JP2003215155A - 半導体加速度センサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 上部ストッパと錘部との空隙の間隔の制御を
容易に行なえ、製造コストを低減することのできる半導
体加速度センサを提供する。 【解決手段】 錘部１３と、錘部１３に加速度が印加さ
れることで撓むよう一端を錘部１３に接続した撓み部１
２と、撓み部１２の撓みに基づいて加速度を電気信号に
変換するよう撓み部１２に形成された拡散ゲージ抵抗１
４と、端子と接続する複数の電極パッド２２を一面側に
設けて錘部１３の外周縁を空間を設けて外囲して撓み部
１２の他端を支持する支持部１１と、錘部１３が当接し
得る上部当接面及び支持部の一面側に形成された一面側
接合部２３と固着される上部固着面をそれぞれ設けた上
部ストッパ３１とを備え、上部ストッパ３１は、上部固
着面３１ｂが電極パッド２２と同一材料からなる一面側
接合部２３と固着されるとともに、上部固着面３１ｂ及
び上部当接面３１ａが同一平面に形成されてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車又は家電製
品等に用いられる半導体加速度センサとその製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車のエアバックシステム等に
用いられている加速度センサとして、半導体加速度セン
サがある。半導体加速度センサは、図７に示すように、
錘部１３と、その錘部１３を撓み部１２を介して支持す
る支持部１１と、支持部１１にその厚み方向から接合さ
れる上部ストッパ９１及び下部ストッパ９２と、を備え
ている。錘部１３と上部ストッパ９１との間に錘部１３
の可動範囲となる空隙としてのギャップ４１、錘部１３
と下部ストッパ９２との間にギャップ４２を設けるた
め、上部ストッパ９１及び下部ストッパ９２には、それ
ぞれギャップ４１，４２の大きさに対応した深さの凹部
が形成されている。ここで、ギャップ４１，４２は、錘
部１３の過大な変位を阻止することで、撓み部１２の破
壊を防止する機能を有している。この半導体加速度セン
サにおいては、加速度が加わった場合に、錘部１３の慣
性力に対応して生ずる撓み部１２の撓みを、撓み部１２
に設けられたセンサ部としての拡散ゲージ抵抗１４で電
気信号に変換し、配線抵抗１５と外部接続用の電極パッ
ド２２とを介して外部に出力している。

【０００３】しかし、ギャップ４１，４２を有効に機能
させるためには、上部ストッパ９１及び下部ストッパ９
２に対して、ギャップ４１，４２の間隔に相当する凹部
を形成する際に、非常に精密な加工制御をミクロンオー
ダーで行なう必要がある。これを解決するものとして、
平板状の上部ストッパ及び下部ストッパと、上部ストッ
パ及び下部ストッパを支持部１１に接合する接着剤と、
を備えて形成されているものがある。これは、上部スト
ッパ及び下部ストッパと支持部１１とをそれぞれ接着剤
により接合する際に、接着剤に厚みを持たせることによ
り、上部ストッパ及び下部ストッパと支持部１１との間
にそれぞれギャップを持たせているものであり、接着剤
の厚みを制御することにより、ギャップの調整を行って
いる。このようなものとして、特開平３−６７１７７に
示す半導体加速度センサがある。

【０００４】しかしながら、接着剤により上部ストッパ
及び下部ストッパと支持部１１とを接合して半導体加速
度センサを製造する場合には、半導体材料以外に接着剤
を用意する必要があるとともに、接着剤を所望の厚みに
塗布したり、接合箇所以外に塗布してしまうことの無い
よう細心の注意を払って製造を行なわなければならな
く、非常に歩留まりが低く、且つ、コスト的に不利であ
るという問題点があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は上記
問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところ
は、錘部とストッパとの間にギャップを容易に設けるこ
とができ、製造コストを低減することのできる半導体加
速度センサ及びその製造方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の半導体加速度センサ及びその製造方法は、以
下の構成を備える。

【０００７】請求項１の発明では、錘部と、錘部に加速
度が印加されることによって撓むよう一端を錘部に接続
した撓み部と、撓み部の撓みに基づいて加速度を電気信
号に変換するよう撓み部に形成されたセンサ部と、端子
と接続する複数の電極パッドを一面側に設けるとともに
錘部の外周縁を空間を設けて外囲して撓み部の他端を支
持する支持部と、錘部が当接し得る上部当接面及び支持
部の一面側に形成された一面側接合部と固着される上部
固着面をそれぞれ設けた上部ストッパと、を備えた半導
体加速度センサにおいて、前記上部ストッパは、前記上
部固着面が前記電極パッドと同一材料からなる前記一面
側接合部と固着されるとともに、前記上部固着面及び前
記上部当接面が同一平面に形成されてなることを特徴と
する。

