JP2006064532A - Semiconductor acceleration sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体加速度センサに関し、特に、耐衝撃性に優れた半導体加速度センサに関するものである。 The present invention relates to a semiconductor acceleration sensor, and more particularly to a semiconductor acceleration sensor excellent in impact resistance.
この種の半導体加速度センサとして、例えば、図10(a),(b)に示すように、シリコン基板を用いて形成したセンサチップ1’と、センサチップ1’の裏面側に固着されたガラス製の台座2’とを備えたものが提案されている。
As this type of semiconductor acceleration sensor, for example, as shown in FIGS. 10A and 10B, a
センサチップ1’は、矩形枠状のフレーム部11’を備え、フレーム部11’の矩形状の開口窓内に配置される重り部12’がフレーム部11’の一表面側(センサチップ1’の主表面側)において可撓性を有する薄肉の4つの撓み部13’を介してフレーム部11’に揺動自在に支持されている。台座2’において重り部12’との対向面には重り部12’の厚さ方向への重り部12’の変位を可能とする凹所2a’が形成されている。
The
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’に支持されたコア部12a’と、コア部12a’に連続一体に形成されて各撓み部13’の裏面側においてフレーム部11’とコア部12a’との間の空間に配置される付随部12b’とで構成されており、フレーム部11’と付随部12b’との間にはスリット14’が形成されている。
The
上述のセンサチップ1’は、図10(a),(b)それぞれの左側に示したように、センサチップ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、センサチップ1’は、x軸方向を長手方向とする2つの撓み部13’,13’におけるコア部12a’近傍にx軸方向の加速度を検出するためのピエゾ抵抗(図示せず)が2つずつ形成され、y軸方向を長手方向とする2つの撓み部13’,13’におけるコア部12a’近傍にy軸方向の加速度を検出するためのピエゾ抵抗(図示せず)が2つずつ形成され、4つの撓み部13’それぞれの長手方向におけるフレーム部11’近傍にz軸方向の加速度を検出するためのピエゾ抵抗(図示せず)が1つずつ形成されており、各軸方向ごとにそれぞれ4つのピエゾ抵抗がブリッジ回路を構成するように拡散層配線などの配線(図示せず)により接続されており、フレーム部11’の上記一表面側に各ブリッジ回路に接続されたパッド(図示せず)が形成されている。
As shown on the left side of each of FIGS. 10A and 10B, the
したがって、センサチップ1’に加速度が作用すると、加速度の方向および大きさに応じて重り部12’がフレーム部11’に対して相対的に変位し、結果的に撓み部13’が撓んでピエゾ抵抗の抵抗値が変化することになる。つまり、ピエゾ抵抗の抵抗値の変化を検出することによりセンサチップ1’に作用したx軸方向、y軸方向、z軸方向それぞれの加速度を検出することができる。
Therefore, when an acceleration acts on the
ところで、センサチップ1’は、フレーム部11’の上記一表面に直交する方向(つまり、z軸方向)において付随部12b’と離間し上記一表面側への付随部12b’の変位量を制限する薄肉のストッパ片15’がフレーム部11’の4つのコーナー部それぞれから一体に突設されている。ここにおいて、各ストッパ片15’は、上記一表面に平行な面内における形状が三角形状の形状となっている。
By the way, the
しかして、図10に示した半導体加速度センサでは、ストッパ片15’および台座2’によってz軸方向への重り部12’の変位量が制限される(図10(b)における上方向への重り部12’の変位量はストッパ片15’によって制限され、図10(b)における下方向への重り部12’の変位量は台座2’によって制限される)ので、z軸方向に過度の加速度が作用した場合に撓み部13’が破損するのを抑制することができる。
しかしながら、図10に示した構成の半導体加速度センサでは、重り部12’の付随部12b’がストッパ片15’に衝突したときの衝撃が局所的に集中してストッパ片15’が破壊されてしまう恐れがあるので、耐衝撃性を更に向上させた半導体加速度センサの実現が期待されている。
However, in the semiconductor acceleration sensor having the configuration shown in FIG. 10, the impact when the associated
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、フレーム部の一表面に直交する方向への重り部の変位量を制限するストッパ片の破損が起こりにくく耐衝撃性に優れた半導体加速度センサを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned reasons, and the purpose thereof is to prevent the stopper piece from limiting the amount of displacement of the weight portion in the direction perpendicular to one surface of the frame portion, and to be excellent in impact resistance. Another object of the present invention is to provide a semiconductor acceleration sensor.
