JP3659151B2 - 半導体加速度センサ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体加速度センサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、半導体加速度センサとして、図9および図10に示すように、矩形枠状の支持部16に一対の薄肉の撓み部4を介して揺動自在に支持された重り部5を有し、各撓み部4にそれぞれ撓み部4の変形を検出する2つのゲージ抵抗6が形成され、各ゲージ抵抗6から支持部16の所定部位にわたってp+形拡散抵抗配線11が形成されたセンシングエレメント1’を備えたものが提案されている。なお、上述の撓み部4は、一般的に、ビームあるいはカンチレバーと称されている。
【0003】
ここにおいて、センシングエレメント1’における重り部5と、撓み部4と、支持部16とはシリコン基板1aをエッチング加工することで一体に形成されている。すなわち、センシングエレメント1’は、シリコン基板1aの裏面側において重り部5を全周にわたって囲む凹所10aが異方性エッチングなどを利用して形成され、シリコン基板1aの主表面側において撓み部4を残して重り部5を略全周にわたって囲み且つ凹所10aに連通するスリット10が形成されている。要するに、シリコン基板1aの主表面側において、支持部16の内周面と重り部5の外周面との間には、スリット10の幅だけの隙間があることになる。なお、ゲージ抵抗6はシリコン基板1aの一部よりなる撓み部4の主表面側の適宜位置にp形不純物を拡散させることにより形成されている。
【0004】
また、センシングエレメント1’の主表面側(図9における上面側)には、支持部16においてp+形拡散抵抗配線11にコンタクト部12を介して接続されたアルミニウム配線13が設けられており、さらに、支持部16の表面には、アルミニウム配線13に接続された入出力用のパッド14が設けられている。ここに、パッド14は、矩形枠状の支持部16のうち後述の上部キャップ2’に覆われていない領域(撓み部4を挟んで重り部5に対向する部位)の表面上に形成されており、別途に設けられた導電パターン20にボンディングワイヤ7を介して電気的に接続して使用される。
【0005】
なお、この半導体加速度センサでは、上述の4つのゲージ抵抗6がブリッジ接続されており、センシングエレメント1’の厚み方向(図9における上下方向)に加速度αが印加されると、その加速度αの大きさに応じて重り部5(以下、重り部5の重さをmとする)に力F=mαが発生し重り部5が揺動することで撓み部4が撓み、その結果、撓み部4に歪みによる応力が生じ、ピエゾ抵抗効果によって各ゲージ抵抗6の抵抗値が変化するので、この抵抗値変化を電圧信号として取り出すことで、印加された加速度を検出できるようになっている。言い換えれば、加速度に比例した電圧信号を取り出すことができる。
【0006】
また、センシングエレメント1の主表面側(図9における上面側)には、シリコンと略等しい熱膨張率を有する耐熱ガラスからなる上述の上部キャップ2’が陽極接合により接合されている。ここに、上部キャップ2’は、センシングエレメント1の主表面側に設けられたアルミニウム薄膜よりなる接合用薄膜9(図10参照)を介してセンシングエレメント1に接合されているが、上記パッド14が形成された領域に対応する部位が開放されている。接合用薄膜9は支持部16において撓み部4の延出方向に平行な部位に当該部位の長手方向に沿って形成されている。すなわち、接合用薄膜9は、支持部16と撓み部4と重り部5とを結ぶ直線に平行な方向(図10における左右方向)に沿って形成されている。したがって、図9における右端部では、上部キャップ2’の端面とセンシングエレメント1’の端面とで囲まれた開放部15が形成されている。なお、接合用薄膜9の膜厚は1μm〜2μm程度の範囲で適宜設定されている。
【0007】
さらに、センシングエレメント1’の裏面側(図9における下面側)には、シリコンと略等しい熱膨張率を有する耐熱ガラスからなる下部キャップ3’が陽極接合により接合されている。ここに、下部キャップ3’は、周部が全周にわたって支持部16に接合されている。
【0008】
