JPH11220139A - 半導体力学量センサの製造方法 - Google Patents

半導体力学量センサの製造方法

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JPH11220139A
JPH11220139A JP2134398A JP2134398A JPH11220139A JP H11220139 A JPH11220139 A JP H11220139A JP 2134398 A JP2134398 A JP 2134398A JP 2134398 A JP2134398 A JP 2134398A JP H11220139 A JPH11220139 A JP H11220139A
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pads
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wiring
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峰一 酒井
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稔 村田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気化学エッチングを用いて半導体力学量セ
ンサを製造する場合に、エッチング用の電圧を印加する
ために必要とされるチップ内の配線領域を小さくする。 【解決手段】 ウェハ20のチップ領域にパッド5〜7
を形成するとともに、パッド5〜7と接続されかつウェ
ハ20のスクライブライン領域に沿って配設されるエッ
チング用配線21、22を形成し、エッチング用配線2
1、22からパッド5〜7を介してエッチング用の電圧
を印加しつつ、電気化学エッチングを行って、半導体力
学量センサの可動部、例えば加速度センサの梁構造体を
形成し、この後、スクライブライン領域をカットしてチ
ップ化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、加速度、圧力、振
動、角速度などの力学量を検出する半導体力学量センサ
の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体加速度センサにおける梁構
造体あるいは半導体圧力センサにおけるダイヤフラムな
どの可動部を電気化学エッチングを用いて形成するよう
にしたものがある(特開昭62−67880号公報、特
開平6−123631号公報、特開平6−45618号
公報など)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記した電気化学エッ
チングを用いた製造方法においては、例えばP型半導体
基板の上にN型半導体層が形成されたウェハを用い、N
型半導体層にエッチング用の電圧として正の電圧を印加
しながらウェハを異方性エッチング液に浸漬させて、P
型半導体領域のみをエッチングすることにより、可動部
を形成することができる。
【0004】しかしながら、この電気化学エッチングを
用いる場合には、N型半導体層に正の電圧を印加するた
めの配線をチップ内に形成する必要があり、その配線の
ための余分な領域が必要になるという問題がある。本発
明は上記問題に鑑みたもので、エッチング用の電圧を印
加するために必要とされるチップ内の配線領域を小さく
することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1に記載の発明においては、ウェハ(20、
200)のチップ領域に形成されるパッド(5〜7、2
07〜214)と接続され、かつ前記ウェハ(20、2
00)のスクライブライン領域に沿って配設されるエッ
チング用配線(21、22)を形成し、エッチング用配
線(21、22)からパッド(5〜7、207〜21
4)を介して半導体層(12、222)にエッチング用
の電圧を印加し、半導体基板(11、221)を電気化
学エッチングして、可動部(2、202)を形成し、こ
の後、スクライブライン領域をカットしてチップ化する
ようにしたことを特徴としている。
【0006】このように、センサの回路配線上必要とさ
れるパッド(5〜7、207〜214)を利用すること
によって、エッチング用の電圧を印加するために必要な
チップ内の配線領域を小さくすることができる。請求項
