(57)【要約】  【課題】フレーム部の一表面に直交する方向への重り部の変位量を制限するストッパ片の破損が起こりにくく耐衝撃性に優れた半導体加速度センサを提供する。  【解決手段】センサチップ１は、矩形枠状のフレーム部１１の開口窓内に配置される重り部１２がフレーム部１１の一表面側において撓み部１３を介してフレーム部１１に揺動自在に支持されている。重り部１２は、コア部１２ａと、コア部１２ａと一体に形成されコア部１２ａとフレーム部１１との間の空間に配置される付随部１２ｂとを有する。フレーム部１１は、上記一表面に直交する方向において付随部１２ｂと離間し上記一表面側への付随部１２ｂの変位量を制限する薄肉のストッパ片１５が各コーナー部１１ａそれぞれから一体に突設され、ストッパ片１５における付随部１２ｂとの対向面側においてストッパ片１５を補強する補強部１６が一体に突設されてなる。【選択図】      図１
2006064532.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
枠状のフレーム部の矩形状の開口窓内に配置される重り部がフレーム部の一表面側において可撓性を有する薄肉の撓み部を介してフレーム部に揺動自在に支持された半導体加速度センサであって、重り部は、フレーム部の内側面に一端部が連結された撓み部の他端部が外側面に連結されたコア部と、コア部と一体に形成されコア部とフレーム部との間の空間に配置される付随部とを有し、フレーム部は、前記一表面に直交する方向において付随部と離間し前記一表面側への付随部の変位量を制限する薄肉のストッパ片がコーナー部から一体に突設され、ストッパ片における付随部との対向面側においてストッパ片を補強する補強部が一体に突設されてなることを特徴とする半導体加速度センサ。
【請求項２】
前記補強部は、前記ストッパ片における前記付随部との対向面側において前記ストッパ片と前記付随部との向い合っている方向に沿って形成され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。
【請求項３】
前記フレーム部の内側面と前記補強部の側面との間に面取り部が形成されてなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の半導体加速度センサ。
【請求項４】
前記補強部は、前記フレーム部の前記一表面に直交する方向において前記ストッパ片に近づくにつれて断面積が徐々に大きくなる形状に形成されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の半導体加速度センサ。
【請求項５】
前記重り部は、前記付随部の外周面に、前記補強部が入る凹部であって前記補強部の側面との間に所定間隔の隙間を形成する凹部が設けられ、前記所定間隔が前記付随部と前記フレーム部との間の間隔よりも小さく設定されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の半導体加速度センサ。
【請求項６】
前記付随部と前記補強部との少なくとも一方に一体に設けた凸部が入り当該凸部との間に所定間隔の隙間を形成する凹部を他方に設けられ、前記所定間隔が前記付随部と前記フレーム部との間の間隔よりも小さく設定されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の半導体加速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体加速度センサに関し、特に、耐衝撃性に優れた半導体加速度センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の半導体加速度センサとして、例えば、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、シリコン基板を用いて形成したセンサチップ１’と、センサチップ１’の裏面側に固着されたガラス製の台座２’とを備えたものが提案されている。
【０００３】
センサチップ１’は、矩形枠状のフレーム部１１’を備え、フレーム部１１’の矩形状の開口窓内に配置される重り部１２’がフレーム部１１’の一表面側（センサチップ１’の主表面側）において可撓性を有する薄肉の４つの撓み部１３’を介してフレーム部１１’に揺動自在に支持されている。台座２’において重り部１２’との対向面には重り部１２’の厚さ方向への重り部１２’の変位を可能とする凹所２ａ’が形成されている。
【０００４】
重り部１２’は、上述の４つの撓み部１３’を介してフレーム部１１’に支持されたコア部１２ａ’と、コア部１２ａ’に連続一体に形成されて各撓み部１３’の裏面側においてフレーム部１１’とコア部１２ａ’との間の空間に配置される付随部１２ｂ’とで構成されており、フレーム部１１’と付随部１２ｂ’との間にはスリット１４’が形成されている。
【０００５】
上述のセンサチップ１’は、図１０（ａ），（ｂ）それぞれの左側に示したように、センサチップ１’の厚み方向をｚ軸方向、ｚ軸方向に直交する平面において矩形枠状のフレーム部１１’の一辺に沿った方向をｘ軸方向、この一辺に直交する辺に沿った方向をｙ軸方向と規定すれば、センサチップ１’は、ｘ軸方向を長手方向とする２つの撓み部１３’，１３’におけるコア部１２ａ’近傍にｘ軸方向の加速度を検出するためのピエゾ抵抗（図示せず）が２つずつ形成され、ｙ軸方向を長手方向とする２つの撓み部１３’，１３’におけるコア部１２ａ’近傍にｙ軸方向の加速度を検出するためのピエゾ抵抗（図示せず）が２つずつ形成され、４つの撓み部１３’それぞれの長手方向におけるフレーム部１１’近傍にｚ軸方向の加速度を検出するためのピエゾ抵抗（図示せず）が１つずつ形成されており、各軸方向ごとにそれぞれ４つのピエゾ抵抗がブリッジ回路を構成するように拡散層配線などの配線（図示せず）により接続されており、フレーム部１１’の上記一表面側に各ブリッジ回路に接続されたパッド（図示せず）が形成されている。
