【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はカンチレバーまたは、ダ
イヤフラムを有し、ガラス／シリコン／ガラス，シリコ
ン／シリコン／シリコン，ガラス／シリコン，シリコン
／シリコンで構成された半導体容量式加速度センサに係
り、特に可動電極を有するシリコン基板と可動電極に対
向する固定電極を有する基板の構造に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor capacitive acceleration sensor having a cantilever or a diaphragm and made of glass / silicon / glass, silicon / silicon / silicon, glass / silicon, silicon / silicon, and more particularly, The present invention relates to a structure of a silicon substrate having a movable electrode and a substrate having a fixed electrode facing the movable electrode.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の技術は特開平3−94169号に示すよ
うにカンチレバー（梁）を有する加速度センサのカンチ
レバーを形成する場合、エッチング不要部分のエッチン
グマスクに酸化膜，窒化膜を用い、エッチング不要部分
の保護をしていた。しかし、この様な構造，方法，材料
を用いた場合、エッチングによりマスク材がシリコンと
共にエッチングされ、固定電極と可動電極の電極間ギャ
ップの精密制御に支障をきたす問題があった。2. Description of the Related Art In the prior art, when forming a cantilever of an acceleration sensor having a cantilever (beam) as shown in Japanese Patent Laid-Open No. 3-94169, an oxide film or a nitride film is used as an etching mask for an etching unnecessary portion, and etching is performed. I was protecting unnecessary parts. However, when such a structure, method and material are used, there is a problem that the mask material is etched together with silicon by etching, which hinders precise control of the gap between the fixed electrode and the movable electrode.
【０００３】また、可動電極の表面はバルクの誘電率の
ため印加された加速度に対する感度が低いという問題が
有り、この感度を上げるために可動電極と固定電極間の
ギャップを狭くしなければならない。この場合には、接
合時のガラス／シリコン，シリコン／シリコン間の歪に
出力特性が影響を受け、特性悪化の原因となる問題もあ
る。Further, there is a problem that the surface of the movable electrode has a low sensitivity to an applied acceleration due to the bulk dielectric constant, and the gap between the movable electrode and the fixed electrode must be narrowed in order to increase this sensitivity. In this case, there is also a problem that the output characteristics are affected by the strain between the glass / silicon and the silicon / silicon at the time of bonding, which causes deterioration of the characteristics.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、シ
リコン基板上の酸化膜及び、窒化膜は、エッチングの際
にマスクとして作用する。しかし、この酸化膜及び、窒
化膜はエッチングの際にある一定のレートでシリコンと
共にエッチングされる。従って、サブミクロンオーダー
の制御を必要とする可動電極と固定電極間のギャップ量
は、このエッチングによって微妙に変化する。このた
め、電極間ギャップの変化により、センサ特性及び、感
度が変化するという問題が発生する。また、可動電極は
シリコン基板自体の特性（誘電率，濃度等）のため、ギ
ャップを狭くしなければ印加する加速度に対して十分な
感度が取れないという問題もある。In the above prior art, the oxide film and the nitride film on the silicon substrate act as a mask during etching. However, the oxide film and the nitride film are etched together with silicon at a constant rate during etching. Therefore, the amount of the gap between the movable electrode and the fixed electrode, which requires control on the order of submicrons, is slightly changed by this etching. Therefore, a change in the gap between the electrodes causes a problem that the sensor characteristics and the sensitivity change. Further, since the movable electrode has the characteristics (dielectric constant, concentration, etc.) of the silicon substrate itself, there is a problem that sufficient sensitivity cannot be obtained with respect to the applied acceleration unless the gap is narrowed.
【０００５】よって、本発明の目的は、可動電極と固定
電極間のサブミクロンオーダーの制御及び、印加加速度
に対する十分な感度を確保するシリコン基板の構造及
び、加工プロセスに関する。Therefore, an object of the present invention is to control the sub-micron order between the movable electrode and the fixed electrode and the structure of the silicon substrate for ensuring a sufficient sensitivity to an applied acceleration, and a processing process.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、可動電極を形成するシリコン基板のガラスとの接合
面及び、可動電極面を高濃度にドープまたは、拡散する
ことにより達成される。In order to achieve the above-mentioned object, it is achieved by doping or diffusing a high-concentration bonding surface of a silicon substrate forming a movable electrode with glass and a movable electrode surface.
