(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板よりなる枠状の支持部の一つの枠片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、撓み部に撓み部の変形を検出するゲージ抵抗が形成されたセンシングエレメントと、支持部と撓み部と重り部とを結ぶ直線と交差する方向において対向する支持部の２つの枠片の主表面側に金属薄膜よりなる２つの接合層と、センシングエレメントの主表面側において撓み部及び重り部を覆うように前記接合層を介して支持部に陽極接合され、少なくとも重り部に対向する部位に凹所が形成された第１のストッパ部材と、センシングエレメントの裏面側において撓み部及び重り部を覆うように支持部に接合され少なくとも重り部に対向する部位に凹所が形成された第２のストッパ部材と、撓み部の一端が結合された支持部の枠片の主表面側に形成され前記ゲージ抵抗と電気的に接続されたボンディング用のパッドとを備え、支持部と撓み部と重り部とを結ぶ直線の方向において対向する第１のストッパ部材の２辺の内、前記パッド側の一辺にセンシングエレメント側に突出する突出片を形成し、前記突出片の先端面と対向するセンシングエレメントの部位に、突出片側に突出し該突出片の先端面と接触することによって、第１のストッパ部材との間の隙間を閉塞する接触片を形成したことを特徴とする半導体加速度センサ。
【請求項２】
前記接触片は表面が粗化された金属薄膜からなり、当該金属薄膜が前記突出片の先端面に接触した状態で前記突出片に陽極接合され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。
【請求項３】
前記接触片は、センシングエレメントの他の部位と電気的に絶縁された金属薄膜から成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。
【請求項４】
前記２つの接合層の内の一方の接合層における前記パッド側の端部から連続一体に形成され、他方の接合層に向かって突出する１乃至複数の第１の金属薄膜と、他方の接合層における前記パッド側の端部から連続一体に形成され、一方の接合層に向かって突出し、前記第１の金属薄膜との間に所定の間隔をおいて配置される１乃至複数の第２の金属薄膜とで、前記接触片を構成したことを特徴とする請求項１記載の半導体加速度センサ。
【請求項５】
半導体基板よりなる枠状の支持部の一つの枠片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、撓み部に撓み部の変形を検出するゲージ抵抗が形成されたセンシングエレメントと、支持部と撓み部と重り部とを結ぶ直線と交差する方向において対向する支持部の２つの枠片の主表面側に金属薄膜よりなる２つの接合層と、センシングエレメントの主表面側において撓み部及び重り部を覆うように前記接合層を介して支持部に陽極接合され、少なくとも重り部に対向する部位に凹所が形成された第１のストッパ部材と、センシングエレメントの裏面側において撓み部及び重り部を覆うように支持部に接合され少なくとも重り部に対向する部位に凹所が形成された第２のストッパ部材と、撓み部の一端が結合された支持部の枠片の主表面側に形成され前記ゲージ抵抗と電気的に接続されたボンディング用のパッドとを備え、支持部と撓み部と重り部とを結ぶ直線の方向において対向する第１のストッパ部材の２辺の内、前記パッド側の一辺にセンシングエレメント側に突出する突出片を形成し、前記突出片の先端面と対向するセンシングエレメントの部位に、突出片側に突出して突出片の先端面と接触する接触片を形成して成る半導体加速度センサの製造方法であって、第１のストッパ部材に設けられた突出片の先端面とセンシングエレメントの接触片とを接触させることによって、第１のストッパ部材とセンシングエレメントとの間の隙間を閉塞した状態で、第１のストッパ部材を前記接合層を介してセンシングエレメントに陽極接合することを特徴とする半導体加速度センサの製造方法。
【請求項６】
接触片を金属薄膜で形成し、接触片の表面をエッチングして粗化した後、前記突出片の先端面と接触片とを陽極接合したことを特徴とする請求項５記載の半導体加速度センサの製造方法。
【請求項７】
接触片を金属薄膜で形成し、第１のストッパ部材を接合層を介してセンシングエレメントに陽極接合する際に、接触片とセンシングエレメントの他の部位との間を電気的に絶縁したことを特徴とする請求項５記載の半導体加速度センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体加速度センサ及びその製造方法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８及び図９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+形拡散抵抗配線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（特開平７−１５９４３２号公報参照）。
【０００３】
ここで、重り部５と撓み部４と支持部１６とはｎ形シリコン基板１ａをエッチング加工することにより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、ｎ形シリコン基板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、ｎ形シリコン基板１ａの主表面側において撓み部４を残して重り部５を略全周にわたって囲み且つ凹所１０ａに連通するスリット１０が反応性イオンエッチングなどを利用して形成されている。要するに、ｎ形シリコン基板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。尚、ゲージ抵抗６はｎ形シリコン基板１ａの一部よりなる撓み部４の主表面側の適宜位置にｐ形不純物を拡散させることにより形成されている。
【０００４】
