专利名称：半导体加速度传感器的制造方法
技术领域：
本发明涉及包括半导体加速度传感器在内的半导体器件。半导体加速度传感器的作用是利用象硅晶体之类的半导体晶体表现出的压力电阻效应将位移量转换成电信号。
近几年来，随着微细加工技术的发展，可以在半导体圆片上形成薄膜，经过蚀刻，制取半导体加速度传感器(参看例如1979年12月第ED-2b卷笫12期的《电气电子工程师协会电子器件论文集》)。
图3示出了微细加工制造的常规半导体加速度传感器。图3A是顶视图，力3B是剖视图。悬臂51受到沿图3B中箭头所示方向的加速度的作用时变形。悬臂51的变形量通过悬臂51上表面形成的扩散电阻表现出的压力电阻效应检测出来，加速度则通过与扩散电阻21b的比较确定。扩散电阻21a和21b与高浓度扩散区55及输出端子23连接。上挡块53和下挡块54是为防止悬臂51断裂而设的，整个构件装在陶瓷基片52上。
图4示出日本未经审查的专利公报平1-302167中公开的微细加工制造出的半导体加速度传感器。槽62是在支架61附近的悬臂51中蚀刻形成的细薄部分。扩散电阻21在传感器的上表面形成，构成电桥电路。扩散电阻21c和21d用作基准电阻，设置在支架61的上表面。扩散电阻21e和21f用可变电阻，用来检测细薄部分的变形量，且垂直于各基准电阻配置。
常规半导体加速度传感器是蚀刻制成的。具体地说，为提高检测灵敏度，需要形成细薄部分(加工背面)。由于细薄部分是蚀刻形成的，因而需要严格控制蚀刻液的组成和温度以及搅拌情况，以便得出均匀的厚度，此外还需要象制造掩模图形之类的制造工序。
此外，由于扩散电阻21a和21b配置在加速度传感器的上表面，重物22也形成在该上表面上，如图3A中所示，因而加速度传感器的上表面面积要大，从而例如限制了从一个硅圆片制取传感器的数目，难以降低传感器的造价。
此外，在图4的加速度传感器中，为保持细薄部分足够的强度水平，悬臂51的宽度和图中从图面至深度方向的宽度需要有一定的值。因此，象图3A的加速传感器那样，加速度传感器上部表面的面积不能小，从而限制了从半导体圆片1制取传感器的数目，难以降低传感器的造价。
此外由于检测加速度的扩散电阻21是设在加速度传感器受到加速作用的表面上的，因而这些扩散电阻需要设计得使其阻值与位于支架61和可变电阻上方的基准电阻大不相同。
本发明是要解决上述诸问题的。因此本发明的目的是提供一种易于制造，可以从一个半导体圆片1制取大量传感器的廉价半导体加速度传感器，并提供制取压力传感器的一种制造方法。
为解决上述诸问题，本发明将扩散电阻21都配置在传感器的侧面100上，从而可以从一个半导体圆片1制取许多传感器。用这种位移量检测元件设在传感器侧面100的结构，用工序数较少，没有蚀刻工序的制造工艺就可以制取价廉的传感器。
作为制造上述器件的措施，本发明采用切片法切出传感元件12。在此情况下，固定半导体圆片1的方法是用冰将半导体圆片固定到固定部分的。本发明如此制造出来的传感器是个完美的矩形平行六面体，这给传感器在的装卸带来方便。这样就可以高产低成本地制取包括半导体加速度传感器在内的半导体器件。
图1是展示本发明的制造方法的剖面图。
图2A-2B是展示本发明半导体加速度传感器切割方法的正视图和侧视图。
图3A-3B是展示常规半导体加速度传感器切割方法的顶视图和剖视图。
图4是常规半导体加速度传感器的结构透视图。
图5是应用本发明的方法制造的半导体加速度传感器的结构透视图。
图6A-6C是应用本发明的制造方法制造的半导体加速度传感器的制造工序图。
图7是半导体圆片按常规切片法的顶视图。
图8是热电变换半导体元件的原理说明图。
图9A-9D本发明制造方法的工序图。
图10是应用本发明的方法制造的半导体加速度传感器的结构透视图。
图11A-11C是应用本发明的方法制造的半导体加速度传感器的结构平面图。
下面具体说明本发明的制造方法。
图5示出了用本发明的方法制造的半导体加速度传感器的结构。半导体加速度传感器的结构呈矩形平行六面体，这是从半导体圆片1切割下来的，上面形成有扩散电阻21，输出端子等。这种结构体以下称传感器元件12。重物22粘附在传感元件12上。为与支架61电接触，在输出端子23上形成多个焊点，由金或焊料制成。电连接可以不通过焊点进行。