2に記載の発明においては、請求項1に記載の発明に対
し、ウェハ(20)の表面側からの電気化学エッチング
によって、梁構造体(2)および固定電極(3、4)を
有する半導体力学量センサを製造することができる。
【0007】この場合、請求項3に記載の発明のよう
に、梁構造体(2)用の第1のパッド(5)と固定電極
(3、4)用の第2のパッド(6、7)のそれぞれにエ
ッチング用の電圧を印加することによって、請求項2に
記載の半導体力学量センサを適切に製造することができ
る。また、請求項4に記載の発明のように、埋め込み絶
縁膜(14)をストッパとして電気化学エッチングを行
うようにすれば、埋め込み絶縁膜(14)によってエッ
チング領域が制限されるため、梁構造体(2)および固
定電極(3、4)を精度よく形成することができる。
【0008】また、請求項5に記載の発明においては、
請求項1に記載の発明に対し、ウェハ(200)の表面
側からの電気化学エッチングによって、ダイヤフラム部
(202)を有する半導体圧力センサを製造することが
できる。なお、上記した括弧内の符号は、後述する実施
形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【0009】
【発明の実施の形態】(第1実施形態)図1に、本発明
を用いて製造された半導体加速度センサの平面構成を示
し、図2に、図1中のA−A断面構成を示す。加速度セ
ンサは、基板1をエッチング加工して形成された梁構造
体2を有する構造になっている。この梁構造体2は、梁
部2aと、おもり部(質量部)2bと、おもり部2bの
両側に形成された複数の可動電極2cとから構成されて
おり、図の左右方向に加速度が生じたとき、その加速度
によっておもり部2bが変位するようになっている。ま
た、それぞれの可動電極2cの一方の側には固定電極3
が対向して配置され、他方の側には固定電極4が対向し
て配置されている。
【0010】基板1の上にはアルミのパッド5、6、7
および配線8a、8b、9、10が形成されている。パ
ッド5は、配線8a、8bを介して梁構造体2における
可動電極2cと電気的に接続されており、パッド6は、
配線9を介して固定電極3と電気的に接続され、さらに
パッド7は、配線10を介して固定電極4と電気的に接
続されている。なお、パッド5、6、7は、図示しない
回路部とワイヤボンディングによって電気的に接続され
ている。
【0011】基板1は、図2に示すように、P型シリコ
ン基板11上にN型エピタキシャル層12、酸化膜13
が形成された構造になっている。また、素子分離領域を
形成するために、梁構造体2における付け根部(アンカ
部)および固定電極3、4を形成する箇所に埋め込み絶
縁膜14が形成されており、この埋め込み絶縁膜14を
ストッパとした電気化学エッチングにより梁構造体2お
よび固定電極3、4が形成されている。この梁構造体2
および固定電極3、4は、埋め込み絶縁膜14によって
支持(固定)されており、かつP型シリコン基板11と
電気的に絶縁分離されている。
【0012】このような構成において、おもり部2bが
加速度を受けて変位すると、可動電極2cもそれに応じ
て変位する。可動電極2cと固定電極3、4はそれぞれ
差動の容量を構成しているため、可動電極2cの変位に
応じて容量が変化し、この容量変化を検出することによ
り加速度を検出することができる。例えば、容量変化を
検出し、可動電極2cを所定の位置に保持するように可
動電極2cにフィードバック電圧を印加するサーボ制御
を行うようにして、加速度検出を行うことができる。
【0013】次に、上記した加速度センサの製造方法に
ついて図3、図4に示す工程図を参照して説明する。な
お、この図3、図4に示す工程図においては、図2に示
すのと同じ断面で示している。まず、図3(a)に示す
ように、P型シリコン基板11上にN型エピタキシャル
層12を形成したウェハ20を用意する。次に、図3
(b)の工程において、N型エピタキシャル層12の上
に酸化膜15を形成し、素子分離領域を形成するパター
ンでパターニングした後、ドライエッチングしてトレン
チ16を形成する。この場合、トレンチ16を、N型エ
ピタキシャル層12を貫通しP型シリコン基板11内に
達する深さで形成する。
【0014】そして、図3(c)の工程において、トレ
ンチ16を酸化膜(SiO2 )などの絶縁膜で埋め戻
し、埋め込み絶縁膜14とする。この後、全面の酸化膜