また、センシングエレメント１の主表面側には、支持部１６において上記ｐ+形拡散抵抗配線１１にコンタクト部１２を介して接続されたアルミニウム配線１３が設けられており、さらに、アルミニウム配線１３に接続されたワイヤボンディング用のパッド１４が設けられている。パッド１４には、一端が外部接続される金やアルミニウムなどの金属細線よりなるボンディングワイヤ７の他端がボンディングされる。
【０００５】
ここで、上述した４つのゲージ抵抗６はブリッジ接続されており、センシングエレメント１の厚み方向（図８における上下方向）に加速度αが印加されると、重り部５（以下、重り部５の重さをＭとする）に力Ｆ（Ｆ＝Ｍ×α）が発生し、重り部５が揺動することで撓み部４が撓められる。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。
【０００６】
センシングエレメント１の主表面側（図８における上面側）には、撓み部４及び重り部５を覆う上部キャップ２が接合用アルミニウム薄膜９を介して陽極接合により接合されている。上部キャップ２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形成され、センシングエレメント１の主表面側に設けられた接合用アルミニウム薄膜９を介してセンシングエレメント１に接合されている。ここに、接合用アルミニウム薄膜９は膜厚が約１〜２μｍであって、ｎ形シリコン基板１ａの主表面側において、重り部５を全周にわたって囲むように形成されている。
【０００７】
また、センシングエレメント１の裏面側（図８における下面側）には、撓み部４及び重り部５を覆う下部キャップ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、上部キャップ２と同様に、シリコンと略等しい熱膨張率を有する耐熱ガラスから形成され、周部が全周にわたって支持部１６に接合されている。
【０００８】
上部キャップ２及び下部キャップ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）を確保する凹所２ａ，３ａがエッチングやサンドブラスト加工などにより形成されている。
【０００９】
この半導体加速度センサでは、上記エアギャップを形成することにより、エアダンピング効果を利用してセンサ自体の周波数特性を制御するようになっている。ここに、各凹所２ａ，３ａの底面と重り部５との間の距離や各凹所２ａ，３ａの形状は、センサ自体の周波数特性が最適となるように設定してある。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てある。要するに、センシングエレメント１の感知部（すなわち撓み部４及び重り部５）を上部キャップ２及び下部キャップ３にて密閉された空間に収納し、エアダンピングを大気圧下で行わせることにより、過大な加速度が加わった場合でも、重り部５の移動を抑制して撓み部４の破壊を防止している。
【００１０】
また、上部キャップ２及び下部キャップ３では、それぞれ凹所２ａ，３ａの底面の適宜位置に、過大な加速度が印加された時に重り部５の移動範囲を規制するストッパ２ｂ，３ｂが形成されている。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が過大に変位して撓み部４が破壊するのを防止できる。ここに、上部キャップ２が第１のストッパ部材を構成し、下部キャップ３が第２のストッパ部材を構成している。
【００１１】
ところで、接合用アルミニウム薄膜９は、センシングエレメント１の主表面側において、重り部５の周りを囲むように全周にわたって形成されているのであるが、図１０に示すように、接合用アルミニウム薄膜９とセンシングエレメント１の主表面との間にはシリコン酸化膜１９が形成され、このシリコン酸化膜１９によってｐ+形拡散抵抗配線１１と接合用アルミニウム薄膜９との間が電気的に絶縁されている。ここで、シリコン酸化膜１９は、ｐ+形拡散抵抗配線１１を形成する際にマスクとして用いたシリコン酸化膜の表面に、さらにシリコン酸化膜を形成することによって形成されているので、シリコン酸化膜１９の表面はｐ+形拡散抵抗配線１１に対応する部位が窪んでいる。したがって、シリコン酸化膜１９上に形成された接合用アルミニウム薄膜９もｐ+形拡散抵抗配線１１に対応する部位が窪んでおり、この部分に１００〜２００ｎｍ（１０００〜２０００Å）程度の間隔の隙間２０が発生し、この隙間２０を介して上部キャップ２及び下部キャップ３で囲まれるエアギャップ（キャビティ）と外部とが通気している。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成の半導体加速度センサでは、センシングエレメント１の主表面側及び裏面側に、重り部５及び撓み部４を覆うように上部キャップ２及び下部キャップ３をそれぞれ接合し、エアギャップを形成することにより、エアダンピング効果を利用して減衰特性を持たせているが、上部キャップ２をセンシングエレメント１に接合するために、センシングエレメント１の主表面側に重り部５の周りを囲むようにして接合用アルミニウム薄膜９を形成しているので、重り部５の大きさを大きくすることができず、重り部５を大きくしようとするとセンシングエレメント１が大型化していた。また、重り部５を大きくできないため、センサの感度を高めることができず、またセンサの小型化を図ることができなかった。尚、センシングエレメント１の感度は、立方結晶の主軸に対する独立なピエゾ抵抗係数をπ44、重り部５の重さをＭ、重り部５の中心からゲージ抵抗６の中心までの重心距離をＬ、撓み部４の幅をＨ、撓み部４の厚みをＴ、印加電圧をＥとすると、その感度は次式で表される。
【００１３】
（感度）＝６×π44×｛（Ｍ×Ｌ）／（Ｈ×Ｔ2）｝×Ｅ
この式から分かるように、感度を高めるためには重り部５の重さＭを重くしたり、重心距離Ｌを長くする必要があるが、そのためには重り部５の大きさを大きくする必要があった。しかしながら、上述のようにセンシングエレメント１の主表面側には重り部５の周りを囲むように接合用アルミニウム薄膜９が形成されているので、重り部５の重さＭを増すために重り部５を大きくしたり、重心距離Ｌを長くしようとすると、センシングエレメント１全体が大型化するという問題がある。
