JP2006317180A

JP2006317180A - Acceleration sensor

Info

Publication number: JP2006317180A
Application number: JP2005137619A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Wakabayashi; 大介若林; Hitoshi Yoshida; 仁吉田; Yasuji Konishi; 保司小西
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2005-05-10
Filing date: 2005-05-10
Publication date: 2006-11-24

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an acceleration sensor with its acceleration sensor chip downsized and with metallic wiring of the sensor chip prevented from being damaged by a spacer member in the process of bonding the sensor chip to a stopper. <P>SOLUTION: This acceleration sensor includes the acceleration sensor chip 1, a tabular stopper 2 disposed opposite to one surface of the sensor chip 1 to regulate excessive displacement of a weight part 12, the spacer member 8 provided between a peripheral part of the stopper 2 and a frame part 11 of the sensor chip 1, and a bond part 6 comprising a bonding agent for covering the spacer member 8 and bonding the peripheral part of the stopper 2 to the frame part 11 of the sensor chip 1. A protective film 17 made of an inorganic material is formed on the one surface side of the frame part 11 of the sensor chip 1 for protecting a portion of the metallic wiring 16 overlapping with the spacer member 8, out of the metallic wiring 16 electrically connected to a piezoresistance R which is a gauge resistance. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、加速度センサに関し、特に耐衝撃性に優れた加速度センサに関するものである。 The present invention relates to an acceleration sensor, and more particularly to an acceleration sensor excellent in impact resistance.

従来から、加速度センサとして、図９に示すように、加速度センサチップ１’と、加速度センサチップ１’のフレーム部１１’の一表面側（図９における上面側）の４隅に接着剤により固着され重り部１２’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２’と、一面が開放された箱状であって内底面に加速度センサチップ１’のフレーム部１１’が固着されたパッケージ３’と、パッケージ３’の上記一面を閉塞する矩形板状のパッケージ蓋４’とを備えたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, as an acceleration sensor, as shown in FIG. 9, the acceleration sensor chip 1 ′ and the frame portion 11 ′ of the acceleration sensor chip 1 ′ are fixed to the four corners on one surface side (the upper surface side in FIG. 9) with an adhesive. A stopper 2 ′ made of a rectangular plate-like glass substrate that restricts excessive displacement of the weight portion 12 ′ and a box shape with one surface open, and the frame portion 11 ′ of the acceleration sensor chip 1 ′ is fixed to the inner bottom surface A package including a package 3 ′ and a rectangular package lid 4 ′ that closes the one surface of the package 3 ′ has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

ここにおいて、加速度センサチップ１’は、図１０に示すように、矩形枠状のフレーム部１１’の内側に配置される重り部１２’が一表面側において可撓性を有する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ている。この加速度センサチップ１’は、互いに直交する３方向の加速度を検出可能な３軸加速度センサチップであって、図９および図１０それぞれの左側に示すように、加速度センサチップ１’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、加速度センサチップ１’の厚み方向をｚ軸方向と規定すれば、重り部１２’の変位により撓み部１３’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１３’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。なお、上述の加速度センサチップ１’は、１枚のＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェハに多数形成した後で個々の加速度センサチップ１’に分割されている。 Here, as shown in FIG. 10, the acceleration sensor chip 1 ′ has four flexible portions 13 in which a weight portion 12 ′ disposed inside a rectangular frame-shaped frame portion 11 ′ has flexibility on one surface side. It is supported by the frame portion 11 'through a swingable movement. This acceleration sensor chip 1 ′ is a three-axis acceleration sensor chip that can detect accelerations in three directions orthogonal to each other, and as shown on the left side of each of FIGS. 9 and 10, in the thickness direction of the acceleration sensor chip 1 ′. The direction along one side of the rectangular frame-shaped frame portion 11 ′ in the orthogonal plane is the x-axis direction, the direction along the side orthogonal to the one side is the y-axis direction, and the thickness direction of the acceleration sensor chip 1 ′ is the z-axis direction. If so, a piezoresistor R whose resistance value changes due to distortion generated in the flexure 13 ′ due to the displacement of the weight 12 ′ is formed at an appropriate position of each flexure 13 ′. Are connected by wiring (not shown) (diffusion layer wiring, metal wiring, etc.) so as to constitute a bridge circuit for detecting the acceleration of the. The acceleration sensor chip 1 'described above is formed on a single SOI (Silicon On Insulator) wafer and then divided into individual acceleration sensor chips 1'.

上述の加速度センサでは、ｚ軸方向の正方向への重り部１２’の過度な変位を規制するストッパ２’を備えているので、重り部１２’が過度に変位することがなく、撓み部１３’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２’を設けたことにより、ストッパ２’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。 Since the acceleration sensor includes the stopper 2 ′ that restricts excessive displacement of the weight portion 12 ′ in the positive z-axis direction, the weight portion 12 ′ is not excessively displaced, and the bending portion 13 is not displaced. 'Can be prevented from being damaged. In other words, the above-described acceleration sensor has an advantage that the shock resistance can be improved by providing the stopper 2 'as compared with the case where the stopper 2' is not provided.

ここにおいて、上述の加速度センサは、加速度がかかっていない状態におけるストッパ２’と加速度センサチップ１’の重り部１２’との間のギャップ長を５〜１０μｍの範囲で設定してあり、上述の加速度センサチップ１’のフレーム部１１’の４隅それぞれに所定深さ寸法の凹部を設け、この所定深さ寸法の設計値と上記ギャップ長の設計値との合計値を直径とする球状のスペーサ部材を混合した接着剤を上記凹部に塗布してストッパ２’とフレーム部１１’における凹部の形成部位とを固着している。ここで、上記特許文献１には、一例として、所定深さ寸法の設計値を１０μｍ、上記ギャップ長の設計値を５μｍとした場合に、球状のスペーサ部材の直径を１５μｍとすることが例示されている。 Here, in the acceleration sensor described above, the gap length between the stopper 2 ′ and the weight portion 12 ′ of the acceleration sensor chip 1 ′ in a state where no acceleration is applied is set in the range of 5 to 10 μm. Spherical spacers having recesses having a predetermined depth dimension at each of the four corners of the frame portion 11 ′ of the acceleration sensor chip 1 ′ and having a diameter that is the sum of the design value of the predetermined depth dimension and the design value of the gap length. An adhesive mixed with the members is applied to the concave portion to fix the stopper 2 'and the concave portion formation portion of the frame portion 11'. Here, in Patent Document 1, as an example, when the design value of the predetermined depth dimension is 10 μm and the design value of the gap length is 5 μm, the diameter of the spherical spacer member is 15 μm. ing.

なお、上述のようにストッパ２’を接着剤により加速度センサチップ１’のフレーム部１１’に固着した加速度センサでは、ガラス基板を加工して形成したストッパを加速度センサチップの一表面側へ陽極接合により固着したものに比べて、ガラスとシリコンとの熱膨張係数差に起因して撓み部１３’に生じる熱応力を低減でき、ブリッジ回路のオフセット電圧の温度依存性を小さくできるという利点がある。
特開２００４−２３３０７２号公報（段落〔００２５〕〜段落〔００２７〕、および図１〜図４） In the acceleration sensor in which the stopper 2 ′ is fixed to the frame portion 11 ′ of the acceleration sensor chip 1 ′ with an adhesive as described above, the stopper formed by processing the glass substrate is anodic bonded to one surface side of the acceleration sensor chip. Compared with the case of fixing by the above, there is an advantage that the thermal stress generated in the bending portion 13 ′ due to the difference in thermal expansion coefficient between glass and silicon can be reduced, and the temperature dependence of the offset voltage of the bridge circuit can be reduced.
JP 2004-233072 (paragraph [0025] to paragraph [0027] and FIGS. 1 to 4)

ところで、上述の加速度センサでは、加速度センサチップ１’におけるフレーム部１１’にも金属配線や拡散層配線の一部を引き回す必要があるが、加速度センサチップ１’のフレーム部１１’の４隅に上記ＳＯＩウェハの活性層の厚さ程度の凹部が形成されているので、金属配線や拡散層配線のパターン設計の制約が多く、加速度センサチップ１’のより一層の小型化が難しかった。 By the way, in the above-described acceleration sensor, it is necessary to route part of the metal wiring and diffusion layer wiring also in the frame portion 11 ′ of the acceleration sensor chip 1 ′. Since the concave portion about the thickness of the active layer of the SOI wafer is formed, there are many restrictions on the pattern design of the metal wiring and the diffusion layer wiring, and it is difficult to further reduce the size of the acceleration sensor chip 1 ′.