【０００６】
したがって、センサチップ１’に加速度が作用すると、加速度の方向および大きさに応じて重り部１２’がフレーム部１１’に対して相対的に変位し、結果的に撓み部１３’が撓んでピエゾ抵抗の抵抗値が変化することになる。つまり、ピエゾ抵抗の抵抗値の変化を検出することによりセンサチップ１’に作用したｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向それぞれの加速度を検出することができる。
【０００７】
ところで、センサチップ１’は、フレーム部１１’の上記一表面に直交する方向（つまり、ｚ軸方向）において付随部１２ｂ’と離間し上記一表面側への付随部１２ｂ’の変位量を制限する薄肉のストッパ片１５’がフレーム部１１’の４つのコーナー部それぞれから一体に突設されている。ここにおいて、各ストッパ片１５’は、上記一表面に平行な面内における形状が三角形状の形状となっている。
【０００８】
しかして、図１０に示した半導体加速度センサでは、ストッパ片１５’および台座２’によってｚ軸方向への重り部１２’の変位量が制限される（図１０（ｂ）における上方向への重り部１２’の変位量はストッパ片１５’によって制限され、図１０（ｂ）における下方向への重り部１２’の変位量は台座２’によって制限される）ので、ｚ軸方向に過度の加速度が作用した場合に撓み部１３’が破損するのを抑制することができる。
【特許文献１】特開平８−３２７６５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、図１０に示した構成の半導体加速度センサでは、重り部１２’の付随部１２ｂ’がストッパ片１５’に衝突したときの衝撃が局所的に集中してストッパ片１５’が破壊されてしまう恐れがあるので、耐衝撃性を更に向上させた半導体加速度センサの実現が期待されている。
【００１０】
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、フレーム部の一表面に直交する方向への重り部の変位量を制限するストッパ片の破損が起こりにくく耐衝撃性に優れた半導体加速度センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、枠状のフレーム部の矩形状の開口窓内に配置される重り部がフレーム部の一表面側において可撓性を有する薄肉の撓み部を介してフレーム部に揺動自在に支持された半導体加速度センサであって、重り部は、フレーム部の内側面に一端部が連結された撓み部の他端部が外側面に連結されたコア部と、コア部と一体に形成されコア部とフレーム部との間の空間に配置される付随部とを有し、フレーム部は、前記一表面に直交する方向において付随部と離間し前記一表面側への付随部の変位量を制限する薄肉のストッパ片がコーナー部から一体に突設され、ストッパ片における付随部との対向面側においてストッパ片を補強する補強部が一体に突設されてなることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、フレーム部にはストッパ片を補強する補強部が一体に突設されているので、ストッパ片が補強部により補強されることとなり、重り部の付随部がストッパ片に衝突する際の衝撃によりストッパ片が破損するのを抑制することができ、従来に比べて耐衝撃性を高めることができる。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記補強部は、前記ストッパ片における前記付随部との対向面側において前記ストッパ片と前記付随部との向い合っている方向に沿って形成されてなることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、前記ストッパ片において前記補強部と重なる部位の面積を比較的小さくしながらも前記ストッパ片を効果的に補強することができ、前記ストッパ片において前記付随部と重なる部位の面積を比較的大きくしながらも前記ストッパ片が破損するのを抑制することができる。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記フレーム部の内側面と前記補強部の側面との間に面取り部が形成されてなることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、前記重り部の前記付随部が前記ストッパ片に衝突した際に前記フレーム部の内側面と前記補強部の側面との連結部位に応力が集中するのを抑制できて応力集中による前記補強部の破損を抑制することができ、面取り部が形成されていない場合に比べて耐衝撃性が向上する。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、前記補強部は、前記フレーム部の前記一表面に直交する方向において前記ストッパ片に近づくにつれて断面積が徐々に大きくなる形状に形成されてなることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、前記重り部の前記付随部が前記ストッパ片に衝突した際に前記ストッパ片における前記補強部との連結部位に応力が集中するのを抑制できて応力集中による前記ストッパ片の破損を抑制することができる。
