JP3876615B2 - 半導体加速度センサ - Google Patents
半導体加速度センサ Download PDFInfo
- Publication number
- JP3876615B2 JP3876615B2 JP2000359257A JP2000359257A JP3876615B2 JP 3876615 B2 JP3876615 B2 JP 3876615B2 JP 2000359257 A JP2000359257 A JP 2000359257A JP 2000359257 A JP2000359257 A JP 2000359257A JP 3876615 B2 JP3876615 B2 JP 3876615B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- inspection
- sensing element
- main surface
- cap
- weight
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Pressure Sensors (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体加速度センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体加速度センサとして、図１１および図１２に示すように、矩形枠状の支持部１６に一対の薄肉の撓み部４を介して揺動自在に支持された重り部５を有し、各撓み部４にそれぞれ撓み部４の変形を検出するピエゾ抵抗よりなる２つのゲージ抵抗６が形成され、各ゲージ抵抗６から支持部１６の所定部位にわたってｐ+拡散層よりなる配線１１が形成されたセンシングエレメント１を備えたものが提案されている。なお、上述の撓み部４は、一般的に、ビームあるいはカンチレバーと称されている。
【０００３】
ここにおいて、センシングエレメント１における重り部５と、撓み部４と、支持部１６とはシリコン基板１ａをエッチング加工することで一体に形成されている。すなわち、センシングエレメント１は、シリコン基板１ａの裏面側において重り部５を全周にわたって囲む凹所１０ａが異方性エッチングなどを利用して形成され、シリコン基板１ａの主表面側において凹所１０ａに連通するスリット１０1，１０2が撓み部４を残して重り部５を略全周にわたって囲むように形成されている。要するに、シリコン基板１ａの主表面側において、支持部１６の内周面と重り部５の外周面との間には、スリット１０の幅だけの隙間があることになる。
【０００４】
また、センシングエレメント１は、シリコン基板１ａの主表面上にシリコン酸化膜８が形成され、シリコン酸化膜８上にシリコン窒化膜９が形成されている。また、シリコン基板１ａにおける支持部１６の主表面側には配線１１にコンタクト部１２を介して接続されたアルミニウムよりなる配線１３および配線１３に接続されたアルミニウムよりなるパッド１４が設けられている。ここに、パッド１４は、矩形枠状の支持部１６において撓み部４を挟んで重り部５に対向する部位の主表面側に形成されており、別途に設けられた導電パターン２０にボンディングワイヤ１５を介して電気的に接続して使用される。なお、導電パターン２０は、例えばセラミック基板に設けられた厚膜導体（例えば、Ａｇ／Ｐｄ）や、プラスチック製またはセラミック製のパッケージに設けられたリードなどにより構成される。リードの材料としては銅合金や４２アロイ（鉄とニッケルとの合金）などが用いられる。
【０００５】
また、センシングエレメント１の主表面側にはアルミニウムよりなる接合用薄膜７を介してガラス製の上部キャップ２が接合され、裏面側にはガラス製の下部キャップ３が接合されている。
【０００６】
上述の半導体加速度センサの製造方法の一例について例示すれば以下のようになる。
【０００７】
まず、主表面の結晶面が（１００）の単結晶シリコンのウェハの主表面および裏面それぞれの全面にシリコン酸化膜を形成し、その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用してウェハの主表面のシリコン酸化膜のうち上記スリット１０1，１０2に対応した部位を開口し、その後、ウェハの主表面のシリコン酸化膜をマスクとして露出した部分を所定深さ（例えば、６〜３０μｍ程度）までエッチングする。
【０００８】
次に、ウェハの主表面において露出した部位に熱酸化膜よりなるシリコン酸化膜を形成し、その後、配線１１を形成するためにフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用してウェハの主表面のシリコン酸化膜をパターニングし、その後、パターニングされたシリコン酸化膜をマスクとしてイオン注入によってウェハの主表面側にｐ形不純物のプレデポジションを行う。その後、ウェハの露出した主表面に熱酸化膜よりなるシリコン酸化膜を形成し、続いてｐ形不純物のドライブを行うことによりｐ+拡散層よりなる配線１１を形成する。
【０００９】
次に、ゲージ抵抗６を形成するためにウェハの主表面のシリコン酸化膜をパターニングし、その後、パターニングされたシリコン酸化膜をマスクとしてイオン注入によってウェハの主表面側にｐ形不純物のプレデポジションを行う。その後、ウェハの露出した主表面に熱酸化膜よりなるシリコン酸化膜を形成し、続いてｐ形不純物のドライブを行うことによりゲージ抵抗６を形成する。なお、ここまでの工程が終了した時点でウェハの主表面側に形成されているシリコン酸化膜が図１１におけるシリコン酸化膜８となる。
【００１０】
その後、ウェハの主表面側および裏面側それぞれにシリコン窒化膜を形成し、ウェハの主表面側のシリコン窒化膜９およびシリコン酸化膜８にコンタクトホールを設けてアルミニウムよりなる金属層をウェハの主表面側の全面に形成し、当該金属層をパターニングすることにより配線１３およびパッド１４および接合用薄膜７を形成する。
【００１１】
さらにその後、ウェハの主表面側の全面にシリコン窒化膜よりなる保護膜を形成し、続いて上記凹所１０ａを形成するためにフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用してウェハの裏面側のシリコン窒化膜およびシリコン酸化膜をパターニングし、パターニングされたシリコン窒化膜をマスクとしてアルカリ性の溶液を用いた異方性エッチングにより上記凹所１０ａおよびスリット１０1，１０2を形成する。その後、ウェハの主表面側の保護膜およびシリコン窒化膜９の不要な部分を除去することでセンシングエレメント１が多数形成されたウェハが得られる。
【００１２】
その後、上部キャップ２が多数形成された第１のガラス基板および下部キャップ３が多数形成された第２のガラス基板を上記ウェハに陽極接合して得られたセンサウェハをスクライブ線に沿ってダイシングすることで図１１に示す構成の半導体加速度センサ（センサチップ）が形成される。
【００１３】
ところで、図１１および図１２に示す構成の半導体加速度センサでは、上述の４つのゲージ抵抗６がブリッジ接続されており、重り部５の質量をｍとし、センシングエレメント１の厚み方向（図１１における上下方向）に加速度αがかかると、その加速度αの大きさに応じて重り部５にはｍαの力（慣性力）が働き重り部５が揺動することで撓み部４が撓み、その結果、撓み部４に歪みによる応力が生じ、ピエゾ抵抗効果によって各ゲージ抵抗６の抵抗値が変化するので、この抵抗値変化を電圧信号として取り出すことで、印加された加速度を検出できるようになっている。言い換えれば、加速度に比例した電圧信号を取り出すことができる。すなわち、図１３に示すように、上述の４つのゲージ抵抗６をＲ１〜Ｒ４とし、上述の４つのパッド１４をｐ１〜ｐ４とすると、４つのピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４は図１４に示すようにブリッジ接続されているから、例えばパッドｐ１，ｐ４間に定電圧源を接続すれば、ピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値変化をパッドｐ２，ｐ３間の電圧変化として検出することができるのである。
【００１４】
また、上部キャップ２および下部キャップ３は、それぞれ重り部５との対向面に重り部５の揺動空間（重り部５との間のエアギャップ）を確保するための凹所２ａ，３ａがサンドブラスト加工などにより形成されている。なお、サンドブラスト加工では、粒径が数１０μｍのアルミナなどの砥粒を噴射して物理的に凹所２ａ，３ａを掘り込んでいる。
【００１５】
しかして、上述の半導体加速度センサでは、エアダンピング効果によって重り部５の揺動範囲を抑制してセンシングエレメント１の撓み部４の破壊を防止している。ここに、センシングエレメント１は、エアダンピング効果によって減衰特性を持たせセンサ自体の周波数特性が最適になるように各凹所２ａ，３ａの底面と重り部５と距離などを設定してある。つまり、共振を起こさないようにエアダンピング効果を利用して減衰特性を持たせることで、撓み部４の破壊を防止している。
【００１６】
さらに、上部キャップ２および下部キャップ３は、それぞれ凹所２ａ，３ａの底面において重り部５に対向する部位の適宜位置に、過大な加速度が印加された時に重り部５の変位範囲を規制する微小なストッパ２ｂ，３ｂが突設されている。要するに、過大な加速度が印加された場合には、重り部５がストッパ２ｂ，３ｂに当接することにより、それ以上変位することがないから、重り部５が過大に変位することによる撓み部４の破壊を防止することができるのである。
【００１７】
