JPH0835982A - 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

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JPH0835982A
JPH0835982A JP17286994A JP17286994A JPH0835982A JP H0835982 A JPH0835982 A JP H0835982A JP 17286994 A JP17286994 A JP 17286994A JP 17286994 A JP17286994 A JP 17286994A JP H0835982 A JPH0835982 A JP H0835982A
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JP
Japan
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diaphragm
acceleration sensor
semiconductor acceleration
wafer
surface side
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JP17286994A
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English (en)
Inventor
Hitoshi Nishimura
仁 西村
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Fujikura Ltd
Original Assignee
Fujikura Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ダイヤフラムの厚さを従来に比して更に薄く
することができて、半導体加速度センサのより一層の高
感度化及び小型化を達成できると共に製品コストの上昇
を回避できる半導体加速度センサの製造方法を提供す
る。 【構成】 先ず、シリコンウエハ1の表面にピエゾ抵抗
素子を形成した後、ウエハ1の裏面側から異方性ウェッ
トエッチングにより平面視でリング状に溝8を設け、ダ
イヤフラム2及びボス部3を形成する。次に、ダイヤフ
ラム2上にアルミニウム配線等を選択的に形成した後、
ウエハ1の表面側からリアクティブイオンエッチングを
施し、ダイヤフラム1のピエゾ抵抗素子及びアルミニウ
ム配線が形成されていない部分を薄肉化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車、航空機、各種
工業用ロボット及び家電製品等に取り付けられて加速度
の検知及び制御に使用される半導体加速度センサの製造
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体加速度センサは、自動車、
航空機、各種工業用ロボット及び家電製品等に使用され
るようになってきた。
【0003】図7,8は従来の半導体加速度センサの製
造方法を工程順に示す断面図である。なお、通常は、1
枚のウエハから複数個の半導体加速度センサを同時に形
成するが、図7,8においては、1個の半導体加速度セ
ンサについてのみ図示している。
【0004】先ず、図7に示すように、結晶方位が(1
00)面又は(110)面であり、厚さが約200〜5
00μmのシリコンウエハ20を用意し、通常の半導体
プロセスと同様にして、不純物拡散イオン注入法等によ
りシリコンウエハ20の表面のダイヤフラム形成予定領
域に不純物を選択的に導入して感歪素子であるピエゾ抵
抗素子(図示せず)を形成した後、ウエハ20上に絶縁
膜(図示せず)を形成する。その後、ウエハ20の裏面
側から異方性ウェットエッチングを施し、平面視でリン
グ状の溝21を設けることによりウエハ20を部分的に
薄肉化して、可撓性を有するダイヤフラム22と、溝2
1に囲まれたボス部(突起)23とを形成する。この場
合に、エッチング液としては、例えばKOH等を使用す
ることができる。
【0005】次に、前記絶縁膜にコンタクトホールを選
択的に形成した後、フォトリソグラフィ法を使用してア
ルミニウム配線(いずれも図示せず)を形成する。その
後、シンタリング(アニール)を施して、ピエゾ抵抗素
子とアルミニウム配線との導通を図る。
【0006】次に、図8に示すように、ウエハ20の裏
面側に厚さが約1〜3mmのガラス板25を陽極接合し
た後、溝21の縁部に沿ってガラス板25を切断するこ
とにより、ボス部23に接合された質量部26を形成す
る。その後、ウエハ20及びガラス板25を各半導体加
速度センサ毎に切断する。これにより、半導体加速度セ
ンサの製造が完了する。
【0007】このようにして製造された半導体加速度セ
ンサに加速度が加えられると、慣性により質量部26と
ダイヤフラム22との間に応力が発生し、ダイヤフラム
22が機械的に変形する。これにより、ダイヤフラム2
2の表面に設けられたピエゾ抵抗素子の抵抗値が変化す
る。この抵抗値の変化を外部の検出装置で検出すること
により、加速度を検出することができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年、
加速度センサのより一層の小型化及び高感度化が要望さ
れているが、上述した従来の半導体加速度センサの製造
方法においては、これらの要望に対応できないという問
題点がある。即ち、一般的に、半導体加速度センサの感
度は、ダイヤフラムの面積に比例し、ダイヤフラムの厚
さの自乗に反比例する。従って、高感度の半導体加速度
