JP3580179B2 - 半導体加速度センサの製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体加速度センサの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図13と図14は、従来の半導体加速度センサの一例の構成図である。半導体加速度センサはセンサチップ1にゲージ抵抗6が形成され、このゲージ抵抗6の裏面には重りであるマス部5を支持する薄肉の支持体(カンチレバー或いはビームとも言われ、以下カンチレバーと称する)4が形成されている。
【0003】
ここで加速度αがセンサチップ1と垂直方向に加えられると、マス部5に力F=mαが発生する。
【0004】
この力Fによってカンチレバー4が撓んで、表面に歪みが発生し、この歪みによってゲージ抵抗6の値が変化する。カンチレバー4上には4個のゲージ抵抗6…が配設され、これらをブリッジ接続して加速度に比例した電圧信号を得ることで、加速度を検出する。
【0005】
このような構造の半導体加速度センサを一般的にカンチレバー型の半導体加速度センサと呼んでいる。
【0006】
従来の半導体加速度センサは次のようにして製造される。まず、結晶面が(100)のシリコン単結晶のウェハを酸化して酸化膜8を形成した後、将来カンチレバー4及びマス部5を形成すべき領域の酸化膜8だけを、フォトリソ技術により、コの字型に近い形状で除去する。次に酸化膜8をエッチングマスクとしてシリコンのエッチングを行う。エッチングの深さは、一般に6μmから30μm程度である。そして再度酸化を行い、アルミのコンタクトをとるために、P+拡散層を形成する。続いて、イオン注入により拡散ゲージ抵抗(以下ゲージ抵抗という)6を2つのカンチレバー4上に各2本、互いにブリッジとなるように組み合わせて形成する。
【0007】
最後に、ゲージ抵抗6と接続したP+拡散層の配線11に、アルミ配線13をコンタクト部12で接続するとともに、このアルミ配線13を、センサチップ1の周辺部に形成したワイヤボンディング用のパッド14と接続し、更にこのパッド14に、外部端子の電源用配線と出力配線を、ワイヤボンディングで接続する。15は配線のワイヤを示す。
【0008】
さらに、アルミ配線13の保護膜として、窒化膜でパッシベーションする。続いて、上ガラスストッパー2と接合するアルミ薄膜7を形成し、このアルミ薄膜7を窒化膜でパッシベーションする。そして、センサチップ1の裏面からアルカリ異方性エッチングにより、カンチレバー4を薄くするとともに、マス部5の周囲を貫通させ、コの字型に近い形状のスリット10を形成する。
【0009】
その後、アルミ配線13、ボンディングパッド14、ガラスストッパー2と接合するアルミ薄膜7上の窒化膜を除去する。図中9は残った窒化膜を示す。
【0010】
こうしてできたカンチレバー4と、重しとなるマス部5の上下側に、ガラスストッパー2,3を陽極接合により接合してエアーダンピング構造を形成する。上下ガラスストッパー2,3内の空間をキャビティと言う。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
上述したようなシリコン半導体加速度センサの製造方法では、カンチレバー4を一度形成すると、その取り扱いが非常に難しく、薬液や純水での洗浄、ウェハ搬送、ガラスストッパー接合、ウェハのダイシング、基板へのダイボンド、ワイヤボンド等の工程で、振動がカンチレバー4に加わってカンチレバー4が破損することが多く、そのため最終の特性検査まで破損せずに到達するものは、数割以下であり、収率が相当低かつた。従って非常にコスト高となり、安価で且つ高感度の小型の半導体加速度センサを製造することができなかった。
【0012】
本発明は、上述の点に鑑みて為されたもので、その目的とするところは、製造工程途中でのカンチレバーの破損が無く、組立て作業を容易に行うことのできる半導体加速度センサの製造方法を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
目的を達成するために、請求項1の発明では、マス部と、該マス部をスリットを介して囲むように設けられたセンサチップと、該センサチップとマス部との間を弾性を有するビームにより連結してマス部を支持する支持体と、該支持体上に形成されたゲージ抵抗と、センサチップ両面にガラスストッパーが夫々接合された半導体加速度センサの製造方法において、マス部の外周の一ヶ所以上と、センサチップとを、マス部とセンサチップとの間のスリットを亘るように形成した金薄膜とアルミ薄膜の2層構造からなる薄膜ブリッジで固定するとともに該薄膜ブリッジに電流を流すための通電路をセンサチップに設け、センサチップの両面にガラスストッパーを接合した後、個々のセンサチップをダイシングし、該ダイシング後に、約150℃以上の熱を加えて前記薄膜ブリッジに金とアルミからなる金属間化合物を形成してから、薄膜ブリッジの両端に通電路を介して印加することにより該薄膜ブリッジに電流を流して該薄膜ブリッジを溶断し、支持体を可動とすることを特徴とする。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下本発明を基本例及び実施形態により説明する。
