JP2003166998A

JP2003166998A - 半導体加速度センサ

Info

Publication number: JP2003166998A
Application number: JP2001368827A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Saito; 宏齊藤; Takuo Ishida; 拓郎石田; Hironori Kami; 浩則上
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2001-12-03
Filing date: 2001-12-03
Publication date: 2003-06-13

Abstract

(57)【要約】【課題】耐衝撃性が高く、低コスト化、軽量化および薄
型化が可能な半導体加速度センサを提供する。【解決手段】厚み方向の中間部にシリコン酸化膜からな
る埋込絶縁層１０２を有するＳＯＩ基板１００’を用い
て形成したセンサ本体１の厚み方向の表裏両側に可撓性
を有するフィルムからなるストッパ２０，３０がセンサ
本体に重ね合わせた形で固着されている。センサ本体１
は、重り部１２における活性層１０２よりも裏面側の部
分の厚さを、支持枠１１における活性層１０２よりも裏
面側の部分の厚さよりも所定厚さだけ薄くなるように設
定してある。ストッパ２０は、センサ本体１の厚み方向
の表面側に接合用薄膜層２２を介して固着されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車、航空機、
家電製品などに用いられる半導体加速度センサに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、加速度センサとして、機械的
な歪みを電気抵抗の変化として検出するものと、静電容
量の変化として検出するものが知られており、機械的な
歪みを電気抵抗の変化として検出する加速度センサとし
て、半導体製造技術を用いて形成された半導体加速度セ
ンサが提供されている。

【０００３】この種の半導体加速度センサとしては、例
えば図１２（ａ）に示すように、厚み方向の中間部にシ
リコン酸化膜からなる埋込絶縁層１０２を有するＳＯＩ
（Silicon On Insulator）基板１００’を用いて形成
したセンサ本体１の厚み方向の両面にガラス製のカバー
２，３を積層した構造を有するものがある。なお、ＳＯ
Ｉ基板１００’としては表面が（１００）面からなる
（１００）基板が用いられており、表面側のｎ形シリコ
ン層（以下、活性層と称す）１０３の厚さが数μｍ〜１
０μｍ程度の範囲で設定され、裏面側のｎ形シリコン層
（以下、支持層と称す）１０１の厚さが数１００μｍ程
度で設定され、埋込絶縁層１０２が数μｍ以下で設定さ
れている。また、ＳＯＩ基板１００’は支持層１０１と
活性層１０３との間に埋込絶縁層１０２が形成されたＳ
ＯＩウェハの一部により構成される。

【０００４】センサ本体１は、図１２に示すように、矩
形枠状の支持枠１１を備え、支持枠１１の中央に厚み方
向の表裏に貫通する形で形成された開口窓１１ａの中に
重り部１２が配置されるとともに、重り部１２の周囲の
一辺が他の部位よりも薄肉である撓み部１３を介して支
持枠１１に連続一体に連結された構造を有する。したが
って、重り部１２の周囲には撓み部１３を除いて支持枠
１１との間にスリット１４が形成されている。また、撓
み部１３は重り部１２の一辺に沿う方向に離間して２箇
所に形成されている。各撓み部１３には、それぞれ歪検
出素子として２個ずつのゲージ抵抗１５が形成されてい
る。ゲージ抵抗１５はピエゾ抵抗であり、ブリッジ回路
を構成するように拡散配線１７によって接続されてい
る。また、ブリッジ回路の各端子となるパッド１６は支
持枠１１に形成されている。

【０００５】したがって、センサ本体１の厚み方向の成
分を含む外力（すなわち、加速度）が作用すると、重り
部１２の慣性によって支持枠１１と重り部１２とがセン
サ本体１の厚み方向に相対的に変位し、結果的に撓み部
１３が撓んでゲージ抵抗１５の抵抗値が変化することに
なる。つまり、ゲージ抵抗１５の抵抗値の変化を検出す
ることによりセンサ本体１に作用した加速度を検出する
ことができる。このセンサ本体１は、重り部１２が片持
ち梁としての撓み部１３を介して支持枠１１に結合され
ている。ここにおいて、図１２（ａ）の半導体加速度セ
ンサは、いわゆる片持ち梁式の半導体加速度センサを構
成しているが、両持ち梁式の半導体加速度センサも知ら
れている。

【０００６】センサ本体１の厚み方向の表面側（図１２
（ａ）の上面側）にはガラス製のカバー２が接合され、
またセンサ本体１の厚み方向の裏面側（図１２（ａ）の
下面側）にはガラス製のカバー３が接合されている。カ
バー２とカバー３との間に形成される空間は密封されて
いないが、重り部１２が支持枠１１に対して相対的に移
動する際に、重り部１２に対して空気による制動力（い
わゆるエアダンプ）が作用し、過度の加速度（例えば数
千Ｇの加速度）がかかった際に重り部１２の移動量を規
制することによって撓み部１３の折損が防止されるよう
に構成してある。両カバー２，３において重り部１２と
の対向面にはそれぞれ重り部１２の移動範囲を確保する
ための凹所２ａ，３ａが形成されている。また、両カバ
ー２，３において凹所２ａ，３ａの内底面にはそれぞれ
重り部１２の移動量を規制するための突起状のストッパ
２ｂ，３ｂが一体に形成され、重り部１２に加速度が作
用したときの重り部１２の移動量をストッパ２ｂ，３ｂ
で規制することによって撓み部１３の折損を防止してい
る。ここにおいて、センサ本体１の裏面側のカバー３は
周部がセンサ本体１の裏面に陽極接合により接合され、
センサ本体１の表面側のカバー２はセンサ本体１の支持
枠１１において撓み部１３の延長方向に平行な２辺の表
面にそれぞれ形成されたＡｌ−Ｓｉよりなる接合用薄膜
層２２を介してセンサ本体１の表面側に陽極接合され、
他の２辺との間には隙間が形成されている。なお、各カ
バー２，３の厚さは０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度に設定され
ている。

