ガラ
スストッパ６及び下ガラスストッパを接合して、半導体
加速度センサを形成した図を図７（Ｉ）に示す。重り部
１０先端部の厚さが段差１０ａにより薄くなっているた
め、図に示すように上ガラスストッパ５及び下ガラスス
トッパ６に凹部を形成しない平板を用いても、重り部１
０の上下方向の稼動領域が確保することができる。

【００１７】このように、重り部１０に段差を形成し
て、重り部１０の先端部近傍の厚さを減少するようにし
たので、上ガラスストッパ５及び下ガラスストッパ６に
凹部を形成しない平板を用いても、重り部１０の上下方
向の稼動領域が確保することができるとともに、凹部形
成のためのざぐり加工が不要になり半導体加速度センサ
の歩留まりの向上と低コスト化を図ることができるとい
う効果を奏する。

【００１８】図２は本発明の第２の実施の形態の半導体
加速度センサを示すもので、特に重り部１０を示す斜視
図である。図中において、左端が撓み部１２により支持
され、右端が揺動する先端部である。第１の実施の形態
と同様、段差１０ａを形成することにより先端部近傍に
おける重り部１０の厚さを減少させ、全体に比し肉厚が
薄くなるように形成している。さらに、本実施の形態で
は、段差１０ａに２個の柱状の突起１０ｂを形成してい
る。この重り部１０をシリコン基板１に形成し、上ガラ
スストッパ６及び下ガラスストッパを接合して、半導体
加速度センサを形成した図を図８（Ｉ）に示す。重り部
１０先端部の厚さが段差１０ａにより薄くなっているた
め、図に示すように上ガラスストッパ５及び下ガラスス
トッパ６に凹部を形成しない平板を用いても、重り部１
０の上下方向の稼動領域が確保することができる。さら
に、柱状の突起１０ｂが、従来例の図１３（ｂ）に示し
たと突起９の同様の作用をし、重り部１０の可動範囲を
調整して、半導体加速度センサの感度を制御することが
できる。

【００１９】このように、重り部１０に段差１０ａを形
成して、重り部１０の先端部近傍の厚さを減少するとと
もに、この段差１０ａに柱状の突起１０ｂを形成するよ
うにしたので第１の実施の形態の効果に加え、重り部１
０の可動範囲を調整して、半導体加速度センサの感度を
制御することができるとともに、上ガラスストッパ及び
下ガラスストッパにおける突起（９）形成のための加工
が不要になり半導体加速度センサの歩留まりの向上と低
コスト化を図ることができるという効果を奏する。

【００２０】図３は本発明の第３の実施の形態の半導体
加速度センサを示すもので、特に重り部１０を示す斜視
図である。図中において、左端が撓み部１２により支持
され、右端が揺動する先端部である。第１の実施の形態
と同様、段差１０ａを形成することにより先端部近傍に
おける重り部１０の厚さを減少させ、全体に比し肉厚が
薄くなるように形成している。さらに、本実施の形態で
は、段差１０ａに重り部１０ａの揺動先端の辺に対して
平行に、線状の柱状の突起１０ｃを形成している。この
重り部１０をシリコン基板１に形成し、上ガラスストッ
パ６及び下ガラスストッパを接合して、半導体加速度セ
ンサを形成した図を図９（ｍ）に示す。重り部１０先端
部の厚さが段差１０ａにより薄くなっているため、図に
示すように上ガラスストッパ５及び下ガラスストッパ６
に凹部を形成しない平板を用いても、重り部１０の上下
方向の稼動領域が確保することができる。さらに、線状
の突起１０ｃが、従来例の図１３（ｂ）に示したと突起
９の同様の作用をし、重り部１０の可動範囲を調整し
て、半導体加速度センサの感度を制御することができ
る。また、線状の突起１０ｃは、段差１０ａで重り部１
０の揺動時に流れる空気流を包み込むように作用すた
め、重り部１０に対して揺動を緩衝するエアーダンピン
グ効果をもたらして、揺動範囲を適正化することができ
るという効果ももたらす。

