JP3543710B2 - 加速度センサの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造プロセスを用いて製造される加速度センサの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、図７に示す構成のカンチレバー型と称する加速度センサが提案されている（特開平７−１５９４３２号公報）。この加速度センサの平面形状は上記公報には記載されていないが、図８のような形状になると考えられる。この加速度センサのセンサ本体１０は、半導体からなる支持枠１１の内側に加速度を受けるマス部１２を配置し、支持枠１１の内周縁とマス部１２とを、支持枠１１の厚み方向に可撓な可撓部１３を介して連結した形状を有する。つまり、可撓部１３はマス部１２を片持ちで支持するカンチレバーを形成している。可撓部１３は図８に示す平面においては幅方向に２分割されており、２本のビーム１３ａ，１３ｂによって可撓部１３が形成されている。可撓部１３を形成する各ビーム１３ａ，１３ｂの表面側（図７における上面側）にはそれぞれ歪センサとしての２個ずつのゲージ抵抗（ピエゾ抵抗効果を有する半導体ゲージ）１４が形成される。これらのゲージ抵抗１４は拡散抵抗により形成される。各ビーム１３ａ，１３ｂに形成される２つのゲージ抵抗１４の一方は主としてビーム１３ａ，１３ｂの延長方向に沿った撓みを検出し、他方は主としてビーム１３ａ，１３ｂの幅方向に沿った撓みを検出するために設けられている。これらの４個のゲージ抵抗１４はブリッジ回路を構成する。
【０００３】
いま、マス部１２の質量がｍであって、上述した加速度センサに対してセンサ本体１０の厚み方向（図７の上下方向）の加速度αが作用したとすれば、マス部１２に作用する力Ｆは、Ｆ＝ｍαになる。この力Ｆにより可撓部１３が撓んで、ゲージ抵抗１４の抵抗値に変化が生じるのである。ゲージ抵抗１４は上述のようにブリッジ回路を構成するから、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、マス部１２に作用する加速度に比例する電圧を得ることができる。
【０００４】
センサ本体１０の裏面にはガラスよりなる裏面キャップ１５が接合され、センサ本体１０の表面にはガラスよりなる表面キャップ１６が接合される。上述したマス部１２は裏面キャップ１５と表面キャップ１６と支持枠１１とにより囲まれた空間内に配置されている。裏面キャップ１５および表面キャップ１６にはセンサ本体１０を形成する半導体と熱膨張率がほぼ等しい耐熱ガラスを用いる。裏面キャップ１５および表面キャップ１６においてマス部１２との対向面には、マス部１２を移動可能とする空間を確保するための凹所１５ａ，１６ａが形成されている。凹所１５ａ，１６ａはエッチングやサンドブラスト加工のような技術を用いて形成される。すなわち、マス部１２は裏面キャップ１５と表面キャップ１６とにより囲まれた空間内に配置され、かつ支持枠１１とマス部１２との間の隙間は比較的狭いから、裏面キャップ１５および表面キャップ１６とに囲まれた空間内を大気圧としておくことによって、マス部１２に比較的大きい加速度が作用してもエアダンピングの効果が得られて、可撓部１３に作用する荷重を抑制することができる。つまり、マス部１２が裏面キャップ１５や表面キャップ１６に衝突したり、可撓部１３の撓み量が過大になるなどによるセンサ本体１０の破損の可能性を低減している。
【０００５】
ここで、加速度センサとして所望の周波数特性（つまり、応答特性）が得られるようにエアダンピングの効果による減衰特性を設定すると、裏面キャップ１５や表面キャップ１６に形成される凹所１５ａ，１６ａの深さ、形状などが減衰特性によって決定されることになる。したがって、凹所１５ａ，１６ａが深くなってセンサ本体１０に許容された最大加速度がマス部１２に作用したときに、マス部１２の移動範囲を凹所１５ａ，１６ａの底面で規制することができなくなる場合がある。そこで、凹所１５ａ，１６ａの底面に位置規制用のストッパ１５ｂ，１６ｂを突設し、センサ本体１０に許容された最大加速度がマス部１２に作用したときにマス部１２がストッパ１５ｂ，１６ｂに当接することによって、マス部１２の移動範囲を規制することが考えられている。
【０００６】
ところで、支持枠１１と表面キャップ１６とを接合するために、半導体（一般にはシリコン）よりなる支持枠１１の表面にはマス部１２を囲む全周に亘って膜厚１〜２μｍのアルミニウム薄膜１７が形成されている。図９に示すように、支持枠１１と表面キャップ１６とはアルミニウム薄膜１７を介して陽極接合により接合される。なお、裏面キャップ１５も陽極接合により接合される。
【０００７】
一方、支持枠１１の表面周部に設けたボンディングパッド１８とゲージ抵抗１４との間の配線１９は、ｐ+ 拡散層により形成されており、この配線１９はアルミニウム薄膜１７の下側に形成されている。したがって、配線１９とアルミニウム薄膜１７との間の絶縁を確保するために、図９に示すように、支持枠１１において配線１９の上には酸化膜２０が形成してある。この酸化膜２０はｐ+ 拡散層を形成する際のマスクとして用いた酸化膜の孔部分を埋めた形で形成されるから、酸化膜２０の表面は配線１９に対応する部位が凹没した凹凸状になる。言い換えると、マスクとして用いた部分は酸化膜２０の厚みが大きく、マスクの孔を埋めた部分は酸化膜２０の厚みが小さくなる。したがって、酸化膜２０の上に形成されたアルミニウム薄膜１７の表面も配線１９に対応する部位が凹没した凹凸状になる。その結果、表面キャップ１６とアルミニウム薄膜１７との間には配線１９に対応する部位で隙間２１が形成されることになる。すなわち、裏面キャップ１５と表面キャップ１６とに囲まれる内側空間は隙間２１を通して外側空間に連通することになる。なお、隙間２１においてアルミニウム薄膜１７と表面キャップ１６との距離は１００〜２００ｎｍ程度になる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した加速度センサでは、マス部１２の移動をエアダンピング効果によって抑制するものであるから、支持枠１１には表面キャップ１６を接合するためにマス部１２を囲む全周に亘ってアルミニウム薄膜１７を形成しなければならず、表面キャップ１６とアルミニウム薄膜１７との接合面積が比較的大きくなる。すなわち、支持枠１１において表面キャップ１６との対向面の面積が大きくなり、このことが加速度センサの小型化を阻害する要因になる。逆に言えば、加速度センサに占めるマス部１２の体積を大きくとることができず、高感度かつ小型の加速度センサを得ることができないことになる。その結果、高感度の加速度センサは材料コストおよび製造コストが高くなり、安価に提供することができないという問題がある。
【０００９】
