JP2005017080A - 半導体加速度センサおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】温度特性の優れた半導体加速度センサおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】センサ本体１は、矩形枠状のフレーム部１１の内側に重り部１２が配置されている。重り部１２は、４つの撓み部１３を介してフレーム部１１に支持されている。また、センサ本体１では、抵抗体たるピエゾ抵抗Ｒ１ｘ〜Ｒ４ｘ，Ｒ１ｙ〜Ｒ４ｙ，Ｒ１ｚ〜Ｒ４ｚが４つの撓み部１３に適宜配置されている。撓み部１３の幅寸法が主重り部１２ａから離れてフレーム部１１に近づくにつれて徐々に大きくなっている。また、各撓み部１３におけるフレーム部１１側の端部１３ａを、主重り部１２ａから離れてフレーム部１１に近づくほど厚み寸法が徐々に大きくなるような形状に形成するとともに、各撓み部１３における主重り部１２ａ側の端部１３ｂを、フレーム部１１から離れて主重り部１２ａに近づくほど厚み寸法が徐々に大きくなるような形状に形成してある。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、自動車、家電製品などに用いられる半導体加速度センサおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から知られているピエゾ抵抗式の半導体加速度センサの一例として、複数方向それぞれの加速度に感度を有する半導体多軸加速度センサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この種の半導体多軸加速度センサでは、例えば、図１６に示すように、シリコン基板上にシリコンエピタキシャル層を成長した所謂エピ基板を用いて形成したセンサ本体１’の裏面にガラス製のカバー２が接合されている。
【０００３】
センサ本体１’は、矩形枠状のフレーム部１１’を備え、フレーム部１１’の内側に配置された重り部１２’がフレーム部１１’よりも薄肉である４つの撓み部１３’を介してフレーム部１１’に連続一体に連結された構造を有しており、各撓み部１３’には、それぞれひずみ検出素子として２個ずつのピエゾ抵抗Ｒが形成されている。
【０００４】
ここにおいて、図１６の左側に示したように、センサ本体１’の厚み方向をｚ軸方向、ｚ軸方向に直交する平面においてフレーム部１１’の一辺に沿った方向をｘ軸方向、この一辺に直交する辺に沿った方向をｙ軸方向と規定すれば、重り部１２’は、ｘ軸方向に延長された２つ１組の撓み部１３’，１３’と、ｙ軸方向に延長された２つ１組の撓み部１３’，１３’とを介してフレーム部１１’に支持されていることになり、ｘ軸方向に延長された２つの撓み部１３’，１３’に形成された合計４つのピエゾ抵抗Ｒがブリッジ回路を構成するように金属配線１７によって電気的に接続され、ｙ軸方向に延長された２つの撓み部１３’，１３’に形成された合計４つのピエゾ抵抗Ｒが別のブリッジ回路を構成するように金属配線１７によって電気的に接続されている。なお、各ブリッジ回路それぞれの各端子となるパッド１６は各ブリッジ回路ごとに設けられフレーム部１１’に形成されている。
【０００５】
したがって、センサ本体１’にｘ軸方向ないしｙ軸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’の慣性によってフレーム部１１’に対して重り部１２’が変位し、結果的に撓み部１３’が撓んで当該撓み部１３’に形成されているピエゾ抵抗Ｒの抵抗値が変化することになる。つまり、ピエゾ抵抗Ｒ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ｘ軸方向ないしｙ軸方向の加速度をそれぞれ検出することができる。
【０００６】
ところで、センサ本体１’では、ｘ軸方向およびｙ軸方向それぞれの加速度の検出感度の高感度化を図るために、各軸方向の加速度が作用した際に撓み部１３’において発生する応力が最大となる重り部１２’近傍の部分（応力集中部）にピエゾ抵抗Ｒを配置してある。つまり、ピエゾ抵抗Ｒの形成位置を最適化することでｘ軸方向およびｙ軸方向それぞれの加速度を高感度で検出できるようにしてある。なお、ｘ軸方向およびｙ軸方向以外にｚ軸方向の加速度を高感度に検出できるような構成とするには、ｚ軸方向の加速度が作用した際に各撓み部１３’において発生する応力が最大となるフレーム部１１’近傍の部分（応力集中部）にピエゾ抵抗を１つずつ配置すればよい。
【０００７】
また、センサ本体１’に関しては、重り部１２’の質量をｍ、撓み部１３’の長さ寸法をＬ、撓み部１３’の幅寸法をＨ、撓み部１３’の厚み寸法をｔ、印加された加速度をα、感度をＫとすれば、
Ｋ∝（ｍ×Ｌ×α）／（Ｈ×ｔ^２）
という関係があり、撓み部１３’の厚み寸法ｔを小さくしたり、撓み部１３’の幅寸法Ｈを小さくしたり、撓み部１３’の長さ寸法Ｌを大きくしたりすることにより高感度化を図ることができる。なお、上述の撓み部１３’は、幅寸法Ｈおよび厚み寸法ｔが長手方向の全長に亘って均一となるように形成されており、長手方向に直交する断面形状および幅方向（短手方向）に直交する断面形状のいずれも細長の長方形状となっている。
【０００８】
また、上述のカバー２’は、外形が矩形状であって、センサ本体１’におけるフレーム部１１’の裏面に周部が陽極接合により接合されており、重り部１２’との対向面に重り部１２’の移動範囲を確保するための凹所２ａ’が形成されている。なお、センサ本体１’とカバー２’とで構成されるセンサチップは、パッケージ（図示せず）にエポキシ樹脂やシリコーン樹脂などの接着剤により固着して使用されるのが一般的である。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−１６０３４８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体加速度センサは使用温度範囲が例えばー４０℃〜８０℃と比較的広いものであるから、重要な特性項目として感度の他に出力値の温度特性がある。
【００１１】
しかしながら、上記従来構成の半導体多軸加速度センサでは、環境温度が変化する条件下で使用した場合、上記パッケージの熱収縮またはフレーム部１１’の材料であるシリコンとカバー２’の材料であるガラスとの熱膨張係数差に起因する応力ひずみが発生し、この応力ひずみがセンサ本体１’のフレーム部１１’へ伝達され、さらにフレーム部１１’から撓み部１３’へ伝達される。
【００１２】
従来から１軸方向のみの加速度を検出する半導体加速度センサとして、いわゆる片持ち梁式の半導体加速度センサが知られているが、片持ち梁式の半導体加速度センサでは重り部において撓み部（梁）に連結されていない側が開放端となっているので、フレーム部から撓み部へ伝達する応力は重り部の変位により開放されることとなる。しかしながら、両持ち梁式の半導体加速度センサ、特に上述の半導体多軸加速度センサのように４つの撓み部（梁）１３’が重り部１２’を中心として十字状に配置された両持ち梁式の半導体多軸加速度センサにおいては、重り部１２’が四方から拘束されているので、フレーム部１１’から撓み部１３’へ伝達した応力が撓み部１３’に内在し、この応力を開放するために重り部１２’がカバー２’に近づく向きへ変位することになる。つまり、上述の半導体多軸加速度センサは、加速度が印加されていない静止条件下でも周囲温度が変化すると、フレーム部１１’の収縮などによる応力変化に伴い重り部１２’がｚ軸方向（上下方向）に変位してしまうので、出力値の温度特性が悪化してしまうという不具合があった。また、上述の半導体多軸加速度センサでは、熱応力を主要因とした経時的な特性変動やヒステリシス特性が発生してしまうという不具合があった。
【００１３】
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、温度特性の優れた半導体加速度センサおよびその製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、枠状のフレーム部の内側に配置した重り部が重り部を挟んで配置された少なくとも１組の撓み部を介してフレーム部に支持され、フレーム部に対する重り部の変位により撓み部に生じるひずみによって抵抗率の変化する抵抗体が撓み部に形成されたセンサ本体を備えた半導体加速度センサであって、各撓み部それぞれにおけるフレーム部側の端部が、重り部から離れてフレーム部に近づくほど幅寸法と厚み寸法との少なくとも一方が大きくなるような形状に形成されてなることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、各撓み部それぞれにおけるフレーム部側の端部が、重り部から離れてフレーム部に近づくほど幅寸法と厚み寸法との少なくとも一方が大きくなるような形状に形成されていることにより、各撓み部それぞれにおけるフレーム部側の端部では重り部から離れてフレーム部に近づくほど長手方向に直交する断面の断面積が大きくなっており、従来のように各撓み部それぞれについて厚み寸法および幅寸法が長手方向の全体にわたって均一に形成されている両持ち梁式の半導体加速度センサに比べて、各撓み部それぞれにおけるフレーム部側の端部の剛性を高めることができ（つまり、ばね係数を大きくすることができ）、フレーム部から各撓み部へ伝達する熱応力に起因した重り部の変位を少なくすることができるから、温度特性を向上させることができ、しかも、経時的な特性変動やヒステリシス特性の発生を抑制することができる。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記各撓み部それぞれにおける前記フレーム部側の端部が、前記重り部から離れて前記フレーム部に近づくほど幅寸法と厚み寸法との両方が大きくなるような形状に形成されてなることを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、前記各撓み部それぞれにおける前記フレーム部側の端部が、前記重り部から離れて前記フレーム部に近づくほど幅寸法と厚み寸法とのいずれか一方のみが大きくなるような形状に形成されている場合に比べて、前記各撓み部それぞれにおける前記フレーム部側の端部での断面積を大きくすることができて、前記各撓み部それぞれにおける前記フレーム部側の端部の剛性をより高めることができ、前記フレーム部から前記各撓み部へ伝達する熱応力に起因した前記重り部の変位をより少なくすることができるから、温度特性をより向上させることができる。