【０００７】ところで、センサ本体１は、活性層１０３
の表面にシリコン酸化膜（図示せず）が形成されるとと
もに、このシリコン酸化膜上にシリコン窒化膜（図示せ
ず）が形成されており、上述のパッド１６は、上記シリ
コン酸化膜と上記シリコン窒化膜とからなる絶縁膜に形
成したコンタクトホールに一部を埋め込んだＡｉ−Ｓｉ
よりなる金属配線２１および金属配線２１と拡散配線１
７とのコンタクト部２３を介して拡散配線１７に接続さ
れている。

【０００８】以下、上記半導体加速度センサの製造方法
について説明する。なお、以下に説明するＳＯＩウェハ
には最終的には多数のセンサ本体１が形成され、第１の
ガラス基板にはあらかじめ多数のカバー２が形成され、
第２のガラス基板にはあらかじめ多数のカバー３が形成
される。

【０００９】まず、ＳＯＩウェハの表面および裏面それ
ぞれの全面にシリコン酸化膜を形成した後、ＳＯＩウェ
ハの活性層１０３に拡散抵抗１７、ゲージ抵抗１５を順
次形成し、その後、ＳＯＩウェハの表面側および裏面側
それぞれの全面にシリコン窒化膜を形成する。次に、Ｓ
ＯＩウェハにおいてスリット１４および撓み部１３に対
応する部位を他の部位に比べて薄くするためにＳＯＩウ
ェハの裏面側のシリコン窒化膜およびシリコン酸化膜を
パターニングする。続いて、各シリコン窒化膜をマスク
として、ＳＯＩウェハにおいてスリット１４および撓み
部１３それぞれに対応する部位の厚さが１０μｍ程度に
なるまでＳＯＩウェハを裏面側からエッチングする（こ
のエッチングでは、ＫＯＨのようなアルカリ系溶液を用
いた異方性エッチングや、誘導結合プラズマ型のドライ
エッチャーを用いた異方性エッチングを行う）。その
後、ＳＯＩウェハの表面側にパッド１６および金属配線
２１および接合用薄膜層２２を形成し、続いて、上述の
スリット１４を形成するためにＳＯＩウェハの表面側の
シリコン窒化膜およびシリコン酸化膜をパターニング
し、ＳＯＩウェハにおいて上述のスリット１４に対応す
る部位をエッチングすることによってＳＯＩウェハに多
数のセンサ本体１が形成される。次に、ＳＯＩウェハの
表面側に、あらかじめ多数のカバー２が形成された第１
のガラス基板を陽極接合により接合し、続いて、ＳＯＩ
ウェハの裏面側に、あらかじめ多数のカバー３が形成さ
れた第２のガラス基板を陽極接合により接合し、その
後、ダイシングを行うことによって、上述の図１２
（ａ）に示すようなセンサ本体１および一対のカバー
２，３からなる半導体加速度センサが得られる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述の図１２（ａ）に
示した半導体加速度センサにおいて感度を向上させるた
めの手段としては、撓み部１３の撓み量が大きくなるよ
うに撓み部１３の厚さをさらに薄膜化することや重り部
１２の重量をさらに増加させることが考えられる。しか
しながら、このような手段によって感度を向上させる場
合、製造工程において、真空チャックによるＳＯＩウェ
ハの吸着の際、液体による洗浄工程やエッチング工程を
行う際、ＳＯＩウェハを保管用のカセットへ収納するハ
ンドリングの際、ＳＯＩウェハの搬送などの際に、撓み
部１３が機械的振動や衝撃により破損しやすくなって、
収率が著しく低下したり、破損したＳＯＩウェハの破片
などによる製造装置の汚染や故障などが発生してしまう
ことが考えられる。また、製品になった場合、外部から
の過大な機械的衝撃によっても撓み部１３が破損してし
まうことが考えられる。特に、重り部１２がガラス製の
カバー２，３に一体に形成された突起状のストッパ２
ｂ，３ｂへ衝突する際の衝撃によって撓み部１３が折損
してしまうことがあるという不具合があった。

【００１１】また、上記従来構成の半導体加速度センサ
では、センサ本体１の表裏にガラス製のカバー２，３を
接合しているが、ガラス製のカバー２，３に用いられる
ガラス基板は比較的高価なので、コストが高くなってし
まうという不具合があった。しかも、カバー２，３に
は、上述の凹所２ａ，３ａやストッパ２ｂ，３ｂを形成
する必要があり、０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度の厚さのガラ
ス基板を用いているので、全体としての薄型化および軽
量化が難しいという不具合があった。

【００１２】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、耐衝撃性が高く、低コスト化、軽量
化および薄型化が可能な半導体加速度センサを提供する
ことにある。

