專利名稱：加速度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種加速度傳感器。
背景技術(shù)：
目前，公知的加速度傳感器是將加速度傳感元件及圍繞該傳感元件的框架設(shè)置在半導(dǎo)體基片上，將封罩部分接合在框架上，籍此對(duì)加速度傳感元件進(jìn)行密封(譬如，參考專利文獻(xiàn)1)。
專利文獻(xiàn)1特開(kāi)2002-134759號(hào)公報(bào)可是，按照上述結(jié)構(gòu)，由于加速度傳感元件及框架共同形成于半導(dǎo)體基片上，由于外力在封罩部分與框架的接合區(qū)域造成的裂紋、或者在接合區(qū)域當(dāng)封罩部分和框架的材質(zhì)不同時(shí)因兩者的熱膨脹系數(shù)不同而存在的殘余應(yīng)力，易于傳播至加速度傳感元件，其結(jié)果是，有時(shí)會(huì)引起加速度傳感器的特性變動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種不易因外力或殘余應(yīng)力而引起特性變動(dòng)的加速度傳感器。
為達(dá)成上述目的，本發(fā)明所涉及的加速度傳感器的第1種形態(tài)是備有基片、基片上所配設(shè)的加速度傳感元件及圍繞該傳感元件的框架、框架上配設(shè)的中間層、與中間層接合用于密封加速度傳感元件的封罩部分，其特征是框架及中間層在相對(duì)基片主面方向大致相同的位置上分別設(shè)置有框狀的溝槽。
本發(fā)明所涉及的加速度傳感的第2種形態(tài)是備有基片、基片上所配設(shè)的加速度傳感元件及圍繞該傳感元件的框架、框架上配設(shè)的中間層、與中間層接合用于密封加速度傳感元件的封罩部分，其特征是框架帶有與中間層與封罩部分的接合區(qū)域相比延伸至加速度傳感元件一側(cè)的延展部分，并在該延展部分上設(shè)有圍繞加速度傳感元件的框狀溝槽。
按照本發(fā)明所涉及的第1種形態(tài)，由于中間層和框架上設(shè)置有框狀溝槽，即使外力使封罩部分與框架的接合區(qū)域產(chǎn)生裂紋，由于溝槽能阻止裂紋的行進(jìn)，因此，也能夠保持加速度傳感器的氣密性，使加速度傳感元件不發(fā)生特性變動(dòng)。并且，由于中間層和框架的框狀溝槽設(shè)定于相對(duì)基板主面方向的大致相同的位置上，因此，能夠謀求加速度傳感器相對(duì)基板主面方向的尺寸的小型化。
按照本發(fā)明所涉及的第2種形態(tài)，由于在框架的延展部分上設(shè)置有圍繞加速度傳感元件的框狀溝槽，使中間層與封罩部分接合處的殘余應(yīng)力不會(huì)越過(guò)溝槽傳播，因此，能防止加速度傳感元件的特性變動(dòng)。


圖1為本發(fā)明所涉及的加速度傳感器的實(shí)施形態(tài)1的截面圖；圖2為圖1中的基座部分的俯視圖；圖3(a)為圖1中的加速度傳感元件的俯視圖；圖3(b)為圖3(a)的從III方向看到的加速度傳感元件的側(cè)面圖；圖4為本發(fā)明所涉及的加速度傳感器的實(shí)施形態(tài)2的局部放大截面圖；圖5為本發(fā)明所涉及的加速度傳感器的實(shí)施形態(tài)3的局部放大截面圖；圖6為本發(fā)明所涉及的加速度傳感器的實(shí)施形態(tài)4的截面圖；圖7為圖6中基座部分的俯視圖；圖8為本發(fā)明所涉及的加速度傳感器的實(shí)施形態(tài)5的局部放大截面圖；圖9為本發(fā)明所涉及的加速度傳感器的實(shí)施形態(tài)6的局部放大截面圖。
圖中標(biāo)記說(shuō)明3 加速度傳感元件4A 基座部分5 封罩部分6 半導(dǎo)體基片8 框架28 金屬層30 加速度傳感器34 絕緣層36 非摻雜多晶硅層38 框狀溝槽具體實(shí)施方式