請求項1の発明は、上記目的を達成するために、枠状のフレーム部の矩形状の開口窓内に配置される重り部がフレーム部の一表面側において可撓性を有する薄肉の撓み部を介してフレーム部に揺動自在に支持された半導体加速度センサであって、重り部は、フレーム部の内側面に一端部が連結された撓み部の他端部が外側面に連結されたコア部と、コア部と一体に形成されコア部とフレーム部との間の空間に配置される付随部とを有し、フレーム部は、前記一表面に直交する方向において付随部と離間し前記一表面側への付随部の変位量を制限する薄肉のストッパ片がコーナー部から一体に突設され、ストッパ片における付随部との対向面側においてストッパ片を補強する補強部が一体に突設されてなることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
この発明によれば、フレーム部にはストッパ片を補強する補強部が一体に突設されているので、ストッパ片が補強部により補強されることとなり、重り部の付随部がストッパ片に衝突する際の衝撃によりストッパ片が破損するのを抑制することができ、従来に比べて耐衝撃性を高めることができる。 According to the present invention, since the reinforcing portion that reinforces the stopper piece is integrally provided on the frame portion, the stopper piece is reinforced by the reinforcing portion, and the accompanying portion of the weight portion collides with the stopper piece. It is possible to prevent the stopper piece from being damaged by the impact at the time, and the impact resistance can be improved as compared with the conventional case.
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記補強部は、前記ストッパ片における前記付随部との対向面側において前記ストッパ片と前記付随部との向い合っている方向に沿って形成されてなることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the reinforcing portion is formed along a direction in which the stopper piece and the associated portion face each other on the side of the stopper piece facing the associated portion. It is characterized by being made.
この発明によれば、前記ストッパ片において前記補強部と重なる部位の面積を比較的小さくしながらも前記ストッパ片を効果的に補強することができ、前記ストッパ片において前記付随部と重なる部位の面積を比較的大きくしながらも前記ストッパ片が破損するのを抑制することができる。 According to the present invention, the stopper piece can be effectively reinforced while the area of the portion overlapping the reinforcing portion in the stopper piece is relatively small, and the area of the portion overlapping the accompanying portion in the stopper piece. It is possible to prevent the stopper piece from being damaged while relatively large.
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、前記フレーム部の内側面と前記補強部の側面との間に面取り部が形成されてなることを特徴とする。
The invention of claim 3 is characterized in that, in the invention of
この発明によれば、前記重り部の前記付随部が前記ストッパ片に衝突した際に前記フレーム部の内側面と前記補強部の側面との連結部位に応力が集中するのを抑制できて応力集中による前記補強部の破損を抑制することができ、面取り部が形成されていない場合に比べて耐衝撃性が向上する。 According to the present invention, when the accompanying portion of the weight portion collides with the stopper piece, it is possible to suppress stress concentration on the connecting portion between the inner side surface of the frame portion and the side surface of the reinforcing portion, thereby stress concentration. The breakage of the reinforcing part due to the above can be suppressed, and the impact resistance is improved as compared with the case where the chamfered part is not formed.
請求項4の発明は、請求項1ないし請求項3の発明において、前記補強部は、前記フレーム部の前記一表面に直交する方向において前記ストッパ片に近づくにつれて断面積が徐々に大きくなる形状に形成されてなることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first to third aspects of the invention, the reinforcing portion has a shape in which a cross-sectional area gradually increases as it approaches the stopper piece in a direction perpendicular to the one surface of the frame portion. It is formed.
この発明によれば、前記重り部の前記付随部が前記ストッパ片に衝突した際に前記ストッパ片における前記補強部との連結部位に応力が集中するのを抑制できて応力集中による前記ストッパ片の破損を抑制することができる。 According to the present invention, when the accompanying portion of the weight portion collides with the stopper piece, it is possible to suppress stress concentration on the connection portion of the stopper piece with the reinforcing portion, and the stopper piece is caused by stress concentration. Damage can be suppressed.
請求項5の発明は、請求項1ないし請求項4の発明において、前記重り部は、前記付随部の外周面に、前記補強部が入る凹部であって前記補強部の側面との間に所定間隔の隙間を形成する凹部が設けられ、前記所定間隔が前記付随部と前記フレーム部との間の間隔よりも小さく設定されてなることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the first to fourth aspects of the present invention, the weight portion is a concave portion into which the reinforcing portion is inserted into an outer peripheral surface of the associated portion, and is predetermined between a side surface of the reinforcing portion. Concave portions that form gaps are provided, and the predetermined interval is set to be smaller than the interval between the associated portion and the frame portion.
この発明によれば、前記フレーム部の前記一表面に直交する面内における前記重り部の変位量が前記補強部によって制限されることとなり、前記補強部が前記ストッパ片を補強する機能に加えて、前記フレーム部の前記一表面に直交する面内における前記重り部の変位量を制限するストッパとしての機能を有することとなり、耐衝撃性がより一層向上する。 According to this invention, the displacement amount of the weight portion in a plane orthogonal to the one surface of the frame portion is limited by the reinforcing portion, and in addition to the function of the reinforcing portion reinforcing the stopper piece. In addition, it has a function as a stopper for limiting the amount of displacement of the weight portion in a plane orthogonal to the one surface of the frame portion, and the impact resistance is further improved.