【００１３】

【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、半導体材料を主成分とする枠状
の支持枠の表裏に貫通する開口窓内に配置した重り部が
可撓性を有する撓み部を介して支持枠に一体に連結さ
れ、かつ重り部への加速度の作用により撓み部に生じる
応力を検出する歪検出素子が撓み部に設けられたセンサ
本体と、センサ本体の表面側に重ね合わせた形で固着さ
れ重り部の移動量を規制する第１のストッパと、センサ
本体の裏面側に重ね合わせた形で固着され重り部の移動
量を規制する第２のストッパとを備え、前記各ストッパ
は、可撓性を有するフィルムにより形成されてなること
を特徴とするものであり、センサ本体の表裏にそれぞれ
重ね合わせた形で固着され重り部の移動量を規制する第
１および第２のストッパが可撓性を有するフィルムによ
り形成されているので、従来のようにセンサ本体の表裏
それぞれに接合されたガラス製のカバーにおける重り部
との対向面に突起状のストッパを一体に形成している場
合に比べて、重り部が各ストッパに衝突する際の衝撃を
緩和することができ、撓み部が折損するのを防止するこ
とができるから、従来に比べて耐衝撃性を高めることが
でき、しかも、従来のようにセンサ本体の表裏それぞれ
にガラス製のカバーを接合している場合に比べて、低コ
スト化、軽量化および薄型化が可能になる。また、従来
のように重り部との対向面に突起状のストッパが形成さ
れたガラス製のカバーをセンサ本体の表裏に接合して製
造する場合に比べて、製造工程の途中で撓み部が折損す
る可能性が少なくなって収率が高くなるから、結果的に
低コスト化を図れるという利点もある。

【００１４】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記支持枠が矩形枠状であって、前記重り部の周縁
が前記支持枠の各辺に平行な矩形状であり、前記重り部
は、前記支持枠の一辺に前記撓み部を介して一体に連結
され、前記撓み部と反対側の先端部に、前記第１のスト
ッパとの間の距離を他の部位に比べて大きくし且つ前記
支持枠において前記一辺に平行な辺側が開放された凹所
が形成され、前記第１のストッパは、前記支持枠におけ
る前記重り部に対向する部分の表面と前記凹所とに跨っ
て前記センサ本体に重なる形状に形成され、前記支持枠
における前記重り部に対向する部分の表面に固着されて
いるので、前記第１のストッパを前記センサ本体の前記
支持枠における前記重り部に対向する部分の表面に直接
固着しても前記第１のストッパと前記重り部の先端部と
の間に前記重り部の移動する空間を確保することができ
るから、より一層の薄型化を図ることができる。

【００１５】請求項３の発明は、請求項２の発明におい
て、前記第１のストッパは感光性ポリイミドフィルムを
硬化させて形成されているいるので、耐熱性を高めるこ
とができる。

【００１６】請求項４の発明は、請求項３の発明におい
て、前記第１のストッパは感光性ポリイミドフィルムの
不要部分をフォトリソグラフィ工程により除去すること
で所望の形状に形成した後で硬化させて形成されている
ので、前記第１のストッパが感光性ポリイミドフィルム
の不要部分を一般的な半導体製造プロセスであるフォト
リソグラフィ工程によって除去してから感光性ポリイミ
ドフィルムを硬化させることで形成できるから、製造コ
ストの低コスト化を図れる。

【００１７】請求項５の発明は、請求項３の発明は、前
記第１のストッパは感光性ポリイミドフィルムの不要部
分を切除することで所望の形状に形成した後で硬化させ
て形成されているので、前記第１のストッパが感光性ポ
リイミドフィルムの不要部分を切除してから感光性ポリ
イミドフィルムを硬化させることで形成できるから、従
来のようにガラス基板を加工して突起状のストッパを一
体に有するカバーを形成する場合に比べて、製造コスト
の低コスト化を図れる。

【００１８】

【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（ａ）に示すように、厚み方向
の中間部にシリコン酸化膜からなる埋込絶縁層１０２を
有するＳＯＩ基板１００’を用いて形成したセンサ本体
１の厚み方向の表裏両側に可撓性を有するフィルムから
なるストッパ２０，３０がセンサ本体１に重ね合わせた
形で固着されている。なお、ＳＯＩ基板１００’として
は表面が（１００）面からなる（１００）基板が用いら
れており、表面側のｎ形シリコン層（以下、活性層と称
す）１０３の厚さが数μｍ〜１０μｍ程度の範囲で設定
され、裏面側のｎ形シリコン層（以下、支持層と称す）
１０１の厚さが数１００μｍ程度で設定され、埋込絶縁
層１０２が数μｍ以下で設定されている。要するに、Ｓ
ＯＩ基板１００’は半導体材料（シリコン）を主成分と
している。

