专利名称：半导体加速度传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体器件，尤其涉及利用半导体晶体如硅晶体的压阻效应使位移转换成电信号的一种加速度传感器及压力传感器。
随着微机加工技术的最新发展，利用形成及蚀刻薄膜在半导体衬底上形成半导体加速度传感器已成为可能。一种典型地用微机加工制造的加速度传感器描述在例如L.M.ROYLANCE，J.B.Angell的文章中，IEEE，电子器件会刊，ED-26卷，第12期1979年12月。微机加工元件用化学方法使检测位移的扩散电阻部分的厚度变薄，以利于它的位移。根据日本专利公开文件No.Hei 1-302167，其中说，借助各向同性的蚀刻使扩散的电阻部分变薄，用于提高它的灵敏度。图6表示一种现有技术的半导体加速度传感器的例子。这种现有技术例需要一个保护膜21来保护表面布线，以便借助各向同性蚀刻使扩散电阻部分变薄。
此外，为了防止薄的部分损坏，如图70所示地使用了限制变形的挡片1008和1009。
以下将说明现有技术的半导体压力传感器的工艺。迄今已公知了一种半导体压力传感器，如图34所示其中在玻璃作的基片705上连接了一个硅作的基片702，以及基片702通过导线709与端子907相连接。这样一种结构例如已公开在″Electronics″29，6(1984)17上。在这个现有技术例中设有一个压力参考室并在该室上形成了一个膜片704。
此外，具有其侧面为80μm的方形膜片的微压力传感器利用微机加工工艺被试制成。这个压力传感器的特征主要在于，膜片704及压力参考室从硅衬底702的表面用蚀刻形成。图35表示用微机加工制造的压力传感器的剖面结构的概图。(100)面的硅用作衬底及在膜片704上涂有Si3N4的膜713。在膜片704周围形成蚀刻孔并在膜片的正下方被弄空形成了一个空腔。然后用Si3N4膜713将蚀刻孔密封住。在加速度传感器的情况下，使用挡片来预防过量位移及作为提高抗震性能的措施。
图60表示现有技术半导体加速度传感器的剖面图。在图60中，它包括一个借助蚀刻形成的悬臂8102，及一个重块8103，它是硅基片8101上的质量部分，以及一个将加速度转换成电信号的扩散电阻形成在悬臂8102上。在该硅基片8101的上方及下方构有一个上挡片8105及下挡片8106，用于防止悬臂的损坏，这种损坏在过大的加速度下可能会发生。
当加速度从图中所示方向即图中自顶部到底部的方向，施加在加速度传感器上时，悬臂8102偏移，并且扩散电阻的电阻值随应力改变。该加速度传感器利用输出该变化量来检测加速度。
但是，作为半导体器件的现有技术半导体加速度传感器是利用微机加工工艺及用蚀刻使扩散电阻截面变薄来增大灵敏度的方法制造出来的，因此具有以下问题1)需要对另外布线等进行保护的工序，以便执行蚀刻，使位移检测截面变薄；
2)由于版印工序例如施加抗蚀层使制造过程加长；3)因为湿法工艺，蚀刻时间及位移检测截面的厚度显著依赖于蚀刻剂的条件而变化；4)因为扩散电阻部分变薄，其抗震性能弱；及5)因为扩散电阻部分薄，制造元件耗时大。
本发明利用借助取出具有扩散电阻的衬底形成悬臂的简单方法可由一个半导体衬底获得大数目的加速度传感器元件，由此提供出低成本的加速度传感器。
此外，它可以获得具有强抗震性能的结构，因为悬臂构成为具有单一厚度的平面不会有应力集中在它的一部分上。
而在作为半导体器件的压力传感器的情况下，使用湿型工艺变薄的方法及这时设置压力参考室并用膜片来检测位移，它具有如下类似于加速度传感器的问题1)因为使用光刻制版工艺，制造过程如施加抗蚀层的时间延长；2)因为在蚀刻膜片中使用坚固的基片或类似物及化学剂对膜片以外的部件产生影响，使用来对除膜片外的部件制造的工艺受到限制；3)由于湿法工艺，膜片处理时间及成品厚度显著地依赖蚀刻剂的条件而变化，由此降低了它的产量；及4)因为采用了湿型工艺，膜片的处理时间及成品厚度显著地依赖蚀刻剂的条件而变化，由此降低了它的产量。
因此，本发明的一个目的是提供一种半导体压力传感器，它的扩散电阻易于被制作并具有高灵敏度，以解决上述现有技术的问题。
以下参照图61至63来描述现有技术的防损坏机构。在图61至63中，基片801被夹放在一个上挡片803及一个下挡片804之间，于是对于过大的加速度就限制了基片801的变形。图62表示在没有加速度施加在其上的状态下基片801、上挡片803及下挡片804的位置。在图61及63的状态中加速度已施加在该传感器上，图61表示利用上挡片803阻止基片801损坏的情况。但是，当负载施加到薄截面上时，还具有从薄截面处使基片801损坏的可能性。在图63中，就具有基片801被下挡片804损坏的可能性。
因此，现有技术加速度传感器的防损坏机构具有以下问题1)因为挡片阻止了过量位移，该过量位移是由悬臂的远端的大加速冲击引起的，因此就在悬臂上施加了冲击力；2)负载施加到具有扩散电阻的薄截面上；及3)虽然采取了在加速度传感器的壳内填充硅油来减小冲击力的措施，但需要耗资来装设填充硅油的制造设备。
因此，本发明的目的还在于1)具有能减少冲击力的结构；2)减少施加在具有扩散电阻的薄截面上的负载；及3)降低制造成本及提高它的抗震动能力。为了解决上述问题，采用了以下的措施。
作为第一个措施，是将包括半导体加速度传感器及半导体压力传感器在内的半导体器件的一个部件作成柱状(长方体)。
作为第二措施，是用于控制应力的扩散电阻部分作成与悬臂具有相同厚度而不使它变薄。该部件具有扁平面而没有薄的截面。
作为第三个措施，是将半导体传感器元件除去半导体衬底并连接到一个支承件上。
作为第四个措施，用于使在应力下产生位移的偏移部分(悬臂)与支承该部分的支承件相连接的连接器是由聚合物材料构成的。
作为第五个措施，偏移部分(悬臂)与支承件相连接用于机械地支承偏移部分。
作为第六个措施，使用玻璃来作支承件及悬臂与支承件的连接是借助阳极粘接剂。
作为第七个措施，电路作成CMOS结构。
作为第八个措施，在悬臂的半导体元件上安装了用于消除温度引起的漂移的温度补偿电路。
作为第九个措施，其中组装了对正比于加速度的电位输出作放大的电路，以使得即使电位输出为微伏数量级时该电路也可适应位移悬臂的该非常微弱的输出将其足够地放大。
作为第十个措施，利用设置多个电阻及利用消除电阻进行适应输出的调整，用于使放大器的电压输出调节到一个输出值上，以获得合乎需要的输出值。
作为第十一个措施，将配重设置在悬臂的几个位置上，及对设置的配重进行选择或调整以适应输出值，因为很难使配重保持在一个适当的质量上。
作为第十二个措施，使用一种封装加速度传感器的封装方法，它允许在装设封装壳后可用激光束进行调整。
作为第十三个措施，将扩散电阻及电布线设置在本发明的包含半导体加速度传感器的半导体器件中的悬臂的侧面。
作为第十四个措施，采用了一种检测相应于压缩及拉伸应力的电阻值变化的方法，即将扩散电阻设置在悬臂的表面及背面附近。