上部キャップ2’および下部キャップ3’は、それぞれ重り部5との対向面に重り部5の揺動空間(重り部5との間のエアギャップ)を確保するための凹所2a,3aがサンドブラスト法などにより形成されている。
【0009】
上述の半導体加速度センサでは、上記エアギャップを形成してエアダンピングを大気圧下で行わせるようにし、エアダンピング効果によって重り部5の揺動範囲を抑制してセンシングエレメント1’の破壊を防止している。ここに、センシングエレメント1’は、エアダンピング効果によって減衰特性を持たせセンサ自体の周波数特性が最適になるように各凹所2a,3aの底面と重り部5との距離などを設定してある。つまり、共振を起こさないようにエアダンピング効果を利用して減衰特性を持たせてある。要するに、センシングエレメント1’の撓み部4と重り部5とを上部キャップ2’および下部キャップ3’にて囲まれた空間に収納しエアダンピングを大気圧下で行わせることにより、重り部5の移動を抑制して撓み部4の破壊を防止している。
【0010】
さらに、上部キャップ2’および下部キャップ3’は、それぞれ凹所2a,3aの底面において重り部5に対向する部位の適宜位置に、過大な加速度が印加された時に重り部5の一定以上の変位を規制する微小なストッパ2b,3bが突設されている。要するに、過大な加速度が印加された場合には、重り部5がストッパ2b,3bに当接することにより、それ以上変位することがないから、重り部5が過大に変位することによる撓み部4の破壊を防止することができるのである。
【0011】
なお、上述のボンディングワイヤ7およびパッド14は、JCR(Junction Coating Resin)19により保護されている。したがって、振動や衝撃によりボンディングワイヤ7とパッド14との接続部にかかるストレスが緩和されるので、ボンディングワイヤ7の接続信頼性が向上する。JCR19としては、シリコーン樹脂を用いており、表面張力によって上部キャップ2’の凹所2a内にシリコーン樹脂が侵入しようとするが、上部キャップ2’の凹所2aの底面から樹脂侵入防止突起17がセンシングエレメント1’の支持部16における撓み部4近傍の部位に向かって突設されているので、シリコーン樹脂が上部キャップ2の凹所2a内に侵入するのを防ぐことができる。ここに、シリコーン樹脂の粘度は100P〜600P程度、硬度は20〜30程度である。また、樹脂侵入防止突起17とセンシングエレメント1’との間の距離は上述の接合用薄膜9の膜厚(約1〜2μm)と同じ寸法に設定してある。
【0012】
また、上部キャップ2’に形成する凹所2aの深さ寸法を例えば数10μmに設定した場合、ストッパ2bの突出高さは凹所2aの深さ寸法よりも数μm〜10μm弱程度低くした寸法に設定してある。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来構成の半導体加速度センサは、エアダンピング効果を利用して減衰特性を持たせ、ストッパ2b,3bにより重り部5が一定以上変位しないようにするものであり、上部キャップ2’および下部キャップ3’それぞれに形成する凹所2a,3aとストッパ2b,3bとをサンドブラスト法により形成している。ここにおいて、凹所2a,3aの深さ寸法およびストッパ2b,3bの突出寸法は数μmレベルの精度が必要であるが、サンドブラスト法によって直径が40μm〜150μmの硬い砂(アルミナなどの砥粒)をガラス基板の表面へ噴射して削っているので、凹所2a,3aおよびストッパ2b,3bの加工精度が低く、10μm以上のばらつきが発生するから、ダンピング特性(周波数特性)の制御が難しく、センサ特性の高精度化が難しいという不具合があった。ここにおいて、凹所2a,3aの深さ寸法が設定寸法よりも大きいとダンピングが弱過ぎて共振が大きくなって撓み部4が折れる場合があり、設定寸法よりも小さいとダンピングが効き過ぎて出力が出ない場合がある。
【0014】
また、上記従来構成の半導体加速度センサでは、上部キャップ2’および下部キャップ3’の材料としてガラス基板を用いているので、材料コストが高く、しかもサンドブラスト法による上部キャップ2’および下部キャップ3’の加工コストが高く、製品のコストが高くなってしまうという不具合があった。また、上記従来構成の半導体加速度センサを製造するにあたっては、上部キャップ2’を多数形成したガラス基板とセンシングエレメント1’を多数形成したシリコンウェハとを陽極接合により接合した後に、下部キャップ3’を多数形成したガラス基板とセンシングエレメント1’とを陽極接合により接合する必要があるので、陽極接合の工程が2回になり、製造コストが高くなってしまうという不具合があった。