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、エアダンピング効果によってマス部に減衰特性を付与し、さらには、実装面積を従来構成より小さくしながらも体積に占めるマス部の割合を大きくして高感度化することを可能とした加速度センサの製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、半導体よりなる支持枠の内側にマス部を配置し支持枠の一部とマス部とを、支持枠の厚み方向に可撓であって撓み量に応じた出力を発生する歪センサを配置した可撓部を介して一体に連結したセンサ本体と、センサ本体の厚み方向の表裏において少なくとも可撓部の延長方向におけるマス部の先端側を開放した形で支持枠に固着され支持枠の厚み方向におけるマス部の変位を許容する空間を形成するとともにエアダンピング効果によりマス部の変位を抑制する第１および第２のキャップとからなる加速度センサを製造するにあたり、複数個のセンサ本体が連続して配列されるとともに可撓部の延長方向において隣接するセンサ本体のうちの一方のマス部の前記先端と他方の支持枠との間にマス部の先端縁に沿ったスリットが形成されている半導体基板を形成し、複数個の第１のキャップが連続して配列された形状のベースの上に前記半導体基板の裏面を固着し、さらに複数個の第２のキャップが配列されるとともに可撓部の延長方向においては互いに分離されているカバーを前記半導体基板の表面に固着し、その後、前記スリットの近傍を前記スリットに沿って切断するようにダイシングを行うことを特徴とする。この方法によれば、第１および第２のキャップとマス部の先端部との間が開放された加速度センサを製造することができ、従来構成のようにマス部の全周を囲むように支持枠を形成する場合に比較すると、マス部が同じ大きさであれば実装面積を小さくすることが可能になり、材料コストが低減することによって製造コストを低減することができる。また、従来構成と実装面積が同じであればマス部を大きくして感度を高めることができる。つまり、体積に占めるマス部の割合を大きくして高感度化することが可能になる。しかも、ダイシングの際には隣接するセンサ本体の間に形成されたスリットに沿って切断するから、スリットに沿って正確に切断することができる。
【００１１】
請求項２に係る発明は、半導体よりなる支持枠の内側にマス部を配置し支持枠の一部とマス部とを、支持枠の厚み方向に可撓であって撓み量に応じた出力を発生する歪センサを配置した可撓部を介して一体に連結したセンサ本体と、センサ本体の厚み方向の表裏において少なくとも可撓部の延長方向におけるマス部の先端側を開放した形で支持枠に固着され支持枠の厚み方向におけるマス部の変位を許容する空間を形成するとともにエアダンピング効果によりマス部の変位を抑制する第１および第２のキャップとからなる加速度センサを製造するにあたり、複数個のセンサ本体が連続して配列されるとともに可撓部の延長方向において隣接するセンサ本体のうちの一方のマス部と他方の支持枠とが一体に連続した半導体基板を形成し、複数個の第１のキャップが連続して配列された形状のベースの上に前記半導体基板の裏面を固着し、さらに複数個の第２のキャップが連続して配列された形状のカバーを前記半導体基板の表面に固着し、その後、可撓部の延長方向において隣接するセンサ本体の間であって一方のセンサ本体のマス部が第２のキャップから離間しかつ他方のセンサ本体の支持部が第１のキャップに接合されている部位を切断するようにダイシングを行うことを特徴とする。この方法によれば、第１および第２のキャップとマス部の先端部との間が開放された加速度センサを製造することができ、従来構成のようにマス部の全周を囲むように支持枠を形成する場合に比較すると、マス部が同じ大きさであれば実装面積を小さくすることが可能になり、材料コストが低減することによって製造コストを低減することができる。また、従来構成と実装面積が同じであればマス部を大きくして感度を高めることができる。つまり、体積に占めるマス部の割合を大きくして高感度化することが可能になる。しかも、ダイシングの前にはマス部が第１のキャップに固着された状態であって、外部からの振動や衝撃に対して可撓部が撓むことがないから、製造工程における可撓部の折損を防止することができる。また、ダイシングによってマス部が変位可能になるのであって、マス部の先端面が支持枠の表面に直交する形状になるから、エッチングによってマス部を形成する場合よりもマス部の質量を大きくとることができ、高感度化につながる。
【００１２】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２の発明において、第１および第２のキャップにおけるマス部との対向面にはマス部の変位量を規制するストッパが突設されていることを特徴とする。この方法によれば、マス部に大きな加速度が作用してもストッパによってマス部の変位を規制するから、可撓部の折損を防止することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
本実施形態において従来構成と共通の機能を有する構成は図に従来構成と同符号を付して説明を省略する。本実施形態は、図１ないし図３に示すように、支持枠１１の平面形状をコ字状としたものである。つまり、従来構成の支持枠１１は平面形状がロ字状であるのに対して、支持枠１１をコ字状に形成していることによって従来構成に対して支持枠１１の一部を除去した形になっており、支持枠１１を除去した分だけ加速度センサが小型化されている。つまり、支持枠１１の中央片１１ａに可撓部１３を介してマス部１２が連結され、支持枠１１において中央片１１ａの両端から可撓部１３の延長方向に沿った２本の側片１１ｂ，１１ｃが延長された形状になっており、支持枠１１の一端部が開放されている。マス部１２は平面形状が矩形状であって、マス部１２の一辺は支持枠１１における開放側の端部に臨むことになる。
【００１４】
支持枠１１の平面形状がコ字状であるから、支持枠１１の表面に形成され表面キャップ１６と接合されるアルミニウム薄膜１７も平面形状はコ字状になる。つまり、アルミニウム薄膜１７はマス部１２の両側縁に沿って略平行に形成される２本の直線状の側片１７ｂ，１７ｃと、両側片１７ｂ，１７ｃに直交するとともに両側片１７ｂ，１７ｃの一端部間を連結する中央片１７ａとを有している。このように、アルミニウム薄膜１７がコ字状に形成されているから、アルミニウム薄膜１７と陽極接合される表面キャップ１６は支持枠１１の開放側の端部においては支持枠１１と結合されず、マス部１２の先端縁付近まで延長される。また、裏面キャップ１５も支持枠１１の開放側の端部においては支持枠１１と結合されず、マス部１２の先端縁付近まで延長されている。この構造によって、マス部１２は裏面キャップ１５と表面キャップ１６との間に挟まれた形で配置されることになる。
【００１５】
裏面キャップ１５および表面キャップ１６には、従来構成と同様にサンドブラストなどによって凹所１５ａ，１６ａが形成され、凹所１５ａ，１６ａの底面にはストッパ１５ｂ，１６ｂが形成される。ただし、凹所１５ａ，１６ａは従来構成のように底面の全周が周壁で囲まれた形状ではなく、支持枠１１の開放側の端部に対応する部位は開放される。表面キャップ１６の凹所１６ａの深さは数１０μｍであり、凹所１６ａの底面からのストッパ１５ｂの突出寸法は、（凹所１６ａの深さ−数μｍ〜１０μｍ）、に設定される。言い換えると、マス部１２とストッパ１５ｂの先端面との間のギャップが数μｍ〜１０μｍになる。表面キャップ１６の凹所１６ａの深さ寸法およびストッパ１５ｂの突出高さ寸法を適宜に調整すれば、マス部１２がセンサ本体１０の厚み方向に変位する際に表面キャップ１６における開放側の端部で空気が流通しても、マス部１２に対して充分なエアダンピング効果を与えることができる。つまり、エアダンピング効果によってマス部１２に所要の減衰特性を与えることができる。ここに、ストッパ１５ｂ，１６ｂは適宜に配置すればよく、このストッパ１５ｂ，１６ｂによってマス部１２の移動範囲を規制することができる。つまり、過大な加速度がマス部１２に作用してもマス部１２がストッパ１５ｂ，１６ｂに当接することによって、可撓部１３が過剰に撓むことがなく可撓部１３の折損などを防止することができる。