そこで、加速度センサチップ１’のフレーム部１１’に凹部を設けずに、図１１に示すように加速度センサチップ１のフレーム部１１’とストッパ２’の周部との間に上記ギャップ長に応じた厚みの板状のスペーサ部材８’を介在させるとともに、スペーサ部材８’を覆いストッパ２’の周部と加速度センサチップ１’のフレーム部１１’とを接着する接着剤からなる接着部６’を設けることが考えられる。 Therefore, without providing a recess in the frame portion 11 ′ of the acceleration sensor chip 1 ′, the gap length between the frame portion 11 ′ of the acceleration sensor chip 1 and the peripheral portion of the stopper 2 ′ as shown in FIG. A plate-shaped spacer member 8 'having a thickness of a thickness, and an adhesive portion 6' made of an adhesive that covers the spacer member 8 'and adheres the peripheral portion of the stopper 2' and the frame portion 11 'of the acceleration sensor chip 1'. It is conceivable to provide

しかしながら、図１１に示した構成では、加速度センサチップ１’の上記一表面側にスペーサ部材８’を載置した後で接着剤として用いる樹脂を滴下してから、ストッパ２’を載置し、ストッパ２’を加速度センサチップ１’側へ押し付けることでストッパ２’と加速度センサチップ１’とを接着するので、加速度センサチップ１’の上記一表面側に形成されている表面保護膜（例えば、熱酸化膜）１９’上の金属配線１６’がスペーサ部材８’によりダメージ（例えば、損傷による配線抵抗の増加、断線など）を受けてしまう恐れがあった。 However, in the configuration shown in FIG. 11, after the spacer member 8 ′ is placed on the one surface side of the acceleration sensor chip 1 ′, a resin used as an adhesive is dropped, and then the stopper 2 ′ is placed. Since the stopper 2 ′ and the acceleration sensor chip 1 ′ are bonded by pressing the stopper 2 ′ to the acceleration sensor chip 1 ′ side, a surface protective film (for example, formed on the one surface side of the acceleration sensor chip 1 ′ (for example, The metal wiring 16 'on the thermal oxide film 19' may be damaged (for example, increase in wiring resistance due to damage, disconnection, etc.) by the spacer member 8 '.

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、加速度センサチップの小型化が可能で、しかも、加速度センサチップとストッパとを接着する工程において加速度センサチップの金属配線がスペーサ部材によりダメージを受けるのを防止することが可能な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 an object of the present invention is to reduce the size of the acceleration sensor chip, and in addition, the metal wiring of the acceleration sensor chip is a spacer in the process of bonding the acceleration sensor chip and the stopper. An object of the present invention is to provide an acceleration sensor capable of preventing damage from a member.

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一表面側において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加速度センサチップと、加速度センサチップの前記一表面に対向配置され重り部の過度な変位を規制する平板状のストッパと、ストッパの周部と加速度センサチップのフレーム部との間に設けられたスペーサ部材と、スペーサ部材を覆いストッパの周部と加速度センサチップのフレーム部とを接着する接着剤からなる接着部とを備え、加速度センサチップのフレーム部には、ゲージ抵抗に電気的に接続された金属配線のうちスペーサ部材と重なる部分を保護する無機材料からなる保護膜が前記一表面側に形成されてなることを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, the weight portion disposed inside the frame-shaped frame portion is supported by the frame portion so as to be swingable via a flexible bending portion on one surface side, and the bending resistance has a gauge resistance. Provided between the provided acceleration sensor chip, a flat stopper that is disposed opposite to the one surface of the acceleration sensor chip and restricts excessive displacement of the weight part, and between the peripheral part of the stopper and the frame part of the acceleration sensor chip And a bonding portion made of an adhesive that covers the spacer member and bonds the peripheral portion of the stopper and the frame portion of the acceleration sensor chip. The frame portion of the acceleration sensor chip is electrically connected to the gauge resistance. A protective film made of an inorganic material for protecting a portion of the connected metal wiring that overlaps the spacer member is formed on the one surface side.

この発明によれば、ストッパの周部と加速度センサチップのフレーム部との間にスペーサ部材を設けてあるので、従来のように加速度センサチップのフレーム部に複数の凹部を形成して凹部の内底面とストッパとの間にスペーサ部材を設けた構成に比べて、金属配線や拡散層配線などの配線のパターン設計の自由度が高くなって加速度センサチップの小型化が可能となり、しかも、加速度センサチップのフレーム部にはゲージ抵抗に電気的に接続された金属配線のうちスペーサ部材と重なる部分を保護する保護膜が設けられているので、加速度センサチップとストッパとを接着する工程において加速度センサチップの金属配線がスペーサ部材によりダメージを受けるのを防止することが可能となる。また、保護膜が無機材料により形成されているので、ＣＶＤ法などの一般的な薄膜形成技術による成膜工程と、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たパターニング工程とを組み合わせることにより所定形状の保護膜を容易に形成することができる。 According to the present invention, since the spacer member is provided between the peripheral portion of the stopper and the frame portion of the acceleration sensor chip, a plurality of recesses are formed in the frame portion of the acceleration sensor chip as in the prior art, and the inside of the recesses is formed. Compared to a configuration in which a spacer member is provided between the bottom surface and the stopper, the degree of freedom in the design of wiring patterns such as metal wiring and diffusion layer wiring is increased, and the acceleration sensor chip can be downsized. Since a protective film for protecting a portion of the metal wiring electrically connected to the gauge resistor that overlaps the spacer member is provided on the frame portion of the chip, the acceleration sensor chip in the process of bonding the acceleration sensor chip and the stopper. It is possible to prevent the metal wiring from being damaged by the spacer member. In addition, since the protective film is formed of an inorganic material, a predetermined shape can be protected by combining a film forming process using a general thin film forming technique such as a CVD method and a patterning process using a photolithography technique and an etching technique. A film can be easily formed.

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記保護膜は、ＣＶＤ法により成膜したＳｉＯ_２膜であるＣＶＤ酸化膜をパターニングすることにより形成されてなることを特徴とする。 The invention of claim 2 is characterized in that, in the invention of claim 1, the protective film is formed by patterning a CVD oxide film which is a SiO ₂ film formed by a CVD method.

この発明によれば、前記保護膜をポリイミドなどの有機材料により形成する場合に比べて融点が高く強固であるという利点がある。 According to the present invention, there is an advantage that the protective film has a high melting point and is strong as compared with the case where the protective film is formed of an organic material such as polyimide.

請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記金属配線は、前記加速度センサチップの前記一表面側の熱酸化膜もしくは熱酸化膜と当該熱酸化膜に積層されたシリコン窒化膜との積層膜からなる表面保護膜上に形成されており、前記ＣＶＤ酸化膜は、表面保護膜に対して選択エッチングが可能なＳｉＯ_２膜であることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the metal wiring includes a thermal oxide film or a thermal oxide film on the one surface side of the acceleration sensor chip and a silicon nitride film laminated on the thermal oxide film. It is formed on a surface protective film made of a laminated film, and the CVD oxide film is a SiO ₂ film that can be selectively etched with respect to the surface protective film.

この発明によれば、前記ＣＶＤ酸化膜をパターニングする際に、前記ＣＶＤ酸化膜を表面保護膜に対して選択的にエッチングすることができるので、エッチングのエンドポイントの管理が容易となり、前記撓み部の厚みのばらつきを低減することができるから、感度などの特性ばらつきを低減することができる。 According to the present invention, when patterning the CVD oxide film, the CVD oxide film can be selectively etched with respect to the surface protective film. Therefore, variations in characteristics such as sensitivity can be reduced.

請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記ＣＶＤ酸化膜は、ＰＳＧ膜からなることを特徴とする。 The invention of claim 4 is the invention of claim 3, wherein the CVD oxide film is a PSG film.

この発明によれば、前記ＣＶＤ酸化膜をパターニングする際にエッチング選択比を比較的高くすることができる。 According to the present invention, the etching selectivity can be made relatively high when the CVD oxide film is patterned.

請求項５の発明は、請求項１の発明において、前記金属配線は、前記加速度センサチップの前記一表面側の熱酸化膜もしくは熱酸化膜と当該熱酸化膜に積層された第１のシリコン窒化膜との積層膜からなる表面保護膜上に形成されており、前記保護膜は、ＣＶＤ法により成膜したＳｉＯ_２膜であるＣＶＤ酸化膜と当該ＣＶＤ酸化膜に積層された第２のシリコン窒化膜との積層膜をパターニングすることにより形成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 aspect of the invention, the metal wiring includes a thermal oxide film on the one surface side of the acceleration sensor chip or a thermal oxide film and a first silicon nitride layer laminated on the thermal oxide film. The protective film is formed on a surface protective film made of a laminated film with the film, and the protective film is a CVD oxide film that is a SiO ₂ film formed by a CVD method and a second silicon nitride film laminated on the CVD oxide film. It is formed by patterning a laminated film with a film.