【0015】
なお、上記従来構成の半導体加速度センサでは、センシングエレメント1と上部キャップ2との陽極接合の位置合わせ、センシングエレメント1と下部キャップ3との陽極接合の位置合わせを、これらの端面合わせで行っているが、100μm〜200μm程度の精度しかないので、合わせしろのマージンが必要で、重り部5を大きくすることによる感度の向上を図ることが難しく、逆に感度を向上させるとチップサイズが大きくなって小型化が難しくなるという不具合もあった。さらに説明すると、上記従来の半導体加速度センサの製造にあたっては、上部キャップ2’を多数形成した円形状のガラス基板、センシングエレメント1’を多数形成した円形状のシリコンウェハ、下部キャップ3’を多数形成した円形状のガラス基板のそれぞにオリエンテーションフラットを加工形成しておき、オリエンテーションフラットの位置で位置決めを行っていたが、オリエンテーションフラットの加工精度が悪く数100μmレベルのずれが起こることがあるので、この分のマージンをとる必要があり、チップサイズが大きくなってしまうという不具合があった。
【0016】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、低コスト化および高精度化が図れる半導体加速度センサを提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、上記目的を達成するために、支持部の主表面側の部位に薄肉の撓み部を介して揺動自在に支持された重り部を有し撓み部の変形を検出するゲージ抵抗が撓み部に形成されたシリコンからなるセンシングエレメントと、センシングエレメントの支持部の裏面側が接合され中央部にセンシングエレメントの重り部との間に重り部の揺動空間が形成されるガラス製の平板状の第1のキャップと、第1のキャップに接合され第1のキャップとの間にセンシングエレメントの撓み部および重り部を収納する凹所が形成され凹所の周部が第1のキャップに接合されたシリコン基板からなる第2のキャップとを備え、重り部は、第1のキャップとの間に前記揺動空間が形成されるように支持部よりも薄く形成されてなることを特徴とするものであり、重り部を第1のキャップとの間に前記揺動空間が形成されるように支持部よりも薄く形成したことにより、第1のキャップに凹所を形成せずに前記揺動空間を形成することができ、第2のキャップをシリコン基板により形成したことで、第2のキャップに形成する凹所をシリコンのエッチングにより加工することができるので、ガラス基板をサンドブラスト法により加工する場合に比べて凹所の加工精度を高めることができるとともに材料コストおよび加工コストを低減することができて、センサ特性の高精度化および低コスト化を図ることができ、さらに、製造に際して第2のキャップとセンシングエレメントとを第1のキャップに同時に陽極接合することが可能となり、製造コストを低減でき、より一層の低コスト化を図ることができる。
また、請求項1の発明では、支持部は、第1のキャップの周部に接合され第2のキャップの外周側面に対向する位置決め部が連続一体に形成され、位置決め部は、第2のキャップの外周側面との対向面が対向する外周側面に対して平行になるように第1のキャップとのなす角度を設定してあるので、第1のキャップにセンシングエレメントを位置合わせした後の第2のキャップの位置合わせが容易になるとともに位置合わせ精度が向上し、位置合わせのためのマージンを少なくすることができ、チップサイズの小型化を図ることができ、また、チップサイズを増加させることなく重り部のサイズを大きくすることが可能となって高感度化を図ることができる。
【0019】