上述の半導体加速度センサでは、一方の撓み部４に形成された一対のゲージ抵抗Ｒ１，Ｒ４の接続点とパッドｐ１とを接続する配線１１および他方の撓み部４に形成された一対のゲージ抵抗Ｒ２，Ｒ３の接続点とパッドｐ３とを接続する配線１１が、重り部５と支持部１６とに跨るように引き回されているので、撓み部４が折れた場合には配線１１が断線するから、撓み部４が折れてしまうような故障を外部で検知することができる（特開平９−１６６６１８号公報参照）。
【００１８】
また、図１５に示すようにゲージ抵抗６とは別に２つのパッド１４，１４’間に挿入される拡散抵抗よりなる検知用抵抗１９を支持部１６の主表面側に設け、検知用抵抗１９におけるパッド１４’側の配線１１’を、支持部１６と撓み部４と重り部５とに跨るように引き回すことで撓み部４の折れを検出するようにした構成のものも提案されている（特願平１１−２４０４４４号）。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
半導体加速度センサは、自動車のエアバックやＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）などにおいて加速度検出に使用されるので、高い信頼性が要求されており、センサの故障原因を判断できる故障診断機能を備えている必要がある。そこで、上述のように特開平９−１６６６１８号公報や特願平１１−２４０４４４号に記載のものでは、支持部１６と重り部５とに跨る配線１１，１１’を設け配線１１，１１’への通電の有無で撓み部４の折れや配線１１の断線を検出可能としてある。要するに、配線１１，１１’への通電の有無によって故障を判断することができるので、センシングエレメント１へ上部キャップ２，３を接合したウェハ単位でのプロービング検査時や、回路基板へ組立実装しハウジング（パッケージ）へ組み込んだ後の最終特性検査時にも、配線１１，１１’への通電の有無によって撓み部４の折れを検出することができる。
【００２０】
ところで、目視や光学顕微鏡などによる外観検査によって撓み部４の折れを検査する方法も考えられる。しかしながら、上部キャップ２の凹所２ａはサンドブラスト加工によって形成されているので、凹所２ａの底面に数μｍの凹凸が形成され、凹所２ａの底面がすりガラス状の粗面になっており、光学顕微鏡による外観検査では光が乱反射してピントがぼけてしまうから、十分な検査ができないという問題があった。しかして、ウェハ単位でのプロービング検査以降の工程で撓み部４が折れてしまうと、回路基板へ実装しハウジングへ組み込んだ後の最終検査時まで撓み部４が折れていることが分からないので、多くの工程が無駄になるとともに比較的高価な回路基板やパッケージが付加された上で廃棄されることになり、コストが高くなってしまうという不具合があった。
【００２１】
また、上述の半導体加速度センサにおいて撓み部４の反りが大きなものでは、重り部５と凹所２ａ，３ａとの間の距離の設計値からのずれが大きくなるので、周波数特性が悪くなって共振し、重り部がストッパ２ｂ，３ｂに衝突するときの衝撃によって撓み部４が破損してしまう恐れがあるが、センシングエレメント１に上部キャップ２および下部キャップ３を接合した後には撓み部４の反りを測定する手段がなかったので、信頼性を高めるのが難しいという不具合があった。
【００２２】
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、低コストで信頼性が高い半導体加速度センサを提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
請求項１，３の発明は、上記目的を達成するために、半導体基板よりなる枠状の支持部の内側に薄肉の撓み部を介して揺動自在に支持され支持部から離間した重り部を有し、撓み部の変形を検出するゲージ抵抗が撓み部に形成されたセンシングエレメントと、センシングエレメントとの対向面に第１の凹所が設けられセンシングエレメントの主表面側に接合された第１のキャップと、センシングエレメントとの対向面に第２の凹所が設けられセンシングの裏面側に接合された第２のキャップとを備え、重り部において前記第１の凹所に臨む面に検査用マークを設け、前記検査用マークを視認可能とする検査窓を前記第１のキャップに設けてなることを特徴とするものであり、センシングエレメントに上部キャップおよび下部キャップを接合した後でも検査用マークを視認することができるので、光学顕微鏡などの光学式の測距装置を利用して非接触且つ非破壊で例えば支持部の主表面と一定の距離にある基準平面に対する検査用マークの距離を測定し測定距離が規定範囲内にある場合のみ良品と判定するような検査を行うことで撓み部が折れたり反り過ぎている不良品を抜き取ることが可能となり、コストを低減できるとともに信頼性を高めることができる。
【００２４】
また、請求項１の発明では、前記検査用マークを前記重り部における前記撓み部側と反対側の先端部に設け、前記検査窓を前記検査用マークと前記支持部における前記重り部の先端部に対向する部分の主表面とに跨って視認可能とする長孔状の形状に形成してあるので、前記重り部の先端部に対向する部分の主表面自体を基準平面とすることができるから、検査精度を高めることができ、より信頼性が高くなる。
【００２５】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記検査用マークと前記検査窓との組を複数組設けてあるので、例えば各検査用マークについて基準平面に対する検査用マークの距離を測定して比較することで撓み部の折れや反りの他に撓み部のねじれの有無を検査することが可能になる。
【００２６】
また、請求項３の発明では、前記検査用マークを前記重り部と前記撓み部と前記支持部とを結ぶ直線に平行な直線に沿って前記重り部における前記撓み部側の基端部と前記撓み部側と反対側の先端部とに設けてあるので、例えば測距装置から各検査用マークまでの距離を比較することで重り部の傾きや撓み部の反り、折れなどを検査することが可能になる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
（参考例）
本参考例の半導体加速度センサの基本構成は図１１および図１２に示した従来構成と略同じであって、図１および図２に示すように、矩形枠状の支持部１６に一対の薄肉の撓み部４を介して揺動自在に支持された重り部５を有し、各撓み部４にそれぞれ撓み部４の変形を検出するピエゾ抵抗よりなる２つのゲージ抵抗６が形成され、各ゲージ抵抗６から支持部１６の所定部位にわたってｐ＋拡散層よりなる配線１１が形成されている。
【００２９】
センシングエレメント１における重り部５と、撓み部４と、支持部１６とはシリコン基板１ａをエッチング加工することで一体に形成されている。すなわち、センシングエレメント１は、シリコン基板１ａの裏面側において重り部５を全周にわたって囲む凹所１０ａが異方性エッチングなどを利用して形成され、シリコン基板１ａの主表面側において凹所１０ａに連通するスリット１０1，１０2が撓み部４を残して重り部５を略全周にわたって囲むように形成されている。要するに、シリコン基板１ａの主表面側において、支持部１６の内周面と重り部５の外周面との間には、スリット１０1の幅だけの隙間があることになる。
【００３０】
また、センシングエレメント１は、シリコン基板１ａの主表面上にシリコン酸化膜８が形成され、シリコン酸化膜８上にシリコン窒化膜９が形成されている。また、シリコン基板１ａにおける支持部１６の主表面側には配線１１にコンタクト部１２を介して接続されたアルミニウムよりなる配線１３および配線１３に接続されたアルミニウムよりなるパッド１４が設けられている。また、図１５に示した従来構成と同様に、ゲージ抵抗６とは別にパッド１４，１４’間に挿入される拡散抵抗よりなる検知用抵抗１９を支持部１６の主表面側に設け、検知用抵抗１６におけるパッド１４’側の配線１１’を、支持部１６と撓み部４と重り部５とに跨るように引き回すことで撓み部４の折れを検出できるようにしてある。ここに、パッド１４，１４’は、矩形枠状の支持部１６において撓み部４を挟んで重り部５に対向する部位の主表面側に形成されており、別途に設けられた導電パターン２０にボンディングワイヤ１５を介して電気的に接続して使用される。なお、導電パターン２０は、例えばセラミック基板に設けられた厚膜導体（例えば、Ａｇ／Ｐｄ）や、プラスチック製またはセラミック製のパッケージに設けられたリードなどにより構成される。リードの材料としては銅合金や４２アロイ（鉄とニッケルとの合金）などが用いられる。
【００３１】
また、センシングエレメント１の主表面側（図１における上面側）には、シリコンと略等しい熱膨張率を有する耐熱ガラスからなる上部キャップ２が陽極接合により接合されている。ここに、上部キャップ２は、センシングエレメント１の主表面側に設けられたアルミニウム薄膜よりなる接合用薄膜７を介してセンシングエレメント１に接合されている。
【００３２】
さらに、センシングエレメント１の裏面側（図１における下面側）には、シリコンと略等しい熱膨張率を有する耐熱ガラスからなる下部キャップ３が陽極接合により接合されている。ここに、下部キャップ３は、周部が全周にわたって支持部１６に接合されている。
【００３３】
上部キャップ２および下部キャップ３は、それぞれ重り部５との対向面に重り部５の揺動空間（重り部５との間のエアギャップ）を確保するための凹所２ａ，３ａがサンドブラスト加工などにより形成されている。なお、サンドブラスト加工では、粒径が数１０μｍのアルミナなどの砥粒を噴射して物理的に凹所２ａ，３ａを掘り込んでいる。なお、本参考例では、上部キャップ２が第１のキャップを、下部キャップ３が第２のキャップを、凹所２ａが第１の凹所を、凹所３ａが第２の凹所を、それぞれ構成している。
【００３４】
ところで、本参考例の半導体加速度センサは、重り部５において凹所２ａに望む面の中央部に平面形状が十字状の検査用マーク１８を設け、検査用マーク１８を視認可能とする円形状の検査窓２９を上部キャップ２に貫設している点に特徴がある。
【００３５】