并采用以下的措施来解决压力传感器的问题。
作为第十五个措施，将具有膜的基片702及传感元件701作成分立的部件并再连接起来。
作为第十六个措施，在具有形成压力参考室的膜片的基片702上设置在其侧面上(在垂直于膜片的位置上)具有扩散电阻的传感元件701。
作为第十七个措施，采用了一种检测相应于压缩及拉伸应力的电阻值变化的方法，即利用在元件的表面(施加压力的一侧)附近及在元件的背面(膜片的一侧)的附近设置扩散电阻并形成桥式电路。
作为第十八个措施，具有扩散电阻708的传感元件701仅是其一个边缘被固定。
作为第十九个措施，具有扩散电阻708的传感元件被切裁并连接到具有膜片704的基片702上。
作为第二十个措施，传感元件701连接在具有开口基片716上。
作为第二十一个措施，在将传感元件701从半导体衬底上切出后使其抛光变薄并连接到具有膜片704的基片702上。
作为第二十二个措施，构成防止损坏的挡片使其与受到加速度而变形的悬臂形状相一致，以便增加抗震性能。应注意本发明优选将其构成得以悬臂的偏移曲线相一致。
作为第二十三个措施，将具有扩散电阻的加速度传感器的扩散电阻侧固定成面向支承衬底，以便当在甚至受到过大加速度时也能由支承衬底保护加速度传感器。此外，加速度传感元件1001的输出垫片利用逆流与线路板相连接，以使得该加速度传感元件1001能固定在线路板上，并同时实施引出电信号的方法。
图1是说明本发明的半导体加速度传感器典型结构一例的结构框图。悬臂1利用支承连接装置101与支承件2相连接。由悬臂1检测到的加速度信号被放大电路101放大并传输到输出装置104。在此时刻，由温度引起的漂移可用温度补偿电路102消除。
图2是说明制造本发明加速度传感器的方法的框图。在步骤201上制造悬臂，在步骤202的另一工序中制造支承件，然后在步骤203中将悬臂与支承件相连接。
图3是说明本发明加速度传感器的制造方法的框图。在步骤301上制造包括放大电路及温度补偿电路在内的半导体元件，在步骤302上对一晶片上的增益及偏置进行调整，及在步骤303上利用切割将元件分割成各单个元件。在步骤304上将半导体元件固定到支承件上，及在步骤305上将一外壳固定在端子基体上。然后，在步骤306上测量偏置电压及增益，及在步骤307上；基于这些数据，借助激光束刻切电阻R来调整偏置及增益。最后，在步骤308上作为交货检查时频率特性及温度特性进行测量。此后将传感器发货。
图4是说明本发明制造加速度传感器的另一方法的框图。在晶片上的增益及偏置的调整可以是切割。上述措施能够获得下列效果。
由于采用第一个措施，悬臂可以方便地构成，无需使扩散电阻部分变薄。
由于采用第二个措施，悬臂可以方便地构成，无需使扩散电阻部分变薄。
由于第三个措施，其过程不象硅工艺的单片程序那样长，因为对每个单独的功能可以分开制造。此外它能解决由薄膜应力引起的变型问题，这在薄膜工艺中是一个问题。它可以用现有的半导体工艺形成悬臂部分，及在本半导体工艺中形成具有尺寸为8mm长，0.5mm宽及0.1mm厚的半导体元件。
由于采用第四个措施，悬臂1可以在低温下与支承件2相连接，并且悬臂1或支承件2的部件易于被更换。
由于采用第五个措施，悬臂1可与支承件2刚性地连接，及悬臂1或支承件2的部件易于被易换。
由于采用第六个措施，悬臂1可方便地与支承件2相连接。
由于采用第七个措施，可以构成低功率消耗的电路。
由于采用第八个措施，温度补偿电路易于被设置在悬臂1上，因为悬臂1是用半导体工艺构成的。
由于采用第九个措施，放大电路易于被设置在悬臂1上，因为悬臂1是用半导体工艺构成的。
由于采用第十个措施，可以根据输出来去除及调整电阻。
由于采用第十一个措施，由悬臂1的厚度分散性引起的输出分散性可最后用外部措施来调整。
由于采用第十二个措施，由悬臂1的厚度分散性引起的输出分散性可最后用外部措施来调整。
由于采用第十三个措施，即利用在半导体加速度传感器的侧面设置电路图形，如扩散电阻及输出部分，就使从半导体衬底上取出的元件数目增大，这允许使制造成本降低此外它能制造得具有单一厚度，具有优异的抗震动性能。
由于采用第十四个措施，与扩散电阻设置在元件表面的情况相比其输出值可获得两倍的灵敏度。
由于采用第十五个措施，即利用与形成基片702的膜片704的步骤相互独立的加工传感元件701的步骤，使传感元件702的构成可不受到构成基片702步骤的影响，即扩散电阻8可高精度地形成。
由于采用第十六个措施，即将在其侧面(在垂直于膜片的位置上)包含扩散电阻的传感器元件701上设置具有膜片704并构成膜片704的基片702上，该半导体器件能以很好的产量制造，因为该元件不是与压力参考室整体地形成的。
由于采用第十七个措施，将施加于图36中扩散电阻783及784的压缩应力与施加于扩散电阻781及782的拉伸应力组合扩大获得的电阻值变化的作为获得的输出值。
由于采用第十八个措施，仅是正的特性可被膜片的参考压力输出。
由于采用第十九个措施，即将传感元件701从半导体衬底上切割下来并使它与具有膜片704的基片702相连接，该传感元件701易于制造并具有良好的产量。
由于采用第二十个措施，不需在基片702中用形成膜片704的步骤，因此基片702可很容易地被制造。
由于采用第二十一个步骤，即将传感元件变薄，可使检测灵敏度提高。
由于采用第二十二个步骤，挡片通过其面接触而非点接触缓解冲击，由于挡片的结构具有与悬臂偏移曲线相同的形状，甚至当悬臂由于过大加速度位移时也能阻止其损坏。
当一个加速度均匀地施加在悬臂上时，它的偏移曲线可用下列等式来表示
Y＝W14/8E1(1-4X/31＋X4/314)…(1)式中Y是偏移量，W是质量，1是悬臂的长度，E是纵向弹性模量及I是区段二次力矩。
由于采用第二十三个措施，可将很不易受扭曲等影响及其他轴向影响的元件利用将扩散电阻侧面向线路板而设置成一种布置，其中电路图形如扩散电阻及输出部分设置在半导体加速度传感器的侧面上。此外，由于以下原因即使在现有技术产品的使扩散电阻变薄的方法中元件也表现良好的特性。这就是，总地使用硅材料用于半导体加速度传感器。由于硅材料具有优异的信号转换效应，它在机械质量方面也具有出色的质量。例如，虽然硅的杨氏(Young′s)模量或多或少地依赖晶体方向而不同，它的最大值接近钢的该模量值并表现出良好的弹性。
对于悬臂一端支承住的悬臂结构的加速度传感元件，与如图72中所示的加速度传感器从具有变薄部分的侧面接收加速度的情况相比，从扩散电阻侧接收加速度时，很难使其损坏。
于是，本发明的结构是使具有扩散电阻的加速度传感器的扩散电阻侧面对着线路板，其结果是，可以获得以下的效果。
1)由于扩散电阻侧面对支承衬底的结构，当传感元件朝着扩散电阻侧位移时传感元件与线路板相接触，因而阻止了元件的损坏；及2)由于使加速度传感器的上线面向线路板，该引线易于连接及易于输出。
为了更全面地了解本发明，在对本发明的详细描述中使用了附图，其中每个附图的简要说明如下