【００１４】
また、パッド１４が設けられたセンシングエレメント１の部位は保護されていないため、パッド１４に接続されたボンディングワイヤ７が振動や衝撃によって切断される虞があり、センサの信頼性が低いという問題がある。そこで、パッド１４に接続されたボンディングワイヤ７を保護するために、パッド１４に粘性を有する保護樹脂（例えばＪＣＲ（半導体ジャンクションコーティングレジン）などの用途に用いられるシリコーン樹脂など）を塗布して、ボンディングワイヤ７を保護することが考えられるが、上述のように、上部キャップ２と接合用アルミニウム薄膜９との間には隙間２０が形成されているので、この隙間２０を介して保護樹脂がエアギャップ内部に流れ込み、撓み部４付近に付着してセンサの特性が変化する虞がある。
【００１５】
本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、小型で感度が高く、且つ、信頼性の高い半導体加速度センサ及びその製造方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明では、半導体基板よりなる枠状の支持部の一つの枠片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、撓み部に撓み部の変形を検出するゲージ抵抗が形成されたセンシングエレメントと、支持部と撓み部と重り部とを結ぶ直線と交差する方向において対向する支持部の２つの枠片の主表面側に金属薄膜よりなる２つの接合層と、センシングエレメントの主表面側において撓み部及び重り部を覆うように前記接合層を介して支持部に陽極接合され、少なくとも重り部に対向する部位に凹所が形成された第１のストッパ部材と、センシングエレメントの裏面側において撓み部及び重り部を覆うように支持部に接合され少なくとも重り部に対向する部位に凹所が形成された第２のストッパ部材と、撓み部の一端が結合された支持部の枠片の主表面側に形成され前記ゲージ抵抗と電気的に接続されたボンディング用のパッドとを備え、支持部と撓み部と重り部とを結ぶ直線の方向において対向する第１のストッパ部材の２辺の内、前記パッド側の一辺にセンシングエレメント側に突出する突出片を形成し、前記突出片の先端面と対向するセンシングエレメントの部位に、突出片側に突出し該突出片の先端面と接触することによって、第１のストッパ部材との間の隙間を閉塞する接触片を形成したことを特徴としている。
【００１７】
このように、支持部と撓み部と重り部とを結ぶ直線の方向と交差する方向において対向する支持部の２つの枠片に接合層が形成され、この接合層を介して第１のストッパ部材とセンシングエレメントとが陽極接合されており、前記直線の方向において対向する支持部の他の２つの枠片と第１のストッパ部材とは陽極接合されていないので、他の２つの枠片に第１のストッパ部材を接合するための接合層を形成する必要はなく、その分重り部の大きさを大きくすることができ、且つ、前記直線の方向において重り部の中心位置とゲージ抵抗の中心位置との間の距離を長くとることができるから、センシングエレメント全体の大きさを大きくすることなく、重り部の大きさを大きくして感度を高めた半導体加速度センサを実現することができる。しかも前記直線の方向において対向する第１のストッパ部材の２辺の内、前記パッド側の一辺からはセンシングエレメント側に突出する突出片が形成され、この突出片の先端面と対向する支持部の部位には、突出片側に突出して突出片の先端面と接触する接触片が形成されているので、突出片と接触片とにより第１のストッパ部材とセンシングエレメントとの間の隙間を塞ぐことができ、ダイボンディング用のパッドに配線を保護するための保護用樹脂を塗布したとしても、保護用樹脂が第１のストッパ部材とセンシングエレメントとの間の隙間から内部に侵入するのを防止することができ、信頼性を高めた半導体加速度センサを実現できる。
【００１８】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記接触片は表面が粗化された金属薄膜からなり、当該金属薄膜が前記突出片の先端面に接触した状態で前記突出片に陽極接合されることを特徴とし、金属薄膜の表面は粗化され、凹凸が形成されているので、突出片の先端面と接触片とを陽極接合すると、金属薄膜の表面において突出している部位のみが突出片の先端面に接合され、金属薄膜の表面において窪んでいる部位は突出片の先端面に接合されていないので、この部分に微少な隙間が形成されるが、この隙間は充分小さいので、ダイボンディング用のパッドに配線を保護するための保護用樹脂を塗布したとしても、保護用樹脂が第１のストッパ部材とセンシングエレメントとの間の隙間から内部に侵入するのを防止した半導体加速度センサを実現することができる。
【００１９】
請求項３の発明では、請求項１の発明において、前記接触片は、センシングエレメントの他の部位と電気的に絶縁された金属薄膜から成ることを特徴とし、接触片はセンシングエレメントの他の部位と電気的に絶縁されているので、第１のストッパ部材と接合層との間に電圧を印加して、第１のストッパ部材をセンシングエレメントに陽極接合する際に、第１のストッパ部材と接触片との間には電圧が印加されないから、第１のストッパ部材と接触片とは陽極接合されずに圧接された状態となる。したがって、突出片の先端面と接触片とが圧接されることにより、第１のストッパ部材とセンシングエレメントとの間の隙間が塞がれ、ダイボンディング用のパッドに配線を保護するための保護用樹脂を塗布したとしても、保護用樹脂が第１のストッパ部材とセンシングエレメントとの間の隙間から内部に侵入するのを防止した半導体加速度センサを実現することができる。
【００２０】
