JP2006300904A - 物理量センサ - Google Patents

Abstract

【課題】センサ全体の薄型化を図りつつクラックなどの発生を防止することができる物理量センサを提供する。
【解決手段】矩形枠状のフレーム部１１の内側に配置される重り部１２が可撓性を有する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各撓み部１３にゲージ抵抗が設けられたセンサ部１０と、センサ部１０の厚み方向の一表面側に配置され周部がフレーム部１１に固着された第１のカバー部２０と、センサ部１０の厚み方向の他表面側に配置され周部がフレーム部１１に固着された第２のカバー部３０とを具備するセンサ本体部Ｂを備えている。センサ本体部Ｂが矩形枠状の外側フレーム部Ｃの内側に配置されるとともにセンサ本体部Ｂが連結部Ｄを介して外側フレーム部Ｃに支持され、センサ本体部Ｂの周囲には連結部Ｄを除いて外側フレーム部Ｃとの間にスリットＥが形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車、航空機、家電製品などに用いられる加速度センサをはじめとする物理量センサに関するものであり、特に、ゲージ抵抗のひずみによる抵抗値の変化により加速度を検出する加速度センサに関するものである。

従来から、物理量センサの代表的なものの１つとして、加速度センサがあり、小型の加速度センサとしては、加速度をピエゾ抵抗からなるゲージ抵抗のひずみによる抵抗値の変化として検出する方式の半導体加速度センサや、加速度を固定電極と可動電極との間の静電容量の変化として検出する方式の半導体加速度センサなどが提供されている。

ここにおいて、前者の半導体加速度センサとしては、枠状のフレーム部の内側に配置される重り部が一方向へ延長された撓み部を介してフレーム部に揺動自在に支持された片持ち式のセンサチップを用いたものや、枠状のフレーム部の内側に配置される重り部が相反する２方向へ延長された一対の撓み部を介してフレーム部に揺動自在に支持された両持ち式のセンサチップを用いたものなどが提案されており、近年では、枠状のフレーム部の内側に配置される重り部が四方へ延長された４つの撓み部を介してフレーム部に揺動自在に支持されたセンサチップを用い、互いに直交する３方向の加速度を検出可能で各方向の加速度に対応する出力値が個別に得られるようにした半導体加速度センサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

なお、上記特許文献１に開示された半導体加速度センサは、センサチップの厚み方向の両側に、重り部の揺動空間を確保する凹所が形成されたガラス製のカバーが固着されており、センサチップと両カバーとで構成されるセンサ本体をパッケージや回路基板などの外部部材にシリコーン樹脂などにより接着した後、センサチップのパッドを外部部材に設けられた導体パターンとボンディングワイヤを介して電気的に接続して用いられる。

また、センサチップをパッケージングした加速度センサとして、図７に示すように、センサチップ１１０と、センサチップ１１０のフレーム部１１１の一表面側（図７における上面側）の４隅に接着剤により接着され重り部１１２の過度な変位を制限する矩形板状のガラス基板からなるストッパ部材１２０と、一面が開放された箱状であって内底面にセンサチップ１１０のフレーム部１１１が固着されたパッケージ（保護ケース）１３０と、パッケージ１３０の上記一面を閉塞する矩形板状のパッケージ蓋（保護ケース蓋）１４０とを備えたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

ここにおいて、センサチップ１１０は、図８に示すように、矩形枠状のフレーム部１１１の内側に配置される重り部１１２が一表面側において可撓性を有する４つの撓み部１１３を介してフレーム部１１１に揺動自在に支持されている。このセンサチップ１１０は、互いに直交する３方向の加速度を検出可能なものであって、図７および図８それぞれの左側に示すように、センサチップ１１０の厚み方向に直交する平面において矩形枠状のフレーム部１１１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、センサチップ１１０の厚み方向をｚ軸方向と規定すれば、重り部１１２の変位により撓み部１１３に生じる歪みによって抵抗値の変化するピエゾ抵抗Ｒが各撓み部１１３の適宜位置に形成され、これらのピエゾ抵抗Ｒが各軸それぞれの加速度を検出するブリッジ回路を構成するように図示しない配線（拡散層配線、金属配線など）によって接続されている。