下面參照

本發(fā)明所涉及的實(shí)施形態(tài)。
實(shí)施形態(tài)1圖1為本發(fā)明所涉及的實(shí)施形態(tài)1的截面圖。本加速度傳感器2備有用于承載加速度傳感元件3的基座部分4、與基座部分4相接合用于密封加速度傳感元件3的封罩部分5。
圖2為基座部分4的俯視圖?；糠?備有矩形半導(dǎo)體硅基片6(廣義上的基片)，在該基片6主面上，設(shè)置有用于檢測(cè)加速度的傳感元件3和圍繞該傳感元件3的框架8?？蚣?通常為矩形，本發(fā)明不受其形狀的限定。加速度傳感元件3和框架8，譬如，是在半導(dǎo)體基片6上沉積了摻雜有作為雜質(zhì)的磷的多晶硅層后，通過(guò)刻蝕等方法選擇性地去除多晶硅而形成的。除磷外，鉀、硼、砷等也可作為摻雜劑。
圖3(a)、(b)為加速度傳感元件3的放大圖。加速度傳感元件3為電容式加速度傳感元件，備有受外力作用而變位的質(zhì)量塊10。質(zhì)量塊10帶有一個(gè)與半導(dǎo)體基片6主面保持規(guī)定的間隔，以圖3(a)的左右方向?yàn)殚L(zhǎng)度方向、上下方向?yàn)閷挾确较虻慕凭匦蔚目蓜?dòng)電極12。可動(dòng)電極12通過(guò)從各短邊分別向長(zhǎng)度方向突出來(lái)的突出部分14L、14R，然后再向?qū)挾确较蜓由斓臋M梁16L、16R，與固定在半導(dǎo)體基片6主面上的支撐體18L、18R連結(jié)。橫梁16L、16R在圖3(a)中左右方向的長(zhǎng)度(寬)短于上下方向的長(zhǎng)度，并在左右方向上能夠略微伸縮，其結(jié)果是，加速度傳感器2左右方向上受外力作用時(shí)，可動(dòng)電極12能夠在左右方向上變位?？蓜?dòng)電極12上形成有自各長(zhǎng)邊的中央分別向?qū)挾确较蜓由斓囊?guī)定大小的槽20U、20D。槽20U、20D內(nèi)分別配置有固定在半導(dǎo)體基片6主面上的固定電極22U、22D。加速度傳感器2受外力作用，則固定電極22U與形成槽20U的可動(dòng)電極12部分內(nèi)面的間隙，及固定電極22D與形成槽20D的可動(dòng)電極12部分內(nèi)面的間隙將發(fā)生變化，因而，可動(dòng)電極12和固定電極22U、22D間的靜電容量發(fā)生變化(如上所述，形成可動(dòng)電極12及固定電極22U、22D的多晶硅中，為了使其電性導(dǎo)通而摻雜了磷。)。靜電容量的變化被作為電信號(hào)輸往外部的電容測(cè)量電路(圖中未標(biāo)出)。
本發(fā)明不受加速度傳感元件3的結(jié)構(gòu)的限定，譬如，可動(dòng)電極也可在與半導(dǎo)體基片6的主面垂直的方向上變位。并且不限于電容式，壓敏電阻式也可以。
回到圖1、2，框架8上形成有非摻雜的多晶硅層24。多晶硅層24是利用諸如CVD法的工藝而成膜的硅氧化膜，通過(guò)設(shè)定其厚度，使形成框架8的多晶硅中所含的磷不至于擴(kuò)散到多晶硅層24與封罩部分5的接合界面而析出。多晶硅層24構(gòu)成框架8與封罩部分5之間的中間層?？蚣?和多晶硅層24在相對(duì)于主面方向大致相同的位置上分別形成框狀的貫通溝槽，整體上構(gòu)成了框狀溝槽25。
封罩部分5備有由矩形硅半導(dǎo)體基片經(jīng)諸如锪孔加工的工藝形成凹槽26的封罩(主體)27，并在形成凹槽26一側(cè)的主面上形成有金屬層28。金屬層28是在封罩27上用諸如蒸鍍或噴射等工藝形成鈦膜，然后再形成鎳膜。鈦膜和鎳膜的厚度，考慮到與多晶硅層24之間的接合強(qiáng)度及隨著膜形成而產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，分別以數(shù)十nm、數(shù)百nm為宜。
