JPH11186565A - Semiconductor acceleration sensor and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor acceleration sensor and manufacture thereof

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JPH11186565A
JPH11186565A JP35696297A JP35696297A JPH11186565A JP H11186565 A JPH11186565 A JP H11186565A JP 35696297 A JP35696297 A JP 35696297A JP 35696297 A JP35696297 A JP 35696297A JP H11186565 A JPH11186565 A JP H11186565A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
hinge
thickness
acceleration sensor
semiconductor acceleration
silicon substrate
Prior art date
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Pending
Application number
JP35696297A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideo Funahashi
秀夫 舟橋
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Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Original Assignee
Japan Aviation Electronics Industry Ltd
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Publication date
Application filed by Japan Aviation Electronics Industry Ltd filed Critical Japan Aviation Electronics Industry Ltd
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Publication of JPH11186565A publication Critical patent/JPH11186565A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor acceleration sensor which capable of reducing fluctuations in hinge thickness to reduce variations in detection sensitivity. SOLUTION: In a semiconductor acceleration sensor including a semiconductor substrate 21 having a frame 11, an overlap 12 and a hinge 13 are integrally formed therein, the silicon substrate 21 is etched to form hinge parts 23. Thereafter, the hinge parts 23 are heated and oxidized to form oxidation films 24a and 24b having a predetermined thickness. The oxidation films 24a and 24b thus formed are etched and removed to form a hinge 13. The reproducibility of the oxidation film thickness by thermal oxidization is extremely satisfactory, and thus a thickness T1 of the hinge 13 can be accurately adjusted to target value.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明はシリコン基板を用
いた半導体加速度センサの製造方法に関し、特に検出感
度のバラツキを低減できる製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor acceleration sensor using a silicon substrate, and more particularly, to a method for reducing variations in detection sensitivity.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種の半導体加速度センサの構成の一
例を図2に示す。方形枠状のフレーム11の枠内に重り
12が位置され、この重り12はヒンジ13を介してフ
レーム11に連結支持されている。ヒンジ13はこの例
では方形をなす重り12の一辺に2つ設けられており、
所要の弾性変形が可能なように、その厚さは例えば10
μm程度と、極めて薄くされている。
2. Description of the Related Art FIG. 2 shows an example of the configuration of a semiconductor acceleration sensor of this type. A weight 12 is positioned within a frame of a rectangular frame 11, and the weight 12 is connected to and supported by the frame 11 via a hinge 13. In this example, two hinges 13 are provided on one side of the square weight 12,
The thickness is, for example, 10 so that the required elastic deformation is possible.
It is extremely thin, about μm.

【0003】フレーム11、重り12及び一対のヒンジ
13はシリコン基板をアルカリ溶液により化学的にエッ
チングすることによって形成され、即ち一体のシリコン
基板によって構成されている。各ヒンジ13上には検出
素子として、この例ではピエゾ抵抗素子14がそれぞれ
形成されている。なお、図には示していないが、各ピエ
ゾ抵抗素子14には所要の配線が施されている。
A frame 11, a weight 12, and a pair of hinges 13 are formed by chemically etching a silicon substrate with an alkaline solution, that is, are constituted by an integral silicon substrate. In this example, a piezoresistive element 14 is formed on each hinge 13 as a detecting element. Although not shown in the drawing, each piezoresistive element 14 is provided with required wiring.