を除去し、新たに熱酸化膜13を形成する。次に、図3
(d)の工程において、電気接続をとる領域に開口部1
7を形成する。このとき、ウェハ20をチップ化する際
に用いるスクライブライン領域上の酸化膜13は残した
ままにする。
【0015】そして、図4(a)の工程において、パッ
ド5、6、7および配線8a、8b、9、10をアルミ
で形成する。また、この工程において、ウェハ20のス
クライブライン領域に沿って配線を形成するとともにそ
の配線をパッド5、6、7に接続する配線をアルミで形
成する。具体的には、図5に示すように、ウェハ20に
おける各チップの周囲のスクライブライン領域に沿って
配線21を形成し、またその配線21を各チップのパッ
ド5、6、7に接続する接続配線22を形成する。ま
た、ウェハ20の所定箇所に、配線21と接続された電
極23、24を形成する。
【0016】この後、図4(b)の工程において、梁構
造体2を画定するパターンでトレンチ18を形成する。
このトレンチ18も、トレンチ16と同様、N型エピタ
キシャル層12を貫通しP型シリコン基板11内に達す
る深さで形成する。このトレンチ18を形成した後、電
気化学エッチングを行う。この場合、図6に示すよう
に、ウェハ20の裏面側(トレンチ18が形成されてい
ない側)をセラミック基板30に接触させてワックスに
て貼り付ける。そして、ウェハ20の表面に形成された
電極23、24のいずれかにPt配線31を付けてワッ
クス32で固定する。この状態で異方性エッチング液
(例えばTMAH液)35中に浸し、Pt配線31とT
MAH液35中のPt配線34の間に1〜20V程度の
電圧を印加して、電気化学エッチングを行う。
【0017】この場合、各チップにおけるN型エピタキ
シャル層12には、Pt配線31から電極23(又は2
4)を介し、さらに配線22、配線21、パッド5、
6、7を介して正の電圧が印加されるため、N型エピタ
キシャル層12はエッチングされないが、P型シリコン
基板11はトレンチ18から侵入したTMAH液25に
よってエッチングされる。このため、N型エピタキシャ
ル層12の裏側には、図4(c)に示すように、空洞領
域19が形成され、N型エピタキシャル層12によって
可動部をなす梁構造体2が形成される。また、埋め込み
絶縁膜14はエッチングされないため、この埋め込み絶
縁膜14によって横方向のエッチング領域が制限され
る。
【0018】このような電気化学エッチングを行った
後、図5中の点線で示す位置にて、ウェハ20のスクラ
イブライン領域をダイシングカットし、図1、図2に示
す構造の加速度センサを得る。このとき、スクライブラ
イン領域に形成された配線21および配線22が切断さ
れるため、パッド5〜7は互いに電気的に分離された状
態になる。
【0019】上記した製造方法によれば、埋め込み絶縁
膜14によって横方向のエッチング領域を制限するよう
にしている。このため、エッチング液の状態(組成、温
度、濃度等)、エッチング時間などのエッチング条件が
変化しても、エッチング領域を一定にすることことがで
きる。また、空洞領域19におけるP型シリコン基板1
1の表面が凹凸形状になるため、その表面に可動電極2
cを付着しにくくすることができる。また、埋め込み絶
縁膜14によって、梁構造体2および固定電極3、4が
下側のP型シリコン基板11と絶縁分離されているた
め、PNリーク電流が発生せず、センサ精度を良好にす
ることができる。
【0020】また、電気化学エッチング時には、スクラ
イブライン領域に沿って形成した配線21から接続配線
22を介しパッド5、6、7にエッチング用の正の電圧
を印加するようにしているから、パッド5、6、7を利
用することによって、エッチング用の電圧を印加するの
に必要とされる配線領域を極力少なくすることができ
る。 (第2実施形態)図7に、本発明を用いて製造された半
導体加速度スイッチの平面構成を示し、図8に、図7中
のB−B断面構成を示す。
【0021】加速度スイッチは、基板101をエッチン
グ加工して形成された梁構造体102を有する構造にな
っている。この梁構造体102は、梁部102aと、お
もり可動電極102bとから構成されており、おもり可
動電極102bにおける図の左側の側面が接点部102
cになっている。また、おもり可動電極102bの左側
には固定電極103が配設されており、この固定電極1
03は、おもり可動電極102bの接点部102cに対
向する接点部103aを有している。