制造加速度傳感器2時(shí)，將基座部分4的多晶硅層24和封罩部分5的金屬層28重疊在一起，以此狀態(tài)，將基座部分4和封罩部分5放入真空或者惰性氣體下的加熱爐內(nèi)，在400℃下加熱數(shù)十分鐘至數(shù)小時(shí)。結(jié)果，多晶硅層24的多晶硅和金屬層28的鎳形成共晶合金，基座部分4和封罩部分5實(shí)現(xiàn)接合。此時(shí)，由于基座部分4的經(jīng)摻雜的框架8與金屬層28之間存在一層非摻雜多晶層24，因此，形成框架8的多晶硅中所含的磷即使擴(kuò)散到非摻雜的多晶硅層24，磷也不會(huì)到達(dá)多晶硅層24與金屬層28的接合面而析出。因此，可以防止基座部分4和封罩部分5的接合不良。
具備這種結(jié)構(gòu)的加速度傳感器2，由于基座部分4和封罩部分5的接合區(qū)域?yàn)槎鄬訕?gòu)造而易受外力影響。譬如，在金屬框(圖中未標(biāo)示)上加熱加速度傳感器2進(jìn)行芯片焊接時(shí)，硅半導(dǎo)體基片6和金屬框粘接，由兩者熱膨脹系數(shù)的差異產(chǎn)生的殘余應(yīng)力；在芯片焊接工序后的用于密封加速度傳感器2的模塑工序時(shí)，射出模塑樹(shù)脂的壓力；完成承載加速度傳感器2的器件后，因加速度傳感器2放置環(huán)境(如受熱過(guò)程和濕氣)引起的模塑和芯片焊接的劣化所產(chǎn)生的應(yīng)力的變化等，都可作為外力的例子列舉出來(lái)。
若是現(xiàn)有的不帶溝槽25的結(jié)構(gòu)，受上述外力的影響在接合區(qū)域的各層間(半導(dǎo)體基片6與框架8之間及框架8與多晶硅層24之間)會(huì)產(chǎn)生裂紋，真空密封受到破壞，加速度傳感元件3的特性有時(shí)會(huì)發(fā)生變動(dòng)。并且，即使未產(chǎn)生裂紋，應(yīng)力通過(guò)框架8和半導(dǎo)體基片6傳播至加速度傳感元件3，也有可能引起加速度傳感元件3的特性變動(dòng)。
對(duì)此，按照本實(shí)施形態(tài)的結(jié)構(gòu)，即使受外力影響產(chǎn)生裂紋，由于溝槽25能阻止裂紋的行進(jìn)，傳感器2的氣密性得以保持，傳感元件3也不會(huì)發(fā)生特性變動(dòng)。并且，應(yīng)力也不會(huì)越過(guò)溝槽25傳播，不會(huì)對(duì)傳感元件3的特性產(chǎn)生影響。因此，籍由開(kāi)設(shè)溝槽25，可提供性能可靠的加速度傳感器2。
本實(shí)施形態(tài)還因?yàn)榭蚣?上設(shè)置的框狀溝槽和多晶硅層24上設(shè)置的框狀溝槽配設(shè)于相互重合的位置，因此可以縮小加速度傳感器2的相對(duì)于半導(dǎo)體基片6主面方向的尺寸。
實(shí)施形態(tài)2圖4為本發(fā)明所涉及的加速度傳感器的實(shí)施形態(tài)2的局部放大截面圖。下述說(shuō)明中，與實(shí)施形態(tài)1相同或類似的構(gòu)成要素，用同一標(biāo)記或以在同一標(biāo)記上加注適當(dāng)注腳的形式表示。
本實(shí)施形態(tài)所涉及的加速度傳感器30，其半導(dǎo)體基片6的主面上形成有絕緣層32。絕緣層32是在半導(dǎo)體基片6上用諸如CVD法的工藝先形成硅氧化膜，再形成硅氮化膜。加速度傳感元件3和框架8形成于該絕緣層32上，它們之間是絕緣的。
