JP2775578B2 - Acceleration sensor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、加速度センサとその
製造方法に関する。この発明は、特にシリコンSiチッ
プ上に形成されたp型半導体によるピエゾ抵抗効果又は
シリコンSiチップの両主面に対向して形成された電極
による可変容量型コンデンサを活かした片持ち梁構造の
加速度センサに好適に利用される。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an acceleration sensor and a method for manufacturing the same. The present invention particularly relates to an acceleration of a cantilever structure utilizing a piezoresistive effect by a p-type semiconductor formed on a silicon Si chip or a variable capacitor by electrodes formed on both main surfaces of the silicon Si chip. It is suitably used for sensors.
【0002】[0002]
【従来の技術】加速度を検出するセンサとして、ピエゾ
抵抗型、容量型及び圧電型のものが存在する。ピエゾ抵
抗型と容量型とは、圧電型と異なり連続的な加速度を検
出することが可能である点で優れており、その汎用が期
待されている。2. Description of the Related Art As sensors for detecting acceleration, there are piezoresistive sensors, capacitive sensors and piezoelectric sensors. The piezoresistive type and the capacitive type are excellent in that a continuous acceleration can be detected unlike the piezoelectric type, and their general use is expected.
【0003】ピエゾ抵抗型の加速度センサとは、構造的
には例えば図5に示すように、固定部15、錘16及び
この錘16と固定部15とを可撓性をもって連結する梁
17よりなるシリコンSiチップ12と、固定部15を
挟持するとともに前記錘16及び梁17を封止する上下
2つのシリコン製蓋13,14とからなる。そして、錘
16は、本体に加速度が加わることによって固定部15
を基準として相対的に変位する。チップ12の梁17内
には、錘16の変位によって撓む梁17の機械的変形量
に応じて電気抵抗が変化する歪ゲージ部(図示省略)
が、チップ12の固定部15上には、このゲージ部の電
気信号を外部に導く電気回路(図示省略)及び外部電極
18がそれぞれ形成されている。A piezoresistive acceleration sensor is structurally composed of, for example, a fixing portion 15, a weight 16, and a beam 17 for connecting the weight 16 and the fixing portion 15 with flexibility, as shown in FIG. It comprises a silicon Si chip 12 and two upper and lower silicon lids 13 and 14 that sandwich the fixing portion 15 and seal the weight 16 and the beam 17. The weight 16 is fixed to the fixing portion 15 by applying acceleration to the main body.
Relative to the reference. In the beam 17 of the tip 12, a strain gauge portion (not shown) whose electric resistance changes according to the amount of mechanical deformation of the beam 17 bent by the displacement of the weight 16
However, on the fixed portion 15 of the chip 12, an electric circuit (not shown) for guiding the electric signal of the gauge portion to the outside and an external electrode 18 are formed.
【0004】このような構造を備えることにより、加速
度センサ11に加速度が加わると、錘16に慣性力が働
いて加速度とは逆方向に錘16が変位する。この変位に
応じて梁17が撓み、梁17内に拡散形成された抵抗素
子の電気抵抗がピエゾ抵抗効果により変化する。ピエゾ
抵抗型の加速度センサ11は、その抵抗変化量を検出し
て加速度を測定するものである。尚、上蓋13及び下蓋
14の内面には、錘16の過大変位による梁17の破壊
を防止するために、錘16に向かって突出するストッパ
19が設けられている。With such a structure, when acceleration is applied to the acceleration sensor 11, an inertial force acts on the weight 16 to displace the weight 16 in a direction opposite to the acceleration. The beam 17 bends in accordance with this displacement, and the electric resistance of the resistive element diffused and formed in the beam 17 changes due to the piezoresistance effect. The piezoresistive acceleration sensor 11 detects the amount of change in resistance and measures acceleration. In addition, stoppers 19 projecting toward the weight 16 are provided on the inner surfaces of the upper lid 13 and the lower lid 14 in order to prevent the beam 17 from being broken due to excessive displacement of the weight 16.