請求項４の発明では、請求項１の発明において、前記２つの接合層の内の一方の接合層における前記パッド側の端部から連続一体に形成され、他方の接合層に向かって突出する１乃至複数の第１の金属薄膜と、他方の接合層における前記パッド側の端部から連続一体に形成され、一方の接合層に向かって突出し、前記第１の金属薄膜との間に所定の間隔をおいて配置される１乃至複数の第２の金属薄膜とで、前記接触片を構成したことを特徴とし、一方の接合層の端部から他方の接合層に向かって突出する第１の金属薄膜と、他方の接合層の端部から一方の接合層に向かって突出する第２の金属薄膜とを所定の間隔をおいて配置しているので、ダイボンディング用のパッドに配線を保護するための保護用樹脂を塗布したとしても、第１及び第２の金属薄膜により第１のストッパ部材とセンシングエレメントとの間の隙間から保護用樹脂が内部に侵入するのを防止した半導体加速度センサを実現することができる。
【００２１】
請求項５の発明では、半導体基板よりなる枠状の支持部の一つの枠片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、撓み部に撓み部の変形を検出するゲージ抵抗が形成されたセンシングエレメントと、支持部と撓み部と重り部とを結ぶ直線と交差する方向において対向する支持部の２つの枠片の主表面側に金属薄膜よりなる２つの接合層と、センシングエレメントの主表面側において撓み部及び重り部を覆うように前記接合層を介して支持部に陽極接合され、少なくとも重り部に対向する部位に凹所が形成された第１のストッパ部材と、センシングエレメントの裏面側において撓み部及び重り部を覆うように支持部に接合され少なくとも重り部に対向する部位に凹所が形成された第２のストッパ部材と、撓み部の一端が結合された支持部の枠片の主表面側に形成され前記ゲージ抵抗と電気的に接続されたボンディング用のパッドとを備え、支持部と撓み部と重り部とを結ぶ直線の方向において対向する第１のストッパ部材の２辺の内、前記パッド側の一辺にセンシングエレメント側に突出する突出片を形成し、前記突出片の先端面と対向するセンシングエレメントの部位に、突出片側に突出して突出片の先端面と接触する接触片を形成して成る半導体加速度センサの製造方法であって、第１のストッパ部材に設けられた突出片の先端面とセンシングエレメントの接触片とを接触させることによって、第１のストッパ部材とセンシングエレメントとの間の隙間を閉塞した状態で、第１のストッパ部材を前記接合層を介してセンシングエレメントに陽極接合することを特徴としている。
【００２２】
このように、第１のストッパ部材を接合層を介してセンシングエレメントに接合する際に、前記直線の方向において対向する支持部の他の２つの枠片と第１のストッパ部材との間に隙間を設けているので、他の２つの枠片に第１のストッパ部材を接合するための接合層を形成する必要はなく、その分重り部の大きさを大きくすることができ、且つ、前記直線の方向において重り部の中心位置とゲージ抵抗の中心位置との間の距離を長くとることができるから、センシングエレメント全体の大きさを大きくすることなく、重り部の大きさを大きくして加速度の感度を高めることができ、さらに前記直線の方向において対向する第１のストッパ部材の２辺の内、前記パッド側の一辺からはセンシングエレメント側に突出する突出片が形成され、この突出片の先端面と対向する支持部の部位には、突出片側に突出して突出片の先端面と接触する接触片が形成されており、接合時に突出片の先端面と接触片とを接触させているので、突出片と接触片とにより第１のストッパ部材とセンシングエレメントとの間の隙間を塞ぐことができ、ダイボンディング用のパッドに配線を保護するための保護用樹脂を塗布したとしても、保護用樹脂が第１のストッパ部材とセンシングエレメントとの間の隙間から内部に侵入するのを防止することができ、センサの信頼性を高めることができる。
【００２３】
請求項６の発明では、請求項５の発明において、接触片を金属薄膜で形成し、接触片の表面をエッチングして粗化した後、前記突出片の先端面と接触片とを陽極接合したことを特徴とし、金属薄膜の表面は粗化され、凹凸が形成されているので、突出片の先端面と接触片とを陽極接合すると、金属薄膜の表面において突出している部位のみが突出片の先端面に接合され、金属薄膜の表面において窪んでいる部位は突出片の先端面に接合されていないので、この部分に微少な隙間が形成されるが、この隙間は充分小さいので、ダイボンディング用のパッドに配線を保護するための保護用樹脂を塗布したとしても、保護用樹脂が第１のストッパ部材とセンシングエレメントとの間の隙間から内部に侵入するのを防止した半導体加速度センサを実現することができる。
【００２４】
請求項７の発明では、請求項５の発明において、接触片を金属薄膜で形成し、第１のストッパ部材を接合層を介してセンシングエレメントに陽極接合する際に、接触片とセンシングエレメントの他の部位との間を電気的に絶縁したことを特徴とし、接触片はセンシングエレメントの他の部位と電気的に絶縁されているので、第１のストッパ部材と接合層との間に電圧を印加して、第１のストッパ部材をセンシングエレメントに陽極接合する際に、第１のストッパ部材と接触片との間には電圧が印加されないから、第１のストッパ部材と接触片とは陽極接合されずに圧接された状態となる。したがって、突出片の先端面と接触片とが圧接されることにより、第１のストッパ部材とセンシングエレメントとの間の隙間が塞がれ、ダイボンディング用のパッドに配線を保護するための保護用樹脂を塗布したとしても、保護用樹脂が第１のストッパ部材とセンシングエレメントとの間の隙間から内部に侵入するのを防止した半導体加速度センサを実現することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２６】
（実施形態１）
本実施形態の半導体加速度センサを図１及び図２を参照して説明する。尚、上述した従来の半導体加速度センサと同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００２７】
この半導体加速度センサは、シリコン基板よりなるセンシングエレメント１の主表面側及び裏面側に上部キャップ（第１のストッパ部材）２及び下部キャップ（第２のストッパ部材）３をそれぞれ接合して構成される。