図７に示した構成の加速度センサでは、ｚ軸方向の正方向（パッケージ１３０の内底面の法線方向）への重り部１１２の過度な変位を規制するストッパ部材１２０を備えているので、重り部１１２が過度に変位することがなく、撓み部１１３などが破損するのを防止することができる。つまり、上述の加速度センサでは、ストッパ部材１２０を設けたことにより、ストッパ部材１２０を設けていない場合に比べて耐衝撃性を高めることができるという利点がある。
特許第３１９１７７０号公報 特開２００４−２３３０７２号公報

しかしながら、図７に示した構成の加速度センサでは、センサ全体の薄型化を図る場合に、センサチップ１１０の感度が低下しないようにセンサチップ１１０を保護するパッケージ１３０の厚みを薄くせざるを得ず、パッケージ１３０と回路基板などの実装基板の熱膨張係数差に起因した熱応力などが撓み部１１３のピエゾ抵抗Ｒの形成部位まで伝達されてセンサチップ１１０の温度特性が変動してしまう。

これに対して、上記特許文献１に開示された半導体加速度センサでは、センサ全体の薄型化を図る場合に、センサチップの厚み方向の両側においてセンサチップを保護する機能を有するカバーの厚みを薄くせざるを得ず、センサ本体へ外部部材からの熱応力がセンサ本体と外部部材との接着部を介して伝わりやすく、カバーにおいて厚みの薄くなっている部位にクラックが入って、不良品の発生や信頼性の低下の原因となることがあった。

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、センサ全体の薄型化を図りつつクラックなどの発生を防止することができる物理量センサを提供することにある。

請求項１の発明は、枠状のフレーム部の内側に配置される重り部が可撓性を有する撓み部を介してフレーム部に揺動自在に支持され撓み部にゲージ抵抗が設けられたセンサチップ部と、センサチップ部の厚み方向の一表面側に配置され周部がフレーム部に固着された第１のカバー部と、センサチップ部の厚み方向の他表面側に配置され周部がフレーム部に固着された第２のカバー部とを具備するセンサ本体部を備えた加速度センサであって、センサ本体部が枠状の外側フレーム部の内側に配置されるとともにセンサ本体部が連結部を介して外側フレーム部に支持され、センサ本体部の周囲には連結部を除いて外側フレーム部との間にスリットが形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、センサ本体部が連結部を介して外側フレーム部に支持され、センサ本体部の周囲には連結部を除いて外側フレーム部との間にスリットが形成されているので、外側フレーム部のみをパッケージや実装基板などの外部部材と接着するようにすれば、センサ本体部を外部部材と接着する場合に比べて、外部部材からの熱応力などがセンサ本体部に伝わりにくくなるから、第１のカバー部および第２のカバー部を薄型化することによりセンサ全体の薄型化を図っても第１のカバー部および第２のカバー部にクラックが発生するのを防止することができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記スリットは、前記厚み方向に貫通していることを特徴とする。

この発明によれば、前記スリットが前記厚み方向に貫通していない場合に比べて、外部部材からの熱応力などが第１のカバー部および第２のカバー部に、より伝わりにくくなる
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、前記センサ本体部は、外周形状が矩形状であって、隣り合う外側面間に面取り部が形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記センサ本体部の機械的強度を高めることができる。

