JPH04282870A - 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Info
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- JPH04282870A JPH04282870A JP3045217A JP4521791A JPH04282870A JP H04282870 A JPH04282870 A JP H04282870A JP 3045217 A JP3045217 A JP 3045217A JP 4521791 A JP4521791 A JP 4521791A JP H04282870 A JPH04282870 A JP H04282870A
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- crystal silicon
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- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
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- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この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。
製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体加速度センサにおいては、
単結晶シリコンチップに薄肉の梁部が形成され、この梁
部にピエゾ抵抗層が形成されている。そして、この梁部
の形成には、KOH等を用いた異方性エッチング法が用
いられており、これにより非常に高精度な加工が可能と
なる。
単結晶シリコンチップに薄肉の梁部が形成され、この梁
部にピエゾ抵抗層が形成されている。そして、この梁部
の形成には、KOH等を用いた異方性エッチング法が用
いられており、これにより非常に高精度な加工が可能と
なる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、異方性
エッチングでは梁部の根元部でのエッジ部分には応力集
中が起こりやすく強度が確保できないと言う欠点があっ
た。特に、1G以下の微少加速度を検知する半導体加速
度センサにおいては、感度を上げるために梁部の厚さを
極力薄くする必要があるため、梁部が非常に弱く製造歩
留りが低くなっていた。
エッチングでは梁部の根元部でのエッジ部分には応力集
中が起こりやすく強度が確保できないと言う欠点があっ
た。特に、1G以下の微少加速度を検知する半導体加速
度センサにおいては、感度を上げるために梁部の厚さを
極力薄くする必要があるため、梁部が非常に弱く製造歩
留りが低くなっていた。
【0004】この発明の目的は、半導体チップの梁部の
強度が高く高感度な半導体加速度センサを製造できる半
導体加速度センサの製造方法を提供することにある。
強度が高く高感度な半導体加速度センサを製造できる半
導体加速度センサの製造方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明は、単結晶半導
体チップの一部を、ピエゾ抵抗層が形成された薄肉の梁
部とするために異方性エッチングを行った後に、単結晶
半導体チップに0.5μm〜2.0μmの等方性エッチ
ングを施した半導体加速度センサの製造方法をその要旨
とするものである。
体チップの一部を、ピエゾ抵抗層が形成された薄肉の梁
部とするために異方性エッチングを行った後に、単結晶
半導体チップに0.5μm〜2.0μmの等方性エッチ
ングを施した半導体加速度センサの製造方法をその要旨
とするものである。
【0006】
【作用】単結晶半導体チップの一部を、ピエゾ抵抗層が
形成された薄肉の梁部とするための異方性エッチングが
行われた後に、単結晶半導体チップに0.5μm〜2.
0μmの等方性エッチングが施される。その結果、梁部
の根元部でのエッジ部分が丸くなり、応力集中が起こり
難いものとなる。
形成された薄肉の梁部とするための異方性エッチングが
行われた後に、単結晶半導体チップに0.5μm〜2.