請求項6の発明は、請求項1ないし請求項4の発明において、前記付随部と前記補強部との少なくとも一方に一体に設けた凸部が入り当該凸部との間に所定間隔の隙間を形成する凹部を他方に設けられ、前記所定間隔が前記付随部と前記フレーム部との間の間隔よりも小さく設定されてなることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the first to fourth aspects of the present invention, a convex portion provided integrally with at least one of the accompanying portion and the reinforcing portion is inserted, and a gap having a predetermined interval is formed between the convex portion. A concave portion to be formed is provided on the other side, and the predetermined interval is set to be smaller than an interval between the accompanying portion and the frame portion.
この発明によれば、前記フレーム部の前記一表面に直交する面内における前記重り部の変位量が前記補強部によって制限されることとなり、前記補強部が前記ストッパ片を補強する機能に加えて、前記フレーム部の前記一表面に直交する面内における前記重り部の変位量を制限するストッパとしての機能を有することとなり、耐衝撃性がより一層向上する。 According to this invention, the displacement amount of the weight portion in a plane orthogonal to the one surface of the frame portion is limited by the reinforcing portion, and in addition to the function of the reinforcing portion reinforcing the stopper piece. In addition, it has a function as a stopper for limiting the amount of displacement of the weight portion in a plane orthogonal to the one surface of the frame portion, and the impact resistance is further improved.
請求項1の発明では、重り部の付随部がストッパ片に衝突する際の衝撃によりストッパ片が破損するのを抑制することができ、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る。
In invention of
(実施形態1)
本実施形態の半導体加速度センサは、図1(a)〜(e)に示すセンサチップ1により構成されており、例えば、パッケージや回路基板(例えば、プリント基板)などのベース部材に直接あるいはガラス製の台座を介した形で実装すればよい。ここにおいて、センサチップ1は、図2(a)に示すように、シリコン基板からなる支持基板21上のシリコン酸化膜からなる絶縁層(埋込酸化膜)22上にn形のシリコン層(活性層)23を有するSOIウェハ20を加工することにより形成してある。
(Embodiment 1)
The semiconductor acceleration sensor of the present embodiment is composed of a
センサチップ1は、枠状(本実施形態では、矩形枠状)のフレーム部11を備え、フレーム部11の矩形状の開口窓内に配置される重り部12がフレーム部11の一表面(図1(b)における上面)側において可撓性を有する4つの短冊状の撓み部13を介してフレーム部11に揺動自在に支持されている。したがって、重り部12の質量をm、センサチップ1に作用する加速度をα、重り部12に作用する力をFとすれば、重り部12にニュートンの運動方程式から導出されるF=mαの力が作用して撓み部13が撓むこととなる。なお、フレーム部11は、SOIウェハ20の支持基板21、絶縁層22、シリコン層23それぞれを利用して形成してある。これに対して、撓み部13は、SOIウェハ20におけるシリコン層23を利用して形成してあり、フレーム部11よりも薄肉となっている。
The
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コア部12aと、センサチップ1の主表面側(フレーム部11の上記一表面側)から見てコア部12aの四隅それぞれに連続一体に連結された直方体状の4つの付随部12bとを有している。言い換えれば、重り部12は、フレーム部11の内側面に一端部が連結された各撓み部13の他端部が外側面に連結されたコア部12aと、コア部12aと一体に形成されコア部12aとフレーム部11との間の空間に配置される4つの付随部12bとを有している。つまり、各付随部12bは、センサチップ1の主表面側(フレーム部11の上記一表面側)から見て、フレーム部11とコア部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ており、各付随部12bそれぞれとフレーム部11との間にはスリット14が形成され、撓み部13を挟んで隣り合う付随部12b間の間隔が撓み部13の幅寸法よりも長くなっている。ここにおいて、コア部12aは、SOIウェハ20の支持基板21、絶縁層22、シリコン層23それぞれを利用して形成し、各付随部12bは、SOIウェハ20の支持基板21を利用して形成してある。しかして、フレーム部11の上記一表面側において各付随部12bの表面(図1(b)における上面)は、コア部12aの表面(図1(b)における上面)を含む平面からフレーム部11の他表面(図1(b)における下面)側へ離間して位置している。
The
また、重り部12のコア部12aおよび各付随部12bは、支持基板21を利用して形成されている部分の厚さがフレーム部11において支持基板21を利用して形成されている部分の厚さに比べて、センサチップ1の厚み方向(図1(b)における上下方向)への重り部12の許容変位量分だけ薄くなっている。したがって、センサチップ1におけるフレーム部11の上記他表面を上述のベース部材や台座などに固着したときに、重り部12の裏面(図1(b)における下面)側にはセンサチップ1の厚み方向への重り部12の変位を可能とする隙間が形成されることとなり、例えば、台座に固着するような場合には、台座に重り部12の変位を可能とするための凹所を設ける必要がなくなり、製造コストの低コスト化を図れる。