【０００８】請求項２の発明では、請求項１に記載の半
導体加速度センサにおいて、前記錘部が当接し得る下部
当接面を有して下部固着面が支持部の他面側に形成され
た他面側接合部と固着された下部ストッパを設けた半導
体加速度センサであって、前記下部ストッパは、前記下
部固着面が前記電極パッドと同一材料からなる前記他面
側接合部と固着されるとともに、前記下部固着面及び前
記下部当接面が同一平面に形成されてなることを特徴と
する。

【０００９】請求項３の発明では、請求項１に記載の半
導体加速度センサにおいて、前記一面側接合部は、アル
ミニゥムからなる金属材料でもって形成されてなること
を特徴とする。

【００１０】請求項４の発明では、請求項１に記載の半
導体加速度センサを製造する製造方法であって、前記電
極パッド及び前記一面側接合部は、同一工程で形成され
ることを特徴とする。

【００１１】請求項５の発明では、錘部と、錘部に加速
度が印加されることによって撓むよう一端を錘部に接続
した撓み部と、撓み部の撓みに基づいて加速度を電気信
号に変換するよう撓み部に形成されたセンサ部と、端子
と接続する複数の電極パッドを一面側に設けるとともに
錘部の外周縁を空間を設けて外囲して撓み部の他端を支
持する支持部と、錘部が当接し得る上部当接面及び支持
部の他面側に形成された他面側接合部と固着される下部
固着面をそれぞれ設けた上部ストッパと、を備えた半導
体加速度センサにおいて、前記下部ストッパは、前記下
部固着面が前記電極パッドと同一材料からなる前記他面
側接合部と固着されるとともに、前記下部固着面及び前
記下部当接面が同一平面に形成されてなることを特徴と
する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図示
例と共に説明する。

【００１３】（第１実施形態）本発明に係わる半導体加
速度センサの第１の実施の形態を、図１から図４を参照
して以下に説明する。本実施の形態においては、半導体
加速度センサは、シリコン単結晶よりなる半導体基板を
エッチングすることにより形成される錘部１３と支持部
１１と撓み部１２とを有して、ロの字形状に形成された
支持部１１の一面側に複数設けられた外部接続用の電極
パッド２２と、支持部１１に固着される上部ストッパ３
１と、を備えて形成されている。また、支持部１１と上
部ストッパ３１とを接合する一面側接合部２３と電極パ
ッド２２とが同一材料のアルミニゥムからなる金属材料
で形成されている。なお、図１は半導体加速度センサの
正断面図、図２は半導体加速度センサの下断面図、図３
は半導体加速度センサの右側断面図である。

【００１４】錘部１３は、シリコン単結晶からなり、厚
み方向の断面が略四角状に形成されており、支持部１１
に設けられた孔４３内を可動な大きさに形成されてい
る。また、支持部１１とは、撓み部１２を介して接続さ
れており、この撓み部１２を中心として揺振自在に支持
されている。

【００１５】上部ストッパ３１は、平板状のガラス基板
よりなり、撓み部１２が撓んだ際に、錘部１３が当接し
得る上部当接面３１ａと、支持部１１の一面側接合部２
３に固着される上部固着面３１ｂとを有し、この上部当
接面３１ａと上部固着面３１ｂとが同一平面となるよう
に形成されている。これにより、ギャップ４１，４２に
対応する深さの凹部をストッパに形成する工程と、その
ために必要なコストを削減することができる。

【００１６】センサ部は、印加された加速度に対応して
撓む撓み部１２の撓み量を検出する拡散ゲージ抵抗１４
として形成されている。拡散ゲージ抵抗１４は、撓み部
１２の撓み量に対応して出力する電圧を変化させ、その
出力電圧を配線抵抗１５と電極パッド２２とを介して外
部に出力している。