0μmの等方性エッチングが施される。その結果、梁部
の根元部でのエッジ部分が丸くなり、応力集中が起こり
難いものとなる。
【0007】
【実施例】以下、この発明を具体化した一実施例を図面
に従って説明する。図1には、カンパッケージした半導
体加速度センサ1を示す。図2には半導体加速度センサ
1の単結晶シリコンチップ2の下面図(図1でのX方向
から見た図)を、図3には単結晶シリコンチップ2の平
面図(図1でのY方向から見た図)を示す。この単結晶
シリコンチップ2は片持ち梁構造となっている。即ち、
四角環状の基部3に対しその環内部に薄肉の梁部4が形
成され、さらに梁部4の先端部に厚肉の重り部5が形成
されている。又、梁部4には4つのピエゾ抵抗層6,7
,8,9が形成され、ピエゾ抵抗層6〜9にてブリッジ
回路が形成されている。
に従って説明する。図1には、カンパッケージした半導
体加速度センサ1を示す。図2には半導体加速度センサ
1の単結晶シリコンチップ2の下面図(図1でのX方向
から見た図)を、図3には単結晶シリコンチップ2の平
面図(図1でのY方向から見た図)を示す。この単結晶
シリコンチップ2は片持ち梁構造となっている。即ち、
四角環状の基部3に対しその環内部に薄肉の梁部4が形
成され、さらに梁部4の先端部に厚肉の重り部5が形成
されている。又、梁部4には4つのピエゾ抵抗層6,7
,8,9が形成され、ピエゾ抵抗層6〜9にてブリッジ
回路が形成されている。
【0008】図4〜図8には半導体加速度センサの製造
工程を示す。まず、図4に示すように、板状の単結晶シ
リコンチップ2を用意し、その上面の所定領域に不純物
を添加して4つのピエゾ抵抗層6,7,8,9(図3参
照)を形成する。そして、この単結晶シリコンチップ2
の下面の全面にプラズマ・シリコン窒化膜10を形成し
、さらに、図5に示すように、シリコン窒化膜10をホ
トエッチングにより片持ち梁形成のためにパターン化す
る。次に、図6に示すように、単結晶シリコンチップ2
におけるエッチングしたくない領域をセラミック板11
とワックス12にて覆い、シリコン窒化膜10をマスク
としてKOH水溶液等の異方性エッチング液にて単結晶
シリコンチップ2をエッチングする。その結果、単結晶
シリコンチップ2に凹部13が四角環状に形成され、そ
の一部が薄肉の梁部4となる。
工程を示す。まず、図4に示すように、板状の単結晶シ
リコンチップ2を用意し、その上面の所定領域に不純物
を添加して4つのピエゾ抵抗層6,7,8,9(図3参
照)を形成する。そして、この単結晶シリコンチップ2
の下面の全面にプラズマ・シリコン窒化膜10を形成し
、さらに、図5に示すように、シリコン窒化膜10をホ
トエッチングにより片持ち梁形成のためにパターン化す
る。次に、図6に示すように、単結晶シリコンチップ2
におけるエッチングしたくない領域をセラミック板11
とワックス12にて覆い、シリコン窒化膜10をマスク
としてKOH水溶液等の異方性エッチング液にて単結晶
シリコンチップ2をエッチングする。その結果、単結晶
シリコンチップ2に凹部13が四角環状に形成され、そ
の一部が薄肉の梁部4となる。
【0009】この異方性エッチングを行うと、図7に一
点鎖線で示すように、梁部4の周辺でのエッジ部(図7
にP1,P2 で示す)は尖っている。次に、単結晶シ
リコンチップ2を水洗した後、単結晶シリコンチップ2
を等方性エッチング液に所定時間浸漬して、図7に実線
で示すように、所定の深さのエッチングを行う。本実施
例では、等方性エッチング液として、フッ酸、硝酸、酢
酸の混合液を使用している。又、等方性エッチングの深
さの調整はエッチング液への浸漬時間を調整することに
より行われる。さらに、等方性エッチングの深さは、後
述するように、0.5μm〜2.0μmが好ましいもの
である。その後、シリコンチップ2の水洗を行う。
点鎖線で示すように、梁部4の周辺でのエッジ部(図7
にP1,P2 で示す)は尖っている。次に、単結晶シ
リコンチップ2を水洗した後、単結晶シリコンチップ2
を等方性エッチング液に所定時間浸漬して、図7に実線
で示すように、所定の深さのエッチングを行う。本実施