【0005】一方、容量型の加速度センサとは、構造的
には例えば図6に示すように、ピエゾ抵抗型と同じく固
定部25、錘26及び梁27よりなるシリコンSiチッ
プ22と、パイレックスガラス製蓋23,24とからな
る。そして、錘26は、本体に加速度が加わることによ
って固定部25を基準として相対的に変位する点でもピ
エゾ抵抗型と同様である。但し、チップ22の梁27内
には抵抗素子が形成されておらず、錘26の両主面に対
向する上下両蓋23,24の内面にそれぞれ電極28,
29が形成され、錘26と電極28,29との間の空隙
をもってコンデンサを構成する。On the other hand, as shown in FIG. 6, for example, as shown in FIG. 6, the capacitive type acceleration sensor is composed of a silicon Si chip 22 comprising a fixed portion 25, a weight 26 and a beam 27, and a Pyrex glass. It comprises lids 23 and 24. The weight 26 is also similar to the piezoresistive type in that the weight 26 is relatively displaced with respect to the fixed portion 25 when acceleration is applied to the main body. However, no resistive element is formed in the beam 27 of the chip 22, and electrodes 28, 28 are respectively provided on the inner surfaces of the upper and lower lids 23, 24 facing both main surfaces of the weight 26.
29 are formed, and a gap is formed between the weight 26 and the electrodes 28 and 29 to form a capacitor.
【0006】センサ21に加速度が加わると、ピエゾ型
の場合と同様に錘26が変位する。この変位に応じて錘
26と電極28(29)との距離が変わる。すなわち、
錘26と上部電極28との距離が増し(又は減り)、錘
26と下部電極29との距離が減り(又は増し)、上下
の静電容量に差が生じる。従って、相補型方形波電圧を
上下両電極28,29にそれぞれ印加すると、加速度が
加わらないときは相殺されて出力がゼロとなるが、加速
度が加わると静電容量差によって方形波が出力される。
容量型の加速度センサ21は、その方形波を検出して加
速度を測定するものである。これらピエゾ抵抗型及び容
量型の加速度センサの製造方法は、簡単に述べると次の
通りである。When acceleration is applied to the sensor 21, the weight 26 is displaced as in the case of the piezo type. The distance between the weight 26 and the electrode 28 (29) changes according to this displacement. That is,
The distance between the weight 26 and the upper electrode 28 increases (or decreases), the distance between the weight 26 and the lower electrode 29 decreases (or increases), and a difference occurs between the upper and lower capacitances. Therefore, when a complementary square wave voltage is applied to the upper and lower electrodes 28 and 29, respectively, when no acceleration is applied, the output is canceled and the output becomes zero. However, when acceleration is applied, a square wave is output due to a capacitance difference. .
The capacitive acceleration sensor 21 detects the square wave and measures the acceleration. The method of manufacturing these piezoresistive and capacitive acceleration sensors will be briefly described as follows.
【0007】先ず、ピエゾ抵抗型の場合、公知の半導体
チップの製造方法と同様にして、n型半導体よりなるシ
リコンSiウェハーの片側主面(面方位(100))にp型
半導体よりなる低抵抗拡散リード、ピエゾ抵抗及びAl
電極を形成する。次にSiの酸化膜を全表面に設けた
後、フォトリソグラフィ工程にて前記ピエゾ抵抗形成面
と反対側の面に方形環状のSiを露出させる。そして、
その露出部分より前記ピエゾ抵抗形成面に向かって水酸
化カリウムKOH水溶液にて異方性エッチングを行う。
このエッチングにより、梁に相当する部分のみ所定の厚
さ(通常8〜20μm程度)だけ残し、その他の部分を
くり貫く。こうして、くり貫き部分の内側が錘、外側が
固定部、所定厚さだけ残された薄肉部が梁となる。ウェ
ハーをエッチング液から取り出し、洗浄し乾燥し、Si
チップの両主面に蓋を陽極接合する。その後に個々のチ
ップに切断する。こうして加速度センサが完成する。First, in the case of the piezoresistive type, a low resistance of a p-type semiconductor is formed on one main surface (plane orientation (100)) of a silicon Si wafer of an n-type semiconductor in the same manner as in a known semiconductor chip manufacturing method. Diffusion lead, piezoresistor and Al
Form electrodes. Next, after an Si oxide film is provided on the entire surface, rectangular annular Si is exposed on the surface opposite to the piezoresistor forming surface in a photolithography process. And
Anisotropic etching is performed from the exposed portion toward the piezoresistive surface with an aqueous solution of potassium hydroxide KOH.
By this etching, only a portion corresponding to the beam is left with a predetermined thickness (usually about 8 to 20 μm), and the other portions are pierced. In this manner, the inside of the hollowed portion becomes the weight, the outside is the fixed portion, and the thin portion left by a predetermined thickness becomes the beam. The wafer is removed from the etching solution, washed and dried, and
A lid is anodically bonded to both major surfaces of the chip. Thereafter, it is cut into individual chips. Thus, the acceleration sensor is completed.