【００２１】このように、重り部１０に段差１０ａを形
成して、重り部１０の先端部近傍の厚さを減少するとと
もに、この段差１０ａに、重り部１０ａの揺動先端の辺
に対して平行に線状の突起１０ｂを形成するようにした
ので、第１及び第２の実施の形態の効果に加え、重り部
１０に対して揺動を緩衝するエアーダンピング効果をも
たらして、揺動範囲を適正化することができるという効
果を奏する。

【００２２】図４は本発明の第４の実施の形態の半導体
加速度センサを示すもので、特に重り部１０を示す斜視
図である。図中において、左端が撓み部１２により支持
され、右端が揺動する先端部である。第１の実施の形態
と同様、段差１０ａを形成することにより先端部近傍に
おける重り部１０の厚さを減少させ、全体に比し肉厚が
薄くなるように形成している。さらに、本実施の形態で
は、段差１０ａに重り部１０ａの揺動先端の辺に対して
平行にかつ揺動先端に、線状の柱状の突起１０ｄを形成
している。尚、この線状の突起１０ｄの高さは、段差１
０ａの段差の高さ（深さ）よりも低くする必要がある。
この重り部１０をシリコン基板１に形成し、上ガラスス
トッパ６及び下ガラスストッパを接合して、半導体加速
度センサを形成した図を図１０（ｍ）に示す。重り部１
０先端部の厚さが段差１０ａにより薄くなり、また線状
の突起１０ｄの高さが段差１０ａの高さ（深さ）よりも
低いものであるため、図に示すように上ガラスストッパ
５及び下ガラスストッパ６に凹部を形成しない平板を用
いても、重り部１０の上下方向の稼動領域が確保するこ
とができる。さらに、線状の突起１０ｄが、従来例の図
１３（ｂ）に示したと突起９の同様の作用をし、重り部
１０の可動範囲を調整して、半導体加速度センサの感度
を制御することができる。また、線状の突起１０ｄは、
段差１０ａで重り部１０の揺動時に流れる空気流を包み
込むように作用すため、重り部１０に対して揺動を緩衝
するエアーダンピング効果をもたらして、揺動範囲を適
正化することができるという効果ももたらす。特に線状
の突起１０ｄは、重り部１０の揺動先端に形成している
ことから、第３の実施の形態に比しより多くの空気流を
包み込むように作用し、より効果の高いエアーダンピン
グ効果をもたらすとともに、重り部１０の揺動の慣性力
が増して加速度検知の感度を上げることができるという
効果を奏する。

【００２３】このように、重り部１０に段差１０ａを形
成して、重り部１０の先端部近傍の厚さを減少するとと
もに、この段差１０ａに、重り部１０ａの揺動先端の辺
に対して平行に線状の突起１０ｂを形成するようにした
ので、第１及び第２及び第３の実施の形態の効果に加
え、重り部１０に対して揺動を緩衝するエアーダンピン
グ効果をより向上させて、揺動範囲を適正化することが
できるという効果を奏する。さらに重り部１０の揺動の
慣性力が増して加速度検知の感度を上げることができる
という効果を奏する。

【００２４】図１１（Ｉ）及び同図（ｍ）に、本発明の
第５の実施の形態の半導体加速度センサを示す。図１１
（Ｉ）に示す重り部１０の段差１０ａ形成部の面に図１
１（ｅ）に示す凹部１０ｅを形成している。第１の実施
の形態と同様、重り部１０先端部の厚さが段差１０ａに
より薄くなっているため、図に示すように上ガラススト
ッパ５及び下ガラスストッパ６に凹部を形成しない平板
を用いても、重り部１０の上下方向の稼動領域が確保す
ることができる。さらに本実施の形態では、凹部１０ｅ
が、重り部１０の揺動時に流れる空気流を包み込むよう
に作用すため、重り部１０に対して揺動を緩衝するエア
ーダンピング効果をもたらして、揺動範囲を適正化する
ことができるという効果をもたらす。

【００２５】このように、重り部１０に段差１０ａを形
成して、重り部１０の段差１０ａの形成部の面に凹部１
０ｅを形成するようにしたので、第１の実施の形態の効
果に加え、重り部１０に対して揺動を緩衝するエアーダ
ンピング効果をもたらして、揺動範囲を適正化すること
ができるという効果を奏する。