なお、本参考例の半導体加速度センサにおいても、エアダンピング効果によって重り部５の揺動範囲を抑制してセンシングエレメント１の撓み部４の破壊を防止している。ここに、センシングエレメント１は、エアダンピング効果によって減衰特性を持たせセンサ自体の周波数特性が最適になるように各凹所２ａ，３ａの底面と重り部５と距離などを設定してある。つまり、共振を起こさないようにエアダンピング効果を利用して減衰特性を持たせることで、撓み部４の破壊を防止している。また、上部キャップ２および下部キャップ３は、それぞれ凹所２ａ，３ａの底面において重り部５に対向する部位の適宜位置に、過大な加速度が印加された時に重り部５の変位範囲を規制する微小なストッパ２ｂ，３ｂが突設されている。要するに、過大な加速度が印加された場合には、重り部５がストッパ２ｂ，３ｂに当接することにより、それ以上変位することがないから、重り部５が過大に変位することによる撓み部４の破壊を防止することができるのである。
【００３６】
本参考例の半導体加速度センサの製造方法の一例について例示すれば以下のようになる。
【００３７】
まず、主表面の結晶面が（１００）の単結晶シリコンのウェハの主表面および裏面それぞれの全面にシリコン酸化膜を形成し、その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用してウェハの主表面のシリコン酸化膜のうち上記スリット１０1，１０2に対応した部位を開口し、その後、ウェハの主表面のシリコン酸化膜をマスクとして露出した部分を所定深さ（例えば、６〜３０μｍ程度）までエッチングする。
【００３８】
次に、ウェハの主表面において露出した部位に熱酸化膜よりなるシリコン酸化膜を形成し、その後、配線１１を形成するためにフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用してウェハの主表面のシリコン酸化膜をパターニングし、その後、パターニングされたシリコン酸化膜をマスクとしてイオン注入によってウェハの主表面側にｐ形不純物のプレデポジションを行う。その後、ウェハの露出した主表面に熱酸化膜よりなるシリコン酸化膜を形成し、続いてｐ形不純物のドライブを行うことによりｐ+拡散層よりなる配線１１を形成する。
【００３９】
次に、ゲージ抵抗６を形成するためにウェハの主表面のシリコン酸化膜をパターニングし、その後、パターニングされたシリコン酸化膜をマスクとしてイオン注入によってウェハの主表面側にｐ形不純物のプレデポジションを行う。その後、ウェハの露出した主表面に熱酸化膜よりなるシリコン酸化膜を形成し、続いてｐ形不純物のドライブを行うことによりゲージ抵抗６を形成する。なお、ここまでの工程が終了した時点でウェハの主表面側に形成されているシリコン酸化膜が図１におけるシリコン酸化膜８となる。
【００４０】
その後、ウェハの主表面側および裏面側それぞれにシリコン窒化膜を形成し、ウェハの主表面側のシリコン窒化膜９およびシリコン酸化膜８にコンタクトホールを設けてアルミニウムをスパッタリングした後に、パターニングし、続いて、熱処理（いわゆるシンターリング）を行うことでそれぞれアルミニウムよりなる配線１３、パッド１４，１４’、接合用薄膜７、検査用マーク１８を形成する（なお、この際の熱処理により配線１３がコンタクト部１２にて配線１１と接続される）。
【００４１】
さらにその後、ウェハの主表面側の全面にレジスト層若しくは窒化膜よりなるマスク層を形成し、続いて上記凹所１０ａを形成するためにフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用してウェハの裏面側のシリコン窒化膜およびシリコン酸化膜をパターニングし、パターニングされたシリコン窒化膜をマスクとしてアルカリ性の溶液を用いた異方性エッチングにより上記凹所１０ａおよびスリット１０1，１０2を形成する。その後、ウェハの主表面側のマスク層およびシリコン窒化膜９の不要な部分を除去することでセンシングエレメント１が多数形成されたウェハが得られる。なお、上記マスク層がレジスト層の場合には、例えばアッシング装置により灰化してから有機溶剤により除去すればよく、マスク層がシリコン窒化膜の場合には、バッファフッ酸などにより除去すればよい。
【００４２】
その後、上部キャップ２が多数形成された第１のガラス基板および下部キャップ３が多数形成された第２のガラス基板を上記ウェハに陽極接合して得られたセンサウェハをスクライブ線に沿ってダイシングすることで図１に示す構成の半導体加速度センサ（センサチップ）が形成される。
【００４３】
本参考例の半導体加速度センサにおいても、図１１および図１２に示した従来構成と同様に、上述の４つのゲージ抵抗６がブリッジ接続されており、重り部５の質量をｍとし、センシングエレメント１の厚み方向（図１における上下方向）に加速度αがかかると、その加速度αの大きさに応じて重り部５にはｍαの力（慣性力）が働き重り部５が揺動することで撓み部４が撓み、その結果、撓み部４に歪みによる応力が生じ、ピエゾ抵抗効果によって各ゲージ抵抗６の抵抗値が変化するので、この抵抗値変化を電圧信号として取り出すことで、印加された加速度を検出できるようになっている。言い換えれば、加速度に比例した電圧信号を取り出すことができる。
【００４４】
ところで、本参考例の半導体加速度センサでは、上述のように、重り部５において凹所２ａに望む面の中央部に平面形状が十字状の検査用マーク１８を設け、検査用マーク１８を視認可能とする円形状の検査窓２９を上部キャップ２に貫設してあるので、センシングエレメント１に上部キャップ２を接合した後であっても、例えば図３に示すように光学顕微鏡２３を用いて検査用マーク１８を視認することができる。要するに、光学顕微鏡２３からレンズ２２を通して出射された光が検査用マーク１８で反射されるから、検査窓２９を通して検査用マーク１８を視認することができる。したがって、例えば支持部１６の主表面と一定の距離にある基準平面に対する検査用マーク１８の距離を測定し測定距離が規定範囲内にある場合のみ良品と判定するような検査を行うことで撓み部４が折れていたり反りが大き過ぎるような不良品を抜き取ることが可能となり、コストを低減できるとともに信頼性を高めることができる。
【００４５】
図４は上述のセンサウェハＷの撓み部４の折れや反りを検査する検査システムの概略構成例を示し、センサウェハはＸＹθテーブル２４上にセットされ、重り部５の主表面上の検査マーク１８の位置はデジタル位置表示装置（例えば、ソニー製のマグネスケールなど）に表示される。また、例えば支持部１６の主表面と一定の距離にある基準平面に対する検査用マーク１８の距離は、光学顕微鏡２３のピント調整ねじ２７を調整することで検査用マーク１８、ＸＹθテーブル２４それぞれにピントが合うときの距離の測定データが処理装置（例えば、株式会社ミツトヨ製のデジマチックミニプロセッサ）２５の表示装置に表示される。したがって、例えば、処理装置２５において、ＸＹθテーブル２４の上面を基準平面として、基準平面に対する検査用マーク１８の距離を演算し、演算結果を当該表示装置に表示させるようにし、演算結果が所定範囲内にあれば撓み部４が折れておらず且つ撓み部４が反り過ぎていない良品と判定するようにすればよい。言い換えれば、演算結果が所定範囲内になければ撓み部４が折れているが若しくは反り過ぎている不良品と判断することができる。要するに、センシングエレメント１に上部キャップ２および下部キャップ３を接合した後のセンサウェハＷの状態でも、基準平面に対する検査用マーク１８の距離を光学式の測距装置などで測定することができるので、撓み部４の折れや反りなどを非接触、非破壊で検査することができ、低コストで信頼性の高い半導体加速度センサを提供することができる。
【００４６】
なお、単一波長のレーザ光を用いたナイフエッジ法により支持部１６の主表面と一定の距離にある基準平面に対する検査用マーク１８の距離を測定して撓み部４の反りを判断するようにしてもよく、この場合には例えば日本デジテック製の超高精度無接触３次元測定器などを用いればよい。
【００４７】
（実施形態１）
本実施形態の半導体加速度センサの基本構成は参考例と略同じであって、図５および図６に示すように、検査用マーク１８を重り部５における撓み部４側と反対側の先端部に設け、検査窓２９を検査用マーク１８と支持部１６における重り部５の先端部に対向する部分の主表面とに跨って視認可能とする長孔状の形状に形成してある点に特徴がある。なお、参考例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。
【００４８】
しかして、本実施形態の半導体加速度センサでは、センシングエレメント１に上部キャップ２および下部キャップ３を接合した後のセンサウェハＷの状態でも検査用マーク１８と支持部１６における重り部５の先端部に対向する部分の主表面とを視認することができるので、光学式の測距装置から支持部１６および検査用マーク１８それぞれまでの距離を測距することで、支持部１６の主表面を含む基準平面に対する検査用マーク１８の距離を演算することができるから、撓み部４の反りを参考例１での検査方法に比べてより検査精度が向上する。また、重り部５の先端側におけるスリット１０１から検査用マーク１８までの距離を測定し、測定距離が所定距離内にない場合や検査用マーク１８が見つからない場合に撓み部４が折れていると判断するようにしてもよい。
【００４９】
（実施形態２）
本実施形態の半導体加速度センサの基本構成は実施形態１と略同じであって、図７および図８に示すように、検査用マーク１８と検査窓２９との組を２組設けている点に特徴がある。ここに、検査用マーク１８は重り部５の主表面において撓み部４の延長方向に直交する方向に並設されている（図８における上下方向に並設されている）。なお、参考例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。
【００５０】