【0004】上記のような構成を有する半導体加速度セ
ンサ15においては、例えば図2B中に矢印で示した方
向に加速度が入力されると、その入力加速度に応じて重
り12が変位し、その変位に伴いヒンジ13が変形して
ピエゾ抵抗素子14に応力が加わる。従って、入力加速
度に応じてピエゾ抵抗素子14の抵抗値は変化し、この
抵抗値の変化を検出することにより、入力加速度を検出
することができるものとなっている。
In the semiconductor acceleration sensor 15 having the above configuration, when an acceleration is input, for example, in a direction indicated by an arrow in FIG. 2B, the weight 12 is displaced in accordance with the input acceleration, and Accordingly, the hinge 13 is deformed and stress is applied to the piezoresistive element 14. Therefore, the resistance value of the piezoresistive element 14 changes according to the input acceleration, and the input acceleration can be detected by detecting the change in the resistance value.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上述したような検出構
造を有する半導体加速度センサ15においては、その検
出感度はヒンジ13の厚さ(形状寸法)によって大きく
左右される。従って、バラツキの少ない、良好かつ安定
した検出感度を得るためには、加速度センサ15の製造
において、ヒンジ13を精度良く形成する必要がある。
In the semiconductor acceleration sensor 15 having the above-described detection structure, the detection sensitivity is greatly affected by the thickness (shape and size) of the hinge 13. Therefore, in order to obtain good and stable detection sensitivity with little variation, it is necessary to form the hinge 13 with high accuracy in the manufacture of the acceleration sensor 15.

【0006】しかるに、化学的エッチングを使用した従
来のヒンジ形成方法では、エッチング時間を制御するこ
とによってヒンジの厚さ制御が行われているものの、一
般に化学的エッチングではそのエッチング速度は液の温
度、濃度、攪拌状態等の条件によって必ずしも再現性に
優れているとはいえず、よってヒンジの厚さには例えば
ウェハ間で±2〜3μm程度のバラツキが生じ、検出感
度の大きなバラツキ要因となっていた。なお、加速度セ
ンサ15は例えば1ウェハ当り、400個程度形成され
る。
However, in the conventional hinge forming method using chemical etching, the thickness of the hinge is controlled by controlling the etching time. Depending on conditions such as concentration and stirring state, reproducibility is not always excellent. Therefore, the thickness of the hinge varies, for example, about ± 2 to 3 μm between wafers, which is a major factor of the detection sensitivity. Was. The number of the acceleration sensors 15 is, for example, about 400 per wafer.

【0007】一方、従来における他の製造方法として、
シリコン基板にエピタキシャル基板を用い、電気化学的
エッチングによりエピタキシャル層だけを残すことによ
ってヒンジを形成し、ヒンジの厚さ精度を向上させると
いった方法も採用されており、この方法によれば上述し
た化学的エッチングによる方法に比べ、ヒンジの厚さ精
度は向上するものの、依然としてウェハ間で±1μm程
度のバラツキが存在するものとなっていた。
On the other hand, as another conventional manufacturing method,
A method of forming an hinge by leaving only an epitaxial layer by electrochemical etching using an epitaxial substrate as a silicon substrate and improving the thickness accuracy of the hinge is also adopted. Although the thickness accuracy of the hinge is improved as compared with the etching method, there is still a variation of about ± 1 μm between wafers.