【００２６】図１２（ｊ）に、本発明の第６の実施の形
態の半導体加速度センサを示す。図１１（Ｉ）に示す重
り部１０の段差１０ａ形成部の反対面に凹部１０ｅ’を
形成している。第１の実施の形態と同様、重り部１０先
端部の厚さが段差１０ａにより薄くなっているため、図
に示すように上ガラスストッパ５及び下ガラスストッパ
６に凹部を形成しない平板を用いても、重り部１０の上
下方向の稼動領域が確保することができる。さらに本実
施の形態では、凹部１０ｅ’が、重り部１０の揺動時に
流れる空気流を包み込むように作用すため、重り部１０
に対して揺動を緩衝するエアーダンピング効果をもたら
して、揺動範囲を適正化することができるという効果を
もたらす。

【００２７】このように、重り部１０に段差１０ａを形
成して、重り部１０の段差１０ａの形成部の反対面に凹
部１０ｅ’を形成するようにしたので、第５の実施の形
態と同様、第１の実施の形態の効果に加え、重り部１０
に対して揺動を緩衝するエアーダンピング効果をもたら
して、揺動範囲を適正化することができるという効果を
奏する。

【００２８】図１２に、本発明の第７の実施の形態の半
導体加速度センサの重り部１０の段差１０ａを示す。第
６の実施の形態の凹部１０ｅの側壁に切欠き部１０ｆを
形成している。切欠き部１０ｆにより、凹部１０ｅに包
み込まれる空気を逃がすことにより、エアーダンピング
効果を微調整することができるという効果を奏する。

【００２９】以上、本発明の第１乃至第７の実施の形態
を示したが、次に、その内、第１乃至第６の実施の形態
の製造工程について示す。尚、半導体基板（シリコン基
板）１の図中における上側の主表面を上面、下側の主表
面を下面と称することとする。

【００３０】図６及び図７は、本発明の第１の実施の形
態の製造工程（第１の製造工程と称する）を示すもので
ある。両主表面に鏡面研磨処理を施したｎ型単結晶シリ
コン基板１上に熱酸化によりシリコン酸化膜２を形成し
た後、所定の位置にフォトレジストマスク１４によりパ
ターニングした後、シリコン酸化膜２をエッチングによ
り除去する。次にイオン注入法により、ｐ型不純物３ａ
をシリコン基板１に注入した後（図６（ａ））、酸化雰
囲気及び窒素雰囲気中で活性化処理を行い、拡散抵抗配
線（ピエゾ抵抗）３とシリコン酸化膜２を形成する（図
６（ｂ））。

【００３１】次に、減圧ＣＶＤ法によりシリコン窒化膜
１５を形成した後、シリコン基板１の下面の所定の位置
にフォトレジストマスク１４にてパターニングした後
（図６（ｃ））、ＲＩＥ等のドライエッチング技術によ
り下面に形成されているシリコン窒化膜１５をエッチン
グにより除去する。フォトレジストマスク１４を除去し
た後、８０℃の水酸化カリウム水溶液にてシリコン窒化
膜１５をマスクとして異方性エッチングを行う。この
時、シリコン基板１のエッチングは上面側に貫通しない
程度とする（図６（ｄ））。

【００３２】次に、シリコン基板１の所定の位置のフォ
トレジストマスク１４をパターニングした後（図６
（ｅ））、後工程で重り部１０の下面となる部位をドラ
イエッチング技術により、エッチングする。（図６
（ｆ））。次に、シリコン基板１上面にスパッタリング
法または蒸着法にてアルミ層４を形成した後、フォトレ
ジストマスク１４により所定のパターンを形成し、ＲＩ
Ｅ等のドライエッチングによりパターニングを行う（図
７（ｇ））。