【００１９】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、前記重り部は、前記付随部の外周面に、前記補強部が入る凹部であって前記補強部の側面との間に所定間隔の隙間を形成する凹部が設けられ、前記所定間隔が前記付随部と前記フレーム部との間の間隔よりも小さく設定されてなることを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、前記フレーム部の前記一表面に直交する面内における前記重り部の変位量が前記補強部によって制限されることとなり、前記補強部が前記ストッパ片を補強する機能に加えて、前記フレーム部の前記一表面に直交する面内における前記重り部の変位量を制限するストッパとしての機能を有することとなり、耐衝撃性がより一層向上する。
【００２１】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、前記付随部と前記補強部との少なくとも一方に一体に設けた凸部が入り当該凸部との間に所定間隔の隙間を形成する凹部を他方に設けられ、前記所定間隔が前記付随部と前記フレーム部との間の間隔よりも小さく設定されてなることを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、前記フレーム部の前記一表面に直交する面内における前記重り部の変位量が前記補強部によって制限されることとなり、前記補強部が前記ストッパ片を補強する機能に加えて、前記フレーム部の前記一表面に直交する面内における前記重り部の変位量を制限するストッパとしての機能を有することとなり、耐衝撃性がより一層向上する。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１の発明では、重り部の付随部がストッパ片に衝突する際の衝撃によりストッパ片が破損するのを抑制することができ、従来に比べて耐衝撃性を高めることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
（実施形態１）
本実施形態の半導体加速度センサは、図１（ａ）〜（ｅ）に示すセンサチップ１により構成されており、例えば、パッケージや回路基板（例えば、プリント基板）などのベース部材に直接あるいはガラス製の台座を介した形で実装すればよい。ここにおいて、センサチップ１は、図２（ａ）に示すように、シリコン基板からなる支持基板２１上のシリコン酸化膜からなる絶縁層（埋込酸化膜）２２上にｎ形のシリコン層（活性層）２３を有するＳＯＩウェハ２０を加工することにより形成してある。
【００２５】
センサチップ１は、枠状（本実施形態では、矩形枠状）のフレーム部１１を備え、フレーム部１１の矩形状の開口窓内に配置される重り部１２がフレーム部１１の一表面（図１（ｂ）における上面）側において可撓性を有する４つの短冊状の撓み部１３を介してフレーム部１１に揺動自在に支持されている。したがって、重り部１２の質量をｍ、センサチップ１に作用する加速度をα、重り部１２に作用する力をＦとすれば、重り部１２にニュートンの運動方程式から導出されるＦ＝ｍαの力が作用して撓み部１３が撓むこととなる。なお、フレーム部１１は、ＳＯＩウェハ２０の支持基板２１、絶縁層２２、シリコン層２３それぞれを利用して形成してある。これに対して、撓み部１３は、ＳＯＩウェハ２０におけるシリコン層２３を利用して形成してあり、フレーム部１１よりも薄肉となっている。
【００２６】
重り部１２は、上述の４つの撓み部１３を介してフレーム部１１に支持された直方体状のコア部１２ａと、センサチップ１の主表面側（フレーム部１１の上記一表面側）から見てコア部１２ａの四隅それぞれに連続一体に連結された直方体状の４つの付随部１２ｂとを有している。言い換えれば、重り部１２は、フレーム部１１の内側面に一端部が連結された各撓み部１３の他端部が外側面に連結されたコア部１２ａと、コア部１２ａと一体に形成されコア部１２ａとフレーム部１１との間の空間に配置される４つの付随部１２ｂとを有している。つまり、各付随部１２ｂは、センサチップ１の主表面側（フレーム部１１の上記一表面側）から見て、フレーム部１１とコア部１２ａと互いに直交する方向に延長された２つの撓み部１３，１３とで囲まれる空間に配置されており、各付随部１２ｂそれぞれとフレーム部１１との間にはスリット１４が形成され、撓み部１３を挟んで隣り合う付随部１２ｂ間の間隔が撓み部１３の幅寸法よりも長くなっている。ここにおいて、コア部１２ａは、ＳＯＩウェハ２０の支持基板２１、絶縁層２２、シリコン層２３それぞれを利用して形成し、各付随部１２ｂは、ＳＯＩウェハ２０の支持基板２１を利用して形成してある。しかして、フレーム部１１の上記一表面側において各付随部１２ｂの表面（図１（ｂ）における上面）は、コア部１２ａの表面（図１（ｂ）における上面）を含む平面からフレーム部１１の他表面（図１（ｂ）における下面）側へ離間して位置している。
【００２７】
また、重り部１２のコア部１２ａおよび各付随部１２ｂは、支持基板２１を利用して形成されている部分の厚さがフレーム部１１において支持基板２１を利用して形成されている部分の厚さに比べて、センサチップ１の厚み方向（図１（ｂ）における上下方向）への重り部１２の許容変位量分だけ薄くなっている。したがって、センサチップ１におけるフレーム部１１の上記他表面を上述のベース部材や台座などに固着したときに、重り部１２の裏面（図１（ｂ）における下面）側にはセンサチップ１の厚み方向への重り部１２の変位を可能とする隙間が形成されることとなり、例えば、台座に固着するような場合には、台座に重り部１２の変位を可能とするための凹所を設ける必要がなくなり、製造コストの低コスト化を図れる。
【００２８】