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記支持部は、前記第2のキャップに覆われていない領域において前記撓み部から離れた位置に入出力用のパッドが形成され、前記第2のキャップは、前記凹所の底面から前記支持部における前記撓み部側の部位に向かって突出する樹脂侵入防止突起が突設されているので、パッドに接続されるボンディングワイヤとパッドとの接続部やボンディングワイヤにかかるストレスを緩和するための封止樹脂を塗布しても前記第2のキャップの凹所に封止樹脂が侵入することが防止されるから、封止樹脂を塗布することにより、ボンディングワイヤの接続信頼性が向上し、センサ全体の信頼性が向上する。
【0021】
請求項3の発明は、請求項1または請求項2の発明において、前記第1のキャップは、前記重り部へ対向する部位に前記第1のキャップと前記重り部との間の距離よりも膜厚が小さな絶縁性薄膜が形成されているので、製造時に前記第1のキャップと前記センシングエレメントの重り部とが静電接合されるのを防ぐことができ、収率が向上するから低コスト化を図ることができる。
【0026】
【発明の実施の形態】
(実施形態1)
本実施形態の半導体加速度センサは、図1および図2に示すように、支持部16に一対の薄肉の撓み部4を介して揺動自在に支持された重り部5を有し、各撓み部4にそれぞれ撓み部4の変形を検出する2つのゲージ抵抗6が形成され、各ゲージ抵抗6から支持部16の所定部位にわたってp+形拡散抵抗配線11が形成されたセンシングエレメント1を備えている。また、センシングエレメント1は、後述の位置決め部16aが支持部16に連続一体に形成されている。センシングエレメント1における重り部5と、撓み部4と、支持部16と、位置決め部16aとはシリコン基板1aをエッチング加工することで一体に形成されている。ここに、撓み部4は、シリコン基板1aの裏面側から異方性エッチングを行って凹所10aを設けることによって形成されている。なお、ゲージ抵抗6はシリコン基板1aの一部よりなる撓み部4の主表面側の適宜位置にp形不純物を拡散させることにより形成されている。
【0027】
また、センシングエレメント1の主表面側(図1における上面側)には、支持部16において上記p+形拡散抵抗配線11にコンタクト部12を介して接続されたアルミニウム配線13が設けられており、さらに、支持部16の表面には、アルミニウム配線13に接続された入出力用のパッド14が設けられている。ここに、パッド14は、支持部16において撓み部4から比較的離れた領域の表面上に形成されており、別途に設けられた導電パターン20にボンディングワイヤ7を介して電気的に接続して使用される。なお、上述の4つのゲージ抵抗6は上記従来構成と同様にブリッジ接続されている。
【0028】
また、センシングエレメント1の裏面側(図1における下面側)には、シリコンと略等しい熱膨張率を有する耐熱ガラスからなる平板状の下部キャップ3が配設されており、センシングエレメント1の支持部16の裏面側が下部キャップ3に陽極接合により接合されている。ここにおいて、下部キャップ3は、外周形状が矩形状の形状に形成されており、中央部においてセンシングエレメント1の重り部5との間に重り部5の揺動空間が形成されている。すなわち、重り部5は、下部キャップ3との間に上記揺動空間が形成されるように支持部16よりも薄く形成されている。
【0029】
重り部5の底面と下部キャップ3との間のギャップは、例えば10〜20μm程度に設定すればよく、重り部5を支持部16よりも10μm〜20μm程度薄くするには、エッチャントを用いた異方性エッチングまたはドライエッチングにより重り部5に対応した部位を後面側からエッチング加工すればよい。したがって、重り部5の後面側をμmオーダの高い加工精度で容易に加工することができ、重り部5と下部キャップ3との間のギャップをμmオーダで管理することができ、サンドブラスト法によってガラス基板に凹所を形成する場合に比べて重り部5と下部キャップ3との間に形成されるギャップの寸法精度が高くなる。また、下部キャップ3にサンドブラスト加工によって凹所を形成する必要がなく、下部キャップ3の加工費を削減することができる。
【0030】
また、下部キャップ3の各辺の長さは対向する重り部5の各辺の長さよりも長く形成されており、下部キャップ3のうちの一部は厚み方向においてセンシングエレメント1に重複していない。なお、本実施形態では、下部キャップ3が、センシングエレメント1の支持部16の裏面側が接合され中央部にセンシングエレメント1の重り部5との間に重り部5の揺動空間が形成されるガラス製の第1のキャップを構成している。