【００２８】
センシングエレメント１は、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+形拡散抵抗配線１１が形成されている。
【００２９】
ここで、重り部５と撓み部４と支持部１６とはｎ形シリコン基板１ａをエッチング加工することにより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、ｎ形シリコン基板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、ｎ形シリコン基板１ａの主表面側において撓み部４を残して重り部５を略全周にわたって囲み且つ凹所１０ａに連通するスリット１０が反応性イオンエッチングなどを利用して形成されている。要するに、ｎ形シリコン基板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。尚、ゲージ抵抗６はｎ形シリコン基板１ａの一部よりなる撓み部４の主表面側の適宜位置にｐ形不純物を拡散させることにより形成されている。
【００３０】
また、撓み部４の一端が結合された支持部１６の枠片１６ｃの主表面側には、上記ｐ+形拡散抵抗配線１１にコンタクト部１２を介して接続されたアルミニウム配線１３が設けられており、さらに、アルミニウム配線１３に接続されたワイヤボンディング用のパッド１４が設けられている。パッド１４には、一端が外部接続されるボンディングワイヤ７の他端がボンディングされる。
【００３１】
ここで、上述した４つのゲージ抵抗６はブリッジ接続されており、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が印加されると、重り部５に力Ｆ（Ｆ＝Ｍ×α）が発生し、重り部５が揺動することで撓み部４が撓められる。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。
【００３２】
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形成され、撓み部４及び重り部５を覆う上部キャップ２が接合用アルミニウム薄膜（接合層）９を介して陽極接合により接合されている。ここに、接合用アルミニウム薄膜９は膜厚が約１〜２μｍであって、ｎ形シリコン基板１ａの主表面側において、支持部１６と撓み部４と重り部５とを結ぶ直線と交差する方向において対向する支持部１６の枠片１６ａ，１６ｂのみに形成されている。すなわち、上部キャップ２は枠片１６ａ，１６ｂ間に橋架するようにしてセンシングエレメント１に接合されており、支持部１６と撓み部４と重り部５とを結ぶ直線の方向において対向する支持部１６の枠片１６ｃ，１６ｄと上部キャップ２との間は開放されている。したがって、支持部１６と撓み部４と重り部５とを結ぶ直線の方向において対向する支持部１６の枠片１６ｃ，１６ｄに上部キャップ２を接合するための接合用アルミニウム薄膜９を形成する必要がなく、その分だけ重り部５の大きさを大きくして、重り部５の重さＭを重くすることができ、且つ重り部５の中心からゲージ抵抗６の中心までの重心距離Ｌを長くとることができるから、センシングエレメント１の大きさを大きくすることなく、センサの感度を高めることができる。
【００３３】
また、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、撓み部４及び重り部５を覆う下部キャップ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はシリコンと略等しい熱膨張率を有する耐熱ガラスから形成され、その周部は全周にわたって支持部１６に接合されている。
【００３４】
上部キャップ２及び下部キャップ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）を確保する凹所２ａ，３ａがエッチングやサンドブラスト加工などにより形成されている。上述のように、上部キャップ２は支持部１６の２つの枠片１６ａ，１６ｂに接合されており、支持部１６の他の２つの枠片１６ｃ，１６ｄと上部キャップ２との間は接合されていないのであるが、支持部１６と撓み部４と重り部５とを結ぶ直線の方向において対向する上部キャップ２の２辺の内、パッド１４側の一辺にはセンシングエレメント１側に突出する突出片２ｃが形成されている。この突出片２ｃの先端面とセンシングエレメント１表面との間の間隔は約１〜２μｍであり、接合用アルミニウム薄膜９の膜厚と略同じ間隔となっている。
【００３５】
そこで、本実施形態では、突出片２ｃの先端面と対向するセンシングエレメント１の部位に、突出片２ｃ側に突出して突出片２ｃの先端面と接触するアルミニウム薄膜からなる接触片２１を形成している。而して、突出片２ｃと接触片２１とによりセンシングエレメント１と上部キャップ２との間の隙間が閉塞されているので、ボンディングワイヤ７を保護するためにパッド１４が形成されたセンシングエレメント１の部位に、例えば保護樹脂１８を塗布したとしても、保護樹脂１８がエアギャップ内部に侵入することはなく、エアギャップ内部に侵入した保護樹脂１８が撓み部４に付着するなどしてセンサの特性が変化することはない。尚、本実施形態では接触片２１をアルミニウム薄膜で形成しているが、アルミニウム薄膜の代わりにシリコン酸化膜で接触片２１を形成しても良い。
【００３６】
ここで、保護樹脂１８としては例えばＪＣＲなどの用途に用いられる粘性を有するシリコーン樹脂などを用いており、保護樹脂１８は硬化後の表面が弾性に富んでおり、外力によるストレスを吸収することによって、チップの破損やボンディングワイヤ７の断線を防止することができる。なお、保護樹脂１８の粘度は約１００Ｐ〜６００Ｐ、硬度は約２０〜３０であり、この保護樹脂１８の粘度や流動性を適当に選択することによって、突出片２ｃと接触片２１との間の隙間内に保護樹脂１８を適切な深さまで侵入させ、熱硬化や紫外線硬化などを行って、硬化させることができる。尚、突出片２ｃの厚みは例えば約１００μｍ以上に設定されており、保護樹脂１８が突出片２ｃと接触片２１との間の隙間を介してエアギャップ内部まで侵入することはない。