例では、等方性エッチング液として、フッ酸、硝酸、酢
酸の混合液を使用している。又、等方性エッチングの深
さの調整はエッチング液への浸漬時間を調整することに
より行われる。さらに、等方性エッチングの深さは、後
述するように、0.5μm〜2.0μmが好ましいもの
である。その後、シリコンチップ2の水洗を行う。
【0010】さらに、図8に示すように、単結晶シリコ
ンチップ2の表面の全面にホトレジスト14を塗布し、
このレジスト14をホトリソグラフィにより片持ち梁形
成のためにパターン化する。そして、単結晶シリコンチ
ップ2におけるエッチングしたくない領域をセラミック
板15とワックス16にて覆い、等方性エッチングを行
う。その結果、単結晶シリコンチップ2における梁部4
を除く領域での凹部13に到る溝17が形成され(図3
参照)、片持ち梁が形成される。
ンチップ2の表面の全面にホトレジスト14を塗布し、
このレジスト14をホトリソグラフィにより片持ち梁形
成のためにパターン化する。そして、単結晶シリコンチ
ップ2におけるエッチングしたくない領域をセラミック
板15とワックス16にて覆い、等方性エッチングを行
う。その結果、単結晶シリコンチップ2における梁部4
を除く領域での凹部13に到る溝17が形成され(図3
参照)、片持ち梁が形成される。
【0011】ここで、単結晶シリコンチップ2の梁部4
の厚みは数μm〜数10μmであり、単結晶シリコンチ
ップ2の基部3及び重り部5の厚みは数100μmであ
る。さらに、このような単結晶シリコンチップ2を図1
に示すように台座18上に載置した状態でカン19内に
収納するとともに、単結晶シリコンチップ2をシリコー
ンオイル20に浸漬させる。
の厚みは数μm〜数10μmであり、単結晶シリコンチ
ップ2の基部3及び重り部5の厚みは数100μmであ
る。さらに、このような単結晶シリコンチップ2を図1
に示すように台座18上に載置した状態でカン19内に
収納するとともに、単結晶シリコンチップ2をシリコー
ンオイル20に浸漬させる。
【0012】そして、加速度測定の際には、半導体加速
度センサに対し加速度が加わると片持ち梁の梁部4の根
元部を支点として変位し、梁部4上に歪みが発生する。 すると、ピエゾ抵抗層6〜9にて形成されたブリッジ回
路からピエゾ抵抗値の変化に基づくブリッジ出力が得ら
れる。又、加速度が加わっているときには、カン19内
のシリコーンオイル20により共振周波数を低くして高
周波の加速度で片持ち梁が破損するのが防止される。
度センサに対し加速度が加わると片持ち梁の梁部4の根
元部を支点として変位し、梁部4上に歪みが発生する。 すると、ピエゾ抵抗層6〜9にて形成されたブリッジ回
路からピエゾ抵抗値の変化に基づくブリッジ出力が得ら
れる。又、加速度が加わっているときには、カン19内
のシリコーンオイル20により共振周波数を低くして高
周波の加速度で片持ち梁が破損するのが防止される。
【0013】図9には等方性エッチングにて単結晶シリ
コンチップ2を1μmエッチングしたものと等方性エッ
チングを行わないものでの片持ち梁の強度を示す。この
図から、等方性エッチングを行うと、等方性エッチング
を行わない場合に比べ約2倍の強度向上が認められた。 これは、図7に示すように、単結晶シリコンチップ2の
梁部4の根元でのエッジ部分P2 が丸くなり応力集中
が起こり難くなったためである。
コンチップ2を1μmエッチングしたものと等方性エッ
チングを行わないものでの片持ち梁の強度を示す。この
図から、等方性エッチングを行うと、等方性エッチング
を行わない場合に比べ約2倍の強度向上が認められた。 これは、図7に示すように、単結晶シリコンチップ2の
梁部4の根元でのエッジ部分P2 が丸くなり応力集中
が起こり難くなったためである。
【0014】さらに、図10には等方性エッチングを行
ったことによる梁の強度向上率と、エッチング量(深さ
)との関係を調べた結果を示す。この測定の際には、図
11に示す組成の等方性エッチング液を用いた。つまり
、容量比で、フッ酸:硝酸:酢酸=2:45:3を用い
た。図10から、例えば、0.5μmのエッチング量で
1.7倍の強度向上を得た。さらに、強度向上率が1.