【０００７】[0007]
【作用】この様に構成された半導体容量式加速度センサ
は、可動電極面及び、ガラスとの接合面が高濃度にドー
ピングまたは、拡散されている。このため、エッチング
の際に高濃度にドーピングまたは、拡散された面はエッ
チングされないため、エッチングマスクとして使用でき
る。また、ドーピング（拡散）部は部分的（選択的）に
パターニング可能なための多様なエッチング形状が可能
となる。In the semiconductor capacitive acceleration sensor having such a structure, the movable electrode surface and the bonding surface with the glass are doped or diffused at a high concentration. For this reason, at the time of etching, the surface that is highly doped or diffused is not etched, so that it can be used as an etching mask. In addition, since the doping (diffusion) portion can be partially (selectively) patterned, various etching shapes are possible.
【０００８】[0008]
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１により説明す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
【０００９】図１は、ガラス／シリコン／ガラスの３層
構造を示す。FIG. 1 shows a three-layer structure of glass / silicon / glass.
【００１０】シリコン単結晶をホトリソグラフィー技術
を用いてパターニングし、必要とする段差（ギャップ，
数μｍ）を形成する。次に、上記ホトリソグラフィー技
術を数回繰り返し行い可動電極２，カンチレバー（梁）
８を形成する。この時、可動電極両面７ａ及び、ガラス
基板と接合される部分７ｂは高濃度にドーピングされ、
エッチングの際はこの部分がマスクされた形となりエッ
チングされない。次に、ガラス基板５，６をマスク蒸着
または、ホトリソグラフィー技術を用いて固定電極３，
４を形成する。この様にして形成したシリコン基板１に
相対して２組のガラス基板５，６を３層積層し、陽極接
合を用いてシリコン基板，ガラス基板２組を接合する。
以上より、ガラス基板５の固定電極３とガラス基板６の
固定電極４は、シリコン基板１の可動電極２に対向して
配され、印加された加速度に対して固定電極３及び４と
可動電極２間の容量が変化する。A silicon single crystal is patterned by using a photolithography technique, and required steps (gap,
A few μm). Next, the above photolithography technique is repeated several times to move the movable electrode 2 and the cantilever (beam).
8 is formed. At this time, the movable electrode both surfaces 7a and the portion 7b joined to the glass substrate are highly doped,
During etching, this portion is masked and is not etched. Next, the glass substrate 5 and 6 are fixed to the fixed electrode 3 by mask vapor deposition or photolithography technique.
4 is formed. Two sets of three glass substrates 5 and 6 are laminated in opposition to the silicon substrate 1 thus formed, and two sets of the silicon substrate and the glass substrate are joined by anodic bonding.
From the above, the fixed electrode 3 of the glass substrate 5 and the fixed electrode 4 of the glass substrate 6 are arranged so as to face the movable electrode 2 of the silicon substrate 1, and the fixed electrodes 3 and 4 and the movable electrode 2 with respect to the applied acceleration. The capacity between changes.