In addition, the
ところで、図1(a),(b)それぞれの左側に示したように、センサチップ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コア部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コア部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。ここで、センサチップ1は、x軸方向を長手方向とする2つの撓み部13,13におけるコア部12a近傍にx軸方向の加速度を検出するためのピエゾ抵抗(図示せず)が2つずつ形成され、y軸方向を長手方向とする2つの撓み部13,13におけるコア部12a近傍にy軸方向の加速度を検出するためのピエゾ抵抗(図示せず)が2つずつ形成され、4つの撓み部13それぞれの長手方向におけるフレーム部11近傍にz軸方向の加速度を検出するためのピエゾ抵抗(図示せず)が1つずつ形成されており、各軸方向ごとにそれぞれ4つのピエゾ抵抗がブリッジ回路を構成するように配線(拡散層配線、金属配線など)を介して接続されている。ここに、センサチップ1の上記一表面側には、シリコン酸化膜からなる保護膜(図示せず)が形成されており、ブリッジ回路の各端子となるパッド(図示せず)がフレーム部11に対応する部位でセンサチップ1の上記一表面側に設けられている。なお、パッドは、金属材料(例えば、アルミニウムなど)により形成されている。
By the way, as shown on the left side of each of FIGS. 1A and 1B, the thickness direction of the
したがって、センサチップ1に加速度が作用すると、加速度の方向および大きさに応じて重り部12がフレーム部11に対して相対的に変位し、結果的に撓み部13が撓んでピエゾ抵抗の抵抗値が変化することになる。つまり、ピエゾ抵抗の抵抗値の変化を検出することによりセンサチップ1に作用したx軸方向、y軸方向、z軸方向それぞれの加速度を検出することができる。要するに、各ブリッジ回路の対角位置の一方の端子間に適宜の検出用電源を接続するとともに対角位置の他方の端子間の電圧を検出し、適宜の補正を加えれば、重り部12に作用するx軸方向、y軸方向、z軸方向それぞれの加速度に比例する電圧を得ることができる。本実施形態では、各ピエゾ抵抗それぞれが、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。
Therefore, when acceleration is applied to the
なお、本実施形態では、上述のシリコン層23の導電形がn形なので、各ピエゾ抵抗および各拡散層配線の導電形をp形としてあるが、シリコン層23の導電形がp形の場合には、各ピエゾ抵抗および各拡散層配線の導電形をn形とすればよい。また、SOIウェハ20については、支持基板21の厚さを400〜600μm程度、絶縁層22の厚さを0.3〜1.5μm程度、シリコン層23の厚さを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ウェハ20の主表面であるシリコン層23の表面は(100)面としてある。
In this embodiment, since the conductivity type of the
ところで、センサチップ1は、フレーム部11の上記一表面に直交する方向(つまり、z軸方向)において各付随部12bそれぞれと離間し上記一表面側への各付随部12bの変位量を制限する4つの薄肉のストッパ片15が、フレーム部11の4つのコーナー部11aそれぞれから一体に突設されている。ここにおいて、各ストッパ片15の平面形状は三角形状の形状となっているが、ストッパ片15の平面形状は、三角形状の形状に限定するものではなく、例えば、矩形状の形状でもよいし、扇形状の形状としてもよい。各ストッパ片15は、撓み部13と同様に、SOIウェハ20におけるシリコン層23を利用して形成されている。
By the way, the
また、センサチップ1は、ストッパ片15における付随部12bとの対向面側においてストッパ片15を補強する補強部(補強リブ)16がフレーム部11の各コーナー部11aそれぞれから一体に突設されている。補強部16は、SOIウェハ20の絶縁層22の一部と支持基板21の一部とにより構成してあり、上述のz軸方向における補強部16の寸法は、支持基板21の厚みと絶縁層22の厚みとの合計厚みよりもやや小さな寸法に設定してあり、具体的には、z軸方向における付随部12bの厚みと絶縁層22の厚みとを加算した厚みに設定してある。要するに、各補強部16は、各ストッパ片15における各付随部12bとの対向面側においてフレーム部11の上記一表面に直交する方向に沿って形成されている。言い換えれば、各補強部16は、各ストッパ片15における各付随部12bとの対向面側においてストッパ片15と付随部12bとの向い合っている方向に沿って形成されている。ただし、ストッパ片15と付随部12bとの向い合っている方向は、フレーム部11の上記一表面に直交する方向のみを意味するのではなく、フレーム部11の上記一表面に略直交する方向を意味している。ここで、センサチップ1においてストッパ片15とストッパ片15を補強する補強部16とで構成される部位は、補強部16の突設方向に直交する断面の形状がT字状の形状となっている(図1(d)参照)。したがって、センサチップ1は、ストッパ片16のうち上記z軸方向において補強部16と重ならない部分に、付随部12bが当接可能となっている。
In the
また、センサチップ1は、フレーム部11の内側面と補強部16の側面との間に面取り部17が形成されている。ここで、面取り部17は、フレーム部11の内側面および補強部16の側面それぞれと滑らかに連続する曲面状に形成されている。さらに、センサチップ1は、重り部12における付随部12bの外周面に、補強部16が入る凹部であって補強部16の側面との間に所定間隔d1(図1(e)参照)の隙間を形成する凹部12cが設けられている。ここにおいて、所定間隔d1は、重り部12の付随部12bとフレーム部11との間の間隔よりも小さく設定してある。すなわち、所定間隔d1は、重り部12の付随部12bとフレーム部11との間に形成されるスリット14の幅d2(図1(e)参照)よりも小さく設定してある。
In the
以下、上述の図1に示したセンサチップ1の製造方法について図2を参照しながら説明するが、図2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。
Hereinafter, a method for manufacturing the