现在参看图6说明制造方法的细节。在图6A半导圆片1的表面形成扩散电阻21和输出端子23的图形，从而形成传感元件的图形11。半导体圆片1切割得使扩散电阻21和输出端子23处在同一个平面上，从而得出图6B的矩形平行六面体传感元件12。最后将重物22粘附到矩形平行六面体传感元件12上，如图6C所示。半导体圆片1最好用切片法切割。切片时，先沿传感元件图形11剖面划多条线，然后以各划线为准将圆片切成块。将加速传感元件12安置在半导体圆片1上。在图6C的工序之后，进行装配和封装。
上面说的是制造低加速元件的实施例。低加速是指1至2G(1G＝9.8米/秒2)的加速度。整个元件的长度、宽度W和高度分别为9毫米(可动部分6毫米，支架部分3毫米)、0.6毫米和0.1毫米。附带说一下，低加速加速度传感器用于地震检测、虚拟实体的检测等用途。
在本发明的制造方法中，图6B的工序是将半导体圆片1切成块制取矩形平行六面体传感元件12的这个工序用冷冻夹盘6进行。
下面参看图1说明本发明的具体实施例。
图1是制造本发明的半导体加速度传感器的设备的剖面图。
就其结论而论，是设置在切片机的工作台10上的，再将半导体圆片1冷冻使其固定在冷冻夹盘6上。半导体圆片1通过冰层2固定在冷冻夹盘6上。由于利用现有的切割机，因而本发明采用了冷冻夹盘装在工作台10上的结构。但当然也可以采用以工作台10作为冷冻夹盘6的结构。
冷冻夹盘6由热电变换半导体元件5构成。下面参看图8说明热电变换元件的原理。
热电变换半导体元件5构成∏形串联电路。在该电路中，金属电极(板)4将两种热电半导体(即p型元件73和n型元件74)连接在一起。若使直流电从n型半导体74流到p型半导体73，则热量按电流在n型半导体中流动相反的方向和电流在p型半导体中流动相同的方向流动，从而使顶部金属片冷却下来而从周围环境中吸收热量72。
热电半导体元件5多数情况下由铋或碲的半导体构成，而且是两种通过掺杂制取的半导体，即n型(电子过量的)半导体和p型(电子不足的)半导体。
热电半导体元件5要求能散热以便产生热量71将来自低温侧的热量和组件内部消耗的电能相应的热量的和散发出去。在本发明使用的冷冻夹盘6中，散热是通过水冷却进行的。
至于本发明各元件的尺寸，工作台10的直径为300毫米(即300mmφ)，冷冻夹盘6长1200毫米，宽200毫米，厚15毫米(即L200mm×W200mm xt 15mm)，半导体圆片1的直径为6英寸。
下面说明用冷冻夹盘6的制造方法。冷冻夹盘6装在切片机的工作台10上。冷冻夹盘6由直流电源和冷却(即散热)用的水冷冷却板8构成。先是把虚设的半导体圆片(图中未示出)放在冷冻夹盘6上，再放上面绘有电阻21等的一定图形的半导体圆片1(工件)。至于虚设的半导体，鉴于工件是在切割过程中完全切割出来的，因此如果没有虚设的半导体圆片存在，则冷冻夹盘6也要遭切割。这是为会什么要插加虚设圆片的原因。如此安排之后，令电流从直流电源流出，开始冷冻，从而使半导体圆片1和冷冻夹盘6因冷冻而彼此固定在一起。冷冻夹盘6和半导体圆片1是通过冰层2借助冷冻彼此固定在一起的。
图2A和图2B是展示本发明切割方法的正视图和侧视图。
从图2中可以看到，冷冻夹盘6装在切片机工作台10上。虚设半导体圆片1和半导体圆片1(工件)放在冷冻盘6上之后，借助于冰层2冷却并固定在冷冻夹盘6上。当然可以不用虚设半导体圆片。
本发明需要使冰层2不致切片机回转切割刃3(刀片)与工件(半导体圆件)之间产生的热量而熔化，同时需要使洒在刀片3上的切割水不致冻结。满足这些需要的条件很重要。在实施例中，冷冻夹盘6的表面温度取-15℃，同时采用乙二醇作为防冻剂取得了良好的效果。
首先，切片刀片3沿切片机工作台10的Z轴线方向就位。就是说，Z轴线方向的对准是以切片机工作台10表面作为原点进行的。在本实施例中，冷冻夹盘6厚15毫米，虚设半导体圆片厚0.6毫米。因此，估计冰层厚0.1毫米时，完全切割出元件的距离取15毫米+0.62毫米。
其次，进行切割，在图2A中沿X方向以100毫米/分钟沿X方向的进刀速度从左至右移动刀片3。在切割过程中，往刀片3上加防冻剂，使切割液7不致冻结，从而可以进行切割。
通常，进行切片时采用薄膜来固定半导体圆片1。通常往固定膜的一面上涂粘结剂。固定膜由聚合物薄膜制成，因而可以伸缩。举例说，如图7中所示，用切片机在位置a切出一个槽30。在位置b进行切割时，由于以后成为传感元件12的部分c受到图7中往左切片引起的切割阻力，因而残留部分移动，从而使传感元件12的切割面倾斜。在此常规的方法中，相互垂直度为10度。即使用粘性和脱粘性都高且用紫外线照射时因粘性系减小能脱开的紫外片，正交性度也为7度。