請求項１の発明では、センサ全体の薄型化を図りつつクラックなどの発生を防止することができるという効果がある。

本実施形態では、物理量センサとして加速度センサを例示するが、本発明の技術思想は角速度センサなどの他の物理量センサにも適用可能である。

以下、本実施形態の加速度センサについて図１〜図４を参照しながら説明する。

本実施形態の加速度センサは、図１に示すように、外周形状が矩形状（本実施形態では、正方形状）のセンサチップ１と、センサチップ１と同じ外周形状でありセンサチップ１の一表面（図１（ｂ）における左面）側に固着された薄板状の第１のキャップ２と、センサチップ１と同じ外周形状でありセンサチップ１の他表面（図１（ｂ）における右面）側に固着された薄板状の第２のキャップ３とからなる加速度センサ素子Ａを備えている。ここにおいて、加速度センサ素子Ａは、センサチップ１、第１のキャップ２、第２のキャップ３それぞれの中央部により構成されたセンサ本体部Ｂが、センサチップ１、第１のキャップ２、第２のキャップ３それぞれの周部により構成された枠状（矩形枠状）の外側フレーム部Ｃの内側に配置されるとともに、センサ本体部Ｂが、センサチップ１、第１のキャップ２、第２のキャップ３それぞれの一部により構成された連結部Ｄを介して外側フレーム部Ｃに支持され、センサ本体部Ｂの周囲には、連結部Ｄを除いて外側フレーム部Ｃとの間にスリットＥが形成されている。また、センサ本体部Ｂは、外周形状が矩形状であって、隣り合う外側面間に面取り部４１が形成されている。なお、センサ本体部Ｂおよび外側フレーム部ＣおよびスリットＥについては後述する。

センサチップ１は、図５（ａ）に示すように、シリコン基板からなる支持基板１０１上のシリコン酸化膜からなる絶縁層（埋込酸化膜）１０２上にｎ形のシリコン層（活性層）１０３を有するＳＯＩウェハ１００を加工することにより形成してあり、第１のキャップ２は第１のシリコンウェハ２００（図６（ａ）参照）を加工することにより形成し、第２のキャップ３は第２のシリコンウェハ３００（図５（ｃ）参照）を加工することにより形成してある。

センサチップ１は、中央部に枠状（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の内側に配置される重り部１２が一表面（図１（ｂ）における左面）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。言い換えれば、センサチップ１は、枠状のフレーム部１１の内側に配置される重り部１２が重り部１２から四方へ延長された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。

フレーム部１１は、ＳＯＩウェハ１００の支持基板１０１、絶縁層１０２、シリコン層１０３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１００におけるシリコン層１０３を利用して形成してあり、フレーム部１１よりも十分に薄肉となっている。

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、上述のＳＯＩウェハ１００の支持基板１０１、絶縁層１０２、シリコン層１０３それぞれを利用して形成し、各付随部１２ｂは、ＳＯＩウェハ１００の支持基板１０１を利用して形成してある。しかして、センサチップ１の上記一表面側において各付随部１２ｂの表面（図１（ｂ）における左面）は、コア部１２ａの表面（図１（ｂ）における左面）を含む平面からセンサチップ１の上記他表面（図１（ｂ）における右面）側へ離間して位置している。なお、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絶縁膜１０４が形成されており、上記第１のキャップ２は絶縁膜２０４を介してセンサチップ１と接合されている。また、センサチップ１の各部の寸法については、重り部１２の付随部１２ｂの厚さを３００μｍ〜５００μｍ程度とし、各撓み部１３の長さを３００〜５００μｍ、各撓み部１３の幅を６０〜１５０μｍ、各撓み部１３の厚さを４〜１０μｍ程度としてあるが、これらの数値は特に限定するものではない。なお、加速度センサ素子Ａは、外形を１辺が３．０〜５．０ｍｍ程度の正方形状の形状とし、厚みを０．６ｍｍ〜１．０ｍｍ程度に設定してある。

また、重り部１２のコア部１２ａおよび各付随部１２ｂは、支持基板１０１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１０１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）における左右方向）への重り部１２の許容変位量分（例えば、１０μｍ〜３０μｍ程度）だけ薄くなっている。したがって、センサチップ１の上記他表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重り部１２と第２のキャップ３との間に形成される。一方、第１のキャップ２におけるセンサチップ１との対向面には、上記厚み方向への重り部１２の変位を可能する隙間を形成する（重り部１２の揺動空間を確保する）ための凹所２ａが形成されている。なお、凹所２ａの深さ寸法は、１０〜３０μｍ程度に設定してある。