【００１９】センサ本体１の基本構成は従来構成と略同
じであって、図１に示すように、矩形枠状の支持枠１１
を備え、支持枠１１の中央に厚み方向の表裏に貫通する
形で形成された開口窓１１ａの中に重り部１２が配置さ
れるとともに、重り部１２の周囲の一辺が他の部位より
も薄肉である撓み部１３を介して支持枠１１に連続一体
に連結された構造を有する。したがって、重り部１２の
周囲には撓み部１３を除いて支持枠１１との間にスリッ
ト１４が形成されている。また、撓み部１３は重り部１
２の一辺に沿う方向に離間して２箇所に形成されてい
る。各撓み部１３には、それぞれ歪検出素子として２個
ずつのゲージ抵抗１５が形成されている。ゲージ抵抗１
５はピエゾ抵抗であり、ブリッジ回路を構成するように
拡散配線１７によって接続されている。また、ブリッジ
回路の各端子となるパッド１６は支持枠１１に形成され
ている。なお、上述のＳＯＩ基板１００’の活性層１０
３の導電形はｎ形であって、ゲージ抵抗１５および拡散
配線１７は活性層１０３の表面側にｐ形不純物を導入す
ることによって形成されている。また、本実施形態で
は、パッド１６が電極を構成している。

【００２０】したがって、センサ本体１の厚み方向の成
分を含む外力（すなわち、加速度）が作用すると、重り
部１２の慣性によって支持枠１１と重り部１２とがセン
サ本体１の厚み方向に相対的に変位し、結果的に撓み部
１３が撓んでゲージ抵抗１５の抵抗値が変化することに
なる。つまり、ゲージ抵抗１５の抵抗値の変化を検出す
ることによりセンサ本体１に作用した加速度を検出する
ことができる。このセンサ本体１は、重り部１２が片持
ち梁としての撓み部１３を介して支持枠１１に結合され
ている。なお、センサ本体１は、活性層１０３の表面に
シリコン酸化膜（図示せず）が形成されるとともに、こ
のシリコン酸化膜上にシリコン窒化膜（図示せず）が形
成されており、上述のパッド１６は、上記シリコン酸化
膜と上記シリコン窒化膜とからなる絶縁膜に形成したコ
ンタクトホールに一部を埋め込んだＡｉ−Ｓｉよりなる
金属配線２１および金属配線２１と拡散配線１７とのコ
ンタクト部２３を介して拡散配線１７に接続されてい
る。

【００２１】センサ本体１の厚み方向の表面側（図１
（ａ）の上面側）には上述のように可撓性を有するフィ
ルムからなるストッパ２０が固着され、またセンサ本体
１の厚み方向の裏面側（図１（ａ）の下面側）には上述
のように可撓性を有するフィルムからなるストッパ３０
が固着されている。ここにおいて、各ストッパ２０，３
０それぞれを構成するフィルムは、矩形状であって、例
えば感光性ポリイミドフィルムを硬化させて形成すれば
よい。また、センサ本体１は、重り部１２における活性
層１０２よりも裏面側の部分の厚さを、支持枠１１にお
ける活性層１０２よりも裏面側の部分の厚さよりも所定
厚さ（例えば、数μｍ〜数１０μｍ程度）だけ薄くなる
ように設定してある。言い換えれば、加速度がかかって
いない状態では、重り部１２の裏面がセンサ本体１の厚
み方向において支持枠１１の裏面よりも上記所定厚さ分
に対応した量だけセンサ本体１の表面側に位置してい
る。ここに、重り部１２の裏面側はアルカリ系溶液を用
いた異方性エッチングないしドライエッチングにより上
記所定厚さ分だけエッチングされている。なお、本実施
形態では、センサ本体１の表面側のストッパ２０が第１
のストッパを構成し、センサ本体１の裏面側のストッパ
３０が第２のストッパを構成している。

【００２２】また、センサ本体１の表面側のストッパ２
０は、センサ本体１の支持枠１１において撓み部１３の
延長方向に平行な２辺（２つの部分）の表面にそれぞれ
形成されたＡｌ−Ｓｉよりなる所定膜厚（例えば、数μ
ｍ〜１０μｍ程度）の接合用薄膜層２２を介してセンサ
本体１に固着されており、他の２辺（２つの部分）との
間には隙間が形成されている。ここにおいて、重り部１
２の表面とストッパ２０との間には接合用薄膜層２２の
膜厚に応じたギャップが形成されている。また、ストッ
パ２０とセンサ本体１の接合用薄膜層２２とは例えば熱
圧着により或いはアクリル系粘着剤を用いて固着すれば
よい。また、ストッパ２０は、ストッパ２０をセンサ本
体１の表面側に配置して荷重を印加した状態で加熱して
ラミネートしてもよい。ストッパ２０をセンサ本体１の
表面側にラミネートする場合には、所定の荷重を印加し
た状態で９０℃程度に加熱すればよいが、例えば、エチ
ルアルコールとジメチルアセトアミドとを略１対３で混
合した混合液をセンサ本体１またはストッパ２０に霧吹
きすることで表面を濡らしておけば気泡や皺の発生を抑
制できる。また、ストッパ３０は、センサ本体１の裏面
側に固着されているが、ストッパ２０と同様にして固着
することができる。

【００２３】なお、本実施形態では、接合用薄膜層２２
の材料としてＡｌ−Ｓｉを採用していることで、接合用
薄膜層２２をパッド１６および金属配線２１と同時に形
成することができるという利点を有している。ただし、
接合用薄膜層２２の材料はＡｌ−Ｓｉに限定するもので
はなく、例えば、ポリシリコンや、金属めっきにより形
成されるチタン、ニッケル、銅などを採用してもよい。