虽然知道有采用蜡的方法，但由于蜡的敷/除和脱除困难，因而难以缩短工艺过程。
按照本发明的制造方法，借助于小于1度的正交性度，结果满足了半导体加速度传感器技术规范的要求，证明了本发明制造方法的优越性。
按上述方式切割出的传感元件加上重物之后进行装配。加速度传感器诸如应用特性对输出电压特性和频率特性之类的基本特性是通过用振动器产生加速度进行测定的，从而产生优异的效果。
将本发明的制造方法应用到半导体加速度传感器，可以无需使用常规的湿法而能廉价提供精确度高的半导体加速度传感器。用本发明的制造方法制造出来的半导体加速度传感器装在汽车上用作撞车时援救生命的气囊式传感器时，性能合乎要求，说明这种传感器实用。
下面再说明旨在解决即使微细切屑也成问题的制造方法。通常进行切片时，当切片机的切割刀片3切割半导体圆片1时会产生碎片。具体地说，切割刀片3刚穿过半导体圆片1的那一瞬间会产生大的碎片。背面的碎片往往达50微米以上。这在象本发明的情况切割狭窄的元件时特别成问题。本发明用图9所示的方法解决了上述问题。这个方法不仅在应用本发明的冷冻夹盘的情况下取得优异的效果，在采用粘结片或蜡的一般固定法的情况下亦然。图9A示出有应力检测部分的半导体图片1。首先，在半导体圆片1表面开图9B所示的浅槽101。在本发明中，浅槽101宽0.1毫米，深0.03毫米。其次，如图9C中所示，用切片法在背面开另一个槽101。这样，在正反面的同一个位置开了浅槽。在上述各槽的中心开一个图9D所示的穿透槽102。为进行穿孔，采用0.03毫米的切割刀片。用这种方法，元件可制造得不致在器件的表面层有任何切屑产生。
现在说明本发明应用到图10所示的半导体加速度传感器的情况。
所述半导体加速度传感器是从半导体圆片1切割下来的矩形下平行六面体，上面形成有扩散电阻21、输出端子23等。重物22粘附到传感元件12上。为与支架61电接触，在输出端子23上形成多个焊点。焊点由金或焊料制成。电连接可以不用焊点进行。在本发明的加速传感器中，在垂直于受加速作用面的表面上形成多个扩散电阻作为检测部分。扩散电阻21构成惠斯登电桥，使所加加速度相应的输出可以电压或电流的形式输出。
本发明的切片法应用到上述加速度传感器时，在图10所示的扩散电阻21附近出现用阴影线表示的多个台阶，在上述加速度传感器的情况下，开设了如图11C右侧视图所示的槽101。虽然槽101使用于扩散电阻上的应力减小10％，但大大提高了生产率和可靠性。跌落试验时不出现因碎片引起的断裂现象。因此可以稳定制造出产品。
在上述结构的情况下，本发明具有下列优点(1)由于传感元件可以制成正交性程度高的元件，因而可制取精确度高的传感器。
(2)由于装卸操作容易，因而可以缩短工序，从而降低成本。
(3)切割刀片不会因粘结片而卡住，因而延长了使用寿命。
(4)由于固定是通过固化进行的，因而工件位置不会出偏差，从而减少碎片量。
权利要求
1.一种半导体加速度传感器的制造方法，其特征在于，它包括下列工序在半导体圆片表面形成应力检测部分；将半导体圆片切下具应力检测部分的矩形平行六面体；将支架连接到从半导体圆片切下的矩形平行六面体上。
2.如权利要求1所述的半导体加速度传感器的制造方法，其特征在于，所述切割进行得使垂直于半导体圆片具应力检测部分的表面上扩散电阻纵向的表面尺寸小于半导体圆片的厚度。
3.如权利要求1所述的半导体加速度传感器的制造方法，其特征在于，所述半导体圆片是通过用热电变换元件冷却固定工作台固定的。
4.如权利要求1所述的半导体加速传感器的制造方法，其特征在于，强迫冷却面对冷却固定工作台的表面的散热表面。
5.如权利要求1所述的半导体加速度传感器的制造方法，其特征在于，所述切割步骤中，向切割刀片提供一抗冻剂作为切割液体。
6.如权利要求1所述的半导体加速度传感器的制造方法，其特征在于，它还包括下列工序在半导体圆片的前后表面部分开槽；在上述各槽中开出比各槽狭窄的槽，使其贯穿半导体圆片，以从半导体圆片切下具应力检测部分的矩形平行六面体。
7.如权利要求6所述的半导体加速度传感器的制造方法，其特征在于，所述切割工序采用切割刀片。
全文摘要
半导体加速度传感器的一种制造方法,该方法在半导体圆片上形成压力电阻,并用冷冻夹盘将圆片固定到切片锯处。
文档编号G01D5/12GK1191314SQ9711450
公开日1998年8月26日 申请日期1997年6月24日 优先权日1997年2月19日
发明者新荻正隆, 齐藤丰, 加藤健二 申请人:株式会社精工电子研究开发中心