【００３７】
一方、支持部１６と撓み部４と重り部５とを結ぶ直線の方向において対向する上部キャップ２の２辺の内、パッド１４側と反対側の一辺とセンシングエレメント１との間は開放されており、この開口１５を介してエアギャップ内部と外部とは連通している。本実施形態では、上部キャップ２に形成された凹所２ａの深さを略数１０μｍとし、ストッパ２ｂの高さを、凹所２ａの底面から数μｍ〜１０μｍ弱程度としているが、凹所２ａ及びストッパ２ｂの寸法を適切に調節することによって、開口１５を介して流動する空気の影響を無くすことができ、充分なエアダンピング効果を得ることができる。尚、上部キャップ２の平面部の外形寸法は数１００μｍ程度である。また、凹所２ａ，３ａの底面におけるストッパ２ｂ，３ｂの位置は、重り部５の揺動範囲を所望の範囲に規制することのできる位置であればどのような位置に設けても良い。
【００３８】
（実施形態２）
本実施形態の半導体加速度センサについて図３（ａ）（ｂ）を参照して説明する。尚、半導体加速度センサの基本的な構成は実施形態１と同様であるので、同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００３９】
本実施形態では、実施形態１の半導体加速度センサにおいて、センシングエレメント１の表面に設けた接触片２１をアルミニウム薄膜から形成しており、その表面をフッ酸或いは発煙硝酸でエッチングして粗化している。而して、図３（ｂ）に示すように、接触片２１の表面には凹凸が形成されている。
【００４０】
ここで、接触片２１は接合用アルミニウム薄膜９と電気的に接続されているので、上部キャップ２をセンシングエレメント１に陽極接合すると、上部キャップ２は接合用アルミニウム薄膜９を介してセンシングエレメント１に接合されると共に、上部キャップ２の突出片２ｃが接触片２１を介してセンシングエレメント１に接合される。この時、接触片２１の表面は粗化されているので、接触片２１の表面における突出している部位、すなわち突起部２１ａのみが突出片２ｃの先端面に接合され、接触片２１の表面における突起部２１ａ以外の窪んでいる部位は突出片２ｃの先端面に接合されず、その部分には数１００ｎｍ（数１０００Å）の隙間が形成される。しかしながら、この隙間は充分小さいので、ボンディングワイヤ７を保護するための保護樹脂１８がエアギャップ内部に侵入することはなく、エアギャップ内部に侵入した保護樹脂１８が撓み部４に付着するなどしてセンサの特性が変化することはない。
【００４１】
（実施形態３）
本実施形態の半導体加速度センサについて図４及び図５を参照して説明する。尚、半導体加速度センサの基本的な構成は実施形態１と同様であるので、同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００４２】
本実施形態では、センシングエレメント１の表面に設けた接触片２１をアルミニウム薄膜から形成しており、この接触片２１はセンシングエレメント１の他の部位と電気的に絶縁されている。すなわち、上述した従来の半導体加速度センサと同様に、センシングエレメント１の表面と接触片２１との間には例えばシリコン酸化膜が形成され、接触片２１とｐ+形拡散抵抗配線１１との間を電気的に絶縁している。また、支持部１６の枠片１６ａ，１６ｂに形成された接合用アルミニウム薄膜９と接触片２１とは隙間をおいて配設されており、接合用アルミニウム薄膜９と接触片２１とは電気的に絶縁されている。このように、接触片２１はセンシングエレメント１の他の部位と電気的に絶縁されているので、上部キャップ２と接合用アルミニウム薄膜９との間に電圧を印加して、上部キャップ２をセンシングエレメント１に陽極接合する際に、上部キャップ２と接触片２１との間に電圧が印加されることはなく、突出片２ｃの先端面と接触片２１とは互いに接合されず、圧接された状態となる。したがって、突出片２ｃの先端面と接触片２１とが圧接されることにより、突出片２ｃの先端面とセンシングエレメント１の表面との間の隙間が閉塞され、ボンディングワイヤ７を保護するための保護樹脂１８がエアギャップ内部に侵入することはなく、エアギャップ内部に侵入した保護樹脂１８が撓み部４に付着するなどしてセンサの特性が変化することはない。
【００４３】
（実施形態４）
本実施形態の半導体加速度センサについて図６及び図７を参照して説明する。尚、半導体加速度センサの基本的な構成は実施形態１と同様であるので、同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００４４】
本実施形態では、実施形態１の半導体加速度センサと同様、支持部１６と撓み部４と重り部５とを結ぶ直線と交差する方向において対向する支持部１６の２つの枠片１６ａ，１６ｂに接合用アルミニウム薄膜９を形成している。ここで、一方の枠片１６ａに形成された接合用アルミニウム薄膜９における枠片１６ｃ側の端部からは、他方の枠片１６ｂに形成されたアルミニウム薄膜９に向かって延びる短冊状の金属薄膜（第１の金属薄膜）９ｂが連続一体に形成されている。また、他方の枠片１６ｂに形成された接合用アルミニウム薄膜９における枠片１６ｃ側の端部からは、一方の枠片１６ａに形成された接合用アルミニウム薄膜９に向かって延びる短冊状の一対の金属薄膜（第２の金属薄膜）９ａが連続一体に形成されている。そして、枠片１６ａ側の接合用アルミニウム薄膜９から延設された金属薄膜９ｂと、枠片１６ｂ側の接合用アルミニウム薄膜９から延設された金属薄膜９ａ，９ａとは所定の隙間をおいて交互に配設されている。
【００４５】
而して、上部キャップ２をセンシングエレメント１に陽極接合すると、接合用アルミニウム薄膜９を介して上部キャップ２の両側片がセンシングエレメント１の枠片１６ａ，１６ｂに接合されるとともに、突出片２ｃの先端面が金属薄膜９ａ，９ｂを介して枠片１６ｃに接合される。この時、突出片２ｃの先端面とセンシングエレメント１表面との間には蛇行するように延びる隙間２２が形成されるが、この隙間２２の長さは充分長いので、ボンディングワイヤ７を保護するためパッド１４に塗布された保護樹脂１８が隙間２２を介してエアギャップ内部に侵入することはなく、エアギャップ内部に侵入した保護樹脂１８が撓み部４に付着するなどしてセンサの特性が変化することはない。