【0008】容量型の場合、低抵抗拡散リード、ピエゾ
抵抗及びAl電極を有していないシリコンSiウェハー
を準備し、梁に相当する部分が厚さ方向の中央に位置す
るように、両側主面より異方性エッチングを行う以外、
ピエゾ抵抗型とほぼ同様の工程を経ることにより製造さ
れる。In the case of the capacitive type, a silicon Si wafer having no low-resistance diffusion lead, piezoresistor, and Al electrode is prepared, and the main surfaces on both sides are arranged so that the portion corresponding to the beam is located at the center in the thickness direction. Other than performing more anisotropic etching,
It is manufactured through substantially the same process as the piezoresistive type.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】いずれのタイプの加速
度センサにおいても、チップに蓋が接合された後は、既
述のように、蓋の内面に、錘に向かって突出するストッ
パが設けられているので、錘が過大変位することはな
く、従って、梁の破壊が未然に防止される。In any type of acceleration sensor, after the lid is joined to the chip, as described above, the stopper is provided on the inner surface of the lid toward the weight. As a result, the weight is not excessively displaced, so that the beam is prevented from being broken.
【0010】しかし、異方性エッチング後、蓋が接合さ
れる迄の間は、錘を支えているのは薄肉の梁のみであ
る。従って、ウェハーをエッチング液から取り出す際、
洗浄する際、個々のチップに切断する際又は蓋と組み合
わせる際に、相当な注意をしていても梁が破壊してしま
い、不良チップが多数発生する。その結果、従来の加速
度センサの製造過程は、製品歩留まりが非常に低かっ
た。かといって、梁の厚さをもっと厚くするとセンサの
感度が鈍ってしまう。すなわち、従来、センサの感度向
上と歩留まり向上とは両立し得ない課題があった。However, after the anisotropic etching, until the lid is joined, only the thin beam supports the weight. Therefore, when removing the wafer from the etchant,
When cleaning, cutting into individual chips or combining with a lid, even with great care, the beam is broken, and many defective chips are generated. As a result, the production yield of the conventional acceleration sensor was very low. However, increasing the thickness of the beam reduces the sensitivity of the sensor. That is, conventionally, there has been a problem that the improvement of the sensitivity of the sensor and the improvement of the yield cannot be compatible.
【0011】この発明の目的は、このような課題を解決
し、製造過程での梁の破壊を防止し、感度向上と歩留ま
り向上とを両立できる加速度センサの製造方法を提供す
ることにある。An object of the present invention is to provide a method of manufacturing an acceleration sensor which solves such a problem, prevents a beam from being broken in a manufacturing process, and can achieve both improvement in sensitivity and improvement in yield.
【0012】[0012]
【0013】[0013]
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するこの
発明の加速度センサ製造方法は、 固定部、錘及び錘と固
定部とを可撓性をもって連結する複数の梁を備えたチッ
プを準備し、このチップの錘及び梁を蓋によって封止し
た後、少なくとも一つの所望の梁が残るように他の梁を
切断することを特徴とする。上記チップは、好ましくは
梁内にピエゾ抵抗効果を生じるゲージ部が形成され、し
かもゲージ部の電気抵抗を外部に導く電気回路が配線さ
れたものである。 The present invention achieves the above object.
The method for manufacturing an acceleration sensor according to the invention includes preparing a chip having a fixed portion, a weight, and a plurality of beams that flexibly connect the weight and the fixed portion, and sealing the weight and the beam of the chip with a lid. The method is characterized in that other beams are cut so that at least one desired beam remains. The chip preferably has a gage portion for generating a piezoresistive effect formed in the beam, and an electric circuit for guiding the electric resistance of the gage portion to the outside.
【0015】この製造方法において、望ましいのは、梁
を切断する前のチップが、錘を中心として幾何学的に対
称な形状をしている場合である。同じく望ましいのは、
蓋の少なくとも梁を覗くことができる部分がガラスより
なり、切断がそのガラスを透過するレーザーにて行われ
る場合である。In this manufacturing method, it is desirable that the tip before cutting the beam has a geometrically symmetrical shape around the weight. Also desirable is that
This is the case where at least a portion of the lid that can be seen through the beam is made of glass, and the cutting is performed with a laser that passes through the glass.