まず、SOIウェハ20の主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、SOIウェハ20の裏面側においてフレーム部11の矩形状の開口窓に対応する部位に上記許容変位量を所定深さ寸法とする凹所20a(図2(a)参照)を形成する際のマスクを形成するために、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してSOIウェハ20の裏面側の酸化膜をパターニングする。続いて、SOIウェハ20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ウェハ20を裏面側から所定深さまでエッチングすることで凹所20aを形成することによって、図2(a)に示す構造を得る。なお、凹所20a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。
First, a silicon oxide film (not shown) is formed by a pyrogenic oxidation method on the main surface side and the back surface side of the
その後、上述の拡散層配線を形成する際のマスクを形成するために、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してSOIウェハ20の主表面側のシリコン酸化膜をパターニングする。続いて、SOIウェハ20の主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)をイオン注入またはプレデポジションによりシリコン層23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23表面にシリコン酸化膜(図示せず)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ウェハ20の主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、この拡散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。
Thereafter, in order to form a mask for forming the above-described diffusion layer wiring, the silicon oxide film on the main surface side of the
次に、上述の各ピエゾ抵抗を形成する際のマスクを形成するために、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してSOIウェハ20の主表面側の絶縁膜をパターニングする。続いて、SOIウェハ20の主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)をイオン注入またはプレデポジションによりシリコン層23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の形成と同時に、露出したシリコン層23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、この拡散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。
Next, in order to form a mask for forming each of the piezoresistors described above, the insulating film on the main surface side of the
続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して、保護膜に、拡散層配線とパッドとを電気的に接続するためのコンタクトホール(図示せず)を形成し、SOIウェハ20の主表面側にスパッタ法などによって金属膜を形成し、当該金属膜をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパターニングすることでパッドを形成する。
Subsequently, a contact hole (not shown) for electrically connecting the diffusion layer wiring and the pad is formed in the protective film by using the photolithography technique and the etching technique, and the main surface side of the
その後、SOIウェハ20の裏面側に、支持基板21においてフレーム部11に対応する部位211(図2(b)参照)とコア部12aに対応する部位212(図2(b)参照)と各付随部12bそれぞれに対応する部位213(図2(b)参照)と各補強部16それぞれに対応する部位(図示せず)とを覆い且つ他の部位を露出させるようにパターニングされたレジスト層(図示せず)を形成し、当該レジスト層をエッチングマスクとして、SOIウェハ20を裏面側から絶縁層22に達する深さまで略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い、続いて、レジスト層を除去することによって、図2(b)に示す構造を得る。この裏面側パターニング工程を行うことにより、SOIウェハ20における支持基板21は、フレーム部11に対応する部位211と、コア部12aに対応する部位212と、各付随部12bそれぞれに対応する部位213と、各補強部16それぞれに対応する部位とが残る。なお、この裏面側パターニング工程におけるエッチング装置としては、例えば、誘導結合プラズマ(ICP)型のドライエッチング装置を用いればよく、エッチング条件としては、絶縁層22がエッチングストッパとして機能するような条件を設定する。
Thereafter, on the back surface side of the
裏面側パターニング工程の後、SOIウェハ20の主表面側に、上述の保護膜においてフレーム部11、コア部12a、各撓み部13、各ストッパ片15それぞれに対応する部位を覆い他の部位を露出させるようにパターニングされたレジスト層(図示せず)を形成し、当該レジスト層をエッチングマスクとして、保護膜をエッチングした後、SOIウェハ20を主表面側から絶縁層22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うことによって、図2(c)に示す構造を得る。この表面側パターニング工程を行うことにより、SOIウェハ20におけるシリコン層23は、フレーム部11に対応する部位231と、コア部12aに対応する部位232と、各撓み部13それぞれに対応する部位233と、各ストッパ片15それぞれに対応する部位234とが残る。なお、この表面側パターニング工程におけるエッチングに際しては、例えば、誘導結合プラズマ(ICP)型のドライエッチング装置を用いてドライエッチングを行えばよいが、ドライエッチングの代わりに、エッチング液として例えば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23の異方性エッチングが可能で絶縁層22とのエッチング選択比が大きなTMAHを用いた湿式エッチングを行ってもよい。エッチング条件としては、ドライエッチング、湿式エッチングのいずれの場合も、絶縁層22がエッチングストッパとして機能するような条件を設定する。