金屬層28和框架8之間，不是象實(shí)施形態(tài)1那樣存在著規(guī)定厚度的多晶硅層24，而是存在著作為擴(kuò)散防止層的絕緣層34及非摻雜多晶硅層36(這些層34、36構(gòu)成框架8和封罩部分5之間的中間層)。因此，進(jìn)行基座部分4A的制造工序時(shí)，在框架8上用諸如CVD法的工藝形成絕緣層34，再用諸如噴射的工藝形成多晶硅層36。然后，將基座部分4A的多晶硅層36和封罩部分5的金屬層28重疊在一起。在此狀態(tài)下，與實(shí)施形態(tài)1同樣，加熱使多晶硅層36的多晶硅與金屬層28的鎳形成共晶合金，對(duì)基座部分4A和封罩部分5實(shí)施接合。由于多晶硅層36與框架8之間存在著擴(kuò)散防止層34，因此，可以防止形成框架8的硅中所含的磷擴(kuò)散到非摻雜的多晶硅層36，在多晶硅層36和金屬層28的界面上析出。
絕緣層32、框架8、絕緣層34及多晶硅層36，相對(duì)于主面方向在大致相同的位置上分別形成框狀的貫通溝槽，整體上構(gòu)成了框狀溝槽38。
具有這種結(jié)構(gòu)的加速度傳感器30，因基座部分4A和封罩部分5的接合區(qū)域?yàn)槎鄬訕?gòu)造而易受外力的影響，但是，即使受外力影響產(chǎn)生裂紋，因溝槽38可以阻止裂紋的行進(jìn)，加速度傳感器30的密封性得到保護(hù)，加速度傳感元件3也不會(huì)發(fā)生特性變動(dòng)。由于應(yīng)力也不會(huì)越過(guò)溝槽38傳播，不會(huì)對(duì)加速度傳感元件3的特性產(chǎn)生影響。因此，通過(guò)開(kāi)設(shè)溝槽38，可提供性能可靠的加速度傳感器30。
本實(shí)施形態(tài)還因?yàn)榻^緣層32、框架8、絕緣層34及多晶硅層36上分別開(kāi)設(shè)的框狀溝槽配設(shè)于相互重疊的位置上，因此可以縮小加速度傳感器30的相對(duì)于半導(dǎo)體基片6主面方向的尺寸。
在半導(dǎo)體基片6上，也可在與絕緣層32、框架8、絕緣層34及多晶硅層36的相對(duì)于主面方向大致相同的位置上形成框狀的溝槽，籍此，也可以與絕緣層32、框架8、絕緣層34及多晶硅層36一起構(gòu)成框狀的溝槽38。溝槽38深達(dá)半導(dǎo)體基片6的構(gòu)造，應(yīng)力的傳播距離比溝槽開(kāi)設(shè)到絕緣層32時(shí)更長(zhǎng)，因此，不僅可以增加防止上述應(yīng)力傳播的效果，還具有防止絕緣層32與半導(dǎo)體基片6之間可能產(chǎn)生的裂紋的行進(jìn)及應(yīng)力的傳播的效果。
實(shí)施形態(tài)3圖5為本發(fā)明所涉及的加速度傳感器的實(shí)施形態(tài)3的局部放大截面圖。本實(shí)施形態(tài)所涉及的加速度傳感器40雖與實(shí)施形態(tài)2的加速度傳感器30的結(jié)構(gòu)相類似，但其基座部分4上不設(shè)置溝槽38，而是在封罩主體27B的接合區(qū)域開(kāi)設(shè)框狀的溝槽42。溝槽42也可通過(guò)與凹槽26B同樣的工序(譬如锪孔加工)形成，也可通過(guò)其他工序(如刻蝕)形成。
應(yīng)力有時(shí)會(huì)通過(guò)封罩部分5B的側(cè)面?zhèn)鞑?。如本?shí)施形態(tài)那樣設(shè)置溝槽42時(shí)，由于應(yīng)力不會(huì)越過(guò)溝槽42傳播，不會(huì)對(duì)傳感元件3的特性造成影響，因此可提供性能可靠的加速度傳感器40。
實(shí)施形態(tài)4圖6為本發(fā)明所涉及的加速度傳感器的實(shí)施形態(tài)4的截面圖。圖7為本實(shí)施形態(tài)所涉及的加速度傳感器50的基座部分4C的俯視圖。速度傳感器50雖然具有與實(shí)施形態(tài)1的加速度傳感器2類似的結(jié)構(gòu)，但其基座部分與封罩部分的接合區(qū)域未設(shè)置溝槽25，而是在與接合區(qū)域相比延展到加速度傳感元件3一側(cè)的框架8C(即接合區(qū)域與加速度傳感元件3之間)上設(shè)置框狀溝槽52。