图1是本发明半导体加速度传感器的结构框图；图2是本发明半导体加速度传感器的制造过程框图；图3是本发明半导体加速度传感器的制造过程的框图；图4是本发明半导体加速度传感器的制造过程框图；图5是本发明半导体加速度传感器的一个透视图；图6是现有技术半导体加速传感器的一个透视图；图7是说明本发明的悬臂如何与支承件相连接的侧视图；图8是说明本发明的悬臂如何与支承件相连接的侧视图；图9是说明本发明的悬臂如何与支承件相连接的侧视图；图10是说明本发明的悬臂如何与支承件相连接的侧视图；图11是本发明的半导体加速度传感器的放大电路的电路图；图12是本发明半导体加速度传感器的放大电路的电路图；图13是表示本发明差分放大电路调整部分的电路图；图14是表示本发明桥式电路调整方法的说明用图；图15是表示本发明桥式电路调整方法的说明用图；图16是本发明半导体加速度传感器的一个侧视图；图17是说明本发明借助激光的调整方法的说明用图；图18是说明本发明半导体加速度传感器的封装方法的图；图19是说明本发明半导体元件的图；图20是说明本发明半导体元件的图；图21是说明本发明端子基体的图；图22是说明本发明半导体加速度传感器的图；图23是说明本发明半导体加速度传感器的图；图24是本发明半导体加速度传感器一个实施例的透视图25是本发明半导体加速度传感器一个电路的概图；图26是现有技术半导体加速度传感器的透视图；图27是说明现有技术半导体加速度传感器电路的框图；图28是说明本发明半导体加速度传感器电路的框图；图29是用于说明本发明一个实施例中晶片状态的硅片中元件位置的图；图30是说明根据本发明一个实施例的元件被取出状态的说明用图；图31是说明根据本发明的将元件与支承基片相连接的说明用图；图32是说明本发明半导体压力传感器的一个实施例的剖面图；图33是说明本发明半导体压力传感器该实施例中压力检测部分的剖面图；图34是现有技术半导体压力传感器的剖面图；图35是现有技术半导体压力传感器中利用微机加工制造的压力传感器的剖面图；图36是说明本发明半导体压力传感器的一种电路的图；图37是说明本发明半导体压力传感器制造方法的图；图38是说明本发明半导体压力传感器制造方法的图；图39是说明本发明半导体压力传感器制造方法的图；图40是说明本发明传感元件操作的说明用图；图41是说明本发明传感元件操作的说明用图；图42是说明本发明传感元件操作的说明用图；图43是本发明半导体压力传感器一实施例的剖视图44是本发明半导体压力传感器该实施例中压力检测部分的剖面图；图45是说明本发明扩散电阻布置的说明用图；图46是说明本发明扩散电阻与支承基片之间相互关系的说明用图；图47是说明与本发明的扩散电阻与支承基片相关的输出灵敏度的曲线图；图48是说明本发明的芯片尺寸与输出灵敏度之间相互关系的曲线图；图49是说明根据本发明的从0°到360°的输出电压的曲线图；图50是说明根据现有技术的从0°到360°的输出电压的曲线图；图51是说明根据本发明芯片宽度、芯片厚度及S/N之间关系的图；图52是说明本发明的双轴传感器从0°到360°的输出电压的曲线图；图53是说明本发明双轴传感器的图；图54是说明本发明双轴传感器的挤式电路的图；图55是说明本发明双轴传感器的桥式电路的图；图56是本发明的一个电路图；图57是说明本发明电路布局的平面图；图58是本发明半导体加速度传感器的剖面图；图59是本发明半导体加速度传感器的透视图；图60是现有技术半导体加速度传感器的剖面图61是说明现有技术半导体加速度传感器的图；图62是说明现有技术半导体加速度传感器的图；图63是说明现有技术半导体加速度传感器的64是说明本发明半导体加速度传感器的图；图65是说明本发明半导体加速度传感器的图；图66是说明本发明半导体加速度传感器的图；图67是根据本发明第二实施例的半导体加速度传感器的透视图；图68是根据本发明第三实施例的半导体加速度传感器的透视图；图69是本发明半导体加速度传感器一实施例的前视图及透视图；图70是现有技术半导体加速度传感器的前视图；图71是说明根据本发明第25个实施例的半导体加速度传感器制造方法的说明用图；图72是说明现有技术半导体加速度传感器一实施例的图；图73是说明根据本发明第26个实施例的半导体加速度传感器制造方法的说明用图；图74是说明本发明半导体加速度传感器制造方法的图；图75是说明本发明半导体加速度传感器制造方法的说明用图；图76是说明根据本发明第27个实施例的半导体加速度传感器制造方法的说明用图；图77是说明根据本发明第29个实施例的半导体加速度传感器制造方法的说明用图78是说明根据本发明第29个实施例的半导体加速度传感器制造方法的说明用图；图79是说明根据本发明第29个实施例的半导体加速度传感器制造方法的说明用图；图80是说明根据本发明第30个实施例的半导体加速度传感器的说明用图。
以下将参照附图对本发明的优选实施例作出说明。图5是本发明半导体器件的半导体加速度传感器的透视图。在该半导体加速度传感器中，扩散电阻R以桥式电路连接在悬臂1上，并附加了温度补偿电路及放大电路，及悬臂1与支承件2相连接。在本实施例中，悬臂1与支承件2作为独立部件构成，不是采用整体工艺。本实施例能够实现具有8mm长，0.5mm宽及0.1mm厚的器件，它作为半导体器件是相当小的。
在本发明的半导体加速度传感器的一种制造方法中，半导体器件的制造是首先制造悬臂1，然后制造支承件2。支承件2是使用和半导体器件相同的材料制造的，以便尽可能地避免热应力的影响。接着，连接悬臂1及支承件2，在图7至10中表示出用于连接悬臂1及支承件2的各方法。一种使悬臂1与支承件2相固定的简易方式是如图7所示机械地固定它们。它们可以利用在支承件上钻出螺孔及将悬臂1及一个垫片22一起被拧紧在其上，垫片22用于压着悬臂。
如图8中所示，使用玻璃5作为支承件，并利用阳极焊接剂使其与悬臂1相焊接。利用粘接剂或聚合物材料，典型地用环氧树脂6，如图9中所示，可方便地使它们连接。它们也可以利用金属熔焊连接相互连接起来，如图10中所示，在其间设置焊点7。但是，最好是使用具有与悬臂1及支承件2相同热膨胀系数的粘接剂，以便消除热应力。因为根据本发明的半导体加速度传感器具有上述尺寸其输出为0.1mV，这时是考虑其重量为2.8mg重来计算的，作为输出值该值太小，因此在半导体加速度传感器的结构中设置了一个输出放大电路，以获得100倍的增益。因为本发明的悬臂1是一个半导体元件，因此在该元件中设置了用于避免温度漂移影响的温度补偿电路。并可以对该电路设置调整功能。图12及13表示该电路的电路框图。图12表示所设差分放大电路与桥式电路20相连接。用来作调整的电路9设在差分放大电路上。调整电路9如图14A所示地构成，利用根据输出值由激光切割去不需要的电阻来执行调整，如图15所示。
待被调整的电阻形成在传感器的支承件部分上。