【００４６】
【発明の効果】
上述のように、請求項１の発明は、半導体基板よりなる枠状の支持部の一つの枠片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、撓み部に撓み部の変形を検出するゲージ抵抗が形成されたセンシングエレメントと、支持部と撓み部と重り部とを結ぶ直線と交差する方向において対向する支持部の２つの枠片の主表面側に金属薄膜よりなる２つの接合層と、センシングエレメントの主表面側において撓み部及び重り部を覆うように前記接合層を介して支持部に陽極接合され、少なくとも重り部に対向する部位に凹所が形成された第１のストッパ部材と、センシングエレメントの裏面側において撓み部及び重り部を覆うように支持部に接合され少なくとも重り部に対向する部位に凹所が形成された第２のストッパ部材と、撓み部の一端が結合された支持部の枠片の主表面側に形成され前記ゲージ抵抗と電気的に接続されたボンディング用のパッドとを備え、支持部と撓み部と重り部とを結ぶ直線の方向において対向する第１のストッパ部材の２辺の内、前記パッド側の一辺にセンシングエレメント側に突出する突出片を形成し、前記突出片の先端面と対向するセンシングエレメントの部位に、突出片側に突出し該突出片の先端面と接触することによって、第１のストッパ部材との間の隙間を閉塞する接触片を形成したことを特徴としている。
【００４７】
このように、支持部と撓み部と重り部とを結ぶ直線の方向と交差する方向において対向する支持部の２つの枠片に接合層が形成され、この接合層を介して第１のストッパ部材とセンシングエレメントとが陽極接合されており、前記直線の方向において対向する支持部の他の２つの枠片と第１のストッパ部材とは陽極接合されていないので、他の２つの枠片に第１のストッパ部材を接合するための接合層を形成する必要はなく、その分重り部の大きさを大きくすることができ、且つ、前記直線の方向において重り部の中心位置とゲージ抵抗の中心位置との間の距離を長くとることができるから、センシングエレメント全体の大きさを大きくすることなく、重り部の大きさを大きくして感度を高めた半導体加速度センサを実現することができる。しかも前記直線の方向において対向する第１のストッパ部材の２辺の内、前記パッド側の一辺からはセンシングエレメント側に突出する突出片が形成され、この突出片の先端面と対向する支持部の部位には、突出片側に突出して突出片の先端面と接触する接触片が形成されているので、突出片と接触片とにより第１のストッパ部材とセンシングエレメントとの間の隙間を塞ぐことができ、ダイボンディング用のパッドに配線を保護するための保護用樹脂を塗布したとしても、保護用樹脂が第１のストッパ部材とセンシングエレメントとの間の隙間から内部に侵入するのを防止することができ、信頼性を高めた半導体加速度センサを実現できる。
【００４８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記接触片は表面が粗化された金属薄膜からなり、当該金属薄膜が前記突出片の先端面に接触した状態で前記突出片に陽極接合されることを特徴とし、金属薄膜の表面は粗化され、凹凸が形成されているので、突出片の先端面と接触片とを陽極接合すると、金属薄膜の表面において突出している部位のみが突出片の先端面に接合され、金属薄膜の表面において窪んでいる部位は突出片の先端面に接合されていないので、この部分に微少な隙間が形成されるが、この隙間は充分小さいので、ダイボンディング用のパッドに配線を保護するための保護用樹脂を塗布したとしても、保護用樹脂が第１のストッパ部材とセンシングエレメントとの間の隙間から内部に侵入するのを防止した半導体加速度センサを実現することができる。
【００４９】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記接触片は、センシングエレメントの他の部位と電気的に絶縁された金属薄膜から成ることを特徴とし、接触片はセンシングエレメントの他の部位と電気的に絶縁されているので、第１のストッパ部材と接合層との間に電圧を印加して、第１のストッパ部材をセンシングエレメントに陽極接合する際に、第１のストッパ部材と接触片との間には電圧が印加されないから、第１のストッパ部材と接触片とは陽極接合されずに圧接された状態となる。したがって、突出片の先端面と接触片とが圧接されることにより、第１のストッパ部材とセンシングエレメントとの間の隙間が塞がれ、ダイボンディング用のパッドに配線を保護するための保護用樹脂を塗布したとしても、保護用樹脂が第１のストッパ部材とセンシングエレメントとの間の隙間から内部に侵入するのを防止した半導体加速度センサを実現することができる。
【００５０】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記２つの接合層の内の一方の接合層における前記パッド側の端部から連続一体に形成され、他方の接合層に向かって突出する１乃至複数の第１の金属薄膜と、他方の接合層における前記パッド側の端部から連続一体に形成され、一方の接合層に向かって突出し、前記第１の金属薄膜との間に所定の間隔をおいて配置される１乃至複数の第２の金属薄膜とで、前記接触片を構成したことを特徴とし、一方の接合層の端部から他方の接合層に向かって突出する第１の金属薄膜と、他方の接合層の端部から一方の接合層に向かって突出する第２の金属薄膜とを所定の間隔をおいて配置しているので、ダイボンディング用のパッドに配線を保護するための保護用樹脂を塗布したとしても、第１及び第２の金属薄膜により第１のストッパ部材とセンシングエレメントとの間の隙間から保護用樹脂が内部に侵入するのを防止した半導体加速度センサを実現することができる。
【００５１】