しかして、本実施形態の半導体加速度センサでは、実施形態１と同様に、センサウェハＷの状態で撓み部４の反りや折れを検知することができ、その上さらに、例えば各検査用マーク１８について基準平面に対する検査用マーク１８の距離を測定して比較することで撓み部４の折れや反りの他に撓み部４のねじれの有無を検査することが可能になり、ねじれが大きい（つまり、両検査用マーク１８で基準平面に対する距離の差が規定範囲にない）場合には、撓み部４のねじれが大きい不良品とすればよい。
【００５１】
（実施形態３）
本実施形態の半導体加速度センサの基本構成は参考例と略同じであって、図９および図１０に示すように、検査用マーク１８と検査窓２９との組を２組設けている点に特徴がある。ここに、検査用マーク１８は重り部５の主表面において撓み部４の延長方向に平行する方向に沿って並設されている（図１０における左右方向に並設されている）。すなわち、本実施形態の半導体加速度センサでは、重り部５における撓み部４側の基端部と撓み部４側とは反対側の先端部とに検査用マーク１８を設けてある。なお、参考例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。
【００５２】
しかして、本実施形態の半導体加速度センサでは、各検査用マーク１８それぞれについてピントが合うときの測距装置からの距離の差を求めることで支持部１６の主表面に対する重り部５の傾きを求めることができ、撓み部４の折れや反りなどを検査することが可能になる。
【００５３】
なお、上記参考例および上記各実施形態では、重り部５の主表面上に検査用マーク１８を設け、上部キャップ２に検査窓２９を設けているが、凹所２ａ，３ａの深さを適宜設定することで従来構成と同様にエアダンピング効果を得ることができる。また、センサチップはクリーンルーム内でパッケージに収納された状態でシーリング用接着剤を用いて蓋が被着される。
【００５４】
【発明の効果】
請求項１，３の発明は、半導体基板よりなる枠状の支持部の内側に薄肉の撓み部を介して揺動自在に支持され支持部から離間した重り部を有し、撓み部の変形を検出するゲージ抵抗が撓み部に形成されたセンシングエレメントと、センシングエレメントとの対向面に第１の凹所が設けられセンシングエレメントの主表面側に接合された第１のキャップと、センシングエレメントとの対向面に第２の凹所が設けられセンシングの裏面側に接合された第２のキャップとを備え、重り部において前記第１の凹所に臨む面に検査用マークを設け、前記検査用マークを視認可能とする検査窓を前記第１のキャップに設けてなるものであり、センシングエレメントに上部キャップおよび下部キャップを接合した後でも検査用マークを視認することができるので、光学顕微鏡などの光学式の測距装置を利用して非接触且つ非破壊で例えば支持部の主表面と一定の距離にある基準平面に対する検査用マークの距離を測定し測定距離が規定範囲内にある場合のみ良品と判定するような検査を行うことで撓み部が折れたり反り過ぎている不良品を抜き取ることが可能となり、コストを低減できるとともに信頼性を高めることができるという効果がある。
【００５５】
また、請求項１の発明では、前記検査用マークを前記重り部における前記撓み部側と反対側の先端部に設け、前記検査窓を前記検査用マークと前記支持部における前記重り部の先端部に対向する部分の主表面とに跨って視認可能とする長孔状の形状に形成してあるので、前記重り部の先端部に対向する部分の主表面自体を基準平面とすることができるから、検査精度を高めることができ、より信頼性が高くなるという効果がある。
【００５６】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記検査用マークと前記検査窓との組を複数組設けてあるので、例えば各検査用マークについて基準平面に対する検査用マークの距離を測定して比較することで撓み部の折れや反りの他に撓み部のねじれの有無を検査することが可能になるという効果がある。
【００５７】
また、請求項３の発明では、前記検査用マークを前記重り部と前記撓み部と前記支持部とを結ぶ直線に平行な直線に沿って前記重り部における前記撓み部側の基端部と前記撓み部側と反対側の先端部とに設けてあるので、例えば測距装置から各検査用マークまでの距離を比較することで重り部の傾きや撓み部の反り、折れなどを検査することが可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 参考例を示す概略断面図である。
【図２】 同上において上部キャップを取り外した状態の概略平面図であるである。
【図３】 同上における検査方法の説明図である。
【図４】 同上における検査システムの概略構成図である。
【図５】 実施形態１を示す概略断面図である。
【図６】 同上において上部キャップを取り外した状態の概略平面図である。
【図７】 実施形態２を示す概略断面図である。
【図８】 同上において上部キャップを取り外した状態の概略平面図である。
【図９】 実施形態３を示す概略断面図である。
【図１０】 同上において上部キャップを取り外した状態の概略平面図である。
【図１１】 従来例を示す概略断面図である。
【図１２】 同上において上部キャップを取り外した状態の概略平面図である。
【図１３】 同上の要部説明図である。
【図１４】 同上の要部説明図である。
【図１５】 他の従来例を示し上部キャップを取り外した状態の平面図である。
【符号の説明】
１ センシングエレメント
１ａ シリコン基板
２ 上部キャップ
２ａ 凹所
３ 下部キャップ
３ａ 凹所
４ 撓み部
５ 重り部
１６ 支持部
１８ 検査用マーク
２９ 検査窓
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体加速度センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体加速度センサとして、図１１および図１２に示すように、矩形枠状の支持部１６に一対の薄肉の撓み部４を介して揺動自在に支持された重り部５を有し、各撓み部４にそれぞれ撓み部４の変形を検出するピエゾ抵抗よりなる２つのゲージ抵抗６が形成され、各ゲージ抵抗６から支持部１６の所定部位にわたってｐ+拡散層よりなる配線１１が形成されたセンシングエレメント１を備えたものが提案されている。なお、上述の撓み部４は、一般的に、ビームあるいはカンチレバーと称されている。
【０００３】
ここにおいて、センシングエレメント１における重り部５と、撓み部４と、支持部１６とはシリコン基板１ａをエッチング加工することで一体に形成されている。すなわち、センシングエレメント１は、シリコン基板１ａの裏面側において重り部５を全周にわたって囲む凹所１０ａが異方性エッチングなどを利用して形成され、シリコン基板１ａの主表面側において凹所１０ａに連通するスリット１０1，１０2が撓み部４を残して重り部５を略全周にわたって囲むように形成されている。要するに、シリコン基板１ａの主表面側において、支持部１６の内周面と重り部５の外周面との間には、スリット１０の幅だけの隙間があることになる。
【０００４】
また、センシングエレメント１は、シリコン基板１ａの主表面上にシリコン酸化膜８が形成され、シリコン酸化膜８上にシリコン窒化膜９が形成されている。また、シリコン基板１ａにおける支持部１６の主表面側には配線１１にコンタクト部１２を介して接続されたアルミニウムよりなる配線１３および配線１３に接続されたアルミニウムよりなるパッド１４が設けられている。ここに、パッド１４は、矩形枠状の支持部１６において撓み部４を挟んで重り部５に対向する部位の主表面側に形成されており、別途に設けられた導電パターン２０にボンディングワイヤ１５を介して電気的に接続して使用される。なお、導電パターン２０は、例えばセラミック基板に設けられた厚膜導体（例えば、Ａｇ／Ｐｄ）や、プラスチック製またはセラミック製のパッケージに設けられたリードなどにより構成される。リードの材料としては銅合金や４２アロイ（鉄とニッケルとの合金）などが用いられる。
【０００５】
また、センシングエレメント１の主表面側にはアルミニウムよりなる接合用薄膜７を介してガラス製の上部キャップ２が接合され、裏面側にはガラス製の下部キャップ３が接合されている。
【０００６】
上述の半導体加速度センサの製造方法の一例について例示すれば以下のようになる。
【０００７】
まず、主表面の結晶面が（１００）の単結晶シリコンのウェハの主表面および裏面それぞれの全面にシリコン酸化膜を形成し、その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用してウェハの主表面のシリコン酸化膜のうち上記スリット１０1，１０2に対応した部位を開口し、その後、ウェハの主表面のシリコン酸化膜をマスクとして露出した部分を所定深さ（例えば、６〜３０μｍ程度）までエッチングする。
【０００８】
次に、ウェハの主表面において露出した部位に熱酸化膜よりなるシリコン酸化膜を形成し、その後、配線１１を形成するためにフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用してウェハの主表面のシリコン酸化膜をパターニングし、その後、パターニングされたシリコン酸化膜をマスクとしてイオン注入によってウェハの主表面側にｐ形不純物のプレデポジションを行う。その後、ウェハの露出した主表面に熱酸化膜よりなるシリコン酸化膜を形成し、続いてｐ形不純物のドライブを行うことによりｐ+拡散層よりなる配線１１を形成する。
【０００９】
次に、ゲージ抵抗６を形成するためにウェハの主表面のシリコン酸化膜をパターニングし、その後、パターニングされたシリコン酸化膜をマスクとしてイオン注入によってウェハの主表面側にｐ形不純物のプレデポジションを行う。その後、ウェハの露出した主表面に熱酸化膜よりなるシリコン酸化膜を形成し、続いてｐ形不純物のドライブを行うことによりゲージ抵抗６を形成する。なお、ここまでの工程が終了した時点でウェハの主表面側に形成されているシリコン酸化膜が図１１におけるシリコン酸化膜８となる。