【0022】基板101の上にはアルミのパッド10
4、105および配線106、107が形成されてい
る。パッド104は、配線106を介して梁構造体2に
おけるおもり可動電極102bと電気的に接続されてお
り、パッド105は、配線107を介して固定電極10
3と電気的に接続されている。基板101は、図7に示
すように、P型シリコン基板111上にN型エピタキシ
ャル層112が形成され、その上に酸化膜113が形成
された構造になっている。また、素子分離領域を形成す
るために、梁構造体102における付け根部(アンカ
部)および固定電極103を形成する箇所に埋め込み絶
縁膜114が形成されており、この埋め込み絶縁膜11
4をストッパとした電気化学エッチングにより梁構造体
102および固定電極103が形成されている。この梁
構造体102および固定電極103は、埋め込み絶縁膜
114によって支持(固定)されており、かつP型シリ
コン基板111と絶縁分離されている。
【0023】上記のように構成された加速度スイッチに
おいて、その動作には、パッド104、パッド105を
介しておもり可動電極102b、固定電極103間に所
定の電位差を与えておく。この状態において、基板1の
表面に平行な方向に加速度が生じ、おもり可動電極10
2bが図の左方向に変位して、おもり可動電極102b
の接点部102cと可動電極103の接点部103aと
が接触すると、おもり可動電極102bから可動電極1
03に電流が流れるため、所定値以上の加速度が生じた
ことを検出することができる。
【0024】この加速度スイッチは、第1実施形態で示
したのと同様の製造工程を用いて製造することができ
る。この場合、電気化学エッチングにより梁構造体10
2を形成するときには、図5で示したのと同様に、スク
ライブライン領域に沿って形成した配線21から接続配
線22を介しパッド104、105にエッチング用の正
の電圧を印加して行う。 (第3実施形態)図9に、本発明を用いて製造された半
導体圧力センサの平面構成を示し、図10に、図9中の
C−C断面構成を示す。
【0025】圧力センサは、基板201に薄肉のダイヤ
フラム部202が形成された構造となっている。このダ
イヤフラム部202には、その歪みに応じて抵抗値が変
化する歪ゲージ203〜206が形成されている。歪ゲ
ージ203はパッド207、208に電気接続され、同
様に、歪ゲージ204はパッド209、210に電気接
続され、歪ゲージ205はパッド211、212に電気
接続され、歪ゲージ206はパッド213、214に電
気接続されている。なお、パッド207〜214は、図
示しない回路部とワイヤボンディングによって電気的に
接続されている。
【0026】基板201は、図10に示すように、P型
シリコン基板221上にN型エピタキシャル層222、
酸化膜223が形成された構造になっている。この基板
201の所定領域には、薄肉のダイヤフラム部202が
形成されており、このダイヤフラム部202の下には空
洞領域224が形成されている。このダイヤフラム部2
02は、N型エピタキシャル層222とその上部に形成
された封止膜225で構成されており、N型エピタキシ
ャル層222に形成されたトレンチ(後述する)を封止
膜225で封止することにより、ダイヤフラム部202
の下部に形成された空洞領域224を基準圧力室として
いる。
【0027】このような構成とすることにより、ダイヤ
フラム部202にかかる圧力が変化すると、ダイヤフラ
ム部202が変位し、歪ゲージ203〜206の抵抗値
が変化する。そして、その抵抗値変化により圧力を検出
することができる。次に、上記した圧力センサの製造方
法について図11に示す工程図を参照して説明する。な
お、この図11に示す工程図においては、図10に示す
のと同じ断面で示している。
【0028】まず、図11(a)に示すように、P型シ
リコン基板221上にN型エピタキシャル層222を形
成したウェハ200を用意する。次に、図11(b)の
工程において、N型エピタキシャル層222の上に酸化
膜223を形成し、ダイヤフラム部202となる領域に
P型拡散層により歪ゲージ203〜206を形成し、こ
れらの歪ゲージ203〜206に対して電気接続をとる
領域およびダイヤフラム部202の電位固定をとる領域
に開口部226を形成する。また、このとき、ウェハ2
00をチップ化する際に用いるスクライブライン領域上
の酸化膜は残したままにする。