也可采用如图14B中所示的调整方法。如图13所示，将电阻R5及R6设在一个桥式电路20中，形成用于根据输出作调整的元件。如图11所示，在运算放大器电路中设置偏置电阻器，以调节偏置。用于偏置及放大系数的调整可用与上述调整方法相同的方式进行，在其中准备了多个电阻，及用激光及相似方法除去不需要的电阻，如图14及15所示。如图16中所示，在悬臂1的远端上设置配重3，以便增大位移。图17表示配重3被调整的情况。在悬臂1的边缘上设置了多个配重3。配重3及输出之间的相互关系是事先计算好的，利用激光17消除适当位置上的配重可适应一个特定的输出。这种方法允许获得产生更精确输出值的加速度传感器。当悬臂、支承件及配重被玻璃管或类似物盖住时，可以利用激光17的波长从外部穿过玻璃管方便地最后调整它们。图18表示这种封装结构。也可使用弹性体作为使封装壳连接到半导体传感器结构上的一部分，以增加该封装结构的抗震动性能。图19至23详细地表示本实施例的半导体传感器的制造方法的一个例子。
如图19A的概图所示，首先制造出包括一个放大电路及一个温度补偿电路的半导体器件15，图19B表示该半导体器件15上的电路图形。然后，如图20所示，将半导体器件15固定在支承基片16上，用于其位移。接着，如图21所示，制造一个端子基体13，其中成为端子的不锈钢12穿过一个空心管并用在管内填入熔化玻璃使它们相固定。然后，如图22所示，端子基体13连接到固定在支承基片16上的半导体器件15上。最后，利用安装保护管14制成加速度传感器，如图23所示。最好是使用玻璃管，它允许激光17从外面导入到保护管14中。虽然，在该例中没有使用用于限制由冲击引起过量位移的挡片，但最好还是使用挡片。但是，本发明与使扩散电阻部分变薄的方法相比具有更强的抗震性能。以下描述在其中扩散电阻设在本发明的半导体传感器的悬臂侧面的一个实施例。对本实施例参照
如下。图24是这个实施例的透视图，其中电路设置在本发明的半导体加速度传感器的侧面上。
在图24中，传感器包括一个用于检测应力的悬臂501及一个用于支持悬臂部分的支承件502。根据输出值将配重设置在悬臂的远端上。在悬臂501的侧面设置了扩散电阻，及用于输出、布线、温度补偿电路及放大电路的焊片部分。输出值经由支承基片502上的布线从连接在封装件上的端子512输出。
以下将说明本发明传感器的制造方法。首先，如图29所示地，将具有悬臂形状并有扩散电阻505的半导体元件形成在半导体衬底507上。在每个半导体元件的周围上划有用于切割的线508，以便基于该线利用切割来切出。该切样的外部尺寸为6mm长、0.1mm宽及0.525高，它被标称地用作为本发明的半导体器件。图30表示切割形成的该半导体元件。切割方式能够容易地制造具有0.1mm宽的元件。
然后，使用硅粘合剂将悬臂501粘在支承件502上，以便均衡它们的热膨胀系数。利用金制作焊片部分503并使悬臂501的焊片与支承件502的焊片靠近，利用焊点509使它们相焊，由此，使悬臂501的布线与支承件502的布线相连接。图31表示在此时刻被焊接的部分。于是悬臂501与支承件502被连接起来，最后，使封装件的端子512与支承基片502的端子焊片用导线焊接相连接，以使其输出到封装件的外部来。
以下参照图25来说明本发明的电路。利用桥式电路511，从悬臂501的位移引起的压缩应力及拉伸应力之间的差来检测输出值。这在下文中借助图27及28作详细说明。当在一平面上扩散了电阻时，在现有技术中是构成具有参考电阻R2及测量电阻R1的桥式电路。当R2为R值，则R1可用R＋△R来表示。在此时其输出Vout可用下列等式表示V1＝(R/2R＋△R)VV2＝(R＋△R/2R＋△R)VVout＝V2－V1＝(△R/2R＋△R)V…(2)在图28所示的本发明的电路中，当R1具有由压缩应力引起的电阻值R＋△R时，R2则具有由拉伸应力引起的电阻值R－△R，其输出Vout可用下列等式表示V1＝(R－△R/2R)V
V2＝(R＋△R/2R)VVout＝V2－V1＝(△R/R)V…(3)当△R由于是非常小的值被从等式(2)及(3)中忽略去时，本发明的电路将具有二倍的输出。
在本发明中，制造出的半导体加速度传感器具有6mm长，0.525mm宽及0.1mm厚。当在该半导体加速度传感器上施加5V的电压时，其输出电压为0.7mV。然后附加了用于增大输出的配重，获得了3mV的输出。这时所获得的输出没有经过放大电路。
虽然在本实施例中仅在悬臂的一侧面上设置了扩散电阻，但应理解，由于当在悬臂的两个侧面上设置扩散电阻时就也有可能检测扭力，因此在侧面上设置扩散电阻是有效的。
虽然在本实施例中半导体加速度传感器的尺寸为6mm长，0.525mm宽及0.1mm厚，但也可能根据使用的半导体衬底，使其宽度例如改变成0.3mm。鉴于常规半导体衬底的厚度，其宽度均在0.2mm至1mm。
以下说明一种结构，该结构中，扩散电阻被设置在悬臂侧面加速度指向的方向上。图45表示具有的电阻被设置在悬臂侧面加速度测量方向上的加速度传感器的结构(位置关系)。
为了使输出灵敏度最大，悬臂501及支承件502之间的位置关系是很重要的。如图45中所示，将一参考位置设在支承体一侧的1/2L的位置上(L扩散电阻的整个长度)，如图45所示。其最佳值将参照图46及47加以说明。当在支承件侧上扩散电阻为L1长时，它将在±1/2L1的范围(有用范围)中输出。最佳值位于从应力集中点移向正方向(约1/8L1)的一个位置上。图47表示此时的结果。
以下参照图45说明扩散电阻对元件宽度的位置关系。当图中所示的t1接近于外边时可获得较高的灵敏度。可利用调节tx及to来调节灵敏度。
tx及to的关系可用下列等式来表达Vout＝V2－V1＝(△R/R)VX(tx＋2W)/to…(4)这就是，当tx与to的比率大时灵敏度得到改善。
以下将说明用于确定加速度传感元件结构规格的方法。图48示出了在1G到5G加速度条件下为获得相同的输出所需的芯片长度与厚度之间的关系曲线。芯片的厚度取决于切割时所用的加工方法的限制(应该大于0.08mm取决于片的切割和输出焊盘的大小)。图中的实线示出了用于获得1G到5G加速度输出的芯片的尺寸。
如果包括一个放大电路将会是有益的，因为元件的制做面积在图中1G曲线(1)之上的一点，芯片的面积较大。从1G到5G的曲线(2)代表增加了配重的情况。最好是加上这个配重，因为在例如点b的情况下元件的面积不够增加一个放大电路。也就是说，这是一种折衷的关系。
然而，在高G的情况下，例如曲线(3)(没有配重)和曲线(4)(有配重)，加上这个配重反会增加成本，因为尺寸是由最小芯片尺寸(点C和d)来确定的。
需要注意，上述的输出焊盘是在传感器的长度方向上排列成行的，它们设在与传感器厚度有关的支撑部分上。
包括半导体加速度传感器的半导体器件是这样制造的，即通过切割从半导体衬底上切去元件，并且在半导体加速度传感器支架一侧的加速度检测方向上形成元件。此时，为了防止体积很小的元件被切割时采用的水压冲走，需要把半导体基片固定在具有高粘接强度的固定带上，并可以通过紫外线照射降低粘接强度，以便将它们取下来。