5倍以上であれば工程内(製造工程での作業時)の不良
率をほぼ0%にできるので、エッチング量を0.25μ
m以上とすればよいが、エッチングのバラツキを考慮し
て0.5μm以上とする必要があることが分かった。又
、エッチング量が2μm以上では強度向上はほぼ飽和と
なり、エッチングバラツキにより梁部4の厚みの精度は
悪化するため、エッチング量の上限を2μm以下とする
。このようにして、最適なる等方性エッチング量が、0
.5〜2.0μmであることが判明した。
ったことによる梁の強度向上率と、エッチング量(深さ
)との関係を調べた結果を示す。この測定の際には、図
11に示す組成の等方性エッチング液を用いた。つまり
、容量比で、フッ酸:硝酸:酢酸=2:45:3を用い
た。図10から、例えば、0.5μmのエッチング量で
1.7倍の強度向上を得た。さらに、強度向上率が1.
5倍以上であれば工程内(製造工程での作業時)の不良
率をほぼ0%にできるので、エッチング量を0.25μ
m以上とすればよいが、エッチングのバラツキを考慮し
て0.5μm以上とする必要があることが分かった。又
、エッチング量が2μm以上では強度向上はほぼ飽和と
なり、エッチングバラツキにより梁部4の厚みの精度は
悪化するため、エッチング量の上限を2μm以下とする
。このようにして、最適なる等方性エッチング量が、0
.5〜2.0μmであることが判明した。
【0015】尚、図10における等方性エッチング量の
測定は、図12に示すように単結晶シリコンチップ2を
用意しその一部をマスクした状態でセンサ製造時と同じ
エッチング条件にてエッチングを行い、表面段差計によ
りその段差δを測定することによりエッチング量を求め
た。さらに、この等方性エッチングを施さない単結晶シ
リコンチップでの破断部位での状態を図13に、又、等
方性エッチングを施したものの破断部位の状態を図14
に示す。図13に示す等方性エッチングを施さないシリ
コンチップにおいては梁部4の根元部から破断している
が、図14に示す等方性エッチングを施したシリコンチ
ップにおいては根元より離れた位置で破断しており、破
断位置が異なることが分かった。図15には等方性エッ
チング量と、二種類の破断状態(根元での破断、根元か
ら離れた位置での破断)の比率を示す。この図15から
、1μm以上の等方性エッチングを行うと、根元から離
れた位置での破断となることが分かった。尚、図13,
14は、破断部のスケッチである。
測定は、図12に示すように単結晶シリコンチップ2を
用意しその一部をマスクした状態でセンサ製造時と同じ
エッチング条件にてエッチングを行い、表面段差計によ
りその段差δを測定することによりエッチング量を求め
た。さらに、この等方性エッチングを施さない単結晶シ
リコンチップでの破断部位での状態を図13に、又、等
方性エッチングを施したものの破断部位の状態を図14
に示す。図13に示す等方性エッチングを施さないシリ
コンチップにおいては梁部4の根元部から破断している
が、図14に示す等方性エッチングを施したシリコンチ
ップにおいては根元より離れた位置で破断しており、破
断位置が異なることが分かった。図15には等方性エッ
チング量と、二種類の破断状態(根元での破断、根元か
ら離れた位置での破断)の比率を示す。この図15から
、1μm以上の等方性エッチングを行うと、根元から離
れた位置での破断となることが分かった。尚、図13,
14は、破断部のスケッチである。
【0016】このように本実施例では、単結晶シリコン
チップ2(単結晶半導体チップ)の一部をピエゾ抵抗層
6〜9が形成された薄肉の梁部4とするために異方性エ
ッチングを行った後に、単結晶シリコンチップ2に0.
5μm〜2.0μmの等方性エッチングを施した。その
結果、梁部4の根元部でのエッジ部分が丸くなり、応力
集中が起こり難いものとなり、単結晶シリコンチップ2
の梁部4の強度が高く高感度な半導体加速度センサを製
造できることとなる。つまり、異方性エッチング液にて
単結晶シリコンチップをエッチングしただけでは梁部の
根元部が非常に破損しやすく、特に、1G以下の微少加
速度検出用センサでは梁部の厚さを20μm前後まで薄
くするため非常に弱く製造歩留りが低くなっていたが、
本実施例のように等方性エッチングを施すことにより梁
部の強度を向上させることができる。
チップ2(単結晶半導体チップ)の一部をピエゾ抵抗層
6〜9が形成された薄肉の梁部4とするために異方性エ
ッチングを行った後に、単結晶シリコンチップ2に0.