ところで、図１（ａ），（ｂ）それぞれの左側に示したように、センサチップ１の厚み方向をｚ軸方向、ｚ軸方向に直交する平面において矩形枠状のフレーム部１１の一辺に沿った方向をｘ軸方向、この一辺に直交する辺に沿った方向をｙ軸方向と規定すれば、重り部１２は、ｘ軸方向に延長されてコア部１２ａを挟む２つ１組の撓み部１３，１３と、ｙ軸方向に延長されてコア部１２ａを挟む２つ１組の撓み部１３，１３とを介してフレーム部１１に支持されていることになる。ここで、センサチップ１は、ｘ軸方向を長手方向とする２つの撓み部１３，１３におけるコア部１２ａ近傍にｘ軸方向の加速度を検出するためのピエゾ抵抗（図示せず）が２つずつ形成され、ｙ軸方向を長手方向とする２つの撓み部１３，１３におけるコア部１２ａ近傍にｙ軸方向の加速度を検出するためのピエゾ抵抗（図示せず）が２つずつ形成され、４つの撓み部１３それぞれの長手方向におけるフレーム部１１近傍にｚ軸方向の加速度を検出するためのピエゾ抵抗（図示せず）が１つずつ形成されており、各軸方向ごとにそれぞれ４つのピエゾ抵抗がブリッジ回路を構成するように配線（拡散層配線、金属配線など）を介して接続されている。ここに、センサチップ１の上記一表面側には、シリコン酸化膜からなる保護膜（図示せず）が形成されており、ブリッジ回路の各端子となるパッド（図示せず）がフレーム部１１に対応する部位でセンサチップ１の上記一表面側に設けられている。なお、パッドは、金属材料（例えば、アルミニウムなど）により形成されている。
【００２９】
したがって、センサチップ１に加速度が作用すると、加速度の方向および大きさに応じて重り部１２がフレーム部１１に対して相対的に変位し、結果的に撓み部１３が撓んでピエゾ抵抗の抵抗値が変化することになる。つまり、ピエゾ抵抗の抵抗値の変化を検出することによりセンサチップ１に作用したｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向それぞれの加速度を検出することができる。要するに、各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、重り部１２に作用するｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向それぞれの加速度に比例する電圧を得ることができる。本実施形態では、各ピエゾ抵抗それぞれが、フレーム部１１に対する重り部１２の変位により撓み部１３に生じるひずみによって抵抗率の変化する抵抗体を構成している。
【００３０】
なお、本実施形態では、上述のシリコン層２３の導電形がｎ形なので、各ピエゾ抵抗および各拡散層配線の導電形をｐ形としてあるが、シリコン層２３の導電形がｐ形の場合には、各ピエゾ抵抗および各拡散層配線の導電形をｎ形とすればよい。また、ＳＯＩウェハ２０については、支持基板２１の厚さを４００〜６００μｍ程度、絶縁層２２の厚さを０．３〜１．５μｍ程度、シリコン層２３の厚さを４〜６μｍ程度に設定してあるが、これらの数値は特に限定するものではない。また、ＳＯＩウェハ２０の主表面であるシリコン層２３の表面は（１００）面としてある。
【００３１】
ところで、センサチップ１は、フレーム部１１の上記一表面に直交する方向（つまり、ｚ軸方向）において各付随部１２ｂそれぞれと離間し上記一表面側への各付随部１２ｂの変位量を制限する４つの薄肉のストッパ片１５が、フレーム部１１の４つのコーナー部１１ａそれぞれから一体に突設されている。ここにおいて、各ストッパ片１５の平面形状は三角形状の形状となっているが、ストッパ片１５の平面形状は、三角形状の形状に限定するものではなく、例えば、矩形状の形状でもよいし、扇形状の形状としてもよい。各ストッパ片１５は、撓み部１３と同様に、ＳＯＩウェハ２０におけるシリコン層２３を利用して形成されている。
【００３２】
また、センサチップ１は、ストッパ片１５における付随部１２ｂとの対向面側においてストッパ片１５を補強する補強部（補強リブ）１６がフレーム部１１の各コーナー部１１ａそれぞれから一体に突設されている。補強部１６は、ＳＯＩウェハ２０の絶縁層２２の一部と支持基板２１の一部とにより構成してあり、上述のｚ軸方向における補強部１６の寸法は、支持基板２１の厚みと絶縁層２２の厚みとの合計厚みよりもやや小さな寸法に設定してあり、具体的には、ｚ軸方向における付随部１２ｂの厚みと絶縁層２２の厚みとを加算した厚みに設定してある。要するに、各補強部１６は、各ストッパ片１５における各付随部１２ｂとの対向面側においてフレーム部１１の上記一表面に直交する方向に沿って形成されている。言い換えれば、各補強部１６は、各ストッパ片１５における各付随部１２ｂとの対向面側においてストッパ片１５と付随部１２ｂとの向い合っている方向に沿って形成されている。ただし、ストッパ片１５と付随部１２ｂとの向い合っている方向は、フレーム部１１の上記一表面に直交する方向のみを意味するのではなく、フレーム部１１の上記一表面に略直交する方向を意味している。ここで、センサチップ１においてストッパ片１５とストッパ片１５を補強する補強部１６とで構成される部位は、補強部１６の突設方向に直交する断面の形状がＴ字状の形状となっている（図１（ｄ）参照）。したがって、センサチップ１は、ストッパ片１６のうち上記ｚ軸方向において補強部１６と重ならない部分に、付随部１２ｂが当接可能となっている。
【００３３】
また、センサチップ１は、フレーム部１１の内側面と補強部１６の側面との間に面取り部１７が形成されている。ここで、面取り部１７は、フレーム部１１の内側面および補強部１６の側面それぞれと滑らかに連続する曲面状に形成されている。さらに、センサチップ１は、重り部１２における付随部１２ｂの外周面に、補強部１６が入る凹部であって補強部１６の側面との間に所定間隔ｄ１（図１（ｅ）参照）の隙間を形成する凹部１２ｃが設けられている。ここにおいて、所定間隔ｄ１は、重り部１２の付随部１２ｂとフレーム部１１との間の間隔よりも小さく設定してある。すなわち、所定間隔ｄ１は、重り部１２の付随部１２ｂとフレーム部１１との間に形成されるスリット１４の幅ｄ２（図１（ｅ）参照）よりも小さく設定してある。