【0031】
また、本実施形態の半導体加速度センサは、下部キャップ3に接合され下部キャップ3との間にセンシングエレメント1の撓み部4および重り部5を収納する凹所2aが形成され凹所2aの周部が下部キャップ3に陽極接合により接合されたシリコン基板からなる上部キャップ2を備えている。ここにおいて、凹所2aはシリコンの異方性エッチングにより形成されており、数μmレベルの高い加工精度で凹所2aを形成することができる。なお、本実施形態では、上部キャップ2が第2のキャップを構成している。
【0032】
本実施形態の半導体加速度センサは、重り部5が下部キャップ3と上部キャップ2とで囲まれた空間で揺動し、エアダンピング効果によって重り部5の揺動範囲を抑制してセンシングエレメント1の破壊を防止している。ここに、センシングエレメント1は、エアダンピング効果によって減衰特性を持たせセンサ自体の周波数特性が最適になるように凹所2aの底面と重り部5との距離、下部キャップ3と重り部5との距離などを設定してある。
【0033】
上部キャップ2は、下部キャップ3の主表面側(図1における上面側)に表面形状がコ字状にパターニングされたアルミニウム薄膜よりなる接合用薄膜9(図2参照)を介して下部キャップ3に接合されている。なお、接合用薄膜9は下部キャップ3の周部に沿って形成されている。言い換えれば、接合用薄膜9は、図2に示すように、平面形状において矩形状の重り部5の4辺のうち撓み部4と繋がっていない3辺に沿って形成されている。以上説明したように上部キャップ2は、下部キャップ3に陽極接合されたものであり、上部キャップ2におけるセンシングエレメント1の支持部16に対向する部位とセンシングエレメント1の支持部16との間には隙間が形成されている。また、上部キャップ2は、上記パッド14に対応する部位に開口窓21(後述の図5参照)が形成されているので、上部キャップ2およびセンシングエレメント1それぞれを下部キャップ3に接合した後でもパッド14へボンディングワイヤ7のボンディングを行うことができる。
【0034】
パッド14およびパッド14に接続されたボンディングワイヤ7は、JCR19により保護されている。なお、JCRは、振動や衝撃によりパッド14とボンディングワイヤ7との接続部にかかるストレスを緩和して接続部やボンディングワイヤ7を保護するための封止樹脂である。
【0035】
ところで、上部キャップ2は、JCR19が上部キャップ2の凹所2a内に侵入するのを防ぐための樹脂侵入防止突起17が凹所2aの底面からセンシングエレメント1の支持部16に向かって突設されている。JCR19としては、シリコーン樹脂を用いており、シリコーン樹脂の表面張力によって上部キャップ2の凹所2a内にシリコーン樹脂が侵入しようとするが、樹脂侵入防止突起17がセンシングエレメント1の支持部16における撓み部4側の部位に向かって突設されている。ここに、樹脂侵入防止突起17はシリコンの異方性エッチングにより形成しているので、加工形状を高精度に制御することができ、樹脂侵入防止突起17と支持部16との間に100nmレベルの小さな隙間を形成することができて、シリコーン樹脂が上部キャップ2の凹所2a内に侵入するのを確実に防ぐことができるとともに、空気の流動による影響をなくすことができ、十分なエアダンピング効果を得ることができる。これに対し、従来構成の半導体加速度センサでは、樹脂侵入防止突起17における支持部16との対向面にはサンドブラスト法による加工を行わずに、センシングエレメント1側に形成した膜厚が1μm〜2μm程度のアルミニウム薄膜を部分的に除去することで樹脂侵入防止突起17と支持部16との間に1μm〜2μm程度の隙間を形成しており、JCR19の一部が侵入してしまう恐れがあった。これは、サンドブラスト法による加工では、樹脂侵入防止突起17と支持部16との間の隙間を数10μm程度の精度でしか形成することができなためである。なお、JCR19として用いる樹脂はシリコーン樹脂に限定されるものではない。
【0036】