【0029】そして、図11(c)の工程において、パ
ッド207〜214をアルミで形成する。また、この工
程において、図5で示したのと同様に、ウェハ200に
おける各チップの周囲のスクライブライン領域に沿って
配線21を形成し、またその配線21と各チップのパッ
ド207〜214のぞれぞれに接続する配線22を形成
する。また、ウェハ200の所定箇所に、配線21と接
続された電極23、24を形成する。
【0030】この後、図11(d)の工程において、ダ
イヤフラム部202となる領域において、図9に示す四
角形状のパターンでトレンチ227を複数形成する。こ
の場合、トレンチ227を、N型エピタキシャル層22
2を貫通しP型シリコン基板221内に達する深さで形
成する。このトレンチ227を形成した後、電気化学エ
ッチングを図6で示したのと同様の方法で行う。その結
果、図11(e)に示すように、空洞領域224が形成
される。そして、減圧下で封止膜225を全面に堆積さ
せる。このことにより、ダイヤフラム部202が構成さ
れ、空洞領域224が基準圧力室になる。なお、封止膜
225としては、SiN膜、SiO2 膜、TEOS膜又
はこれらの複合膜等を用いることができる。
【0031】この後、ウェハ200をダイシングカット
して図8、図9に示す構造の圧力センサを得る。このと
き、スクライブライン領域に形成された配線21および
配線22が切断されるため、パッド207〜214は互
いに電気的に分離された状態になる。なお、上記した種
々の実施形態において、P型シリコン基板の上にエピタ
キシャル層を形成したウェハを用いるものを示したが、
P型シリコン基板の表面にN層を拡散させたウェハを用
いてもよい。また、電気化学エッチングに用いるエッチ
ング液としては、TMAH液以外にKOH液、HF液を
用いてもよい。但し、この場合には、アルミがエッチン
グされるため、パッドおよび配線に対する保護膜が必要
となる。
【0032】また、パッド5〜7(又は207〜21
4)と接続される配線22に、チップ内でダイオードを
接続するようにしておき、センサ実動作時に配線22か
らセンサ端部にリーク電流が流れるのを防止するように
してもよい。例えば、第1実施形態の加速度センサの場
合を例にとると、図12に示すように、パッド5〜7に
接続される配線22において、チップ内でダイオード2
5〜27を接続するようにする。
【0033】また、本発明は上記した加速度センサ、加
速度スイッチ、圧力センサ以外に、角速度センサにも同
様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を用いて製造された半導体加速度センサ
の平面構成を示す図である。
【図2】図1中のA−A断面構成を示す図である。
【図3】図1、図2に示す半導体加速度センサの製造方
法を示す工程図である。
【図4】図3に続く製造工程を示す工程図である。
【図5】配線、パッドをウェハに形成した状態を示す図
である。
【図6】電気化学エッチングを行う工程を示す図であ
る。
【図7】本発明を用いて製造された半導体加速度スイッ
チの平面構成を示す図である。
【図8】図7中のB−B断面構成を示す図である。
【図9】本発明を用いて製造された半導体圧力センサの
平面構成を示す図である。
【図10】図9中のC−C断面構成を示す図である。
【図11】図9、図10に示す半導体圧力センサの製造
方法を示す工程図である。
【図12】本発明の他の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
2…梁構造体、2a…梁部、2b…おもり部、2c…可
動電極、3、4…固定電極、11…P型シリコン基板、
12…N型エピタキシャル層、14…埋め込み絶縁膜、
20…ウェハ、102…梁構造体、102a…梁部、1
02b…おもり可動電極、111…P型シリコン基板、
112…N型エピタキシャル層、114…埋め込み絶縁
膜、200…ウェハ、202…ダイヤフラム部、203
〜206…歪ゲージ、221…P型シリコン基板、22
2…N型エピタキシャル層。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 P型の半導体基板(11、221)上に
    N型の半導体層(12、222)を有するウェハ(2
    0、200)を用意する工程と、 前記ウェハ(20、200)のチップ領域に前記半導体
    層(12、222)と電気接続されるパッド(5〜7、