【0022】
(基本例1)
図1はガラスストッパーを接合する前の本基本例のセンサチップ1の平面図を示している。
【0023】
本基本例の半導体加速度センサを製造するに当たっては、上述の従来例と同様にまず結晶面が(100)のシリコン単結晶のウェハを酸化して酸化膜を形成した後、将来カンチレバー4及びマス部5を形成すべき領域の酸化膜だけを、フォトリソ技術により、コの字型に近い形状で除去する。次に酸化膜をエッチングマスクとしてシリコンのエッチングを行う。エッチングの深さは一般に6μmから30μm程度である。そして再度酸化を行い、アルミ配線とのコンタクトをとるために、P+拡散層を形成する。続いてイオン注入により拡散ゲージ抵抗からなるゲージ抵抗6を2つのカンチレバー4上に各2本、互いにブリッジとなるように組み合わせて形成する。
【0024】
次に、アルミのスパッタリングとシンターリング(約450℃)を行い、アルミ配線13と、ワイヤボンディング用パッド14と、電圧印加用パッド16,16と、マス部5の上面の部位にワイヤボンディングするためのパッド14’とを形成する。
【0025】
このとき、ゲージ抵抗6と接続したP+拡散層の配線11に、アルミ配線13がコンタクト部12で接続され、このアルミ配線13が、半導体加速度センサのセンサチップ1の周辺部に形成したワイヤボンディング用のパッド14と接続される。
【0026】
さらに、P+拡散層の配線11上の絶縁性保護膜である酸化膜と窒化膜の上に、上ガラスストッパー(図示せず)と接合するアルミ薄膜7も同時に形成する。
【0027】
そしてこのアルミ薄膜7とマス部5の上面のパッド14’とをアルミワイヤボンディングによりアルミワイヤによるブリッジ28を後述するスリット10の部位に対応する位置に形成する。このアルミワイヤボンディングはカンチレバー4の折損を防ぐために、スリット10を貫通形成する前に行う。
【0028】
ブリッジ28は、電流を流した場合に溶断するように、太さを調整して形成される。ここでアルミワイヤの溶断電流は、例えば線径20μmφでは約0.3Aである。このアルミワイヤによるブリッジ28は、スリット10に対して1カ所以上設ければ良い。
【0029】
またアルミワイヤのブリッジ28の一端は、上ガラスストッパー(図示せず)と接合するアルミ薄膜7を通って、電圧印加用パッド16と接続され、また他端はアルミ配線13でマス部5の上面のコンタクト部12に接続され、更に該コンタクト部12からカンチレバー4上と、上ガラスストッパーと接合するアルミ薄膜7下(P+拡散層の配線11とは絶縁されている)とを通ったP+拡散層の配線11とコンタクト部12とアルミ配線13とを介して別の電圧印加用パッド16に接続される。
【0030】
さて各アルミ部位上にレジストをパッシベーションし、その後、センサチップ1の裏面からアルカリ異方性エッチングにより、カンチレバー4を薄くするとともにマス部5の周囲を貫通させ、コの字型に近い形状のスリット10を形成する。
【0031】
その後、アルミ配線13、ワイヤボンディング用のパッド14、上ガラスストッパー(図示せず)と接合するアルミ薄膜7、アルミワイヤによるブリッジ28の夫々の上に形成したレジストを、プラズマアッシャーや有機溶剤等で除去する。こうしてできたカンチレバー4と、重しとなるマス部5の上下側に、上、下ガラスストッパー(図示せず)を陽極接合により接合して、エアーダンピング構造を形成する。そして上記ブリッジ28によりカンチレバー4に過度な加速度が加わることによる破壊(折れ)を防止する。
【0032】
次にダイシングを行い、個々のセンサチップ1に分割する。それから、基板へ接着剤によりダイボンドし、ワイヤボンディング用パッド14と基板の端子とを電気的に接続する。
【0033】
最後に、センサチップ1の電圧印加用パッド16、16に、電源と接続されたプローブ等の端子を当接して両電圧印加用パッド16,16間に電圧を印加することにより通電路を介してアルミワイヤのブリッジ28に電流を流し、該ブリッジ28を溶断する。
【0034】
このブリッジ28を溶断する時期は、少なくとも上、下ガラスストッパー(図示せず)がセンサチップ1に陽極接合された以降の工程であれば良いが、最終工程に近い程、振動、衝撃などの影響が少なく、歩留りが良くなることは言うまでもない。
【0035】
また、センサチップ1の電圧印加用パッド16,16にワイヤボンディングし、基板の端子を介して電圧を印加しても良い。