この発明によれば、前記保護膜がＣＶＤ酸化膜のみで形成されている場合に比べて、前記金属配線のうち前記保護膜に保護されている部分がダメージを受けにくくなるとともに外部から汚染されにくくなる。また、ＣＶＤ酸化膜と当該ＣＶＤ酸化膜に積層された第２のシリコン窒化膜との積層膜をパターニングする際に、まず、第２のシリコン窒化膜をパターニングしてから、パターニングされた第２のシリコン窒化膜をマスクとしてＣＶＤ酸化膜をパターニングするというプロセスを採用することが可能となる。 According to the present invention, compared to the case where the protective film is formed only of the CVD oxide film, the portion of the metal wiring that is protected by the protective film is less likely to be damaged and is not easily contaminated from the outside. Become. Further, when patterning the stacked film of the CVD oxide film and the second silicon nitride film stacked on the CVD oxide film, first, the second silicon nitride film is patterned, and then the patterned second A process of patterning the CVD oxide film using the silicon nitride film as a mask can be employed.

請求項６の発明は、請求項５の発明において、前記第２のシリコン窒化膜は、減圧ＣＶＤ法により成膜されてなることを特徴とする。 The invention of claim 6 is the invention of claim 5, wherein the second silicon nitride film is formed by a low pressure CVD method.

この発明によれば、前記第２のシリコン窒化膜が常圧ＣＶＤ法により成膜されている場合に比べて、前記ＣＶＤ酸化膜のエッチング時の前記第２のシリコン窒化膜の膜減りを低減することができ、前記保護膜の膜厚が薄くなりすぎるのを防止することができる。 According to the present invention, compared with the case where the second silicon nitride film is formed by the atmospheric pressure CVD method, the film loss of the second silicon nitride film during the etching of the CVD oxide film is reduced. It is possible to prevent the protective film from becoming too thin.

請求項７の発明は、請求項１の発明において、前記保護膜は、ＳＯＧ膜をパターニングすることにより形成されてなることを特徴とする。 According to a seventh aspect of the invention, in the first aspect of the invention, the protective film is formed by patterning an SOG film.

この発明によれば、前記保護膜をＣＶＤ酸化膜により形成する場合に比べて、前記保護膜の表面の平坦性を向上させることができる。 According to this invention, the flatness of the surface of the protective film can be improved as compared with the case where the protective film is formed of a CVD oxide film.

請求項８の発明は、請求項１の発明において、前記金属配線は、前記加速度センサチップの前記一表面側の熱酸化膜もしくは熱酸化膜と当該熱酸化膜に積層された第１のシリコン窒化膜との積層膜からなる表面保護膜上に形成されており、前記保護膜は、ＳＯＧ膜と当該ＳＯＧ膜に積層された第２のシリコン窒化膜との積層膜をパターニングすることにより形成されてなることを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the metal wiring includes a thermal oxide film or a thermal oxide film on the one surface side of the acceleration sensor chip and a first silicon nitride layer laminated on the thermal oxide film. The protective film is formed by patterning a laminated film of an SOG film and a second silicon nitride film laminated on the SOG film. It is characterized by becoming.

この発明によれば、前記保護膜がＳＯＧ膜のみで形成されている場合に比べて、前記金属配線のうち前記保護膜に保護されている部分がダメージを受けにくくなるとともに外部から汚染されにくくなる。また、ＳＯＧ膜と当該ＳＯＧ膜に積層された第２のシリコン窒化膜との積層膜をパターニングする際に、まず、第２のシリコン窒化膜をパターニングしてから、パターニングされた第２のシリコン窒化膜をマスクとしてＳＯＧ膜をパターニングするというプロセスを採用することが可能となる。 According to the present invention, compared to the case where the protective film is formed only of the SOG film, the portion of the metal wiring that is protected by the protective film is less likely to be damaged and is not easily contaminated from the outside. . Further, when patterning the stacked film of the SOG film and the second silicon nitride film stacked on the SOG film, the second silicon nitride film is first patterned and then the patterned second silicon nitride A process of patterning the SOG film using the film as a mask can be employed.

請求項９の発明は、請求項８の発明において、前記第２のシリコン窒化膜は、減圧ＣＶＤ法により成膜されてなることを特徴とする。 The invention of claim 9 is the invention of claim 8, wherein the second silicon nitride film is formed by a low pressure CVD method.

この発明によれば、前記第２のシリコン窒化膜が常圧ＣＶＤ法により成膜されている場合に比べて、前記ＳＯＧ膜のエッチング時の前記第２のシリコン窒化膜の膜減りを低減することができ、前記保護膜の膜厚が薄くなりすぎるのを防止することができる。 According to the present invention, compared with the case where the second silicon nitride film is formed by the atmospheric pressure CVD method, the film thickness reduction of the second silicon nitride film during the etching of the SOG film is reduced. It is possible to prevent the protective film from becoming too thin.

請求項１０の発明は、請求項１ないし請求項９の発明において、前記保護膜は、表面が平坦化されてなることを特徴とする。 According to a tenth aspect of the present invention, in the first to ninth aspects of the invention, the protective film has a flat surface.

この発明によれば、前記スペーサ部材が前記金属配線へダメージを与える可能性を低減できる。 According to this invention, the possibility that the spacer member damages the metal wiring can be reduced.

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、前記スペーサ部材は、球状の粒子であることを特徴とする。 The invention of claim 11 is characterized in that, in the invention of claims 1 to 10, the spacer member is a spherical particle.

この発明によれば、前記スペーサ部材を前記接着剤に予め混入させておくことできるので、前記スペーサ部材を前記加速度センサチップの前記フレーム部上に載置してから前記接着剤を滴下し、その後、前記ストッパを載置して前記ストッパの周部と前記加速度センサチップのフレーム部とを接着するというプロセスを採用する場合に比べて、製造工程が簡単になる。 According to this invention, since the spacer member can be mixed in the adhesive in advance, the adhesive is dropped after the spacer member is placed on the frame part of the acceleration sensor chip, and then The manufacturing process is simplified as compared with the case where a process of placing the stopper and bonding the peripheral portion of the stopper and the frame portion of the acceleration sensor chip is employed.

請求項１の発明では、加速度センサチップの小型化が可能で、しかも、加速度センサチップとストッパとを接着する工程において加速度センサチップの金属配線がスペーサ部材によりダメージを受けるのを防止することが可能になるという効果がある。 According to the first aspect of the present invention, the acceleration sensor chip can be reduced in size, and the acceleration sensor chip metal wiring can be prevented from being damaged by the spacer member in the process of bonding the acceleration sensor chip and the stopper. There is an effect of becoming.

（実施形態１）
図１に示す本実施形態の加速度センサについて説明するにあたって、まず、加速度センサチップ１について図２を参照しながら説明する。 (Embodiment 1)
In describing the acceleration sensor of this embodiment shown in FIG. 1, first, the acceleration sensor chip 1 will be described with reference to FIG.

加速度センサチップ１は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、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の矩形状の開口窓内に配置される重り部１２が一表面（図２（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。ここにおいて、加速度センサチップ１は、シリコン基板からなる支持基板上のシリコン酸化膜からなる絶縁層（埋込酸化膜）上にｎ形のシリコン層（活性層）を有するＳＯＩウェハを加工することにより形成してあり、フレーム部１１は、ＳＯＩウェハの支持基板、絶縁層、シリコン層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ウェハにおけるシリコン層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。なお、ＳＯＩウェハについては、支持基板の厚さを４００〜６００μｍ程度、絶縁層の厚さを０．３〜１．５μｍ程度、シリコン層の厚さを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。 As shown in FIGS. 2A and 2B, the acceleration sensor chip 1 includes a frame portion 11 having a frame shape (in this embodiment, a rectangular frame shape), and the frame portion 11 has a rectangular opening window. The weight portion 12 to be disposed is swingably supported by the frame portion 11 via four strip-like bent portions 13 having flexibility on one surface (upper surface in FIG. 2B) side. Here, the acceleration sensor chip 1 is obtained by processing an SOI wafer having an n-type silicon layer (active layer) on an insulating layer (buried oxide film) made of a silicon oxide film on a support substrate made of a silicon substrate. The frame portion 11 is formed by using an SOI wafer support substrate, an insulating layer, and a silicon layer. On the other hand, the bending portion 13 is formed using a silicon layer in the SOI wafer and is thinner than the frame portion 11. For the SOI wafer, the thickness of the support substrate is set to about 400 to 600 μm, the thickness of the insulating layer is set to about 0.3 to 1.5 μm, and the thickness of the silicon layer is set to about 4 to 6 μm. These numerical values are not particularly limited.