以下说明在具有小芯片厚度(宽度)的元件之内形成电路的一个实施例。这种电路可以装在具有小芯片厚度(宽度)的元件之内，其做法是在顶部和底部形成两行MOS晶体管，从而使MOS晶体管的源极和漏极的W-长度方向围绕着传感器的传感器部分L-长度方向上的传感器中心线是对称的。就连线的问题来说，在MOS晶体管的多晶硅电阻部分外侧形成与MOS晶体管和构成电阻部分的多晶硅电连接的铝线，或是形成与构成电路的MOS晶体管电连接的铝线。
如果利用阱(well)形成扩散电阻，就可以进一步提高灵敏度。
以下要参照
本发明的实施例。图32示出了本发明的一个压力传感器。
在图32中有一个基片702，它具有一个在应力下变形的膜片704以及设在膜片704上的传感元件701，用于根据扩散电阻的电阻值的波动来检测位移。传感元件701包括用于输出电信号的焊盘部分，导线，温度补偿电路和放大电路，它们形成在传感元件侧面。输出值从基片702通过线709输出到加在外壳上的端子707。
图33是传感元件部分的放大图，其中的侧面具有扩散电阻708的传感元件701被设在膜片704上面，膜片704处于随压力变化的一个压力参考室703上方。
图37至39示出了本发明的制造方法。如图37所示，具有扩散电阻8的半导体元件被形成在半导体衬底710上。接着在传感元件701的垂直部位刻出划线，按照划线711进行切割。在图37中，划线被切成6mm长和0.1mm宽的尺寸。图37B是一个放大图，示出了利用切割切出的各自元件。也就是说，这种制造方法是通过切割(即分割成独立单位)来确定位移部分(图45中的to)的。图38表示用这种方法制成的传感元件1。其高度为0.525mm，这是半导体衬底的厚度。通过切割能方便地制成0.1mm厚的元件。
接下来，图39示出了把传感元件701连在基片702上的情况。在图39中，为了在焊接部分均衡基片702和传感元件701的膨胀系数，使用硅胶来连接。这种连接能提供一种不受热应力影响的压力传感器。
以下参照图36说明在本发明中采用的电路。在图36中，传感元件701的侧面包括一个由扩散电阻781，782，783和784构成的桥式电路714，一个接地端751，输出端752和753，以及一输入电压端754，传感元件701被焊接在膜片704上。当传感元件1被移动时，压缩和拉伸应力被加到传感元件701的上、下端，并且可以被扩散电阻构成的桥式电路检测到，压缩和拉伸应力之差的输出从输出焊盘703上输出。
以下要说明把扩散电阻708装在传感元件701侧面的优点。在现有技术中把扩散电阻设在一个平面上的情况下，形成了一个具有参考电阻R2和测量电阻R1的桥式电路。如果R2为R，R1可以表示为R＋△R。此时的输出Vout可以用下式表示V1＝(R/2R＋△R)V (5)V2＝(R＋△R/2R＋△R)V(6)Vout＝V2－V1＝(△R/2R＋△R)V(7)在本发明的电路中，如果R1的电阻值是由压缩应力连成的R＋△R，而R2的电阻值是由拉伸应力连成的R-△R，输出Vout就可以下式表示V1＝(R-△R/2R)V (8)V2＝(R＋△R/2R)V(9)Vout＝V2－V1＝(△R/R＋)V (10)如果由于△R很小而从等式(7)和(10)中忽略不计，本发明的电路与现有技术的电路相比就可以得到二倍的输出。
在本发明中，制成了一种6mm长，0.525mm宽及0.1mm厚的半导体加速度传感器。若在半导本加速度传感器上施加5V电压，其输出电压为1.4mV。应该指出，这一输出值是在没有放大电路的条件下获得的。图40和42示出了仅固定传感元件701的边沿的一个实施例。在图40中，传感元件701被连接在基座702上没有膜片704的部位。图40示出了压力参考室703的压力与外部相平衡时的状态。图41示出了环境压力高于参考压力的状态，尽管膜片704出现了变形，而传感元件701是由边沿支撑的，并且测不到由压力造成的位移。然而，当环境压力低于参考压力时，如图42所示，膜片704和传感元件701都发生变形。因此，只能检测到低于压力参考室的压力。
以下说明仅固定传感元件的一个边沿的实施例，参见图41B和42B。在图41B中，在膜片704由于环境压力高于参考压力而变形的同时，传感元件701被其边沿所支撑，测不到压力造成的位移。在图42B中，当环境压力低于参考压力时，如图所示膜片704和传感元件701都发生变形。这样就只能检测到低于压力参考室的压力。
再来说说本发明中提高灵敏度的方法。在图37所示的本发明的制造方法中，在把传感元件701安装到硅基片702上之后，在传感元件701的侧面通过打磨使其变薄。由此就可以提高本发明的传感元件701的灵敏度。图43示出了本发明实施例18的正视图。图44示出了实施例18的压力检测部分。作为检测装置，在基片716上设有一个与传感元件715啮合的开口。
这样就不必经过蚀刻处理在基座716上形成膜片，由此就能减少制造工序并改善基片的成品率。图49和50表示采用本发明的加速度传感器在每个角度上的输出电压实例，其中的图49表示使用本发明的柱形传感元件时的输出电压实例，而图50表示了以往使用蚀刻处理时的输出电压实例。图中的线代表元件宽度和厚度的比例(W/H＝1/2，1/3)。在现有技术的结构中，由于蚀刻的部分有扭曲的倾向，由于扭曲会使电阻发生变化，进而影响到输出电压。因此，如图50所示，线不能靠近中心的输出0。为了消除这部分结构所造成的噪声分量，需要利用一种电路来消除。
图51示出了采用本发明的加速度传感器柱形结构的宽/高(W/H)的关系。水平轴代表芯片宽度/芯片厚度，垂直轴代表噪声电平。在1G条件下，如果芯片宽度/芯片厚度的关系小于6，元件的使用性能良好，因为噪声电平很小。在20G条件下，可以提供具有较高精度的传感器，因为在上述关系小于2时不受扭曲的影响。这里要说明使用一个双轴传感器时的情况。如果把本发明的柱形(长方体)加速度传感器的芯片宽度缩小，由于位移仍会造成侧面扩散电阻的电阻值变化。本发明的双轴加速度传感器就是利用了这种原理。以下参照图52，53，54和55来说明。
按照本发明，如果在检测加速度的一侧设置扩散电阻，与上述现有技术例相比就可以获得二倍的输出。然而，在使用双轴传感器时，在需要缩小本发明的柱形(长方体)加速度传感器的芯片宽度的同时，如果采用如图53所示连接成桥式电路的扩散电阻(桥式电路见图54)，输出就会减小。为了在双轴传感器的制做中获得高灵敏度的加速度传感器，采用了一种把位于支撑基座近旁的扩散电阻(图56中的R1和R4)作为参考电阻的方法。图52示出了此时的输出，其中的01代表从加速度检测方向来的输出图形，02表示来自扩散电阻一侧的输出。01和02在输出形状上的差别是由加到扩散电阻上的上述位移差别所形成的。通过调整位移的差别来调整个两个轴向的输出灵敏度，由此就得到了双轴加速度传感器。尽管在本实施例中是通过调位置来调整输出灵敏度的，但也可以通过调整芯片宽度/芯片厚度关系来达到这一目的。图52还示出了调整后的曲线01′和02′(虚线)。通过这种调整，从两轴上输出对等的输出，从而可以作为双轴传感器来使用。在本实施例中要详细说明制成的半导体加速度传感器。参照附图56要说明一个包括放大电路的电路。该电路是由一个全桥电路构成的。压电电阻的电阻值响应由加速度造成的变形而相应地变化，而桥式电路2002检测由此产生的电压变化。传感器的差动输出被差动放大电路2001转换成单输出，电路2001中设有三个CMOS单端单电源运算放大器。应该注意到，差动放大电路包括用于调整灵敏度的调整电路，它还通过一个缓冲器调整偏差。在本实施例中，制成的传感器包括支撑部分的总长度为12mm，包括放大电路的宽度为0.16mm。