【0036】
尚図1において配線11は実線で示しているが、絶縁性保護膜である酸化膜と窒化膜により隠れて見えない。以下の基本例及び実施形態の図面においても同様である。
【0037】
(基本例2)
基本例1ではアルミワイヤによってブリッジ28を形成していたが、本基本例では、図2に示すように金ワイヤによるブリッジ29を形成して組み立て工程におけるカンチレバー4の破壊を無くすようにしたものである。
【0038】
本基本例の半導体加速度センサのプロセス工程は基本例1と同じであるので、ここでは説明は省略するが、スリット10に亘る(跨ぐ)ように形成される金ワイヤによるブリッジ29は、電流を流した場合に溶断するように、太さを調整して形成される。この金ワイヤの溶断電流は、例えば線径20μmφでは約0.5Aである。溶断方法は基本例1と同様に電圧印加用パッド16,16に電圧を印加して行う。
【0039】
尚金ワイヤのブリッジ29は耐腐食性が優れており、そのためフッ酸等の酸類でエッチングし、スリット10を形成することも可能で、酸化膜除去などの工程でも腐食して破断することが無い。
【0040】
(基本例3)
図3は本基本例の平面図を示しており、本基本例の半導体加速度センサを製造するに当たっては、上述の従来例と同様にまず結晶面が(100)のシリコン単結晶のウェハを酸化して酸化膜を形成した後、将来カンチレバー4及びマス部5を形成すべき領域の酸化膜だけを、フォトリソ技術により、コの字型に近い形状で除去する。次に酸化膜をエッチングマスクとしてシリコンのエッチングを行う。エッチングの深さは一般に6μmから30μm程度である。そして再度酸化を行い、アルミ配線とのコンタクトをとるために、P+拡散層を形成する。続いてイオン注入により拡散ゲージ抵抗からなるゲージ抵抗6を2つのカンチレバー4上に各2本、互いにブリッジとなるように組み合わせて形成する。
【0041】
次に、アルミのスパッタリングとシンターリング(約450℃)を行い、アルミ配線13と、ワイヤボンディング用パッド14と、電圧印加用パッド16,16と、後述するスリットに対応する部位には薄膜ブリッジ17となるアルミ薄膜を形成する。
【0042】
このとき、ゲージ抵抗6と接続したP+拡散層の配線11に、アルミ配線13がコンタクト部12で接続され、このアルミ配線13が、半導体加速度センサのセンサチップ1の周辺部に形成したワイヤボンディング用のパッド14と接続される。
【0043】
さらに、P+拡散層の配線11上の絶縁性保護膜である酸化膜と窒化膜の上に、上ガラスストッパー(図示せず)と接合するアルミ薄膜7も同時に形成される。
【0044】
スリット10に対応する部位に形成されるアルミの薄膜ブリッジ17は、電流を流した場合に溶断するように、厚さを薄く、幅を細くしてある。アルミの電流密度は1×105A/cm2であるので、これにより例えば厚さを約5000Å、幅を数μm〜約10μmにすれば、数10Vの電圧を印可するだけで溶断できる。このアルミの薄膜ブリッジ17は、1箇所以上設ければ良い。アルミの薄膜ブリッジ17の両端は、アルミ配線13とP+拡散層の配線11とを通って、電圧印加用パッド16、16間に接続されている。アルミ配線13とP+拡散層の配線11はコンタクト部12で接続されている。
【0045】
次に、アルミ部位上に窒化膜又はレジストをパッシベーションする。そして、半導体加速度センサのセンサチップ1の裏面からアルカリ異方性エッチングにより、カンチレバー4を薄くするとともに、マス部5周囲を貫通させ、コの字型に近い形状のスリット10を形成する。
【0046】
このとき、スリット10を亘る(跨ぐ)ようにアルミによる薄膜ブリッジ17が図4に示すように形成される。
【0047】
その後、アルミ配線13、ワイヤボンディング用のパッド14、ガラスストッパー2と接合するアルミ薄膜7、アルミの薄膜ブリッジ17の夫々の上に形成した窒化膜9又はレジストを、プラズマアッシャーや、バッファフッ酸、有機溶剤等で除去する。こうしてできたカンチレバー4と、重しとなるマス部5の上下側に、上下ガラスストッパーを陽極接合により接合し、エアーダンピング構造を形成する。そして薄膜ブリッジ17はカンチレバー4に過度な加速度が加わることによる破壊(折れ)を防止する。
【0048】
次にダイシングを行い、個々のセンサチップ1に分割する。それから、基板へ接着剤によりダイボンドし、ワイヤボンディング用パッド14と基板の端子とを電気的に接続する。
【0049】
最後に、センサチップ1の電圧印加用パッド16、16に、電源と接続されたプローブ等の端子を当接して両電圧印加用パッド16,16間に電圧を印加することにより通電路を介してアルミの薄膜ブリッジ17に電流を流し、該薄膜ブリッジ17を溶断する。ここでセンサチップ1の電圧印加用パッド16,16間に電圧を印加し、薄膜ブリッジ17を溶断する時期は、少なくとも上下ガラスストッパー(図示せず)がセンサチップ1に陽極接合された以降の工程であれば良いが、最終工程に近い程、振動、衝撃などの影響が少なく、歩留りが良くなることは言うまでもない。