After the back side patterning step, the main surface side of the
表面側パターニング工程の後、上記レジスト層をエッチングマスクとして、SOIウェハ20の主表面側から、フッ化水素酸の溶液を霧状にして噴霧して絶縁層22のうちフレーム部11に対応する部位221(図2(d)参照)およびコア部12aに対応する部位222(図2(d)参照)および各補強部16それぞれに対応する部位(図示せず)を残して不要部分をエッチング除去することでフレーム部11、各撓み部13、重り部12、各ストッパ片15、各補強部16を形成し、上記レジスト層を除去することによって、図2(d)に示す構造を得る。
After the surface-side patterning step, a portion of the insulating
その後、上述の台座を必要としない場合には、ダイシング工程により個々のセンサチップ1からなる半導体加速度センサに分離すればよく、上述の台座を必要とする場合には、SOIウェハ20と台座用のガラス基板とを陽極接合により固着してから、ダイシング工程により個々の半導体加速度センサに分離すればよい。
Thereafter, when the above pedestal is not required, it may be separated into semiconductor acceleration sensors composed of
そして、上述の半導体加速度センサをベース部材や回路基板に実装して、ベース部材や回路基板に設けられた電極とセンサチップ1のパッドとを適宜接続すればよい。
Then, the above-described semiconductor acceleration sensor may be mounted on a base member or a circuit board, and electrodes provided on the base member or the circuit board may be appropriately connected to the pads of the
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絶縁層22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および各ストッパ片15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ウェハ20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絶縁層22に達するまで略垂直にエッチングしているので、上記特許文献1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、付随部12bとフレーム部11との間に形成されるスリット14の幅を小さくすることができ、センサチップ1の小型化を図ることができる。
In the above manufacturing method, it is possible to manage the thickness dimension of each
以上説明したセンサチップ1では、各ストッパ片15それぞれを補強する各補強部16がフレーム部11の各コーナー部11aそれぞれから一体に突設されているので、各ストッパ片15それぞれが補強部16により補強されることとなり、重り部12の付随部12bがストッパ片15に衝突する際の衝撃によりストッパ片15が破損するのを抑制することができ、従来に比べて耐衝撃性を高めることができる。
In the
また、上述のセンサチップ1では、各補強部16が各ストッパ片15における各付随部12bとの対向面側において各ストッパ片15と各付随部12bとの向い合っている方向に沿って形成されているので、ストッパ片15において補強部16と重なる部位の面積を比較的小さくしながらもストッパ片15を効果的に補強することができ、ストッパ片15において付随部12bと重なる部位の面積を比較的大きくしながらもストッパ片15が破損するのを抑制することができる。
Further, in the
また、センサチップ1は、フレーム部11の内側面と補強部16の側面との間に面取り部17が形成されているので、重り部12の付随部12bがストッパ片15に衝突した際にフレーム部11の内側面と補強部16の側面との連結部位に応力が集中するのを抑制できて応力集中による補強部16の破損を抑制することができ、面取り部17が形成されていない場合に比べて耐衝撃性が向上する。なお、本実施形態における面取り部17は、フレーム部11の内側面および補強部16の側面それぞれと滑らかに連続する曲面状に形成されているが、面取り部17の形状は曲面状に限定するものではなく、例えば、図3(a),(b)に示すように、フレーム部11の内側面とのなす角度が略135度で補強部16の側面とのなす角度が略90度の平面状の形状に形成してもよく、図3(a),(b)に示した形状の面取り部17を形成した場合には、フレーム部11の各コーナー部11aの機械的な強度が高くなり、フレーム部11の矩形状の開口窓の対角線方向の加速度に対する耐衝撃性が向上する。また、面取り部17は、例えば、図4(a),(b)に示すように、フレーム部11の内側面とのなす角度が鈍角の平面17aと、当該平面17aおよび補強部16の側面それぞれとのなす角度が鈍角の平面17bとで構成される形状としてもよく、図4(a),(b)に示した形状の面取り部17を形成した場合には、図3(a),(b)の面取り部17を形成した場合に比べて、補強部16と面取り部17との境界近傍に応力が集中するのを防止することができるとともに、フレーム部11の矩形状の開口窓の対角線方向からずれた方向の加速度に対する耐衝撃性が向上する。なお、図4(a),(b)では2つの平面17a,17bにより面取り部17を構成しているが、面取り部17は、隣り合う平面同士のなす角度が鈍角となる複数の平面により形成してもよい。
Further, since the chamfered
ところで、上述の図10(a),(b)に示した従来の半導体加速度センサでは、撓み部13’の厚み方向において付随部12b’の一部が重なっているので、z軸方向に過度の加速度が作用して付随部12b’が薄肉の撓み部13’に衝突した際に撓み部13’が破損してしまう恐れがあるが、本実施形態のセンサチップ1では、撓み部13の厚み方向において撓み部13と付随部12とが重なっていないので、付随部12bが撓み部13に衝突するのを回避することができる。