5μm〜2.0μmの等方性エッチングを施した。その
結果、梁部4の根元部でのエッジ部分が丸くなり、応力
集中が起こり難いものとなり、単結晶シリコンチップ2
の梁部4の強度が高く高感度な半導体加速度センサを製
造できることとなる。つまり、異方性エッチング液にて
単結晶シリコンチップをエッチングしただけでは梁部の
根元部が非常に破損しやすく、特に、1G以下の微少加
速度検出用センサでは梁部の厚さを20μm前後まで薄
くするため非常に弱く製造歩留りが低くなっていたが、
本実施例のように等方性エッチングを施すことにより梁
部の強度を向上させることができる。
【0017】
【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
半導体チップの梁部の強度が高く高感度な半導体加速度
センサを製造できる優れた効果を発揮する。
半導体チップの梁部の強度が高く高感度な半導体加速度
センサを製造できる優れた効果を発揮する。
【図1】カンパッケージした半導体加速度センサを示す
図である。
図である。
【図2】半導体加速度センサのシリコンチップの下面図
である。
である。
【図3】シリコンチップの平面図である。
【図4】製造工程を示す図である。
【図5】製造工程を示す図である。
【図6】製造工程を示す図である。
【図7】製造工程を示す図である。
【図8】製造工程を示す図である。
【図9】梁部の肉厚と破壊印加荷重との関係を示す図で
ある。
ある。
【図10】エッチング量と破断強度向上率との関係を示
す図である。
す図である。
【図11】等方性エッチング液の組成を示す図である。
【図12】エッチング量の測定方法を説明するための図
である。
である。
【図13】破断部位状態を示すスケッチである。
【図14】破断部位状態を示すスケッチである。
【図15】エッチング量と破断状態占有率との関係を示
す図である。
す図である。
2 単結晶半導体チップとしての単結晶シリコンチッ
プ4 梁部 6〜9 ピエゾ抵抗層
プ4 梁部 6〜9 ピエゾ抵抗層
Claims (1)
- 【請求項1】 単結晶半導体チップの一部を、ピエゾ
抵抗層が形成された薄肉の梁部とするために異方性エッ
チングを行った後に、単結晶半導体チップに0.5μm
〜2.0μmの等方性エッチングを施したことを特徴と
する半導体加速度センサの製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3045217A JP2508928B2 (ja) | 1991-03-11 | 1991-03-11 | 半導体加速度センサの製造方法 |
| US07/848,721 US5223086A (en) | 1991-03-11 | 1992-03-09 | Method of producing an acceleration sensor of a semiconductor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3045217A JP2508928B2 (ja) | 1991-03-11 | 1991-03-11 | 半導体加速度センサの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04282870A true JPH04282870A (ja) | 1992-10-07 |
| JP2508928B2 JP2508928B2 (ja) | 1996-06-19 |
Family
ID=12713105
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3045217A Expired - Lifetime JP2508928B2 (ja) | 1991-03-11 | 1991-03-11 | 半導体加速度センサの製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5223086A (ja) |
| JP (1) | JP2508928B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US6021670A (en) * | 1997-04-15 | 2000-02-08 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor acceleration detecting device with shock absorbing structure |
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| JP3426295B2 (ja) * | 1992-09-25 | 2003-07-14 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | 電子装置を検査する方法および装置 |
| US5949118A (en) * | 1994-03-14 | 1999-09-07 | Nippondenso Co., Ltd. | Etching method for silicon substrates and semiconductor sensor |
| US5575929A (en) * | 1995-06-05 | 1996-11-19 | The Regents Of The University Of California | Method for making circular tubular channels with two silicon wafers |
| US6284670B1 (en) | 1997-07-23 | 2001-09-04 | Denso Corporation | Method of etching silicon wafer and silicon wafer |
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| JP4156946B2 (ja) * | 2003-02-26 | 2008-09-24 | 三菱電機株式会社 | 加速度センサ |
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Also Published As
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