【0050】
また、センサチップ1の電圧印加用パッド16,16にワイヤボンディングし、基板の端子を介して電圧を印加しても良い。
(基本例4)
図5、図6は本基本例を示しており、アルミスパッタ以前のプロセス工程は、基本例1とほぼ同じであり、それ以降の工程であってもほぼ同じ工程、構造である箇所については説明を省略する。
【0051】
図6に示す上ガラスストッパー2と接合するアルミ薄膜を図5に示すように、ダイシングして個々のチップに分割した状態で、電気的に分離される2つの領域7a,7bにより形成する。またスリット10に亘る(跨ぐ)ようにアルミの薄膜ブリッジ17を形成し、この薄膜ブリッジ17の一端を、上ガラスストッパー2と接合するアルミ薄膜7bにアルミ配線13により接続し、他端を、P+拡散層の配線11(又はアルミ配線13)により、上ガラスストッパー2と接合するアルミ薄膜7aにコンタクト部12を介して接続する。
【0052】
上ガラスストッパー2と、センサチップ1のウェハ表面に形成したアルミ薄膜7a,7bとを陽極接合法により接合するが、このときセンサチップ1の外周のスクライブレーンにはアルミが積層されて、上ガラスストッパー2と接合するアルミ薄膜7a、7bは、陽極接合時には電気的に接続されており、陽極接合工程で高温(約400℃)及び高電圧(約600V〜800V)を印可しても同電位であるため、スリット10内に形成したアルミの薄膜ブリッジ17が溶断することが無い。この次の工程のダイシングで、スクライブレーンをカッティングすると、アルミ薄膜7aと7bとは電気的に分離するのである。
【0053】
上ガラスストッパー2はこれと接合するアルミ薄膜7a及び7bの表面の一部が露出するように、電圧印加用切り欠け部19、19を設ける。
【0054】
組み立て工程の最終工程で前記電圧印加用切り欠け部19、19間に電圧を印加することにより通電路を介してスリット10内に形成したアルミの薄膜ブリッジ17に電流を流し、該薄膜ブリッジ17を溶断し、カンチレバー4を可動とする。
(基本例5)
基本例3ではアルミ薄膜の薄膜ブリッジ17をスリット10内に形成していたが本基本例では、図7に示すように金薄膜による薄膜ブリッジ20をスパッタ又は蒸着により形成するとともにスリット10近辺を通る配線を金配線21としている。そして、個々のチップにダイシング後、スリット10内の薄膜ブリッジ20に、電圧印加用パッド16から電圧を印加し、その薄膜ブリッジ20を溶断して、カンチレバー4を可動状態とする。
【0055】
尚本基本例の半導体加速度センサのプロセス工程では、センサチップ1の裏面からアルカリ異方性エッチングにより、カンチレバー4を薄くするとともに、マス部5の周囲を貫通させ、コの字型に近い形状のスリット10を形成した後、アルミ配線13、金配線21と、ボンディング用パッド14と、電圧印加用パッド16と、上ガラスストッパー(図示せず)と接合するアルミ薄膜7と、金薄膜の薄膜ブリッジ20の上に形成した窒化膜又はレジストを、プラズマアッシャーや、バッファフッ酸、有機溶剤等で除去する。
【0056】
ここで、カンチレバー4を薄くするためアルカリ異方性エッチしたところを、さらにフッ酸により数μm以下の深さで等方的にエッチングし、カンチレバー4の付け根の部分に丸味を付けカンチレバー4の強度を向上させる場合、アルミ薄膜の薄膜ブリッジでは、このフッ酸で侵食されてしまうが、金薄膜の薄膜ブリッジ20はフッ酸で腐食されないため、このカンチレバー4の付け根(図4を参照)22を丸くする工程に適応できる。
【0057】
他に、金配線21は、耐蝕性が優れているため、上、下ガラスストッパー(図示せず)が接合されたエアーダンピング構造のキャビティ内に、水分が侵入した場合でも、腐食することが無い。
【0058】
(実施形態1)
基本例3〜5ではアルミ薄膜又は金薄膜による薄膜ブリッジ17又は20を形成して、カンチレバー4の組み立て工程中での破損を無くすようにしていたが、本実施形態では、図8,9に示すようにアルミと金による2層の薄膜ブリッジ25をスリット10に亘るように形成して、溶断するようにしたものである。
【0059】
本実施形態の半導体加速度センサを製造するに当たっては、上述の基本例1と同様にまず結晶面が(100)のシリコン単結晶のウェハを酸化して酸化膜を形成した後、将来カンチレバー4及びマス部5を形成すべき領域の酸化膜だけを、フォトリソ技術により、コの字型に近い形状で除去する。次に酸化膜をエッチングマスクとしてシリコンのエッチングを行う。エッチングの深さは一般に6μmから30μm程度である。そして再度酸化を行い、アルミ配線とのコンタクトをとるために、P+拡散層を形成する。続いてイオン注入により拡散ゲージ抵抗からなるゲージ抵抗6を2つのカンチレバー4上に各2本、互いにブリッジとなるように組み合わせて形成する。