【００３４】
以下、上述の図１に示したセンサチップ１の製造方法について図２を参照しながら説明するが、図２は図１（ａ）のＢ−Ｂ’断面に対応する部分の断面を示している。
【００３５】
まず、ＳＯＩウェハ２０の主表面側および裏面側にパイロジェニック酸化法によってシリコン酸化膜（図示せず）を形成し、その後、ＳＯＩウェハ２０の裏面側においてフレーム部１１の矩形状の開口窓に対応する部位に上記許容変位量を所定深さ寸法とする凹所２０ａ（図２（ａ）参照）を形成する際のマスクを形成するために、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してＳＯＩウェハ２０の裏面側の酸化膜をパターニングする。続いて、ＳＯＩウェハ２０の裏面側のパターニングされたシリコン酸化膜をマスクとしてＳＯＩウェハ２０を裏面側から所定深さまでエッチングすることで凹所２０ａを形成することによって、図２（ａ）に示す構造を得る。なお、凹所２０ａを形成するエッチング工程では、ＫＯＨ（水酸化カリウム水溶液）やＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウム水溶液）のようなアルカリ系溶液を用いた湿式のエッチングを行うようにしてもよいし、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）などのドライエッチングを行うようにしてもよい。
【００３６】
その後、上述の拡散層配線を形成する際のマスクを形成するために、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してＳＯＩウェハ２０の主表面側のシリコン酸化膜をパターニングする。続いて、ＳＯＩウェハ２０の主表面側のパターニングされたシリコン酸化膜をマスクとしてｐ形不純物（例えば、ボロン）をイオン注入またはプレデポジションによりシリコン層２３へ導入する。その後、ｐ形不純物の拡散による拡散層配線の形成と同時に、露出したシリコン層２３表面にシリコン酸化膜（図示せず）を形成する。この拡散の際に形成されたシリコン酸化膜と最初にＳＯＩウェハ２０の主表面側に形成した上述のシリコン酸化膜とでシリコン酸化膜からなる絶縁膜を構成している。なお、この拡散工程におけるプロセス条件としては、例えば、処理温度（拡散温度）を１１００℃、処理時間（拡散時間）を３０分に設定してあり、処理炉（拡散炉）内の雰囲気を水蒸気と酸素との混合気体としてある。
【００３７】
次に、上述の各ピエゾ抵抗を形成する際のマスクを形成するために、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してＳＯＩウェハ２０の主表面側の絶縁膜をパターニングする。続いて、ＳＯＩウェハ２０の主表面側のパターニングされた絶縁膜をマスクとしてｐ形不純物（例えば、ボロン）をイオン注入またはプレデポジションによりシリコン層２３へ導入する。その後、ｐ形不純物の拡散による各ピエゾ抵抗の形成と同時に、露出したシリコン層２３表面にシリコン酸化膜を形成する。この拡散の際に形成されたシリコン酸化膜と上記絶縁膜とでシリコン酸化膜からなる保護膜を構成している。なお、この拡散工程におけるプロセス条件としては、例えば、処理温度（拡散温度）を１１００℃、処理時間（拡散時間）を３０分に設定してあり、処理炉（拡散炉）内の雰囲気を水蒸気と酸素との混合気体としてある。
【００３８】
続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して、保護膜に、拡散層配線とパッドとを電気的に接続するためのコンタクトホール（図示せず）を形成し、ＳＯＩウェハ２０の主表面側にスパッタ法などによって金属膜を形成し、当該金属膜をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパターニングすることでパッドを形成する。
【００３９】
その後、ＳＯＩウェハ２０の裏面側に、支持基板２１においてフレーム部１１に対応する部位２１１（図２（ｂ）参照）とコア部１２ａに対応する部位２１２（図２（ｂ）参照）と各付随部１２ｂそれぞれに対応する部位２１３（図２（ｂ）参照）と各補強部１６それぞれに対応する部位（図示せず）とを覆い且つ他の部位を露出させるようにパターニングされたレジスト層（図示せず）を形成し、当該レジスト層をエッチングマスクとして、ＳＯＩウェハ２０を裏面側から絶縁層２２に達する深さまで略垂直にドライエッチングする裏面側パターニング工程を行い、続いて、レジスト層を除去することによって、図２（ｂ）に示す構造を得る。この裏面側パターニング工程を行うことにより、ＳＯＩウェハ２０における支持基板２１は、フレーム部１１に対応する部位２１１と、コア部１２ａに対応する部位２１２と、各付随部１２ｂそれぞれに対応する部位２１３と、各補強部１６それぞれに対応する部位とが残る。なお、この裏面側パターニング工程におけるエッチング装置としては、例えば、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型のドライエッチング装置を用いればよく、エッチング条件としては、絶縁層２２がエッチングストッパとして機能するような条件を設定する。
【００４０】