【００２４】要するに、本実施形態の半導体加速度セン
サでは、センサ本体１の表裏両側に可撓性を有するフィ
ルムからなるストッパ２０，３０を固着することで、重
り部１２が支持枠１１に対して相対的に移動する際に、
重り部１２に対して空気による制動力（いわゆるエアダ
ンプ）が作用し、過度の加速度（例えば数千Ｇの加速
度）がかかった際に重り部１２の移動量を規制すること
によって撓み部１３の折損が防止されるように構成して
ある。ところで、各ストッパ２０，３０としては、厚さ
が数１０μｍ〜８０μｍ程度のフィルムを用いればよ
い。

【００２５】なお、本実施形態の半導体加速度センサを
図２に示すようにプリント基板４０に実装する場合に
は、センサ本体１の裏面側のストッパ３０をプリント基
板４０に接着剤５０を用いて固着した後、センサ本体１
のパッド１６とプリント基板４０の導電パターン４１と
を金細線よりなるボンディングワイヤＷを介して接続
し、さらに、ボンディングワイヤＷはシリコーン樹脂４
２によって保護すればよい。

【００２６】しかして、本実施形態の半導体加速度セン
サでは、センサ本体１の表面側に重ね合わせた形で固着
され重り部１２の移動量を規制するストッパ２０と、セ
ンサ本体１の裏面側に重ね合わせた形で固着され重り部
１２の移動量を規制するストッパ３０との両方が可撓性
を有するフィルムにより形成されているので、図１２
（ａ）に示した従来構成のようにガラス製のカバー２，
３における重り部１２との対向面に突起状のストッパ２
ｂ，３ｂを一体に形成している場合に比べて、重り部１
２が各ストッパ２０，３０に衝突する際の衝撃を緩和す
ることができ、撓み部１３が折損するのを防止すること
ができるから、従来に比べて耐衝撃性を高めることがで
き、しかも、従来構成のようにセンサ本体１の表裏それ
ぞれにガラス製のカバー２，３を接合している場合に比
べて、低コスト化、軽量化および薄型化が可能になる。
また、従来構成のように重り部１２との対向面に突起状
のストッパ２ｂ，３ｂが一体に形成されたガラス製のカ
バー２，３をセンサ本体１の表裏に接合して製造する場
合に比べて、製造工程の途中で撓み部１３が折損する可
能性が少なくなって収率が高くなるから、結果的に低コ
スト化を図れる。なお、センサ本体１の製造方法は従来
構成のセンサ本体１の製造方法に準じるので、説明を省
略する。また、本実施形態では、センサ本体１を多数形
成したＳＯＩウェハの表裏にストッパ２０，３０となる
感光性ポリイミドフィルムを固着した後で、キュア工程
を行ってから、個々の半導体加速度センサにダイシング
している。

【００２７】（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３お
よび図４に示すように構成されている。すなわち、図３
および図４に示すように、支持枠１１が矩形枠状であっ
て、重り部１２の周縁が支持枠１１の各辺に平行な矩形
状であり、重り部１２は、支持枠１１の一辺に撓み部１
３を介して一体に連結されている。ここに、本実施形態
の半導体加速度センサでは、重り部１２において撓み部
１３と反対側（図３における右側）の先端部に、ストッ
パ２０との間の距離を他の部位に比べて大きくし且つ支
持枠１１において上記一辺に平行な辺側が開放された凹
所１２ａが形成されている点、ストッパ２０は、支持枠
１１における重り部１２に対向する部分の表面と凹所１
２ａとに跨ってセンサ本体１に重なる形状に形成され、
支持枠１１における重り部１２に対向する辺（部分）の
表面に固着されている点が相違する。なお、他の構成は
実施形態１と同じであるから、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。

【００２８】しかして、本実施形態の半導体加速度セン
サでは、センサ本体１の表面側のストッパ２０をセンサ
本体１の支持枠１１における重り部１２に対向する部分
（上記撓み部１３と反対側の辺）の表面に直接固着して
もストッパ２０と重り部１２の先端部との間に重り部１
２の移動する空間を確保することができるから、より一
層の薄型化を図ることができる。ここにおいて、凹所１
２ａの底面は露出した埋込絶縁層１０２の表面となって
いる。すなわち、凹所１２ａを例えばアルカリ系溶液を
用いた異方性エッチングによって形成する場合に埋込絶
縁層１０２をエッチングストッパとして利用することで
重り部１２の先端部とストッパ２０との間の寸法精度を
高めることができる。

【００２９】（実施形態３）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２と略同じであって、図５
に示すように、センサ本体１の表面側に固着するストッ
パ２０の形状を短冊状として、ストッパ２０を支持枠１
１において撓み部１３に平行な２辺（２つの部分）間に
架け渡している点に特徴がある。すなわち、本実施形態
では、ストッパ２０の長手方向を撓み部１３の延長方向
に直交する方向としてある。ここにおいて、ストッパ２
０は長手方向の中間部が重り部１２の先端部に重なり且
つ両端部が支持枠１１に固着されており、ストッパ２０
と重り部１２との間には凹所１２ａの深さに対応したギ
ャップが形成されている。したがって、例えば、重り部
１２に対して図６の上向きの加速度がかかって重り部１
２がストッパ２０に衝突するとストッパ２０が上方に膨
らむ形状に湾曲するので、撓み部１３にかかるストレス
が緩和されて撓み部１３の折損が防止される。なお、他
の構成は実施形態２と同じであるから、実施形態２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。