【００１１】ここで用いる電極間ギャップ（容量）９
ａ，９ｂ；Ｃ1，Ｃ2は、 Ｃ1，Ｃ2＝ε・Ａ／ｄ …（数１） （Ｃ1，Ｃ2；容量，ε；比誘電率，Ａ；電極面積，ｄ；
電極間ギャップ）で表され、感度；ｄｃ／ｄｘは、 ｄｃ／ｄｘ＝−ε・Ａ／Ｘ2…（数２） となり、電極間ギャップ９ａ，９ｂが小さいほど感度が
良好になる。但し、電極間ギャップは数ミクロン程度し
かないためサブミクロンオーダーの制御が必要と成る。
しかし、酸化膜をエッチングマスクとしたプロセスを用
いた場合、酸化膜がシリコンと同様に微量ながらエッチ
ングされるため、精度良く電極間ギャップを形成するこ
とが険しい。このため、シリコンエッチング前にシリコ
ン基板１の可動電極両面７ａおよび、ガラス基板と接合
される面７ｂを高濃度にドーピング（例えば、ボロン；
２×１０20／cm3以上）すれば、シリコンエッチングの
際にドーピングされた面は、エッチングされないため電
極間ギャップ９ａ，９ｂを精度良く形成することが可能
となる。また、上記の方法でエッチングを行えば電極間
ギャップ９ａ，９ｂを狭くすることが可能となり感度向
上が望める。また、ドーピングされた面はバルクのシリ
コンより比誘電率が高いため、（１）式より感度向上が
望める。感度が高い場合、信号処理回路部分の信号増幅
率を低く抑えることが可能となるため、出力信号に含ま
れる誤差成分の増幅も低く抑えられ、センサ全体の精度
向上にもつながる。Inter-electrode gap (capacity) 9 used here
a, 9b; C1 , C2 is C1 , C2 = ε · A / d (Equation 1) (C1 , C2 ; capacitance, ε; relative permittivity, A; electrode area, d;
The sensitivity; dc / dx is expressed by dc / dx = −ε · A / X2 (Equation 2), and the smaller the interelectrode gap 9a, 9b, the better the sensitivity. However, since the gap between the electrodes is only a few microns, control on the submicron order is required.
However, when a process using an oxide film as an etching mask is used, the oxide film is etched in a small amount like silicon, so that it is difficult to accurately form the inter-electrode gap. Therefore, before the silicon etching, both surfaces 7a of the movable electrode of the silicon substrate 1 and the surface 7b joined to the glass substrate are highly doped (for example, boron;
2 × 1020 / cm3 or more), since the surface doped during silicon etching is not etched, the inter-electrode gaps 9a and 9b can be formed accurately. Further, if the etching is performed by the above method, the interelectrode gaps 9a and 9b can be narrowed, and the sensitivity can be improved. Further, since the doped surface has a higher relative dielectric constant than bulk silicon, it is expected that the sensitivity can be improved by the equation (1). When the sensitivity is high, it is possible to suppress the signal amplification factor of the signal processing circuit portion to a low level, so that the amplification of the error component included in the output signal can also be suppressed to a low level, which leads to improvement in the accuracy of the entire sensor.
【００１２】図２は、図１に示した実施例において、シ
リコン基板１に電極間ギャップ分の厚さのエピタキシャ
ル層１０を設けることにより、電極間ギャップ９ａ，９
ｂを精度良く形成することが可能と成り、上記と同様の
効果が望める。FIG. 2 shows that in the embodiment shown in FIG. 1, the silicon substrate 1 is provided with an epitaxial layer 10 having a thickness corresponding to the inter-electrode gap.
It is possible to form b with high accuracy, and the same effect as above can be expected.