【００１６】
上述したように、従来構成に比較すると支持枠１１においてマス部１２の先端縁に対向する部位が除去され、裏面キャップ１５および表面キャップ１６においてもマス部１２の先端縁に対応する部位が除去されているから、実装面積が従来構成と同じであるとすれば、支持枠１１の表面を含む面内でのマス部１２の面積が大きくなり（つまり、マス部１２の占める体積の割合が大きくなり）、マス部１２の質量が従来構成よりも大きくなる。しかも、マス部１２の重心位置が可撓部１３から遠ざかることになる。このことによって、従来構成に比較すると、同じ加速度が作用してもマス部１２に作用する力が大きくなるとともに支持枠１１と可撓部１３との連結部の回りに作用するモーメントが大きくなり、結果的に可撓部１３の撓み量が大きくなって感度が高くなるのである。また、従来構成と同じ大きさのマス部１２を用いるとすれば、支持枠１１、裏面キャップ１５、表面キャップ１６の平面形状における面積が従来構成よりも小さくなり、実装面積が小さくなるとともに材料コストを従来構成よりも低減することが可能になる。
【００１７】
ところで、本実施形態の加速度センサは、以下で説明するように、複数個をまとめて製造した後にダイシングを行って分離する。すなわち、図２に示すように、裏面キャップ１５となるように複数個の凹所１５ａおよびストッパ１５ｂを形成したガラスよりなるベース３１を用い、このベース３１の上に複数個のセンサ本体１０を形成した半導体基板（シリコンウェハよりなる）３２を接合する。さらに、半導体基板３２の上には半導体基板３２の上で図２の平面に直交する方向に並ぶセンサ本体１０に対応する個数個の表面キャップ１６を連続させた形状のガラスよりなるカバー３３をアルミニウム薄膜１７を介して接合する。こうして形成された積層物にダイシングを施して各加速度センサを個別に分離するのである。
【００１８】
ここに、半導体基板３２において可撓部１３の延長方向に隣接するセンサ本体１０では、支持枠１１の中央片１１ａとマス部１２の先端縁との間に所要のスリット３４が形成されている。各加速度センサを個々に分離するダイシングの際にはスリット３４に沿って切り離す。つまり、可撓部１３の延長方向において隣接する加速度センサは、スリット３４内から支持枠１１の中央片１１ａの一部に跨る部位を切断することによって互いに分離される。したがって、ダイシングに際してマス部１２は切断されることがなく、一方、裏面キャップ１５を形成するベース３１は分離される。ここに、スリット３４の幅寸法は４０〜１００μｍとし、ダイシングの際に用いるダイシングブレードの幅寸法は１００〜１５０μｍとする（ダイシングにより切断される部分を符号ｄで示す）。
【００１９】
なお、本実施形態においては、表面キャップ１６を支持枠１１の中央片１１ａと両側片１１ｂ，１１ｃとの３片に対して接合しているが、両側片１１ｂ，１１ｃのみに対して接合する構造としてもよい。
【００２０】
（第２の実施の形態）
本実施形態は、第１の実施の形態と同様に、支持枠１１の平面形状をコ字状としたものである。したがって、完成品としての加速度センサの基本的な形状は第１の実施の形態とほぼ同様になる。ただし、第１の実施の形態とは製造過程に相違があるから、製造過程の相違に起因する形状の相違はある。
【００２１】
以下に、本実施形態の製造過程について説明する。図４ないし図６に示すように、裏面キャップ１５となるように複数個の凹所１５ａおよびストッパ１５ｂを形成したベース３１を用い、このベース３１の上に複数個のセンサ本体１０を形成した半導体基板（シリコンウェハよりなる）３２を接合する。ベース３１の形状は第１の実施の形態に用いたものとほぼ同様であるが、加速度センサの実装面が第１の実施の形態のものと同形状であるとすれば、可撓部１３の延長方向における凹所１５ａの幅寸法は本実施形態のほうがやや小さくなる。また、本実施形態に用いる半導体基板３２にはスリット３４を設けておらず、可撓部１３の延長方向において隣接するセンサ本体１０の支持枠１１の中央片１１ａとマス部１２とは均一な厚みで連続している。つまり、半導体基板３２において可撓部１３に相当する部位のみが薄肉になる。
【００２２】
半導体基板３２の上には、個数個の表面キャップ１６を連続させた形状のカバー３３がアルミニウム薄膜１７を介して接合される。カバー３３は、第１の実施の形態では可撓部１３の延長方向においては分離されていたが、本実施形態では可撓部１３の延長方向においても連続したものを用いる。つまり、可撓部１３の延長方向において隣接するセンサ本体１０の支持枠１１における中央片１１ａに跨る形にカバー３３が形成され、中央片１１ａに設けたアルミニウム薄膜１７に接合される。こうして形成された積層物にダイシングを施して各加速度センサを個別に分離するのである。
【００２３】
各加速度センサを個々に分離するダイシングの際には、半導体基板３２と裏面キャップ３１とが陽極接合されている部位であって凹所１５ａの近傍部位を切り離す。このとき、カバー３３も同時に切り離される（ダイシングにより切断される部位を符号ｄで示す）。上述のようにして加速度センサを個々に分離した状態では、カバー３３の一部がボンディングパッド１８の上を覆っていることになる。そこで、カバー３３のうちボンディングパッド１８の上を覆っている余剰部分ｆを切除する（切断する部位を符号ｅで示す）。つまり、ダイシングによって加速度センサを個々に分離する際に、カバー３３の一部を切除することで、ボンディングパッド１８を露出させることができるのである。カバー３３の切断にはダイシングブレードを用いるが、ダイシングブレードの下端が半導体基板３２の表面よりも上方に位置するようにしてカバー３３のみを切断する。なお、上述の過程では裏面キャップ１５の一部がマス部１２に当接しているから、裏面キャップ１５の一部も切除する必要がある。
【００２４】
上述したように、マス部１２はダイシングの前にはベース３１に接合されており、ダイシング後に変位可能になるから、ダイシングまでの工程・作業において生じる信号や衝撃で可撓部１３が折損するなどの問題が生じるのを防止することができる。ここに、ダイシングまでの工程・作業とは、半導体基板３２の加工やベース３１およびカバー３３の陽極接合の工程・作業であって、搬送、エッチング、洗浄、ハンドリングなどを含む。また、ダイシングの際にはダイシングブレードの回転に伴って振動することになるが、マス部１２および支持枠１１の表裏にはベース３１およびカバー３３が接合されており、支持枠１１の厚み方向におけるマス部１２の変位が制限されているから、マス部１２が大きく変位することはない。さらに、可撓部１３の厚み寸法は６〜２０μｍであって強度が小さいが、可撓部１３の幅は１８０〜３００μｍに設計されており充分に強度が大きいから、ダイシングブレードの回転に伴って可動部１３に幅方向の振動が作用しても、これによって可撓部１３が折損することはない。
【００２５】
