JP2008070284A - 半導体センサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体センサにおいて、カバー板を支持部に取り付けるための陽極接合時に静電気力によって錘部とカバー板が貼り付くのを防止し、貼り付いても容易に剥がすことができるようにする。
【解決手段】半導体センサ１は、錘部４と、錘部４の周囲に設けられた支持部６と、錘部４と支持部６の間で支持部６の一表面側に設けられた可撓部８と、可撓部８に設けられたピエゾ抵抗体１０と、錘部４上及び可撓部８上に、錘部４及び可撓部８とは間隔をもって設けられたカバー板２４と、錘部４のカバー板２４が設けられている表面上に設けられた錘側突起部２１と、カバー板２４の錘部４に対向する内側面に錘側突起部２１に対向して設けられたカバー側突起部２４ｂを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体加速度センサや半導体角速度センサなどピエゾ抵抗体を用いた半導体センサ及びその製造方法に関するものである。
半導体センサは、例えば走行中の自動車に加わる進行方向又は横方向の加速度の測定やビデオカメラの手ぶれ測定などに用いられる。

半導体センサとして、シリコン単結晶ウェハの表面にＩＣ（integrated circuit）製造技術と同様の方法でピエゾ抵抗体を形成し、これを歪ゲージとして用いるものがある（例えば特許文献１を参照。）。ピエゾ抵抗体を利用した半導体センサは、ピエゾ抵抗体が形成された領域のシリコンウェハの裏面にエッチングなどによって凹部を設けて薄肉な可撓部を設けて、可撓部が加速度で変形するようにし、その変形によって変化するピエゾ抵抗体の抵抗値を測定することで、加速度に対応する電気信号を得る。

半導体センサには、可撓部を撓みやすくするために錘部が設けられている。錘部の周囲には支持部が設けられており、可撓部の一端は錘部に固定されており他端は支持部に固定されている。支持部にはピエゾ抵抗体に電気的に接続された金属配線パターン及び電極パッドが形成されている。

また、強い衝撃によって可撓部が損傷するのを防止するために、錘部の移動距離を規制するためのカバー板が可撓部及び錘部とは間隔をもって配置されているものがある（例えば特許文献２、特許文献３及び特許文献４を参照。）。
特許文献２に記載されている半導体センサでは、支持部表面の複数箇所にカバー板を固定するための凹部を設け、その凹部において接着剤を用いて支持部にカバー板を固定して可撓部上及び錘部上にカバー板を配置している。
また、特許文献３及び４に記載されている半導体センサでは、カバー板を陽極接合により支持部表面に固定している。

図９は従来の半導体センサの一例を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ’位置での断面図、（Ｃ）は陽極接合時の状態を示す断面図である。
半導体センサ１ａは、シリコン層２ａと、シリコン層２ａ下に形成された絶縁層２ｂと、絶縁層２ｂ下に形成されたシリコン層２ｃにより構成されるＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板２により形成されている。
ＳＯＩ基板２からなる枠状の支持部６のＳＯＩ基板２の一表面側に連続してシリコン層２ａからなる可撓部８が形成されている。可撓部８のシリコン層２ａにピエゾ抵抗体１０が形成されている。
支持部６の中央側に、支持部６とは間隔をもって錘部４が配置されている。錘部４の一表面側はシリコン層２ａによって可撓部８と連続して形成されており、錘部４は可撓部８によって支持されている。

ＳＯＩ基板２の一表面に絶縁膜１２が形成されている。図９（Ａ）では便宜上、ピエゾ抵抗体１０を図示している。絶縁膜１２上には、複数の金属配線パターン２０及び複数の電極パッド１６が形成されており、絶縁膜１２に形成されているスルーホール１２ａを介してピエゾ抵抗体１０と電気的に接続されている。
金属配線パターン２０の形成領域を含んで絶縁膜１２上に保護膜２１（（Ａ）での図示は省略）が形成されている。電極パッド１６上の保護膜２１には開口部が形成されており、電極パッド１６の表面は露出している。
支持部６の裏面にガラス基板３が陽極接合により接合されている。錘部４の端面とガラス基板３は間隔をもっている。

支持部６表面の周囲部にはカバー板固定領域１８が設けられており、ガラス基板からなるカバー板２４がカバー板固定領域１８に陽極接合により固定されている。カバー板２４は下面中央部に凹部２４ａが形成されており、凹部２４ａ表面は錘部４及び可撓部８とは間隔をもっている。

特許第２６７００４８号公報 特開２００４−２３３０８０号公報 特開２００４−２５７８３２号公報 特開２００４−２３３０７２号公報 特開２００３−０３７１７９号公報

図９を用いて説明した従来の半導体センサでは、カバー板２４が支持部６に設けられたカバー板固定領域１８に陽極接合により接合されている。陽極接合は接着剤や溶着ガラスによる接合に比べて工程が簡素であり、安定した接合強度を得ることができる。

しかし、陽極接合によりカバー板２４を支持部６に固定する際、接合時に印加する直流電流によって静電気力が生じ、錘部４がカバー板２４に吸い寄せられて凹部２４ａの底部に貼り付いてしまうという問題があった（図９（Ｃ）参照）。例えば、ビーズブラスト加工処理を用いてカバー板２４の凹部２４ａの底面に租面加工を施しても、錘部４が貼り付くのを防止することができない。また、ビーズブラスト加工では加工深さ以上の厚みのマスクが必要であり、ドライフィルムレジストを使用する必要がある。したがって、液体レジストを用いてマスクを形成する方法に比べると製造コストが高くなるという問題もあった。