【0008】なお、例えば上述した化学的エッチング方
法でヒンジの厚さを正確に目標とする値に合わせるべ
く、最終的な厚さ調整を行おうとした場合、頻繁に厚さ
測定を繰り返しながら、エッチングを進めなくてはなら
ず、極めて工程が煩雑となり、手間がかかるものとな
る。この発明の目的は上述した問題点に鑑み、ヒンジ厚
のバラツキを低減でき、よって検出感度のバラツキを低
減できるようにした半導体加速度センサの良好な製造方
法を提供することにある。
[0008] For example, when the final thickness adjustment is performed in order to accurately adjust the thickness of the hinge to the target value by the above-described chemical etching method, the etching is frequently performed while repeating the thickness measurement. Must be advanced, and the process becomes extremely complicated and time-consuming. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a good method of manufacturing a semiconductor acceleration sensor capable of reducing variation in hinge thickness and, thus, variation in detection sensitivity in view of the above-described problems.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】この発明によれば、シリ
コン基板より一体に形成されたフレームと、そのフレー
ム内に位置する重りと、それら重りとフレームとを連結
するヒンジとを有し、加速度入力により重りが変位する
構造とされた半導体加速度センサの製造方法において、
シリコン基板をエッチングしてヒンジ部を形成した後、
そのヒンジ部に熱酸化により所定厚の酸化膜を形成し、
その形成した酸化膜をエッチング除去することによって
上記ヒンジが形成される。
According to the present invention, there is provided a frame integrally formed from a silicon substrate, a weight located in the frame, and a hinge connecting the weight and the frame, and comprising: In a method of manufacturing a semiconductor acceleration sensor having a structure in which a weight is displaced by an input,
After etching the silicon substrate to form the hinge,
An oxide film of a predetermined thickness is formed on the hinge portion by thermal oxidation,
The hinge is formed by removing the formed oxide film by etching.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を図面を参
照して実施例により説明する。図1はこの発明の一実施
例を工程順に示したものである。以下、各工程A〜Gに
ついて説明する。まず、シリコン基板21を熱酸化し、
その両面に酸化膜22a,22bを形成する(A)。一
方の酸化膜22bをパターニングし(B)、酸化膜22
a,22bをマスクとしてシリコン基板21をエッチン
グする(C)。エッチングは従来と同様に、アルカリ溶
液による化学的エッチングにより行われ、このエッチン
グによって図に示したようにヒンジ部23が形成され
る。このヒンジ部23におけるシリコン基板21の厚さ
0 は、最終的なヒンジ13の厚さT1 (図1G参照)
より大とされる。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows an embodiment of the present invention in the order of steps. Hereinafter, each of steps A to G will be described. First, the silicon substrate 21 is thermally oxidized,
Oxide films 22a and 22b are formed on both surfaces (A). One of the oxide films 22b is patterned (B),
The silicon substrate 21 is etched using the masks a and 22b as a mask (C). The etching is performed by chemical etching using an alkaline solution as in the conventional case, and the hinge portion 23 is formed as shown in the figure by this etching. The thickness T 0 of the silicon substrate 21 in the hinge portion 23 is the final thickness T 1 of the hinge 13 (see FIG. 1G).
It is made larger.

【0011】次に、酸化膜22a,22bをエッチング
除去し(D)、ヒンジ部23の厚さT0 を光学的方法等
により正確に測定する。そして、最終的なヒンジ13の
厚さT1 との差ΔTを算出する。 ΔT=T0 −T1 次に、シリコン基板21を熱酸化し、その両面に酸化膜
24a,24bを形成する(E)。酸化膜24a,24
bの合計厚さtは下式によって求められる値とされる。
Next, the oxide films 22a and 22b are removed by etching (D), and the thickness T 0 of the hinge portion 23 is accurately measured by an optical method or the like. Then, a difference ΔT from the final thickness T 1 of the hinge 13 is calculated. ΔT = T 0 −T 1 Next, the silicon substrate 21 is thermally oxidized to form oxide films 24a and 24b on both surfaces thereof (E). Oxide films 24a, 24
The total thickness t of b is a value obtained by the following equation.

【0012】t=ΔT×K (Kは係数) 係数Kはシリコンを酸化したときの体積膨脹によって決
まるもので、一般に1.6程度とされる。つまり、酸化
膜24a,24bの合計厚さtは厚さΔTのシリコンが
酸化された時の値とされ、この酸化によってヒンジ部2
3のシリコンの厚さはΔTだけ薄くなる。
T = ΔT × K (K is a coefficient) The coefficient K is determined by the volume expansion when silicon is oxidized, and is generally about 1.6. That is, the total thickness t of the oxide films 24a and 24b is a value obtained when the silicon having the thickness ΔT is oxidized, and this oxidation causes the hinge portion 2
The thickness of the silicon of No. 3 is reduced by ΔT.