【0060】
次に、アルミのスパッタリングとシンターリング(約450℃)を行い、アルミ配線13と、ワイヤボンディング用パッド14と、電圧印加用パッド16,16と、後述するスリット10に対応する部位にアルミ薄膜によるブリッジ25aを形成する。このブリッジ25aは2層構造の薄膜ブリッジ25の下層となる。
【0061】
このときゲージ抵抗6と接続したP+拡散層の配線11に対してアルミ配線13がコンタクト部12で接続される。このアルミ配線13の他端はセンサチップ1の周辺部に形成したワイヤボンディング用パッド14と接続される。
【0062】
上ガラスストッパー(図示せず)と接合するアルミ薄膜7は、P+拡散層の配線11上の絶縁性保護膜である酸化膜と窒化膜の上に形成される。そして金をスパッタ又は蒸着し、金配線21及びスリット10に対応する部位に金薄膜によりブリッジ25bを形成する。このブリッジ25bは2層構造の薄膜ブリッジ25の上層となる。
【0063】
ここでアルミ薄膜によるブリッジ25aは、電流を流した場合に、溶断するように、厚さを薄く、幅を細くして形成される。アルミの電流密度は上述したように1×105 A/cm2 であるので、これにより例えば厚さを約5000Å、幅を数μm〜約10μmにすれば、数10Vの電圧を両端間に印加するだけで溶断できる。このアルミ薄膜のブリッジ25aは、1カ所以上設ければ良い。
【0064】
次に、アルミ部位上に窒化膜又はレジストをパッシベーションする。そしてセンサチップ1の裏面からアルカリ異方性エッチングにより、カンチレバー4を薄くするとともに、マス部5周囲を貫通させ、コの字型に近い形状のスリット10を図9に示すように形成する。この時ブリッジ25a,25bによる薄膜ブリッジ25がスリット10に亘る(跨ぐ)ように形成されることになる。
【0065】
その後、アルミ配線13、ワイヤボンディング用パッド14,電圧印加用パッド16、上ガラスストッパー(図示せず)と接合するアルミ薄膜7、アルミ薄膜のブリッジ25aの上に形成した窒化膜又はレジストを、プラズマアッシャーやバッファフッ酸、有機溶剤等で除去する。こうしてできたカンチレバー4と、重しとなるマス部5の上下側に、上、下ガラスストッパー(図示せず)を陽極結合により接合し、エアーダンピング構造を形成する。ここで薄膜ブリッジ25はカンチレバー4に過度な加速度が加わることによる破壊(折れ)を防止する。
【0066】
次にダイシングを行い、個々のセンサチップ1に分割する。それから、基板へ接着剤によりダイボンドし、ワイヤボンディング用パッド14と基板の端子とを電気的に接続する。
【0067】
最後にセンサチップ1を約150℃以上に加熱する。この加熱時間は例えば24時間以上とする。
【0068】
すると、金とアルミの薄膜ブリッジ25において、金とアルミの接合界面で、脆い金属間化合物が形成される。そして、センサチップ1の電圧印加用パッド16,16に、電源と接続されたプローブ等の端子を当接して、両パッド16,16間に電圧を印加することにより、通電路を介して金とアルミの薄膜ブリッジ25に電流を流すと、薄膜ブリッジ25は容易に溶断し、この溶断によりカンチレバー4を可動とする。ここで、センサチップ1の電圧印加用パッド16,16に電圧を印加し、薄膜ブリッジ25を溶断する時期は、少なくとも上、下ガラスストッパー(図示せず)がセンサチップ1に陽極接合された以降の工程であれば良いが、最終工程に近い程、振動、衝撃等の影響が少なく、歩留りが良くなることは言うまでも無い。
【0069】
また、センサチップ1の電圧印加用パッド16にワイヤボンディングし、基板の端子を介して電圧を印加しても良い。
【0070】
尚薄膜ブリッジ25の一端は、上ガラスストッパーと接合するアルミ薄膜7を通って、一方の電圧印加用パッド16と接続され、他端は金配線21でマス部5の上面からカンチレバー4の上を通り、P+拡散層の配線11により、上ガラスストッパーと接合するアルミ薄膜7下(P+拡散層の配線11とは絶縁されている)を通って、他方の電圧印加用パッド16と接続されている。
【0071】
(基本例6)
本基本例は、基本例3と同様にアルミ薄膜による薄膜ブリッジ17を形成して、組み立て工程でのカンチレバー4の破壊を防止するようにしたものであるが、本基本例では、図10に示すように薄膜ブリッジ17の一端を上ガラスストッパー(図示せず)と接合するアルミ薄膜7とアルミ配線13とを通って一方の電圧印加用パッド16と接続し、他端をマス部5のSiバルクとP+拡散層によりコンタクトされ、Siバルクにコンタクト部12及びアルミ配線13を介してコンタクトした他方の電圧印加用パッド16と接続した点で基本例3と相違する。