陽極接合によって錘部がカバー板に貼り付いた場合、接合時とは逆バイアスの電界を加えたり、静電気の除電処理を行なったりしてもカバー板から錘部を容易には外すことができない。超音波洗浄やファインジェット処理による振動エネルギによって錘部をカバー板から外すことは可能であるが、この方法では可撓部が折れてしまう可能性が大きく、歩留まりが低下してしまうという問題があった。
錘部とカバー板の間隔を大きくとって錘部がカバー板に貼り付くのを防止することも考えられるが、この場合には、接合時に静電気力によって錘部がカバー板に引き寄せられ、可撓部が折れてしまうという問題が生じる。

そこで本発明は、半導体センサ及びその製造方法において、カバー板を支持部に取り付けるための陽極接合時に静電気力によって錘部とカバー板が貼り付くのを防止し、貼り付いても容易に剥がすことができる半導体センサ及びその製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明にかかる半導体センサは、錘部と、上記錘部の周囲に設けられ、少なくともシリコン層をもつ支持部と、上記錘部と上記支持部の間で上記支持部の一表面側に設けられ、上記錘部を支持するための可撓部と、上記可撓部に設けられたピエゾ抵抗体と、少なくとも上記支持部の上記一表面上に形成され、上記ピエゾ抵抗体と電気的に接続された金属配線パターン及び電極パッドと、上記錘部及び上記可撓部の上方に、上記錘部及び上記可撓部とは間隔をもって上記支持部の上記一表面側に配置され、上記支持部の上記一表面に設けられたカバー板固定領域に固定されたカバー板を備えた半導体センサであって、一表面側の上記錘部の表面上に設けられた１つ又は複数の錘側突起部と、上記カバー板の上記錘部に対向する内側面に上記錘側突起部に対向して設けられた１つ又は複数のカバー側突起部を備えているものである。

上記カバー側突起部の上記カバー板の上記内側面からの高さは上記カバー板固定領域に対応するカバー板部分の上記内側面からの高さに比べて低く形成されている例を挙げることができる。
また、上記錘側突起部は、上方から見て上記錘部の重心の真上近傍の前記一表面に配置されている例を挙げることができる。

また、上記錘側突起部及び上記カバー側突起部を１組だけ備えているようにしてもよい。
また、複数組の前記錘側突起部及び前記カバー側突起部を備えているようにしてもよい。

また、上記カバー板はレーザ光を透過する程度に透明であり、上記錘側突起部は金属材料を含んでいる例を挙げることができる。
さらに、上記錘側突起部の金属材料は上記金属配線パターンと同じ金属材料であり、上記錘側突起部は上記金属配線パターンと同時に形成されたものであるようにしてもよい。

また、上記カバー板はレーザ光を透過する程度に透明であり、上記錘側突起部はシリコン膜を含んでいる例を挙げることができる。

本発明にかかる半導体センサの製造方法は、本発明の半導体センサの製造方法であって、カバー板はレーザ光を透過する程度に透明であり、錘側突起部は金属材料又はシリコン膜を含んでいる本発明の半導体センサの製造工程において、上記カバー板を支持部に陽極接合により固定した後、上記カバー板を介して上記カバー側突起部及び上記錘側突起部にレーザ光を照射する工程を含む。

本発明の半導体センサでは、錘部の表面上に設けられた１つ又は複数の錘側突起部と、カバー板の錘部に対向する内側面に錘側突起部に対向して設けられた１つ又は複数のカバー側突起部を備えているようにしたので、陽極接合時の静電気力によって錘部がカバー板に吸い寄せられたときに両突起部が接触する。ここで、錘側突起部上に絶縁膜が形成されている場合は錘側突起部上の絶縁膜とカバー側突起部が接触する。したがって、両突起部がない場合に比べて錘部及びカバー板が接触する面積を小さくすることができ、静電気力によって錘部とカバー板が貼り付くのを防止し、貼り付いても軽い振動や衝撃を与える等により容易に剥がすことができる。

本発明の半導体センサにおいて、カバー側突起部のカバー板の内側面からの高さはカバー板固定領域に対応するカバー板部分の内側面からの高さに比べて低く形成されているようにすれば、カバー板が支持部に固定されている状態でカバー側突起部と錘側突起部の間に所定の間隔を形成することができる。

また、錘側突起部は、上方から見て錘部の重心の真上近傍の上記一表面に配置されているようにすれば、上方から見て錘部の重心の真上の上記一表面は陽極接合時に最もカバー板側に吸い寄せられやすい部分なので、錘部とカバー板が貼り付くのを確実に防止することができる。

また、錘側突起部及びカバー側突起部を１組だけ備えているようにすれば、錘側突起部及びカバー側突起部が複数組設けられている場合に比べて、陽極接合時に錘側突起部とカバー側突起部が接触する面積を小さくすることができ、錘部とカバー板が貼り付くのを防止し、貼り付いても容易に剥がすことができる。

また、複数組の錘側突起部及びカバー側突起部を備えているようにすれば、陽極接合時に錘部とカバー板が貼り付くのを複数の箇所で防止することができる。

また、カバー板はレーザ光を透過する程度に透明であり、錘側突起部は金属材料を含んでいるようにすれば、陽極接合時に錘側突起部とカバー側突起部が貼り付いてしまった場合であっても、カバー板を介してカバー側突起部及び錘側突起部にレーザ光を照射して錘側突起部を破壊することにより、カバー側突起部と錘側突起部を剥がすことができる。

さらに、錘側突起部の金属材料は金属配線パターンと同じ金属材料であり、錘側突起部は金属配線パターンと同時に形成されたものであるようにすれば、製造工程を増加させることなく、錘側突起部を形成することができる。