【００１７】次に、この半導体加速度センサの製造方法
について、図４を参照して以下に説明する。図４（ａ）
に示すように、半導体基板１６に対し、フォトリソグラ
フィーを行う。まず、シリコン単結晶より成る半導体基
板１６の一面側の酸化膜２１表面に光レジストを均一に
塗布し、形成しようとする配線抵抗１５の形状に対応さ
せて形成した光を透過させない遮光膜を、石英ガラス基
板に貼着する。この石英ガラス基板を通して半導体基板
１６に紫外線を照射することにより、遮光膜が貼着され
た部分以外は、紫外線が石英ガラス基板を通過し、その
部分の光レジストが感光する。ここで用いている光レジ
ストは、感光した部分が溶媒に溶けやすくなるポジレジ
ストとしている。感光した光レジストを溶媒により溶か
すことで、配線抵抗１５の形状に対応する部分の光レジ
ストだけが半導体基板１６から除去され、それ以外の部
分の光レジストは、半導体基板１６上に残る。以上で、
フォトリソグラフィー工程が終わる。

【００１８】次に、半導体基板１６に残された光レジス
トをマスクパターンとして、半導体基板１６をエッチン
グすることで、配線抵抗１５の形状に対応した部分の酸
化膜２１が除去される。酸化膜が除去された部分に、イ
オンを注入して拡散することにより、半導体基板１６上
に配線抵抗１５が形成される。

【００１９】次に、半導体基板１６の一面に拡散ゲージ
抵抗１４を形成するためフォトリソグラフィーを行い、
堆積された酸化膜２１の一部をエッチング除去した後、
イオン注入を行い、拡散することにより、センサ部とし
ての拡散ゲージ抵抗１４を形成する。

【００２０】次に、図４（ｂ）に示すように、半導体基
板１６の一面にフォトリソグラフィーを行い、一面に堆
積した酸化膜２１の一部をエッチング除去した後、電極
パッド２２を形成するとともに、電極パッド２２と同じ
材料のアルミニゥムで一面側接合部２３を形成する。

【００２１】次に、図４（ｃ）に示すように、半導体基
板１６の他面側にフォトリソグラフィーを行い、酸化膜
２１をエッチング除去し、窓開けを行なった後、異方性
エッチングを行って、薄肉部１７を形成する。

【００２２】次に、図４（ｄ）に示すように、半導体基
板１６の一面側にフォトリソグラフィーを行い、異方性
エッチングを行なうことにより、撓み部１２を除いて全
ての薄肉部１７を除去し、支持部１１と錘部１３とを形
成する。

【００２３】次に、図４（ｅ）に示すように、支持部１
１の他面側の酸化膜２１をエッチング除去した後、一面
側接合部２３に上部ストッパ３１を陽極接合を行うこと
により、上部ストッパ３１を支持部１１に支持させると
ともに、凹部が形成された下部ストッパ３２を凹部が支
持部１１の他面側に対向するようにして、支持部１１に
陽極接合する。以上の工程により、本実施の形態におけ
る半導体加速度センサが形成される。

【００２４】なお、フォトリソグラフィー工程における
レジストとして、ポジレジストを用いたが、感光した部
分が溶媒に溶けにくくなるネガレジストを用いてもよ
い。

【００２５】以上のように、電極パッド２２と一面側接
合部２３とを同じ材料により形成したので、コストが低
減されるとともに、過大な加速度が印加された場合に錘
により半導体加速度センサが破壊されるのをストッパに
より防止でき、半導体加速度センサの製造が容易にな
る。

【００２６】（第２実施形態）本発明に係わる第２の実
施の形態を以下に説明する。本実施の形態における半導
体加速度センサは、図５に示すように、半導体材料より
成る支持部１１と、支持部１１に片持ち支持される錘部
１３と、支持部１１に、その厚み方向の両面側からそれ
ぞれ取り付けられる上部ストッパ３３及び下部ストッパ
３４と、支持部１１と上部ストッパ３３及び下部ストッ
パ３４との間にそれぞれ設けられる一面側接合部２３及
び他面側接合部２４と、一面側接合部２３及び他面側接
合部２４と同じ材料で形成される外部接続用の電極パッ
ド２２と、を備えて形成されている。なお、第１の実施
の形態と同じものには同じ符号を付している。

【００２７】本実施の形態における半導体加速度センサ
の製造方法について、図６を参照して以下に説明する。
図６（ａ）に示すように、単結晶シリコンより成る半導
体基板１６の一面側に形成する配線抵抗１５の形状に対
応させたフォトリソグラフィーを行い、一面側に堆積さ
れた酸化膜２１の一部をエッチング除去した後、イオン
注入を行い、拡散することにより、配線抵抗１５を形成
する。また、これと同様の工程により、拡散ゲージ抵抗
１４を形成する。

【００２８】次に、図６（ｂ）に示すように、半導体基
板１６の一面側にフォトリソグラフィーを行い、酸化膜
２１の一部をエッチング除去した後、電極パッド２２
と、一面側接合部２３とを、同時に同じ材料のアルミニ
ゥムで形成する。