裏面側パターニング工程の後、ＳＯＩウェハ２０の主表面側に、上述の保護膜においてフレーム部１１、コア部１２ａ、各撓み部１３、各ストッパ片１５それぞれに対応する部位を覆い他の部位を露出させるようにパターニングされたレジスト層（図示せず）を形成し、当該レジスト層をエッチングマスクとして、保護膜をエッチングした後、ＳＯＩウェハ２０を主表面側から絶縁層２２に達する深さまでエッチングする表面側パターニング工程を行うことによって、図２（ｃ）に示す構造を得る。この表面側パターニング工程を行うことにより、ＳＯＩウェハ２０におけるシリコン層２３は、フレーム部１１に対応する部位２３１と、コア部１２ａに対応する部位２３２と、各撓み部１３それぞれに対応する部位２３３と、各ストッパ片１５それぞれに対応する部位２３４とが残る。なお、この表面側パターニング工程におけるエッチングに際しては、例えば、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型のドライエッチング装置を用いてドライエッチングを行えばよいが、ドライエッチングの代わりに、エッチング液として例えばエッチング速度の結晶方位依存性を利用してシリコン層２３の異方性エッチングが可能で絶縁層２２とのエッチング選択比が大きなＴＭＡＨを用いた湿式エッチングを行ってもよい。エッチング条件としては、ドライエッチング、湿式エッチングのいずれの場合も、絶縁層２２がエッチングストッパとして機能するような条件を設定する。
【００４１】
表面側パターニング工程の後、上記レジスト層をエッチングマスクとして、ＳＯＩウェハ２０の主表面側から、フッ化水素酸の溶液を霧状にして噴霧して絶縁層２２のうちフレーム部１１に対応する部位２２１（図２（ｄ）参照）およびコア部１２ａに対応する部位２２２（図２（ｄ）参照）および各補強部１６それぞれに対応する部位（図示せず）を残して不要部分をエッチング除去することでフレーム部１１、各撓み部１３、重り部１２、各ストッパ片１５、各補強部１６を形成し、上記レジスト層を除去することによって、図２（ｄ）に示す構造を得る。
【００４２】
その後、上述の台座を必要としない場合には、ダイシング工程により個々のセンサチップ１からなる半導体加速度センサに分離すればよく、上述の台座を必要とする場合には、ＳＯＩウェハ２０と台座用のガラス基板とを陽極接合により固着してから、ダイシング工程により個々の半導体加速度センサに分離すればよい。
【００４３】
そして、上述の半導体加速度センサをベース部材や回路基板に実装して、ベース部材や回路基板に設けられた電極とセンサチップ１のパッドとを適宜接続すればよい。
【００４４】
なお、上述の製造方法では、裏面側パターニング工程を行う際に絶縁層２２をエッチングストッパ層として利用することで、各撓み部１３および各ストッパ片１５の厚み寸法を高精度に管理することが可能となって、歩留まりの向上が図れ、結果的に低コスト化を図れる。また、重り部１２を形成するにあたって、ＳＯＩウェハ２０においてスリット１４および撓み部１３に対応する部位を裏面側から誘導結合プラズマ型のドライエッチング装置により絶縁層２２に達するまで略垂直にエッチングしているので、上記特許文献１のようにＫＯＨなどのアルカリ系溶液を用いたシリコンの異方性エッチングを利用して重り部１２’を形成する場合に比べて、付随部１２ｂとフレーム部１１との間に形成されるスリット１４の幅を小さくすることができ、センサチップ１の小型化を図ることができる。
【００４５】
以上説明したセンサチップ１では、各ストッパ片１５それぞれを補強する各補強部１６がフレーム部１１の各コーナー部１１ａそれぞれから一体に突設されているので、各ストッパ片１５それぞれが補強部１６により補強されることとなり、重り部１２の付随部１２ｂがストッパ片１５に衝突する際の衝撃によりストッパ片１５が破損するのを抑制することができ、従来に比べて耐衝撃性を高めることができる。
【００４６】
また、上述のセンサチップ１では、各補強部１６が各ストッパ片１５における各付随部１２ｂとの対向面側において各ストッパ片１５と各付随部１２ｂとの向い合っている方向に沿って形成されているので、ストッパ片１５において補強部１６と重なる部位の面積を比較的小さくしながらもストッパ片１５を効果的に補強することができ、ストッパ片１５において付随部１２ｂと重なる部位の面積を比較的大きくしながらもストッパ片１５が破損するのを抑制することができる。
【００４７】
また、センサチップ１は、フレーム部１１の内側面と補強部１６の側面との間に面取り部１７が形成されているので、重り部１２の付随部１２ｂがストッパ片１５に衝突した際にフレーム部１１の内側面と補強部１６の側面との連結部位に応力が集中するのを抑制できて応力集中による補強部１６の破損を抑制することができ、面取り部１７が形成されていない場合に比べて耐衝撃性が向上する。なお、本実施形態における面取り部１７は、フレーム部１１の内側面および補強部１６の側面それぞれと滑らかに連続する曲面状に形成されているが、面取り部１７の形状は曲面状に限定するものではなく、例えば、図３（ａ），（ｂ）に示すように、フレーム部１１の内側面とのなす角度が略１３５度で補強部１６の側面とのなす角度が略９０度の平面状の形状に形成してもよく、図３（ａ），（ｂ）に示した形状の面取り部１７を形成した場合には、フレーム部１１の各コーナー部１１ａの機械的な強度が高くなり、フレーム部１１の矩形状の開口窓の対角線方向の加速度に対する耐衝撃性が向上する。また、面取り部１７は、例えば、図４（ａ），（ｂ）に示すように、フレーム部１１の内側面とのなす角度が鈍角の平面１７ａと、当該平面１７ａおよび補強部１６の側面それぞれとのなす角度が鈍角の平面１７ｂとで構成される形状としてもよく、図４（ａ），（ｂ）に示した形状の面取り部１７を形成した場合には、図３（ａ），（ｂ）の面取り部１７を形成した場合に比べて、補強部１６と面取り部１７との境界近傍に応力が集中するのを防止することができるとともに、フレーム部１１の矩形状の開口窓の対角線方向からずれた方向の加速度に対する耐衝撃性が向上する。なお、図４（ａ），（ｂ）では２つの平面１７ａ，１７ｂにより面取り部１７を構成しているが、面取り部１７は、隣り合う平面同士のなす角度が鈍角となる複数の平面により形成してもよい。