また、カバー板はレーザ光を透過する程度に透明であり、錘側突起部はシリコン膜を含んでいるようにすれば、陽極接合時に錘側突起部とカバー側突起部が貼り付いてしまった場合であっても、カバー板を介してカバー側突起部及び錘側突起部にレーザ光を照射して錘側突起部を破壊することにより、カバー側突起部と錘側突起部を剥がすことができる。

本発明の半導体センサの製造方法では、カバー板はレーザ光を透過する程度に透明であり、錘側突起部は金属材料又はシリコン膜を含んでいる本発明の半導体センサの製造工程において、カバー板を支持部に陽極接合により固定した後、カバー板を介してカバー側突起部及び錘側突起部にレーザ光を照射する工程を含むようにしたので、陽極接合時に錘側突起部とカバー側突起部が貼り付いてしまった場合であっても、カバー板を介してカバー側突起部及び錘側突起部にレーザ光を照射して錘側突起部を破壊することにより、カバー側突起部と錘側突起部を剥がすことができる。

図１は半導体センサの一実施例を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ’位置での断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＢ−Ｂ’位置での断面図である。図２は図１の半導体センサで配線として用いる不純物拡散層２８の近傍を拡大して示す断面図である。図１及び図２を参照してこの実施例を説明する。

半導体センサ１は、例えば平面サイズが２.０×２.５ｍｍ（ミリメートル）、厚みが４００μｍ（マイクロメートル）のＳＯＩ基板２により構成されている。ＳＯＩ基板２は上面側に位置するシリコン層２ａと、シリコン層２ａ下に形成された絶縁層２ｂと、絶縁層２ｂ下に形成されたシリコン層２ｃから構成されている。シリコン層２ａは例えばリンなどのＮ型不純物イオンが導入されてＮ型になっている。

上方から見てＳＯＩ基板２の中央部に、加速度が加わると変位する錘部４が形成されている。錘部４はシリコン層２ａ、絶縁層２ｂ及びシリコン層２ｃによって形成されている。
錘部４の周囲に錘部４とは間隔をもって設けられ、錘部４を支持するための枠状の支持部６が形成されている。支持部６はシリコン層２ａ、絶縁層２ｂ及びシリコン層２ｃによって形成されている。
支持部６のシリコン層２ｂの下面にガラス基板からなる台座７が錘部４の下面とは間隔をもって陽極接合により接合されている。

ＳＯＩ基板２の一表面側に、一端が錘部４に接続され他端が支持部６に接続された可撓部８が形成されている。可撓部８はシリコン層２ａによって形成されている。
可撓部８において、可撓部８の歪に応じて抵抗値が変化するピエゾ抵抗体１０がシリコン層２ａに形成されている。ピエゾ抵抗体１０は例えばＰ型不純物イオンであるボロンが導入されて形成されたＰ型拡散層によって形成されている。

錘部４、支持部６及び可撓部８はシリコン層２ａによって連結されている。これにより、錘部４は可撓部８を介して支持部６に支持されている。錘部４が支持部６に対して変位すると、可撓部８は変形し、ピエゾ抵抗体１０の抵抗値が変化する。

シリコン層２ａ表面に、例えば膜厚が０.８μｍのＮＳＧ（non-doped silicon glass）膜又はＢＰＳＧ（boron phosphorus silicon glass）膜からなる絶縁膜１２が形成されている。絶縁膜１２上に、例えば膜厚が１.０μｍのアルミニウムからなる複数の金属配線パターン１４及び複数の電極パッド１６が形成されている。電極パッド１６は支持部６の一端の周縁部近傍に並んで配置されている。金属配線パターン１４は、例えば線幅が１.４μｍ、ピッチが１.５μｍであり、電極パッド１６の平面サイズは、例えば７０×７０μｍ〜１００×１００μｍである。

ここでは平面形状が正方形の電極パッド１６が示されているが、電極パッド１６は電気特性を測定するために図１に示されているものよりも大きくてもよいし、正方形以外の形状、例えば長方形であってもよい。また、電極パッド１６の配置は支持部６の一端の周縁部近傍に並んで配置されているものに限定されるものではない。例えば支持部６の複数の辺の近傍に配置されているようにするなど、電極パッド１６の配置は任意である。

絶縁膜１２にはピエゾ抵抗体１０の両端部に対応してスルーホール１２ａが形成されている。金属配線パターン１４はスルーホール１２ａを介してピエゾ抵抗体１０に電気的に接続されている。図示は省略するが、ピエゾ抵抗体１０のスルーホール１２ａに対応する部分にＰ型不純物イオンであるボロンが高濃度に導入されて金属配線パターン１４とのコンタクト抵抗が下げられている。

支持部６に、錘部４及び可撓部８の形成領域を囲んでカバー板固定領域１８が設けられている。
絶縁膜１２上で金属配線パターン１４及び電極パッド１６とは異なる領域にダミーパターン２０，２０ａ，２０ｂが形成されている。ダミーパターン２０，２０ａ，２０ｂは金属配線パターン１４及び電極パッド１６と同時に形成されたものである。
ダミーパターン２０ａは錘部４及び可撓部８を囲んでカバー板固定領域１８に配置されている。