【0016】[0016]
【作用】蓋によって封止する迄は、複数(例えばn本)
の梁にて錘を支えているから、錘に対して不測の力が加
わっても1本の梁に作用する力は、1本の梁で支えてい
る場合の1/nに減る。従って、梁が破壊しにくく、梁
の厚さを薄くすることができる。また、蓋によって封止
した後は、不要の梁が切断されるので、梁の厚さに応じ
て切断前の梁の数を増減すれば良い。[Action] Until sealed with a lid, a plurality (for example, n pieces)
Since the weight is supported by the beam, the force acting on one beam even when an unexpected force is applied to the weight is reduced to 1 / n of that when the weight is supported by one beam. Therefore, the beam is not easily broken, and the thickness of the beam can be reduced. Further, after sealing with the lid, unnecessary beams are cut, so the number of beams before cutting may be increased or decreased according to the thickness of the beams.
【0017】梁内にピエゾ抵抗効果を生じるゲージ部が
形成されたピエゾ抵抗型センサの場合、抵抗値が規定範
囲に属する梁を残し、その他の梁を切断することによ
り、抵抗値のばらつきを少なくすることができる。特
に、梁内の抵抗が、各梁毎に線形的に異なるように設計
されていると、多少抵抗値がばらついたとしても、少な
くともいずれかの梁内の抵抗が規定値に合致する。例え
ば、梁の配列順に徐々に抵抗値が増加するように設計し
ておき、蓋によって封止した後、梁の配列順に抵抗値を
測定し、抵抗が規定値に合致したところの梁を残して、
他の梁を切断すれば良い。In the case of a piezoresistive sensor in which a gauge portion that produces a piezoresistive effect is formed in a beam, the variation in the resistance value is reduced by leaving the beam whose resistance value falls within a specified range and cutting the other beams. can do. In particular, if the resistance in the beam is designed to be linearly different for each beam, the resistance in at least one of the beams matches the specified value even if the resistance value slightly varies. For example, it is designed so that the resistance value gradually increases in the arrangement order of the beams, and after sealing with the lid, the resistance value is measured in the arrangement order of the beams, and the beams where the resistance matches the specified value are left. ,
The other beams may be cut.
【0018】梁を切断する前のチップが、錘を中心とし
て幾何学的に対称な形状をしている場合、どの梁も同じ
機械的性質を有する。従って、チップ間で梁の可撓性の
ばらつきを少なくすることができる。また、切断する梁
を誤るおそれがない。If the tip before cutting the beams has a geometrically symmetric shape about the weight, all beams have the same mechanical properties. Therefore, it is possible to reduce the variation in the flexibility of the beam between the chips. Further, there is no possibility that the beam to be cut is mistaken.
【0019】蓋の少なくとも梁を覗くことができる部分
をガラスで構成し、そのガラスを透過するレーザーにて
梁の切断を行うと、梁の面積が微細であっても瞬時且つ
正確に切断操作を実行することが可能となる。When at least a portion of the lid through which the beam can be seen is made of glass, and the beam is cut by a laser transmitting through the glass, the cutting operation can be performed instantaneously and accurately even if the area of the beam is minute. It is possible to execute.
【0020】[0020]
【実施例】この発明の実施例を図面を参照しながら説明
する。図1は、ピエゾ抵抗型加速度センサを示し、
(A)は、その平面図、(B)は、(A)のX−Y線に
沿って切断したところを左から眺めた断面図、(C)
は、(A)のP−Q線に沿う断面図である。図2は、上
記加速度センサの組立前における主要部品としてのSi
チップの平面図、図3は、それを長尺方向に二等分断し
たところの断面図、図4は、底面図である。An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a piezoresistive acceleration sensor,
(A) is a plan view thereof, (B) is a cross-sectional view taken along the line X-Y of (A) viewed from the left, (C)
FIG. 3A is a cross-sectional view along the line PQ in FIG. FIG. 2 shows Si as a main component before assembling the acceleration sensor.
FIG. 3 is a plan view of the chip, FIG. 3 is a cross-sectional view of the chip bisected in the longitudinal direction, and FIG. 4 is a bottom view.