請求項５の発明は、半導体基板よりなる枠状の支持部の一つの枠片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、撓み部に撓み部の変形を検出するゲージ抵抗が形成されたセンシングエレメントと、支持部と撓み部と重り部とを結ぶ直線と交差する方向において対向する支持部の２つの枠片の主表面側に金属薄膜よりなる２つの接合層と、センシングエレメントの主表面側において撓み部及び重り部を覆うように前記接合層を介して支持部に陽極接合され、少なくとも重り部に対向する部位に凹所が形成された第１のストッパ部材と、センシングエレメントの裏面側において撓み部及び重り部を覆うように支持部に接合され少なくとも重り部に対向する部位に凹所が形成された第２のストッパ部材と、撓み部の一端が結合された支持部の枠片の主表面側に形成され前記ゲージ抵抗と電気的に接続されたボンディング用のパッドとを備え、支持部と撓み部と重り部とを結ぶ直線の方向において対向する第１のストッパ部材の２辺の内、前記パッド側の一辺にセンシングエレメント側に突出する突出片を形成し、前記突出片の先端面と対向するセンシングエレメントの部位に、突出片側に突出して突出片の先端面と接触する接触片を形成して成る半導体加速度センサの製造方法であって、第１のストッパ部材に設けられた突出片の先端面とセンシングエレメントの接触片とを接触させることによって、第１のストッパ部材とセンシングエレメントとの間の隙間を閉塞した状態で、第１のストッパ部材を前記接合層を介してセンシングエレメントに陽極接合することを特徴としている。
【００５２】
このように、第１のストッパ部材を接合層を介してセンシングエレメントに接合する際に、前記直線の方向において対向する支持部の他の２つの枠片と第１のストッパ部材との間に隙間を設けているので、他の２つの枠片に第１のストッパ部材を接合するための接合層を形成する必要はなく、その分重り部の大きさを大きくすることができ、且つ、前記直線の方向において重り部の中心位置とゲージ抵抗の中心位置との間の距離を長くとることができるから、センシングエレメント全体の大きさを大きくすることなく、重り部の大きさを大きくして加速度の感度を高めることができ、さらに前記直線の方向において対向する第１のストッパ部材の２辺の内、前記パッド側の一辺からはセンシングエレメント側に突出する突出片が形成され、この突出片の先端面と対向する支持部の部位には、突出片側に突出して突出片の先端面と接触する接触片が形成されており、接合時に突出片の先端面と接触片とを接触させているので、突出片と接触片とにより第１のストッパ部材とセンシングエレメントとの間の隙間を塞ぐことができ、ダイボンディング用のパッドに配線を保護するための保護用樹脂を塗布したとしても、保護用樹脂が第１のストッパ部材とセンシングエレメントとの間の隙間から内部に侵入するのを防止することができ、センサの信頼性を高めることができる。
【００５３】
請求項６の発明は、請求項５の発明において、接触片を金属薄膜で形成し、接触片の表面をエッチングして粗化した後、前記突出片の先端面と接触片とを陽極接合したことを特徴とし、金属薄膜の表面は粗化され、凹凸が形成されているので、突出片の先端面と接触片とを陽極接合すると、金属薄膜の表面において突出している部位のみが突出片の先端面に接合され、金属薄膜の表面において窪んでいる部位は突出片の先端面に接合されていないので、この部分に微少な隙間が形成されるが、この隙間は充分小さいので、ダイボンディング用のパッドに配線を保護するための保護用樹脂を塗布したとしても、保護用樹脂が第１のストッパ部材とセンシングエレメントとの間の隙間から内部に侵入するのを防止した半導体加速度センサを実現することができる。
【００５４】
請求項７の発明は、請求項５の発明において、接触片を金属薄膜で形成し、第１のストッパ部材を接合層を介してセンシングエレメントに陽極接合する際に、接触片とセンシングエレメントの他の部位との間を電気的に絶縁したことを特徴とし、接触片はセンシングエレメントの他の部位と電気的に絶縁されているので、第１のストッパ部材と接合層との間に電圧を印加して、第１のストッパ部材をセンシングエレメントに陽極接合する際に、第１のストッパ部材と接触片との間には電圧が印加されないから、第１のストッパ部材と接触片とは陽極接合されずに圧接された状態となる。したがって、突出片の先端面と接触片とが圧接されることにより、第１のストッパ部材とセンシングエレメントとの間の隙間が塞がれ、ダイボンディング用のパッドに配線を保護するための保護用樹脂を塗布したとしても、保護用樹脂が第１のストッパ部材とセンシングエレメントとの間の隙間から内部に侵入するのを防止した半導体加速度センサを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１の半導体加速度センサの断面図である。
【図２】同上のセンシングエレメントの上面図である。
【図３】実施形態２の半導体加速度センサを示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は要部拡大図である。
【図４】実施形態３の半導体加速度センサの断面図である。
【図５】同上のセンシングエレメントの上面図である。
【図６】実施形態４の半導体加速度センサの断面図である。
【図７】同上のセンシングエレメントの上面図である。
【図８】従来の半導体加速度センサの断面図である。
【図９】同上のセンシングエレメントの上面図である。
【図１０】図９のＤ−Ｄ’断面図である。
【符号の説明】
１  センシングエレメント
２  上部キャップ
２ｃ  突出片
３  下部キャップ
４  撓み部
５  重り部
６  ゲージ抵抗
１４  パッド
１６  支持部
１６ｃ，１６ｄ  枠片
２１  接触片
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003678090.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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