ダミーパターン２０ｂは可撓部８に形成され、金属配線パターン１４とほぼ同じ線幅をもっている。ダミーパターン２０ｂの配置領域及び線幅は、可撓部８の強度を可撓部８の長手方向の中心線に対して同程度にして、静止状態で可撓部８の短手方向にねじれに起因する変形が生じないように設定される。ここで静止状態とは、半導体センサの上面が水平に配置された状態で半導体センサが静止している状態をいう。また、多軸感度の対称性とは、１方向に対する検出感度と、その方向とは１８０度反対の方向に対する検出感度の対称性のことをいい、例えば、水平に配置された半導体センサを、Ｘ軸方向を中心に右に９０度だけ回転させた状態でのＹ軸方向の検出感度と、左に９０度だけ回転させた状態でのＹ軸方向の検出感度の対称性をいう。

ダミーパターン２０ａ下のシリコン層２ａの所定の領域に、金属配線パターン１４の電位をダミーパターン２０ａで囲まれた領域の外に導くための配線として用いられる不純物拡散層２８が形成されている（図１（Ａ）及び図２を参照。）。
ダミーパターン２０ａで囲まれた領域側の不純物拡散層２８の端部上の絶縁膜１２にスルーホール１２ｃが形成されている。金属配線パターン１４はスルーホール１２ｂを介して不純物拡散層２８の一端と電気的に接続されている。
ダミーパターン２０ａで囲まれた領域の外側の不純物拡散層２８の端部上の絶縁膜１２にスルーホール１２ｃが形成されている。ダミーパターン２０ａで囲まれた領域の外に金属配線パターン１４ａはスルーホール１２ｃを介して不純物拡散層２８の他端と電気的に接続されている。金属配線パターン１４ａの他端は電極パッド１６に接続されている。

金属配線パターン１４の電位はスルーホール１２ｂ、不純物拡散層２８及びスルーホール１２ｃを介して金属配線パターン１４ａに導かれている。
ダミーパターン２０，２０ａは、不純物拡散層２８の形成領域とは異なる領域でスルーホール１２ａを介してシリコン層２ａと電気的に接続されて、シリコン層２ａと同じ電位にされている。ダミーパターン２０ｂ下にはスルーホールは形成されていない。

錘部４上の絶縁膜１２上に金属材料からなる錘側突起部２１が設けられている。錘側突起部２１は金属配線パターン１４、電極パッド１６及びダミーパターン２０と同じ材料で同時に形成されたものであり、その厚みは例えば１.０μｍである。錘側突起部２１下の絶縁膜１２にはスルーホールは形成されておらず、錘側突起部２１は電気的に独立している。この実施例では、上面から見て錘部４の中央部（錘部４の重心の真上）に１つと、錘部４の４角部の近傍にそれぞれ３つずつ、計１３個の錘側突起部２１が配置されている。

錘側突起部２１の平面形状は例えば１辺が６〜８μｍの正方形である。本発明の半導体センサにおいて、１つの錘側突起部の形成領域は、後述するレーザ照射時におけるレーザ光のスポットサイズが４〜５μｍである場合、レーザスポットサイズよりも大きく、かつ１回のレーザ光照射で溶断できるように、４〜１２μｍ×４〜１２μｍの寸法であることが好ましく、さらに好ましくは６〜８μｍ×６〜８μｍの寸法であることが好ましい。また、本発明の半導体センサにおいて、錘側突起部の平面形状は、例えば正方形以外の矩形、Ｈ字型、十字型など、他の形状であってもよい。

絶縁膜１２上に金属配線パターン１４、ダミーパターン２０及び錘側突起部２１を覆って最終保護膜としての絶縁膜２２（（Ａ）での図示は省略）が形成されている。絶縁膜２２は電極パッド１６上に開口部をもっており、電極パッド１６表面は露出した状態になっている。金属配線パターン１４上、ダミーパターン２０上及び錘側突起部２１上の絶縁膜２２は錘側突起部２１の形成領域以外の錘部４上の絶縁膜２２に比べて突出している。

錘部４及び可撓部８の上方に、錘部４及び可撓部８とは間隔をもってカバー板２４が配置されている。カバー板２４は、例えば厚みが３００μｍ程度のパイレックスガラス７７４０（コーニング社（米国）の製品、パイレックスは登録商標）又はボロフロート３３（ショット社（独国）の製品、ボロフロートはショット社の登録商標）によって形成されている。

カバーガラス２４は、錘部４及び可撓部８に対向する面（内側面）が錘部４及び可撓部８と所定の間隔をもつように、内側面に凹部２４ａを備えている。凹部２４ａの深さは例えば１５μｍであり、可撓部８の長さに応じて調整される。
カバー板２４の周縁部（凹部２４ａが形成されていない部分）は陽極接合によってカバー板固定領域１８に接合されている。

凹部２４ａの表面に、錘側突起部２１に対向する位置にカバー側突起部２４ｂが形成されている。カバー側突起部２４ｂは各錘側突起部２１に対応して設けられており、この実施例では１３個のカバー側突起部２４ｂが設けられている。例えば、カバー側突起部２４ｂは略四角錐からなり、カバー側突起部２４ｂの底面の寸法は７μｍ×７μｍ、高さは１５μｍである。カバー板２４の周縁部（カバー板固定領域１８に接合されている部分）の高さは凹部２４ａの深さ（１５μｍ）と同じであるので、凹部２４ａの内側面に対してカバー側突起部２４ｂはカバー板２４の周縁部よりも低く形成されている。

また、カバー板２４は、シリコンと線膨張係数が近い材料、例えばパイレックスガラス（パイレックスは登録商標）又はボロフロート３３（ボロフロートはショット社の登録商標）によって形成されていることが好ましい。これにより、陽極接合後の残留応力による可撓部８の変形を防止してピエゾ抵抗体１０のオフセット電圧を小さくすることができる。さらに、周辺温度が変動しても支持部６に歪みが生じにくいので、周辺温度変化に起因する特性の変動が少ない高性能な半導体センサを形成することができる。