【００１３】図３は、図１に示したシリコン基板１の加
工プロセスの概略を示す。（ａ）シリコン基板１の両面
に酸化膜または、窒化膜１１を形成し、ホトリソグラフ
ィー技術を用いて電極間ギャップ用エッチング窓１２を
開ける。（ｂ)(ａ）にて形成したエッチング窓部１２を
電極間ギャップ分（数ミクロン）シリコンエッチングす
る。次に、膜１１を全面除去し、酸化膜または、窒化膜
１３等を全面に形成し、ホトリソグラフィー技術を用い
て貫通エッチングする部分だけエッチング窓１４を開け
る。（ｃ）エッチング窓１４をシリコンエッチングし、
段差１５を形成する。次に、膜１３を全面除去し、酸化
膜または、窒化膜１６等を全面に形成し、ホトリソグラ
フィー技術を用いてカンチレバー８を形成する部分のエ
ッチング窓開け１７をする。（ｄ）可動電極両面７ａと
ガラス基板と接合される部分７ｂを高濃度ドーピングす
る。次に、シリコンエッチングを行い、カンチレバー８
と可動電極２を形成する。以上により、シリコン基板１
に可動電極２および、カンチレバー８が形成される。FIG. 3 shows an outline of a processing process of the silicon substrate 1 shown in FIG. (A) An oxide film or a nitride film 11 is formed on both surfaces of the silicon substrate 1 and an interelectrode gap etching window 12 is opened by using a photolithography technique. (B) The etching window 12 formed in (a) is silicon-etched by the gap between electrodes (several microns). Next, the film 11 is entirely removed, an oxide film, a nitride film 13 or the like is formed on the entire surface, and an etching window 14 is opened only in a portion to be through-etched by using a photolithography technique. (C) Silicon etching the etching window 14,
The step 15 is formed. Next, the film 13 is entirely removed, an oxide film, a nitride film 16 or the like is formed on the entire surface, and an etching window opening 17 is formed in a portion where the cantilever 8 is formed by using a photolithography technique. (D) The movable electrode both surfaces 7a and the portion 7b joined to the glass substrate are heavily doped. Next, silicon etching is performed, and the cantilever 8
And the movable electrode 2 is formed. From the above, the silicon substrate 1
The movable electrode 2 and the cantilever 8 are formed on the.
【００１４】図３に示したプロセスにおいて、シリコン
基板１に初期的に高濃度ドーピングを実施しておいても
問題ない。また、（ｂ)，(ｃ）において、酸化膜およ
び、窒化膜等１３，１６をそれぞれ、パターニング後、
積層しても何ら問題ない。In the process shown in FIG. 3, there is no problem even if the silicon substrate 1 is initially subjected to high-concentration doping. Further, in (b) and (c), after patterning the oxide film and the nitride film 13 and 16 respectively,
There is no problem in stacking.
【００１５】図４は、シリコン基板１８にダイヤフラム
１９と可動電極２０を形成し、可動電極面２３ａとガラ
ス基板との接合面２３ｂに高濃度ドーピングを行った
後、可動電極に相対した面に固定電極２２を形成したガ
ラス基板２１またシリコン基板１８の反対面にガラス基
板２４を積層接合した構造である。この様なダイヤフラ
ムを用いた構造体は、ガラス／シリコン，シリコン／シ
リコンの２層構造においても可能である。In FIG. 4, a diaphragm 19 and a movable electrode 20 are formed on a silicon substrate 18, a joint surface 23b between a movable electrode surface 23a and a glass substrate is subjected to high concentration doping, and then fixed on a surface facing the movable electrode. In this structure, the glass substrate 21 on which the electrode 22 is formed or the glass substrate 24 is laminated and bonded to the opposite surface of the silicon substrate 18. A structure using such a diaphragm is also possible in a two-layer structure of glass / silicon and silicon / silicon.
【００１６】図５は、シリコン／シリコン／シリコンの
３層構造で、電極間ギャップ２９を上下シリコン基板３
０，３１に形成し、シリコン直接接合等で接合した構造
である。また、ガラス／シリコン／ガラスの構造体にお
いても同様にガラス基板に電極間ギャップを形成して
も、何ら問題ない。FIG. 5 shows a three-layer structure of silicon / silicon / silicon.
It is a structure in which it is formed by 0, 31 and is joined by silicon direct joining or the like. Further, in the glass / silicon / glass structure, even if the inter-electrode gap is formed on the glass substrate, there is no problem.
【００１７】以上に示した各構造体は、従来の構造体に
対して図１に示した様にプロセスの簡略化，精度向上お
よび、性能向上が可能となる。Each of the structures described above can simplify the process, improve accuracy, and improve performance as shown in FIG. 1 in comparison with the conventional structure.
【００１８】以上においては、高濃度領域の形成にドー
ピングを用いているが、拡散において高濃度領域を形成
しても問題ない。In the above, doping is used to form the high concentration region, but there is no problem in forming the high concentration region in diffusion.