【0072】
尚製造プロセスなどは基本例3と基本的に同じであるので、図面において、同じ機能を持つ構成には同じ番号、記号を付して説明は省略する。
【0073】
而して本基本例にあっても、ダイシングを行い、個々のセンサチップ1に分割した後、基板へ接着剤によりダイボンドし、ワイヤボンディング用パッド14と基板の端子とを電気的に接続する。
【0074】
最後に、センサチップ1の電圧印加用パッド16、16に、電源と接続されたプローブ等の端子を当接して両電圧印加用パッド16,16間に電圧を印加することにより通電路を介してアルミワイヤのブリッジ28に電流を流し、該ブリッジ28を溶断する。ここで、ブリッジ28を溶断する時期は、少なくとも上、下ガラスストッパー(図示せず)がセンサチップ1に陽極接合された以降の工程であれば良いが、最終工程に近い程、振動、衝撃などの影響が少なく、歩留りが良くなることは言うまでもない。
【0075】
また、センサチップ1の電圧印加用パッド16,16にワイヤボンディングし、基板の端子を介して電圧を印加しても良い。
【0076】
(基本例7)
基本例1乃至6及び実施形態1では、電流で容易に溶断できるアルミ又は金のワイヤ或いはそれらの薄膜又は両方を用いて形成した薄膜からなるブリッジをスリット10に亘るように形成して、組み立て工程におけるカンチレバー4の破壊を無くすようにしたものであるが、本基本例は基本例6の構成において、アルミ薄膜による薄膜ブリッジ17に代えて、図11に示すようにポリシリコン抵抗薄膜によるブリッジ23をスリット10に亘るように形成したものである。
【0077】
本基本例の製造プロセスは、基本的に上述した各基本例及び実施形態と同じであり、まず、結晶面が(100)のシリコン単結晶のウェハを酸化して酸化膜を形成した後、将来カンチレバー及びマス部を形成すべき領域の酸化膜だけを、フォトリソ技術により、コの字型に近い形状で除去する。次に酸化膜をエッチングマスクとしてシリコンのエッチングを行う。エッチングの深さは、一般に6μmから30μm程度である。再度酸化を行い、アルミ配線とのコンタクトをとるために、P+拡散層を形成する。続いて、イオン注入により拡散ゲージ抵抗を2つのカンチレバー4上に各2本、互いにブリッジとなるように組み合わせて形成する。
【0078】
次に、P+拡散層の配線上の絶縁性保護膜である酸化膜と窒化膜の上に、上ガラスストッパー(図示せず)と接合するポリSi薄膜24と、スリット10に対応した部位にポリSi薄膜抵抗によるブリッジ23を形成する。このブリッジ23を構成するポリSi薄膜の厚さは約5000Åで、温度600℃〜650℃にて減圧CVD法(100%SiH4をガス圧20〜200Paで分解)により形成される。ポリSi薄膜抵抗は、このポリSi薄膜にB又はAsをドーピングして形成する。このポリSi薄膜以外にも、単結晶SiやアモルファスSiでも良い。
【0079】
更に、アルミのスパッタリングとシンターリング(約450℃)を行い、アルミ配線13と、ワイヤボンディング用パッド14、電圧印加用パッド16を形成する。このとき、拡散ゲージ抵抗(以下ゲージ抵抗と言う)6と接続したP+拡散層の配線11に、アルミ配線13がコンタクト部12で接続され、このアルミ配線13が、センサチップ1の周辺部に形成したワイヤボンディング用パッド14と接続される。
【0080】
ポリSi抵抗薄膜によるブリッジ23は、電流を印加した場合に溶断するように、厚さを薄く、幅を細くして形成される。このブリッジ23の抵抗率は2×10−3Ω・cmから5×10−3Ω・cmである。これより、その厚さ、幅を設計する。またブリッジ23は1箇所以上設ければ良い。
【0081】
次に、アルミ部位上に窒化膜又はレジストをパッシベーションする。そして、センサチップ1の裏面からアルカリ異方性エッチングにより、カンチレバー4を薄くするとともに、マス部5の周囲を貫通させ、コの字型に近い形状のスリット10を形成する。このとき、スリット10に亘る(跨ぐ)ようにポリSi抵抗薄膜によるブリッジ23が形成される。
【0082】
ここでブリッジ23の一端は、上ガラスストッパー(図示せず)と接合するポリSi薄膜24を通って、電圧印加用パッド16と接続され、他端はマス部5のSiバルクとP+拡散層によりコンタクトされて、別のSiバルクとコンタクトした電圧印加用パッド16に接続される。
【0083】
その後、アルミ配線、ボンディングパッド、ガラスストッパーと接合するポリSi薄膜、ポリSi抵抗薄膜のブリッジ23の、これらの上に形成した窒化膜又はレジストを、プラズマアッシャーや、バッファフッ酸、有機溶剤等で除去する。こうしてできたカンチレバーと、重しとなるマス部5の上下側に、上、下ガラスストッパー(図示せず)を陽極接合により接合して、エアーダンピング構造を形成する。ここでブリッジ23はカンチレバー4に過度な加速度が加わることによる破壊(折れ)を防止する。