【0021】[加速度センサの構造]ピエゾ抵抗型加速
度センサ(以下、単に「センサ」ともいう。)1は、面
方位(100)、厚み300μm、長辺5.0mm、短
辺3.0mmの半導体Siチップ2と、このチップ2の
上下両主面にそれぞれ接合されたパイレックスガラス製
の上蓋3及び下蓋4とからなる。センサ1は、P−Q線
を中心として前後対称の形状をなしている。また、X−
Y線を中心としても後述の一部分を除くほか左右対称と
なっている。[Structure of Acceleration Sensor] A piezoresistive acceleration sensor (hereinafter, also simply referred to as “sensor”) 1 is a semiconductor having a plane orientation (100), a thickness of 300 μm, a long side of 5.0 mm, and a short side of 3.0 mm. It comprises an Si chip 2 and an upper lid 3 and a lower lid 4 made of Pyrex glass joined to the upper and lower main surfaces of the chip 2 respectively. The sensor 1 has a symmetrical shape with respect to the PQ line. Also, X-
It is symmetric about the Y line except for a part described later.
【0022】チップ2は、方形枠状の固定部5と、セン
サ1本体に加速度が加わることによって固定部5を基準
として相対的に変位する矩形の錘6と、この錘6と固定
部5とを一体的に連結する厚さ8μm、幅200μmの
梁7とからなる。そして、梁7は、可撓性を有し、錘6
の変位によって撓む。しかも、梁7内には、梁7の変形
量に応じてピエゾ抵抗効果を生じるp型拡散抵抗よりな
るゲージ部8が形成されている。The chip 2 includes a rectangular frame-shaped fixing portion 5, a rectangular weight 6 relatively displaced with respect to the fixing portion 5 when acceleration is applied to the main body of the sensor 1, and the weight 6 and the fixing portion 5. And a beam 7 having a thickness of 8 μm and a width of 200 μm. The beam 7 has flexibility and the weight 6
Bends due to the displacement of In addition, a gauge portion 8 made of a p-type diffusion resistance that produces a piezoresistive effect according to the amount of deformation of the beam 7 is formed in the beam 7.
【0023】尚、錘6及び梁7は、固定部5を挟む上蓋
3と下蓋4によって気密封止されている。従って、ゲー
ジ部8の電気抵抗を検出するために、p型拡散低抵抗に
よるリード9が、錘6の端から二股状に梁7内を経由し
て上蓋3の外へ出て固定部5の外部表面にまで形成され
ており、リード9の端部にはAlの電極端子91が形成
されている。The weight 6 and the beam 7 are hermetically sealed by the upper lid 3 and the lower lid 4 sandwiching the fixing portion 5. Therefore, in order to detect the electric resistance of the gauge part 8, the lead 9 due to the p-type diffusion low resistance goes out of the upper lid 3 via the inside of the beam 7 in a bifurcated manner from the end of the weight 6, and It is formed up to the outer surface, and an electrode terminal 91 of Al is formed at the end of the lead 9.
【0024】一方、X−Y線を中心軸として梁7の対称
位置には、梁7と同形同質の梁を切断した痕7’が残っ
ている。上蓋3及び下蓋4は、内側面の中央部が外周部
より薄くなっており、しかもその中央部には、上蓋3に
4つ、下蓋4に1つのストッパ31・・・31,41が
錘6に向けて突出しており、錘6の振幅を制限してい
る。On the other hand, at the symmetric position of the beam 7 about the XY line as a central axis, a mark 7 'obtained by cutting a beam having the same shape and the same quality as the beam 7 remains. The upper lid 3 and the lower lid 4 are thinner at the central portion of the inner surface than the outer peripheral portion, and at the central portion, four stoppers 31... It protrudes toward the weight 6 and limits the amplitude of the weight 6.
【0025】[加速度センサの製造方法]上記センサ1
は、大別して(1)固定部5、錘6及び複数の梁7を備
えたチップ2を準備する工程、(2)錘6及び梁7を上
下の蓋3,4によって気密封止する工程、(3)その
後、少なくとも一つの所望の梁7が残るように他の梁を
切断する工程を経て製造される。以下、工程順に説明す
る。[Method of Manufacturing Acceleration Sensor] Sensor 1
Are roughly divided into (1) a step of preparing the chip 2 having the fixing portion 5, the weight 6, and the plurality of beams 7, (2) a step of hermetically sealing the weight 6 and the beam 7 with the upper and lower lids 3, 4. (3) Thereafter, it is manufactured through a step of cutting another beam so that at least one desired beam 7 remains. Hereinafter, description will be made in the order of steps.
【0026】先ず、(100)面を主面とするシリコン
Siウェハー(図示省略)の表面を高温酸化して、酸化
ケイ素皮膜を設ける。その上にフォトレジストを塗布
し、露光及びエッチングを経てリード9のパターンにシ
リコンSiを露出させる。First, the surface of a silicon Si wafer (not shown) having the (100) plane as a main surface is oxidized at a high temperature to provide a silicon oxide film. A photoresist is applied thereon, and the silicon Si is exposed to the pattern of the lead 9 through exposure and etching.