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、加速度センサチップ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、加速度センサチップ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、ＳＯＩウェハの支持基板、絶縁層、シリコン層それぞれを利用して形成し、各付随部１２ｂは、ＳＯＩウェハの支持基板を利用して形成してある。しかして、加速度センサチップ１の上記一表面側において各付随部１２ｂの表面は、コア部１２ａの表面を含む平面から加速度センサチップ１の他表面（図２（ｂ）における下面）側へ離間して位置している。 The weight portion 12 is continuous with each of the rectangular parallelepiped core portion 12a supported by the frame portion 11 via the four flexure portions 13 and the four corners of the core portion 12a when viewed from the one surface side of the acceleration sensor chip 1. And four accompanying parts 12b having a rectangular parallelepiped shape connected together. In other words, the weight portion 12 is formed integrally with the core portion 12a and the core portion 12a in which the other end portion of each bending portion 13 whose one end portion is connected to the inner side surface of the frame portion 11 is connected to the outer surface. It has four accompanying parts 12b arranged in the space between the part 12a and the frame part 11. That is, each of the accompanying portions 12b is a space surrounded by the frame portion 11 and the core portion 12a and the two bent portions 13 and 13 extending in a direction orthogonal to each other when viewed from the one surface side of the acceleration sensor chip 1. The slits 14 are formed between each of the accompanying portions 12b and the frame portion 11, and the interval between the adjacent accompanying portions 12b with the bending portion 13 interposed therebetween is longer than the width dimension of the bending portion 13. ing. Here, the core portion 12a is formed using a support substrate, an insulating layer, and a silicon layer of an SOI wafer, and each accompanying portion 12b is formed using a support substrate of the SOI wafer. Thus, on the one surface side of the acceleration sensor chip 1, the surface of each associated portion 12b is separated from the plane including the surface of the core portion 12a toward the other surface of the acceleration sensor chip 1 (the lower surface in FIG. 2B). Is located.

また、重り部１２のコア部１２ａおよび各付随部１２ｂは、支持基板を利用して形成されている部分の厚さがフレーム部１１において支持基板を利用して形成されている部分の厚さに比べて、加速度センサチップ１の厚み方向（図２（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、加速度センサチップ１のフレーム部１１をパッケージ（図示せず）の内底面に固着したときに、加速度センサチップ１の上記他表面側には加速度センサチップ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。 In addition, the core portion 12a and each associated portion 12b of the weight portion 12 have a thickness of a portion formed using the support substrate in a thickness of a portion formed using the support substrate in the frame portion 11. In comparison, the thickness of the acceleration sensor chip 1 is reduced by an allowable displacement amount of the weight portion 12 in the thickness direction (vertical direction in FIG. 2B). Therefore, when the frame portion 11 of the acceleration sensor chip 1 is fixed to the inner bottom surface of the package (not shown), the weight portion 12 in the thickness direction of the acceleration sensor chip 1 is formed on the other surface side of the acceleration sensor chip 1. A gap that allows displacement is formed.

ところで、図２（ａ），（ｂ）それぞれの右側に示したように、加速度センサチップ１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、加速度センサチップ１の厚み方向を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。ここで、加速度センサチップ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Ｒ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Ｒが２つずつ形成され各軸方向ごとにそれぞれ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１６、拡散層配線２１、パッケージを実装する回路基板からなる実装基板（図示せず）に形成されている導体パターン（回路パターン）などを介して適宜接続される。ここに、加速度センサチップ１の上記一表面側には、例えば熱酸化膜もしくは熱酸化膜と当該熱酸化膜上のシリコン窒化膜との積層膜からなる表面保護膜１９が形成されており、ピエゾ抵抗Ｒに電気的に接続されたパッド１５（図１（ａ）参照）がフレーム部１１に対応する部位で加速度センサチップ１の上記一表面側に設けられている。なお、金属配線１６と拡散層配線２１とはコンタクト部１８において電気的に接続されている。コンタクト部１８は、表面保護膜１９に開孔したコンタクトホールに金属配線１６の一部を埋め込むことにより形成されている。 By the way, as shown on the right side of each of FIGS. 2A and 2B, the direction along one side of the rectangular frame-shaped frame portion 11 in the plane orthogonal to the thickness direction of the acceleration sensor chip 1 is the x-axis direction, If the direction along the side perpendicular to the one side is defined as the y-axis direction and the thickness direction of the acceleration sensor chip 1 is defined as the z-axis direction, the weight portion 12 extends in the x-axis direction and sandwiches the core portion 12a. It is supported by the frame part 11 through one set of bending parts 13 and 13 and two sets of bending parts 13 and 13 that extend in the y-axis direction and sandwich the core part 12a. Here, in the acceleration sensor chip 1, two piezoresistors R for detecting acceleration in the x-axis direction are formed in the vicinity of the core portion 12a in the two flexures 13 and 13 whose longitudinal direction is the x-axis direction, Two piezoresistors R for detecting acceleration in the y-axis direction are formed in the vicinity of the core portion 12a in the two flexures 13 and 13 having the longitudinal direction in the y-axis direction, and four piezoresistors are provided for each axial direction. R is appropriately connected through a metal wiring 16, diffusion layer wiring 21, and a conductor pattern (circuit pattern) formed on a mounting board (not shown) including a circuit board on which a package is mounted so that R forms a bridge circuit. Is done. Here, on the one surface side of the acceleration sensor chip 1, a surface protective film 19 made of, for example, a thermal oxide film or a laminated film of a thermal oxide film and a silicon nitride film on the thermal oxide film is formed. A pad 15 (see FIG. 1A) electrically connected to the resistor R is provided on the one surface side of the acceleration sensor chip 1 at a portion corresponding to the frame portion 11. The metal wiring 16 and the diffusion layer wiring 21 are electrically connected at the contact portion 18. The contact portion 18 is formed by embedding a part of the metal wiring 16 in a contact hole opened in the surface protective film 19.

したがって、加速度センサチップ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加速度センサチップ１に作用したｘ軸方向、ｙ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軸方向それぞれの加速度に比例する電圧を得ることができる。なお、本実施形態では、各ピエゾ抵抗Ｒ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。また、本実施形態の加速度センサは、ｘ軸方向およびｙ軸方向それぞれの加速度を各別に検出することができる２軸加速度センサを構成しているが、ｚ軸方向の加速度を検出するために各撓み部１３におけるフレーム部１１近傍の適宜位置にピエゾ抵抗を形成して別途にブリッジ回路を構成することで３軸加速度センサを構成するようにしてもよい。 Therefore, when acceleration acts on the acceleration sensor chip 1, the weight portion 12 is displaced relative to the frame portion 11 in accordance with the direction and magnitude of the acceleration, and as a result, the bending portion 13 is bent and the piezoresistor R The resistance value will change. That is, by detecting a change in the resistance value of the piezoresistor R, the acceleration in the x-axis direction and the y-axis direction that act on the acceleration sensor chip 1 can be detected. In short, if an appropriate power source for detection is connected between one terminal at the diagonal position of each bridge circuit, a voltage between the other terminal at the diagonal position is detected, and appropriate correction is applied, the weight 12 is affected. A voltage proportional to the acceleration in each of the x-axis direction and the y-axis direction can be obtained. In the present embodiment, each piezoresistor R constitutes a gauge resistor whose resistivity changes due to strain generated in the bending portion 13 due to the displacement of the weight portion 12 with respect to the frame portion 11. In addition, the acceleration sensor according to the present embodiment constitutes a two-axis acceleration sensor that can individually detect the acceleration in the x-axis direction and the y-axis direction. A triaxial acceleration sensor may be configured by forming a piezoresistor at an appropriate position in the vicinity of the frame portion 11 in the bending portion 13 and separately configuring a bridge circuit.