半導体センサ１はＳＯＩ基板２がエッチング加工されて形成されたものである。製造工程を簡単に説明する。
シリコン層２ａにピエゾ抵抗体１０が形成され、シリコン層２ａ上に絶縁膜１２、スルーホール１２ａ、金属配線パターン１４、電極パッド１６、ダミーパターン２０，２０ａ，２０ｂ及び絶縁膜２２が形成されたＳＯＩ基板２のシリコン層２ｃ、絶縁層２ｂ、シリコン層２ａ及び絶縁膜２２にシリコン層２ｃ側からエッチング処理が施されて錘部４、支持部６及び可撓部８が形成される。そのエッチング処理は例えば２段階に分けて行なわれる。

まず、ＳＯＩ基板２の裏面（シリコン層２ｃ側の面）に、錘部４と支持部６との間の領域及び可撓部８に対応する領域に開口部をもつレジストパターンを形成し、そのレジストパターンをマスクにしてシリコン層２ｃに対してエッチング処理を行なう。その際、絶縁層２ｂはエッチングストッパー層として機能し、絶縁層２ｂが形成されている深さまでシリコン層２ｃがエッチングされる。レジストパターンを除去した後、露出している領域の絶縁層２ｂが除去される。そのため、図１では、可撓部８のシリコン層２ａ下には絶縁層２ｂが存在していない。

その後、錘部４を支持部６から分離するために、写真製版技術及びエッチング技術により、可撓部８の形成予定領域を除く所定領域のシリコン層２ａ及び絶縁膜２２が裏面側からエッチング除去される。これにより、錘部４、支持部６及び可撓部８が形成される。

上記エッチング処理が完了した後、支持部６のカバー板固定領域１８に陽極接合によりカバー板２４を接合する。
図３は陽極接合時の状態を示す図であり、（Ａ）は図１（Ａ）のＡ−Ａ’位置での断面図、（Ｂ）は（Ａ）の錘部の中央部上の錘側突起部及びカバー側突起部の近傍を拡大して示す断面図である。

陽極接合処理では、Ｎ型シリコン層２ａにプラス電位を、カバー板２４にマイナス電位を印加して直流の電界をかける。ダミーパターン２０，２０ａはシリコン層２ａと同じ電位なので、ダミーパターン２０，２０ａとカバー板２４が接する部分が接合される。このとき、図３に示すように、静電気力によって錘部４及び可撓部８がカバー板２４側に吸い寄せられる。

錘部４及び可撓部８がカバー板２４側に吸い寄せられると、図３（Ｂ）に示すように、錘側突起部２１上の絶縁膜２２とカバー側突起部２４ｂが接触する。図３には図示していない錘部４の周縁部でも錘側突起部２１上の絶縁膜２２とカバー側突起部２４ｂが接触する。
これにより、両突起部２１，２４ｂがない場合に比べて錘部４及びカバー板２４が接触する面積を小さくすることができ、錘部４とカバー板２４が貼り付くのを防止することができる。また、錘側突起部２１上の絶縁膜２２とカバー側突起部２４ｂが貼り付いても軽い振動や衝撃を与える等により容易に剥がすことができる。

また、この実施例では、錘側突起部２１は金属配線パターン１４及びダミーパターン２０と同じ金属材料で同時に形成されているので、錘側突起部２１を形成するための専用の工程を必要とせず、コストの低減化を図ることができる。
さらに、錘側突起部２１は金属配線パターン１４やダミーパターン２０及びシリコン層２ａとは電気的に独立しているので、陽極接合時に錘側突起部２１がカバー板２４に接触しても、シリコン層２ａから錘側突起部２１を通ってカバー板２４に電流が流れることがなく、錘側突起部２１がカバー板２４に貼り付くのを防止することができる。

ところで、錘側突起部２１及びカバー側突起部２４ｂにより錘部４及びカバー板２４が接触する面積を小さくしても錘側突起部２１上の絶縁膜２２とカバー側突起部２４ｂが貼り付き、軽い振動や衝撃を与えても剥がれないこともある。
そこで、本発明の半導体センサの製造方法においては、錘側突起部及びカバー側突起部にレーザ光を照射して張り付いている錘側突起部及びカバー側突起部を剥がす工程を含む。

図４は製造方法の一実施例を説明するための工程断面図である。図４は図３（Ｂ）の位置に対応している。また、図４のかっこ数字は以下に説明する工程に対応している。

（１）支持部６のカバー板固定領域１８にカバー板２４を接合するための陽極接合処理で、錘部４及び可撓部８がカバー板２４側に吸い寄せられて、錘側突起部２１上の絶縁膜２２とカバー側突起部２４ｂが接触する。そして電圧印加を停止した後も、錘側突起部２１上の絶縁膜２２とカバー側突起部２４ｂが貼り付いていることがある。

（２）カバー板２４を介してカバー側突起部２４ｂ、絶縁膜２２及び錘側突起部２１にレーザ光２６を照射する。これにより錘側突起部２１及び錘側突起部２１上の絶縁膜２２が破壊される。ここではレーザ光２６として１３００ｋＨｚ付近、スポット系が４〜５μｍのものを用いた。

（３）レーザ光２６の照射を停止する。錘側突起部２１及び錘側突起部２１上の絶縁膜２２が破壊されると、錘部４がカバー板２４とは反対側に移動し、上記静止状態の位置に静止する。