ところで、図１（ａ），（ｂ）および図２それぞれの下側に示したように、センサチップ１の上記一表面に平行な面内でフレーム部１１の一辺に沿った一方向をｘ軸の正方向、この一辺に直交する辺に沿った一方向をｙ軸の正方向、センサチップ１の厚み方向の一方向をｚ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。なお、上述のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の３軸により規定した直交座標では、センサチップ１において上述のシリコン層１０３により形成された部分の表面における重り部１２の中心位置を原点としている。

重り部１２のコア部１２ａからｘ軸の正方向に延長された撓み部１３（図２の右側の撓み部１３）は、コア部１２ａ近傍に２つ１組のピエゾ抵抗Ｒｘ２，Ｒｘ４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Ｒｚ２が形成されている。一方、重り部１２のコア部１２ａからｘ軸の負方向に延長された撓み部１３（図２の左側の撓み部１３）は、コア部１２ａ近傍に２つ１組のピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ３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Ｒｚ３が形成されている。ここに、コア部１２ａ近傍に形成された４つのピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４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、平面形状が細長の長方形状であって、長手方向が撓み部１３の長手方向に一致するように形成してあり、図３（ａ）における左側のブリッジ回路Ｂｘを構成するように配線（センサチップ１に形成されている拡散層配線、金属配線など）によって接続されている。なお、ピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４は、ｘ軸方向の加速度がかかったときに撓み部１３において応力が集中する応力集中領域に形成されている。

また、重り部１２のコア部１２ａからｙ軸の正方向に延長された撓み部１３（図２の上側の撓み部１３）はコア部１２ａ近傍に２つ１組のピエゾ抵抗Ｒｙ１，Ｒｙ３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Ｒｚ１が形成されている。一方、重り部１２のコア部１２ａからｙ軸の負方向に延長された撓み部１３（図２の下側の撓み部１３）はコア部１２ａ近傍に２つ１組のピエゾ抵抗Ｒｙ２，Ｒｙ４が形成されるとともに、フレーム部１１側の端部に１つのピエゾ抵抗Ｒｚ４が形成されている。ここに、コア部１２ａ近傍に形成された４つのピエゾ抵抗Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４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、平面形状が細長の長方形状であって、長手方向が撓み部１３の長手方向に一致するように形成してあり、図３（ａ）における中央のブリッジ回路Ｂｙを構成するように配線（センサチップ１に形成されている拡散層配線、金属配線など）によって接続されている。なお、ピエゾ抵抗Ｒｙ１〜Ｒｙ４は、ｙ軸方向の加速度がかかったときに撓み部１３において応力が集中する応力集中領域に形成されている。

また、フレーム部１１近傍に形成された４つのピエゾ抵抗Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４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、図３（ａ）における右側のブリッジ回路Ｂｚを構成するように配線（センサチップ１に形成されている拡散層配線、金属配線など）によって接続されている。ただし、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Ｒｚ１，Ｒｚ４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Ｒｚ２，Ｒｚ３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。