【００１０】
その後、ウェハの主表面側および裏面側それぞれにシリコン窒化膜を形成し、ウェハの主表面側のシリコン窒化膜９およびシリコン酸化膜８にコンタクトホールを設けてアルミニウムよりなる金属層をウェハの主表面側の全面に形成し、当該金属層をパターニングすることにより配線１３およびパッド１４および接合用薄膜７を形成する。
【００１１】
さらにその後、ウェハの主表面側の全面にシリコン窒化膜よりなる保護膜を形成し、続いて上記凹所１０ａを形成するためにフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用してウェハの裏面側のシリコン窒化膜およびシリコン酸化膜をパターニングし、パターニングされたシリコン窒化膜をマスクとしてアルカリ性の溶液を用いた異方性エッチングにより上記凹所１０ａおよびスリット１０1，１０2を形成する。その後、ウェハの主表面側の保護膜およびシリコン窒化膜９の不要な部分を除去することでセンシングエレメント１が多数形成されたウェハが得られる。
【００１２】
その後、上部キャップ２が多数形成された第１のガラス基板および下部キャップ３が多数形成された第２のガラス基板を上記ウェハに陽極接合して得られたセンサウェハをスクライブ線に沿ってダイシングすることで図１１に示す構成の半導体加速度センサ（センサチップ）が形成される。
【００１３】
ところで、図１１および図１２に示す構成の半導体加速度センサでは、上述の４つのゲージ抵抗６がブリッジ接続されており、重り部５の質量をｍとし、センシングエレメント１の厚み方向（図１１における上下方向）に加速度αがかかると、その加速度αの大きさに応じて重り部５にはｍαの力（慣性力）が働き重り部５が揺動することで撓み部４が撓み、その結果、撓み部４に歪みによる応力が生じ、ピエゾ抵抗効果によって各ゲージ抵抗６の抵抗値が変化するので、この抵抗値変化を電圧信号として取り出すことで、印加された加速度を検出できるようになっている。言い換えれば、加速度に比例した電圧信号を取り出すことができる。すなわち、図１３に示すように、上述の４つのゲージ抵抗６をＲ１〜Ｒ４とし、上述の４つのパッド１４をｐ１〜ｐ４とすると、４つのピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４は図１４に示すようにブリッジ接続されているから、例えばパッドｐ１，ｐ４間に定電圧源を接続すれば、ピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値変化をパッドｐ２，ｐ３間の電圧変化として検出することができるのである。
【００１４】
また、上部キャップ２および下部キャップ３は、それぞれ重り部５との対向面に重り部５の揺動空間（重り部５との間のエアギャップ）を確保するための凹所２ａ，３ａがサンドブラスト加工などにより形成されている。なお、サンドブラスト加工では、粒径が数１０μｍのアルミナなどの砥粒を噴射して物理的に凹所２ａ，３ａを掘り込んでいる。
【００１５】
しかして、上述の半導体加速度センサでは、エアダンピング効果によって重り部５の揺動範囲を抑制してセンシングエレメント１の撓み部４の破壊を防止している。ここに、センシングエレメント１は、エアダンピング効果によって減衰特性を持たせセンサ自体の周波数特性が最適になるように各凹所２ａ，３ａの底面と重り部５と距離などを設定してある。つまり、共振を起こさないようにエアダンピング効果を利用して減衰特性を持たせることで、撓み部４の破壊を防止している。
【００１６】
さらに、上部キャップ２および下部キャップ３は、それぞれ凹所２ａ，３ａの底面において重り部５に対向する部位の適宜位置に、過大な加速度が印加された時に重り部５の変位範囲を規制する微小なストッパ２ｂ，３ｂが突設されている。要するに、過大な加速度が印加された場合には、重り部５がストッパ２ｂ，３ｂに当接することにより、それ以上変位することがないから、重り部５が過大に変位することによる撓み部４の破壊を防止することができるのである。
【００１７】
上述の半導体加速度センサでは、一方の撓み部４に形成された一対のゲージ抵抗Ｒ１，Ｒ４の接続点とパッドｐ１とを接続する配線１１および他方の撓み部４に形成された一対のゲージ抵抗Ｒ２，Ｒ３の接続点とパッドｐ３とを接続する配線１１が、重り部５と支持部１６とに跨るように引き回されているので、撓み部４が折れた場合には配線１１が断線するから、撓み部４が折れてしまうような故障を外部で検知することができる（特開平９−１６６６１８号公報参照）。
【００１８】
また、図１５に示すようにゲージ抵抗６とは別に２つのパッド１４，１４’間に挿入される拡散抵抗よりなる検知用抵抗１９を支持部１６の主表面側に設け、検知用抵抗１９におけるパッド１４’側の配線１１’を、支持部１６と撓み部４と重り部５とに跨るように引き回すことで撓み部４の折れを検出するようにした構成のものも提案されている（特願平１１−２４０４４４号）。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
半導体加速度センサは、自動車のエアバックやＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）などにおいて加速度検出に使用されるので、高い信頼性が要求されており、センサの故障原因を判断できる故障診断機能を備えている必要がある。そこで、上述のように特開平９−１６６６１８号公報や特願平１１−２４０４４４号に記載のものでは、支持部１６と重り部５とに跨る配線１１，１１’を設け配線１１，１１’への通電の有無で撓み部４の折れや配線１１の断線を検出可能としてある。要するに、配線１１，１１’への通電の有無によって故障を判断することができるので、センシングエレメント１へ上部キャップ２，３を接合したウェハ単位でのプロービング検査時や、回路基板へ組立実装しハウジング（パッケージ）へ組み込んだ後の最終特性検査時にも、配線１１，１１’への通電の有無によって撓み部４の折れを検出することができる。
【００２０】
ところで、目視や光学顕微鏡などによる外観検査によって撓み部４の折れを検査する方法も考えられる。しかしながら、上部キャップ２の凹所２ａはサンドブラスト加工によって形成されているので、凹所２ａの底面に数μｍの凹凸が形成され、凹所２ａの底面がすりガラス状の粗面になっており、光学顕微鏡による外観検査では光が乱反射してピントがぼけてしまうから、十分な検査ができないという問題があった。しかして、ウェハ単位でのプロービング検査以降の工程で撓み部４が折れてしまうと、回路基板へ実装しハウジングへ組み込んだ後の最終検査時まで撓み部４が折れていることが分からないので、多くの工程が無駄になるとともに比較的高価な回路基板やパッケージが付加された上で廃棄されることになり、コストが高くなってしまうという不具合があった。
【００２１】
また、上述の半導体加速度センサにおいて撓み部４の反りが大きなものでは、重り部５と凹所２ａ，３ａとの間の距離の設計値からのずれが大きくなるので、周波数特性が悪くなって共振し、重り部がストッパ２ｂ，３ｂに衝突するときの衝撃によって撓み部４が破損してしまう恐れがあるが、センシングエレメント１に上部キャップ２および下部キャップ３を接合した後には撓み部４の反りを測定する手段がなかったので、信頼性を高めるのが難しいという不具合があった。
【００２２】
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、低コストで信頼性が高い半導体加速度センサを提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
請求項１，３の発明は、上記目的を達成するために、半導体基板よりなる枠状の支持部の内側に薄肉の撓み部を介して揺動自在に支持され支持部から離間した重り部を有し、撓み部の変形を検出するゲージ抵抗が撓み部に形成されたセンシングエレメントと、センシングエレメントとの対向面に第１の凹所が設けられセンシングエレメントの主表面側に接合された第１のキャップと、センシングエレメントとの対向面に第２の凹所が設けられセンシングの裏面側に接合された第２のキャップとを備え、重り部において前記第１の凹所に臨む面に検査用マークを設け、前記検査用マークを視認可能とする検査窓を前記第１のキャップに設けてなることを特徴とするものであり、センシングエレメントに上部キャップおよび下部キャップを接合した後でも検査用マークを視認することができるので、光学顕微鏡などの光学式の測距装置を利用して非接触且つ非破壊で例えば支持部の主表面と一定の距離にある基準平面に対する検査用マークの距離を測定し測定距離が規定範囲内にある場合のみ良品と判定するような検査を行うことで撓み部が折れたり反り過ぎている不良品を抜き取ることが可能となり、コストを低減できるとともに信頼性を高めることができる。
【００２４】
また、請求項１の発明では、前記検査用マークを前記重り部における前記撓み部側と反対側の先端部に設け、前記検査窓を前記検査用マークと前記支持部における前記重り部の先端部に対向する部分の主表面とに跨って視認可能とする長孔状の形状に形成してあるので、前記重り部の先端部に対向する部分の主表面自体を基準平面とすることができるから、検査精度を高めることができ、より信頼性が高くなる。
【００２５】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記検査用マークと前記検査窓との組を複数組設けてあるので、例えば各検査用マークについて基準平面に対する検査用マークの距離を測定して比較することで撓み部の折れや反りの他に撓み部のねじれの有無を検査することが可能になる。