ところで、本実施形態では、マス部１２の先端面がダイシングによって形成されるから、マス部１２の先端面は支持枠１１の表面に直交しており、第１の実施の形態におけるマス部１２のように傾斜していない（第１の実施の形態においてマス部１２の先端面が傾斜しているのはＫＯＨを用いたウェットエッチングを施しているからである）。したがって、ウェットエッチングを施す場合に比較するとマス部１２の体積を大きくとることができ、このことによって加速度センサの感度を第１の実施の形態よりもさらに高くすることが可能になる。他の構成および動作は第１の実施の形態と同様である。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１に係る発明は、半導体よりなる支持枠の内側にマス部を配置し支持枠の一部とマス部とを、支持枠の厚み方向に可撓であって撓み量に応じた出力を発生する歪センサを配置した可撓部を介して一体に連結したセンサ本体と、センサ本体の厚み方向の表裏において少なくとも可撓部の延長方向におけるマス部の先端側を開放した形で支持枠に固着され支持枠の厚み方向におけるマス部の変位を許容する空間を形成するとともにエアダンピング効果によりマス部の変位を抑制する第１および第２のキャップとからなる加速度センサを製造するにあたり、複数個のセンサ本体が連続して配列されるとともに可撓部の延長方向において隣接するセンサ本体のうちの一方のマス部の前記先端と他方の支持枠との間にマス部の先端縁に沿ったスリットが形成されている半導体基板を形成し、複数個の第１のキャップが連続して配列された形状のベースの上に前記半導体基板の裏面を固着し、さらに複数個の第２のキャップが配列されるとともに可撓部の延長方向においては互いに分離されているカバーを前記半導体基板の表面に固着し、その後、前記スリットの近傍を前記スリットに沿って切断するようにダイシングを行うことを特徴とし、第１および第２のキャップとマス部の先端部との間が開放された加速度センサを製造することができ、従来構成のようにマス部の全周を囲むように支持枠を形成する場合に比較すると、マス部が同じ大きさであれば実装面積を小さくすることが可能になり、材料コストが低減することによって製造コストを低減することができる。また、従来構成と実装面積が同じであればマス部を大きくして感度を高めることができる。つまり、体積に占めるマス部の割合を大きくして高感度化することが可能になる。しかも、ダイシングの際には隣接するセンサ本体の間に形成されたスリットに沿って切断するから、スリットに沿って正確に切断することができる。
【００２７】
請求項２に係る発明は、半導体よりなる支持枠の内側にマス部を配置し支持枠の一部とマス部とを、支持枠の厚み方向に可撓であって撓み量に応じた出力を発生する歪センサを配置した可撓部を介して一体に連結したセンサ本体と、センサ本体の厚み方向の表裏において少なくとも可撓部の延長方向におけるマス部の先端側を開放した形で支持枠に固着され支持枠の厚み方向におけるマス部の変位を許容する空間を形成するとともにエアダンピング効果によりマス部の変位を抑制する第１および第２のキャップとからなる加速度センサを製造するにあたり、複数個のセンサ本体が連続して配列されるとともに可撓部の延長方向において隣接するセンサ本体のうちの一方のマス部と他方の支持枠とが一体に連続した半導体基板を形成し、複数個の第１のキャップが連続して配列された形状のベースの上に前記半導体基板の裏面を固着し、さらに複数個の第２のキャップが連続して配列された形状のカバーを前記半導体基板の表面に固着し、その後、可撓部の延長方向において隣接するセンサ本体の間であって一方のセンサ本体のマス部が第２のキャップから離間しかつ他方のセンサ本体の支持部が第１のキャップに接合されている部位を切断するようにダイシングを行うことを特徴とし、第１および第２のキャップとマス部の先端部との間が開放された加速度センサを製造することができ、従来構成のようにマス部の全周を囲むように支持枠を形成する場合に比較すると、マス部が同じ大きさであれば実装面積を小さくすることが可能になり、材料コストが低減することによって製造コストを低減することができる。また、従来構成と実装面積が同じであればマス部を大きくして感度を高めることができる。つまり、体積に占めるマス部の割合を大きくして高感度化することが可能になる。しかも、ダイシングの前にはマス部が第１のキャップに固着された状態であって、外部からの振動や衝撃に対して可撓部が撓むことがないから、製造工程における可撓部の折損を防止することができる。また、ダイシングによってマス部が変位可能になるのであって、マス部の先端面が支持枠の表面に直交する形状になるから、エッチングによってマス部を形成する場合よりもマス部の質量を大きくとることができ、高感度化につながる。
【００２８】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２の発明において、第１および第２のキャップにおけるマス部との対向面にはマス部の変位量を規制するストッパが突設されていることを特徴とし、マス部に大きな加速度が作用してもストッパによってマス部の変位を規制するから、可撓部の折損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す平面図である。
【図２】図１におけるＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】図１におけるＹ−Ｙ線断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態を示す平面図である。
【図５】図４におけるＸ−Ｘ線断面図である。
【図６】図４におけるＹ−Ｙ線断面図である。
【図７】従来構成を示す断面図である。
【図８】同上の平面図である。
【図９】図８におけるＸ−Ｘ線断面図である。
【符号の説明】
１０ センサ本体
１１ 支持枠
１２ マス部
１３ 可撓部
１４ ゲージ抵抗
１５ 裏面キャップ
１５ａ 凹所
１５ｂ ストッパ
１６ 表面キャップ
１６ａ 凹所
１６ｂ ストッパ
３１ ベース
３２ 半導体基板
３３ カバー
３４ スリット
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造プロセスを用いて製造される加速度センサの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、図７に示す構成のカンチレバー型と称する加速度センサが提案されている（特開平７−１５９４３２号公報）。この加速度センサの平面形状は上記公報には記載されていないが、図８のような形状になると考えられる。この加速度センサのセンサ本体１０は、半導体からなる支持枠１１の内側に加速度を受けるマス部１２を配置し、支持枠１１の内周縁とマス部１２とを、支持枠１１の厚み方向に可撓な可撓部１３を介して連結した形状を有する。つまり、可撓部１３はマス部１２を片持ちで支持するカンチレバーを形成している。可撓部１３は図８に示す平面においては幅方向に２分割されており、２本のビーム１３ａ，１３ｂによって可撓部１３が形成されている。可撓部１３を形成する各ビーム１３ａ，１３ｂの表面側（図７における上面側）にはそれぞれ歪センサとしての２個ずつのゲージ抵抗（ピエゾ抵抗効果を有する半導体ゲージ）１４が形成される。これらのゲージ抵抗１４は拡散抵抗により形成される。各ビーム１３ａ，１３ｂに形成される２つのゲージ抵抗１４の一方は主としてビーム１３ａ，１３ｂの延長方向に沿った撓みを検出し、他方は主としてビーム１３ａ，１３ｂの幅方向に沿った撓みを検出するために設けられている。これらの４個のゲージ抵抗１４はブリッジ回路を構成する。