センサを得ようとすると、ダイヤフラムの厚さをより一
層薄くするか、又はダイヤフラムの面積を大きくする必
要がある。しかし、ダイヤフラムの面積を大きくするこ
とは、センサを小型化する上で好ましくない。そこで、
従来の半導体加速度センサにおいては、ダイヤフラムの
厚さを約20〜50μmと薄くしているが、更に高感度
化するためにはダイヤフラムの厚さをより一層薄くする
必要がある。しかし、ダイヤフラムを更に薄くすると、
例えばコンタクトホール形成工程及びアルミニウム配線
形成工程等におけるハンドリング時の振動、真空チャッ
キング時及び自動機での搬送中の振動等によりダイヤフ
ラムが破壊されやすくなり、製造歩留まりが著しく低下
する。このため、従来の方法では、ダイヤフラムの厚さ
は約15μm以下にすることが極めて困難である。一
方、半導体加速度センサのチップは小型化される傾向に
あり、例えば1辺の長さが5mm又はそれ以下の大きさ
のセンサが要望されている。この場合は、ダイヤフラム
の面積が縮小されるので、ダイヤフラムの厚さが15μ
mでも十分な感度を得ることができず、ダイヤフラムの
厚さを10μm程度とすることが要求される。
【0009】なお、製造工程中でのダイヤフラムの破損
を回避するために、コンタクトホール及びアルミニウム
配線を形成した後に異方性ウェットエッチングしてダイ
ヤフラムを形成することも考えられる。しかし、通常、
異方性ウェットエッチング液はアルミニウムを溶解する
ものが多く、そのためアルミニウムを溶解しないエッチ
ングを使用するか、又はエッチング液に溶解しない電極
材料(例えば、金)を使用する必要があり、どちらの場
合でも量産性が低下し、コスト高になりかねない。
【0010】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、ダイヤフラムの厚さを従来に比して更に薄
くすることができて、半導体加速度センサのより一層の
高感度化及び小型化を達成できると共に製品コストの上
昇を回避できる半導体加速度センサの製造方法を提供す
ることを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体加速
度センサの製造方法は、半導体ウエハの一方の面のダイ
ヤフラム形成予定領域に感歪素子を形成する工程と、前
記半導体ウエハの他方の面側から異方性ウェットエッチ
ングを施し平面視でリング状に溝を設けてダイヤフラム
を形成する異方性ウェットエッチング工程と、前記半導
体ウエハの前記一方の面側から前記ダイヤフラムの前記
感歪素子が形成されていない領域を選択的にリアクティ
ブイオンエッチングするリアクティブイオンエッチング
工程と、を有することを特徴とする。
【0012】
【作用】本発明においては、先ず、従来と同様にして半
導体ウエハの一方の面に感歪素子を形成した後、他方の
面側から異方性ウェットエッチングを施してダイヤフラ
ムを形成する。その後、前記半導体ウエハの一方の面側
からリアクティブイオンエッチング(Reactive Ion Ech
ing :以下、RIEという)法により前記ダイヤフラム
の前記感歪素子が形成されていない領域をエッチングし
て、ダイヤフラムを更に薄肉化する。これにより、ダイ
ヤフラムの厚さを従来に比してより一層薄くすることが
でき、半導体加速度センサの感度を向上できると共に、
より一層の小型化が達成できる。
【0013】なお、RIE法は、エッチングガスを適宜
選択することにより、エッチング深さを容易に制御でき
ると共に、エッチングマスク材としてフォトレジストを
用いることができるため、フォトレジストにより容易に
ウエハ表面上の素子及びアルミニウム配線を保護できる
という利点がある。従って、上述の如く、ダイヤフラム
の薄肉化にRIE法を使用することにより、素子及びア
ルミニウム配線に損傷を与えることを回避できる。
【0014】このように、本発明においては、感歪素子
及びアルミニウム配線等が形成されているダイヤフラム
の厚さを従来に比してより一層薄くすることができ、半
導体加速度センサの感度を向上できると共に、より一層
の小型化が達成できる。また、本発明方法においては、
感歪素子及びアルミニウム配線等を形成した後の比較的
最終工程に近い工程でダイヤフラムを更に薄肉化するの
で、RIE工程以前でウエハに加えられる振動等による
ダイヤフラムの破損を回避することができる。
【0015】
【実施例】次に、本発明の実施例について、添付の図面
を参照して説明する。図1は本発明の実施例に係る半導
体加速度センサの製造方法を示す上面図、図2は図1の
A−A線による断面図、図3は図1のB−B線による断
面図である。先ず、従来と同様にして、シリコンウエハ
1の表面のダイヤフラム形成予定領域にピエゾ抵抗素子
5を選択的に形成した後、シリコンウエハ1上に絶縁膜
(図示せず)を形成する。その後、ウエハ1の裏面側か
ら異方性ウェットエッチングを施し平面視でリング状に
溝8を設けて、ダイヤフラム2及びボス部3を形成す
る。この場合に、ダイヤフラム2の厚さは約15μmと
する。
【0016】次に、前記絶縁膜に選択的にコンタクトホ
ールを形成した後、フォトリソグラフィ法を使用して、
所定のパターンでアルミニウム配線(いずれも図示せ
ず)を形成する。
【0017】次に、シンタリングを施した後、RIE法
により、ウエハ1の表面側からダイヤフラム2のピエゾ
抵抗素子5及びアルミニウム配線が形成されていない領
域を選択的にエッチングして、平面視でボス部3を中心
として配置された4個の扇形の凹部6を形成することに
より、この凹部6の部分のダイヤフラム2の厚さを約5
〜10μmにする。この場合に、各凹部6間の部分がビ
ーム部4となる。このビーム部4の幅は例えば25μm