【００１８】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記各撓み部は、長手方向における略中央から前記フレーム部に近づくほど幅寸法と厚み寸法との少なくとも一方が大きくなるような形状に形成されてなることを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、前記各撓み部それぞれにおける前記フレーム部側の端部のみで前記重り部から離れて前記フレーム部に近づくほど幅寸法と厚み寸法との少なくとも一方が大きくなるような形状に形成されている場合に比べて、前記フレーム部から前記各撓み部へ伝達する熱応力に起因した前記重り部の変位をより少なくすることができるから、温度特性をより向上させることができる。
【００２０】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記各撓み部は、長手方向における略中央から前記フレーム部に近づくほど幅寸法と厚み寸法との両方が大きくなるような形状に形成されてなることを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、前記各撓み部それぞれにおける前記フレーム部側の端部のみで前記重り部から離れて前記フレーム部に近づくほど幅寸法と厚み寸法との両方が大きくなるような形状に形成されている場合に比べて、前記フレーム部から前記各撓み部へ伝達する熱応力に起因した前記重り部の変位をより少なくすることができるから、温度特性をより向上させることができる。
【００２２】
請求項５の発明は、請求項１の発明において、前記各撓み部は、前記フレーム部側の端部において幅寸法に関係する幅方向の両側面と厚み寸法に関係する厚み方向の一面との少なくとも一方が曲面に形成されてなることを特徴とする。
【００２３】
この発明によれば、過大な加速度が印加されたときに前記各撓み部における前記フレーム部側の端部での応力集中を緩和することができ、耐衝撃性が向上する。
【００２４】
請求項６の発明は、請求項３の発明において、前記各撓み部は、長手方向における略中央から前記フレーム部までの部位において幅寸法に関係する幅方向の両側面と厚み寸法に関係する厚み方向の一面との少なくとも一方が曲面に形成されてなることを特徴とする。
【００２５】
この発明によれば、過大な加速度が印加されたときに前記各撓み部における前記フレーム部側の端部での応力集中を緩和することができ、耐衝撃性が向上する。
【００２６】
請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６の発明において、前記各撓み部それぞれにおける前記重り部側の端部が、前記フレーム部から離れて前記重り部に近づくほど幅寸法と厚み寸法との少なくとも一方が大きくなるような形状に形成されてなることを特徴とする。
【００２７】
この発明によれば、前記各撓み部それぞれにおける前記重り部側の端部の剛性を高めることができ、前記フレーム部から前記各撓み部へ伝達する熱応力に起因した前記重り部の変位をさらに少なくすることができるから、温度特性をより向上させることができる。特に、前記各撓み部それぞれにおける前記重り部側の端部付近に抵抗体を配置してブリッジ回路を構成したような場合に、当該ブリッジ回路の出力値の温度特性を向上させることができる。
【００２８】
請求項８の発明は、請求項１ないし請求項６の発明において、前記各撓み部それぞれにおける前記重り部側の端部が、前記フレーム部から離れて前記重り部に近づくほど幅寸法と厚み寸法との両方が大きくなるような形状に形成されてなることを特徴とする。
【００２９】
この発明によれば、前記各撓み部それぞれにおける前記重り部側の端部の剛性を高めることができ、前記フレーム部から前記各撓み部へ伝達する熱応力に起因した前記重り部の変位をさらに少なくすることができるから、温度特性をより向上させることができる。特に、前記各撓み部それぞれにおける前記重り部側の端部付近に抵抗体を配置してブリッジ回路を構成したような場合に、当該ブリッジ回路の出力値の温度特性を向上させることができる。
【００３０】
請求項９の発明は、請求項７の発明において、前記各撓み部は、前記重り部側の端部において幅寸法に関係する幅方向の両側面と厚み寸法に関係する厚み方向の一面との少なくとも一方が曲面に形成されてなることを特徴とする。
【００３１】
この発明によれば、過大な加速度が印加されたときに前記各撓み部における前記重り部側の端部での応力集中を緩和することができ、耐衝撃性が向上する。
【００３２】
請求項１０の発明は、請求項８の発明において、前記各撓み部は、前記重り部側の端部において幅寸法に関係する幅方向の両側面と厚み寸法に関係する厚み方向の一面とがそれぞれ曲面に形成されてなることを特徴とする。
【００３３】
この発明によれば、過大な加速度が印加されたときに前記各撓み部における前記重り部側の端部での応力集中を緩和することができ、耐衝撃性が向上する。
【００３４】
請求項１１の発明は、請求項１ないし請求項１０の発明において、前記各撓み部は、長手方向に直交する断面の断面形状が台形状となるような形状に形成されてなることを特徴とする。
【００３５】
この発明によれば、前記各撓み部における表面側の剛性を裏面側の剛性に比べて高めることができ、熱応力による前記各撓み部の撓みを抑制することができる。
【００３６】
請求項１２の発明は、請求項１ないし請求項１０の発明において、前記各撓み部は、長手方向に直交する断面形状における両側縁が互いに近づく向きに凹んだ円弧状に形成されてなることを特徴とする。
【００３７】
この発明によれば、前記各撓み部それぞれの両側面の面積を大きくすることができ、熱応力による前記各撓み部の撓みを抑制することができる。
【００３８】
請求項１３の発明は、請求項１の発明において、前記各撓み部それぞれにおける長手方向の両端部が、長手方向の中央から離れるほど厚み寸法が大きくなるような形状に形成されてなることを特徴とする。
【００３９】
この発明によれば、前記各撓み部それぞれにおける長手方向の両端部の剛性を高めることができ、前記フレーム部から前記各撓み部へ伝達する熱応力に起因した前記重り部の変位をさらに少なくすることができるから、温度特性をより向上させることができる。
【００４０】
請求項１４の発明は、請求項１の発明において、前記各撓み部は前記重り部から離れて前記フレーム部に近づくほど厚み寸法が大きくなるような形状に形成されてなることを特徴とする。
【００４１】
この発明によれば、前記フレーム部から前記各撓み部へ伝達する熱応力に起因した前記重り部の変位をさらに少なくすることができるから、温度特性をより向上させることができる。
【００４２】
請求項１５の発明は、請求項１１記載の半導体加速度センサの製造方法であって、裏面側のシリコン基板と表面側のシリコン層との間に埋込酸化膜が介在するＳＯＩ基板において前記フレーム部および前記各撓み部および前記重り部に対応する部分が残るように埋込酸化膜をエッチングストッパ層としてＳＯＩ基板を裏面側から埋込酸化膜に達する深さまでドライエッチングする裏面側パターニング工程と、裏面側パターニング工程の後でＳＯＩ基板において前記フレーム部および前記各撓み部および前記重り部に対応する部分が残るように埋込酸化膜をエッチングストッパ層としてＳＯＩ基板を表面側から埋込酸化膜に達する深さまでエッチングする表面側パターニング工程と、表面側パターニング工程の後で埋込酸化膜の露出した部分をエッチングして除去する分離エッチング工程とを備え、表面側パターニング工程では、湿式の異方性エッチングにてシリコン層をエッチングすることを特徴とする。
【００４３】
この発明によれば、表面側パターニング工程でＳＯＩ基板において前記フレーム部および前記各撓み部および前記重り部に対応する部分が残るように埋込酸化膜をエッチングストッパ層としてＳＯＩ基板のシリコン層を表面側から埋込酸化膜に達する深さまで湿式の異方性エッチングにてエッチングすることにより、シリコン層のうち前記各撓み部に対応する部分それぞれの断面形状を台形状とすることができ、表面側パターニング工程の後で埋込酸化膜の露出した部分をエッチングして除去することにより前記各撓み部それぞれの断面形状を台形状としたまま前記フレーム部と前記重り部とを分離することができるから、温度特性の優れた半導体加速度センサを提供することができる。
【００４４】
請求項１６の発明は、請求項１２記載の半導体加速度センサの製造方法であって、裏面側のシリコン基板と表面側のシリコン層との間に埋込酸化膜が介在するＳＯＩ基板において前記フレーム部および前記各撓み部および前記重り部に対応する部分が残るように埋込酸化膜をエッチングストッパ層としてＳＯＩ基板を裏面側から埋込酸化膜に達する深さまでドライエッチングする裏面側パターニング工程と、裏面側パターニング工程の後でＳＯＩ基板において前記フレーム部および前記各撓み部および前記重り部に対応する部分が残るように埋込酸化膜をエッチングストッパ層としてＳＯＩ基板を表面側から埋込酸化膜に達する深さまでエッチングする表面側パターニング工程と、表面側パターニング工程の後で埋込酸化膜の露出した部分をエッチングして除去する分離エッチング工程とを備え、表面側パターニング工程では、湿式の等方性エッチングにてシリコン層をエッチングすることを特徴とする。
【００４５】
この発明によれば、表面側パターニング工程でＳＯＩ基板において前記フレーム部および前記各撓み部および前記重り部に対応する部分が残るように埋込酸化膜をエッチングストッパ層としてＳＯＩ基板のシリコン層を表面側から埋込酸化膜に達する深さまで湿式の等方性エッチングにてエッチングすることにより、前記各撓み部の長手方向に直交する断面形状における両側縁を互いに近づく向きに凹んだ円弧状に形成することができ、表面側パターニング工程の後で埋込酸化膜の露出した部分をエッチングして除去することにより前記各撓み部それぞれの長手方向に直交する断面形状における幅方向の両側縁が互いに近づく向きに凹んだ円弧状に形成することができるから、温度特性の優れた半導体加速度センサを提供することができる。
【００４６】
請求項１７の発明は、請求項１３記載の半導体加速度センサの製造方法であって、裏面側のシリコン基板と表面側のシリコン層との間に埋込酸化膜が介在するＳＯＩ基板において前記フレーム部および前記各撓み部および前記重り部に対応する部分が残るように埋込酸化膜をエッチングストッパ層としてＳＯＩ基板を裏面側から埋込酸化膜に達する深さまでドライエッチングする裏面側パターニング工程と、裏面側パターニング工程の後で埋込酸化膜をエッチングストッパ層として湿式の異方性エッチングにてシリコン基板の一部をエッチングすることで前記各撓み部それぞれに対応する部分の両端部の裏面側に厚み寸法が両端に近づくほど大きくなるような傾斜面を形成するテーパーエッチング工程と、テーパーエッチング工程の後でＳＯＩ基板において前記フレーム部および前記各撓み部および前記重り部に対応する部分が残るように埋込酸化膜をエッチングストッパ層としてＳＯＩ基板を表面側から埋込酸化膜に達する深さまでエッチングする表面側パターニング工程と、表面側パターニング工程の後で埋込酸化膜の露出した部分をエッチングして除去する分離エッチング工程とを備えることを特徴とする。
【００４７】