このように、陽極接合時に錘側突起部２１上の絶縁膜２２とカバー側突起部２４ｂが貼り付いてしまった場合であっても、カバー板２４を介してカバー側突起部２４ｂ、絶縁膜２２及び錘側突起部２１にレーザ光２６にレーザ光２６を照射して錘側突起部２１及び錘側突起部２１上の絶縁膜２２を破壊することにより、カバー側突起部２４ｂと錘側突起部２１を剥がすことができる。

図５はカバー板の製造方法の一例を説明するための工程断面図である。図４のかっこ数字は以下に説明する工程に対応している。

（１）カバー板２４の一表面上に感光性液体レジストを塗布し、その感光性液体レジストに露光処理、現像処理、洗浄処理を施して、レジストパターン２８ａ，２８ｂを形成する。レジストパターン２８ａはカバー板２４の周縁部に対応して配置され、カバー板２４の凹部２４ａ（図１を参照）に対応して開口部をもつ。レジストパターン２８ｂはカバー板２４の凹部２４ａ内に形成されるカバー側突起部２４ｂ（図１を参照）に対応して配置されている。また、レジストパターン２８ｂはカバー板２４に対するエッチング処理中に除去され、所望のカバー側突起部２４ｂが得られるように平面面積及び厚みが調整されている。

（２）異方性エッチング技術により、レジストパターン２８ａ，２８ｂをマスクにしてカバー板２４をエッチングする。エッチングが進行すると、カバー板２４に凹部２４ａ及びカバー側突起部２４ｂが形成される。また、レジストパターン２８ａ，２８ｂも上面側からカバー板２４よりも小さいエッチングレートでエッチングされる。レジストパターン２８ｂはレジストパターン２８ａに比べて平面面積が小さく、エッチング処理中に除去されるように平面面積が調整されているので、レジストパターン２８ａよりも膜厚が薄くなる速度が速い。

（３）さらにエッチングが進行すると、凹部２４ａがより深く形成される。そしてレジストパターン２８ｂが除去される。カバー側突起部２４ｂは底面が略正方形の四角錐に形成される。

（４）さらにエッチングが進行すると、凹部２４ａがより深く形成される。カバー側突起部２４ｂの上部もエッチングされて先端の位置がカバー板２４の周縁部よりも低くなる。所定時間だけエッチング処理を行なった後、

（５）所定時間だけエッチング処理を行なった後、レジストパターン２８ａを除去する。
これにより、カバー側突起部２４ｂの高さがカバー板２４の周縁部に比べて低いカバー板２４を形成することができる。
また、ビーズブラスト処理により凹部を形成した場合にはカバー板を介して半導体センサ内部を目視することは困難であるが、エッチング処理によって形成したカバー板２４は半導体センサ内部を目視することができる。

ここでは異方性エッチング技術により凹部２４ａ及びカバー側突起部２４ｂを形成する方法を説明したが、等方性エッチングにより凹部及びカバー側突起部を形成してもよい。
また、本発明の半導体センサにおいて、カバー板はエッチング技術によって形成されたものに限定されるものではない。

また、カバー側突起部２４ｂに対応するレジストパターン２８ｂがエッチング処理中に除去されることによりカバー側突起部２４ｂの先端の位置がカバー板２４の周縁部よりも低くなるように形成しているが、他の方法により、カバー側突起部２４ｂの先端の位置をカバー板２４の周縁部よりも低くなるようにしてもよい。

例えば、周縁部を覆い凹部２４及びカバー側突起部２４ｂの形成予定領域に開口部をもつレジストパターンを形成し、ある程度の深さに凹部２４を形成した後、レジストパターンを一旦除去し、カバー側突起部２４ｂの形成予定領域及び周縁部を覆い、凹部２４に開口部をもつレジストパターンを形成しなおしてエッチング処理を行なうようにしてもよい。

また、カバー側突起部２４ｂの形成予定領域及び周縁部を覆い、凹部２４に開口部をもつレジストパターンを形成し、ある程度の深さに凹部２４を形成し、カバー側突起部２４ｂを形成した後、レジストパターンを一旦除去し、周縁部を覆い凹部２４及びカバー側突起部２４ｂの形成予定領域に開口部をもつレジストパターンを形成しなおしてエッチング処理を行なうようにしてもよい。

図６は半導体センサの他の実施例を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ’位置での断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＢ−Ｂ’位置での断面図である。図６において図１と同じ部分には同じ符号を付す。

この実施例が図１を参照して説明した実施例と異なる点は、錘側突起部２１は上方から見て錘部４の重心の真上近傍に１つだけ配置されており、カバー側突起部２４ｂは錘側突起部２１に対向して１つだけ配置されている点である。
この実施例によれば、上方から見て錘部４の重心の真上の部分は陽極接合時に最もカバー板２４側に吸い寄せられやすい部分なので、錘部４とカバー板２４が貼り付くのを確実に防止することができる。

さらに、錘側突起部２１及びカバー側突起部２４ｂを１組だけ備えているので、錘側突起部２１及びカバー側突起部２４ｂが複数組設けられている場合に比べて、陽極接合時に錘側突起部２１とカバー側突起部２４ｂが接触する面積を小さくすることができ、錘部４とカバー板２１が貼り付くのを防止し、貼り付いても容易に剥がすことができる。

ただし、錘側突起部２１及びカバー側突起部２４ｂの配置は、図１に示した実施例及び図６に示した実施例に限定されるものではなく、例えば上方から見て錘部４の重心の真上の部分に複数の錘側突起部及びカバー側突起部の組を配置するなど、錘側突起部及びカバー側突起部の組の数及び配置は任意である。