本実施形態の加速度センサは、上述の加速度センサチップ１と、加速度センサチップ１の上記一表面に対向配置され重り部１２の過度な変位を規制する平板状（本実施形態では、矩形板状）のガラス基板からなるストッパ２と、ストッパ２の周部と加速度センサチップ１のフレーム部１１との間に設けられた複数個（本実施形態では、４個）の矩形板状のスペーサ部材８と、各スペーサ部材８それぞれを覆いストッパ２の周部と加速度センサチップ１のフレーム部１１とを接着する接着剤（例えば、シリコーン樹脂のようなシリコーン系樹脂など）からなる接着部６とを備えている。本実施形態の加速度センサの製造時には、、スペーサ部材８を加速度センサチップ１のフレーム部１１上に載置してから接着剤を滴下し、その後、ストッパ２を載置してストッパ２の周部と加速度センサチップ１のフレーム部１１とを接着すればよい。 The acceleration sensor according to the present embodiment has a flat plate shape (in the present embodiment, a rectangular plate shape) that is disposed so as to be opposed to the above-described one surface of the acceleration sensor chip 1 and restricts excessive displacement of the weight portion 12. A stopper 2 made of a glass substrate, and a plurality (four in this embodiment) of rectangular plate-like spacer members 8 provided between the peripheral portion of the stopper 2 and the frame portion 11 of the acceleration sensor chip 1; And an adhesive portion 6 made of an adhesive (for example, a silicone resin such as a silicone resin) that covers each spacer member 8 and adheres the peripheral portion of the stopper 2 and the frame portion 11 of the acceleration sensor chip 1. Yes. At the time of manufacturing the acceleration sensor according to the present embodiment, the adhesive is dropped after the spacer member 8 is placed on the frame portion 11 of the acceleration sensor chip 1, and then the stopper 2 is placed and the peripheral portion of the stopper 2 is placed. And the frame portion 11 of the acceleration sensor chip 1 may be bonded together.

ここにおいて、本実施形態では、４個のスペーサ部材８をストッパ２の四隅それぞれの近傍における加速度センサチップ１のフレーム部１１との対向面側に配置してあり、スペーサ部材８は、フレーム部１１においてパッド１５を設けていない２辺それぞれに２つずつ設けられている。なお、スペーサ部材８の厚みは、ストッパ２と重り部１２のコア部１２ａとの間の規定のギャップ長に応じて、例えば、１０μｍ〜２０μｍ程度の範囲内で適宜設定すればよい。ここに、スペーサ部材８は、例えば、シリコン基板やガラス基板などを加工することにより形成すればよい。 Here, in this embodiment, the four spacer members 8 are arranged on the side facing the frame portion 11 of the acceleration sensor chip 1 in the vicinity of each of the four corners of the stopper 2, and the spacer member 8 is the frame portion 11. 2 are provided on each of the two sides where the pad 15 is not provided. In addition, what is necessary is just to set the thickness of the spacer member 8 suitably in the range of about 10 micrometers-20 micrometers according to the regular gap length between the stopper 2 and the core part 12a of the weight part 12, for example. Here, the spacer member 8 may be formed by processing, for example, a silicon substrate or a glass substrate.

また、加速度センサチップ１は、矩形枠状のフレーム部１１の４辺のうちの２辺のみに上述のパッド１５を設けてあり、ストッパ２は、加速度センサチップ１のフレーム部１１に接着剤により固着した状態でフレーム部１１に設けられた各パッド１５が露出するように外周形状および外形寸法を設計してある。具体的には、加速度センサチップ１の外周形状を正方形状とする一方で、ストッパ２の外周形状を長方形状とし、ストッパ２の長辺の長さを加速度センサチップ１の一辺の長さよりもやや短く設定してある。したがって、ストッパ２を加速度センサチップ１に固着した後で、加速度センサチップ１の各パッド１５とパッケージの各端子パターンとをそれぞれボンディングワイヤを介して接続することができる。 The acceleration sensor chip 1 is provided with the above-described pad 15 on only two of the four sides of the rectangular frame-shaped frame portion 11, and the stopper 2 is attached to the frame portion 11 of the acceleration sensor chip 1 with an adhesive. The outer peripheral shape and outer dimensions are designed so that each pad 15 provided on the frame portion 11 is exposed in a fixed state. Specifically, while the outer peripheral shape of the acceleration sensor chip 1 is a square shape, the outer peripheral shape of the stopper 2 is a rectangular shape, and the length of the long side of the stopper 2 is slightly longer than the length of one side of the acceleration sensor chip 1. It is set short. Therefore, after the stopper 2 is fixed to the acceleration sensor chip 1, each pad 15 of the acceleration sensor chip 1 and each terminal pattern of the package can be connected via the bonding wires.

ところで、加速度センサチップ１のフレーム部１１には、ピエゾ抵抗Ｒに電気的に接続された金属配線１６のうちスペーサ部材８と重なる部分を保護する保護膜１７が上記一表面側に形成されている。ここにおいて、保護膜１７は、絶縁性を有する無機材料（例えば、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４など）により形成されている。本実施形態では、保護膜１７を無機材料により形成しているので、ＣＶＤ法などの一般的な薄膜形成技術による成膜工程と、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たパターニング工程とを組み合わせることにより所定形状の保護膜１７を容易に形成することができる。 By the way, a protective film 17 is formed on the one surface side of the frame portion 11 of the acceleration sensor chip 1 to protect the portion of the metal wiring 16 electrically connected to the piezoresistor R that overlaps the spacer member 8. . Here, the protective film 17 is formed of an insulating inorganic material (for example, SiO ₂ , Si ₃ N _4, etc.). In this embodiment, since the protective film 17 is formed of an inorganic material, by combining a film forming process using a general thin film forming technique such as a CVD method and a patterning process using a photolithography technique and an etching technique. The protective film 17 having a predetermined shape can be easily formed.

以下、上述の加速度センサの製造方法について説明するが、保護膜１７の形成工程以外の工程は周知なので簡単に説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing the above-described acceleration sensor will be described, but steps other than the step of forming the protective film 17 are well known and will be described briefly.

まず、上述のＳＯＩウェハの主表面側（シリコン層の表面側）に各ピエゾ抵抗Ｒおよび各拡散層配線２１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ウェハの上記主表面側の全面に表面保護膜１９を形成し、更にその後、表面保護膜１９に上記コンタクトホールを形成してから、金属配線１６を形成する。 First, each piezoresistor R and each diffusion layer wiring 21 are formed on the main surface side (the surface side of the silicon layer) of the above-described SOI wafer using a lithography technique, an impurity diffusion technique, and the like. The surface protective film 19 is formed on the entire surface side, and then the contact hole is formed in the surface protective film 19 and then the metal wiring 16 is formed.

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、ＳＯＩウェハの支持基板において重り部１２に対応する部位をＳＯＩウェハの裏面側から上記許容変位量分だけ薄くする。その後、ＳＯＩウェハの裏面側に、支持基板においてフレーム部１１、コア部１２ａ、各付随部１２ｂ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ウェハを裏面側から上記絶縁層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。 Thereafter, the portion corresponding to the weight portion 12 on the support substrate of the SOI wafer is thinned by the allowable displacement amount from the back side of the SOI wafer by using the photolithography technique and the etching technique. Thereafter, on the back side of the SOI wafer, a resist layer patterned so as to cover the portions corresponding to the frame portion 11, the core portion 12a, and the associated portions 12b in the support substrate and to expose other portions is formed. Using the resist layer as an etching mask, a back side patterning process is performed in which the SOI wafer is dry-etched substantially perpendicularly from the back side to a depth reaching the insulating layer.