    207〜214)を形成するとともに、このパッド(5
    〜7、207〜214)と接続されかつ前記ウェハ(2
    0、200)のスクライブライン領域に沿って配設され
    るエッチング用配線(21、22)を形成する工程と、 前記エッチング用配線(21、22)から前記パッド
    (5〜7、207〜214)を介して前記半導体層(1
    2、222)にエッチング用の電圧を印加し、前記半導
    体基板(11、221)を電気化学エッチングして、可
    動部(2、202)を形成する工程と、 この後、前記スクライブライン領域をカットしてチップ
    化する工程とを有することを特徴とする半導体力学量セ
    ンサの製造方法。
  2. 【請求項2】 可動電極(2c)を有する梁構造体
    (2)および前記可動電極(2c)に対向配置された固
    定電極(3、4)を有する半導体力学量センサを製造す
    る方法であって、 表面側にN型の半導体層(12)が形成されたP型の半
    導体基板(11)からなるウェハ(20)を用意する工
    程と、 前記ウェハ(20)のチップ領域に前記半導体層(1
    2)と電気接続されるパッド(5〜7)を形成するとと
    もに、このパッド(5〜7)と接続されかつ前記ウェハ
    (20)のスクライブライン領域に沿って配設されるエ
    ッチング用配線(21、22)を形成する工程と、 前記半導体層(12)に前記梁構造体(2)を画定する
    パターンでトレンチ(18)を形成する工程と、 この後、 前記エッチング用配線(21、22)から前
    記パッド(5〜7、207〜214)を介して前記半導
    体層(12、222)にエッチング用の電圧を印加し、
    前記ウェハ(20)の表面側から電気化学エッチングを
    行って、前記梁構造体(2)および前記固定電極(3、
    4)を形成する工程と、 この後、前記スクライブライン領域をカットしてチップ
    化する工程とを有することを特徴とする半導体力学量セ
    ンサの製造方法。
  3. 【請求項3】 前記パッド(5〜7)として、前記梁構
    造体(2)を構成する前記半導体層(12)と電気接続
    される第1のパッド(5)と前記固定電極(3、4)を
    構成する前記半導体層(12)と電気接続される第2の
    パッド(6、7)とを形成し、 前記エッチング用配線(21、22)を前記第1、第2
    のパッド(5〜7)のそれぞれに接続して形成すること
    を特徴とする請求項2に記載の半導体力学量センサの製
    造方法。
  4. 【請求項4】 前記半導体層(12)を貫通し前記半導
    体基板(11)内に達するように埋め込み絶縁膜(1
    4)を形成する工程を有し、 前記埋め込み絶縁膜(14)をストッパとして前記電気
    化学エッチングを行うことにより、前記梁構造体(2)
    および前記固定電極(3、4)を形成することを特徴と
    する請求項2又は3に記載の半導体力学量センサの製造
    方法。
  5. 【請求項5】 表面側にN型の半導体層(222)が形
    成されたP型の半導体基板(221)からなるウェハ
    (200)を用意する工程と、 前記ウェハ(200)のチップ領域に前記半導体層(2
    22)と電気接続されるパッド(207〜214)を形
    成するとともに、このパッド(207〜214)と接続
    されかつ前記ウェハ(200)のスクライブライン領域
    に沿って配設されるエッチング用配線(21、22)を
    形成する工程と、 ダイヤフラム部(202)となる領域において、前記半
    導体層(222)にトレンチ(227)を形成する工程
    と、 前記エッチング用配線(21、22)から前記パッド
    (5〜7、207〜214)を介して前記半導体層(2
    22)にエッチング用の電圧を印加して前記ウェハ(2
    00)の表面側から電気化学エッチングを行い、この
    後、前記トレンチ(227)を封止膜(225)で封止
    して、前記ダイヤフラム部(202)を形成する工程
    と、 この後、前記スクライブライン領域をカットしてチップ
    化する工程とを有することを特徴とする半導体圧力セン
    サの製造方法。
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