上記実施例では、錘側突起部２１は金属配線パターン２０と同時に形成されたものであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、突起部は金属配線パターンとは別工程で形成された金属材料、例えば一般に配線パターンに用いられる金属材料や、抵抗素子に用いられる金属材料からなるものであってもよいし、シリコン膜で形成されたものであってもよい。

図７は半導体センサのさらに他の実施例を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ’位置での断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＢ−Ｂ’位置での断面図である。図６において図１と同じ部分には同じ符号を付す。

この実施例が図１を参照して説明した実施例と異なる点は、金属材料からなる錘側突起部２１に代えて、ポリシリコン膜からなる錘側突起部３０が形成されている点である。錘側突起部３０の厚みは例えば１.０μｍである。また、錘側突起部３０の平面形状は例えば１辺が６〜８μｍの正方形である。錘側突起部３０は、シリコン層２ａ上に絶縁膜（図示は省略）を介して形成され、絶縁膜１２で覆われている。
この実施例でも、図１に示した実施例と同様に、錘部４とカバー板２４が貼り付くのを確実に防止し、貼り付いても容易に剥がすことができる。

図７に示した実施例では錘側突起部３０の材料としてポリシリコンを用いているが、錘側突起部の材料アモルファスシリコンであってもよい。
また、図３に示した実施例と同様に、錘側突起部３０及びカバー側突起部２４ｂを１組だけ備えていてもよい。

また、図４を参照して説明した製造方法の実施例と同様にレーザ光照射により、ポリシリコン膜からなる錘側突起部３０を破壊する場合は、照射に用いるレーザ光として例えば１０４２ｋＨｚ付近、スポット系が４〜５μｍのものを用いることができる。

図８は半導体センサのさらに他の実施例を示す断面図である。図８において図１と同じ部分には同じ符号を付す。半導体センサの部分は図１と同じなので説明は省略する。

この実施例では、半導体センサ１とは異なる位置の支持部６のシリコン層２ａ上に、ＭＯＳトランジスタと抵抗素子３４とヒューズ素子３６を備えている。

ＭＯＳトランジスタは、Ｎ型シリコン層２ａに形成されたＮ型ウエル（図示は省略）に互いに間隔をもって形成されたＰ型ソース拡散層３２ｓ及びＰ型ドレイン拡散層３２ｄと、拡散層３２ｓ、拡散層３２ｄ間のシリコン層２ａ上にゲート絶縁膜（図示は省略）を介して形成されたポリシリコン膜からなるゲート電極３２ｇを備えたＰチャネル型のものである。図示は省略するが、ゲート電極３２ｇ上及び拡散層３２ｓ，３２ｄ上の絶縁膜１２にスルーホールが形成されて、ゲート電極３２ｇ及び拡散層３２ｓ，３２ｄは信号配線パターン１４と電気的に接続されている。また、他の領域ではＮ型シリコン層２ａにＰ型ウエルが形成され、Ｐ型ウエルにＮチャネル型ＭＯＳトランジスタが形成されている。

抵抗素子３４はシリコン層２ａ上に素子分離絶縁膜（図示は省略）を介して形成されたポリシリコン膜によって形成されている。図示は省略するが、抵抗素子３４の両端部上の絶縁膜１２にスルーホールが形成されて、抵抗素子３４の両端部は信号配線パターン１４と電気的に接続されている。また、他の領域に複数の抵抗素子３４が形成されている。

ヒューズ素子３６もシリコン層２ａ上に素子分離絶縁膜（図示は省略）を介して形成されたポリシリコン膜によって形成されている。ヒューズ素子３６上の絶縁膜１２，２２に開口部か形成されてトリミング開口部３８が形成されている。図示は省略するが、ヒューズ素子３６の両端部上の絶縁膜１２にスルーホールが形成されて、抵抗素子３４の両端部は信号配線パターン１４と電気的に接続されている。また、他の領域に複数のヒューズ素子３６及びトリミング開口部３８が形成されている。

ＭＯＳトランジスタ、抵抗素子３４及びヒューズ素子３６はＩＣ部を構成する。例えば、ＭＯＳトランジスタにより信号処理回路が形成されている。抵抗素子３４及びヒューズ素子３６により抵抗値の調整が可能な抵抗回路（例えば特許文献５を参照。）が形成されている。

図８を参照して製造方法の他の実施例を説明する。
（１）半導体センサ１の形成領域について半導体センサ１の良否テストをウェハ状態で行なう。半導体センサ１の良否テストはピエゾ抵抗素子１０につながるパッド電極１６にプローブ針を接触させ、ピエゾ抵抗素子１０に電圧を印加することにより行なう。テスト項目としては、例えばピエゾ抵抗素子１０の拡散抵抗値測定とピエゾ抵抗素子１０のホイートストンブリッジのオフセット電圧測定を挙げることができる。測定時に振動を与えることにより錘部４及び可撓部８を振動させ、オフセット電圧の変動で良否判定を行なう。

（２）半導体センサ１の良否テストにおいて、ピエゾ抵抗素子１０のホイートストンブリッジのオフセット電圧測定で管理規格外となった半導体センサ１ではカバー板２４と錘部４の貼り付きが起こっている可能性が高い。そこで、レーザトリミング装置を用い、図４を参照して説明したようにカバー側突起部２４ｂ及び錘側突起部２１にレーザ光を照射して錘側突起部２１を破壊し、カバー板２４と錘部４の貼り付きを剥離する。これにより、半導体センサ１の歩留まりを向上させることができる。