【００３０】しかして、本実施形態では、実施形態２に
比べてストッパ２０のサイズをさらに小さくすることが
できるので、より一層の軽量化を図れる。

【００３１】ところで、上記各実施形態においては可撓
性を有するフィルムからなるストッパ２０，３０を備え
ているが、可撓性を有するフィルムを感光性ポリイミド
フィルムにより形成する場合には、例えば以下に図７を
参照しながら説明するプロセスに準じてストッパ２０，
３０を形成すればよい。

【００３２】まず、一面に離型処理を施したポリエステ
ルフィルムからなるセパレータ６１の上記一面上にポリ
イミド前駆体ワニスを塗布し、１３０℃程度の温度で数
分〜数１０分間乾燥させる（この乾燥工程でのイミド化
率は５０％以下に抑える）ことでセパレータ６１上にポ
リイミド前駆体からなるポリイミド前駆体層６２が形成
され、図７（ａ）に示す構造が得られる。次に、ポリイ
ミド前駆体層６２上に感光性フォトレジストを塗布し、
８０〜１２０℃程度の温度で１０分程度のプリベークを
行うことでポリイミド前駆体層６２上に感光性フォトレ
ジスト層（以下、感光性樹脂層と称す）６３が形成さ
れ、図７（ｂ）に示す構造が得られる。

【００３３】その後、セパレータ６１を剥離すること
で、ポリイミド前駆体層６２に感光性樹脂層６３が積層
されたフォトカバーレイフィルムが形成され、このフォ
トカバーレイフィルムをセンサ本体１が多数形成されて
いるＳＯＩウェハ１００の厚み方向の一面側（表面側ま
たは裏面側）に熱圧着ないしラミネートすることで固着
し、感光性樹脂層６３上に石英基板またはフィルムにパ
ターンが形成されたマスク６４を配置し（図７
（ｃ））、続いて、マスク６４のパターンを転写するた
めに紫外線を照射して露光し、例えば、約５％の水酸化
ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウムなどを用
いて現像を行い、その後、１５０℃程度の温度で数１０
分のポストベークを行うことによって、図７（ｄ）に示
す構造が得られる。

【００３４】次に、パターニングされた感光性樹脂層６
３をマスクとして、酸素プラズマなどによってポリイミ
ド前駆体層６２をエッチングすることによって、図７
（ｅ）に示す構造が得られ、さらに剥離液（例えば、村
上スクリーン株式会社製のSUTRIP SUPERなど）を使用
して感光性樹脂層６３を除去することによって、図７
（ｆ）に示す構造が得られる。その後、ポリイミド前駆
体層６２をキュア工程にてイミド化する（つまり、硬化
させる）ことによってフィルム６５（ストッパ２０また
はストッパ３０）が形成され、図７（ｇ）に示す構造が
得られる。ここに、キュア工程では、まず１３０℃程度
の温度で５分乾燥させた後、温度を１時間かけて段階的
に昇温し、約２５０℃〜３００℃で１５分乾燥させれば
よい。

【００３５】ところで、ポリイミドフィルムには熱可塑
性のものと熱硬化性のものとがあり、いずれのポリイミ
ドフィルムを適用してもよい。なお、熱可塑性のポリイ
ミドフィルムはジフェニルスルホンテトラカルボン酸２
無水物を合成し、芳香族ジアミンと縮合重合したもので
あり、熱硬化性のポリイミドフィルムは芳香族テトラカ
ルボン酸２無水物とジアミンを縮合重合したものであ
る。

【００３６】なお、ポジ型感光性ポリイミド材料は例え
ば特開平１１−２０２４８８号公報に説明され、ネガ型
感光性ポリイミド材料は例えば特開２０００−１４７７
６８号公報に説明されている。また、現像時に水酸化ナ
トリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウムなどのアル
カリ水溶液で現像が可能な感光性ポリイミドフィルムは
例えば特開平１１−３１５１４１号公報に説明されてい
る。この特開平１１−３１５１４１号公報に開示されて
いる感光性ポリイミドフィルムは、ポリイミド樹脂と光
分解性酸発生剤とを含有しているので、２００℃程度の
比較的低温でキュアでき、キュア時の熱収縮が小さいと
いう利点がある。

【００３７】上述のプロセスはフォトカバーレイフィル
ムを使用する場合のプロセスであるが、ポリイミド前駆
体であるポリアミック酸のカルボキシル基にエステル結
合により感光基を導入した感光性ポリイミドフィルム
（この種の感光性ポリイミドフィルムとしては、例え
ば、日立化成株式会社製のPL-3000などがある）を用い
る場合には図８を参照しながら以下に説明するプロセス
に準じてストッパ２０，３０を形成すればよい。

【００３８】まず、ポリイミド前駆体であるポリアミッ
ク酸のカルボキシル基にエステル結合により感光基を導
入した感光性ポリイミドフィルム７１をセンサ本体１が
多数形成されているＳＯＩウェハ１００の厚み方向の一
面側（表面側または裏面側）に熱圧着ないしラミネート
することで固着することによって、図８（ａ）に示す構
造が得られる。その後、感光性ポリイミドフィルム７１
上に石英基板またはフィルムにパターンが形成されたマ
スク７２を配置し（図８（ｂ））、続いて、マスク７２
のパターンを転写するために紫外線を照射して露光し、
例えばＮ−メチル−２−ピロリドンなどの溶剤やアルカ
リ水溶液などを用いて現像することによって、図８
（ｃ）に示す構造が得られる。その後、２５０℃〜３０
０℃で加熱処理（キュア）しイミド化させる（つまり、
硬化させる）ことによってフィルム７３（ストッパ２０
またはストッパ３０）が形成され、図８（ｄ）に示す構
造が得られる。