【００２９】次に、図６（ｃ）に示すように、半導体基
板１６の他面側に堆積された酸化膜２１を除去した後、
他面側接合部２４を形成する。

【００３０】次に、図６（ｄ）に示すように、半導体基
板１６の他面側にフォトリソグラフィーを行い、異方性
エッチングを行い、薄肉部１７を形成する。

【００３１】次に、図６（ｅ）に示すように、半導体基
板１６の一面側にフォトリソグラフィーを行ない、異方
性エッチングを行なうことで、撓み部１２を残して他の
全ての薄肉部１７を除去し、支持部１１と錘部１３とを
形成する。

【００３２】次に、図６（ｆ）に示すように、一面側接
合部２３と上部ストッパ３３とを、他面側接合部２４と
下部ストッパ３４とを、それぞれ陽極接合により接合し
て、支持部１１に支持させる。以上の工程により、半導
体加速度センサを形成している。

【００３３】上記のように、支持部１１の厚み方向の両
面側にそれぞれ接合される上部ストッパ３３及び下部ス
トッパ３４を、それぞれ電極パッド２２と同じ材料で形
成される一面側接合部２３及び他面側接合部２４を介し
て設けたので、上部ストッパ３３及び下部ストッパ３４
に形状加工処理を施すことなく、錘部１３と上部ストッ
パ３３及び下部ストッパ３４との間に、それぞれギャッ
プ４１，４２を設けることができ、また、この半導体加
速度センサを容易に製造することができる。

【００３４】以上、本発明の好適な実施の形態を説明し
たが、本発明はこの実施の形態に限らず、種々の形態で
実施することができる。

【００３５】

【発明の効果】上記のように本発明の請求項１に記載の
半導体加速度センサは、錘部と、錘部に加速度が印加さ
れることによって撓むよう一端を錘部に接続した撓み部
と、撓み部の撓みに基づいて加速度を電気信号に変換す
るよう撓み部に形成されたセンサ部と、端子と接続する
複数の電極パッドを一面側に設けるとともに錘部の外周
縁を空間を設けて外囲して撓み部の他端を支持する支持
部と、錘部が当接し得る上部当接面及び支持部の一面側
に形成された一面側接合部と固着される上部固着面をそ
れぞれ設けた上部ストッパと、を備えた半導体加速度セ
ンサにおいて、上部ストッパは、上部固着面が電極パッ
ドと同一材料からなる一面側接合部と固着されるととも
に、上部固着面及び上部当接面が同一平面に形成されて
なるので、一面側接合部と電極パッドとを同じ材料で形
成することができ、また上部ストッパに凹部を形成する
工程を削減できるので、コストを低減することができる
とともに、上部ストッパと錘部との空隙の間隔の調整を
容易に行なうことができるという効果を奏する。

【００３６】本発明の請求項２記載の半導体加速度セン
サによれば、請求項１に記載の発明による効果に加え
て、錘部が当接し得る下部当接面を有して下部固着面が
支持部の他面側に形成された他面側接合部と固着された
下部ストッパを設けた半導体加速度センサであって、下
部ストッパは、下部固着面が電極パッドと同一材料から
なる他面側接合部と固着されるとともに、下部固着面及
び下部当接面が同一平面に形成されてなるので、他面側
接合部と電極パッドとを同時に形成することが可能とな
り、半導体加速度センサの形成がより容易になるという
効果を奏する。

【００３７】本発明の請求項３記載の半導体加速度セン
サによれば、請求項１に記載の発明による効果に加え
て、一面側接合部は、アルミニゥムからなる金属材料で
もって形成されてなるので、一面側接合部が腐食に強く
なり、半導体加速度センサを長期的に安定して用いるこ
とができるという効果を奏する。

【００３８】本発明の請求項４記載の半導体加速度セン
サによれば、請求項１に記載の半導体加速度センサの製
造方法であって、電極パッド及び一面側接合部は、同一
工程で形成されるので、電極パッドと一面側接合部とを
一つの工程で形成でき、より簡単に半導体加速度センサ
を形成することができるという効果を奏する。