若采用这两个完整的差动放大器单端和一个斩波放大器，还可以改善S/N。
图59是本发明的半导体加速度传感器电路的一个布局平面图。它包括输出焊片部分2004，桥式电路(压电电阻)2002，运算放大器部分2001，以及一个偏置电路部分。在宽度很窄的布置区域内要象上文所述那样注意以下几点。也就是说，在芯片厚度(宽度)很小的元件中可以这样来安装电路，即在顶部和底部形成两行MOS晶体管，使MOS晶体管的源极和漏极的W-长度方向围绕着传感器的传感器部分L-长度方向上的传感器中心线对称。在连线的问题上，在MOS晶体管或多晶硅电阻部分的外侧形成与构成电路的MOS晶体管电连接的铝线，或是形成与MOS晶体管和构成电阻部分的多晶硅电连接的铝线。图58是本发明半导体加速度传感器的截面图。图59是本发明半导体加速度传感器的投影图。图59B是扩散电阻位于加速度检测方向一侧时的投影图。
在图58中，在由硅材料制成的硅基座801上形成一个薄的部位，并且设置扩散电阻805，用于把位移造成的应力转换成电信号。上挡片803和下挡片804被用于防止过大的加速度所带来的破坏，它们分别设在基片801顶部和底部。除了扩散电阻805之外，还在基片801侧面设有用于输出一个输出值的焊片部分806，导线，温度补偿电路，以及放大电路。输出值从基片801上经过导线连接到外壳上的端子输出。
挡片上与硅基片相接触的表面是这样制做的，使其具有符合上文所述的等式(1)的偏转曲线的曲面，这是因为在本实施例中使用了悬臂。制成的上、下曲面是相同的。
硅基片与挡片的接触点在图58中处于具有扩散电阻的槽部808的边沿处的部位a以及该部位a上方的部位b。硅基片与挡片之间的最大间隙是这样形成的，即在检测到一种特定的加速度时，提供一个在理论上大于或小于硅基片位移的距离，利用这一距离来检测待检测的加速度。
接着要参照图64，65和66说明在本发明的半导体加速度传感器中防止破坏的原理。
图64示出基片801已从底部接收到一个加速度并且向上移动时的情况。在这种情况下，基片801沿着上挡片803的内表面移动并且整体地承受振动。图65示出了不承受加速度的状态。图66示出了悬臂基片801从顶部接收到一个加速度并且向下移动时的情况。在这种情况下，基片801沿着下挡片的内表面移动。
对本发明的半导体加速度传感器做过这样一种抗震实验。本发明的半导体加速度传感器的传感器部分的尺寸为8mm长，1mm宽和0.6mm厚。扩散电阻部分的厚度为80μm。当具有这种规格的半导体加速度传感器接收到一个例如100G的振动时，半导体加速度传感器末端的最大位移为12μm。由于这种半导体加速度传感器是用来检测重力的，其设计的加速度检测规格是1G。在这种情况下，半导体加速度传感器的最大位移小于1μm。因此，由于挡片的构造可以增强抗震性能，在加速度传感器上位移最大的末端与挡片之间的间隙有2μm就足够了，尽管如此，在制造时却很困难，本发明的加速度传感器采用了10μm的间隙。挡片上与硅基片相接触的表面是这样制做的，即使其具备符合偏转曲线等式的曲面形状。
挡片是用粘合剂固定到加速度传感器上的，这种粘合剂与本发明中使用的合成材料相同，以便使挡片和加速度传感器的热膨胀系数一致。这种方法可以防止扩散电阻上的热应力的影响，并能防止温度漂移的影响。
在对本发明的加速度传感器的抗震性进行测量时，即使施加3000G的振动，本发明的速度传感器也不会损坏。
图67是本发明实施例22的一个投影图。在本例中，在加速度传感器的检测部分使用了硅。硅是用做弹性件的优良材料，并具有良好的弹性特性。若在其悬臂的下部形成一个切口，并在切口上部设置扩散电阻，向下的位移就大，而向上的位移就小。因此，在本实施例中仅在扩散电阻上方设置一个挡片。即使采用这种结构，仍可以改善抗震性。这样做可以降低产品成本。图68是本发明实施例24的投影图。在本例中，用于检测位移的扩散电阻805被设在加速度所造成的位移方向的一侧。当扩散电阻被设在这一侧上时，可以防止出现由于挡片在扩散电阻上产生的热应力，并且防止造成温度漂移。在本发明中，当用于检测位移的扩散电阻被设置在该侧时，用于防止损坏的挡片与硅基片的接触点位于扩散电阻近旁。
在本例中，扩散电阻部分不象实施例22和23中那样薄，并且在本例中按预料可以进一步增强抗震性。本实施例的半导体加速度传感器有8mm长，1mm宽及0.2mm高，其抗震性可以提高到4000G。在实施例25中要说明一种结构，其中扩散电阻的侧面面对着支撑衬底。
图69示出了本发明的半导体加速度传感器的这一实施例，其中的图69A是一个正视图，图69B是一个平面图。
以下参照图69说明这种结构。在硅制的基片上形成一个薄的部分，并在其上设置扩散电阻3，用于把位移造成的应力转换成电信号。悬臂加速度传感器元件1001是这样安装的，即将扩散电阻侧面对着接线板5。焊炔1006被形成在部件1002(焊接台柱)处，预先通过焊块工序在加速度传感器元件上使其形成一个支撑体和电信号的输出端子，在接线板5上安装加速度传感器元件1，这样就能容易地构成传感器。
以下参照图71说明本发明的加速度传感器的制造工序。
图71A至71C是正视图，图71D和71E是平面图。
首先制成一个接线板5，用于从设在外壳1010上的端子7引出电信号，外壳壳1010用于保护加速度传感器并支撑着加速度传感器元件1。在本发明中，导线11是由装在玻璃上的金线(铬基)制成的。导线膜的厚度为1000埃的铬和1000埃的金，该膜是通过溅射形成的。用于支撑端子1012的焊接台柱图形，导线1011及加速度传感器元件1001被形成在导线图形之内。
接着通过常规离子注入等方式形成扩散电阻，并且利用半导体工艺来形成导线和绝缘膜，就制成了加速度传感器元件1001。根据需要可以形成放大电路和温度补偿电路。在本实施例中，为了把安装到接线板1005上的焊接台柱装到加速度传感器元件1001上，利用了焊块工艺，并且在元件本身上形成焊接台柱。利用焊块工艺形成焊接台柱，从而把加速度传感器元件1001装在接线板1005上。由于在接线板内的图形使用的是金线，它很适合焊接，只需把温度升高到200℃左右就可以把加速度传感器元件1001焊接到接线板1005上。