在基座部分4C與封罩部分5的接合部位，因多晶硅層24與金屬層28的材料(硅和鎳)的熱膨脹系數(shù)的差異而產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，以多晶硅層24和金屬層28的接合端部54為最大。因此，在未設(shè)置溝槽52時(shí)，殘余應(yīng)力通過(guò)框架8C及半導(dǎo)體基片6傳播至加速度傳感元件3，有時(shí)會(huì)引起該傳感元件3的特性變動(dòng)。但設(shè)置溝槽52時(shí)，應(yīng)力不會(huì)越過(guò)溝槽52傳播，不會(huì)對(duì)傳感元件3的特性產(chǎn)生影響，因此可提供性能穩(wěn)定的加速度傳感器50。
半導(dǎo)體基片6上也可以相對(duì)于主面方向在與框架8C的框狀溝槽52大致相同的位置上形成框狀溝槽。
實(shí)施形態(tài)5圖8為本發(fā)明所涉及的加速度傳感器的實(shí)施形態(tài)5的截面圖。本實(shí)施形態(tài)所涉及的加速度傳感器60雖然具有與實(shí)施形態(tài)2的加速度傳感器30相類似的結(jié)構(gòu)，但其封罩部分和基座部分的接合區(qū)域未開(kāi)設(shè)溝槽38，而是在與接合區(qū)域相比延展至加速度傳感元件3一側(cè)的框架8D部分及絕緣層32(即接合區(qū)域與加速度傳感元件3之間)上設(shè)置框狀溝槽62。
在封罩部分5的金屬層28與基座部分4D的多晶硅層36的接合處，因鎳與硅的熱膨脹系數(shù)的差異而產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，以金屬層28和多晶硅層36的接合端部64為最大。因此，在未設(shè)置溝槽62時(shí)，殘余應(yīng)力通過(guò)多晶硅層36、絕緣層34、框架8、絕緣層32、繼而通過(guò)半導(dǎo)體基片6傳播至加速度傳感元件3，有時(shí)會(huì)引起該傳感元件3的特性變動(dòng)。但設(shè)置溝槽62時(shí)，應(yīng)力不會(huì)越過(guò)溝槽62傳播，因此不會(huì)對(duì)傳感元件3的特性產(chǎn)生影響，可提供性能穩(wěn)定的加速度傳感器60。
半導(dǎo)體基片6上也可以在與絕緣層32、框架8D相對(duì)于主面方向大致相同的位置上設(shè)置框狀的溝槽，并與絕緣層32、框架8D一同構(gòu)成框狀溝槽62。
實(shí)施形態(tài)6圖9為本發(fā)明所涉及的加速度傳感器的實(shí)施形態(tài)6的截面圖。本實(shí)施形態(tài)所涉及的加速度傳感器70配備有與實(shí)施形態(tài)2、3、5相同的溝槽38E、42E、62E?；糠?E的溝槽38E和封罩部分5E的溝槽42E形成于相對(duì)半導(dǎo)體基片主面方向的大致相同的位置上，能夠減小加速度70相對(duì)于主面方向的尺寸。
設(shè)置溝槽62E后，即使不設(shè)置溝槽38E、42E，也可防止應(yīng)力向加速度傳感元件3傳播。溝槽38E、42E主要用于防止裂紋對(duì)加速度傳感器70的密封性的破壞。