裏面側パターニング工程の後、保護膜形成工程を行う。保護膜形成工程では、まず、ＳＯＩウェハの主表面側の全面に保護膜１７の基礎となるＳｉＯ_２膜２７（図３参照）をＣＶＤ法により成膜し、その後、ＳＯＩウェハの主表面側において保護膜１７形成用にパターニングされたレジスト層を形成する。続いて、レジスト層をマスクとしてＳｉＯ_２膜２７の不要部分をエッチングすることでそれぞれＳｉＯ_２膜２７の一部からなる保護膜１７を形成してから、レジスト層を除去するというプロセスを行う。ここにおいて、ＣＶＤ法により成膜したＳｉＯ_２膜２７であるＣＶＤ酸化膜は、フッ酸系薬液を用いてエッチングする時に表面保護膜１９に対するエッチング選択比を比較的大きくすることができるので、ＣＶＤ酸化膜２７をパターニングする際に、ＣＶＤ酸化膜２７を表面保護膜１９に対して選択的にエッチングすることができる。ここで、ＣＶＤ酸化膜２７としてＰＳＧ膜を採用した場合、例えば、フッ酸系薬液として、フッ酸とフッ化アンモニウムとを１：６で混合した緩衝フッ酸溶液（ＢＨＦ）を用い、室温でエッチングを行うようにすれば、表面保護膜１９が熱酸化膜のときには、エッチング選択比として１７程度の値を得ることができ、表面保護膜１９がプラズマＣＶＤ法により成膜されたシリコン窒化膜のときには、エッチング選択比として１７０程度の値を得ることができる。したがって、エッチングのエンドポイントの管理が容易となり、表面保護膜１９のうち撓み部１３に対応する部分がエッチングされるのを抑制することができ、結果的に、撓み部１３の厚みのばらつきを低減することができるから、感度などの特性ばらつきを低減することができる。 After the back side patterning step, a protective film forming step is performed. In the protective film forming step, first, a SiO ₂ film 27 (see FIG. 3) serving as the basis of the protective film 17 is formed on the entire main surface side of the SOI wafer by the CVD method, and then on the main surface side of the SOI wafer. A patterned resist layer is formed for forming the protective film 17. Subsequently, a process of removing the resist layer after forming the protective film 17 made of a part of the SiO ₂ film 27 by etching unnecessary portions of the SiO ₂ film 27 using the resist layer as a mask is performed. Here, the CVD oxide film, which is the SiO ₂ film 27 formed by the CVD method, can relatively increase the etching selectivity with respect to the surface protective film 19 when etching using a hydrofluoric acid chemical solution. When patterning the film 27, the CVD oxide film 27 can be selectively etched with respect to the surface protective film 19. Here, when a PSG film is employed as the CVD oxide film 27, for example, a buffered hydrofluoric acid solution (BHF) in which hydrofluoric acid and ammonium fluoride are mixed at a ratio of 1: 6 is used as a hydrofluoric acid chemical solution, and etching is performed at room temperature. When the surface protective film 19 is a thermal oxide film, an etching selectivity of about 17 can be obtained. When the surface protective film 19 is a silicon nitride film formed by plasma CVD, A value of about 170 can be obtained as the etching selectivity. Therefore, the management of the etching end point is facilitated, and the portion of the surface protective film 19 corresponding to the bent portion 13 can be prevented from being etched, and as a result, the variation in the thickness of the bent portion 13 is reduced. Therefore, variation in characteristics such as sensitivity can be reduced.

保護膜形成工程の後、ＳＯＩウェハの主表面側に、表面保護膜１９においてフレーム部１１、コア部１２ａ、各撓み部１３それぞれに対応する部位および各保護膜１７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を形成し、当該レジスト層をエッチングマスクとして、表面保護膜１９の露出部分をエッチングすることで表面保護膜１９をパターニングし、ＳＯＩウェハを主表面側から上記絶縁層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。その後、上記絶縁層のうちフレーム部１１、コア部１２ａ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。 After the protective film forming step, on the main surface side of the SOI wafer, in the surface protective film 19, the portions corresponding to the frame portion 11, the core portion 12a, and the respective bent portions 13 and the respective protective films 17 are covered to expose other portions. The resist layer thus patterned is formed, and the exposed portion of the surface protective film 19 is etched using the resist layer as an etching mask to pattern the surface protective film 19, and the SOI wafer is formed on the insulating layer from the main surface side. A surface-side patterning process is performed in which etching is performed to a depth reached. Thereafter, unnecessary portions of the insulating layer corresponding to the frame portion 11 and the core portion 12a are removed by etching, and the resist layer is removed.

その後、ＳＯＩウェハをダイシング工程により個々の加速度センサチップ１に分割してから、加速度センサチップ１のフレーム部１１における保護膜１７上にスペーサ部材８を載置してから、上記接着剤を塗布し、続いて、ストッパ２を加速度センサチップ１の上記一表面側に載置してストッパ２を加速度センサチップ１に近づけるように押しつければよい。 Thereafter, the SOI wafer is divided into individual acceleration sensor chips 1 by a dicing process, and then the spacer member 8 is placed on the protective film 17 in the frame portion 11 of the acceleration sensor chip 1 and then the adhesive is applied. Subsequently, the stopper 2 may be placed on the one surface side of the acceleration sensor chip 1 and pressed so as to approach the acceleration sensor chip 1.

次に、加速度センサチップ１を、パッケージ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１５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封着すればよい。 Next, after the acceleration sensor chip 1 is bonded to the inner bottom surface of the package using an adhesive made of epoxy resin or silicone resin, each pad 15 is connected to a terminal provided on the package and, for example, a bonding wire. And electrically connecting them and sealing the package lid to the package.

以上説明した本実施形態の加速度センサでは、ストッパ２の周部と加速度センサチップ１のフレーム部１１との間にスペーサ部材８を設けてあるので、従来のように加速度センサチップ１’のフレーム部１１’に複数の凹部を形成して凹部の内底面とストッパ２’との間にスペーサ部材を設けた構成に比べて、金属配線１６や拡散層配線２１などの配線のパターン設計の自由度が高くなって加速度センサチップ１の小型化が可能となる。しかも、加速度センサチップ１にはピエゾ抵抗Ｒに電気的に接続された金属配線１６のうちフレーム部１１に設けられスペーサ部材８と重なる部分を保護する保護膜１７が設けられているので、加速度センサチップ１とストッパ２とを接着する工程において加速度センサチップ１の金属配線１６がスペーサ部材８によりダメージを受けるのを防止することが可能となり、製造歩留まりの向上による低コスト化を図れる。また、保護膜１７が無機材料により形成されているので、ＣＶＤ法などの一般的な薄膜形成技術による成膜工程と、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たパターニング工程とを組み合わせることにより所定形状の保護膜１７を容易に形成することができる。また、上述のように、保護膜１７が、ＣＶＤ酸化膜２７をパターニングすることにより形成されている場合には、ポリイミドなどの有機材料により形成する場合に比べて融点が高く強固であるという利点がある。 In the acceleration sensor of the present embodiment described above, since the spacer member 8 is provided between the peripheral portion of the stopper 2 and the frame portion 11 of the acceleration sensor chip 1, the frame portion of the acceleration sensor chip 1 'is conventionally provided. Compared to a configuration in which a plurality of recesses are formed in 11 ′ and a spacer member is provided between the inner bottom surface of the recess and the stopper 2 ′, the degree of freedom in designing the pattern of the wiring such as the metal wiring 16 and the diffusion layer wiring 21 is increased. The acceleration sensor chip 1 can be downsized by increasing the height. In addition, since the acceleration sensor chip 1 is provided with a protective film 17 that protects a portion of the metal wiring 16 electrically connected to the piezoresistor R that is provided on the frame portion 11 and overlaps the spacer member 8. In the process of bonding the chip 1 and the stopper 2, it is possible to prevent the metal wiring 16 of the acceleration sensor chip 1 from being damaged by the spacer member 8, and the cost can be reduced by improving the manufacturing yield. In addition, since the protective film 17 is formed of an inorganic material, a film having a predetermined shape can be formed by combining a film forming process using a general thin film forming technique such as a CVD method and a patterning process using a photolithography technique and an etching technique. The protective film 17 can be easily formed. In addition, as described above, when the protective film 17 is formed by patterning the CVD oxide film 27, there is an advantage that the melting point is high and strong as compared with the case where the protective film 17 is formed of an organic material such as polyimide. is there.

ところで、保護膜１７の膜厚が比較的薄い場合には、金属配線１６の表面と表面保護膜１９の表面との間の段差に起因して図５に示すように保護膜１７の表面に凹凸が形成されてしまうので、スペーサ部材８が金属配線１６へダメージを与える可能性がある。そこで、保護膜１７を予め厚めに成膜してから、保護膜１７を研磨することで図４に示すように平坦化すれば、スペーサ部材８が金属配線１６へダメージを与える可能性を低減できる。なお、保護膜１７の表面を平坦化する技術は研磨に限らず周知の平坦化技術を適宜利用すればよい。 Incidentally, when the protective film 17 is relatively thin, the surface of the protective film 17 is uneven as shown in FIG. 5 due to a step between the surface of the metal wiring 16 and the surface of the surface protective film 19. As a result, the spacer member 8 may damage the metal wiring 16. Therefore, if the protective film 17 is formed thick in advance and then planarized as shown in FIG. 4 by polishing the protective film 17, the possibility that the spacer member 8 damages the metal wiring 16 can be reduced. . The technique for flattening the surface of the protective film 17 is not limited to polishing, and a known flattening technique may be used as appropriate.