【００２６】
また、請求項３の発明では、前記検査用マークを前記重り部と前記撓み部と前記支持部とを結ぶ直線に平行な直線に沿って前記重り部における前記撓み部側の基端部と前記撓み部側と反対側の先端部とに設けてあるので、例えば測距装置から各検査用マークまでの距離を比較することで重り部の傾きや撓み部の反り、折れなどを検査することが可能になる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
（参考例）
本参考例の半導体加速度センサの基本構成は図１１および図１２に示した従来構成と略同じであって、図１および図２に示すように、矩形枠状の支持部１６に一対の薄肉の撓み部４を介して揺動自在に支持された重り部５を有し、各撓み部４にそれぞれ撓み部４の変形を検出するピエゾ抵抗よりなる２つのゲージ抵抗６が形成され、各ゲージ抵抗６から支持部１６の所定部位にわたってｐ＋拡散層よりなる配線１１が形成されている。
【００２９】
センシングエレメント１における重り部５と、撓み部４と、支持部１６とはシリコン基板１ａをエッチング加工することで一体に形成されている。すなわち、センシングエレメント１は、シリコン基板１ａの裏面側において重り部５を全周にわたって囲む凹所１０ａが異方性エッチングなどを利用して形成され、シリコン基板１ａの主表面側において凹所１０ａに連通するスリット１０1，１０2が撓み部４を残して重り部５を略全周にわたって囲むように形成されている。要するに、シリコン基板１ａの主表面側において、支持部１６の内周面と重り部５の外周面との間には、スリット１０1の幅だけの隙間があることになる。
【００３０】
また、センシングエレメント１は、シリコン基板１ａの主表面上にシリコン酸化膜８が形成され、シリコン酸化膜８上にシリコン窒化膜９が形成されている。また、シリコン基板１ａにおける支持部１６の主表面側には配線１１にコンタクト部１２を介して接続されたアルミニウムよりなる配線１３および配線１３に接続されたアルミニウムよりなるパッド１４が設けられている。また、図１５に示した従来構成と同様に、ゲージ抵抗６とは別にパッド１４，１４’間に挿入される拡散抵抗よりなる検知用抵抗１９を支持部１６の主表面側に設け、検知用抵抗１６におけるパッド１４’側の配線１１’を、支持部１６と撓み部４と重り部５とに跨るように引き回すことで撓み部４の折れを検出できるようにしてある。ここに、パッド１４，１４’は、矩形枠状の支持部１６において撓み部４を挟んで重り部５に対向する部位の主表面側に形成されており、別途に設けられた導電パターン２０にボンディングワイヤ１５を介して電気的に接続して使用される。なお、導電パターン２０は、例えばセラミック基板に設けられた厚膜導体（例えば、Ａｇ／Ｐｄ）や、プラスチック製またはセラミック製のパッケージに設けられたリードなどにより構成される。リードの材料としては銅合金や４２アロイ（鉄とニッケルとの合金）などが用いられる。
【００３１】
また、センシングエレメント１の主表面側（図１における上面側）には、シリコンと略等しい熱膨張率を有する耐熱ガラスからなる上部キャップ２が陽極接合により接合されている。ここに、上部キャップ２は、センシングエレメント１の主表面側に設けられたアルミニウム薄膜よりなる接合用薄膜７を介してセンシングエレメント１に接合されている。
【００３２】
さらに、センシングエレメント１の裏面側（図１における下面側）には、シリコンと略等しい熱膨張率を有する耐熱ガラスからなる下部キャップ３が陽極接合により接合されている。ここに、下部キャップ３は、周部が全周にわたって支持部１６に接合されている。
【００３３】
上部キャップ２および下部キャップ３は、それぞれ重り部５との対向面に重り部５の揺動空間（重り部５との間のエアギャップ）を確保するための凹所２ａ，３ａがサンドブラスト加工などにより形成されている。なお、サンドブラスト加工では、粒径が数１０μｍのアルミナなどの砥粒を噴射して物理的に凹所２ａ，３ａを掘り込んでいる。なお、本参考例では、上部キャップ２が第１のキャップを、下部キャップ３が第２のキャップを、凹所２ａが第１の凹所を、凹所３ａが第２の凹所を、それぞれ構成している。
【００３４】
ところで、本参考例の半導体加速度センサは、重り部５において凹所２ａに望む面の中央部に平面形状が十字状の検査用マーク１８を設け、検査用マーク１８を視認可能とする円形状の検査窓２９を上部キャップ２に貫設している点に特徴がある。
【００３５】
なお、本参考例の半導体加速度センサにおいても、エアダンピング効果によって重り部５の揺動範囲を抑制してセンシングエレメント１の撓み部４の破壊を防止している。ここに、センシングエレメント１は、エアダンピング効果によって減衰特性を持たせセンサ自体の周波数特性が最適になるように各凹所２ａ，３ａの底面と重り部５と距離などを設定してある。つまり、共振を起こさないようにエアダンピング効果を利用して減衰特性を持たせることで、撓み部４の破壊を防止している。また、上部キャップ２および下部キャップ３は、それぞれ凹所２ａ，３ａの底面において重り部５に対向する部位の適宜位置に、過大な加速度が印加された時に重り部５の変位範囲を規制する微小なストッパ２ｂ，３ｂが突設されている。要するに、過大な加速度が印加された場合には、重り部５がストッパ２ｂ，３ｂに当接することにより、それ以上変位することがないから、重り部５が過大に変位することによる撓み部４の破壊を防止することができるのである。
【００３６】
本参考例の半導体加速度センサの製造方法の一例について例示すれば以下のようになる。
【００３７】
まず、主表面の結晶面が（１００）の単結晶シリコンのウェハの主表面および裏面それぞれの全面にシリコン酸化膜を形成し、その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用してウェハの主表面のシリコン酸化膜のうち上記スリット１０1，１０2に対応した部位を開口し、その後、ウェハの主表面のシリコン酸化膜をマスクとして露出した部分を所定深さ（例えば、６〜３０μｍ程度）までエッチングする。
【００３８】
次に、ウェハの主表面において露出した部位に熱酸化膜よりなるシリコン酸化膜を形成し、その後、配線１１を形成するためにフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用してウェハの主表面のシリコン酸化膜をパターニングし、その後、パターニングされたシリコン酸化膜をマスクとしてイオン注入によってウェハの主表面側にｐ形不純物のプレデポジションを行う。その後、ウェハの露出した主表面に熱酸化膜よりなるシリコン酸化膜を形成し、続いてｐ形不純物のドライブを行うことによりｐ+拡散層よりなる配線１１を形成する。
【００３９】
次に、ゲージ抵抗６を形成するためにウェハの主表面のシリコン酸化膜をパターニングし、その後、パターニングされたシリコン酸化膜をマスクとしてイオン注入によってウェハの主表面側にｐ形不純物のプレデポジションを行う。その後、ウェハの露出した主表面に熱酸化膜よりなるシリコン酸化膜を形成し、続いてｐ形不純物のドライブを行うことによりゲージ抵抗６を形成する。なお、ここまでの工程が終了した時点でウェハの主表面側に形成されているシリコン酸化膜が図１におけるシリコン酸化膜８となる。
【００４０】
その後、ウェハの主表面側および裏面側それぞれにシリコン窒化膜を形成し、ウェハの主表面側のシリコン窒化膜９およびシリコン酸化膜８にコンタクトホールを設けてアルミニウムをスパッタリングした後に、パターニングし、続いて、熱処理（いわゆるシンターリング）を行うことでそれぞれアルミニウムよりなる配線１３、パッド１４，１４’、接合用薄膜７、検査用マーク１８を形成する（なお、この際の熱処理により配線１３がコンタクト部１２にて配線１１と接続される）。
【００４１】
さらにその後、ウェハの主表面側の全面にレジスト層若しくは窒化膜よりなるマスク層を形成し、続いて上記凹所１０ａを形成するためにフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用してウェハの裏面側のシリコン窒化膜およびシリコン酸化膜をパターニングし、パターニングされたシリコン窒化膜をマスクとしてアルカリ性の溶液を用いた異方性エッチングにより上記凹所１０ａおよびスリット１０1，１０2を形成する。その後、ウェハの主表面側のマスク層およびシリコン窒化膜９の不要な部分を除去することでセンシングエレメント１が多数形成されたウェハが得られる。なお、上記マスク層がレジスト層の場合には、例えばアッシング装置により灰化してから有機溶剤により除去すればよく、マスク層がシリコン窒化膜の場合には、バッファフッ酸などにより除去すればよい。
【００４２】
その後、上部キャップ２が多数形成された第１のガラス基板および下部キャップ３が多数形成された第２のガラス基板を上記ウェハに陽極接合して得られたセンサウェハをスクライブ線に沿ってダイシングすることで図１に示す構成の半導体加速度センサ（センサチップ）が形成される。
【００４３】
本参考例の半導体加速度センサにおいても、図１１および図１２に示した従来構成と同様に、上述の４つのゲージ抵抗６がブリッジ接続されており、重り部５の質量をｍとし、センシングエレメント１の厚み方向（図１における上下方向）に加速度αがかかると、その加速度αの大きさに応じて重り部５にはｍαの力（慣性力）が働き重り部５が揺動することで撓み部４が撓み、その結果、撓み部４に歪みによる応力が生じ、ピエゾ抵抗効果によって各ゲージ抵抗６の抵抗値が変化するので、この抵抗値変化を電圧信号として取り出すことで、印加された加速度を検出できるようになっている。言い換えれば、加速度に比例した電圧信号を取り出すことができる。
【００４４】