【０００３】
いま、マス部１２の質量がｍであって、上述した加速度センサに対してセンサ本体１０の厚み方向（図７の上下方向）の加速度αが作用したとすれば、マス部１２に作用する力Ｆは、Ｆ＝ｍαになる。この力Ｆにより可撓部１３が撓んで、ゲージ抵抗１４の抵抗値に変化が生じるのである。ゲージ抵抗１４は上述のようにブリッジ回路を構成するから、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、マス部１２に作用する加速度に比例する電圧を得ることができる。
【０００４】
センサ本体１０の裏面にはガラスよりなる裏面キャップ１５が接合され、センサ本体１０の表面にはガラスよりなる表面キャップ１６が接合される。上述したマス部１２は裏面キャップ１５と表面キャップ１６と支持枠１１とにより囲まれた空間内に配置されている。裏面キャップ１５および表面キャップ１６にはセンサ本体１０を形成する半導体と熱膨張率がほぼ等しい耐熱ガラスを用いる。裏面キャップ１５および表面キャップ１６においてマス部１２との対向面には、マス部１２を移動可能とする空間を確保するための凹所１５ａ，１６ａが形成されている。凹所１５ａ，１６ａはエッチングやサンドブラスト加工のような技術を用いて形成される。すなわち、マス部１２は裏面キャップ１５と表面キャップ１６とにより囲まれた空間内に配置され、かつ支持枠１１とマス部１２との間の隙間は比較的狭いから、裏面キャップ１５および表面キャップ１６とに囲まれた空間内を大気圧としておくことによって、マス部１２に比較的大きい加速度が作用してもエアダンピングの効果が得られて、可撓部１３に作用する荷重を抑制することができる。つまり、マス部１２が裏面キャップ１５や表面キャップ１６に衝突したり、可撓部１３の撓み量が過大になるなどによるセンサ本体１０の破損の可能性を低減している。
【０００５】
ここで、加速度センサとして所望の周波数特性（つまり、応答特性）が得られるようにエアダンピングの効果による減衰特性を設定すると、裏面キャップ１５や表面キャップ１６に形成される凹所１５ａ，１６ａの深さ、形状などが減衰特性によって決定されることになる。したがって、凹所１５ａ，１６ａが深くなってセンサ本体１０に許容された最大加速度がマス部１２に作用したときに、マス部１２の移動範囲を凹所１５ａ，１６ａの底面で規制することができなくなる場合がある。そこで、凹所１５ａ，１６ａの底面に位置規制用のストッパ１５ｂ，１６ｂを突設し、センサ本体１０に許容された最大加速度がマス部１２に作用したときにマス部１２がストッパ１５ｂ，１６ｂに当接することによって、マス部１２の移動範囲を規制することが考えられている。
【０００６】
ところで、支持枠１１と表面キャップ１６とを接合するために、半導体（一般にはシリコン）よりなる支持枠１１の表面にはマス部１２を囲む全周に亘って膜厚１〜２μｍのアルミニウム薄膜１７が形成されている。図９に示すように、支持枠１１と表面キャップ１６とはアルミニウム薄膜１７を介して陽極接合により接合される。なお、裏面キャップ１５も陽極接合により接合される。
【０００７】
一方、支持枠１１の表面周部に設けたボンディングパッド１８とゲージ抵抗１４との間の配線１９は、ｐ+ 拡散層により形成されており、この配線１９はアルミニウム薄膜１７の下側に形成されている。したがって、配線１９とアルミニウム薄膜１７との間の絶縁を確保するために、図９に示すように、支持枠１１において配線１９の上には酸化膜２０が形成してある。この酸化膜２０はｐ+ 拡散層を形成する際のマスクとして用いた酸化膜の孔部分を埋めた形で形成されるから、酸化膜２０の表面は配線１９に対応する部位が凹没した凹凸状になる。言い換えると、マスクとして用いた部分は酸化膜２０の厚みが大きく、マスクの孔を埋めた部分は酸化膜２０の厚みが小さくなる。したがって、酸化膜２０の上に形成されたアルミニウム薄膜１７の表面も配線１９に対応する部位が凹没した凹凸状になる。その結果、表面キャップ１６とアルミニウム薄膜１７との間には配線１９に対応する部位で隙間２１が形成されることになる。すなわち、裏面キャップ１５と表面キャップ１６とに囲まれる内側空間は隙間２１を通して外側空間に連通することになる。なお、隙間２１においてアルミニウム薄膜１７と表面キャップ１６との距離は１００〜２００ｎｍ程度になる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した加速度センサでは、マス部１２の移動をエアダンピング効果によって抑制するものであるから、支持枠１１には表面キャップ１６を接合するためにマス部１２を囲む全周に亘ってアルミニウム薄膜１７を形成しなければならず、表面キャップ１６とアルミニウム薄膜１７との接合面積が比較的大きくなる。すなわち、支持枠１１において表面キャップ１６との対向面の面積が大きくなり、このことが加速度センサの小型化を阻害する要因になる。逆に言えば、加速度センサに占めるマス部１２の体積を大きくとることができず、高感度かつ小型の加速度センサを得ることができないことになる。その結果、高感度の加速度センサは材料コストおよび製造コストが高くなり、安価に提供することができないという問題がある。
【０００９】
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、エアダンピング効果によってマス部に減衰特性を付与し、さらには、実装面積を従来構成より小さくしながらも体積に占めるマス部の割合を大きくして高感度化することを可能とした加速度センサの製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、半導体よりなる支持枠の内側にマス部を配置し支持枠の一部とマス部とを、支持枠の厚み方向に可撓であって撓み量に応じた出力を発生する歪センサを配置した可撓部を介して一体に連結したセンサ本体と、センサ本体の厚み方向の表裏において少なくとも可撓部の延長方向におけるマス部の先端側を開放した形で支持枠に固着され支持枠の厚み方向におけるマス部の変位を許容する空間を形成するとともにエアダンピング効果によりマス部の変位を抑制する第１および第２のキャップとからなる加速度センサを製造するにあたり、複数個のセンサ本体が連続して配列されるとともに可撓部の延長方向において隣接するセンサ本体のうちの一方のマス部の前記先端と他方の支持枠との間にマス部の先端縁に沿ったスリットが形成されている半導体基板を形成し、複数個の第１のキャップが連続して配列された形状のベースの上に前記半導体基板の裏面を固着し、さらに複数個の第２のキャップが配列されるとともに可撓部の延長方向においては互いに分離されているカバーを前記半導体基板の表面に固着し、その後、前記スリットの近傍を前記スリットに沿って切断するようにダイシングを行うことを特徴とする。この方法によれば、第１および第２のキャップとマス部の先端部との間が開放された加速度センサを製造することができ、従来構成のようにマス部の全周を囲むように支持枠を形成する場合に比較すると、マス部が同じ大きさであれば実装面積を小さくすることが可能になり、材料コストが低減することによって製造コストを低減することができる。また、従来構成と実装面積が同じであればマス部を大きくして感度を高めることができる。つまり、体積に占めるマス部の割合を大きくして高感度化することが可能になる。しかも、ダイシングの際には隣接するセンサ本体の間に形成されたスリットに沿って切断するから、スリットに沿って正確に切断することができる。