さらに、上部キャップ2は、過大な加速度が印加された時に重り部5の移動範囲を規制するストッパ2b(図1参照)が凹所2aの底面において重り部5の4隅に対応して4つ突設されている。したがって、センシングエレメント1の厚み方向(図1における上下方向)に過大な加速度が印加された場合には、重り部5がストッパ2bに当接することにより、それ以上変位することがないから、重り部5が過大に変位することによる撓み部4の破壊を防止することができるのである。また、重り部5の4隅それぞれに対応する部位にストッパ2bが形成されているので、重り部5に捩れ方向の過大な加速度が加わっても、いずれかのストッパ2bに重り部5が当接するので、撓み部4の破損が防止される。要するに、本実施形態の半導体加速度センサでは、過大な加速度が印加されたときに重り部5の厚み方向への変位範囲が規制されるから、撓み部4にかかる応力を抑制することができて、撓み部4が破壊されるのを防ぐことができ、信頼性が高くなり、しかも、収率が高くなって低コスト化を図ることができる。また、本実施形態では、上部キャップ2における凹所2aおよびストッパ2bをシリコンの異方性エッチングを利用して形成しているので、従来のようにガラス基板にサンドブラスト法により凹所2aを形成する場合に比べて加工精度を高めることができるとともに加工費を削減することができる。
【0037】
しかして、本実施形態の半導体加速度センサでは、センシングエレメント1の支持部16の裏面側が接合され中央部にセンシングエレメント1の重り部5との間に重り部5の揺動空間が形成されるガラス製の下部キャップ3と、下部キャップ3に接合され下部キャップ3との間にセンシングエレメント1の撓み部4および重り部5を収納する凹所2aが形成され凹所2aの周部が下部キャップ3に接合されたシリコン基板からなる上部キャップ2とを備え、重り部5が下部キャップ3との間に上記揺動空間が形成されるように支持部16よりも薄く形成されているので、下部キャップ3に凹所を形成せずに上記揺動空間を形成することができ、また、上部キャップ2に形成する凹所2aをシリコンのエッチングにより加工することができるので、ガラス基板をサンドブラスト法により加工する場合に比べて凹所2aの加工精度を高めることができるとともに材料コストおよび加工コストを低減することができ、センサ特性の高精度化および低コスト化を図ることができる。さらに、製造に際して上部キャップ2とセンシングエレメント1とを下部キャップ3に同時に陽極接合することが可能となり、製造コストを低減でき、より一層の低コスト化を図ることができる。
【0038】
ところで、本実施形態の半導体加速度センサの製造にあたっては、図3に示すように、多数の上部キャップ2を連続一体に形成したシリコンウェハ2A(図5参照)および多数のセンシングエレメント1を連続一体に形成したデバイスウェハ1A(図4参照)それぞれを下部キャップ3を形成するためのガラス基板3Aに対して位置決めし、シリコンウェハ2Aおよびデバイスウェハ1Aをガラス基板3Aに対して同時に陽極接合した後に、ダイシングによりセンシングエレメント1と下部キャップ3と上部キャップ2とからなるチップに分割している。
【0039】
ここにおいて、上述の位置決めでは、上部キャップ2およびセンシングエレメント1それぞれを下部3キャップに対して図1に示すように位置決めしているので、その後の陽極接合により上部キャップ2およびセンシングエレメント1が下部キャップ3に対して同時に接合される。
【0040】
しかして、上述の製造方法によれば、陽極接合を1回で済ませることができるので、低コストで高精度の半導体加速度センサを提供することができる。
【0041】
ところで、上記従来の半導体加速度センサの製造にあたっては、上部キャップ2’を多数形成した円形状のガラス基板、センシングエレメント1’を多数形成した円形状のシリコンウェハ、下部キャップ3’を多数形成した円形状のガラス基板のそれぞにオリエンテーションフラットを加工形成しておき、オリエンテーションフラットの位置で位置決めを行っていたが、オリエンテーションフラットの加工精度が悪く数100μmレベルのずれが起こることがあるので、この分のマージンをとる必要があり、チップサイズが大きくなってしまうという不具合があった。
【0042】