【００３３】次に、フォトレジストマスク１４により所
定のパターンを形成し、シリコン窒化膜１５及びシリコ
ン酸化膜２をエッチングした後、シリコン基板１の一部
を上面よりＲＩＥ等のドライエッチング技術によりエッ
チングにより除去する（図７（ｈ））。次に、フォトレ
ジストマスク１４により所定のパターンを形成した後、
シリコン基板１の一部を上面よりＲＩＥ等のドライエッ
チング技術によりエッチングにより除去する。この時、
シリコン基板１は下面より異方性エッチングにより掘り
込み部が形成されていることから、表面からのドライエ
ッチングと合わせて、貫通孔１３が形成されることにな
り、加速度を検知する重り部１０の周囲がシリコン基板
１と切り離され、薄肉の撓み部１２で支持される片持梁
の状態となる（図７（ｉ））。

【００３４】次に、フォトレジストマスク１４を除去す
ることにより、重り部１０の上面に段差１０ａが形成さ
れた構造体を得る（図７（ｊ））。図７（ｊ）の重り部
１０の斜視図を、図７（ｋ）に示す。

【００３５】次に、シリコン基板１上のアルミ層４と上
ガラスストッパ６とを、例えば４００℃の温度のもと
で、上ガラスストッパ６を−極、アルミ層４を＋極とし
て６００Ｖの直流電圧を印加することにより陽極接合す
る。同様の条件で、シリコン基板１と下ガラスストッパ
７とを陽極接合することにより、図７（ｌ）に示す構造
体を得る。この時、上ガラスストッパ５は平板であり、
シリコン基板１と向かい合う面は平坦であるが、上ガラ
スストッパ５と陽極接合するアルミ層４の厚みと、シリ
コン基板１に形成したおもりの表面に段差を形成したこ
とにより、重り部１０が動くことができる領域を確保す
ることができる。また、重り部１０の下側をエッチング
していることにより、おもりが動くことのできる領域を
確保することができる。この構造により、上ガラススト
ッパ５及び下ガラスストッパ６にざぐり加工などの処理
を行って凹部形成を行わなくてもよくなることから、半
導体加速度センサ製造コストを下げることができる。

【００３６】図６及び図８は、本発明の第２の実施の形
態の製造工程（第２の製造工程と称する）を示すもので
ある。製造工程は基本的に、第１の製造工程に準じ、図
６の製造工程は共通であるが、重り部１０上面をエッチ
ングする工程において、フォトレジストマスク１４のパ
ターンを変更することにより柱状の突起１０ｂを形成す
ることができる（図８（ｈ））。この第２の製造工程に
関するその他の工程は第１の製造工程と同様であるの
で、説明は省略する。

【００３７】図６及び図９は、本発明の第３の実施の形
態の製造工程（第３の製造工程と称する）を示すもので
ある。製造工程は基本的に、第１の製造工程に準じ、図
６の製造工程は共通であるが、重り部１０上面をエッチ
ングする工程において、フォトレジストマスク１４のパ
ターンを変更することにより線状の突起１０ｃを形成す
ることができる（図８（ｈ））。この第３の製造工程に
関するその他の工程は第１の製造工程と同様であるの
で、説明は省略する。

【００３８】図６及び図１０は、本発明の第４の実施の
形態の製造工程（第４の製造工程と称する）を示すもの
である。製造工程は基本的に、第１及び第３の製造工程
に準じ、図６の製造工程は共通であるが、重り部１０上
面をエッチングする工程において、フォトレジストマス
ク１４のパターンを変更（第３の製造工程に対しては開
口部の位置変更）することにより線状の突起１０ｄを形
成することができる（図１０（ｈ））。この第４の製造
工程に関するその他の工程は第１の製造工程と同様であ
るので、説明は省略する。

【００３９】図１１は、本発明の第５の実施の形態の製
造工程（第５の製造工程と称する）を示すものである。
両面に鏡面研磨処理を施したｎ型単結晶シリコン基板１
上に熱酸化によりシリコン酸化膜２を形成した後、所定
の位置にフォトレジスト１４によりパターニングした
後、シリコン酸化膜２をエッチングにより除去する。次
にイオン注入法により、ｐ型不純物３ａをシリコン基板
１に注入した後（図１１（ａ））、酸化雰囲気及び窒素
雰囲気中で活性化処理を行い、拡散抵抗配線（ピエゾ抵
抗）３とシリコン酸化膜２を形成する（図１１
（ｂ））。