【００１１】
請求項２に係る発明は、半導体よりなる支持枠の内側にマス部を配置し支持枠の一部とマス部とを、支持枠の厚み方向に可撓であって撓み量に応じた出力を発生する歪センサを配置した可撓部を介して一体に連結したセンサ本体と、センサ本体の厚み方向の表裏において少なくとも可撓部の延長方向におけるマス部の先端側を開放した形で支持枠に固着され支持枠の厚み方向におけるマス部の変位を許容する空間を形成するとともにエアダンピング効果によりマス部の変位を抑制する第１および第２のキャップとからなる加速度センサを製造するにあたり、複数個のセンサ本体が連続して配列されるとともに可撓部の延長方向において隣接するセンサ本体のうちの一方のマス部と他方の支持枠とが一体に連続した半導体基板を形成し、複数個の第１のキャップが連続して配列された形状のベースの上に前記半導体基板の裏面を固着し、さらに複数個の第２のキャップが連続して配列された形状のカバーを前記半導体基板の表面に固着し、その後、可撓部の延長方向において隣接するセンサ本体の間であって一方のセンサ本体のマス部が第２のキャップから離間しかつ他方のセンサ本体の支持部が第１のキャップに接合されている部位を切断するようにダイシングを行うことを特徴とする。この方法によれば、第１および第２のキャップとマス部の先端部との間が開放された加速度センサを製造することができ、従来構成のようにマス部の全周を囲むように支持枠を形成する場合に比較すると、マス部が同じ大きさであれば実装面積を小さくすることが可能になり、材料コストが低減することによって製造コストを低減することができる。また、従来構成と実装面積が同じであればマス部を大きくして感度を高めることができる。つまり、体積に占めるマス部の割合を大きくして高感度化することが可能になる。しかも、ダイシングの前にはマス部が第１のキャップに固着された状態であって、外部からの振動や衝撃に対して可撓部が撓むことがないから、製造工程における可撓部の折損を防止することができる。また、ダイシングによってマス部が変位可能になるのであって、マス部の先端面が支持枠の表面に直交する形状になるから、エッチングによってマス部を形成する場合よりもマス部の質量を大きくとることができ、高感度化につながる。
【００１２】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２の発明において、第１および第２のキャップにおけるマス部との対向面にはマス部の変位量を規制するストッパが突設されていることを特徴とする。この方法によれば、マス部に大きな加速度が作用してもストッパによってマス部の変位を規制するから、可撓部の折損を防止することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
本実施形態において従来構成と共通の機能を有する構成は図に従来構成と同符号を付して説明を省略する。本実施形態は、図１ないし図３に示すように、支持枠１１の平面形状をコ字状としたものである。つまり、従来構成の支持枠１１は平面形状がロ字状であるのに対して、支持枠１１をコ字状に形成していることによって従来構成に対して支持枠１１の一部を除去した形になっており、支持枠１１を除去した分だけ加速度センサが小型化されている。つまり、支持枠１１の中央片１１ａに可撓部１３を介してマス部１２が連結され、支持枠１１において中央片１１ａの両端から可撓部１３の延長方向に沿った２本の側片１１ｂ，１１ｃが延長された形状になっており、支持枠１１の一端部が開放されている。マス部１２は平面形状が矩形状であって、マス部１２の一辺は支持枠１１における開放側の端部に臨むことになる。
【００１４】
支持枠１１の平面形状がコ字状であるから、支持枠１１の表面に形成され表面キャップ１６と接合されるアルミニウム薄膜１７も平面形状はコ字状になる。つまり、アルミニウム薄膜１７はマス部１２の両側縁に沿って略平行に形成される２本の直線状の側片１７ｂ，１７ｃと、両側片１７ｂ，１７ｃに直交するとともに両側片１７ｂ，１７ｃの一端部間を連結する中央片１７ａとを有している。このように、アルミニウム薄膜１７がコ字状に形成されているから、アルミニウム薄膜１７と陽極接合される表面キャップ１６は支持枠１１の開放側の端部においては支持枠１１と結合されず、マス部１２の先端縁付近まで延長される。また、裏面キャップ１５も支持枠１１の開放側の端部においては支持枠１１と結合されず、マス部１２の先端縁付近まで延長されている。この構造によって、マス部１２は裏面キャップ１５と表面キャップ１６との間に挟まれた形で配置されることになる。
【００１５】
裏面キャップ１５および表面キャップ１６には、従来構成と同様にサンドブラストなどによって凹所１５ａ，１６ａが形成され、凹所１５ａ，１６ａの底面にはストッパ１５ｂ，１６ｂが形成される。ただし、凹所１５ａ，１６ａは従来構成のように底面の全周が周壁で囲まれた形状ではなく、支持枠１１の開放側の端部に対応する部位は開放される。表面キャップ１６の凹所１６ａの深さは数１０μｍであり、凹所１６ａの底面からのストッパ１５ｂの突出寸法は、（凹所１６ａの深さ−数μｍ〜１０μｍ）、に設定される。言い換えると、マス部１２とストッパ１５ｂの先端面との間のギャップが数μｍ〜１０μｍになる。表面キャップ１６の凹所１６ａの深さ寸法およびストッパ１５ｂの突出高さ寸法を適宜に調整すれば、マス部１２がセンサ本体１０の厚み方向に変位する際に表面キャップ１６における開放側の端部で空気が流通しても、マス部１２に対して充分なエアダンピング効果を与えることができる。つまり、エアダンピング効果によってマス部１２に所要の減衰特性を与えることができる。ここに、ストッパ１５ｂ，１６ｂは適宜に配置すればよく、このストッパ１５ｂ，１６ｂによってマス部１２の移動範囲を規制することができる。つまり、過大な加速度がマス部１２に作用してもマス部１２がストッパ１５ｂ，１６ｂに当接することによって、可撓部１３が過剰に撓むことがなく可撓部１３の折損などを防止することができる。
【００１６】
上述したように、従来構成に比較すると支持枠１１においてマス部１２の先端縁に対向する部位が除去され、裏面キャップ１５および表面キャップ１６においてもマス部１２の先端縁に対応する部位が除去されているから、実装面積が従来構成と同じであるとすれば、支持枠１１の表面を含む面内でのマス部１２の面積が大きくなり（つまり、マス部１２の占める体積の割合が大きくなり）、マス部１２の質量が従来構成よりも大きくなる。しかも、マス部１２の重心位置が可撓部１３から遠ざかることになる。このことによって、従来構成に比較すると、同じ加速度が作用してもマス部１２に作用する力が大きくなるとともに支持枠１１と可撓部１３との連結部の回りに作用するモーメントが大きくなり、結果的に可撓部１３の撓み量が大きくなって感度が高くなるのである。また、従来構成と同じ大きさのマス部１２を用いるとすれば、支持枠１１、裏面キャップ１５、表面キャップ１６の平面形状における面積が従来構成よりも小さくなり、実装面積が小さくなるとともに材料コストを従来構成よりも低減することが可能になる。
【００１７】