また、上述の製造方法における保護膜形成工程は、上述のプロセスに限らず、例えば、ＳＯＩウェハの主表面側の全面に、有機溶剤に溶けたガラス溶液を回転塗布（スピンコート）し、加熱処理することによりＳＯＧ膜を成膜し、当該ＳＯＧ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それぞれＳＯＧ膜の一部からなる保護膜１７を形成するようにしてもよい。このように保護膜１７がＳＯＧ膜をパターニングすることにより形成されている場合には、保護膜１７をＣＶＤ酸化膜２７により形成する場合に比べて、保護膜１７の表面の平坦性を向上させることができる。 Further, the protective film forming step in the above manufacturing method is not limited to the above-described process. For example, a glass solution dissolved in an organic solvent is spin-coated (spin coated) on the entire main surface side of the SOI wafer, and heat treatment is performed. Thus, an SOG film may be formed, and the SOG film may be patterned using a photolithographic technique and an etching technique, thereby forming the protective film 17 made of a part of the SOG film. Thus, when the protective film 17 is formed by patterning the SOG film, the flatness of the surface of the protective film 17 is improved as compared with the case where the protective film 17 is formed by the CVD oxide film 27. Can do.

（実施形態２）
本実施形態の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６に示すように、保護膜１７が、所定形状にパターニングされたＣＶＤ酸化膜（例えば、ＰＳＧ膜）１７ａと当該ＣＶＤ酸化膜１７ａに積層されたシリコン窒化膜１７ｂとで構成されている点が相違する。なお、他の構成は実施形態１と同じなので、実施形態１と同じ構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。 (Embodiment 2)
The basic configuration of the acceleration sensor of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment. As shown in FIG. 6, the protective film 17 includes a CVD oxide film (for example, PSG film) 17a patterned in a predetermined shape and the protective film 17 The difference is that the silicon nitride film 17b is stacked on the CVD oxide film 17a. Since the other configuration is the same as that of the first embodiment, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

本実施形態の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における保護膜形成工程が相違している。すなわち、本実施形態における保護膜形成工程では、ＳＯＩウェハの主表面側の全面に上記ＣＶＤ酸化膜１７ａの基礎となるＣＶＤ酸化膜（例えば、ＰＳＧ膜）２７ａをＣＶＤ法により成膜し（図７（ａ））、その後、ＳＯＩウェハの主表面側の全面に上記シリコン窒化膜１７ｂの基礎となるシリコン窒化膜２７ｂをプラズマＣＶＤ法あるいは減圧ＣＶＤ法により成膜する（図７（ｂ））。次に、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シリコン窒化膜２７ｂをパターニングする（不要部分をエッチングする）ことにより、保護膜１７の一部を構成するシリコン窒化膜１７ｂを形成する（図７（ｃ））。その後、シリコン窒化膜１７ｂをマスクとして、ＣＶＤ酸化膜２７ａをパターニングする（不要部分をエッチングする）ことにより、保護膜１７の一部を構成するＣＶＤ酸化膜１７ａを形成する（図７（ｄ））。ここにおいて、ＣＶＤ酸化膜２７ａをフッ酸とフッ化アンモニウムとを１：６で混合した緩衝フッ酸溶液（ＢＨＦ）を用いて室温でエッチングする場合、プラズマＣＶＤ法により成膜したシリコン窒化膜とＰＳＧ膜とのエッチング速度比は、１：１７０程度であるのに対して、減圧ＣＶＤ法により成膜したシリコン窒化膜とＰＳＧ膜とのエッチング速度比は、１：１０００程度、減圧ＣＶＤ法により成膜したシリコン窒化膜とプラズマＣＶＤ法により成膜したシリコン窒化膜とのエッチング速度比は、１：６程度となる。したがって、シリコン窒化膜２７ｂを減圧ＣＶＤ法により成膜するようにすれば、シリコン窒化膜２７ｂをプラズマＣＶＤ法や常圧ＣＶＤ法により成膜する場合に比べて、ＣＶＤ酸化膜２７ａのエッチング時のシリコン窒化膜２７ｂの膜減りを低減することができ、保護膜１７の膜厚が薄くなりすぎるのを防止することができる。なお、上述の説明から明らかなように、本実施形態における保護膜形成工程では、ＣＶＤ酸化膜２７ａと当該ＣＶＤ酸化膜２７ａに積層されたシリコン窒化膜２７ｂとの積層膜をパターニングする際に、まず、シリコン窒化膜２７ｂをパターニングしてから、パターニングされた第２のシリコン窒化膜１７ｂをマスクとしてＣＶＤ酸化膜をパターニングするというプロセスを採用している。また、本実施形態では、表面保護膜１９を熱酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜により構成する場合に、表面保護膜１９のシリコン窒化膜が第１のシリコン窒化膜を構成し、ＣＶＤ酸化膜２７ａに積層されたシリコン窒化膜２７ｂが第２のシリコン窒化膜を構成している。 The acceleration sensor manufacturing method of the present embodiment is different in the protective film forming step in the manufacturing method described in the first embodiment. That is, in the protective film forming step in the present embodiment, a CVD oxide film (for example, PSG film) 27a serving as the basis of the CVD oxide film 17a is formed on the entire surface on the main surface side of the SOI wafer by the CVD method (FIG. 7). (A)) Thereafter, a silicon nitride film 27b serving as the basis of the silicon nitride film 17b is formed on the entire main surface side of the SOI wafer by a plasma CVD method or a low pressure CVD method (FIG. 7B). Next, the silicon nitride film 27b is patterned by using a photolithography technique and an etching technique (unnecessary portions are etched), thereby forming a silicon nitride film 17b constituting a part of the protective film 17 (FIG. 7 ( c)). Thereafter, using the silicon nitride film 17b as a mask, the CVD oxide film 27a is patterned (unnecessary portions are etched), thereby forming a CVD oxide film 17a constituting a part of the protective film 17 (FIG. 7D). . Here, when the CVD oxide film 27a is etched at room temperature using a buffered hydrofluoric acid solution (BHF) in which hydrofluoric acid and ammonium fluoride are mixed at a ratio of 1: 6, the silicon nitride film and PSG formed by the plasma CVD method are used. The etching rate ratio with the film is about 1: 170, whereas the etching rate ratio between the silicon nitride film and the PSG film formed by the low pressure CVD method is about 1: 1000, and the film is formed by the low pressure CVD method. The etching rate ratio between the formed silicon nitride film and the silicon nitride film formed by the plasma CVD method is about 1: 6. Therefore, if the silicon nitride film 27b is formed by the low pressure CVD method, silicon during the etching of the CVD oxide film 27a is compared with the case where the silicon nitride film 27b is formed by the plasma CVD method or the atmospheric pressure CVD method. The film loss of the nitride film 27b can be reduced, and the thickness of the protective film 17 can be prevented from becoming too thin. As is clear from the above description, in the protective film formation step in the present embodiment, when patterning the stacked film of the CVD oxide film 27a and the silicon nitride film 27b stacked on the CVD oxide film 27a, first, A process is employed in which the silicon nitride film 27b is patterned and then the CVD oxide film is patterned using the patterned second silicon nitride film 17b as a mask. In the present embodiment, when the surface protective film 19 is formed of a laminated film of a thermal oxide film and a silicon nitride film, the silicon nitride film of the surface protective film 19 forms the first silicon nitride film, and the CVD oxide The silicon nitride film 27b laminated on the film 27a constitutes a second silicon nitride film.

しかして、本実施形態の加速度センサでは、保護膜１７がＣＶＤ酸化膜１７ａのみで形成されている場合に比べて、金属配線１６のうち保護膜１７に保護されている部分がダメージを受けにくくなるとともに外部から汚染されにくくなる。 Thus, in the acceleration sensor according to the present embodiment, the portion of the metal wiring 16 that is protected by the protective film 17 is less likely to be damaged than when the protective film 17 is formed of only the CVD oxide film 17a. At the same time, it is less likely to be contaminated from the outside.

なお、上述のＣＶＤ酸化膜２７ａを成膜する工程の代わりに、ＳＯＧ膜を成膜する工程を採用してもよく、この場合には、保護膜１７が、ＳＯＧ膜と当該ＳＯＧ膜に積層されたシリコン窒化膜２７ｂとの積層膜をパターニングすることにより形成されることとなり、保護膜１７がＳＯＧ膜のみで形成されている場合に比べて、金属配線１６のうち保護膜１７に保護されている部分がダメージを受けにくくなるとともに外部から汚染されにくくなる。 Note that a step of forming an SOG film may be employed instead of the step of forming the above-described CVD oxide film 27a. In this case, the protective film 17 is laminated on the SOG film and the SOG film. The laminated film with the silicon nitride film 27b is formed by patterning, so that the protective film 17 is protected by the protective film 17 in the metal wiring 16 as compared with the case where the protective film 17 is formed only by the SOG film. The part is less likely to be damaged and less likely to be contaminated from the outside.