【００４０】次に、減圧ＣＶＤ法によりシリコン窒化膜
１５を形成した後、シリコン基板１の下面の所定の位置
にフォトレジストマスク１４にてパターニングした後
（図１１（ｃ））、ＲＩＥ等のドライエッチング技術に
より下面に形成されているシリコン窒化膜１５をエッチ
ングにより除去する。フォトレジストマスク１４を除去
した後、８０℃の水酸化カリウム水溶液にてシリコン窒
化膜１５をマスクとして異方性エッチングを行う。この
時、シリコン基板１のエッチングは、上面に貫通しない
程度とする。但しこのエッチングで、重り部１０を支持
する撓み部１２の厚みが決定することになるが、後に別
工程で異方性エッチングの行うので、アンダーエッチン
グさせておく（図１１（ｄ））。

【００４１】次に、シリコン基板１の所定の位置のフォ
トレジストマスク１４をパターニングした後、シリコン
窒化膜１５とシリコン酸化膜２をドライエッチング技術
により、除去する（図１１（ｅ））。次に、フォトレジ
ストマスク１４を除去した後、８０℃の水酸化カリウム
水溶液にてシリコン窒化膜１５をマスクとして異方性エ
ッチングを行う。この時、シリコン基板１の下面も同時
にエッチングされることになり、撓み部１２の厚みとシ
リコン基板１に形成する凹部の大きさにより、エッチン
グ時間を決定する。これにより、シリコン基板１の上面
と下面に異方性エッチングされた構造体を得る（図１１
（ｆ））。

【００４２】次に、シリコン基板１の下面に形成された
シリコン窒化膜１５とシリコン酸化膜２をエッチングに
より除去し、所定の位置にフォトレジストマスク１４を
形成した後、シリコン基板１の下面をエッチングする
（図１１（ｇ））。その後、フォトレジストマスク１４
を除去することにより、図１１（ｈ）に示す構造体を得
る。

【００４３】次に、スパッタリング法または蒸着法にて
アルミ層４を形成した後、フォトレジストマスク１４に
より所定のパターンを形成した後、ＲＩＥ等のドライエ
ッチングにより該アルミ層のパターニングを行う（図１
１（ｉ））。次に、フォトレジストマスク１４により所
定のパターンを形成した後、シリコン基板１の上面を一
部エッチングする。この処理により、重り部１０の先端
の高さは支持部側と比較して、少し低くなる（図１１
（ｊ））。

【００４４】次に、フォトレジストマスク１４により所
定のパターンを形成した後、シリコン基板１の上面より
エッチングすることにより、図１１（ｆ）で形成した裏
面からの異方性エッチングによる掘り込み部とにより貫
通孔１３が形成され（図１１（ｋ））、フォトレジスト
マスク１４を除去することにより、図１１（ｌ）に示す
構造体を得る。この時、シリコン基板１を真上面から見
たとき、重り部１０の中央には図１１（ｍ）に示すよう
に、凹部１０ｅが形成されている。重り部１０が揺動す
るときに、この凹部に空気が溜まることにより、ダンピ
ング効果が得られることになる。

【００４５】次に、シリコン基板１上のアルミ層４と上
ガラスストッパ５とを、例えば４００℃の温度のもと
で、上ガラスストッパ５を−極、アルミ層４を＋極とし
て６００Ｖの直流電圧を印加することにより陽極接合す
る。同様の条件で、シリコン基板１と下ガラスストッパ
６とを陽極接合することにより、図１１（ｎ）に示す構
造体を得る。

【００４６】図１２は、本発明の第６の実施の形態の製
造工程（第６の製造工程と称する）を示すものである。
両面に鏡面研磨処理を施したシリコン基板１上に熱酸化
によりシリコン酸化膜２を形成した後、所定の位置にフ
ォトレジストマスク１４によりパターニングした後、シ
リコン酸化膜をエッチングにより除去する。次にイオン
注入法により、ｐ型不純物３ａをシリコン基板１に注入
した後（図１２（ａ））、酸化雰囲気及び窒素雰囲気中
で活性化処理を行い、拡散抵抗配線（ピエゾ抵抗）３と
シリコン酸化膜２を形成する（図１２（ｂ））。