ところで、本参考例の半導体加速度センサでは、上述のように、重り部５において凹所２ａに望む面の中央部に平面形状が十字状の検査用マーク１８を設け、検査用マーク１８を視認可能とする円形状の検査窓２９を上部キャップ２に貫設してあるので、センシングエレメント１に上部キャップ２を接合した後であっても、例えば図３に示すように光学顕微鏡２３を用いて検査用マーク１８を視認することができる。要するに、光学顕微鏡２３からレンズ２２を通して出射された光が検査用マーク１８で反射されるから、検査窓２９を通して検査用マーク１８を視認することができる。したがって、例えば支持部１６の主表面と一定の距離にある基準平面に対する検査用マーク１８の距離を測定し測定距離が規定範囲内にある場合のみ良品と判定するような検査を行うことで撓み部４が折れていたり反りが大き過ぎるような不良品を抜き取ることが可能となり、コストを低減できるとともに信頼性を高めることができる。
【００４５】
図４は上述のセンサウェハＷの撓み部４の折れや反りを検査する検査システムの概略構成例を示し、センサウェハはＸＹθテーブル２４上にセットされ、重り部５の主表面上の検査マーク１８の位置はデジタル位置表示装置（例えば、ソニー製のマグネスケールなど）に表示される。また、例えば支持部１６の主表面と一定の距離にある基準平面に対する検査用マーク１８の距離は、光学顕微鏡２３のピント調整ねじ２７を調整することで検査用マーク１８、ＸＹθテーブル２４それぞれにピントが合うときの距離の測定データが処理装置（例えば、株式会社ミツトヨ製のデジマチックミニプロセッサ）２５の表示装置に表示される。したがって、例えば、処理装置２５において、ＸＹθテーブル２４の上面を基準平面として、基準平面に対する検査用マーク１８の距離を演算し、演算結果を当該表示装置に表示させるようにし、演算結果が所定範囲内にあれば撓み部４が折れておらず且つ撓み部４が反り過ぎていない良品と判定するようにすればよい。言い換えれば、演算結果が所定範囲内になければ撓み部４が折れているが若しくは反り過ぎている不良品と判断することができる。要するに、センシングエレメント１に上部キャップ２および下部キャップ３を接合した後のセンサウェハＷの状態でも、基準平面に対する検査用マーク１８の距離を光学式の測距装置などで測定することができるので、撓み部４の折れや反りなどを非接触、非破壊で検査することができ、低コストで信頼性の高い半導体加速度センサを提供することができる。
【００４６】
なお、単一波長のレーザ光を用いたナイフエッジ法により支持部１６の主表面と一定の距離にある基準平面に対する検査用マーク１８の距離を測定して撓み部４の反りを判断するようにしてもよく、この場合には例えば日本デジテック製の超高精度無接触３次元測定器などを用いればよい。
【００４７】
（実施形態１）
本実施形態の半導体加速度センサの基本構成は参考例と略同じであって、図５および図６に示すように、検査用マーク１８を重り部５における撓み部４側と反対側の先端部に設け、検査窓２９を検査用マーク１８と支持部１６における重り部５の先端部に対向する部分の主表面とに跨って視認可能とする長孔状の形状に形成してある点に特徴がある。なお、参考例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。
【００４８】
しかして、本実施形態の半導体加速度センサでは、センシングエレメント１に上部キャップ２および下部キャップ３を接合した後のセンサウェハＷの状態でも検査用マーク１８と支持部１６における重り部５の先端部に対向する部分の主表面とを視認することができるので、光学式の測距装置から支持部１６および検査用マーク１８それぞれまでの距離を測距することで、支持部１６の主表面を含む基準平面に対する検査用マーク１８の距離を演算することができるから、撓み部４の反りを参考例１での検査方法に比べてより検査精度が向上する。また、重り部５の先端側におけるスリット１０１から検査用マーク１８までの距離を測定し、測定距離が所定距離内にない場合や検査用マーク１８が見つからない場合に撓み部４が折れていると判断するようにしてもよい。
【００４９】
（実施形態２）
本実施形態の半導体加速度センサの基本構成は実施形態１と略同じであって、図７および図８に示すように、検査用マーク１８と検査窓２９との組を２組設けている点に特徴がある。ここに、検査用マーク１８は重り部５の主表面において撓み部４の延長方向に直交する方向に並設されている（図８における上下方向に並設されている）。なお、参考例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。
【００５０】
しかして、本実施形態の半導体加速度センサでは、実施形態１と同様に、センサウェハＷの状態で撓み部４の反りや折れを検知することができ、その上さらに、例えば各検査用マーク１８について基準平面に対する検査用マーク１８の距離を測定して比較することで撓み部４の折れや反りの他に撓み部４のねじれの有無を検査することが可能になり、ねじれが大きい（つまり、両検査用マーク１８で基準平面に対する距離の差が規定範囲にない）場合には、撓み部４のねじれが大きい不良品とすればよい。
【００５１】
（実施形態３）
本実施形態の半導体加速度センサの基本構成は参考例と略同じであって、図９および図１０に示すように、検査用マーク１８と検査窓２９との組を２組設けている点に特徴がある。ここに、検査用マーク１８は重り部５の主表面において撓み部４の延長方向に平行する方向に沿って並設されている（図１０における左右方向に並設されている）。すなわち、本実施形態の半導体加速度センサでは、重り部５における撓み部４側の基端部と撓み部４側とは反対側の先端部とに検査用マーク１８を設けてある。なお、参考例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。
【００５２】
しかして、本実施形態の半導体加速度センサでは、各検査用マーク１８それぞれについてピントが合うときの測距装置からの距離の差を求めることで支持部１６の主表面に対する重り部５の傾きを求めることができ、撓み部４の折れや反りなどを検査することが可能になる。
【００５３】
なお、上記参考例および上記各実施形態では、重り部５の主表面上に検査用マーク１８を設け、上部キャップ２に検査窓２９を設けているが、凹所２ａ，３ａの深さを適宜設定することで従来構成と同様にエアダンピング効果を得ることができる。また、センサチップはクリーンルーム内でパッケージに収納された状態でシーリング用接着剤を用いて蓋が被着される。
【００５４】
【発明の効果】
請求項１，３の発明は、半導体基板よりなる枠状の支持部の内側に薄肉の撓み部を介して揺動自在に支持され支持部から離間した重り部を有し、撓み部の変形を検出するゲージ抵抗が撓み部に形成されたセンシングエレメントと、センシングエレメントとの対向面に第１の凹所が設けられセンシングエレメントの主表面側に接合された第１のキャップと、センシングエレメントとの対向面に第２の凹所が設けられセンシングの裏面側に接合された第２のキャップとを備え、重り部において前記第１の凹所に臨む面に検査用マークを設け、前記検査用マークを視認可能とする検査窓を前記第１のキャップに設けてなるものであり、センシングエレメントに上部キャップおよび下部キャップを接合した後でも検査用マークを視認することができるので、光学顕微鏡などの光学式の測距装置を利用して非接触且つ非破壊で例えば支持部の主表面と一定の距離にある基準平面に対する検査用マークの距離を測定し測定距離が規定範囲内にある場合のみ良品と判定するような検査を行うことで撓み部が折れたり反り過ぎている不良品を抜き取ることが可能となり、コストを低減できるとともに信頼性を高めることができるという効果がある。
【００５５】
また、請求項１の発明では、前記検査用マークを前記重り部における前記撓み部側と反対側の先端部に設け、前記検査窓を前記検査用マークと前記支持部における前記重り部の先端部に対向する部分の主表面とに跨って視認可能とする長孔状の形状に形成してあるので、前記重り部の先端部に対向する部分の主表面自体を基準平面とすることができるから、検査精度を高めることができ、より信頼性が高くなるという効果がある。
【００５６】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記検査用マークと前記検査窓との組を複数組設けてあるので、例えば各検査用マークについて基準平面に対する検査用マークの距離を測定して比較することで撓み部の折れや反りの他に撓み部のねじれの有無を検査することが可能になるという効果がある。
【００５７】
また、請求項３の発明では、前記検査用マークを前記重り部と前記撓み部と前記支持部とを結ぶ直線に平行な直線に沿って前記重り部における前記撓み部側の基端部と前記撓み部側と反対側の先端部とに設けてあるので、例えば測距装置から各検査用マークまでの距離を比較することで重り部の傾きや撓み部の反り、折れなどを検査することが可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 参考例を示す概略断面図である。
【図２】 同上において上部キャップを取り外した状態の概略平面図であるである。
【図３】 同上における検査方法の説明図である。
【図４】 同上における検査システムの概略構成図である。
【図５】 実施形態１を示す概略断面図である。
【図６】 同上において上部キャップを取り外した状態の概略平面図である。
【図７】 実施形態２を示す概略断面図である。
【図８】 同上において上部キャップを取り外した状態の概略平面図である。
【図９】 実施形態３を示す概略断面図である。
【図１０】 同上において上部キャップを取り外した状態の概略平面図である。
【図１１】 従来例を示す概略断面図である。
【図１２】 同上において上部キャップを取り外した状態の概略平面図である。
【図１３】 同上の要部説明図である。
【図１４】 同上の要部説明図である。
【図１５】 他の従来例を示し上部キャップを取り外した状態の平面図である。