本发明的方法还可以利用基自身的对齐功能实现精确地定位。由于需要在加速度传感器元件1001和接线板1005之间保持间隙，在本实施例中使用了一个在形成焊块的过程中制成的原铜图形。铜图形的厚度被用来控制加速度传感器元件1001与接线板1005之间的间隙。由于铜图形是用镀金工艺形成时，可以把间隙控制在毫米级。
在本实施例中，是按照检测1G加速度的精度来制做加速度传感器的。由于其最大位移小于10微米，在制做时使其具有10微米厚的铜镀层。使焊料1014的温度从200℃下降，把加速度传感器1001与接线板1005焊在一起。焊料流到接线板上的金图形上，并且用剩下的铜形成并保持上述间隙。加速度传感器的整个板被粘在壳1010上，利用导线焊接1013来连接设在外壳1010上的端子7，并且粘上外壳1010的盖，就制成了加速度传感器。
在对本实施例中制成的加速度传感器进行抗震性测量时，本发明的加速度传感器在施加4000G的振动时没有损坏。在实施例25中已经说明了在加速度传感器元件1001上形成一个用做焊接台柱和支撑体的焊块1006的方案。在实施例26的传感器制做方法中，焊块是形成在接线板1005上的，并且把加速度传感器固定在接线板上，从而制成传感器。
以下结合图73对此加以说明。
首先，第一步是在整个玻璃衬底上表面上形成一层铬膜，在其上再形成一层铜膜，然后用印刷工艺形成导线。第二步是形成焊接台柱，用于把加速度传感器元件1和焊块固定在用于从加速度传感器元件1提取电信号的焊盘上。在这些步骤中就可以制成接线板5。图74是通过焊块工艺形成的焊接台柱1002和输出焊片的放大图。
对加速度传感器元件1001来说，预先用半导体工艺在其中形成扩散电阻1003和放大电路。用于提高灵敏度的薄的部位可以用蚀刻来形成。第三步是把接线板1005和利用半导体工艺制成的加速度传感器元件1001固定在一起。
以下参照图74和75说明把接线板1005和利用半导体工艺制成的加速度传感器元件1001固定在一起的方法。
把1001放在接线板1005上(见图75)。当其被加热到200℃之后，焊料流出。焊料1014流到金属部分上，这一金属部分是预先在加速度传感器元件上被构图的，焊料通过自动找平被定位和固定。装设有加速度传感器元件1的接线板1005被固定在外壳1010之内，通过导线焊接把接线板1005内的端子1013连接到设在外壳上的端子1007，以便向外界提供电信号。加速度传感器的制成品被完全盖住并且密封在外壳1010中。尽管在例26和27中是采用焊块工艺来作为焊接台柱的形成方法，在实施例27中则采用了厚膜电阻1016来形成焊接台柱。
以下参照图76说明用电阻1016形成焊接台柱的方法。第一步是用导线材料(本例中用铝)在衬底(即玻璃)上形成导线层，并且用印刷工艺在衬底上形成所需的导线图形。第二步是用旋转喷涂形成一层厚膜电阻1016。
此时，需要控制电阻的镀层，使其具有均匀的厚度，因为电阻的厚度对抗震结构是很重要的。接着进行构图，形成焊接台柱的形状。第三步是固定加速度传感器元件1001。接下来执行软熔焊(reflow)，以便连接输出端子。使用厚膜电阻1016可以便于制做加速度传感器。在对本实施例的加速度传感器进行抗震测试时，它可以承受4000G的震动。在这一实施例中，元件侧面的扩散电阻被安装在加速度检测方向上，从而使扩散电阻面对着支撑衬底。与实施例25类似，焊块1006是预先形成在部位1002(焊接台柱)上的，后者是加速度传感器元件1的支撑体和电信号端子。接着可以把加速度传感器1001放在接线板1005上，就制成了传感器。在本实施例中要说明安装配重的方法。
至此为止的安装配重的方法是用胶把金属炔粘到元件的末端上，如图77所示，用夹具1003把加速度传感器元件1101插入熔料110 2并且拔出，从而在末端上提供熔料。这种方法可便于安装同一重量的配重1104。图78A是配重的放大图。在图78B中使用了一个用于形成配重1104的形状的容器。把熔料1102充入容器，就可以形成所需形状的配重，即把传感器元件1101插入盒1106，并且在熔料凝结之后把元件取出来。
在这种方法中，凝结并接触的现象重量被用于防止损坏。以下对此做出说明。图79中的外壳体1105被用于把作为配重1104的部分浸入熔料1102，参见图77。熔料1102随着其凝结而接触，并且在外壳体之间形成间隙。这一间隙使加速度传感器在接收到加速度时发生位移，并且当其从外壳体1105接收到过大的加速度时防止其过度位移。在本实施例中要说明把加速度传感器连接到微型计算机芯片1201上的例子。图80示出了一个普通的微型计算机芯片，用切割等方法切去微型计算机芯片的边沿，并且如图所示加以固定，不用切割其末端。这种方法可以制成具有固定端的加速度传感器。包括自调整功能的E2PROM或EPROM被用做微型计算机芯片1201。
本实施例便于制做加速度传感器，其中包括微型计算机。
如果采用上述的结构，本发明具有以下效果1)由于在半导体加速度传感器前、后两面的扩散电阻部分都是扁平的，并且扩散电阻部分不薄，器件容易制造。该器件不需要复杂的工艺并具有很强的抗震性；2)由于半导体衬底较厚，厚度的偏移较小，并且可以使加速度传感器单个器件的输出偏移较小；3)便于从外部进行微调；4)可以提供高精度的器件；5)由于在半导体衬底上可以制成许多加速度传感器元件，可以提供低成本的加速度传感器6)由于扩散电阻部分不需要变薄，加工时间可以缩短，由此也能降低成本；7)由于压缩和拉伸应力是同时测量的，可以获得精确的器件；以及8)通过调整芯片的厚度和宽度可以获得双轴加速度传感器。
半导体压力传感器包括有孔的基片，在基片的一侧构成一个膜片，一个支撑体用于在基片内部形成一个气密性舱室，用于提取电信号的电信号输出装置，以及一个设在膜片上的传感器元件，该元件包括用于检测膜片变形的扩散电阻，用于把机械变形转换成电信号，传感器元件的检测电路是一个桥式电路，而扩散电阻被设在与膜片相垂直的位置，从而使这种半导体压力传感器具有以下效果1)由于用一个半导体衬底可以获得许多压力传感器元件，可以提供低成本的压力传感器；2)由于包括扩散电阻和压力参考室的压力检测部分是分开制做的，可以简化工艺步骤，由此来降低制造成本；以及3)由于压缩和拉伸应力是同时检测的，可以提供高输出灵敏度的器件。一由于设在支撑体上用于限制悬臂位移的挡片具有与悬臂受到加速度作用时的变形形状相适应的结构，该挡板具有以下效果；一由于用来防止损坏的挡片通过面与面的接触释放了震动，即使在出现过大的加速度时也可以防止损坏，从而提高了可靠性；以及一由于不需要硅油一类的缓冲措施，可以降低半导体加速度传感器的制造成本。通过固定悬臂和支撑体可以获得以下效果，从而把扩散电阻的侧面固定在支撑体上一可以降低制造成本并且提高抗震性能；并且一由于包括扩散电阻的电路是面对着具有支撑和接线功能的衬底的，便于提取电信号。
权利要求
1.一种包括半导体加速度传感器的半导体器件由一个悬臂和支撑上述悬臂的支撑体构成，其中的上述悬臂是柱状的。