【００４８】
ところで、上述の図１０（ａ），（ｂ）に示した従来の半導体加速度センサでは、撓み部１３’の厚み方向において付随部１２ｂ’の一部が重なっているので、ｚ軸方向に過度の加速度が作用して付随部１２ｂ’が薄肉の撓み部１３’に衝突した際に撓み部１３’が破損してしまう恐れがあるが、本実施形態のセンサチップ１では、撓み部１３の厚み方向において撓み部１３と付随部１２とが重なっていないので、付随部１２ｂが撓み部１３に衝突するのを回避することができる。
【００４９】
また、上述の図１０（ａ），（ｂ）に示した従来の半導体加速度センサでは、ｚ軸方向に過度の加速度が作用した場合にはストッパ片１５’や台座２’によって重り部１２’の変位量が制限されるが、ｘ軸方向やｙ軸方向に過度の加速度が作用した場合には付随部１２ｂ’がフレーム部１１’に当接するまで変位可能となっているので、ｘ軸方向やｙ軸方向に過度の加速度が作用した場合に撓み部１３’が破損してしまう恐れがある。
【００５０】
これに対して、本実施形態のセンサチップ１では、上述のように、重り部１２における付随部１２ｂの外周面に、補強部１６が入る凹部であって補強部１６の側面との間に所定間隔ｄ１の隙間を形成する凹部１２ｃが設けられているので、フレーム部１１の上記一表面に直交する面内における重り部１２の変位量が補強部１６によって制限されることとなり、補強部１６がストッパ片１５を補強する機能に加えて、フレーム部１１の上記一表面に直交する面内における重り部１２の変位量を制限するストッパとしての機能を有することとなり、耐衝撃性がより一層向上する。
【００５１】
なお、上述のセンサチップ１では、重り部１２の付随部１２ｂに補強部１６が入る凹部１２ｃを設けてあるが、図５（ａ），（ｂ）に示すように、フレーム部１１のコーナー部１１ａから２つの補強部１６を一体に突設して、重り部１２の付随部１２ｂに２つの補強部１６それぞれが入る凹部１２ｃを設け、付随部１２ｂにおいて隣り合う２つの凹部１２ｃ間の部位からなる凸部１２ｄが、２つの補強部１６と当該２つの補強部１６同士を連結する連結部とで囲まれた凹部１６ｄに入るようにしてもよく、この場合にも、フレーム部１１の上記一表面に直交する面内における重り部１２の変位量が補強部１６によって制限されることとなり、補強部１６がストッパ片１５を補強する機能に加えて、フレーム部１１の上記一表面に直交する面内における重り部１２の変位量を制限するストッパとしての機能を有することとなり、耐衝撃性がより一層向上する。要するに、付随部１２ｂと補強部１６との少なくとも一方に一体に設けた凸部が入り当該凸部との間に所定間隔の隙間を形成する凹部を他方に設け、所定間隔が付随部１２ｂとフレーム部１１との間の間隔よりも小さく設定されていればよい。
【００５２】
また、図５（ａ），（ｂ）のようにフレーム部１１の各コーナー部１１ａそれぞれに２つずつ補強部１６を設けた場合には、補強部１６が１つの場合に比べてストッパ片１５の破損がより起こりにくくなる。なお、図５（ａ），（ｂ）では、フレーム部１１の各コーナー部１１ａから補強部１６が２つずつ突設されているが、２つに限らず、複数であればよい。また、図５（ａ），（ｂ）に示した例では、面取り部１７が図３（ａ），（ｂ）に示した例と同様の平面となっているが、図１に示した例と同様の曲面状の形状としてもよいし、図４（ａ），（ｂ）に示した例のように隣り合う平面同士のなす角度が鈍角となる複数の平面により構成してもよい。
【００５３】
（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にて説明したセンサチップ１と略同じであり、図６〜図８に示すように、フレーム部１１、コア部１２ａ、付随部１２ｂ、補強部１６それぞれが、フレーム部１１の上記一表面に厚み方向に直交する方向において上記一表面側ほど断面積が大きくなっている点が相違する。ここで、センサチップ１の補強部１６は、ｚ軸方向においてストッパ片１５に近づくほどフレーム部１１からの突出量が徐々に大きくなり、且つ、補強部１６の突設方向に直交する断面形状の幅がストッパ片１５に近づくほど徐々に大きくなる形状に形成されている。要するに、本実施形態における補強部１６は、フレーム部１１の上記一表面に直交する方向においてストッパ片１５に近づくにつれて断面積が徐々に大きくなる形状に形成されている。なお、他の構成は実施形態１と同じなので説明を省略する。
【００５４】
しかして、本実施形態のセンサチップ１では、重り部１２の付随部１２ｂがストッパ片１５に衝突した際にストッパ片１５における補強部１６との連結部位に応力が集中するのを抑制できて応力集中によるストッパ片１５の破損を抑制することができる。また、実施形態１に比べてストッパ片１５と補強部１６との連結部位の面積が大きくなるので、実施形態１に比べてストッパ片１５の破壊耐性を向上させることができる。
【００５５】
本実施形態の半導体加速度センサの製造方法は実施形態１にて説明した製造方法と略同じであって、裏面側パターニング工程におけるエッチング条件を適宜変更するだけでよく、以下、一例として、裏面側パターニング工程において、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型のドライエッチング装置を用いる場合について説明する。
【００５６】