【００３９】また、上述の図７，図８を参照しながら説
明した各プロセスとは別に、図９を参照しながら以下に
説明するプロセスに準じて各ストッパ２０，３０を形成
してもよい。

【００４０】一面に離型処理を施したポリエステルフィ
ルムからなるセパレータ６１の上記一面上に感光性ポリ
イミドフィルム７１を貼りつけたまま露光、現像を順次
行うことによって図９（ａ）のように感光性ポリイミド
フィルム７１をパターニングした後、セパレータ６１を
剥離することによって、図９（ｂ）に示す構造が得られ
る。その後、感光性ポリイミドフィルム７１をセンサ本
体１が多数形成されているＳＯＩウェハ１００の厚み方
向の一面側（表面側または裏面側）に熱圧着ないしラミ
ネートすることで固着し、続いて、２５０℃〜３００℃
で加熱処理（キュア）しイミド化させる（つまり、硬化
させる）ことによってフィルム７３（ストッパ２０また
はストッパ３０）が形成され、図９（ｃ）に示す構造が
得られる。

【００４１】要するに、上述の図７〜図９のいずれのプ
ロセスに準じる場合でも、ストッパ２０は感光性イミド
フィルムの不要部分をフォトリソグラフィ工程により除
去することで所望の形状に形成した後で硬化されて形成
されることになるので、一般的な半導体製造プロセスで
あるフォトリソグラフィ工程によってストッパ２０の不
要部分を除去することができ、耐衝撃性が高く軽量化お
よび薄型化が可能な半導体加速度センサを低コスト化で
提供することができる。

【００４２】上述のようなプロセスを採用せずに、スト
ッパ２０となる感光性ポリイミドフィルムの不要部分を
金型などによる打ち抜きまたはレーザにより切除するこ
とで例えば図１０のような所望の形状に形成した後で硬
化させて形成してもよく、この場合にも耐衝撃性が高く
軽量化および薄型化が可能な半導体加速度センサを低コ
ストで提供することができる。また、ストッパ３０とな
る感光性ポリイミドフィルムを金型などによる打ち抜き
またはレーザにより切除することで例えば図１１のよう
な矩形状の形状に形成してから硬化させるようにしても
よい。

【００４３】また、上記各実施形態では、ストッパ２
０，３０を感光性ポリイミドフィルムを硬化させて形成
しているが、感光性ポリイミドフィルムに限らず、可撓
性および感光性を有し熱膨張係数が小さなフィルムを使
用可能であることは言うまでもない。また、上記各実施
形態では、ＳＯＩウェハにセンサ本体１を形成している
が、ＳＯＩウェハに限らず、シリコンウェハにセンサ本
体１を形成するようにしてもよい。また、ストッパ２
０，３０に配線パターンを設けるようにしてもよい。

【００４４】

【発明の効果】請求項１の発明は、半導体材料を主成分
とする枠状の支持枠の表裏に貫通する開口窓内に配置し
た重り部が可撓性を有する撓み部を介して支持枠に一体
に連結され、かつ重り部への加速度の作用により撓み部
に生じる応力を検出する歪検出素子が撓み部に設けられ
たセンサ本体と、センサ本体の表面側に重ね合わせた形
で固着され重り部の移動量を規制する第１のストッパ
と、センサ本体の裏面側に重ね合わせた形で固着され重
り部の移動量を規制する第２のストッパとを備え、前記
各ストッパは、可撓性を有するフィルムにより形成され
てなることを特徴とするものであり、センサ本体の表裏
にそれぞれ重ね合わせた形で固着され重り部の移動量を
規制する第１および第２のストッパが可撓性を有するフ
ィルムにより形成されているので、従来のようにセンサ
本体の表裏それぞれに接合されたガラス製のカバーにお
ける重り部との対向面に突起状のストッパを一体に形成
している場合に比べて、重り部が各ストッパに衝突する
際の衝撃を緩和することができ、撓み部が折損するのを
防止することができるから、従来に比べて耐衝撃性を高
めることができるという効果があり、しかも、従来のよ
うにセンサ本体の表裏それぞれにガラス製のカバーを接
合している場合に比べて、低コスト化、軽量化および薄
型化が可能になるという効果がある。また、従来のよう
に重り部との対向面に突起状のストッパが形成されたガ
ラス製のカバーをセンサ本体の表裏に接合して製造する
場合に比べて、製造工程の途中で撓み部が折損する可能
性が少なくなって収率が高くなるから、結果的に低コス
ト化を図れるという利点もある。