【0027】次いでこのようにして得た複数のシリコン
Siウェハーを複数のBN板と交互に並べて石英ボート
に載せ、石英チューブ中、窒素ガスを流しながら温度1
100℃で抵抗加熱を行う。そうすると、露出したSi
ウェハー部分にホウ素Bが拡散し、その部分のみp型半
導体となり、酸化ケイ素皮膜にて覆われた部分はn型半
導体として残る。同様のフォトリソグラフィ工程にてゲ
ージ部8に該当する部分の酸化膜を除去し、再びホウ素
Bを拡散させることにより、ゲージ部8にピエゾ抵抗が
形成され、これに連なる上記p型半導体部分は、リード
9となる。その後、電極端子設置部分の酸化膜を除去
し、Alを全面蒸着し、フォトリソグラフィ工程にてリ
ード上にAlの電極端子91を4つ形成する(図2参
照)。Next, the plurality of silicon Si wafers thus obtained are alternately arranged with a plurality of BN plates, placed on a quartz boat, and heated in a quartz tube at a temperature of 1 while flowing nitrogen gas.
Perform resistance heating at 100 ° C. Then, the exposed Si
Boron B diffuses into the wafer portion, and only that portion becomes a p-type semiconductor, and the portion covered with the silicon oxide film remains as an n-type semiconductor. By removing the oxide film in the portion corresponding to the gauge portion 8 in the same photolithography process and again diffusing boron B, a piezoresistor is formed in the gauge portion 8, and the p-type semiconductor portion connected to the Lead 9 is obtained. Thereafter, the oxide film at the electrode terminal installation portion is removed, Al is vapor-deposited on the entire surface, and four Al electrode terminals 91 are formed on the leads by a photolithography process (see FIG. 2).
【0028】次に、図4の寸法パターンを1つとする多
数の周期的に配列したパターンが得られるように、フォ
トリソグラフィ工程にて前記ピエゾ抵抗形成面と反対側
の面に方形環状のSiを露出させる。但し、この段階で
は梁を形成する部分の酸化膜を残しておく。そして、A
lの電極端子側のシリコンSiウェハーの表面を水酸化
カリウムKOHに侵されないよう保護板を貼り合わせて
から、反対側表面の露出部分より前記ピエゾ抵抗形成面
に向かって水酸化カリウムKOH水溶液にて第一次の異
方性エッチングを行う。続いて梁を形成する表面のSi
酸化膜をフォトリソグラフィ工程にて除去した後、同様
に第二次の異方性エッチングを繰り返す。Next, in order to obtain a large number of periodically arranged patterns having one dimension pattern in FIG. 4, a rectangular annular Si is formed on the surface opposite to the piezoresistor forming surface by a photolithography process. Expose. However, at this stage, a portion of the oxide film for forming the beam is left. And A
1) A protective plate is attached to the surface of the silicon Si wafer on the electrode terminal side so as not to be attacked by potassium hydroxide KOH, and then exposed from the exposed portion of the opposite surface toward the piezoresistance forming surface with an aqueous solution of potassium hydroxide KOH. First anisotropic etching is performed. Subsequently, the Si on the surface forming the beam
After the oxide film is removed by the photolithography process, the secondary anisotropic etching is similarly repeated.
【0029】これらのエッチングにより、梁7に相当す
る部分(本例では紙面の左右に2箇所)のみ8μmの厚
さだけ残し、その他の部分を断面台形状にくり貫く。こ
の場合、結晶学的に(111)面は(100)面に比べ
てエッチングされ難いので、エッチング液は、(11
1)面方向、すなわち、ウェハーの主面に対して54.
7°方向に浸食する。従って、エッチング開始面におい
てSiを露出させる方形環状の面積を決めることによ
り、計算値通りに正確にエッチングすることができる。
こうして、くり貫き部分の内側が錘6、外側が固定部
5、所定厚さだけ残された2箇所の薄肉部が梁7,7と
なる(図3参照)。By these etchings, only the portion corresponding to the beam 7 (in this example, two places on the left and right sides of the paper) is left with a thickness of 8 μm, and the other portions are penetrated into a trapezoidal cross section. In this case, since the (111) plane is harder to be etched than the (100) plane crystallographically, the etching solution is (11)
1) Plane direction, that is, with respect to the main surface of the wafer
Erosion in 7 ° direction. Therefore, by determining the area of the rectangular ring that exposes Si on the etching start surface, the etching can be performed accurately as calculated.