以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施形態(tài)進(jìn)行了說(shuō)明。本發(fā)明并不局限于這些實(shí)施形態(tài)，而能進(jìn)行各種改變。譬如，框架及框架與封罩部分間所配置的中間層(例如，實(shí)施形態(tài)1為多晶硅層24，實(shí)施形態(tài)2為至少包含絕緣層34的各層)上分別形成的框狀溝槽，如果設(shè)置于相對(duì)半導(dǎo)體基片主面方向大致相同的位置處，即使溝槽不連通(中間層上形成的框狀溝槽不是貫通槽時(shí))，也包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。但是，考慮到利用其他工序制作的基座部分與封罩部分的接合以及溝槽形成的難易等問(wèn)題，中間層上形成的溝槽最好在中間層與封罩部分的接合界面上處于開(kāi)放狀態(tài)。并且，為了應(yīng)對(duì)基座部分與封罩部分接合區(qū)域各層間可能產(chǎn)生的裂紋及殘余應(yīng)力，框架及中間層的各溝槽最好為貫通溝槽。這從溝槽形成的簡(jiǎn)易程度考慮也是有利的。
并且，對(duì)于實(shí)施形態(tài)2、6，不在半導(dǎo)體基片上直接形成的絕緣層上設(shè)置溝槽的構(gòu)造也包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
此外，下述結(jié)構(gòu)也包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)，即在與中間層與封罩部分的接合區(qū)域相比延伸到內(nèi)側(cè)的延展部分上所形成的框狀溝槽不是貫通溝槽。
權(quán)利要求
1.一種加速度傳感器，配備有基片、基片上設(shè)置的、加速度傳感元件及圍繞該傳感元件的框架、框架上設(shè)置的中間層、與中間層接合用于密封加速度傳感元件的封罩部分，其特征是，在框架及中間層上相對(duì)于基片主面方向大致相同的位置上分別設(shè)置有框狀溝槽。
2.如權(quán)利要求1所述的加速度傳感器，其特征是，在框架及中間層上分別設(shè)置的溝槽為貫通槽。
3.如權(quán)利要求1或2所述的加速度傳感器，其特征是，在封罩部分的與中間層相接合的區(qū)域中，在與上述框架和中間層的溝槽相對(duì)基片主面方向大致相同的位置上設(shè)置有框狀溝槽。
4.一種加速度傳感器，配備有基片、基片上設(shè)置的、加速度傳感元件及圍繞該傳感元件的框架、框架上設(shè)置的中間層、與中間層接合用于密封加速度傳感元件的封罩部分，其特征是，框架具有與中間層與封罩部分的接合區(qū)域相比延伸到加速度傳感元件一側(cè)的延展部分，在該延展部分上設(shè)置有圍繞加速度傳感元件的框狀溝槽。
全文摘要
本發(fā)明提供一種防止外力引起的裂縫的傳播并謀求減小加速度傳感器相對(duì)半導(dǎo)體基片主面方向的尺寸的加速度傳感器。加速度傳感器(2)配備有半導(dǎo)體基片(6)、半導(dǎo)體基片(6)上設(shè)置的、加速度傳感元件(3)及圍繞該傳感元件(3)的框架(8)、框架(8)上設(shè)置的中間層(34、36)、與中間層(34、36)接合用于密封加速度傳感元件的封罩部分(5)?？蚣?8)及中間層(34、36)上，分別在相對(duì)于半導(dǎo)體基片(6)主面方向大致相同的位置上設(shè)置框狀溝槽，并在整體上形成框狀溝槽(38)。
文檔編號(hào)H01L29/84GK1591023SQ20041004314
公開(kāi)日2005年3月9日 申請(qǐng)日期2004年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月3日
發(fā)明者山口靖雄, 中村邦宏 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社