【００４５】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記支持枠が矩形枠状であって、前記重り部の周縁
が前記支持枠の各辺に平行な矩形状であり、前記重り部
は、前記支持枠の一辺に前記撓み部を介して一体に連結
され、前記撓み部と反対側の先端部に、前記第１のスト
ッパとの間の距離を他の部位に比べて大きくし且つ前記
支持枠において前記一辺に平行な辺側が開放された凹所
が形成され、前記第１のストッパは、前記支持枠におけ
る前記重り部に対向する部分の表面と前記凹所とに跨っ
て前記センサ本体に重なる形状に形成され、前記支持枠
における前記重り部に対向する部分の表面に固着されて
いるので、前記第１のストッパを前記センサ本体の前記
支持枠における前記重り部に対向する部分の表面に直接
固着しても前記第１のストッパと前記重り部の先端部と
の間に前記重り部の移動する空間を確保することができ
るから、より一層の薄型化を図ることができるという効
果がある。

【００４６】請求項３の発明は、請求項２の発明におい
て、前記第１のストッパは感光性ポリイミドフィルムを
硬化させて形成されているいるので、耐熱性を高めるこ
とができるという効果がある。

【００４７】請求項４の発明は、請求項３の発明におい
て、前記第１のストッパは感光性ポリイミドフィルムの
不要部分をフォトリソグラフィ工程により除去すること
で所望の形状に形成した後で硬化させて形成されている
ので、前記第１のストッパが感光性ポリイミドフィルム
の不要部分を一般的な半導体製造プロセスであるフォト
リソグラフィ工程によって除去してから感光性ポリイミ
ドフィルムを硬化させることで形成できるから、製造コ
ストの低コスト化を図れるという効果がある。

【００４８】請求項５の発明は、請求項３の発明は、前
記第１のストッパは感光性ポリイミドフィルムの不要部
分を切除することで所望の形状に形成した後で硬化させ
て形成されているので、前記第１のストッパが感光性ポ
リイミドフィルムの不要部分を切除してから感光性ポリ
イミドフィルムを硬化させることで形成できるから、従
来のようにガラス基板を加工して突起状のストッパを一
体に有するカバーを形成する場合に比べて、製造コスト
の低コスト化を図れるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１を示し、（ａ）は概略断面図、
（ｂ）はセンサ本体の概略平面図である。

【図２】同上の実装例を示す概略断面図である。

【図３】実施形態２を示し、（ａ）は概略断面図、
（ｂ）はセンサ本体の概略平面図である。

【図４】同上の実装例を示す概略断面図である。

【図５】実施形態３を示し、（ａ）は実装例の概略断面
図、（ｂ）はセンサ本体の表面側のストッパの斜視図で
ある。

【図６】同上の動作説明図である。

【図７】各実施形態の製造方法の一例の説明図である。

【図８】各実施形態の製造方法の一例の説明図である。

【図９】各実施形態の製造方法の一例の説明図である。

【図１０】各実施形態の製造方法の一例の説明図であ
る。

【図１１】各実施形態の製造方法の一例の説明図であ
る。

【図１２】従来例を示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）
はセンサ本体の概略平面図である。

【符号の説明】

１センサ本体１１支持枠１２重り部１２ａ凹所１３撓み部１４スリット１５ゲージ抵抗１６パッド１７拡散配線２０ストッパ２２接合用薄膜層３０ストッパ１００’ ＳＯＩ基板１０１支持層１０２埋込絶縁層１０３活性層

フロントページの続き (72)発明者上浩則大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内Ｆターム(参考） 2H025 AB16 AB20 AC01 AD01 AD03 BC69 CB25 FA03 FA15 FA29 4M112 AA02 BA01 CA21 CA23 CA28 DA03 DA04 DA12 DA16 DA18 EA03 EA06 EA07 EA11 EA14 FA07 FA20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体材料を主成分とする枠状の支持枠
の表裏に貫通する開口窓内に配置した重り部が可撓性を
有する撓み部を介して支持枠に一体に連結され、かつ重
り部への加速度の作用により撓み部に生じる応力を検出
する歪検出素子が撓み部に設けられたセンサ本体と、セ
ンサ本体の表面側に重ね合わせた形で固着され重り部の
移動量を規制する第１のストッパと、センサ本体の裏面
側に重ね合わせた形で固着され重り部の移動量を規制す
る第２のストッパとを備え、前記各ストッパは、可撓性
を有するフィルムにより形成されてなることを特徴とす
る半導体加速度センサ。
【請求項２】前記支持枠が矩形枠状であって、前記重
り部の周縁が前記支持枠の各辺に平行な矩形状であり、
前記重り部は、前記支持枠の一辺に前記撓み部を介して
一体に連結され、前記撓み部と反対側の先端部に、前記
第１のストッパとの間の距離を他の部位に比べて大きく
し且つ前記支持枠において前記一辺に平行な辺側が開放
された凹所が形成され、前記第１のストッパは、前記支
持枠における前記重り部に対向する部分の表面と前記凹
所とに跨って前記センサ本体に重なる形状に形成され、
前記支持枠における前記重り部に対向する部分の表面に
固着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。
【請求項３】前記第１のストッパは感光性ポリイミド
フィルムを硬化させて形成されていることを特徴とする
請求項２記載の半導体加速度センサ。
【請求項４】前記第１のストッパは感光性ポリイミド
フィルムの不要部分をフォトリソグラフィ工程により除
去することで所望の形状に形成した後で硬化させて形成
されていることを特徴とする請求項３記載の半導体加速
度センサ。
【請求項５】前記第１のストッパは感光性ポリイミド
フィルムの不要部分を切除することで所望の形状に形成
した後で硬化させて形成されていることを特徴とする請
求項３記載の半導体加速度センサ。