これに対して、上述のセンシングエレメント1における支持部16は、図2および図6に示すように下部キャップ3の周部に接合され上部キャップ2の外周側面に対向する一対の位置決め部16aが連続一体に形成されている。位置決め部16aは、上部キャップ2の外周側面との対向面が、対向する外周側面に対して平行になるように下部キャップ3とのなす角度θ1(図7参照)を設定してある。要するに、図7において、上部キャップ2の外周側面と下部キャップ3とのなす角度θ2は位置決め部16aが下部キャップ3となす角度θ1と略等しくなっている。ここに、上部キャップ2と位置決め部16aとの互いの対向面はどちらもシリコン(111)面であって、異方性エッチングによって加工を行っているので、上述の各角度θ1,θ2は両方とも約54.7度になる。
【0043】
しかして、本実施形態では、下部キャップ3にセンシングエレメント1を位置合わせした後の上部キャップ3の位置合わせが容易になるとともに位置合わせ精度が向上し、位置合わせのためのマージンを少なくすることができ、チップサイズの小型化を図ることができ、また、チップサイズを増加させることなく重り部5のサイズを大きくすることが可能となって高感度化を図ることができる。
【0044】
(実施形態2)
本実施形態の半導体加速度センサの基本構成は実施形態1と略同じであって、図8に示すように、下部キャップ3において、重り部5へ対向する部位に下部キャップ3と重り部5との間の距離よりも膜厚が小さな絶縁性薄膜22が形成されている点に特徴がある。なお、実施形態1と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【0045】
本実施形態の半導体加速度センサの製造方法は実施形態1で説明した製造方法と略同じあって、上部キャップ3およびセンシングエレメント1それぞれを絶縁性薄膜22が形成された下部キャップ3に対して位置決めした後に、上部キャップ3およびセンシングエレメント1を下部キャップ3に対して同時に陽極接合するので、陽極接合が1回で済み、しかも絶縁性薄膜22があらかじめ形成されていることにより、陽極接合時にセンシングエレメント1の重り部5と下部キャップ3とが静電接合されるのを防ぐことができる。
【0046】
なお、絶縁性薄膜22としては、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜などを用い、膜厚は数100nm〜数μmの範囲で適宜設定すればよい。また、絶縁性薄膜22の成膜方法としては、例えばスパッタ法、CVD法などを採用すればよい。
【0047】
【発明の効果】
請求項1の発明は、支持部の主表面側の部位に薄肉の撓み部を介して揺動自在に支持された重り部を有し撓み部の変形を検出するゲージ抵抗が撓み部に形成されたシリコンからなるセンシングエレメントと、センシングエレメントの支持部の裏面側が接合され中央部にセンシングエレメントの重り部との間に重り部の揺動空間が形成されるガラス製の平板状の第1のキャップと、第1のキャップに接合され第1のキャップとの間にセンシングエレメントの撓み部および重り部を収納する凹所が形成され凹所の周部が第1のキャップに接合されたシリコン基板からなる第2のキャップとを備え、重り部は、第1のキャップとの間に前記揺動空間が形成されるように支持部よりも薄く形成されてなるものであり、重り部を第1のキャップとの間に前記揺動空間が形成されるように支持部よりも薄く形成したことにより、第1のキャップに凹所を形成せずに前記揺動空間を形成することができ、第2のキャップをシリコン基板により形成したことで、第2のキャップに形成する凹所をシリコンのエッチングにより加工することができるので、ガラス基板をサンドブラスト法により加工する場合に比べて凹所の加工精度を高めることができるとともに材料コストおよび加工コストを低減することができて、センサ特性の高精度化および低コスト化を図ることができ、さらに、製造に際して第2のキャップとセンシングエレメントとを第1のキャップに同時に陽極接合することが可能となり、製造コストを低減でき、より一層の低コスト化を図ることができるという効果がある。