ところで、本実施形態の加速度センサは、以下で説明するように、複数個をまとめて製造した後にダイシングを行って分離する。すなわち、図２に示すように、裏面キャップ１５となるように複数個の凹所１５ａおよびストッパ１５ｂを形成したガラスよりなるベース３１を用い、このベース３１の上に複数個のセンサ本体１０を形成した半導体基板（シリコンウェハよりなる）３２を接合する。さらに、半導体基板３２の上には半導体基板３２の上で図２の平面に直交する方向に並ぶセンサ本体１０に対応する個数個の表面キャップ１６を連続させた形状のガラスよりなるカバー３３をアルミニウム薄膜１７を介して接合する。こうして形成された積層物にダイシングを施して各加速度センサを個別に分離するのである。
【００１８】
ここに、半導体基板３２において可撓部１３の延長方向に隣接するセンサ本体１０では、支持枠１１の中央片１１ａとマス部１２の先端縁との間に所要のスリット３４が形成されている。各加速度センサを個々に分離するダイシングの際にはスリット３４に沿って切り離す。つまり、可撓部１３の延長方向において隣接する加速度センサは、スリット３４内から支持枠１１の中央片１１ａの一部に跨る部位を切断することによって互いに分離される。したがって、ダイシングに際してマス部１２は切断されることがなく、一方、裏面キャップ１５を形成するベース３１は分離される。ここに、スリット３４の幅寸法は４０〜１００μｍとし、ダイシングの際に用いるダイシングブレードの幅寸法は１００〜１５０μｍとする（ダイシングにより切断される部分を符号ｄで示す）。
【００１９】
なお、本実施形態においては、表面キャップ１６を支持枠１１の中央片１１ａと両側片１１ｂ，１１ｃとの３片に対して接合しているが、両側片１１ｂ，１１ｃのみに対して接合する構造としてもよい。
【００２０】
（第２の実施の形態）
本実施形態は、第１の実施の形態と同様に、支持枠１１の平面形状をコ字状としたものである。したがって、完成品としての加速度センサの基本的な形状は第１の実施の形態とほぼ同様になる。ただし、第１の実施の形態とは製造過程に相違があるから、製造過程の相違に起因する形状の相違はある。
【００２１】
以下に、本実施形態の製造過程について説明する。図４ないし図６に示すように、裏面キャップ１５となるように複数個の凹所１５ａおよびストッパ１５ｂを形成したベース３１を用い、このベース３１の上に複数個のセンサ本体１０を形成した半導体基板（シリコンウェハよりなる）３２を接合する。ベース３１の形状は第１の実施の形態に用いたものとほぼ同様であるが、加速度センサの実装面が第１の実施の形態のものと同形状であるとすれば、可撓部１３の延長方向における凹所１５ａの幅寸法は本実施形態のほうがやや小さくなる。また、本実施形態に用いる半導体基板３２にはスリット３４を設けておらず、可撓部１３の延長方向において隣接するセンサ本体１０の支持枠１１の中央片１１ａとマス部１２とは均一な厚みで連続している。つまり、半導体基板３２において可撓部１３に相当する部位のみが薄肉になる。
【００２２】
半導体基板３２の上には、個数個の表面キャップ１６を連続させた形状のカバー３３がアルミニウム薄膜１７を介して接合される。カバー３３は、第１の実施の形態では可撓部１３の延長方向においては分離されていたが、本実施形態では可撓部１３の延長方向においても連続したものを用いる。つまり、可撓部１３の延長方向において隣接するセンサ本体１０の支持枠１１における中央片１１ａに跨る形にカバー３３が形成され、中央片１１ａに設けたアルミニウム薄膜１７に接合される。こうして形成された積層物にダイシングを施して各加速度センサを個別に分離するのである。
【００２３】
各加速度センサを個々に分離するダイシングの際には、半導体基板３２と裏面キャップ３１とが陽極接合されている部位であって凹所１５ａの近傍部位を切り離す。このとき、カバー３３も同時に切り離される（ダイシングにより切断される部位を符号ｄで示す）。上述のようにして加速度センサを個々に分離した状態では、カバー３３の一部がボンディングパッド１８の上を覆っていることになる。そこで、カバー３３のうちボンディングパッド１８の上を覆っている余剰部分ｆを切除する（切断する部位を符号ｅで示す）。つまり、ダイシングによって加速度センサを個々に分離する際に、カバー３３の一部を切除することで、ボンディングパッド１８を露出させることができるのである。カバー３３の切断にはダイシングブレードを用いるが、ダイシングブレードの下端が半導体基板３２の表面よりも上方に位置するようにしてカバー３３のみを切断する。なお、上述の過程では裏面キャップ１５の一部がマス部１２に当接しているから、裏面キャップ１５の一部も切除する必要がある。
【００２４】
上述したように、マス部１２はダイシングの前にはベース３１に接合されており、ダイシング後に変位可能になるから、ダイシングまでの工程・作業において生じる信号や衝撃で可撓部１３が折損するなどの問題が生じるのを防止することができる。ここに、ダイシングまでの工程・作業とは、半導体基板３２の加工やベース３１およびカバー３３の陽極接合の工程・作業であって、搬送、エッチング、洗浄、ハンドリングなどを含む。また、ダイシングの際にはダイシングブレードの回転に伴って振動することになるが、マス部１２および支持枠１１の表裏にはベース３１およびカバー３３が接合されており、支持枠１１の厚み方向におけるマス部１２の変位が制限されているから、マス部１２が大きく変位することはない。さらに、可撓部１３の厚み寸法は６〜２０μｍであって強度が小さいが、可撓部１３の幅は１８０〜３００μｍに設計されており充分に強度が大きいから、ダイシングブレードの回転に伴って可動部１３に幅方向の振動が作用しても、これによって可撓部１３が折損することはない。
【００２５】
ところで、本実施形態では、マス部１２の先端面がダイシングによって形成されるから、マス部１２の先端面は支持枠１１の表面に直交しており、第１の実施の形態におけるマス部１２のように傾斜していない（第１の実施の形態においてマス部１２の先端面が傾斜しているのはＫＯＨを用いたウェットエッチングを施しているからである）。したがって、ウェットエッチングを施す場合に比較するとマス部１２の体積を大きくとることができ、このことによって加速度センサの感度を第１の実施の形態よりもさらに高くすることが可能になる。他の構成および動作は第１の実施の形態と同様である。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１に係る発明は、半導体よりなる支持枠の内側にマス部を配置し支持枠の一部とマス部とを、支持枠の厚み方向に可撓であって撓み量に応じた出力を発生する歪センサを配置した可撓部を介して一体に連結したセンサ本体と、センサ本体の厚み方向の表裏において少なくとも可撓部の延長方向におけるマス部の先端側を開放した形で支持枠に固着され支持枠の厚み方向におけるマス部の変位を許容する空間を形成するとともにエアダンピング効果によりマス部の変位を抑制する第１および第２のキャップとからなる加速度センサを製造するにあたり、複数個のセンサ本体が連続して配列されるとともに可撓部の延長方向において隣接するセンサ本体のうちの一方のマス部の前記先端と他方の支持枠との間にマス部の先端縁に沿ったスリットが形成されている半導体基板を形成し、複数個の第１のキャップが連続して配列された形状のベースの上に前記半導体基板の裏面を固着し、さらに複数個の第２のキャップが配列されるとともに可撓部の延長方向においては互いに分離されているカバーを前記半導体基板の表面に固着し、その後、前記スリットの近傍を前記スリットに沿って切断するようにダイシングを行うことを特徴とし、第１および第２のキャップとマス部の先端部との間が開放された加速度センサを製造することができ、従来構成のようにマス部の全周を囲むように支持枠を形成する場合に比較すると、マス部が同じ大きさであれば実装面積を小さくすることが可能になり、材料コストが低減することによって製造コストを低減することができる。また、従来構成と実装面積が同じであればマス部を大きくして感度を高めることができる。つまり、体積に占めるマス部の割合を大きくして高感度化することが可能になる。しかも、ダイシングの際には隣接するセンサ本体の間に形成されたスリットに沿って切断するから、スリットに沿って正確に切断することができる。