この発明によれば、裏面側パターニング工程の後でテーパエッチング工程を行うことにより、前記各撓み部それぞれに対応する部分において前記フレーム部側の端部では前記フレーム部に近づくほど厚み寸法が徐々に大きくなり、前記重り部側の端部では前記重り部に近づくほど厚み寸法が徐々に大きくなるので、前記各撓み部それぞれの長手方向の両端部の剛性を高めることができ、温度特性の優れた半導体加速度センサを提供することができる。
【００４８】
請求項１８の発明は、請求項１３記載の半導体加速度センサの製造方法であって、裏面側のシリコン基板と表面側のシリコン層との間に埋込酸化膜が介在するＳＯＩ基板において前記フレーム部および前記各撓み部および前記重り部に対応する部分が残るように埋込酸化膜をエッチングストッパ層としてＳＯＩ基板を裏面側から埋込酸化膜に達する深さまでドライエッチングする裏面側パターニング工程と、裏面側パターニング工程の後でＳＯＩ基板において前記フレーム部および前記各撓み部および前記重り部に対応する部分が残るように埋込酸化膜をエッチングストッパ層としてＳＯＩ基板を表面側から埋込酸化膜に達する深さまでエッチングする表面側パターニング工程と、表面側パターニング工程の後で埋込酸化膜の露出した部分をエッチングして除去する分離エッチング工程とを備え、表面側パターニング工程において湿式の異方性エッチングを採用してシリコン層のエッチングと同時にシリコン基板の一部をエッチングすることで前記各撓み部それぞれに対応する部分の両端部の裏面側に厚み寸法が両端に近づくほど大きくなるような傾斜面を形成することを特徴とする。
【００４９】
この発明によれば、表面側パターニング工程において湿式の異方性エッチングを採用してシリコン層のエッチングと同時にシリコン基板の一部をエッチングすることで前記各撓み部それぞれに対応する部分の両端部の裏面側に厚み寸法が両端に近づくほど大きくなるような傾斜面を形成することができるので、温度特性の優れた半導体加速度センサを請求項１７の発明に比べて少ない工程数で製造することができる。
【００５０】
請求項１９の発明は、請求項１４記載の半導体加速度センサの製造方法であって、シリコン基板の裏面側において前記フレーム部に対応する部位に重なり厚み寸法が一様に設定された第１の保護マスク部と前記重り部に対応する部位に重なり厚み寸法が一様に設定された第２の保護マスク部と前記各撓み部それぞれに対応する部位に重なり第２の保護マスク部から離れ第１の保護マスク部に近づくにつれて厚み寸法が徐々に大きくなるように設定された傾斜転写用マスク部とを有するマスク材層を形成するマスク材層形成工程と、マスク材層形成工程の後で第１の保護マスク部および第２の保護マスク部が残り傾斜転写用マスク部がなくなってシリコン基板の一部がエッチングされるようにエッチングを行う転写工程と、転写工程の後で前記重り部および前記フレーム部に対応する部分が残り前記各撓み部に対応する部分が所望の厚さになるようにシリコン基板を裏面側からドライエッチングする裏面側パターニング工程と、裏面側パターニング工程の後でシリコン基板において前記フレーム部および前記各撓み部および前記重り部に対応する部分が残るようにシリコン基板を表面側からエッチングする表面側パターニング工程とを備えることを特徴とする。
【００５１】
この発明によれば、シリコン基板の裏面側にマスク材層を形成した後、マスク材層の傾斜転写用マスク部がなくなるまでエッチングを行うことにより、前記各撓み部に対応する部分が前記重り部から離れて前記フレーム部に近づくほど厚み寸法が大きくなるような形状に形成されるので、前記各撓み部における前記フレーム部側の端部の剛性を高めることができ、温度特性の優れた半導体加速度センサを提供することができる。
【００５２】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
本実施形態では、半導体加速度センサとして、複数方向の加速度をそれぞれ検出する半導体多軸加速度センサを例示する。
【００５３】
本実施形態の半導体多軸加速度センサは、図１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酸化膜１０２を有するＳＯＩ基板１００（図４（ａ）参照）を用いて形成したセンサ本体１の裏面にガラス製のカバー２を陽極接合により固着した構造を有する。なお、ＳＯＩ基板１００は、シリコン基板からなる支持基板１０１とｎ形のシリコン層（シリコン活性層）１０３との間に絶縁層である埋込酸化膜１０２が形成された所謂ＳＯＩウェハの一部により構成される。
【００５４】
センサ本体１は、矩形枠状のフレーム部１１を備え、フレーム部１１の内側に配置された重り部１２がフレーム部１１よりも薄肉である４つの撓み部１３を介してフレーム部１１に連続一体に連結された構造を有している。ここにおいて、センサ本体１は、重り部１２における埋込酸化膜１０２よりも裏面側の部分の厚さがフレーム部１１における埋込酸化膜１０２よりも裏面側の部分の厚さに比べて薄くなっており、フレーム部１１の裏面が全周にわたって矩形状のカバー２の周部に接合されている。したがって、重り部１２の裏面とカバー２との間には重り部１２の厚さ方向への重り部１２の変位を可能とする隙間が形成されている。なお、本実施形態では、カバー２における重り部１２との対向面に重り部１２の移動範囲を確保するための凹所２ａを形成してあるが、上述のように重り部１２における埋込酸化膜１０２よりも裏面側の部分の厚さがフレーム部１１における埋込酸化膜１０２よりも裏面側の部分の厚さに比べて薄くしてある場合には凹所２ａを必ずしも設ける必要はない。逆にカバー２における重り部１２との対向面に凹所２ａを形成するのであれば、重り部１２における埋込酸化膜１０２よりも裏面側の部分の厚さをフレーム部１１における埋込酸化膜１０２よりも裏面側の部分の厚さと同じに設定してもよい。
【００５５】
重り部１２は、上述の４つの撓み部１３を介してフレーム部１１に支持された直方体状の主重り部１２ａと、センサ本体１の主表面側から見て主重り部１２ａの四隅それぞれに連続一体に連結された平面形状が菱形状の４つの付加重り部１２ｂとを有している。つまり、各付加重り部１２ｂは、フレーム部１１と主重り部１２ａと互いに直交する方向に延長された２つの撓み部１３，１３とで囲まれる空間に配置され、各付加重り部１２ｂそれぞれの周囲には主重り部１２ａとの連結部位を除いてスリット１４が形成されている。なお、各付加重り部１２ｂは、上述のＳＯＩ基板１００の支持基板１０１の一部により構成されており、付加重り部１２ｂの表面は主重り部１２ａの表面を含む平面からカバー２側へ離間して位置している。
【００５６】
ところで、図１（ａ）の左下に示したように、センサ本体１の厚み方向をｚ軸方向、ｚ軸方向に直交する平面において矩形枠状のフレーム部１１の一辺に沿った方向をｘ軸方向、この一辺に直交する辺に沿った方向をｙ軸方向と規定すれば、重り部１２は、ｘ軸方向に延長されて主重り部１２ａを挟む２つ１組の撓み部１３，１３と、ｙ軸方向に延長されて主重り部１２ａを挟む２つ１組の撓み部１３，１３とを介してフレーム部１１に支持されていることになる。なお、重り部１２は、主重り部１２ａだけでも重りとして機能するので、重り部１２を主重り部１２ａのみで構成してもよいが、付加重り部１２ｂを付加することにより加速度センサの感度を高めることができる。
【００５７】
ｘ軸方向を長手方向とする２つの撓み部１３，１３のうち図１（ａ）の左側の撓み部１３は長手方向において主重り部１２ａ近傍（重り部１２側の端部１３ｂ）に２つのピエゾ抵抗Ｒ１ｘ，Ｒ３ｘが形成されるとともにフレーム部１１近傍（フレーム部１１側の端部１３ａ）に１つのピエゾ抵抗Ｒ４ｚが形成され、図１（ａ）の右側の撓み部１３は長手方向において主重り部１２ａ近傍に２つのピエゾ抵抗Ｒ２ｘ，Ｒ４ｘが形成されるとともにフレーム部１１近傍に１つのピエゾ抵抗Ｒ２ｚが形成されている。ここに、主重り部１２ａ近傍の４つのピエゾ抵抗Ｒ１ｘ，Ｒ２ｘ，Ｒ３ｘ，Ｒ４ｘは、ｘ軸方向の加速度を検出するために形成されたものであって、長手方向を撓み部１３の長手方向に一致させてあり、金属配線や拡散層配線などの配線（図示せず）を介して第１のブリッジ回路（図示せず）を構成するように接続されている。なお、ピエゾ抵抗Ｒ１ｘ〜Ｒ４ｘは、ｘ軸方向の加速度が作用したときに図１（ａ）の左右の撓み部１３において最大応力が発生する領域（応力集中部）に形成されている。
【００５８】
ｙ軸方向を長手方向とする２つの撓み部１３，１３のうち図１（ａ）の上側の撓み部１３は長手方向において主重り部１２ａ近傍に２つのピエゾ抵抗Ｒ１ｙ，Ｒ３ｙが形成されるとともにフレーム部１１近傍に１つのピエゾ抵抗Ｒ１ｚが形成され、図１（ａ）の下側の撓み部１３は長手方向において主重り部１２ａ近傍に２つのピエゾ抵抗Ｒ２ｙ，Ｒ４ｙが形成されるとともにフレーム部１１近傍に１つのピエゾ抵抗Ｒ３ｚが形成されている。ここに、主重り部１２ａ近傍の４つのピエゾ抵抗Ｒ１ｙ，Ｒ２ｙ，Ｒ３ｙ，Ｒ４ｙは、ｙ軸方向の加速度を検出するために形成されたものであり、長手方向を撓み部１３の長手方向に一致させてあり、金属配線や拡散層配線などの配線（図示せず）を介して第２のブリッジ回路（図示せず）を構成するように接続されている。なお、ピエゾ抵抗Ｒ１ｙ〜Ｒ４ｙは、ｙ軸方向の加速度が作用したときに図１（ａ）の上下の撓み部１３において最大応力が発生する領域（応力集中部）に形成されている。
【００５９】
また、フレーム部１１近傍の４つのピエゾ抵抗Ｒ１ｚ，Ｒ２ｚ，Ｒ３ｚ，Ｒ４ｚは、ｚ軸方向の加速度を検出するために形成されたものであり、金属配線や拡散層配線などの配線（図示せず）を介して第３のブリッジ回路（図示せず）を構成するように接続されている。ただし、ピエゾ抵抗Ｒ１ｚ〜Ｒ４ｚは、ｚ軸方向の加速度が作用したときに各撓み部１３において最大応力が発生する領域に形成されている。また、２つ１組となる撓み部１３，１３のうち一方の組の撓み部１３，１３に形成したピエゾ抵抗Ｒ１ｚ，Ｒ４ｚは長手方向が撓み部１３，１３の長手方向と一致するように形成されているのに対して、他方の組の撓み部１３，１３に形成したピエゾ抵抗Ｒ２ｚ，Ｒ３ｚは長手方向が撓み部１３，１３の幅方向（短手方向）と一致するように形成されている。
【００６０】
なお、フレーム部１１には、８個のパッド（図示せず）を設けてあり、上述の各ブリッジ回路それぞれの出力端子となるパッドは各ブリッジ回路ごとに設けてあるが、各ブリッジ回路の入力端子となるパッドは３つのブリッジ回路で共通化されている（つまり、３つのブリッジ回路に対する入力端子としては２つのパッドのみ設けてある）。また、本実施形態では、ピエゾ抵抗Ｒ１ｘ〜Ｒ４ｘ，Ｒ１ｙ〜Ｒ４ｙ，Ｒ１ｚ〜Ｒ４ｚそれぞれが、フレーム部１１に対する重り部１２の変位により撓み部１３に生じるひずみによって抵抗率の変化する抵抗体を構成している。
【００６１】
以下、加速度の検出原理について説明するが、検出原理は周知なので簡単に説明する。
【００６２】