【００４７】次に、減圧ＣＶＤ法によりシリコン窒化膜
１５を形成した後、シリコン基板１の下面の所定の位置
にフォトレジストマスク１４にてパターニングした後
（図１２（ｃ））、ＲＩＥ等のドライエッチング技術に
より下面に形成されているシリコン窒化膜１５をエッチ
ングにより除去する。フォトレジストマスク１４を除去
した後、８０℃の水酸化カリウム水溶液にてシリコン窒
化膜１５をマスクとして異方性エッチングを行う。この
時、シリコン基板１のエッチングは表面に貫通しない程
度とする（図１２（ｄ））。

【００４８】次に、シリコン基板１の下面の所定の位置
にフォトレジストマスク１４をパターニングした後、シ
リコン基板１をドライエッチング技術により、エッチン
グする。（図１２（ｅ））。次に、シリコン基板１下面
の所定の位置にフォトレジストマスク１４をパターニン
グした後、シリコン基板１をドライエッチング技術によ
り、エッチングする。（図１２（ｆ））。次に、シリコ
ン基板１下面の所定の位置にフォトレジストマスクをパ
ターニングした後、シリコン基板１をドライエッチング
技術により、エッチングする。（図１２（ｇ））。これ
らの処理により、重り部１０の下面には、段差の異なる
線状の突起による凹部１０ｅ’が形成される。

【００４９】次に、フォトレジストマスク１４を除去し
た後、スパッタリング技術若しくは蒸着技術により、シ
リコン基板１上面にアルミ層４を堆積させ、所定の位置
にフォトレジストマスク１４によりパターンを形成した
後、ドライエッチング技術によりアルミ層４を除去する
（図１２（ｈ））。

【００５０】次に、シリコン基板１上面の所定の位置に
フォトレジストマスク１４によりパターンを形成した
後、シリコン基板１をエッチングする。この時、シリコ
ン基板１の下面からは、ＫＯＨ溶液で異方性エッチング
されていることから、シリコン基板１に貫通孔１３が形
成されることになる（図１２（ｉ））。

【００５１】次に、シリコン基板１上のアルミ層４と上
ガラスストッパ５とを、例えば４００℃の温度のもと
で、上ガラスストッパ５を−極、アルミ層４を＋極とし
て６００Ｖの直流電圧を印加することにより陽極接合す
る。同様の条件で、シリコン基板１と下ガラスストッパ
６とを陽極接合することにより、図１２（ｊ）に示す構
造体を得る。以上製造工程により、重り部１０の下面
に、凹部１０ｅ’を形成できることから、ダンピング効
果等の確保が期待できる。

【００５２】

【発明の効果】上述の如く、本発明の請求項１記載の発
明によれば、支持部に撓み部を介して揺動自在に支持さ
れた重り部と、前記撓み部に前記重り部の揺動により前
記撓み部に生じる歪みを検出するピエゾ抵抗を有して、
該ピエゾ抵抗の抵抗値変化をもとに加速度を検知する半
導体加速度センサチップと、該半導体加速度センサチッ
プと接合されて前記重り部の過度の変位を抑制するスト
ッパとを有する半導体加速度センサにおいて、前記重り
部に段差部を形成して、重り部の先端部近傍の厚さを減
少するようにしたので、ストッパ（上ガラスストッパ，
下ガラスストッパ）に凹部を形成することなく、重り部
の可動範囲を確保するとともに、凹部形成のためのざぐ
り加工を無くして歩留まりの向上と低コスト化の図れる
半導体加速度センサを提供できた。

【００５３】請求項２記載の発明においては、前記段差
部に突起を形成するようにしたので、重り部の可動範囲
を調整して、半導体加速度センサの感度を制御すること
ができるという効果を奏する。

【００５４】請求項３記載の発明においては、前記突起
が、複数個の柱状の突起であるので、容易に突起を形成
することができ、突起の位置を変更して微調整できると
いう効果を奏する。