上述の加速度センサの動作の一例について図４を参照しながら説明する。

いま、図４（ａ）に示すようにセンサチップ１に加速度がかかっていない状態で、センサチップ１に図４（ｂ）中の矢印Ｆ１の向き（つまり、ｘ軸の正方向）に加速度がかかったとすると、図４（ｂ）に示すように、同図中の矢印Ｆ２の向きに作用する重り部１２の慣性力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ｘ軸方向を長手方向とする撓み部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Ｒｘ１〜Ｒｘ４の抵抗値が変化することになる。この場合、ピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ３は引張応力を受け、ピエゾ抵抗Ｒｘ２，Ｒｘ４は圧縮応力を受ける。図４（ｂ）中における「＋」の記号は当該記号直下に形成されているピエゾ抵抗が引張応力を受けることを示し、「−」の記号は当該記号直下に形成されているピエゾ抵抗が圧縮応力を受けることを示しており、図４（ｃ）には図４（ｂ）の状態におけるｘ軸方向の応力分布を示してある。一般的にピエゾ抵抗は引張応力を受けると抵抗値（抵抗率）が増大し、圧縮応力を受けると抵抗値（抵抗率）が減少する特性を有しているので、ピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ３は抵抗値が増大し、ピエゾ抵抗Ｒｘ２，Ｒｘ４は抵抗値が減少することになる。したがって、図３（ａ）に示した一対の入力端子ＶＤＤ，ＧＮＤ間に外部電源から一定の直流電圧を印加しておけば、図３（ａ）に示した左側のブリッジ回路Ｂｘの出力端子Ｘ１，Ｘ２間の電位差がｘ軸方向の加速度の大きさに応じて変化する。同様に、ｙ軸方向の加速度がかかった場合には図３（ａ）に示した中央のブリッジ回路Ｂｙの出力端子Ｙ１，Ｙ２間の電位差がｙ軸方向の加速度の大きさに応じて変化し、ｚ軸方向の加速度がかかった場合には図３（ａ）に示した右側のブリッジ回路Ｂｚの出力端子Ｚ１，Ｚ２間の電位差がｚ軸方向の加速度の大きさに応じて変化する。

ここにおいて、センサチップ１にｘ軸の正方向（＋方向）の加速度がかかった場合、ｙ軸の正方向（＋方向）の加速度がかかった場合、ｚ軸の正方向（＋方向）の加速度がかかった場合それぞれについて、各ピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４それぞれの受ける応力を図３（ｂ）に示す。ただし、図３（ｂ）では、受ける応力が引張応力であるピエゾ抵抗の欄には「＋」、受ける応力が圧縮応力であるピエゾ抵抗の欄には「−」、応力を受けないピエゾ抵抗の欄には「０」を記してある。

しかして、本実施形態の加速度センサは、各ブリッジ回路Ｂｘ〜Ｂｚそれぞれの出力電圧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。本実施形態では、各ピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４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ゲージ抵抗を構成している。

なお、本実施形態の加速度センサでは、図３（ａ）に示すように、上述の３つのブリッジ回路Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚに共通の２つの入力端子ＶＤＤ，ＧＮＤと、ブリッジ回路Ｂｘの２つの出力端子Ｘ１，Ｘ２と、ブリッジ回路Ｂｙの２つの出力端子Ｙ１，Ｙ２と、ブリッジ回路Ｂｚの２つの出力端子Ｚ１，Ｚ２とを備えており、これらの各入力端子ＶＤＤ，ＧＮＤおよび各出力端子Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２，Ｚ１，Ｚ２は、上述の第１のキャップ２におけるセンサチップ１側とは反対側の表面にパッド２５として設けられており、第１のキャップ２には、センサチップ１の上記配線とパッド２５とを適宜接続する貫通配線（図示せず）が貫設されている。なお、第１のキャップ２における貫通配線およびパッド２５は上述の外側フレーム部Ｃに対応する部位に設けられている、
ところで、加速度センサ素子Ａは、上述のスリットＥを形成することにより、センサチップ１のフレーム部１１と外側フレーム部Ｃとが連結部Ｅを除いて分離されており、センサ本体部Ｂのうちセンサチップ１の中央部により構成されるセンサ部１０に、フレーム部１１と重り部１２と各撓み部１３とが形成されている。要するに、センサ部１０は、フレーム部１１の内側に配置される重り部１２が可撓性を有する撓み部１３を介してフレーム部１１に揺動自在に支持され撓み部１３にゲージ抵抗が設けられている。

また、加速度センサ素子Ａは、第１のキャップ２のうちセンサ部１０を覆う部分が、センサ部１０の厚み方向の一表面側に配置され周部がフレーム部１１に固着された第１のカバー部２０を構成し、第２のキャップ３のうちセンサ部１０を覆う部分が、センサ部１０の厚み方向の他表面側に配置され周部がフレーム部１１に固着された第２のカバー部３０を構成している。