いま、センサ本体１にｘ軸方向の成分を含む外力（すなわち、加速度）が作用したとすると、重り部１２の慣性によってフレーム部１１に対して重り部１２が変位し、結果的に図１（ａ）の左右の撓み部１３，１３が撓んで当該撓み部１３，１３に形成されているピエゾ抵抗Ｒ１ｘ〜Ｒ４ｘの抵抗値が変化することになり、上記第１のブリッジ回路の出力電圧が変化するから、ピエゾ抵抗Ｒ１ｘ〜Ｒ４ｘ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ｘ軸方向の加速度を検出することができるのである。なお、ｘ軸方向の加速度が作用したときには、上記第２のブリッジ回路および上記第３のブリッジ回路では抵抗値の増減が相殺されて出力電圧は略零となる。
【００６３】
同様に、センサ本体１にｙ軸方向の成分を含む外力（すなわち、加速度）が作用したとすると、重り部１２の慣性によってフレーム部１１に対して重り部１２が変位し、結果的に図１（ａ）の上下の撓み部１３，１３が撓んで当該撓み部１３，１３に形成されているピエゾ抵抗Ｒ１ｙ〜Ｒ４ｙの抵抗値が変化することになり、上記第２のブリッジ回路の出力電圧が変化するから、ピエゾ抵抗Ｒ１ｙ〜Ｒ４ｙ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ｙ軸方向の加速度を検出することができるのである。
【００６４】
また、センサ本体１にｚ軸方向の成分を含む外力（すなわち、加速度）が作用したとすると、重り部１２の慣性によってフレーム部１１に対して重り部１２が変位し、結果的に各撓み部１３が撓んで当該各撓み部１３に形成されているピエゾ抵抗Ｒ１ｚ〜Ｒ４ｚの抵抗値が変化することになる。ここにおいて、ピエゾ抵抗Ｒ１ｚ〜Ｒｚ４は同じ応力を受けるが、ピエゾ抵抗Ｒ１ｚ，Ｒ３ｚでは撓み部１３の長手方向に沿った向きで電流が流れるのに対してピエゾ抵抗Ｒ２ｚ，Ｒ４ｚでは撓み部１３の幅方向に沿った向きで電流が流れることによりピエゾ抵抗Ｒ１ｚ，Ｒ３ｚとピエゾ抵抗Ｒ２ｚ，Ｒ４ｚとで抵抗値の増減が逆となり、上記第３のブリッジ回路の出力電圧が変化するから、ピエゾ抵抗Ｒ１ｚ〜Ｒ４ｚ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ｚ軸方向の加速度を検出することができるのである。
【００６５】
なお、本実施形態では、上述のシリコン層１０３の導電形がｎ形なので、各ピエゾ抵抗Ｒ１ｘ〜Ｒ４ｘ、Ｒ１ｙ〜Ｒ４ｙ、Ｒ１ｚ〜Ｒ４ｚの導電形をｐ形としてあるが、シリコン層１０３の導電形がｐ形の場合には各ピエゾ抵抗Ｒ１ｘ〜Ｒ４ｘ，Ｒ１ｙ〜Ｒ４ｙ，Ｒ１ｚ〜Ｒ４ｚの導電形をｎ形とすればよい。また、ＳＯＩ基板１００については、支持基板１０１の厚さが４００〜６００μｍ程度、埋込酸化膜１０２の厚さが０．３〜１．５μｍ程度、シリコン層１０３の厚さが４〜６μｍ程度に設定してあるが、これらの数値は特に限定するものではない。また、ＳＯＩ基板１００としては、表面（シリコン層１０３の表面）が（１００）面のものを用いている。
【００６６】
ところで、本実施形態の半導体多軸加速度センサにおいては、図１（ａ）に示すように、撓み部１３の幅寸法が重り部１２の主重り部１２ａから離れてフレーム部１１に近づくにつれて徐々に大きくなっている。要するに、本実施形態では、各撓み部１３それぞれの長手方向におけるフレーム部１１側の端部１３ａを、主重り部１２ａから離れてフレーム部１１に近づくほど幅寸法が徐々に大きくなるような形状に形成してある。また、本実施形態では、図１（ｂ）に示すように、各撓み部１３それぞれの長手方向におけるフレーム部１１側の端部１３ａを、主重り部１２ａから離れてフレーム部１１に近づくほど厚み寸法が徐々に大きくなるような形状に形成するとともに、各撓み部１３それぞれの長手方向における主重り部１２ａ側の端部１３ｂを、フレーム部１１から離れて主重り部１２ａに近づくほど厚み寸法が徐々に大きくなるような形状に形成してある。なお、本実施形態における各撓み部１３は、長手方向に直交する断面の断面形状が図２に示すような細長（撓み部１３の幅方向に細長）の長方形状に形成されている。
【００６７】
しかして、本実施形態の半導体多軸加速度センサでは、各撓み部１３それぞれにおけるフレーム部１１側の端部１３ａを、重り部１２から離れてフレーム部１１に近づくほど幅寸法と厚み寸法との両方が大きくなるような形状に形成していることにより、各撓み部１３それぞれにおけるフレーム部１１側の端部１３ａでは重り部１２から離れてフレーム部１１に近づくほど長手方向に直交する断面の断面積が大きくなっており、図１６に示した従来構成のように各撓み部１３’それぞれについて厚み寸法および幅寸法が長手方向の全体にわたって均一に形成されているものに比べて、各撓み部１３それぞれにおけるフレーム部１１側の端部１３ａの剛性を高めることができる（つまり、ばね係数を大きくすることができる）。その結果、フレーム部１１から各撓み部１３へ伝達する熱応力に起因した重り部１２の変位を少なくすることができるから、温度特性を向上させることができ、特に、各撓み部１３それぞれにおけるフレーム部１１側の端部１３ａ付近に抵抗体を配置してブリッジ回路を構成した上記第３のブリッジ回路の出力値の温度特性を向上させることができ、しかも、経時的な特性変動やヒステリシス特性の発生を抑制することができる。
【００６８】
なお、本実施形態では、各撓み部１３それぞれにおけるフレーム部１１側の端部１３ａを、重り部１２から離れてフレーム部１１に近づくほど幅寸法と厚み寸法との両方が大きくなるような形状に形成してあるが、幅寸法と厚み寸法との少なくとも一方が大きくなるような形状に形成すればよい。ただし、本実施形態のように各撓み部１３それぞれにおけるフレーム部１１側の端部１３ａを、重り部１２から離れてフレーム部１１に近づくほど幅寸法と厚み寸法との両方が大きくなるような形状に形成することにより、重り部１２から離れてフレーム部１１に近づくほど幅寸法と厚み寸法とのいずれか一方のみが大きくなるような形状に形成されている場合に比べて、各撓み部１３それぞれにおけるフレーム部１１側の端部１３ａでの断面積を大きくすることができて、各撓み部１３それぞれにおけるフレーム部１１側の端部１３ａの剛性をより高めることができ、フレーム部１１から各撓み部１３へ伝達する熱応力に起因した重り部１２の変位をより少なくすることができるから、温度特性をより向上させることができる。また、本実施形態では、各撓み部１３を、長手方向における略中央からフレーム部１１に近づくほど幅寸法が大きくなるような形状に形成してあるので、各撓み部１３それぞれにおけるフレーム部１１側の端部１３ａのみで重り部１２から離れてフレーム部１１に近づくほど幅寸法が大きくなるような形状に形成されている場合に比べて、フレーム部１１から撓み部１３へ伝達する熱応力に起因した重り部１２の変位をより少なくすることができるから、温度特性をより向上させることができる。
【００６９】
また、本実施形態の半導体多軸加速度センサでは、各撓み部１３それぞれにおける重り部１２側の端部１３ｂを、フレーム部１１から離れて重り部１２に近づくほど厚み寸法が大きくなるような形状に形成してあるので、各撓み部１３それぞれにおける重り部１２側の端部１３ｂの剛性を高めることができ、フレーム部１１から各撓み部１３へ伝達する熱応力に起因した重り部１２の変位をさらに少なくすることができるから、温度特性をより向上させることができる。特に、各撓み部１３それぞれにおける重り部１２側の端部１３ｂ付近に抵抗体を配置してブリッジ回路を構成した上記第１のブリッジ回路および上記第２のブリッジ回路の出力値の温度特性を向上させることができる。
【００７０】
なお、本実施形態では、上述のＳＯＩ基板１００を用いてセンサ本体１を形成してあるが、シリコン基板を用いてセンサ本体１を形成してもよく、シリコン基板を用いてセンサ本体１を形成した場合、センサ本体１の撓み部１３は図３に示すような断面形状とすればよい。すなわち、図３に示す構成のセンサ本体１においても、各撓み部１３それぞれにおける長手方向の両端部１３ａ，１３ｂを、両端に近づくにつれて徐々に厚みが大きくなるような形状に形成してある。
【００７１】
以下、上述の図１に示したセンサチップの製造方法について図４および図５を参照しながら説明するが、図４は図１（ａ）のＡ−Ａ’断面に対応する部分の断面を示し、図５は図１（ａ）のＢ−Ｂ’断面に対応する部分の断面を示している。
【００７２】
まず、図４（ａ）および図５（ａ）に示すようなＳＯＩ基板１００の表面側および裏面側にパイロジェニック酸化法によってシリコン酸化膜（図示せず）を形成し、その後、フォトリソグラフィ技術を利用して、ＳＯＩ基板１００の裏面側に凹所１００ａを形成するためにパターニングされた第１のレジスト層（図示せず）を形成し、第１のレジスト層をマスクとしてＳＯＩ基板１００の裏面側のシリコン酸化膜をエッチングすることで当該シリコン酸化膜をパターニングしてから、第１のレジスト層を除去する。続いて、ＳＯＩ基板１００の裏面側のパターニングされたシリコン酸化膜をマスクとしてＳＯＩ基板１００を裏面側から所定深さ（この所定深さは、重り部１２とカバー２との間に形成する隙間の寸法に応じて適宜設定すればよい）までエッチングすることで凹所１００ａを形成することによって、図４（ｂ）および図５（ｂ）に示す構造を得る。なお、凹所１００ａを形成するエッチング工程では、ＫＯＨ（水酸化カリウム水溶液）やＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウム水溶液）のようなアルカリ系溶液を用いた湿式のエッチングを行うようにしてもよいし、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）などのドライエッチングを行うようにしてもよい。
【００７３】
その後、フォトリソグラフィ技術を利用して、上記拡散層配線を形成するためにパターニングされた第２のレジスト層（図示せず）をＳＯＩ基板１００の表面側のシリコン酸化膜上に形成し、続いて、第２のレジスト層をマスクとしてＳＯＩ基板１００の表面側のシリコン酸化膜の一部をエッチングしてから、第２のレジスト層を除去し、ＳＯＩ基板１００の表面側のパターニングされたシリコン酸化膜をマスクとしてｐ形不純物（例えば、ボロン）を拡散炉にてシリコン層１０３の内部へ導入する。その後、ｐ形不純物の拡散による拡散層配線の形成と同時に、露出したシリコン層１０３表面にシリコン酸化膜を形成する。この拡散の際に形成されたシリコン酸化膜と最初にＳＯＩ基板１００の表面側に形成した上述のシリコン酸化膜とでシリコン酸化膜からなる絶縁膜を構成している。なお、この工程におけるプロセス条件としては、例えば、処理温度（拡散温度）を１１００℃、処理時間（拡散時間）を３０分に設定してあり、処理炉（拡散炉）内の雰囲気を水蒸気と酸素との混合気体としてある。また、シリコン層１０３の内部へのｐ形不純物の導入はイオン注入により行ってもよい。
【００７４】
次に、フォトリソグラフィ技術を利用して上記各ピエゾ抵抗Ｒ１ｘ〜Ｒ４ｘ，Ｒ１ｙ〜Ｒ４ｙ，Ｒｚ１〜Ｒ４ｚを形成するためにパターニングされた第３のレジスト層（図示せず）を上記絶縁膜上に形成し、続いて、第３のレジスト層をマスクとしてＳＯＩ基板１００の表面側の絶縁膜の一部をエッチングしてから、第３のレジスト層を除去し、ＳＯＩ基板１００の表面側のパターニングされた絶縁膜をマスクとしてｐ形不純物（例えば、ボロン）を拡散炉にてシリコン層１０３の内部へ導入する。その後、ｐ形不純物の拡散による各ピエゾ抵抗Ｒ１ｘ〜Ｒ４ｘ，Ｒ１ｙ〜Ｒ４ｙ，Ｒｚ１〜Ｒ４ｚの形成と同時に、露出したシリコン層１０３表面に第３の所定膜厚のシリコン酸化膜を形成する。この拡散の際に形成されたシリコン酸化膜と上記絶縁膜とでシリコン酸化膜からなる保護膜を構成している。なお、この工程におけるプロセス条件としては、例えば、処理温度（拡散温度）を１１００℃、処理時間（拡散時間）を３０分に設定してあり、処理炉（拡散炉）内の雰囲気を水蒸気と酸素との混合気体としてある。また、シリコン層１０３の内部へのｐ形不純物の導入はイオン注入により行ってもよい。なお、本実施形態では、保護膜をシリコン酸化膜により構成しているが、シリコン酸化膜と当該シリコン酸化膜上に積層したシリコン窒化膜とで保護膜を構成するようにしてもよい。
【００７５】
続いて、上記保護膜にコンタクトホールを形成し、コンタクトホールを通して上記拡散層配線に電気的に接続された上記金属配線および上記パッドを形成した後で、ＳＯＩ基板１００においてフレーム部１１および各撓み部１３および重り部１２に対応する部分が残るように埋込酸化膜１０２をエッチングストッパ層としてスリット１４および撓み部１３に対応する部位を裏面側から埋込酸化膜１０２に達する深さまで垂直にドライエッチングする裏面側パターニング工程を行うことによって、図４（ｃ）および図５（ｃ）に示す構造を得る。なお、この裏面側パターニング工程におけるエッチングマスクとしては、例えばレジストを用いればよく、エッチング装置としては、例えば、誘導結合プラズマ型のドライエッチング装置を用いればよい。
【００７６】
裏面側パターニング工程の後、埋込酸化膜をエッチングストッパ層として湿式の異方性エッチングにてＳＯＩ基板１００における支持基板１０１の一部をエッチングすることで各撓み部１３それぞれに対応する部分の両端部の裏面側に厚み寸法が両端に近づくほど大きくなるような傾斜面を形成するテーパーエッチング工程を行うことによって、図４（ｄ）および図５（ｄ）に示す構造を得る。なお、このテーパーエッチング工程では、ＳＯＩ基板１００の裏面側の上記シリコン酸化膜および表面側の上記保護膜をマスクとしているが、ＳＯＩ基板１００の表面側に形成されている上記パッドおよび上記金属配線を侵食しないエッチング液を用いる必要があり、ここではエッチング液としてＴＭＡＨを使用している。ただし、テーパエッチング工程に用いるエッチング液はＴＭＡＨに限定するものではなく、エッチング速度の結晶方位依存性を利用して支持基板１０１の異方性エッチングが可能で埋込酸化膜１０２とのエッチング選択比が大きく且つ上記パッドおよび上記金属配線を侵食しない溶液であればＴＭＡＨ以外の溶液を用いてもよい。
【００７７】
テーパーエッチング工程の後、ＳＯＩ基板１００においてフレーム部１１および各撓み部１３および重り部１２に対応する部分が残るように埋込酸化膜１０２をエッチングストッパ層としてＳＯＩ基板１００を表面側から埋込酸化膜１０２に達する深さまでエッチングする表面側パターニング工程を行い、表面側パターニング工程の後で埋込酸化膜１０２の露出した部分をフッ酸などによりエッチングして除去して分離用のスリット１４を形成する分離エッチング工程を行うことで重り部１２をフレーム部１１から分離して４つの撓み部１３により支持された構造とすることによって、図４（ｅ）および図５（ｅ）に示す構造を得る。ここにおいて、表面側パターニング工程におけるエッチングマスクとしては、例えばレジストを用いればよく、エッチング装置としては、例えば、誘導結合プラズマ型のドライエッチング装置を用いればよい。
【００７８】
上述の分離エッチング工程の後、センサ本体１の裏面側に、あらかじめ上記凹所２ａを形成したガラス製のカバー２を陽極接合する接合工程を行うことによって、図４（ｆ）および図５（ｆ）に示す構造を得る。なお、接合工程では、センサ本体１とカバー２とを重ね、センサ本体１を所定温度（例えば、４００℃）に加熱した状態で、センサ本体１を正極側、カバー２を負極側として、所定の直流電圧（例えば、６００Ｖ）を印加することにより、センサ本体１とカバー２とを陽極接合している。また、本実施形態では、カバー２としてはパイレックス（登録商標）を用いているが、カバー２の材料は陽極接合や共晶接合などによりセンサ本体１との接合が可能な材料であればよく、例えばカバー２をシリコン基板により構成してもよい。また、カバー２としてプラスチックなどを用いてもよい。
【００７９】
以上説明した製造方法によれば、各撓み部１３の幅寸法が重り部１２の主重り部１２ａから離れてフレーム部１１に近づくほど大きくなるように裏面側パターニング工程および表面側パターニング工程それぞれにおいて用いるマスクパターンを設計しておくことにより、各撓み部１３におけるフレーム部１１側の端部１３ａを、重り部１２から離れてフレーム部１１に近づくほど幅寸法が大きくなる形状に形成することができ、温度特性の優れた半導体多軸加速度センサを提供することができる。
【００８０】
また、上述の製造方法によれば、裏面側パターニング工程の後でテーパエッチング工程を行うことにより、各撓み部１３それぞれにおいてフレーム部１１側の端部１３ａではフレーム部１１に近づくほど厚み寸法が徐々に大きくなり、重り部１２側の端部１３ｂでは重り部１２に近づくほど厚み寸法が徐々に大きくなるので、各撓み部１３それぞれの長手方向の両端部１３ａ，１３ｂの剛性を高めることができ、上記各ブリッジ回路の出力値に関する温度特性の優れた半導体多軸加速度センサを提供することができる。
【００８１】
なお、上述の製造方法では、裏面側パターニング工程を行う際に埋込酸化膜１０２をエッチングストッパ層として利用することで、各撓み部１３の厚み寸法を高精度に管理することが可能となって、歩留まりの向上が図れ、結果的に低コスト化を図れる。また、重り部１２を形成するにあたって、ＳＯＩ基板１００においてスリット１４および撓み部１３に対応する部位を裏面側から誘導結合プラズマ型のドライエッチング装置により埋込酸化膜１０２に達するまで垂直にエッチングしているので、従来のようにＫＯＨなどのアルカリ系溶液を用いたシリコンの異方性エッチングを利用して重り部１２を形成する場合に比べて、重り部１２の外周面とフレーム部１１の内周面との間の間隔を小さくすることができるから、センサ本体１の小型化を図れ、カバー２を含めたセンサチップの小型化を図ることができる。また、上述のテーパーエッチング工程を行わずに、表面側パターニング工程において湿式の異方性エッチングを採用してシリコン層１０３のエッチングと同時にシリコン基板からなる支持基板１０１の一部をエッチングすることで各撓み部１３それぞれに対応する部分の両端部１３ａ，１３ｂの裏面側に厚み寸法が両端に近づくほど大きくなるような傾斜面を形成するようにすれば、工程数を少なくすることができる。
【００８２】
ところで、上述の図１に示したセンサ本体１では各撓み部１３それぞれの長手方向における両端部１３ａ，１３ｂを、両端に近づくにつれて徐々に厚みが大きくなるような形状に形成してあるが、図６に示すように各撓み部１３を、厚み寸法が一定となる（撓み部１３の厚みが均一になる）ような形状に形成してもよく、このような構造のセンサ本体１を採用することにより、上述の製造方法におけるテーパーエッチング工程をなくすことができるので、工程数削減と歩留まり向上とで製造コストの低減を図ることができる。
【００８３】
また、上述の図１に示したセンサ本体１では、各撓み部１３は、長手方向に直交する断面の断面形状が図２に示すような細長の長方形状に形成されているが、断面形状を、例えば、図７に示すような台形状の形状としてもよし、図８に示すように長手方向に直交する断面形状における両側縁（図８の左右両側縁）が互いに近づく向きに凹んだ円弧状になるような形状としてもよい。各撓み部１３それぞれの長手方向に直交する断面形状を図７に示すような形状にした場合には、各撓み部１３における表面側の剛性を裏面側の剛性に比べて高めることができ、熱応力による各撓み部１３の撓みを抑制することができる。また、各撓み部１３それぞれの長手方向に直交する断面形状を図８に示すような形状にした場合には、各撓み部１３それぞれの両側面の面積を大きくすることができ、熱応力による各撓み部１３の撓みを抑制することができる。ここにおいて、撓み部１３の厚みが均一で撓み部１３における長手方向に直交する断面形状が図８に示すような形状である場合、撓み部１３の厚み寸法をｔ、上記円弧状の側縁の長さをｔ’とすれば、
ｔ’＝２π×（ｔ／２）×（１／２）＝（π／２）×ｔ
となるので、撓み部１３の両側面それぞれの面積は図２の断面形状を有する場合の略１．５倍となる。
【００８４】
なお、各撓み部１３それぞれの長手方向に直交する断面形状を図７に示すような形状に設定した場合には、上述の図４および図５を参照しながら説明した製造方法において、表面側パターニング工程で湿式の異方性エッチングにてシリコン層１０３をエッチングするようにすれば、表面側パターニング工程でＳＯＩ基板１００においてフレーム部１１および各撓み部１３および重り部１２に対応する部分が残るように埋込酸化膜１０２をエッチングストッパ層としてＳＯＩ基板１００のシリコン層１０３を表面側から埋込酸化膜１０２に達する深さまで湿式の異方性エッチングにてエッチングすることにより、シリコン層１０３のうち各撓み部１３に対応する部分それぞれの断面形状を台形状とすることができ、表面側パターニング工程の後で埋込酸化膜１０２の露出した部分をエッチングして除去することにより各撓み部１３それぞれの断面形状を台形状としたままフレーム部１１と重り部１２とを分離することができるから、温度特性の優れた半導体加速度センサを提供することができる。ここにおける表面側パターニング工程では、ＳＯＩ基板１００の裏面側の上記シリコン酸化膜および表面側の上記保護膜をマスクとしているが、ＳＯＩ基板１００の表面側に形成されている上記パッドおよび上記金属配線を侵食しないエッチング液を用いる必要があり、エッチング液としてＴＭＡＨを使用している。ただし、この表面側パターニング工程に用いるエッチング液はＴＭＡＨに限定するものではなく、エッチング速度の結晶方位依存性を利用してシリコン層１０３の異方性エッチングが可能で埋込酸化膜１０２とのエッチング選択比が大きく且つ上記パッドおよび上記金属配線を侵食しない溶液であればＴＭＡＨ以外の溶液を用いてもよい。
【００８５】
また、各撓み部１３それぞれの長手方向に直交する断面形状を図８に示すような形状に設定した場合には、上述の図４および図５を参照しながら説明した製造方法において、表面側パターニング工程で湿式の等方性エッチングにてシリコン層１０３をエッチングするようにすれば、表面側パターニング工程でＳＯＩ基板１００においてフレーム部１１および各撓み部１３および重り部１２に対応する部分が残るように埋込酸化膜１０２をエッチングストッパ層としてＳＯＩ基板１００のシリコン層１０３を表面側から埋込酸化膜１０２に達する深さまで湿式の等方性エッチングにてエッチングすることにより、各撓み部１３の長手方向に直交する断面形状における両側縁を互いに近づく向きに凹んだ円弧状に形成することができ、表面側パターニング工程の後で埋込酸化膜１０２の露出した部分をエッチングして除去することにより、各撓み部１３それぞれの長手方向に直交する断面形状における両側縁が互いに近づく向きに凹んだ円弧状に形成することができるから、温度特性の優れた半導体加速度センサを提供することができる。ここにおける表面側パターニング工程では、エッチング液としてフッ酸と硝酸と酢酸との混合液を用いているが、エッチング液は特にこの混合液に限定するものではない。また、表面側パターニング工程において湿式の等方性エッチングを行う代わりに、プラズマエッチングなどによる乾式の等方性エッチングを行うようにしてもよい。
【００８６】
（実施形態２）
本実施形態の半導体多軸加速度センサの基本構成は図１に示した実施形態１と略同じであって、図９に示すように、各撓み部１３の形状が相違する。また、スリット１４の幅は略一定に設定してあるので、重り部１２における付加重り部１２ｂの平面形状が実施形態１とは相違している。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。
【００８７】
ここにおいて、各撓み部１３については、それぞれの長手方向における略中央からフレーム部１１に近づくほど幅寸法が徐々に大きくなり、略中央から重り部１２の主重り部１２ａにかけては幅寸法が均一となるような形状に形成されている点が図１にて説明した実施形態１とは相違している。
【００８８】
しかして、本実施形態の半導体多軸加速度センサでは、主重り部１２ａ近傍での各撓み部１３の幅寸法を実施形態１に比べて小さくすることができるので、ｘ軸方向の加速度およびｙ軸方向の加速度それぞれの検出感度の高感度化を図ることができる。また、各撓み部１３それぞれにおけるフレーム部１１側の端部１３ａのみで重り部１２の主重り部１２ａから離れてフレーム部１１に近づくほど幅寸法と厚み寸法との少なくとも一方が大きくなるような形状に形成されている場合に比べて、フレーム部１１から各撓み部１３へ伝達する熱応力に起因した重り部１２の変位をより少なくすることができて温度特性を向上させることができる。
【００８９】
なお、本実施形態の半導体多軸加速度センサにおけるセンサチップの製造方法は実施形態１にて説明した製造方法と同様なので説明を省略する。また、本実施形態では、各撓み部１３に関して、長手方向における略中央からフレーム部１１に近づくほど幅寸法のみが大きくなる形状に形成してあるが、厚み寸法についても長手方向における略中央からフレーム部１１に近づくほど徐々に大きくなるような形状に形成してもよいし、幅寸法と厚み寸法とのいずれか一方のみが大きくなるような形状に形成してもよく、幅寸法と厚み寸法との両方が大きくなるような形状とすることで各撓み部１３におけるフレーム部１１側の端部１３ａの剛性をより高めることができる。また、本実施形態においても、実施形態１にて説明した図６〜図８の構造を適宜適用してもよい。
【００９０】
（実施形態３）
本実施形態の半導体多軸加速度センサの基本構成は図１に示した実施形態１と略同じであって、図１０に示すように、各撓み部１３の形状が相違する。また、スリット１４の幅は略一定に設定してあるので、重り部１２における付加重り部１２ｂの平面形状が実施形態１とは相違している。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。
【００９１】
ここにおいて、各撓み部１３については、それぞれの長手方向におけるフレーム部１１側の端部１３ａが、フレーム部１１に近づくほど幅寸法が徐々に大きくなり、端部１３ａを除いた部分では幅寸法が均一となるような形状に形成されている点が図１にて説明した実施形態１とは相違している。
【００９２】
しかして、本実施形態の半導体多軸加速度センサでは、主重り部１２ａ近傍での各撓み部１３の幅寸法を実施形態１に比べて小さくすることができるので、ｘ軸方向の加速度およびｙ軸方向の加速度それぞれの検出感度の高感度化を図ることができる。また、各撓み部１３におけるフレーム部１１側の端部１３ａの両側面を曲面に形成してあるので、実施形態１および実施形態２に比べて、過大な加速度が印加されたときに各撓み部１３におけるフレーム部１１側の端部１３ａでの応力集中を緩和することができ、耐衝撃性が向上する。
【００９３】
なお、本実施形態の半導体多軸加速度センサにおけるセンサチップの製造方法は実施形態１にて説明した製造方法と同様なので説明を省略する。また、本実施形態では、各撓み部１３に関して、フレーム部１１側の端部１３ａの両側面のみ曲面としてあるが、厚み方向の一面（裏面）についても曲面としてもよいし、幅方向の両側面と厚み方向の一面とのいずれか一方のみが曲面となるような形状に形成してもよく、幅方向の両側面と厚み方向の一面との両方が曲面となるような形状とすることで、耐衝撃性をより高めることができる。また、本実施形態においても、実施形態１にて説明した図６〜図８の構造を適宜適用してもよい。
【００９４】
（実施形態４）
本実施形態の半導体多軸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１１に示すように、各撓み部１３の形状が相違する。また、スリット１４の幅は略一定に設定してあるので、重り部１２における付加重り部１２ｂの平面形状が実施形態１とは相違している。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。
【００９５】
ここにおいて、各撓み部１３については、それぞれの長手方向における重り部１２側（主重り部１２ａ側）の端部１３ｂが、重り部１２（主重り部１２ａ）に近づくほど幅寸法が徐々に大きくなるような形状に形成されている点が図１にて説明した実施形態１とは相違している。
【００９６】
しかして、本実施形態の半導体多軸加速度センサでは、主重り部１２ａ近傍での各撓み部１３の幅寸法を実施形態１に比べて大きくすることができるので、ｘ軸方向の加速度を検出するための上記第１のブリッジ回路およびｙ軸方向の加速度を検出するための上記第２のブリッジ回路それぞれの出力値の温度特性を安定化することができる。
【００９７】
なお、本実施形態の半導体多軸加速度センサにおけるセンサチップの製造方法は実施形態１にて説明した製造方法と同様であり、裏面側パターニング工程および表面側パターニング工程それぞれで用いるマスクのパターンを若干変更するだけなので説明を省略する。また、本実施形態においても、実施形態１にて説明した図６〜図８の構造を適宜適用してもよい。
【００９８】
（実施形態５）
本実施形態の半導体多軸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１２に示すように、各撓み部１３の形状が相違する。また、スリット１４の幅は略一定に設定してあるので、重り部１２における付加重り部１２ｂの平面形状が実施形態２とは相違している。なお、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。
【００９９】
ここにおいて、各撓み部１３については、それぞれの長手方向における重り部１２側（主重り部１２ａ側）の端部１３ｂが、重り部１２（主重り部１２ａ）に近づくほど幅寸法が徐々に大きくなるような形状に形成されている点が図９にて説明した実施形態２とは相違している。
【０１００】
しかして、本実施形態の半導体多軸加速度センサでは、主重り部１２ａ近傍での各撓み部１３の幅寸法を実施形態２に比べて大きくすることができるので、ｘ軸方向の加速度を検出するための上記第１のブリッジ回路およびｙ軸方向の加速度を検出するための上記第２のブリッジ回路それぞれの出力値の温度特性を安定化することができる。
【０１０１】
なお、本実施形態の半導体多軸加速度センサにおけるセンサチップの製造方法は実施形態１にて説明した製造方法と同様であり、裏面側パターニング工程および表面側パターニング工程それぞれで用いるマスクのパターンを若干変更するだけなので説明を省略する。また、本実施形態においても、実施形態１にて説明した図６〜図８の構造を適宜適用してもよい。
【０１０２】
（実施形態６）
本実施形態の半導体多軸加速度センサの基本構成は実施形態３と略同じであって、図１３に示すように、各撓み部１３の形状が相違する。また、スリット１４の幅は略一定に設定してあるので、重り部１２における付加重り部１２ｂの平面形状が実施形態３とは相違している。なお、実施形態３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。
【０１０３】
ここにおいて、各撓み部１３については、それぞれの長手方向における重り部１２側（主重り部１２ａ側）の端部１３ｂが、重り部１２（主重り部１２ａ）に近づくほど幅寸法が徐々に大きくなるような形状に形成されている点が図１０にて説明した実施形態３とは相違している。
【０１０４】
しかして、本実施形態の半導体多軸加速度センサでは、主重り部１２ａ近傍での各撓み部１３の幅寸法を実施形態３に比べて大きくすることができるので、ｘ軸方向の加速度を検出するための上記第１のブリッジ回路およびｙ軸方向の加速度を検出するための上記第２のブリッジ回路それぞれの出力値の温度特性を安定化することができる。また、各撓み部１３における重り部１２側の端部１３ｂの両側面を曲面に形成してあるので、実施形態５に比べて、過大な加速度が印加されたときに各撓み部１３における重り部１２側の端部１３ｂでの応力集中を緩和することができ、耐衝撃性が向上する。
【０１０５】
なお、本実施形態の半導体多軸加速度センサの製造方法は実施形態１にて説明した製造方法と同様であり、裏面側パターニング工程および表面側パターニング工程それぞれで用いるマスクのパターンを若干変更するだけなので説明を省略する。また、本実施形態においても、実施形態１にて説明した図６〜図８の構造を適宜適用してもよい。
【０１０６】
（実施形態７）
本実施形態の半導体多軸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１４に示すように、センサ本体１における各撓み部１３を、重り部１２（主重り部１２ａ）から離れてフレーム部１１に近づくほど厚み寸法が大きくなるような形状に形成している点が相違する。また、実施形態１ではセンサ本体１をＳＯＩ基板を用いて形成していたが、本実施形態ではセンサ本体１をシリコン基板２００（図１５（ａ）参照）を用いて形成してある。他の構成は実施形態１と同様なので図示および説明を省略する。なお、シリコン基板２００の表面は（１００）面としてある。