Thus, the weight 6 is on the inside of the hollow portion, the fixing portion 5 is on the outside, and the two thin portions left by a predetermined thickness become the beams 7, 7 (see FIG. 3).
【0030】ウェハーをエッチング液から取り出し、保
護板を外して洗浄し乾燥した後に、Siチップの両主面
に上下の蓋3,4を陽極接合する。そして、個々のチッ
プ2,2・・・2に切断する。After the wafer is taken out of the etching solution, the protective plate is removed, washed and dried, the upper and lower lids 3 and 4 are anodically bonded to both main surfaces of the Si chip. Then, the individual chips 2, 2,... 2 are cut.
【0031】最後に、電極端子91に抵抗計(図示省
略)のプローブを当てて左右のゲージ部8,8の抵抗値
を測定する。そして、その抵抗値が規定値に近い方の梁
7(本例では図面の左側)を残すこととし、他方の梁7
(同右側)に発振波長1.06μmのYAGレーザーを
ガラス製の上蓋3越しに照射してその梁を切断する。こ
うして加速度センサ1が完成する。尚、照射するレーザ
ーは、上蓋3を透過する性質のものでシリコンが切断で
きる光であれば良く、例えばYAGレーザーに代えてA
rレーザーを用いることも可能である。Lastly, a probe of a resistance meter (not shown) is applied to the electrode terminal 91 to measure the resistance value of the left and right gauge portions 8. Then, the beam 7 whose resistance value is closer to the specified value (the left side of the drawing in this example) is left, and the other beam 7 is left.
(The right side) is irradiated with a YAG laser having an oscillation wavelength of 1.06 μm through the glass upper lid 3 to cut the beam. Thus, the acceleration sensor 1 is completed. The laser to be irradiated may be any light having a property of transmitting the upper lid 3 and capable of cutting silicon. For example, A laser may be used instead of the YAG laser.
It is also possible to use an r laser.
【0032】[作用効果]本例の加速度センサの場合、
上下の蓋3,4によって封止する前は、2本の梁7,7
にて錘6を支えているから(図2〜4)、錘6に対して
不測の力が加わっても1本の梁に作用する力は、1本の
梁で支えている場合の1/2に減る。従って、梁が破壊
しにくく、梁の厚さを薄くすることができた。その結
果、梁の厚さを5μmまで薄くしても90%以上の歩留
まりが達成できた。[Function and Effect] In the case of the acceleration sensor of this embodiment,
Before sealing with the upper and lower lids 3, 4, the two beams 7, 7
Since the weight 6 is supported at (FIGS. 2 to 4), even if an unexpected force is applied to the weight 6, the force acting on one beam is 1 / the value of the case of supporting with one beam. Reduce to 2. Therefore, the beam was not easily broken, and the thickness of the beam could be reduced. As a result, even if the thickness of the beam was reduced to 5 μm, a yield of 90% or more could be achieved.
【0033】また、抵抗値が規定範囲に属する梁のみを
残し、他方の梁を切断することにより、抵抗のばらつき
を少なくすることができた。そして、結果として加速度
に対する感度のばらつきが少なくできた。Further, by leaving only the beam whose resistance value falls within the specified range and cutting the other beam, the variation in resistance could be reduced. As a result, variation in sensitivity to acceleration was reduced.
【0034】梁7,7を切断する前のチップ2が、錘6
を中心として幾何学的に対称な形状をしているので、ど
ちらの梁7,7を切断しても抵抗値以外の設計仕様条件
を充足することができる。The chip 2 before cutting the beams 7, 7 is
Is geometrically symmetrical with respect to the center of the beam, so that any of the beams 7, 7 can be cut to satisfy the design specification conditions other than the resistance value.
【0035】上蓋3をパイレックスガラス製とし、その
ガラスを透過するYAGレーザーにて梁の切断を行うの
で、梁の面積が微細であっても瞬時且つ正確に切断操作
を実行することができた。更に、上蓋3をパイレックス
ガラス製としているので、完成後にセンサ内部の様子を
知ることができるようになった。Since the upper lid 3 is made of Pyrex glass and the beam is cut by a YAG laser penetrating the glass, the cutting operation can be performed instantaneously and accurately even if the area of the beam is fine. Further, since the upper lid 3 is made of Pyrex glass, it is possible to know the inside of the sensor after completion.