以下、上述の加速度センサ素子Ａの製造方法について図５および図６を参照しながら説明する。

まず、上述のＳＯＩウェハ１００の一表面側（シリコン層１０３の表面側）に上記各ピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４および上記各拡散層配線をリソグラフィ技術、不純物拡散技術などを利用して形成し、その後、ＳＯＩウェハ１００の上記一表面側（以下、主表面側と称す）の全面に、シリコン酸化膜からなる絶縁膜１０４を形成し、更にその後、上記金属配線を形成することによって、図５（ａ）に示す構造を得る。なお、上述の金属配線は、当該金属配線の形成前に絶縁膜１０４に形成したコンタクトホールを通して上記拡散層配線と電気的に接続される。

その後、ＳＯＩウェハ１００の主表面側に、上述の絶縁膜１０４においてフレーム部１１、コア部１２ａ、各撓み部１３、外側フレーム部Ｃ、スリットＥ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、絶縁膜１０４の露出部分をエッチングすることで絶縁膜１０４をパターニングし、ＳＯＩウェハ１００を主表面側から絶縁層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、上記レジスト層を除去する。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く、エッチング条件としては、絶縁層１０２がエッチングストッパ層として機能するような条件を設定する。

上述の表面側パターニング工程の後、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、支持基板１０１において重り部１２に対応する部位をＳＯＩウェハ１００の裏面側から上記許容変位量分だけ薄くする。その後、ＳＯＩウェハ１００の裏面側に、支持基板１０１においてフレーム部１１、コア部１２ａ、各付随部１２ｂ、外側フレーム部Ｃ、スリットＥそれぞれに対応する部位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１００を裏面側から絶縁層１０２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う。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、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１０２がエッチングストッパ層として機能するような条件を設定する。

裏面側パターニング工程の後、裏面側パターニング工程で利用したレジスト層および上記絶縁膜１０４をエッチングマスクとして、絶縁層１０２のうちフレーム部１１、コア部１２ａ、外側フレーム部Ｃ、スリットＥそれぞれに対応する部位を残して不要部分をエッチング除去し、レジスト層を除去することによって、図５（ｂ）に示す構造を得る。

ＳＯＩウェハ１００の裏面側に第２のキャップ３の基礎となる上述の第２のシリコンウェハ３００を陽極接合することによって、図５（ｃ）に示す構造を得る。

その後、ＳＯＩウェハ１００の主表面側に第１のキャップ２の基礎となる上述の第１のシリコンウェハ２００を陽極接合することによって、図６（ａ）に示す構造を得る。ただし、第１のシリコンウェハ２００は、ＳＯＩウェハ１００に接合する前に、上記貫通配線および凹所２ａを形成しておく。

続いて、第１のシリコンウェハ２００および第２のシリコンウェハ３００それぞれを第１のキャップ２、第２のキャップ３それぞれの設定厚さまで薄くなるようにエッチングすることによって、図６（ｂ）に示す構造を得る。

その後、第１のシリコンウェハ２００の表面にシリコン酸化膜（図示せず）を形成し、当該シリコン酸化膜のうち上記貫通配線に対応する部位にコンタクトホールを形成してから、上記貫通配線とコンタクトホールを通して電気的に接続されるパッド２５を形成する。更にその後、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上記スリットＥを形成することによって、図６（ｃ）に示す構造を得る。

その後、ＳＯＩウェハ１００と両シリコンウェハ２００，３００との積層ウェハをダイシング工程により個々の加速度センサ素子Ａに分割すればよい。

次に、加速度センサ素子Ａを、パッケージ（図示せず）の内底面にエポキシ系樹脂もしくはシリコーン系樹脂からなる接着剤を用いて接着してから、各パッド２５をパッケージに設けられている端子と例えばボンディングワイヤを介して電気的に接続し、パッケージにパッケージ蓋を気密的に封着すればよい。なお、パッケージ蓋を用いる場合においては、あらかじめ電気配線もしくは回路パターンが形成されたパッケージ蓋を用意して、加速度センサ素子Ａをパッケージ蓋にフリップチップ実装するようにしてもよい。このようにフリップチップ実装する場合には、パッケージ蓋において加速度センサ素子Ａの各パッド２５に対向する部位にあらかじめバンプのような突起電極を形成しておけばよい。また、上述のダイシングを行う前に、パッケージ蓋を形成したウェハを上記積層ウェハに接合し、その後、ダイシングを行なうようにしてもよい。