【００３９】本発明の請求項５記載の半導体加速度セン
サによれば、錘部と、錘部に加速度が印加されることに
よって撓むよう一端を錘部に接続した撓み部と、撓み部
の撓みに基づいて加速度を電気信号に変換するよう撓み
部に形成されたセンサ部と、端子と接続する複数の電極
パッドを一面側に設けるとともに錘部の外周縁を空間を
設けて外囲して撓み部の他端を支持する支持部と、錘部
が当接し得る上部当接面及び支持部の他面側に形成され
た他面側接合部と固着される下部固着面をそれぞれ設け
た上部ストッパと、を備えた半導体加速度センサにおい
て、下部ストッパは、下部固着面が電極パッドと同一材
料からなる他面側接合部と固着されるとともに、下部固
着面及び下部当接面が同一平面に形成されてなるので、
他面側接合部と電極パッドとを同じ材料で形成すること
ができ、コストが低減されるとともに、下部ストッパと
錘部との間隙の間隔の調整を容易に行なうことができる
という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる半導体加速度センサの第１の実
施の形態における半導体加速度センサの正断面図である

【図２】上記半導体加速度センサの下断面図である

【図３】上記半導体加速度センサの右側断面図である

【図４】上記半導体加速度センサに係わる製造工程を示
す図である

【図５】本発明に係わる半導体加速度センサの第２の実
施の形態における半導体加速度センサの正断面図である

【図６】上記半導体加速度センサに係わる製造工程を示
す図である

【図７】従来の半導体加速度センサの正断面図である

【符号の説明】

１１ 支持部 １３ 錘部 １４ 拡散ゲージ抵抗 ２２ 電極パッド ２３ 一面側接合部 ２４ 他面側接合部 ３１ 上部ストッパ ３１ｂ 上部固着面 ３１ａ 上部当接面 ３２ 下部ストッパ ３３ 上部ストッパ ３４ 下部ストッパ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西條 隆司 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 江田 和夫 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 斉藤 誠 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） 4M112 AA02 BA01 CA21 CA24 CA28 CA36 DA03 DA04 DA10 DA12 DA15 DA18 EA03 EA06 EA11 EA13 FA07 FA20

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】錘部と、錘部に加速度が印加されることに
   よって撓むよう一端を錘部に接続した撓み部と、撓み部
   の撓みに基づいて加速度を電気信号に変換するよう撓み
   部に形成されたセンサ部と、端子と接続する複数の電極
   パッドを一面側に設けるとともに錘部の外周縁を空間を
   設けて外囲して撓み部の他端を支持する支持部と、錘部
   が当接し得る上部当接面及び支持部の一面側に形成され
   た一面側接合部と固着される上部固着面をそれぞれ設け
   た上部ストッパと、を備えた半導体加速度センサにおい
   て、前記上部ストッパは、前記上部固着面が前記電極パ
   ッドと同一材料からなる前記一面側接合部と固着される
   とともに、前記上部固着面及び前記上部当接面が同一平
   面に形成されてなることを特徴とする半導体加速度セン
   サ。
2. 【請求項２】前記錘部が当接し得る下部当接面を有して
   下部固着面が支持部の他面側に形成された他面側接合部
   と固着された下部ストッパを設けた半導体加速度センサ
   であって、前記下部ストッパは、前記下部固着面が前記
   電極パッドと同一材料からなる前記他面側接合部と固着
   されるとともに、前記下部固着面及び前記下部当接面が
   同一平面に形成されてなることを特徴とする請求項１に
   記載の半導体加速度センサ。
3. 【請求項３】前記一面側接合部は、アルミニゥムからな
   る金属材料でもって形成されてなることを特徴とする請
   求項１に記載の半導体加速度センサ。
4. 【請求項４】請求項１に記載の半導体加速度センサの製
   造方法であって、前記電極パッド及び前記一面側接合部
   は、同一工程で形成されることを特徴とする半導体加速
   度センサの製造方法。
5. 【請求項５】錘部と、錘部に加速度が印加されることに
   よって撓むよう一端を錘部に接続した撓み部と、撓み部
   の撓みに基づいて加速度を電気信号に変換するよう撓み
   部に形成されたセンサ部と、端子と接続する複数の電極
   パッドを一面側に設けるとともに錘部の外周縁を空間を
   設けて外囲して撓み部の他端を支持する支持部と、錘部
   が当接し得る上部当接面及び支持部の他面側に形成され
   た他面側接合部と固着される下部固着面をそれぞれ設け
   た上部ストッパと、を備えた半導体加速度センサにおい
   て、前記下部ストッパは、前記下部固着面が前記電極パ
   ッドと同一材料からなる前記他面側接合部と固着される
   とともに、前記下部固着面及び前記下部当接面が同一平
   面に形成されてなることを特徴とする半導体加速度セン
   サ。