【００１９】[0019]
【発明の効果】本発明によれば、以上述べたことから判
るように、ガラス／シリコン／ガラス，シリコン／シリ
コン／シリコン，シリコン／シリコン，ガラス／シリコ
ンの各構造体の出力特性精度向上，性能向上、および、
製造プロセスの工程簡略化に効果がある。According to the present invention, as can be seen from the above description, the output characteristic precision and performance of each glass / silicon / glass, silicon / silicon / silicon, silicon / silicon, glass / silicon structure are improved. Improvement, and
This is effective in simplifying the manufacturing process.
【図１】加速度センサの構造図である。FIG. 1 is a structural diagram of an acceleration sensor.
【図２】加速度センサの構造図である。FIG. 2 is a structural diagram of an acceleration sensor.
【図３】シリコン基板プロセス概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram of a silicon substrate process.
【図４】加速度センサの構造図である。FIG. 4 is a structural diagram of an acceleration sensor.
【図５】加速度センサの構造図である。FIG. 5 is a structural diagram of an acceleration sensor.
１…シリコン基板、２…可動電極、３…固定電極、４…
固定電極、５…ガラス電極、６…ガラス電極、７ａ…可
動電極面上ドーピング部、７ｂ…高濃度ドーピング部、
８…カンチレバー、９ａ…電極間ギャップ、９ｂ…電極
間ギャップ、１０…エピタキシャル層、１１…酸化膜又
は窒化膜、１２…エッチング窓部、１３…酸化膜又は窒
化膜、１４…エッチング窓部、１５…シリコン段差、１
６…酸化膜又は窒化膜、１７…エッチング窓部、１８…
シリコン基板、１９…ダイヤフラム、２０…可動電極、
２１…ガラス基板、２２…固定電極、２３ａ…可動電極
面上ドーピング部、２３ｂ…高濃度ドーピング部、２４
…ガラス電極、２５…シリコン基板、２６ａ…可動電極
面上ドーピング部、２６ｂ…高濃度ドーピング部、２７
…可動電極、２８…カンチレバー、２９…電極間ギャッ
プ、３０…ガラス基板、３１…ガラス基板。1 ... Silicon substrate, 2 ... Movable electrode, 3 ... Fixed electrode, 4 ...
Fixed electrode, 5 ... Glass electrode, 6 ... Glass electrode, 7a ... Movable electrode surface doping portion, 7b ... High concentration doping portion,
8 ... Cantilever, 9a ... Interelectrode gap, 9b ... Interelectrode gap, 10 ... Epitaxial layer, 11 ... Oxide film or nitride film, 12 ... Etching window part, 13 ... Oxide film or nitride film, 14 ... Etching window part, 15 … Silicon step, 1
6 ... Oxide film or nitride film, 17 ... Etching window portion, 18 ...
Silicon substrate, 19 ... diaphragm, 20 ... movable electrode,
21 ... Glass substrate, 22 ... Fixed electrode, 23a ... Doping part on movable electrode surface, 23b ... High concentration doping part, 24
... glass electrode, 25 ... silicon substrate, 26a ... movable electrode surface doping portion, 26b ... high-concentration doping portion, 27
... movable electrode, 28 ... cantilever, 29 ... interelectrode gap, 30 ... glass substrate, 31 ... glass substrate.
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5018444AJPH06230028A (en) | 1993-02-05 | 1993-02-05 | Acceleration sensor |
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5018444AJPH06230028A (en) | 1993-02-05 | 1993-02-05 | Acceleration sensor |
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06230028Atrue JPH06230028A (en) | 1994-08-19 |
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5018444APendingJPH06230028A (en) | 1993-02-05 | 1993-02-05 | Acceleration sensor |
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06230028A (en) |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007118207A (en)* | 2005-10-25 | 2007-05-17 | Seiko Epson Corp | Laminate processing method |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007118207A (en)* | 2005-10-25 | 2007-05-17 | Seiko Epson Corp | Laminate processing method |
| Publication | Publication Date | Title |
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