【００２７】
請求項２に係る発明は、半導体よりなる支持枠の内側にマス部を配置し支持枠の一部とマス部とを、支持枠の厚み方向に可撓であって撓み量に応じた出力を発生する歪センサを配置した可撓部を介して一体に連結したセンサ本体と、センサ本体の厚み方向の表裏において少なくとも可撓部の延長方向におけるマス部の先端側を開放した形で支持枠に固着され支持枠の厚み方向におけるマス部の変位を許容する空間を形成するとともにエアダンピング効果によりマス部の変位を抑制する第１および第２のキャップとからなる加速度センサを製造するにあたり、複数個のセンサ本体が連続して配列されるとともに可撓部の延長方向において隣接するセンサ本体のうちの一方のマス部と他方の支持枠とが一体に連続した半導体基板を形成し、複数個の第１のキャップが連続して配列された形状のベースの上に前記半導体基板の裏面を固着し、さらに複数個の第２のキャップが連続して配列された形状のカバーを前記半導体基板の表面に固着し、その後、可撓部の延長方向において隣接するセンサ本体の間であって一方のセンサ本体のマス部が第２のキャップから離間しかつ他方のセンサ本体の支持部が第１のキャップに接合されている部位を切断するようにダイシングを行うことを特徴とし、第１および第２のキャップとマス部の先端部との間が開放された加速度センサを製造することができ、従来構成のようにマス部の全周を囲むように支持枠を形成する場合に比較すると、マス部が同じ大きさであれば実装面積を小さくすることが可能になり、材料コストが低減することによって製造コストを低減することができる。また、従来構成と実装面積が同じであればマス部を大きくして感度を高めることができる。つまり、体積に占めるマス部の割合を大きくして高感度化することが可能になる。しかも、ダイシングの前にはマス部が第１のキャップに固着された状態であって、外部からの振動や衝撃に対して可撓部が撓むことがないから、製造工程における可撓部の折損を防止することができる。また、ダイシングによってマス部が変位可能になるのであって、マス部の先端面が支持枠の表面に直交する形状になるから、エッチングによってマス部を形成する場合よりもマス部の質量を大きくとることができ、高感度化につながる。
【００２８】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２の発明において、第１および第２のキャップにおけるマス部との対向面にはマス部の変位量を規制するストッパが突設されていることを特徴とし、マス部に大きな加速度が作用してもストッパによってマス部の変位を規制するから、可撓部の折損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す平面図である。
【図２】図１におけるＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】図１におけるＹ−Ｙ線断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態を示す平面図である。
【図５】図４におけるＸ−Ｘ線断面図である。
【図６】図４におけるＹ−Ｙ線断面図である。
【図７】従来構成を示す断面図である。
【図８】同上の平面図である。
【図９】図８におけるＸ−Ｘ線断面図である。
【符号の説明】
１０ センサ本体
１１ 支持枠
１２ マス部
１３ 可撓部
１４ ゲージ抵抗
１５ 裏面キャップ
１５ａ 凹所
１５ｂ ストッパ
１６ 表面キャップ
１６ａ 凹所
１６ｂ ストッパ
３１ ベース
３２ 半導体基板
３３ カバー
３４ スリット
Claims (3)
- 半導体よりなる支持枠の内側にマス部を配置し支持枠の一部とマス部とを、支持枠の厚み方向に可撓であって撓み量に応じた出力を発生する歪センサを配置した可撓部を介して一体に連結したセンサ本体と、センサ本体の厚み方向の表裏において少なくとも可撓部の延長方向におけるマス部の先端側を開放した形で支持枠に固着され支持枠の厚み方向におけるマス部の変位を許容する空間を形成するとともにエアダンピング効果によりマス部の変位を抑制する第１および第２のキャップとからなる加速度センサを製造するにあたり、複数個のセンサ本体が連続して配列されるとともに可撓部の延長方向において隣接するセンサ本体のうちの一方のマス部の前記先端と他方の支持枠との間にマス部の先端縁に沿ったスリットが形成されている半導体基板を形成し、複数個の第１のキャップが連続して配列された形状のベースの上に前記半導体基板の裏面を固着し、さらに複数個の第２のキャップが配列されるとともに可撓部の延長方向においては互いに分離されているカバーを前記半導体基板の表面に固着し、その後、前記スリットの近傍を前記スリットに沿って切断するようにダイシングを行うことを特徴とする加速度センサの製造方法。
- 半導体よりなる支持枠の内側にマス部を配置し支持枠の一部とマス部とを、支持枠の厚み方向に可撓であって撓み量に応じた出力を発生する歪センサを配置した可撓部を介して一体に連結したセンサ本体と、センサ本体の厚み方向の表裏において少なくとも可撓部の延長方向におけるマス部の先端側を開放した形で支持枠に固着され支持枠の厚み方向におけるマス部の変位を許容する空間を形成するとともにエアダンピング効果によりマス部の変位を抑制する第１および第２のキャップとからなる加速度センサを製造するにあたり、複数個のセンサ本体が連続して配列されるとともに可撓部の延長方向において隣接するセンサ本体のうちの一方のマス部と他方の支持枠とが一体に連続した半導体基板を形成し、複数個の第１のキャップが連続して配列された形状のベースの上に前記半導体基板の裏面を固着し、さらに複数個の第２のキャップが連続して配列された形状のカバーを前記半導体基板の表面に固着し、その後、可撓部の延長方向において隣接するセンサ本体の間であって一方のセンサ本体のマス部が第２のキャップから離間しかつ他方のセンサ本体の支持部が第１のキャップに接合されている部位を切断するようにダイシングを行うことを特徴とする加速度センサの製造方法。
- 第１および第２のキャップにおけるマス部との対向面にはマス部の変位量を規制するストッパが突設されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の加速度センサの製造方法。
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