とする。ピエゾ抵抗素子5及びアルミニウム配線はこの
ビーム部4に配置されている。
【0018】なお、RIE工程においては、エッチング
ガスとして、SF6 等を使用し、エッチングマスクとし
ては、フォトレジスト等を使用することができる。
【0019】次いで、従来と同様にして、シリコンウエ
ハ1の裏面側にガラス板(図示せず)を陽極接合し、こ
のガラス板を選択的に切断して、質量部(図示せず)を
形成する。その後、ウエハ及びガラス板を各半導体加速
度センサ毎に切断する。これにより、半導体加速度セン
サの製造が完了する。
【0020】このように、本実施例においては、シリコ
ンウエハにダイヤフラムを形成した後、RIE法により
このダイヤフラムを更に薄肉化するので、感度が高く、
従来に比してより一層小型化が可能の半導体加速度セン
サを得ることができる。また、本実施例方法により製造
された半導体加速度センサは、加速度が加えられたとき
にビーム部に応力が集中するので、より一層感度が向上
するという利点もある。更に、本実施例においては、R
IEによるダイヤフラムの薄肉化は最終工程に近いガラ
ス板陽極接合工程の直前の工程で行うため、それ以前の
工程においてウエハに振動等が加えられても、ダイヤフ
ラムが破損する虞れが少ない。更にまた、本実施例にお
いては、配線を形成した後にRIE工程を実施するが、
RIE工程においてはアルミニウム配線の溶解を回避で
きるので、高価な金を配線材として使用する必要がな
く、製品コストの上昇を回避できるという利点もある。
【0021】なお、図4(a),(b)に示すように、
シリコンウエハ11の表面が(110)面の場合は、ビ
ーム部14の長手方向を<110>、<111>及び<
111>に略直交する方向とし、このビーム部14の長
手方向に沿ってピエゾ抵抗素子を形成することが好まし
い。また、図5(a),(b)に示すように、シリコン
ウエハ11の表面が(100)面の場合は、ビーム部1
4の長手方向を<110>及び<110>に略直交する
方向とし、このビーム部14の長手方向に沿ってピエゾ
抵抗素子を形成することが好ましい。即ち、図6
(a),(b)に夫々p−Si基板の(110)面及び
(100)面におけるピエゾ抵抗係数を示すように、
(110)面の場合は、ピエゾ抵抗素子の長手方向を<
110>、<111>又は<111>に略直交する方向
とすることにより、(100)面の場合は、ピエゾ抵抗
素子の長手方向を<110>又は<110>に略直交す
る方向とすることにより、高感度のピエゾ抵抗素子を得
ることができる。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、半
導体ウエハの一方の面に感歪素子を設け、他方の面側か
らウェットエッチングして溝を設けることによりダイヤ
フラムを形成し、前記ウエハの一方の面側からリアクテ
ィブイオンエッチング法を使用して前記ダイヤフラムを
更に薄肉化するので、従来に比してより一層高感度で小
型化が可能の半導体加速度センサを製造することができ
る。また、本発明方法においては、アルミニウム又はア
ルミニウム合金により配線を形成することができるの
で、半導体加速度センサの製品コストの上昇を回避でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る半導体加速度センサの製
造方法を示す上面図である。
【図2】図1のA−A線による断面図である。
【図3】図1のB−B線による断面図である。
【図4】表面が(110)面のウエハに形成した半導体
加速度センサのビーム部を示す平面図である。
【図5】表面が(100)面のウエハに形成した半導体
加速度センサのビーム部を示す平面図である。
【図6】(a),(b)は夫々p−Si基板の(11
0)面及び(100)面におけるピエゾ抵抗係数を示す
図である。
【図7】従来の半導体加速度センサの製造方法の一工程
を示す断面図である。
【図8】従来の半導体加速度センサの製造方法の他の工
程を示す断面図である。
【符号の説明】
1,11,20;ウエハ 2,22;ダイヤフラム 3,23;ボス部 4,14;ビーム部 5;ピエゾ抵抗素子 6;凹部 8,21;溝 25;ガラス板 26;質量部

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体ウエハの一方の面のダイヤフラム
    形成予定領域に感歪素子を形成する工程と、前記半導体
    ウエハの他方の面側から異方性ウェットエッチングを施
    し平面視でリング状に溝を設けてダイヤフラムを形成す
    る異方性ウェットエッチング工程と、前記半導体ウエハ
    の前記一方の面側から前記ダイヤフラムの前記感歪素子
    が形成されていない領域を選択的にリアクティブイオン
    エッチングするリアクティブイオンエッチング工程と、
    を有することを特徴とする半導体加速度センサの製造方
    法。
JP17286994A 1994-07-25 1994-07-25 半導体加速度センサの製造方法 Pending JPH0835982A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006294892A (ja) * 2005-04-12 2006-10-26 Dainippon Printing Co Ltd 一軸半導体加速度センサ
JP2006308325A (ja) * 2005-04-26 2006-11-09 Dainippon Printing Co Ltd 力学量検出センサ及びその製造方法

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