【００５５】請求項４記載の発明においては、前記突起
が、前記重り部の揺動先端の辺に対して平行に形成され
る線状の突起であるので、重り部の可動範囲を調整し
て、半導体加速度センサの感度を制御することができる
とともに、エアーダンピング効果をもたらすことができ
るという効果を奏する。

【００５６】請求項５記載の発明においては、前記線状
の突起を、前記重り部の揺動先端に形成したので、重り
部の可動範囲を調整して、半導体加速度センサの感度を
制御することができるとともに、エアーダンピング効果
をもたらすことができ、さらに重り部の慣性が増加して
感度が向上するという効果を奏する。

【００５７】請求項６記載の発明においては、前記重り
部の前記段差形成面又は反対面に凹部を形成したので、
エアーダンピング効果をもたらすことができるという効
果を奏する。

【００５８】請求項７記載の発明においては、前記凹部
の側壁に切欠き部を形成したので、エアーダンピング効
果を微調整することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の半導体加速度セン
サの重り部の斜視図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態の半導体加速度セン
サの重り部の斜視図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態の半導体加速度セン
サの重り部の斜視図である。

【図４】本発明の第１の実施の形態の半導体加速度セン
サの重り部の斜視図である。

【図５】本発明の第１の実施の形態の半導体加速度セン
サの重り部の斜視図である。

【図６】本発明の第１乃至第４の実施の形態に係わる製
造工程のを示す図である。

【図７】本発明の第１の実施の形態の製造工程（第１の
製造工程）を示す図である。

【図８】本発明の第２の実施の形態の製造工程（第２の
製造工程）を示す図である。

【図９】本発明の第３の実施の形態の製造工程（第３の
製造工程）を示す図である。

【図１０】本発明の第４の実施の形態の製造工程（第４
の製造工程）を示す図である。

【図１１】本発明の第５の実施の形態の製造工程（第５
の製造工程）を示す図である。

【図１２】本発明の第６の実施の形態の製造工程（第６
の製造工程）を示す図である。

【図１３】従来の半導体圧力センサを示す図である。

【符号の説明】

１半導体基板（シリコン基板）３ピエゾ抵抗４アルミ層６上ガラスストッパ７下ガラスストッパ１０重り部１０ａ段差１０ｂ柱状突起１０ｃ線状突起１０ｄ線状突起１０ｅ凹部１１半導体基板（フレーム）１２撓み部１３貫通孔

フロントページの続き (72)発明者石田拓郎大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者片岡万士大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者上浩則大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者西條隆司大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者斉藤誠大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内Ｆターム(参考） 4M112 AA02 BA01 CA23 CA36 DA03 DA04 DA06 DA10 DA11 DA14 EA03 EA06 EA07 EA11 EA13 GA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】支持部に撓み部を介して揺動自在に支持
された重り部と、前記撓み部に前記重り部の揺動により
前記撓み部に生じる歪みを検出するピエゾ抵抗を有し
て、該ピエゾ抵抗の抵抗値変化をもとに加速度を検知す
る半導体加速度センサチップと、該半導体加速度センサ
チップと接合されて前記重り部の過度の変位を抑制する
ストッパとを有する半導体加速度センサにおいて、前記重り部に段差部を形成して、重り部の揺動する先端
部近傍の厚さを減少したことを特徴する半導体加速度セ
ンサ。
【請求項２】前記段差部に突起を形成したことを特徴
とする請求項１記載の半導体加速度センサ。
【請求項３】前記突起が、複数個の柱状の突起である
ことを特徴とする請求項２記載の半導体加速度センサ。
【請求項４】前記突起が、前記重り部の揺動先端の辺
に対して平行に形成される線状の突起であることを特徴
とする請求項２記載の半導体加速度センサ。
【請求項５】前記線状の突起を、前記重り部の揺動先
端に形成したことを特徴とする請求項４記載の半導体加
速度センサ。
【請求項６】前記重り部の前記段差形成面又は反対面
に凹部を形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項
５のいずれかに記載の半導体加速度センサ。
【請求項７】前記凹部の側壁に切欠き部を形成したこ
とを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載
の半導体加速度センサ。