【0036】[0036]
【発明の効果】以上の通り、この発明によれば、たとえ
梁を薄くしても製造工程における加速度センサの梁の破
壊を未然に防止することができる。従って、センサの感
度向上と歩留まり向上とが両立する。As described above, according to the present invention, even if the beam is thinned, it is possible to prevent the beam of the acceleration sensor from being broken in the manufacturing process. Therefore, both improvement in sensor sensitivity and improvement in yield can be achieved.
【図1】実施例のピエゾ抵抗型加速度センサを示し、
(A)は、その平面図、(B)は、(A)のX−Y線に
沿って切断したところを左から眺めた断面図、(C)
は、(A)のP−Q線に沿う断面図である。FIG. 1 shows a piezoresistive acceleration sensor according to an embodiment;
(A) is a plan view thereof, (B) is a cross-sectional view taken along the line X-Y of (A) viewed from the left, (C)
FIG. 3A is a cross-sectional view along the line PQ in FIG.
【図2】図1の加速度センサの主要部品としてのSiチ
ップの平面図である。FIG. 2 is a plan view of a Si chip as a main component of the acceleration sensor of FIG.
【図3】図3は、図2のSiチップを長尺方向に二等分
断したところの断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the Si chip of FIG. 2 cut into two in the longitudinal direction.
【図4】図1の加速度センサの主要部品としてのSiチ
ップの底面図である。FIG. 4 is a bottom view of a Si chip as a main component of the acceleration sensor of FIG.
【図5】従来のピエゾ抵抗型加速度センサの断面図であ
る。FIG. 5 is a sectional view of a conventional piezoresistive acceleration sensor.
【図6】従来の容量型加速度センサの断面図である。FIG. 6 is a sectional view of a conventional capacitive acceleration sensor.
1,11,21…加速度センサ 2,12,22
…半導体Siチップ 3,13,23…上蓋 4,14,24
…下蓋 5,15,25…固定部 6,16,26
…錘 7,17,27…梁 8
…ゲージ部1,11,21 ... acceleration sensor 2,12,22
... Semiconductor Si chip 3,13,23 ... Top cover 4,14,24
… Lower lids 5,15,25… Fixed parts 6,16,26
... weight 7, 17, 27 ... beam 8
… Gauge part
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01P 15/12 H01L 29/84Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) G01P 15/12 H01L 29/84
Claims (5)
もって連結する複数の梁を備えたチップを準備し、この
チップの錘及び梁を蓋によって封止した後、少なくとも
一つの所望の梁が残るように他の梁を切断することを特
徴とする加速度センサの製造方法。1. A chip having a fixing portion, a weight, and a plurality of beams for connecting the weight and the fixing portion with flexibility is prepared, and after the weight and the beam of the chip are sealed with a lid, at least one of the chips is provided. A method of manufacturing an acceleration sensor, comprising cutting another beam so that a desired beam remains.
果を生じるゲージ部が形成され、しかもゲージ部の電気
抵抗を外部に導く電気回路が配線されたものである請求
項1に記載の加速度センサの製造方法。2. The acceleration according to claim 1 , wherein the prepared chip has a gauge portion for generating a piezoresistive effect formed in the beam, and an electric circuit for guiding the electric resistance of the gauge portion to the outside is wired. Manufacturing method of sensor.
ように設計されている請求項2に記載の加速度センサの
製造方法。3. The method for manufacturing an acceleration sensor according to claim 2 , wherein the resistance in the beam is designed to be linearly different for each beam.
して幾何学的に対称な形状をしている請求項1〜3のい
ずれかに記載の加速度センサの製造方法。Wherein the chip before cutting the beam, in the manufacturing method for the acceleration sensor according to claim 1 has a geometrically symmetrical shape around the spindle.
分がガラスよりなり、切断がそのガラスを透過するレー
ザーにて行われる請求項1〜4のいずれかに記載の加速
度センサの製造方法。5. A portion can be viewed at least the beam of the lid made of glass, a manufacturing method of an acceleration sensor according to claim 1, cutting is performed by a laser that transmits the glass.
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JP5257606A JP2775578B2 (en) | 1993-09-20 | 1993-09-20 | Acceleration sensor and manufacturing method thereof |
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JP5257606A JP2775578B2 (en) | 1993-09-20 | 1993-09-20 | Acceleration sensor and manufacturing method thereof |
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JPH0792188A JPH0792188A (en) | 1995-04-07 |
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-
1993
- 1993-09-20 JP JP5257606A patent/JP2775578B2/en not_active Expired - Lifetime
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