【0084】
次にダイシングを行い、個々のセンサチップ1に分割する。それから、基板へ接着剤によりダイボンドし、ワイヤボンディング用パッド14と基板の端子とを電気的に接続する。
【0085】
最後に、センサチップ1の電圧印加用パッド16、16に、電源と接続されたプローブ等の端子を当接して電圧を印加することにより、通電路を介してポリSi抵抗薄膜のブリッジ23に電流を流し、該ブリッジ23を溶断する。
【0086】
ここで、センサチップ1の電圧印加用パッド16、16に電圧を印加し、ブリッジ23を溶断する時期は、少なくとも上下ガラスストッパー(図示せず)がセンサチップ1に陽極接合された以降の工程であれば良いが、最終工程に近い程、振動、衝撃等の影響が少なく、歩留りが良くなることは言うまでも無い。
【0087】
また、電圧印加用パッド16にワイヤボンディングし、基板の端子を介して電圧を印加しても良い。
【0088】
(基本例8)
本基本例は基本例3と同様にアルミ薄膜による薄膜ブリッジ17を形成して、組み立て工程におけるカンチレバー4の破壊を無くしたものであるが、薄膜ブリッジ17に電圧を印加するために、マス部5の傾斜面にアルミ配線13’を施した点に特徴がある。
【0089】
本基本例の製造プロセスは基本例3と同様に、まず結晶面が(100)のシリコン単結晶のウェハを酸化して酸化膜を形成した後、将来カンチレバー4及びマス部5を形成すべき領域の酸化膜だけを、フォトリソ技術により、コの字型に近い形状で除去する。次に酸化膜をエッチングマスクとしてシリコンのエッチングを行う。エッチングの深さは一般に6μmから30μm程度である。そして再度酸化を行い、アルミ配線とのコンタクトをとるために、P+拡散層を形成する。続いてイオン注入により拡散ゲージ抵抗からなるゲージ抵抗6を2つのカンチレバー4上に各2本、互いにブリッジとなるように組み合わせて形成する。
【0090】
次に、ウェハの表側から、アルミのスパッタリングとシンターリング(約450℃)を行い、アルミ配線13と、ワイヤボンディング用パッド14と、電圧印加用パッド16,16と、薄膜ブリッジ17となるアルミ薄膜を形成する。
【0091】
このとき、ゲージ抵抗6と接続したP+拡散層の配線11に、アルミ配線13がコンタクト部12で接続され、このアルミ配線13が、半導体加速度センサのセンサチップ1の周辺部に形成したワイヤボンディング用のパッド14と接続される。
【0092】
さらに、P+拡散層の配線11上の絶縁性保護膜である酸化膜と窒化膜の上に、上ガラスストッパー2と接合するアルミ薄膜7も同時に形成される。
【0093】
スリット10に対応する位置に形成された薄膜ブリッジ17となるアルミ薄膜は、電流を流した場合に溶断するように、厚さを薄く、幅を細くして形成される。上述したようにアルミの電流密度は1×105A/cm2であるので、基本例3と同様に厚さを約5000Å、幅を数μm〜約10μmにすれば、数10Vの電圧を印加するだけで溶断できる。この薄膜ブリッジ17となるアルミ薄膜は、1箇所以上設ければ良い。
【0094】
次に、アルミ部位上に窒化膜又はレジストをパッシベーションする。そして、半導体加速度センサのセンサチップ1の裏面からアルカリ異方性エッチングにより、カンチレバー4を薄くするとともに、マス部5周囲を貫通させ、コの字型に近い形状のスリット10を形成する。このとき、スリット10に亘る(跨ぐ)ようにアルミ薄膜による薄膜ブリッジ17が図示するように形成される。
【0095】
次に、ウェハ裏面側から、アルミスパッタを行い、下ガラスストッパー3と接合するアルミ薄膜7、カンチレバー4の裏面及びマス部5の傾斜面に薄膜ブリッジ17につながるアルミ配線13’を形成する。
【0096】
その後、アルミ配線13、13’、ワイヤ15によるワイヤボンディング用のパッド14、ガラスストッパー2と接合するアルミ薄膜7、アルミの薄膜ブリッジ17の夫々の上に形成した窒化膜9又はレジストを、プラズマアッシャーや、バッファフッ酸、有機溶剤等で除去する。こうしてできたカンチレバー4と、重しとなるマス部5の上下側に、ガラスストッパー2,3を陽極接合により接合して、エアーダンピング構造を形成する。ここで薄膜ブリッジ17は、カンチレバー4に過度な加速度が加わることによる破壊(折れ)を防止する。
【0097】
尚下ガラスストッパー3の表面と裏面には、アルミ、金、Ti,Ni等の金属で、メタライズ貫通配線26を施しており、下ガラスストッパー3の裏面(基板と接着する側)にはスリット10に亘るように形成した薄膜ブリッジ17の両端に電圧を印加するための電極パッド16’を形成してある。また下ガラスストッパー3のメタライズ貫通配線26は、ウェハ裏面の下ガラス接合用アルミ薄膜7と電気的に接合されている。