また、請求項1の発明では、支持部は、第1のキャップの周部に接合され第2のキャップの外周側面に対向する位置決め部が連続一体に形成され、位置決め部は、第2のキャップの外周側面との対向面が対向する外周側面に対して平行になるように第1のキャップとのなす角度を設定してあるので、第1のキャップに前記センシングエレメントを位置合わせした後の第2のキャップの位置合わせが容易になるとともに位置合わせ精度が向上し、位置合わせのためのマージンを少なくすることができ、チップサイズの小型化を図ることができ、また、チップサイズを増加させることなく重り部のサイズを大きくすることが可能となって高感度化を図ることができるという効果がある。
【0049】
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記支持部は、前記第2のキャップに覆われていない領域において前記撓み部から離れた位置に入出力用のパッドが形成され、前記第2のキャップは、前記凹所の底面から前記支持部における前記撓み部側の部位に向かって突出する樹脂侵入防止突起が突設されているので、パッドに接続されるボンディングワイヤとパッドとの接続部やボンディングワイヤにかかるストレスを緩和するための封止樹脂を塗布しても前記第2のキャップの凹所に封止樹脂が侵入することが防止されるから、封止樹脂を塗布することにより、ボンディングワイヤの接続信頼性が向上し、センサ全体の信頼性が向上するという効果がある。
【0051】
請求項3の発明は、請求項1または請求項2の発明において、前記第1のキャップは、前記重り部へ対向する部位に前記第1のキャップと前記重り部との間の距離よりも膜厚が小さな絶縁性薄膜が形成されているので、製造時に前記第1のキャップと前記センシングエレメントの重り部とが静電接合されるのを防ぐことができ、収率が向上するから低コスト化を図ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態1を示す概略断面図である。
【図2】同上において上部キャップを取り外した状態の概略平面図である。
【図3】同上の製造方法の説明図である。
【図4】同上の製造方法の説明図である。
【図5】同上の製造方法の説明図である。
【図6】同上の概略断面図である。
【図7】図6の要部Bの説明図である。
【図8】実施形態2を示す概略断面図である。
【図9】従来例を示す概略断面図である。
【図10】同上におけるセンシングエレメントの概略平面図である。
【符号の説明】
1 センシングエレメント
1a シリコン基板
2 上部キャップ
2a 凹所
2b ストッパ
3 下部キャップ
4 撓み部
5 重り部
6 ゲージ抵抗
7 ボンディングワイヤ
11 p+形拡散抵抗配線
14 パッド
16 支持部
17 樹脂侵入防止突起
Claims (3)
- 支持部の主表面側の部位に薄肉の撓み部を介して揺動自在に支持された重り部を有し撓み部の変形を検出するゲージ抵抗が撓み部に形成されたシリコンからなるセンシングエレメントと、センシングエレメントの支持部の裏面側が接合され中央部にセンシングエレメントの重り部との間に重り部の揺動空間が形成されるガラス製の平板状の第1のキャップと、第1のキャップに接合され第1のキャップとの間にセンシングエレメントの撓み部および重り部を収納する凹所が形成され凹所の周部が第1のキャップに接合されたシリコン基板からなる第2のキャップとを備え、重り部は、第1のキャップとの間に前記揺動空間が形成されるように支持部よりも薄く形成されてなり、支持部は、第1のキャップの周部に接合され第2のキャップの外周側面に対向する位置決め部が連続一体に形成され、位置決め部は、第2のキャップの外周側面との対向面が対向する外周側面に対して平行になるように第1のキャップとのなす角度を設定してなることを特徴とする半導体加速度センサ。
- 前記支持部は、前記第2のキャップに覆われていない領域において前記撓み部から離れた位置に入出力用のパッドが形成され、前記第2のキャップは、前記凹所の底面から前記支持部における前記撓み部側の部位に向かって突出する樹脂侵入防止突起が突設されてなることを特徴とする請求項1記載の半導体加速度センサ。
- 前記第1のキャップは、前記重り部へ対向する部位に前記第1のキャップと前記重り部との間の距離よりも膜厚が小さな絶縁性薄膜が形成されてなることを特徴とする請求項1または請求項2記載の半導体加速度センサ。
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