By the way, in the conventional semiconductor acceleration sensor shown in FIGS. 10A and 10B described above, a part of the accompanying
また、上述の図10(a),(b)に示した従来の半導体加速度センサでは、z軸方向に過度の加速度が作用した場合にはストッパ片15’や台座2’によって重り部12’の変位量が制限されるが、x軸方向やy軸方向に過度の加速度が作用した場合には付随部12b’がフレーム部11’に当接するまで変位可能となっているので、x軸方向やy軸方向に過度の加速度が作用した場合に撓み部13’が破損してしまう恐れがある。
Further, in the conventional semiconductor acceleration sensor shown in FIGS. 10A and 10B described above, when excessive acceleration acts in the z-axis direction, the weight of the
これに対して、本実施形態のセンサチップ1では、上述のように、重り部12における付随部12bの外周面に、補強部16が入る凹部であって補強部16の側面との間に所定間隔d1の隙間を形成する凹部12cが設けられているので、フレーム部11の上記一表面に直交する面内における重り部12の変位量が補強部16によって制限されることとなり、補強部16がストッパ片15を補強する機能に加えて、フレーム部11の上記一表面に直交する面内における重り部12の変位量を制限するストッパとしての機能を有することとなり、耐衝撃性がより一層向上する。
On the other hand, in the
なお、上述のセンサチップ1では、重り部12の付随部12bに補強部16が入る凹部12cを設けてあるが、図5(a),(b)に示すように、フレーム部11のコーナー部11aから2つの補強部16を一体に突設して、重り部12の付随部12bに2つの補強部16それぞれが入る凹部12cを設け、付随部12bにおいて隣り合う2つの凹部12c間の部位からなる凸部12dが、2つの補強部16と当該2つの補強部16同士を連結する連結部とで囲まれた凹部16dに入るようにしてもよく、この場合にも、フレーム部11の上記一表面に直交する面内における重り部12の変位量が補強部16によって制限されることとなり、補強部16がストッパ片15を補強する機能に加えて、フレーム部11の上記一表面に直交する面内における重り部12の変位量を制限するストッパとしての機能を有することとなり、耐衝撃性がより一層向上する。要するに、付随部12bと補強部16との少なくとも一方に一体に設けた凸部が入り当該凸部との間に所定間隔の隙間を形成する凹部を他方に設け、所定間隔が付随部12bとフレーム部11との間の間隔よりも小さく設定されていればよい。
In the
また、図5(a),(b)のようにフレーム部11の各コーナー部11aそれぞれに2つずつ補強部16を設けた場合には、補強部16が1つの場合に比べてストッパ片15の破損がより起こりにくくなる。なお、図5(a),(b)では、フレーム部11の各コーナー部11aから補強部16が2つずつ突設されているが、2つに限らず、複数であればよい。また、図5(a),(b)に示した例では、面取り部17が図3(a),(b)に示した例と同様の平面となっているが、図1に示した例と同様の曲面状の形状としてもよいし、図4(a),(b)に示した例のように隣り合う平面同士のなす角度が鈍角となる複数の平面により構成してもよい。
Further, when two reinforcing
(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にて説明したセンサチップ1と略同じであり、図6〜図8に示すように、フレーム部11、コア部12a、付随部12b、補強部16それぞれが、フレーム部11の上記一表面に厚み方向に直交する方向において上記一表面側ほど断面積が大きくなっている点が相違する。ここで、センサチップ1の補強部16は、z軸方向においてストッパ片15に近づくほどフレーム部11からの突出量が徐々に大きくなり、且つ、補強部16の突設方向に直交する断面形状の幅がストッパ片15に近づくほど徐々に大きくなる形状に形成されている。要するに、本実施形態における補強部16は、フレーム部11の上記一表面に直交する方向においてストッパ片15に近づくにつれて断面積が徐々に大きくなる形状に形成されている。なお、他の構成は実施形態1と同じなので説明を省略する。
(Embodiment 2)
The basic configuration of the semiconductor acceleration sensor of the present embodiment is substantially the same as that of the
しかして、本実施形態のセンサチップ1では、重り部12の付随部12bがストッパ片15に衝突した際にストッパ片15における補強部16との連結部位に応力が集中するのを抑制できて応力集中によるストッパ片15の破損を抑制することができる。また、実施形態1に比べてストッパ片15と補強部16との連結部位の面積が大きくなるので、実施形態1に比べてストッパ片15の破壊耐性を向上させることができる。
Therefore, in the
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にて説明した製造方法と略同じであって、裏面側パターニング工程におけるエッチング条件を適宜変更するだけでよく、以下、一例として、裏面側パターニング工程において、誘導結合プラズマ(ICP)型のドライエッチング装置を用いる場合について説明する。 The manufacturing method of the semiconductor acceleration sensor of the present embodiment is substantially the same as the manufacturing method described in the first embodiment, and it is only necessary to appropriately change the etching conditions in the back surface side patterning step. Hereinafter, as an example, the back surface side patterning is performed. The case where an inductively coupled plasma (ICP) type dry etching apparatus is used in the process will be described.