（実施形態３）
本実施形態の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８（ａ），（ｂ），に示すように、スペーサ部材８を球状の粒子により構成し、ストッパ２の四隅近傍それぞれにおいて複数個のスペーサ部材８が配置されている点が相違する。本実施形態におけるスペーサ部材８ｍｐ粒径は、上記ギャップ長に応じて、１０μｍ〜２０μｍ程度の範囲内で適宜設定すればよい。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。 (Embodiment 3)
The basic configuration of the acceleration sensor of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment. As shown in FIGS. 8A and 8B, the spacer member 8 is formed of spherical particles, and the four corners of the stopper 2 are formed. The difference is that a plurality of spacer members 8 are arranged in the vicinity. The particle diameter of the spacer member 8mp in the present embodiment may be appropriately set within a range of about 10 μm to 20 μm according to the gap length. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to Embodiment 1, and description is abbreviate | omitted.

しかして、本実施形態の加速度センサでは、ストッパ２と加速度センサチップ１とを接着する接着剤に複数のスペーサ部材８を予め混入させておくことできるので、実施形態１の加速度センサを製造する場合のように、スペーサ部材８を加速度センサチップ１のフレーム部１１上に載置してから接着剤を滴下し、その後、ストッパ２を載置してストッパ２の周部と加速度センサチップ１のフレーム部１１とを接着するというプロセスを採用する場合に比べて、製造工程が簡単になる。なお、実施形態２においても本実施形態と同様にスペーサ部材８を球状の粒子により構成してもよい。 Thus, in the acceleration sensor according to the present embodiment, a plurality of spacer members 8 can be mixed in advance in the adhesive that bonds the stopper 2 and the acceleration sensor chip 1, and therefore the acceleration sensor according to the first embodiment is manufactured. As described above, after the spacer member 8 is placed on the frame portion 11 of the acceleration sensor chip 1, the adhesive is dropped, and then the stopper 2 is placed to surround the stopper 2 and the frame of the acceleration sensor chip 1. Compared with the case where a process of bonding the part 11 is employed, the manufacturing process is simplified. In the second embodiment, the spacer member 8 may be composed of spherical particles as in the present embodiment.

ところで、上記各実施形態では、ストッパ２をガラス基板により構成しているが、シリコン基板により構成してもよく、ストッパ２としてシリコン基板を採用する場合には、ストッパ２としてガラス基板を採用する場合に比べて、所望の形状への加工が容易で低コスト化を図れる。 By the way, in each said embodiment, although the stopper 2 was comprised by the glass substrate, you may comprise by a silicon substrate, and when using a silicon substrate as the stopper 2, when using a glass substrate as the stopper 2 Compared to the above, processing into a desired shape is easy and cost reduction can be achieved.

なお、上記各実施形態では、ＳＯＩウェハを用いて形成した加速度センサチップ１について例示したが、加速度センサチップ１はＳＯＩウェハに限らず、例えばシリコン基板を用いて形成してもよい。また、加速度センサチップ１および重り部１２それぞれの形状も特に限定するものではなく、重り部１２が加速度センサチップ１の厚み方向へ変位可能な構造のものであれば、重り部１２を一方向のみから片持ちで支持した１軸の加速度を検出する加速度センサチップでもよい。また、撓み部１３に設けるゲージ抵抗もピエゾ抵抗Ｒに限らず、例えばカーボンナノチューブを採用してもよい。 In each of the above-described embodiments, the acceleration sensor chip 1 formed using an SOI wafer is exemplified. However, the acceleration sensor chip 1 is not limited to the SOI wafer, and may be formed using, for example, a silicon substrate. Further, the shape of each of the acceleration sensor chip 1 and the weight part 12 is not particularly limited. If the weight part 12 has a structure that can be displaced in the thickness direction of the acceleration sensor chip 1, the weight part 12 is arranged only in one direction. Alternatively, an acceleration sensor chip that detects uniaxial acceleration supported in a cantilever manner may be used. Further, the gauge resistance provided in the bending portion 13 is not limited to the piezoresistor R, and for example, a carbon nanotube may be adopted.

実施形態１を示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図である。Embodiment 1 is shown, (a) is a schematic cross-sectional view, and (b) is a schematic cross-sectional view along A-A ′ of (a). 同上における加速度センサチップを示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’概略断面図である。The acceleration sensor chip | tip in the same as the above is shown, (a) is a schematic plan view, (b) is a B-B 'schematic sectional view of (a). 同上の製造方法の説明図である。It is explanatory drawing of a manufacturing method same as the above. 同上の要部概略断面図である。It is a principal part schematic sectional drawing same as the above. 同上の要部概略断面図である。It is a principal part schematic sectional drawing same as the above. 実施形態２を示す概略断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a second embodiment. 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。It is principal process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method same as the above. 実施形態３を示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ’概略断面図である。Embodiment 3 is shown, (a) is a schematic cross-sectional view, (b) is a C-C 'schematic cross-sectional view of (a). 従来例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows a prior art example. 同上における加速度センサチップの概略斜視図である。It is a schematic perspective view of the acceleration sensor chip in the same as the above. 他の従来例を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows another prior art example.

Explanation of symbols

１加速度センサチップ
２ストッパ
６接着部
８スペーサ部材
１１フレーム部
１２重り部
１３撓み部
１４スリット
１５パッド
１６金属配線
１７保護膜
１８コンタクト部
２１拡散層配線
Ｒピエゾ抵抗 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Acceleration sensor chip 2 Stopper 6 Bonding part 8 Spacer member 11 Frame part 12 Weight part 13 Deflection part 14 Slit 15 Pad 16 Metal wiring 17 Protective film 18 Contact part 21 Diffusion layer wiring R Piezoresistor

Claims

An acceleration sensor chip in which a weight portion disposed inside a frame-like frame portion is swingably supported by the frame portion via a flexible bending portion on one surface side, and a gauge resistance is provided in the bending portion; A flat plate-like stopper that is disposed opposite to the one surface of the acceleration sensor chip and restricts excessive displacement of the weight portion, a spacer member provided between the peripheral portion of the stopper and the frame portion of the acceleration sensor chip, and a spacer An adhesive portion made of an adhesive that covers the member and adheres the peripheral portion of the stopper and the frame portion of the acceleration sensor chip, and the frame portion of the acceleration sensor chip includes metal wiring electrically connected to the gauge resistor. An acceleration sensor, wherein a protective film made of an inorganic material that protects a portion overlapping with a spacer member is formed on the one surface side.

_2. The acceleration sensor according to claim 1, wherein the protective film is formed by patterning a CVD oxide film that is a SiO2 film formed by a CVD method.

The metal wiring is formed on a surface protective film composed of a thermal oxide film on the one surface side of the acceleration sensor chip or a laminated film of a silicon nitride film laminated on the thermal oxide film, The acceleration sensor according to claim 2, wherein the CVD oxide film is a SiO ₂ film that can be selectively etched with respect to the surface protective film.

4. The acceleration sensor according to claim 3, wherein the CVD oxide film is a PSG film.

The metal wiring is formed on a surface protective film made of a thermal oxide film on the one surface side of the acceleration sensor chip or a laminated film of a first silicon nitride film laminated on the thermal oxide film. The protective film is formed by patterning a stacked film of a CVD oxide film, which is a SiO ₂ film formed by a CVD method, and a second silicon nitride film stacked on the CVD oxide film. The acceleration sensor according to claim 1.

6. The acceleration sensor according to claim 5, wherein the second silicon nitride film is formed by a low pressure CVD method.

The acceleration sensor according to claim 1, wherein the protective film is formed by patterning an SOG film.

The metal wiring is formed on a surface protective film made of a thermal oxide film on the one surface side of the acceleration sensor chip or a laminated film of a first silicon nitride film laminated on the thermal oxide film. 2. The acceleration sensor according to claim 1, wherein the protective film is formed by patterning a laminated film of an SOG film and a second silicon nitride film laminated on the SOG film.

9. The acceleration sensor according to claim 8, wherein the second silicon nitride film is formed by a low pressure CVD method.

The acceleration sensor according to claim 1, wherein the protective film has a flat surface.

The acceleration sensor according to claim 1, wherein the spacer member is a spherical particle.