【符号の説明】
１ センシングエレメント
１ａ シリコン基板
２ 上部キャップ
２ａ 凹所
３ 下部キャップ
３ａ 凹所
４ 撓み部
５ 重り部
１６ 支持部
１８ 検査用マーク
２９ 検査窓
Claims (3)
- 半導体基板よりなる枠状の支持部の内側に薄肉の撓み部を介して揺動自在に支持され支持部から離間した重り部を有し、撓み部の変形を検出するゲージ抵抗が撓み部に形成されたセンシングエレメントと、センシングエレメントとの対向面に第１の凹所が設けられセンシングエレメントの主表面側に接合された第１のキャップと、センシングエレメントとの対向面に第２の凹所が設けられセンシングの裏面側に接合された第２のキャップとを備え、重り部において前記第１の凹所に臨む面に検査用マークを設け、前記検査用マークを視認可能とする検査窓を前記第１のキャップに設けたものであり、前記検査用マークを前記重り部における前記撓み部側と反対側の先端部に設け、前記検査窓を前記検査用マークと前記支持部における前記重り部の先端部に対向する部分の主表面とに跨って視認可能とする長孔状の形状に形成してなることを特徴とする半導体加速度センサ。
- 前記検査用マークと前記検査窓との組を複数組設けてなることを特徴とする請求項１記載の半導体加速度センサ。
- 半導体基板よりなる枠状の支持部の内側に薄肉の撓み部を介して揺動自在に支持され支持部から離間した重り部を有し、撓み部の変形を検出するゲージ抵抗が撓み部に形成されたセンシングエレメントと、センシングエレメントとの対向面に第１の凹所が設けられセンシングエレメントの主表面側に接合された第１のキャップと、センシングエレメントとの対向面に第２の凹所が設けられセンシングの裏面側に接合された第２のキャップとを備え、重り部において前記第１の凹所に臨む面に検査用マークを設け、前記検査用マークを視認可能とする検査窓を前記第１のキャップに設けたものであり、前記検査用マークを前記重り部と前記撓み部と前記支持部とを結ぶ直線に平行な直線に沿って前記重り部における前記撓み部側の基端部と前記撓み部側と反対側の先端部とに設けてなることを特徴とする半導体加速度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000359257A JP3876615B2 (ja) | 2000-11-27 | 2000-11-27 | 半導体加速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000359257A JP3876615B2 (ja) | 2000-11-27 | 2000-11-27 | 半導体加速度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002162411A JP2002162411A (ja) | 2002-06-07 |
| JP3876615B2 true JP3876615B2 (ja) | 2007-02-07 |
Family
ID=18831042
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000359257A Expired - Fee Related JP3876615B2 (ja) | 2000-11-27 | 2000-11-27 | 半導体加速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3876615B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8266959B2 (en) * | 2008-11-26 | 2012-09-18 | Fluke Corporation | System and method of identifying the orientation of a tri-axial accelerometer |
| JP2010127842A (ja) * | 2008-11-28 | 2010-06-10 | Kyocera Corp | 半導体加速度センサ、半導体加速度センサの評価方法及び半導体加速度センサの製造方法 |
| US9645167B2 (en) * | 2011-05-05 | 2017-05-09 | Cornell University | Calibration apparatus, methods and applications |
| JP6336865B2 (ja) * | 2014-09-09 | 2018-06-06 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 物理量センサ |
| JP7135901B2 (ja) * | 2019-01-31 | 2022-09-13 | セイコーエプソン株式会社 | 慣性センサー、電子機器および移動体 |
-
2000
- 2000-11-27 JP JP2000359257A patent/JP3876615B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002162411A (ja) | 2002-06-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100432068B1 (ko) | 압력센서 | |
| JPS62174978A (ja) | 半導体振動・加速度検出装置 | |
| KR100966150B1 (ko) | 압력센서 | |
| JPH09113534A (ja) | 加速度センサー | |
| JPH04130276A (ja) | 半導体加速度センサ | |
| US5345690A (en) | Contact probes | |
| JP2658949B2 (ja) | 半導体加速度センサ | |
| KR100817736B1 (ko) | 가속도 센서 | |
| JP3876615B2 (ja) | 半導体加速度センサ | |
| JP2822486B2 (ja) | 感歪センサおよびその製造方法 | |
| JPH08107219A (ja) | 半導体加速度センサ及び半導体加速度センサの製造方法 | |
| JP4081976B2 (ja) | 半導体加速度センサの検査方法 | |
| EP0936455A2 (en) | Semiconductor pressure detecting device | |
| JPH07181065A (ja) | マイクロメカニックセンサを接着によって支持体上に固定するための装置 | |
| JP2765610B2 (ja) | 半導体振動・加速度検出装置 | |
| JP2004340858A (ja) | 物理量センサーおよびその製造方法 | |
| JPH05340956A (ja) | 加速度センサ | |
| JP3659151B2 (ja) | 半導体加速度センサ | |
| JP3120050B2 (ja) | 半導体加速度センサ | |
| JP2003207516A (ja) | 半導体加速度センサおよびその製造方法 | |
| JPH11160352A (ja) | 半導体加速度センサの検査装置及びその検査方法 | |
| JPH08160066A (ja) | 加速度センサ | |
| JP2002162409A (ja) | 半導体加速度センサおよびその製造方法 | |
| JPH11133052A (ja) | 半導体加速度センサ及びその検査方法 | |
| JP2009264843A (ja) | 半導体センサの製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20031212 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20051018 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060718 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060911 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20061010 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20061023 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091110 Year of fee payment: 3 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091110 Year of fee payment: 3 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091110 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101110 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111110 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121110 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121110 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131110 Year of fee payment: 7 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |