JPH0854413A - 半導体加速度センサ素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 台座部と制御基板との接合時に先の陽極接合
処理により形成された接合境界面の接合強度の低下を防
止し、特性の改善を図る。 【構成】 ダイヤフラム型の可撓部４１Ａ、感歪抵抗ブ
リッジ４１Ｂ及び可撓部につながる作用部４１Ｃが形成
されているシリコン単結晶基板４１と、作用部に陽極接
合された重錘体４２Ａと、シリコン単結晶基板の両端部
に陽極接合された一対の台座部４２Ｂとを有し、該一対
の台座部が制御基板４３に固定されてなる半導体加速度
センサ素子４０において、上記一対の台座部と制御基板
とが接着剤層４４により接着接合されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、１つのシリコン単結晶
基板内にビエゾ抵抗効果を利用した感歪抵抗ブリッジ、
ダイヤフラム型の可撓部、及び該可撓部につながる作用
部が形成され、該作用部に重錘体が接合されて成る半導
体加速度センサ素子及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の半導体加速度センサ素子は、例
えば特開平５−３２２９１９号公報に開示されているよ
うに、重錘体に加速度が加えられたときに生じる可撓部
の歪を感歪抵抗ブリッジで相応する電気信号に変換し、
このようにして得られた電気信号がその時の加速度を示
すセンサ出力として取り出される構成である。

【０００３】図５には、上述の原理で作動する従来の半
導体加速度センサ素子の一構成例が示されている。図５
に示す半導体加速度センサ素子において、１はシリコン
単結晶基板であり、その一部をエッチング処理で肉薄状
態とすることにより一対のダイヤブラム型の可撓部２が
形成されている。可撓部２には、さらに半導体処理工程
により感歪抵抗ブリッジ３が夫々形成されており、可撓
部２につながっている作用部４には、ガラス板をダイシ
ングして成る重錘体５が固着されている。そして、シリ
コン単結晶基板１の両端部は、重錘体５よりも厚いガラ
ス板から成る台座部６、６を介してシリコン単結晶基板
から成る制御基板８に接合、固定され、加速度センサ素
子として形成されている。

【０００４】図６には、図５に示した半導体加速度セン
サ素子の従来の製造工程が示されている。図５の工程図
（ａ）乃至（ｇ）に基づいて従来の製造工程を説明する
と、工程（ａ）においてシリコン単結晶基板１にダイヤ
フラム型の可撓部２をエッチング処理により形成すると
共に、各可撓部２に感歪抵抗ブリッジ３を半導体処理工
程により形成する。

【０００５】次に、工程（ｂ）において、重錘体５及び
台座部６を構成するためのガラス板１０にへこみ部１０
Ａを形成し、次の工程（ｃ）において、ギャップタイミ
ング処理により重錘体と台座部とを切り分けるための溝
１０Ｂを形成する。

【０００６】しかる後、工程（ｄ）において、工程
（ａ）、（ｃ）で得られたシリコン単結晶基板１とガラ
ス板１０とを図示の如く位置合わせして対向させ、陽極
接合法により両者を接合し、工程（ｅ）においてガラス
板１０をダイシングし、重錘体５と台座部６とを一度に
形成する。

【０００７】工程（ｆ）では、別途用意されたシリコン
単結晶基板から成る制御基板２０が、台座部６に陽極接
合法によって接合され、複数個の半導体加速度センサ素
子が一度に連なって形成される。工程（ｇ）でフルダイ
シングを行い、所要の半導体加速度センサ素子が得られ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の半
導体加速度センサ素子の製造工程では、ダイヤフラム型
の可撓部及び感歪抵抗ブリッジとが形成されるシリコン
単結晶基板と、重錘体及び台座部を形成するためのガラ
ス板とを陽極接合により接合した後、さらに、制御基板
となるシリコン単結晶基板をガラス板をダイシングして
成る台座部に陽極接合により接合する工程を含んでい
る。

【０００９】このため、２回目の陽極接合工程において
高電圧を印加した場合に重錘体に作用するクローン力に
より、重錘体が制御基板に引き付けられて接触してしま
い、重錘体までもが制御基板に接合されてしまうという
不具合が生じ、製品の歩溜りを著しく低下させる一因と
なっている。

【００１０】この不具合を解決するため、例えば図７に
示されるように、制御基板８上の重錘体５に対向する面
に、アルミニューム又は窒化シリコン等から成る接着防
止膜９を形成する構成が公知である。

【００１１】しかしながら、図７の構成による場合には
接着防止膜形成のための工程が増え、コストを増大させ
ることになる。また、このような接着防止膜の採用によ
り重錘体と制御基板との接合を防止したとしても、２回
目の陽極接合工程の際に１回目の陽極接合で形成された
シリコン単結晶基板とガラス板との間の接合境界面にガ
ラス板中のアルカリ成分が析出し、その接合強度を低下
させるという別の解決すべき問題が残される。さらに
は、２回目の陽極接合工程において、１回目の陽極接合
で形成された接合界面に応力を発生させてしまい、その
電気的特性にバラツキを生じさせてしまい、歩溜が低下
するという問題も生じている。

【００１２】本発明の目的は、したがって、従来技術に
おける上述の問題点を解決することができる、半導体加
速度センサ素子及びその製造方法を提供することにあ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の特徴は、ダイヤフラム型の可撓部、感歪抵抗
ブリッジ及び可撓部につながる作用部が形成されている
シリコン単結晶基板と、作用部に陽極接合された重錘体
と、シリコン単結晶基板の両端部に陽極接合された一対
の台座部とを有し、該一対の台座部が制御基板に固定さ
れてなる半導体加速度センサ素子において、上記一対の
台座部と制御基板とが接着剤により接合されている点に
ある。

【００１４】この接着剤は、例えば、スクリーン印刷、
フィルム転写法等により３〜５０μｍの厚さの接着剤層
として制御基板上に形成することができ、この接着剤層
を介して所要の接合が行われる構成とすることができ
る。接着剤は、例えばエポキシ樹脂の如き有機系のも
の、又は接着用低融点ガラスの如き無機系のものを用い
ることができるが、いずれにしても、台座部の材料と熱
膨張係数が略等しい材料を選択するのが好ましい。

【００１５】本発明の一実施例においては、重錘体及び
台座部をガラス材とし、制御基板をシリコン単結晶基板
とした場合について説明されているが、制御基板は例え
ばガラス板としてもよい。

【００１６】また、本発明の製造方法の特徴は、ダイヤ
フラム型の可撓部、感歪抵抗ブリッジ及び可撓部につな
がる作用部が複数連なるように形成されているシリコン
単結晶基板と、上記シリコン単結晶基板に対応しており
重錘体及び台座部を切り出す予定のガラス板とを陽極接
合し、この陽極接合後、ガラス板をダイシングして所要
の重錘体及び台座部を形成する。しかる後、別途用意さ
れた制御基板を接着剤を用いて台座部に接合し、フルダ
イシング処理により各素子に分割する。

【００１７】台座部と制御基板との接合は、制御基板上
に上述した適宜の接着剤（例えば、ＡＢＬＥＳＴＩＫ社
製のＡＢＬＥＢＯＮＤ９４１−６）を上述の如く接着剤
層として形成し、これを仮硬化した後、台座部と制御基
板とを所定の位置決め状態で重ね合わせ、加重、加熱処
理を行って接着剤層を熱硬化させ、これにより接合処理
することができる。

【００１８】

【作用】陽極接合を１回だけ行えばよいので、２回の陽
極接合処理を必要とする従来に比べて、製造工程が簡略
化でき、組立時間も短縮でき、コストの低減を期待でき
る。台座部と制御基板との接合が接着剤を用いて実施さ
れるため、その接合時に重錘体にクーロン力が作用する
ことがなく、重錘体接着防止膜の形成が不要となり、こ
の点からも同様の理由でコストの低減を期待できる。

【００１９】また、２回目の接合を接着剤を使用して行
うので、先の陽極接合処理により形成された接合境界面
にガラス中のアルカリ成分を析出させることがなく、所
要の接合強度を保つことができ、品質の向上を図ること
ができる。

【００２０】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の一実施例に
つき詳細に説明する。図１には、本発明による半導体加
速度センサ素子の一実施例が断面して示されている。半
導体加速度センサ装置３０において、４０は本発明によ
る半導体加速度センサ素子であり、ケース３１内の底面
に接着剤３１Ａでダイボンドされており、ケース３１に
キャップ３２を接着することによりケース３１内に封止
されている。なお、ケース３１には複数のリードフレー
ム３３が固定されており、半導体加速度センサ素子４０
とリードフレーム３３との間の所要の配線がボンティン
グワイヤ３４によってなされている。

【００２１】半導体加速度センサ素子４０の構造につい
て詳細に説明すると、４１はシリコン単結晶基板であ
り、ここには、半導体工程によってダイヤフラム型の可
撓部４１Ａ、４１Ａと、感歪抵抗ブリッジ４１Ｂ、４１
Ｂと、作用部４１Ｃとが図示の如く形成されている。シ
リコン単結晶基板４１における上述の構成は従来の半導
体加速度センサ素子のそれと同様である。

【００２２】作用部４１Ｃの下端面には、ガラスブロッ
クから成る重錘体４２Ａが陽極接合により接合されてお
り、シリコン単結晶基板４１の両端の突部４１Ｄ、４１
Ｅの下端面には、同じくガラスブロックから成る台座部
４２Ｂ、４２Ｂがそれぞれ陽極接合により接合されてい
る。ここで、重錘体４２Ａの下面のレベルが台座部４２
Ｂの下面のレベルよりも高くなるよう、台座部４２Ｂの
高さ方向の厚みの方が重錘体４２Ａのそれよりも僅かに
厚くなるように形成されている。

【００２３】台座部４２Ｂの各下面には、さらに、シリ
コン単結晶基板からなる制御基板４３が接着剤により接
合されている。この接合は、制御基板４３上に形成され
たエボキシ樹脂から成る接着剤層４４によってなされて
いる。

【００２４】このように構成された半導体加速度センサ
素子４０はケース３１内の底面に適宜の接着剤によりダ
イボンディングされ、半導体加速度センサ装置３０とし
て構成される。

【００２５】この半導体加速度センサ４０は、図２に示
すプロセスで製造される。図２を参照すると、工程
（ａ）において、シリコン単結晶基板４１に、複数の半
導体加速度センサ素子のための可撓部４１Ａ、感歪抵抗
ブリッジ４１Ｂ、作用部４１Ｃが半導体処理工程によっ
て従来と同様にして形成される。

【００２６】工程（ｂ）では、ガラス板４２に、凹部４
２Ｃがエッチング処理により形成される。この凹部４２
Ｃは、後のダイシング工程で形成される重錘体の部分に
対応して形成され、これにより重錘体４２Ａの下面レベ
ルが台座部４２Ｂの下面レベルよりも高くなることが保
証される。

【００２７】次の工程（ｃ）では、ガラス板４２に溝入
れダイシングを施し、これにより、重錘体となる部分と
台座部となる部分との間に溝４２Ｄを形成する。

【００２８】工程（ｄ）において、工程（ａ）で得られ
たシリコン単結晶基板４１と工程（ｃ）で得られたガラ
ス板４２とを位置合わせして圧接し、図示の状態で陽極
接合を行う。陽極接合は４００°Ｃ程度の熱を加えた状
態で約１ＫＶ程度の電圧を印加してこれを行う。陽極接
合処理によりガラス板４２のうち重錘体４２Ａとなる部
分がシリコン単結晶基板４１の対応する作用部４１Ｃの
下面に接合され、台座部４３Ｂとなる部分が作用部４１
Ｃの両側の突部の下面に接合される。

【００２９】工程（ｅ）では、ガラス板４２のギャップ
ダイシングが行われ、これにより重錘体４２Ａ及び台座
部４２Ｂが形成される。

【００３０】工程（ｆ）では、シリコン単結晶基板から
成る制御基板４３を用意し、制御基板４３の上面に接着
剤として作用するエポキシ樹脂を３乃至５０μｍの厚さ
の接着剤層４４として、スクリーン印刷によって形成す
る。なお、接着剤層４４を構成するエポキシ樹脂厚さ
は、３乃至５０μｍに限定されるものではなく、適宜の
厚さにしてもよいことは勿論である。さらに、接着剤層
４４の材質は、エポキシ樹脂の如き有機系の接着剤のほ
か、低融点ガラスの如き無機系の材料としてもよい。ま
た接着剤層４４は、その他の適宜の手段により形成する
ことができ、例えば、フィルム転写法により形成しても
よい。

【００３１】いずれにしても、接着剤層４４の材料とし
ては、ガラス板４２と略同じ熱膨張係数を有するものが
好ましい。ガラス板４２、すなわち台座部４２Ｂと接着
剤層４４とが略同一の熱膨張率であれば、温度変化が生
じた場合接着剤層４４と台座部４２Ｂとの間に機械的歪
が生じるのを防止でき、良好な温度特性のセンサを得る
ことができるからである。

【００３２】制御基板４３上に適宜の方法で接着剤層４
４を形成したならば、その仮硬化又は低温硬化を行い、
その表面を乾いた状態とする。

【００３３】しかる後、工程（ｇ）に入り、工程（ｆ）
で得られた接着剤層４４が形成された制御基板４３の上
に、工程（ｅ）で得られた部品を位置合わせして載せ、
加圧、加熱処理により台座部４２Ｂを接着剤層４４によ
り制御基板４３にしっかりと接合する。このように、台
座部４２Ｂと制御基板４３とは接着剤により接合される
ので、接合時には重錘体４２Ａにクーロン力が作用する
ことはなく、重錘体４２Ａと制御基板４３とが接合され
てしまうことを心配する必要は全くない。したがって、
従来のように接着防止膜を制御基板４３上に設ける必要
は全くなく、このための工程を省略することができるの
で、工程の簡素化を図ることができ、コストの低減を期
待することができる。

【００３４】また、接着剤を用いての接合によれば、加
圧、加熱だけでよいので陽極接合の場合に比べ、接合工
程が簡単となり、組立時間の短縮を図ることができるか
ら、コストも低減するという利点を有する。さらに、２
回目の陽極接合を実施しないので、ガラス板４２とシリ
コン単結晶基板４１との間の接合境界層にガラス板４２
内のアルカリ成分が析出することがなく、その接合強度
を弱めることがないほか、温度特性が著しく改善され、
温度変化によるセンサ出力のドリフトを小さくすること
ができる。

【００３５】なお、制御基板４３の材料は、シリコンウ
ェハのほか、ガラス板４２と略同一の熱膨張係数を有す
る材料、例えば適宜のガラス板、としてもよい。

【００３６】工程（ｈ）では、フルダイシングを行い、
これにより半導体加速度センサ素子が得られる。図示の
例では、２つの半導体加速度センサ素子を形成するよう
にした実施例を説明したが、３つ以上の半導体加速度セ
ンサ素子を同様にして一度に形成することも可能である
ことは、上記説明から容易に理解されるところである。

【００３７】図３には、図２に示す工程で得られた半導
体加速度センサ素子をパッケージングする工程が示され
ている。工程（ａ）で半導体加速度センサ素子４０をケ
ース３１内の底面にダイボンディングし、工程（ｂ）で
半導体加速度センサ素子４０とケース３１に固定されて
いるリードフレーム３３との間の配線がボンディングワ
イヤ３４により行われる。しかる後、工程（ｃ）におい
てキャップ３２がケース３１に接合され、半導体加速度
センサ素子４０がケース３１内に封止され、これにより
図１に示した半導体加速度センサ装置３０が得られる。

【００３８】上記実施例では、図２の工程（ｂ）でガラ
ス板４２に凹部４２Ｃを設ける場合の例を説明したが、
この工程（ｂ）を省略し、その代り、工程（ｆ）で制御
基板４３に重錘体４２Ａの運動を確保するための凹部を
形成した構成であってもよい。

【００３９】図４には制御基板４３に凹部を形成した場
合の半導体加速度センサ素子の一実施例を示す断面図が
示されている。

【００４０】図４から判るように、この半導体加速度セ
ンサ素子５０では、重錘体４２Ｆの下面のレベルは台座
部４２Ｂのそれと同一レベルとなっており、制御基板４
３に設けられた凹部４３Ａにより重錘体４２Ｅと制御基
板４３との間に所要の空隙が確保されている。なお、こ
の実施例では、接着剤層４４が凹部４３Ａに形成される
ことがないよう、接着剤層４４は制御基板４３上に選択
的に形成されている。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、台座部と制御基板とが
接着剤を用いて接合されるので、台座部及び重錘体をシ
リコン単結晶基板に接合する際に形成された陽極接合に
よる接合境界層中にガラス中のアルカリ成分が析出する
ことがなく、その接合強度を所要のレベルに保つことが
できる。

【００４２】また、陽極接合を１回しか実施しないの
で、工程が簡素化され、組立時間を短縮することができ
るので、コストの低減を期待することができるほか、セ
ンサの温度特性の改善を図ることができ、温度変化によ
るセンサ出力のドリフトを小さく抑えることができる。

【００４３】制御基板とガラス材とを接着剤により接合
する構成であるから、制御基板の材料は必ずしもシリコ
ン単結晶基板である必要はなく、制御基板材料の選択の
自由度が大きくなるという利点を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す断面図である。

【図２】図１に示した半導体加速度センサ素子の製造工
程を示す図。

【図３】図２に示した製造工程で得られた半導体加速度
センサ素子をパッケージングして半導体加速度センサ装
置を作るための工程を示す図。

【図４】本発明の他の実施例を示す断面図である。

【図５】従来の半導体加速度センサチップの断面図。

【図６】従来の半導体加速度センサチップの製造工程を
示す図。

【図７】従来の別の半導体加速度センサチップの断面
図。

【符号の説明】

４０、５０ 半導体加速度センサ素子 ４１ シリコン単結晶基板 ４１Ａ 可撓部 ４１Ｂ 感歪抵抗ブリッジ ４１Ｃ 作用部 ４２ ガラス板 ４２Ａ、４２Ｅ 重錘体 ４２Ｂ 台座部 ４３ 制御基板 ４４ 接着剤層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ダイヤフラム型の可撓部、感歪抵抗ブリ
   ッジ及び前記可撓部につながる作用部が形成されている
   シリコン単結晶基板と、前記作用部に陽極接合された重
   錘体と、前記シリコン単結晶基板の両端部に陽極接合さ
   れた一対の台座部とを有し、該一対の台座部が制御基板
   に固定されてなる半導体加速度センサ素子において、前
   記一対の台座部と前記制御基板とが接着剤により接合さ
   れていることを特徴とする半導体加速度センサ素子。
2. 【請求項２】 ダイヤフラム型の可撓部、感歪抵抗ブリ
   ッジ及び前記可撓部につながる作用部が複数連なるよう
   に形成されているシリコン単結晶基板と、前記シリコン
   単結晶基板に対応しており重錘体及び台座部を切り出す
   予定のガラス板とを陽極接合し、この陽極接合後前記ガ
   ラス板をダイシングして所要の重錘体及び台座部を形成
   し、しかる後、別途用意された制御基板を接着剤を用い
   て台座部に接合してからフルダイシング処理により各素
   子に分割することを特徴とする半導体加速度センサ素子
   の製造方法。