（３）半導体センサ１とＩＣ部の組からなる半導体センサ装置の特性試験を行なう。半導体センサ装置の特性試験はパッド電極１６にプローブ針を接触させて電気特性を測定し、半導体センサ装置ごとに特性を記憶させる。これにより、半導体センサ装置ごとに、ＩＣ部においてトリミング開口部３８を介して切断するヒューズ素子３６を決定し、半導体センサ装置ごとにデータを保存する。

（４）上記工程（３）での半導体センサ装置の特性試験結果に基づいて、半導体センサ装置ごとに
トリミング開口部３８を介して所定のヒューズ素子３６にレーザ光の照射を行なってトリミング処理を行なう。半導体センサ装置の出力特性の調整を行なうことにより、半導体センサ装置の出力の信頼性を向上させることができる。

以上、本発明の実施例を説明したが、材料、寸法、形状、配置などは一例であり、本発明は特許請求の範囲に記載されている範囲内において種々の変更が可能である。

例えば、上記実施例はＳＯＩ基板からなる半導体センサであるが、半導体センサはバルクシリコン基板等、他の基板材料からなるものであってもよい。また、可撓部８に絶縁層２ｂが残存していてもよい。
また、錘部４、支持部６及び可撓部８の上に絶縁膜２２が形成されているが、絶縁膜２２は形成されていなくてもよい。
また、多層メタル配線構造の半導体センサにも本発明を適用することができる。

また、上記の実施例では、半導体センサ１として、可撓部８が半導体センサ１の表面に露出しているピエゾ抵抗型半導体センサを備えたものを用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の半導体センサは、ダイアフラムやカンチレバーなどの可撓部が半導体センサの表面に露出していないものであってもよいし、圧電素子を利用したものや２枚の電極板間の静電容量を利用したものであってもよい。
また、半導体センサは３軸半導体加速度センサに限らず、半導体圧力センサや半導体各速度センサであってもよい。

半導体センサの一実施例を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ’位置での断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＢ−Ｂ’位置での断面図である。 同実施例で配線として用いる不純物拡散層２８の近傍を拡大して示す断面図である。 同実施例の陽極接合時の状態を示す図であり、（Ａ）は図１（Ａ）のＡ−Ａ’位置での断面図、（Ｂ）は（Ａ）の錘部の中央部上の錘側突起部及びカバー側突起部の近傍を拡大して示す断面図である。 製造方法の一実施例を説明するための工程断面図である。 カバー板の製造方法の一例を説明するための工程断面図である。 半導体センサの他の実施例を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ’位置での断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＢ−Ｂ’位置での断面図である。 半導体センサのさらに他の実施例を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ’位置での断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＢ−Ｂ’位置での断面図である。 半導体センサのさらに他の実施例を示す断面図である。 従来の半導体センサの一例を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ’位置での断面図、（Ｃ）は陽極接合時の状態を示す断面図である。

符号の説明

２ ＳＯＩ基板
２ａ，２ｃ シリコン層
２ｂ 絶縁層
４ 錘部
６ 支持部
７ 台座
８ 可撓部
１０ ピエゾ抵抗体
１４ 金属配線パターン
１６ 電極パッド
１８ カバー板固定領域
２１ 錘側突起部
２４ カバー板
２４ａ カバー板の凹部（内側面）
２４ｂ カバー側突起部

Claims (9)

1. 錘部と、前記錘部の周囲に設けられ、少なくともシリコン層をもつ支持部と、前記錘部と前記支持部の間で前記支持部の一表面側に設けられ、前記錘部を支持するための可撓部と、前記可撓部に設けられたピエゾ抵抗体と、少なくとも前記支持部の前記一表面上に形成され、前記ピエゾ抵抗体と電気的に接続された金属配線パターン及び電極パッドと、前記錘部及び前記可撓部の上方に、前記錘部及び前記可撓部とは間隔をもって前記支持部の前記一表面側に配置され、前記支持部の前記一表面に設けられたカバー板固定領域に固定されたカバー板を備えた半導体センサにおいて、
   前記一表面側の前記錘部の表面上に設けられた１つ又は複数の錘側突起部と、
   前記カバー板の前記錘部に対向する内側面に前記錘側突起部に対向して設けられた１つ又は複数のカバー側突起部を備えていることを特徴とする半導体センサ。
2. 前記カバー側突起部の前記カバー板の前記内側面からの高さは、前記カバー板固定領域に対応するカバー板部分の前記内側面からの高さに比べて低く形成されている請求項１に記載の半導体センサ。
3. 前記錘側突起部は前記錘部の重心の真上近傍の前記一表面に配置されている請求項１又は２に記載の半導体センサ。
4. 前記錘側突起部及び前記カバー側突起部を１組だけ備えている請求項１、２又は３に記載の半導体センサ。
5. 複数組の前記錘側突起部及び前記カバー側突起部を備えている請求項１、２又は３に記載の半導体センサ。
6. 前記カバー板はレーザ光を透過する程度に透明であり、前記錘側突起部は金属材料を含んでいる請求項１から５のいずれかに記載の半導体センサ。
7. 前記錘側突起部の金属材料は前記金属配線パターンと同じ金属材料であり、前記錘側突起部は前記金属配線パターンと同時に形成されたものである請求項６に記載の半導体センサ。
8. 前記カバー板はレーザ光を透過する程度に透明であり、前記錘側突起部はシリコン膜を含んでいる請求項１から５のいずれかに記載の半導体センサ。
9. 請求項４から８のいずれかに記載の半導体センサの製造方法であって、
   前記カバー板を前記支持部に陽極接合により固定した後、前記カバー板を介して前記カバー側突起部及び前記錘側突起部にレーザ光を照射する工程を含む半導体センサの製造方法。

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