誘導結合プラズマ型のエッチング装置は、一般的に、エッチング対象をエッチングするエッチングモードと被エッチング面へ有機物を堆積させるデポジションモードとを交互に繰り返すエッチング条件の設定が可能となっており、エッチングモードの時間をデポジションモードの時間に比べて比較的長く設定してエッチングモードとデポジションモードとを交互に繰り返すことにより実施形態１にように略垂直なエッチングが可能となる。ここにおいて、例えば、裏面側エッチング工程の開始から終了までの間に、エッチングモードの時間が徐々に短くなり、デポジションモードの時間が徐々に長くなるようにエッチング条件を設定すれば、フレーム部１１、コア部１２ａ、付随部１２ｂ、補強部１６それぞれが、フレーム部１１の上記一表面に厚み方向に直交する方向において上記一表面側ほど断面積が大きくなり、フレーム部１１の内側面、コア部１２ａの外周面、付随部１２ｂの外周面、補強部１６の側面それぞれがテーパー形状となるテーパーエッチングが可能となる。
【００５７】
（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実施形態１にて説明したセンサチップ１と略同じであり、図９に示すように、各ストッパ片１５において補強部１６と重ならない部分に、厚み方向に貫通する多数の微細孔１８が形成されている点が相違する。微細孔１８は円孔状に形成してあり、内径を２〜３μｍ程度の値に設定してあるが、微細孔１８の形状は特に限定するものではない。ここで、本実施形態の半導体加速度センサでは、各ストッパ片１５それぞれに多数の微細孔１８が形成されていることにより、微細孔１８が形成されていない場合に比べて、各ストッパ片１５が撓みやすくなって、より破損しにくくなる。また、微細孔１８は、実施形態１にて説明した製造方法において表面側エッチング工程の後で絶縁層２２の不要部分をエッチング除去する際に、エッチング液の導入孔として利用するものであり、フレーム部１１の上記一表面に直交する面内において隣り合う微細孔１８の中心間の距離を一定値に設定し、ストッパ片１５の周縁と当該周縁近傍の微細孔１８の中心との間の距離を上記一定値の半分の値に設定してある。なお、他の構成は実施形態１と同じなので説明を省略する。
【００５８】
本実施形態の半導体加速度センサの製造方法は実施形態１にて説明した製造方法と略同じであって、表面側パターニング工程において利用するエッチングマスクを、ＳＯＩウェハ２０の主表面側において微細孔１８に対応する部位も露出させるように形成し、表面側パターニング工程において微細孔１８を形成している点が相違するだけである。
【００５９】
ところで、実施形態１にて説明した製造方法では、ストッパ片１５のサイズが大きくなると、表面側エッチング工程の後で絶縁層２２の不要部分をエッチング除去する際に、絶縁層２２の膜厚分をちょうどエッチングするだけのエッチング（所謂ジャストエッチング）を行った時点からのオーバーエッチング時間が長くなり、絶縁層２２においてフレーム部１１およびコア部１２ａおよび補強部１６それぞれとなる部分のサイドエッチング量が多くなり、センサチップ１の耐衝撃性が低下してしまう恐れがある。
【００６０】
これに対して、本実施形態の製造方法では、絶縁層２２のうちシリコン層２３においてストッパ片１５となる部位に重なる不要部分が微細孔１８を通して導入されるエッチング液によってもエッチングされることとなる（つまり、絶縁層２２の不要部分をエッチング除去する際に絶縁層２２においてエッチング液に接する部分の面積が大きくなる）ので、実施形態１にて説明した製造方法に比べてオーバーエッチング時間を短縮することができ、センサチップ１の耐衝撃性を向上させることができる。
【００６１】
なお、実施形態２の半導体加速度センサにおけるストッパ片１５に本実施形態と同様に微細孔１８を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】実施形態１を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’概略断面図、（ｄ）は（ａ）のＣ−Ｃ’概略断面図、（ｅ）は概略下面図である。
【図２】同上の製造方法を説明するための主要工程断面である。
【図３】同上の他の構成例を示し、（ａ）は要部概略平面図、（ｂ）は要部概略下面図である。
【図４】同上の他の構成例を示し、（ａ）は要部概略平面図、（ｂ）は要部概略下面図である。
【図５】同上の他の構成例を示し、（ａ）は要部概略平面図、（ｂ）は要部概略下面図である。
【図６】実施形態２を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’概略断面図、（ｄ）は（ａ）のＣ−Ｃ’概略断面図、（ｅ）は概略下面図である。
【図７】同上を示し、（ａ）は要部概略平面図、（ｂ）は要部概略下面図である。
【図８】同上を示し、図７（ａ）のＤ−Ｄ’概略断面図である。
【図９】実施形態３を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’概略断面図、（ｄ）は（ａ）のＣ−Ｃ’概略断面図、（ｅ）は概略下面図である。
【図１０】従来例を示し、（ａ）は概略斜視図、（ｂ）は概略断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１  センサチップ
１１  フレーム部
１２  重り部
１２ａ  コア部
１２ｂ  付随部
１２ｃ  凹部
１３  撓み部
１４  スリット
１５  ストッパ片
１６  補強部
１７  面取り部
【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】
2006064532.tif 000009
【図８】
2006064532.tif 000010
【図９】
2006064532.tif 000011
【図１０】
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