【０１０７】
しかして、本実施形態の半導体多軸加速度センサでは、フレーム部１１から各撓み部１３へ伝達する熱応力に起因した重り部１２の変位をさらに少なくすることができるから、温度特性をより向上させることができる。
【０１０８】
本実施形態の半導体多軸加速度センサにおけるセンサチップの製造方法は実施形態１にて説明した製造方法に準拠し、撓み部１３の形成方法が相違するので、以下、図１４に示す撓み部１３の形成方法について図１５を参照しながら説明する。
【０１０９】
まず、図１５（ａ）に示すようなシリコン基板２００の裏面（図１５（ａ）の上面）側にポジ型のレジストを塗布してレジスト層３１を形成することにより、図１５（ｂ）に示す構造を得る。
【０１１０】
その後、図１５（ｃ）に示すような露光用のフォトマスク３２を利用してレジスト層３１を露光する。一般的なフォトリソグラフィ工程で用いるフォトマスクは光を遮断する光遮断領域と光を透過する光透過領域とからなるが、本実施形態で用いるフォトマスク３２は、シリコン基板２００においてフレーム部１１に対応する部分に光遮断領域３２ａ（以下、第１の光遮断領域３２ａと称す）、重り部１２に対応する部分に光遮断領域３２ｂ（以下、第２の光遮断領域３２ｂと称す）、撓み部１３に対応する部分に光透過率分布を有する光透過領域３２ｃをそれぞれ形成してあり、光透過領域３２ｃの光透過率を第１の光遮断領域３２ａ側から第２の光遮断領域３２ｂ側に近づくにつれて徐々に大きくなるように変化させてある点に特徴がある（要するに、本実施形態における光透過領域３２ｃはグレーテッド型の光透過領域となっている）。なお、図１５（ｃ）中の矢印は露光用の光源からの光を模式的に示したものであり、各矢印の先端が光の到達位置を示している。
【０１１１】
フォトマスク３２を利用してレジスト層３１を露光した後、レジスト層３１を現像してパターニングされたレジスト層３１を形成することにより、図１５（ｄ）に示す構造を得る。本実施形態では、図１５（ｄ）に示すようにパターニングされたレジスト層３１が、マスク材層を構成しており、シリコン基板２００の裏面側においてフレーム部１１に対応する部位に重なり厚み寸法が一様に設定された第１の保護マスク部３１ａと重り部１２に対応する部位に重なり厚み寸法が一様に設定された第２の保護マスク部３１ｂと各撓み部１３それぞれに対応する部位に重なり第２の保護マスク部３１ｂから離れて第１の保護マスク部３１ａに近づくにつれて厚み寸法が徐々に大きくなるように設定された傾斜転写用マスク部３１ｃとを有している。
【０１１２】
上述のパターニングされたレジスト層３１からなるマスク材層を形成するマスク材層形成工程を行った後、シリコン基板２００の裏面側から例えば誘導結合プラズマ型のエッチング装置を用いてレジスト層３１の傾斜転写用マスク部３１がなくなるまでドライエッチングを行ってから、レジスト層３１を除去することにより、図１５（ｅ）に示すような構造を得る。なお、本実施形態では、このドライエッチングを行う工程が、第１の保護マスク部３１ａおよび第２の保護マスク部３１ｂが残り傾斜転写用マスク部３１ｃがなくなってシリコン基板２００の一部がエッチングされるようにエッチングを行う転写工程となる。
【０１１３】
次に、重り部１２およびフレーム部１１に対応する部分が残り各撓み部１３に対応する部分が所望の厚さになるようにシリコン基板２００をエッチングするためにパターニングされたレジスト層３３を形成することにより、図１５（ｆ）に示す構造を得てから、重り部１２およびフレーム部１１に対応する部分が残り各撓み部１３に対応する部分が所望の厚さになるようにシリコン基板２００を裏面側からドライエッチングする裏面側パターニング工程を行い、その後、レジスト層３３を除去することにより、図１５（ｇ）に示すような主重り部１２ａ側からフレーム部１１側にかけて厚み寸法が徐々に大きくなるような撓み部１３を形成することができる。
【０１１４】
しかして、上述の製造方法によれば、シリコン基板２００の裏面側にマスク材層を形成した後、マスク材層の傾斜転写用マスク部３１ｃがなくなるまでエッチングを行うことにより、各撓み部１３に対応する部分が重り部１２から離れてフレーム部１１に近づくほど厚み寸法が大きくなるような形状に形成されるので、各撓み部１３におけるフレーム部１１側の端部１３ａの剛性を高めることができ、温度特性の優れた半導体加速度センサを提供することができる。また、各撓み部１３を重り部１２から離れてフレーム部１１に近づくほど厚み寸法が大きくなるような形状に形成してあれば、上記各実施形態１〜６にて説明した撓み部１３の構造を適宜適用してもよい。
【０１１５】
なお、上記各実施形態ではｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向の３軸の加速度を検出する半導体加速度センサについて例示したが、２軸の加速度を検出する半導体加速度センサや１軸の加速度を検出する半導体加速度センサに本発明の技術思想を適用できることは勿論である。
【０１１６】
【発明の効果】
請求項１の発明では、従来のように各撓み部それぞれについて厚み寸法および幅寸法が長手方向の全体にわたって均一に形成されている両持ち梁式の半導体加速度センサに比べて、各撓み部それぞれにおけるフレーム部側の端部の剛性を高めることができ（つまり、ばね係数を大きくすることができ）、フレーム部から各撓み部へ伝達する熱応力に起因した重り部の変位を少なくすることができるから、温度特性を向上させることができるという効果があり、しかも、経時的な特性変動やヒステリシス特性の発生を抑制することができるという効果がある。
【０１１７】
請求項２の発明では、前記各撓み部それぞれにおける前記フレーム部側の端部が、前記重り部から離れて前記フレーム部に近づくほど幅寸法と厚み寸法とのいずれか一方のみが大きくなるような形状に形成されている場合に比べて、前記各撓み部それぞれにおける前記フレーム部側の端部での断面積を大きくすることができて、前記各撓み部それぞれにおける前記フレーム部側の端部の剛性をより高めることができ、前記フレーム部から前記各撓み部へ伝達する熱応力に起因した前記重り部の変位をより少なくすることができるから、温度特性をより向上させることができるという効果がある。
【０１１８】
請求項３の発明では、前記各撓み部それぞれにおける前記フレーム部側の端部のみで前記重り部から離れて前記フレーム部に近づくほど幅寸法と厚み寸法との少なくとも一方が大きくなるような形状に形成されている場合に比べて、前記フレーム部から前記各撓み部へ伝達する熱応力に起因した前記重り部の変位をより少なくすることができるから、温度特性をより向上させることができるという効果がある。
【０１１９】
請求項４の発明では、前記各撓み部それぞれにおける前記フレーム部側の端部のみで前記重り部から離れて前記フレーム部に近づくほど幅寸法と厚み寸法との両方が大きくなるような形状に形成されている場合に比べて、前記フレーム部から前記各撓み部へ伝達する熱応力に起因した前記重り部の変位をより少なくすることができるから、温度特性をより向上させることができるという効果がある。
【０１２０】
請求項５の発明では、過大な加速度が印加されたときに前記各撓み部における前記フレーム部側の端部での応力集中を緩和することができ、耐衝撃性が向上するという効果がある。
【０１２１】
請求項６の発明では、過大な加速度が印加されたときに前記各撓み部における前記フレーム部側の端部での応力集中を緩和することができ、耐衝撃性が向上するという効果がある。
【０１２２】
請求項７の発明では、前記各撓み部それぞれにおける前記重り部側の端部の剛性を高めることができ、前記フレーム部から前記各撓み部へ伝達する熱応力に起因した前記重り部の変位をさらに少なくすることができるから、温度特性をより向上させることができるという効果がある。
【０１２３】
請求項８の発明では、前記各撓み部それぞれにおける前記重り部側の端部の剛性を高めることができ、前記フレーム部から前記各撓み部へ伝達する熱応力に起因した前記重り部の変位をさらに少なくすることができるから、温度特性をより向上させることができるという効果がある。
【０１２４】
請求項９の発明では、過大な加速度が印加されたときに前記各撓み部における前記重り部側の端部での応力集中を緩和することができ、耐衝撃性が向上するという効果がある。
【０１２５】
請求項１０の発明では、過大な加速度が印加されたときに前記各撓み部における前記重り部側の端部での応力集中を緩和することができ、耐衝撃性が向上するという効果がある。
【０１２６】
請求項１１の発明では、前記各撓み部における表面側の剛性を裏面側の剛性に比べて高めることができ、熱応力による前記各撓み部の撓みを抑制することができるという効果がある。
【０１２７】
請求項１２の発明では、前記各撓み部それぞれの両側面の面積を大きくすることができ、熱応力による前記各撓み部の撓みを抑制することができるという効果がある。
【０１２８】
請求項１３の発明では、前記各撓み部それぞれにおける長手方向の両端部の剛性を高めることができ、前記フレーム部から前記各撓み部へ伝達する熱応力に起因した前記重り部の変位をさらに少なくすることができるから、温度特性をより向上させることができるという効果がある。
【０１２９】
請求項１４の発明では、前記フレーム部から前記各撓み部へ伝達する熱応力に起因した前記重り部の変位をさらに少なくすることができるから、温度特性をより向上させることができるという効果がある。
【０１３０】
請求項１５の発明では、温度特性の優れた半導体加速度センサを提供することができるという効果がある。
【０１３１】
請求項１６の発明では、温度特性の優れた半導体加速度センサを提供することができるという効果がある。
【０１３２】
請求項１７の発明では、温度特性の優れた半導体加速度センサを提供することができる。
【０１３３】
請求項１８の発明では、温度特性の優れた半導体加速度センサを請求項１７の発明に比べて少なく工程数で製造することができる。
【０１３４】
請求項１９の発明では、温度特性の優れた半導体加速度センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１におけるセンサチップを示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。
【図２】同上を示し、図１（ａ）のＣ−Ｃ’断面図である。
【図３】同上におけるセンサ本体の他の構成例の概略断面図である。
【図４】同上におけるセンサチップの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図５】同上におけるセンサチップの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図６】同上におけるセンサ本体の別の構成例の概略断面図である。