以上説明した本実施形態の加速度センサでは、センサ本体部Ｂが連結部Ｄを介して外側フレーム部Ｃに支持され、センサ本体部Ｂの周囲には連結部Ｄを除いて外側フレーム部Ｃとの間にスリットＥが形成されているので、外側フレーム部Ｃのみをパッケージや実装基板などの外部部材と接着するようにすれば、センサ本体部Ｂを外部部材と接着する場合に比べて、外部部材からの熱応力などがセンサ本体部Ｂに伝わりにくくなるから、第１のカバー部２０および第２のカバー部３０を薄型化することによりセンサ全体の薄型化を図っても第１のカバー部２０および第２のカバー部３０にクラックが発生するのを防止することができる。また、外側フレーム部Ｃとセンサ本体部Ｂとの間のスリットＥが加速度センサ素子Ａの厚み方向に貫通しているので、スリットＥが厚み方向に貫通していない場合に比べて、外部部材からの熱応力などが第１のカバー部２０および第２のカバー部３０に、より伝わりにくくなる。ただし、スリットＥは必ずしも加速度センサ素子Ａの厚み方向に貫通している必要はない。

また、加速度センサ素子Ａは、センサ本体部Ｂの外周形状が矩形状であって、センサ本体部Ｂにおいて隣り合う外側面間に面取り部４１が形成されているので、センサ本体部Ｂの機械的強度を高めることができる。

なお、上述の実施形態では、重り部１２をコア部１２ａと４つの付随部１２ｂとで構成してあるが、コア部１２ａのみで重り部１２を構成してもよい。また、上述の実施形態では、ゲージ抵抗としてピエゾ抵抗を採用しているが、ゲージ抵抗としてカーボンナノチューブを採用してもよい。また、上述の実施形態では、センサチップ１がＳＯＩウェハ１００を加工することにより形成されているが、ＳＯＩウェハ１００に限らず、シリコンウェハなどの他の半導体ウェハを加工することにより形成してもよい。各キャップ２，３がそれぞれシリコンウェハ２００，３００を加工することにより形成されているが、シリコンと熱膨張係数が略等しいガラス基板を加工することにより形成してもよい。

実施形態を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＧ−Ｇ’概略断面図である。 同上におけるセンサ部１０の概略平面図である。 同上の動作説明図である。 同上の動作説明図である。 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。 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。 従来例を示す概略断面図である。 同上におけるセンサチップの概略斜視図である。

符号の説明

Ａ 加速度センサ素子
Ｂ センサ本体部
Ｃ 外側フレーム部
Ｄ 連結部
Ｅ スリット
１ センサチップ
２ 第１のキャップ
３ 第２のキャップ
１０ センサ部
１１ フレーム部
１２ 重り部
１２ａ コア部
１２ｂ 付随部
１３ 撓み部
２０ 第１のカバー部
３０ 第２のカバー部

Claims (3)

1. 枠状のフレーム部の内側に配置される重り部が可撓性を有する撓み部を介してフレーム部に揺動自在に支持され撓み部にゲージ抵抗が設けられたセンサ部と、センサ部の厚み方向の一表面側に配置され周部がフレーム部に固着された第１のカバー部と、センサ部の厚み方向の他表面側に配置され周部がフレーム部に固着された第２のカバー部とを具備するセンサ本体部を備えた加速度センサであって、センサ本体部が枠状の外側フレーム部の内側に配置されるとともにセンサ本体部が連結部を介して外側フレーム部に支持され、センサ本体部の周囲には連結部を除いて外側フレーム部との間にスリットが形成されてなることを特徴とする物理量センサ。
2. 前記スリットは、前記厚み方向に貫通していることを特徴とする請求項１記載の物理量センサ。
3. 前記センサ本体部は、外周形状が矩形状であって、隣り合う外側面間に面取り部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記載の物理量センサ。

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