【0098】
次にダイシングを行い、個々のセンサチップ1に分割する。それから、基板へ接着剤によりダイボンドし、ワイヤボンディング用パッド14と基板の端子とをワイヤ15で電気的に接続する。
【0099】
最後に、下ガラスストッパー3の電圧印加用の電極パッド16’と接続された基板の端子27に、電圧を印加して薄膜ブリッジ17に電流を流して該薄膜ブリッジ17を溶断する。ここで、薄膜ブリッジ17を溶断する時期は、少なくとも上下ガラスストッパー2,3がセンサチップ1に陽極接合された以降の工程であれば良いが、最終工程に近い程、振動、衝撃などの影響が少なく、歩留りが良くなることは言うまでもない。
【0100】
また、センサチップ1の電圧印加用パッド16,16にワイヤボンディングし、基板の端子を介して電圧を印加しても良い。
【0101】
【発明の効果】
請求項1の発明は、マス部と、該マス部をスリットを介して囲むように設けられたセンサチップと、該センサチップとマス部との間を弾性を有するビームにより連結してマス部を支持する支持体と、該支持体上に形成されたゲージ抵抗と、センサチップ両面にガラスストッパーが夫々接合された半導体加速度センサの製造方法において、マス部の外周の一ヶ所以上と、センサチップとを、マス部とセンサチップとの間のスリットを亘るように形成した金薄膜とアルミ薄膜の2層構造からなる薄膜ブリッジで固定するとともに該薄膜ブリッジに電流を流すための通電路をセンサチップに設け、センサチップの両面にガラスストッパを接合した後、個々のセンサチップをダイシングし、該ダイシング後に、約150℃以上の熱を加えて前記薄膜ブリッジに金とアルミからなる金属間化合物を形成してから、薄膜ブリッジの両端に通電路を介して印加することにより該薄膜ブリッジに電流を流して該薄膜ブリッジを溶断し、支持体を可動とするので、ガラスストッパーを接合し、ダンピング構造を形成した組み立て最終状態で、約150℃以上の熱を加えた後に薄膜ブリッジを電流で切断することができ、そのため組み立て工程において、カンチレバーを破損することなく、可動とすることができ、結果組立て工程が容易になり、収率が向上し、その結果非常に小型で、高感度の半導体加速度センサを、低コストで提供することが可能になるという効果があり、しかも電流による溶断であるため飛散物やパーティクルを発生させず、或いは溶解物や粉塵を発生させることがないという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の基本例1のセンサチップの上面図である。
【図2】本発明の基本例2のセンサチップの上面図である。
【図3】本発明の基本例3のセンサチップの上面図である。
【図4】同上の要部の拡大断面図である。
【図5】本発明の基本例4のセンサチップの上面図である。
【図6】同上の上ガラスストッパー接合後のセンサチップの上面図である。
【図7】本発明の基本例5のセンサチップの上面図である。
【図8】本発明の実施形態1のセンサチップの上面図である。
【図9】同上の要部の拡大断面図である。
【図10】本発明の基本例6のセンサチップの上面図である。
【図11】本発明の基本例7のセンサチップの上面図である。
【図12】本発明の基本例8の断面図である。
【図13】従来例の断面図である。
【図14】同上のセンサチップの上面図である。
【符号の説明】
1 センサチップ
4 カンチレバー
5 マス部
6 ゲージ抵抗
7 アルミ薄膜
10 スリット
11 P+拡散層の配線
12 コンタクト部
13 アルミ配線
14、14’ ワイヤボンディング用パッド
16 電圧印加用パッド
28 アルミワイヤのブリッジ
Claims (1)
- マス部と、該マス部をスリットを介して囲むように設けられたセンサチップと、該センサチップとマス部との間を弾性を有するビームにより連結してマス部を支持する支持体と、該支持体上に形成されたゲージ抵抗と、センサチップ両面にガラスストッパーが夫々接合された半導体加速度センサの製造方法において、マス部の外周の一ヶ所以上と、センサチップとを、マス部とセンサチップとの間のスリットを亘るように形成した金薄膜とアルミ薄膜の2層構造からなる薄膜ブリッジで固定するとともに該薄膜ブリッジに電流を流すための通電路をセンサチップに設け、センサチップの両面にガラスストッパーを接合した後、個々のセンサチップをダイシングし、該ダイシング後に、約150℃以上の熱を加えて前記薄膜ブリッジに金とアルミからなる金属間化合物を形成してから、薄膜ブリッジの両端に通電路を介して印加することにより該薄膜ブリッジに電流を流して該薄膜ブリッジを溶断し、支持体を可動とすることを特徴とする半導体加速度センサの製造方法。
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