【0013】次に、形成した酸化膜24a,24bをエ
ッチング除去する(F)。これによって、ヒンジ部23
の厚さはT1 となり、ヒンジ部23の不要部分を除去す
ることによって、所定の厚さT1 を有するヒンジ13が
完成する(G)。なお、図中、11はフレーム、12は
重りであり、これらフレーム11、重り12及びヒンジ
13は図2に示した半導体加速度センサ15と同様の平
面形状を有するものとされる。
Next, the formed oxide films 24a and 24b are removed by etching (F). Thereby, the hinge portion 23
The thickness of the by removing an unnecessary portion of the T 1, and the hinge portion 23, hinge 13 having a predetermined thickness T 1 is completed (G). In the figure, reference numeral 11 denotes a frame, and reference numeral 12 denotes a weight. The frame 11, the weight 12, and the hinge 13 have the same planar shape as the semiconductor acceleration sensor 15 shown in FIG.

【0014】このように、この例では従来と同様に、化
学的エッチングにより形成したヒンジ部23に対し、所
定厚の酸化膜を形成して除去することにより、ヒンジ1
3を形成するものとなっており、熱酸化による酸化膜厚
の再現性は一般に良好であって数パーセント以内の誤差
範囲で所定の厚さに制御することが可能であるため、ヒ
ンジ13の厚さT1 を極めて正確に目標とする値に合わ
せることができる。
As described above, in this example, as in the prior art, the hinge portion 23 formed by chemical etching is removed by forming and removing an oxide film having a predetermined thickness.
3 and the reproducibility of the oxide film thickness by thermal oxidation is generally good and can be controlled to a predetermined thickness within an error range of several percent. T 1 can be very precisely adjusted to the target value.

【0015】上記工程における数値の一例を示せば、T
0 =12μm、T1 =10μmとされ、この時、ヒンジ
厚T1 のウェハ間バラツキは±0.2〜0.3μm程度
となり、従来の化学的エッチング方法の十分の一程度に
低減される。なお、上記製造方法はシリコン基板にエピ
タキシャル基板を用いる場合にも同様に用いることがで
きる。
An example of numerical values in the above process is as follows.
0 = 12 μm and T 1 = 10 μm. At this time, the variation between the wafers of the hinge thickness T 1 is about ± 0.2 to 0.3 μm, which is reduced to about one tenth of the conventional chemical etching method. Note that the above manufacturing method can be similarly used when an epitaxial substrate is used as a silicon substrate.

【0016】[0016]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
ヒンジ厚のバラツキを大幅に低減することができ、よっ
て検出感度のバラツキの少ない半導体加速度センサを得
ることができ、結果として測定精度の向上を図ることが
可能となる。
As described above, according to the present invention, variation in hinge thickness can be greatly reduced, and a semiconductor acceleration sensor having less variation in detection sensitivity can be obtained. As a result, measurement accuracy can be reduced. Improvement can be achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の実施例を説明するための図。FIG. 1 is a diagram for explaining an embodiment of the present invention.

【図2】半導体加速度センサの構成の一例を示す図、A
は平面図、Bはその断面図。
FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of a semiconductor acceleration sensor, FIG.
Is a plan view, and B is a sectional view thereof.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シリコン基板より一体に形成されたフレ
ームと、そのフレーム内に位置する重りと、それら重り
とフレームとを連結するヒンジとを有し、加速度入力に
より上記重りが変位する構造とされた半導体加速度セン
サの製造方法であって、 上記シリコン基板をエッチングしてヒンジ部を形成した
後、そのヒンジ部に熱酸化により所定厚の酸化膜を形成
し、 その形成した酸化膜をエッチング除去することによって
上記ヒンジを形成することを特徴とする半導体加速度セ
ンサの製造方法。
1. A structure having a frame integrally formed from a silicon substrate, a weight located in the frame, and a hinge connecting the weight and the frame, wherein the weight is displaced by acceleration input. Forming a hinge portion by etching the silicon substrate, forming an oxide film of a predetermined thickness on the hinge portion by thermal oxidation, and etching away the formed oxide film. Forming the hinge by the method described above.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1270504A1 (en) * 2001-06-22 2003-01-02 Nanoworld AG Semiconductor device joint to a wafer

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