誘導結合プラズマ型のエッチング装置は、一般的に、エッチング対象をエッチングするエッチングモードと被エッチング面へ有機物を堆積させるデポジションモードとを交互に繰り返すエッチング条件の設定が可能となっており、エッチングモードの時間をデポジションモードの時間に比べて比較的長く設定してエッチングモードとデポジションモードとを交互に繰り返すことにより実施形態1にように略垂直なエッチングが可能となる。ここにおいて、例えば、裏面側エッチング工程の開始から終了までの間に、エッチングモードの時間が徐々に短くなり、デポジションモードの時間が徐々に長くなるようにエッチング条件を設定すれば、フレーム部11、コア部12a、付随部12b、補強部16それぞれが、フレーム部11の上記一表面に厚み方向に直交する方向において上記一表面側ほど断面積が大きくなり、フレーム部11の内側面、コア部12aの外周面、付随部12bの外周面、補強部16の側面それぞれがテーパー形状となるテーパーエッチングが可能となる。
In general, an inductively coupled plasma etching apparatus is capable of setting an etching condition in which an etching mode for etching an etching target and a deposition mode for depositing an organic substance on a surface to be etched are alternately repeated. This time is set to be relatively longer than the time of the deposition mode, and the etching mode and the deposition mode are alternately repeated, so that substantially vertical etching is possible as in the first embodiment. Here, for example, if the etching conditions are set so that the time of the etching mode gradually decreases and the time of the deposition mode gradually increases between the start and end of the back side etching process, the
(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1にて説明したセンサチップ1と略同じであり、図9に示すように、各ストッパ片15において補強部16と重ならない部分に、厚み方向に貫通する多数の微細孔18が形成されている点が相違する。微細孔18は円孔状に形成してあり、内径を2〜3μm程度の値に設定してあるが、微細孔18の形状は特に限定するものではない。ここで、本実施形態の半導体加速度センサでは、各ストッパ片15それぞれに多数の微細孔18が形成されていることにより、微細孔18が形成されていない場合に比べて、各ストッパ片15が撓みやすくなって、より破損しにくくなる。また、微細孔18は、実施形態1にて説明した製造方法において表面側エッチング工程の後で絶縁層22の不要部分をエッチング除去する際に、エッチング液の導入孔として利用するものであり、フレーム部11の上記一表面に直交する面内において隣り合う微細孔18の中心間の距離を一定値に設定し、ストッパ片15の周縁と当該周縁近傍の微細孔18の中心との間の距離を上記一定値の半分の値に設定してある。なお、他の構成は実施形態1と同じなので説明を省略する。
(Embodiment 3)
The basic configuration of the semiconductor acceleration sensor of the present embodiment is substantially the same as that of the
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にて説明した製造方法と略同じであって、表面側パターニング工程において利用するエッチングマスクを、SOIウェハ20の主表面側において微細孔18に対応する部位も露出させるように形成し、表面側パターニング工程において微細孔18を形成している点が相違するだけである。
The manufacturing method of the semiconductor acceleration sensor of the present embodiment is substantially the same as the manufacturing method described in the first embodiment, and an etching mask used in the surface side patterning process is formed in the
ところで、実施形態1にて説明した製造方法では、ストッパ片15のサイズが大きくなると、表面側エッチング工程の後で絶縁層22の不要部分をエッチング除去する際に、絶縁層22の膜厚分をちょうどエッチングするだけのエッチング(所謂ジャストエッチング)を行った時点からのオーバーエッチング時間が長くなり、絶縁層22においてフレーム部11およびコア部12aおよび補強部16それぞれとなる部分のサイドエッチング量が多くなり、センサチップ1の耐衝撃性が低下してしまう恐れがある。
By the way, in the manufacturing method described in the first embodiment, when the size of the
これに対して、本実施形態の製造方法では、絶縁層22のうちシリコン層23においてストッパ片15となる部位に重なる不要部分が微細孔18を通して導入されるエッチング液によってもエッチングされることとなる(つまり、絶縁層22の不要部分をエッチング除去する際に絶縁層22においてエッチング液に接する部分の面積が大きくなる)ので、実施形態1にて説明した製造方法に比べてオーバーエッチング時間を短縮することができ、センサチップ1の耐衝撃性を向上させることができる。
On the other hand, in the manufacturing method of the present embodiment, an unnecessary portion of the insulating
なお、実施形態2の半導体加速度センサにおけるストッパ片15に本実施形態と同様に微細孔18を形成してもよい。
In addition, you may form the
1 センサチップ
11 フレーム部
12 重り部
12a コア部
12b 付随部
12c 凹部
13 撓み部
14 スリット
15 ストッパ片
16 補強部
17 面取り部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004247352A JP2006064532A (en) | 2004-08-26 | 2004-08-26 | Semiconductor acceleration sensor |
Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008129824A1 (en) * | 2007-03-30 | 2008-10-30 | Panasonic Corporation | Active noise controller |
EP2202526A2 (en) | 2008-12-26 | 2010-06-30 | Yamaha Corporation | Mems sensor and mems sensor manufacture method |
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-
2004
- 2004-08-26 JP JP2004247352A patent/JP2006064532A/en not_active Withdrawn
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