2.一种包括半导体中速度传感器的半导体器件由一个悬臂和支撑上述悬臂的支撑体构成，其中的上述悬臂具有一个单一厚度的平面。
3.按照权利要求2的半导体器件，其特征是具有与上术悬臂厚度相同的扩散电阻，用于检测应力。
4.按照权利要求2的半导体器件，其特征是用于把上述悬臂和上述支撑体固定在一起的手段是一种聚合材料。
5.按照权利要求2的半导体器件，其特征是用于把上述悬臂和上述支撑体固定在一起的手段是一种金属材料。
6.按照权利要求2的半导体器件，其特征是用于把上述悬臂和上述支撑体固定在一起的手段是一种机械装置。
7.按照权利要求2的半导体器件，其特征是，用于把上述悬臂和上述支撑体固定在一起的手段是一种阳极焊接。
8.按照权利要求2的半导体器件，其特征是上述的悬臂具有一个CMOS结构的电路。
9.按照权利要求2的半导体器件，其特征是上述悬臂具有一个温度补偿电路。
10.按照权利要求2的半导体器件，其特征是上述悬臂具有一个放大电路。
11.按照权利要求2的半导体器件，其特征是上述悬臂具有用于调整输出电压的电阻。
12.按照权利要求2的半导体器件，其特征是上述悬臂上有配重。
13.一种由悬臂和支撑体构成的包括半导体加速度传感器的半导体器件的制造方法，其特征是对用于调整输出电压的电阻进行调整。
14.一种由悬臂和支撑体构成的包括半导体加速度传感器的半导体器件的制造方法，其特征是对配重进行调整。
15.一种包括半导体加速度传感器的半导体器件由一个半导体元件和一个支撑体构成，其特征是，上述支撑基片被连接到上述半导体元件，一个端子基片被连接到上述支撑基片，并有一个玻璃管被连接到上述端子基片。
16.一种由半导体元件和支撑体构成的包括半导体加速度传感器的半导体器件的制造方法包括以下步骤把上述支撑基片和一个端子基片连接在一起；把上述端子基片与一个玻璃管连接在一起；并且用激光调整上述半导体元件。
17.一种半导体器件包括由悬臂和支撑体构成的半导体加速度传感器，在悬臂上的加速度检测方向一侧具有一个用于检测加速度的区域。
18.按照权利要求17的包括半导体加速度传感器的半导体器件，其特征是在半导体衬底的顶面附近具有第一扩散电阻，并在上述半导体衬底的底面附近具有第二扩散电阻，上述第一扩散电阻和第二扩散电阻构成一个桥式电路，用于检测加速度对上述悬臂造成的压缩应力和拉伸应力。
19.一种包括半导体加速度传感器的半导体器件的制造方法，半导体加速度传感器包括一个由半导体衬底制成的悬臂，其一端由支撑体支撑，以及设在上述悬臂的支撑体附近的扩散电阻，该方法包括以下步骤用切割方法切去上述半导体衬底；并且在上述半导体加速度传感器的上述悬臂侧面形成上述元件。
20.一种包括半导体加速度传感器的半导体器件，加速度传感器包括一个悬臂，悬臂有一个单一厚度的扁平面，以及一个支撑体，其中的输出焊盘部分被排列成行。
21.一种包括半导体压力传感器的半导体器件，其特征是包括一具有膜片的基片，一在所述基片部位中形成气密性舱室的衬底，及一传感器元件，用以将机械变形转变为电信号，在所述传感器元件和所述基片之间具有一连接部分。
22.一种包括半导体压力传感器的半导体器件，其特征是包括一个具有膜片704的基片702，一个衬底，它在上述基片的一个部位形成一个气密性舱室，电信号输出装置，用于提取电信号，以及一个设在上述膜片上的传感器元件，传感器元件包括用于检测上述膜片的变形的扩散电阻，以便把机械变形转换成电信号，上述传感器元件的检测电路由一个桥式电路构成，上述传感器元件的扩散电阻设在上述传感器元件的一侧，该侧面垂直于上述传感器元件与上述基片的接触面。
23.按照权利要求22的半导体器件，其特征是上述扩散电阻由包括扩散电阻的一个桥式电路构成，并且检测由于压力使上述传感器元件产生的变形所造成的压缩和拉伸应力。
24.按照权利要求22的半导体器件，其特征是上述扩散电阻由包括扩散电阻的一个桥式电路构成，并且上述扩散电阻位于施加压力的一侧，并且把上述扩散电阻设在膜片的一侧。
25.按照权利要求22的半导体器件，其特征是上述传感器元件的一个边沿被固定在上述基片上。
26.一种包括半导体压力传感器的半导体器件的制造方法，压力传感器具有一个带膜片的基片，在上述基片的一个部位形成气密性舱室的衬底，电信号输出装置，以及一个设在上述膜中上的传感器元件，传感器元件由用于检测上述膜片的变形的扩散电阻构成，以便把机械变形转换成电信号，该方法包括首先在上述半导体衬底上形成用于检测压力的上述扩散电阻，用于输出电阻值的输出部分，以及导线；第二步是从上述半导体衬底上切去上述传感器；以及第三步是把上述传感器元件焊在上述基片上。
27.一种半导体器件的制造方法，其特征是对上述传感器元件进行抛光，以便在上述第三步之后减小其厚度。
28.一种半导体器件具有一个带开口的基片，一个与上述开口啮合的传感器元件，用于把机械变形转换成电信号，一个衬底，用于在上述基片的一个部位形成一个气密性舱室，以及用于提取电信号的电信号输出装置，上述传感器元件的检测电路由一个桥式电路构成，上述扩散电阻的位置垂直于上述膜中。
29.一种包括半导体加速度传感器的半导体器件，其特征是包括由半导体基片制成的一个悬臂，其一端被支撑在支撑上述悬臂的支撑体上，以及设在上述悬臂上的扩散电阻，用于检测位移，并包括用于检测位移的加速度检测装置，它根据上述扩散电阻的电阻值变化按照加速度来检测位移，以及设在上述支撑体上的挡片，用于限制上述悬臂的位移，当上述悬臂出现变形时，上述挡片与上述悬臂的外形相吻合。
30.按照权利要求29的半导体器件，其特征是上述挡片上面对上述悬臂的部分与上述悬臂的扭曲曲面相同。
31.一种包括半导体加速度传感器的半导体器件，其特征是包括一个由半导体基片制成的悬臂，其一端支撑在支撑上述悬臂的支撑体上，设在上述悬臂上的扩散电阻，用于通过加速度检测装置检测位移和加速度，加速度检测装置根据上述扩散电阻的电阻值的变化按照加速度来检测位移，上述悬臂与上述支撑体被固定在一起，从而使上述扩散电阻侧与上述支撑体固定。
32.按照权利要求31的半导体器件，其特征是在上述扩散电阻与上述支撑体之间有一个间隙。
33.按照权利要求31的半导体器件，其特征是，由上述扩散电阻产生的电信号由设在上述支撑体上的导线提取，导线是在固定上述悬臂和上述支撑体时安装的。
全文摘要
半导体器件中的扩散电阻被设在半导体衬底的一个悬臂附近，衬底的一端被支撑着，扩散电阻部分的厚度与悬臂的厚度一致，悬臂具有放大功能和调整功能，并且各个元件都便于焊接。半导体器件的制做方法很简单，即利用切割等等手段切开半导体衬底，从而获得低制造成本的元件。由于支撑基片和元件是分开制做的，制造工艺较简单，步骤可以减少，并可以提高产量。
文档编号G01P15/08GK1143749SQ95116390
公开日1997年2月26日 申请日期1995年8月24日 优先权日1995年8月24日
发明者M·筱木, Y·斋藤, Y·吉田, H·原田, K·加藤 申请人:精工电子工业株式会社