【図７】同上におけるセンサ本体のさらに別の構成例の要部概略断面図である。
【図８】同上におけるセンサ本体のさらに他の構成例の要部概略断面図である。
【図９】実施形態２におけるセンサチップを示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。
【図１０】実施形態３におけるセンサチップの概略平面図である。
【図１１】実施形態４におけるセンサチップの概略平面図である。
【図１２】実施形態５におけるセンサチップの概略平面図である。
【図１３】実施形態６におけるセンサチップの概略平面図である。
【図１４】実施形態７におけるセンサ本体の概略断面図である。
【図１５】同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図１６】従来例を示す半導体多軸加速度センサの一部破断した概略斜視図である。
【符号の説明】
１ センサ本体
２ カバー
１１ フレーム部
１２ 重り部
１２ａ 主重り部
１２ｂ 付加重り部
１３ 撓み部
１４ スリット
Ｒ１ｘ〜Ｒ４ｘ ピエゾ抵抗
Ｒ１ｙ〜Ｒ４ｙ ピエゾ抵抗
Ｒ１ｚ〜Ｒ４ｚ ピエゾ抵抗

Claims (19)

1. 枠状のフレーム部の内側に配置した重り部が重り部を挟んで配置された少なくとも１組の撓み部を介してフレーム部に支持され、フレーム部に対する重り部の変位により撓み部に生じるひずみによって抵抗率の変化する抵抗体が撓み部に形成されたセンサ本体を備えた半導体加速度センサであって、各撓み部それぞれにおけるフレーム部側の端部が、重り部から離れてフレーム部に近づくほど幅寸法と厚み寸法との少なくとも一方が大きくなるような形状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. 前記各撓み部それぞれにおける前記フレーム部側の端部が、前記重り部から離れて前記フレーム部に近づくほど幅寸法と厚み寸法との両方が大きくなるような形状に形成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。
3. 前記各撓み部は、長手方向における略中央から前記フレーム部に近づくほど幅寸法と厚み寸法との少なくとも一方が大きくなるような形状に形成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。
4. 前記各撓み部は、長手方向における略中央から前記フレーム部に近づくほど幅寸法と厚み寸法との両方が大きくなるような形状に形成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。
5. 前記各撓み部は、前記フレーム部側の端部において幅寸法に関係する幅方向の両側面と厚み寸法に関係する厚み方向の一面との少なくとも一方が曲面に形成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。
6. 前記各撓み部は、長手方向における略中央から前記フレーム部までの部位において幅寸法に関係する幅方向の両側面と厚み寸法に関係する厚み方向の一面との少なくとも一方が曲面に形成されてな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。
7. 前記各撓み部それぞれにおける前記重り部側の端部が、前記フレーム部から離れて前記重り部に近づくほど幅寸法と厚み寸法との少なくとも一方が大きくなるような形状に形成されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の半導体加速度センサ。
8. 前記各撓み部それぞれにおける前記重り部側の端部が、前記フレーム部から離れて前記重り部に近づくほど幅寸法と厚み寸法との両方が大きくなるような形状に形成されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の半導体加速度センサ。
9. 前記各撓み部は、前記重り部側の端部において幅寸法に関係する幅方向の両側面と厚み寸法に関係する厚み方向の一面との少なくとも一方が曲面に形成されてなることを特徴とする請求項７記載の半導体加速度センサ。
10. 前記各撓み部は、前記重り部側の端部において幅寸法に関係する幅方向の両側面と厚み寸法に関係する厚み方向の一面とがそれぞれ曲面に形成されてなることを特徴とする請求項８記載の半導体加速度センサ。
11. 前記各撓み部は、長手方向に直交する断面の断面形状が台形状となるような形状に形成されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の半導体加速度センサ。
12. 前記各撓み部は、長手方向に直交する断面形状における両側縁が互いに近づく向きに凹んだ円弧状に形成されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の半導体加速度センサ。
13. 前記各撓み部それぞれにおける長手方向の両端部が、長手方向の中央から離れるほど厚み寸法が大きくなるような形状に形成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。
14. 前記各撓み部は前記重り部から離れて前記フレーム部に近づくほど厚み寸法が大きくなるような形状に形成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。
15. 請求項１１記載の半導体加速度センサの製造方法であって、裏面側のシリコン基板と表面側のシリコン層との間に埋込酸化膜が介在するＳＯＩ基板において前記フレーム部および前記各撓み部および前記重り部に対応する部分が残るように埋込酸化膜をエッチングストッパ層としてＳＯＩ基板を裏面側から埋込酸化膜に達する深さまでドライエッチングする裏面側パターニング工程と、裏面側パターニング工程の後でＳＯＩ基板において前記フレーム部および前記各撓み部および前記重り部に対応する部分が残るように埋込酸化膜をエッチングストッパ層としてＳＯＩ基板を表面側から埋込酸化膜に達する深さまでエッチングする表面側パターニング工程と、表面側パターニング工程の後で埋込酸化膜の露出した部分をエッチングして除去する分離エッチング工程とを備え、表面側パターニング工程では、湿式の異方性エッチングにてシリコン層をエッチングすることを特徴とする半導体加速度センサの製造方法。
16. 請求項１２記載の半導体加速度センサの製造方法であって、裏面側のシリコン基板と表面側のシリコン層との間に埋込酸化膜が介在するＳＯＩ基板において前記フレーム部および前記各撓み部および前記重り部に対応する部分が残るように埋込酸化膜をエッチングストッパ層としてＳＯＩ基板を裏面側から埋込酸化膜に達する深さまでドライエッチングする裏面側パターニング工程と、裏面側パターニング工程の後でＳＯＩ基板において前記フレーム部および前記各撓み部および前記重り部に対応する部分が残るように埋込酸化膜をエッチングストッパ層としてＳＯＩ基板を表面側から埋込酸化膜に達する深さまでエッチングする表面側パターニング工程と、表面側パターニング工程の後で埋込酸化膜の露出した部分をエッチングして除去する分離エッチング工程とを備え、表面側パターニング工程では、湿式の等方性エッチングにてシリコン層をエッチングすることを特徴とする半導体加速度センサの製造方法。
17. 請求項１３記載の半導体加速度センサの製造方法であって、裏面側のシリコン基板と表面側のシリコン層との間に埋込酸化膜が介在するＳＯＩ基板において前記フレーム部および前記各撓み部および前記重り部に対応する部分が残るように埋込酸化膜をエッチングストッパ層としてＳＯＩ基板を裏面側から埋込酸化膜に達する深さまでドライエッチングする裏面側パターニング工程と、裏面側パターニング工程の後で埋込酸化膜をエッチングストッパ層として湿式の異方性エッチングにてシリコン基板の一部をエッチングすることで前記各撓み部それぞれに対応する部分の両端部の裏面側に厚み寸法が両端に近づくほど大きくなるような傾斜面を形成するテーパーエッチング工程と、テーパーエッチング工程の後でＳＯＩ基板において前記フレーム部および前記各撓み部および前記重り部に対応する部分が残るように埋込酸化膜をエッチングストッパ層としてＳＯＩ基板を表面側から埋込酸化膜に達する深さまでエッチングする表面側パターニング工程と、表面側パターニング工程の後で埋込酸化膜の露出した部分をエッチングして除去する分離エッチング工程とを備えることを特徴とする半導体加速度センサの製造方法。
18. 請求項１３記載の半導体加速度センサの製造方法であって、裏面側のシリコン基板と表面側のシリコン層との間に埋込酸化膜が介在するＳＯＩ基板において前記フレーム部および前記各撓み部および前記重り部に対応する部分が残るように埋込酸化膜をエッチングストッパ層としてＳＯＩ基板を裏面側から埋込酸化膜に達する深さまでドライエッチングする裏面側パターニング工程と、裏面側パターニング工程の後でＳＯＩ基板において前記フレーム部および前記各撓み部および前記重り部に対応する部分が残るように埋込酸化膜をエッチングストッパ層としてＳＯＩ基板を表面側から埋込酸化膜に達する深さまでエッチングする表面側パターニング工程と、表面側パターニング工程の後で埋込酸化膜の露出した部分をエッチングして除去する分離エッチング工程とを備え、表面側パターニング工程において湿式の異方性エッチングを採用してシリコン層のエッチングと同時にシリコン基板の一部をエッチングすることで前記各撓み部それぞれに対応する部分の両端部の裏面側に厚み寸法が両端に近づくほど大きくなるような傾斜面を形成することを特徴とする半導体加速度センサの製造方法。
19. 請求項１４記載の半導体加速度センサの製造方法であって、シリコン基板の裏面側において前記フレーム部に対応する部位に重なり厚み寸法が一様に設定された第１の保護マスク部と前記重り部に対応する部位に重なり厚み寸法が一様に設定された第２の保護マスク部と前記各撓み部それぞれに対応する部位に重なり第２の保護マスク部から離れ第１の保護マスク部に近づくにつれて厚み寸法が徐々に大きくなるように設定された傾斜転写用マスク部とを有するマスク材層を形成するマスク材層形成工程と、マスク材層形成工程の後で第１の保護マスク部および第２の保護マスク部が残り傾斜転写用マスク部がなくなってシリコン基板の一部がエッチングされるようにエッチングを行う転写工程と、転写工程の後で前記重り部および前記フレーム部に対応する部分が残り前記各撓み部に対応する部分が所望の厚さになるようにシリコン基板を裏面側からドライエッチングする裏面側パターニング工程と、裏面側パターニング工程の後でシリコン基板において前記フレーム部および前記各撓み部および前記重り部に対応する部分が残るようにシリコン基板を表面側からエッチングする表面側パターニング工程とを備えることを特徴とする半導体加速度センサの製造方法。

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