(57)【要約】【課題】  錘部の体積を縮小化すると共に、その錘部や装置の能力向上を図る。【解決手段】  一方側が支持固定部２で支持固定された梁部１の他方側に錘部３が設けられ、この錘部３の荷重により梁部１を撓ませて、梁部１内に設置された各ピエゾ抵抗素子４によって梁部１の歪みを検出して加速度を検出する半導体加速度センサにおいて、通常、Ｓｉなどの半導体基板１の材料によって支持固定部２や梁部１と一体的に形成される錘部３を、半導体基板１の材料よりも比重が大きいＡｕやＰｂなどの金属材料（または合金材料）を用いて形成し、錘部３の厚みを薄くしたり、錘部３の長さを短くしたりする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方側が支持固定部で支持固定された梁部の他方側に錘部が設けられた半導体装置において、
該錘部が、該梁部および該支持固定部を構成する半導体基板材料よりも比重が大きい材料を用いて形成されている半導体装置。
【請求項２】
一方側が支持固定部で支持固定された梁部の他方側に錘部が設けられ、該錘部の荷重により該梁部を撓ませて、該梁部内に設置された半導体歪みゲージ素子の特性変動を検出する半導体センサにおいて、
該錘部が、該梁部および該支持固定部を構成する半導体基板材料よりも比重が大きい材料を用いて形成されている半導体センサ。
【請求項３】
前記半導体歪みゲージ素子はピエゾ抵抗素子である請求項２に記載の半導体センサ。
【請求項４】
前記ピエゾ抵抗素子は前記梁部の長手方向の両端部にそれぞれ配置されている請求項３に記載の半導体センサ。
【請求項５】
前記半導体歪みゲージ素子の特性変動を検出することにより加速度を測定する請求項２または３に記載の半導体センサ。
【請求項６】
前記半導体歪みゲージ素子の特性変動を検出することにより傾斜を測定する請求項２または３に記載の半導体センサ。
【請求項７】
前記半導体基板材料がシリコンからなる場合に、該半導体基板材料よりも比重が重い材料として金、鉛、銀、タングステン、またはこれらを含む金属材料が用いられている請求項１に記載の半導体センサ。
【請求項８】
請求項２〜７のいずれかに記載の半導体センサを製造する半導体センサの製造方法であって、
前記半導体基板材料を加工して、前記支持固定部と、これよりも薄く加工された前記梁部および前記錘部形成部とを作製する梁部および錘部形成部作製工程と、
レジスト材料によって該錘部形成部のみを残して半導体基板の裏面側全体を覆い、スパッタリング法、蒸着法またはメッキ法により、該半導体基板の材料よりも比重が大きい材料を該錘部形成部に付着させる錘部形成工程とを有する半導体センサの製造方法。
【請求項９】
前記梁部および錘部形成部作製工程の前工程として、前記半導体基板の表面上に、前記半導体歪みゲージ素子の形成のためのレジストパターンを形成する工程と、
該レジストパターンをマスクとしてイオン注入およびその拡散を行って該半導体歪みゲージ素子を該半導体基板の表面上の所定位置に形成する工程とを有する請求項８に記載の半導体センサの製造方法。
【請求項１０】
前記梁部および錘部形成部作製工程は、前記半導体基板の裏面側に、前記支持固定部となる部分にパターンのあるレジストパターンを形成する工程と、
該レジストパターンをマスクとして該半導体基板を選択的に除去して、該梁部の長手方向両側にそれぞれ該支持固定部および該錘部形成部をそれぞれ形成する請求項８または９に記載の半導体センサの製造方法。
【請求項１１】
前記錘部形成工程は、
前記錘部をメッキ法にて形成する場合、前記半導体基板の裏面側に電極となる電極膜を形成する工程と、
前記錘部形成部以外の前記支持固定部および前記梁部を該半導体基板の裏面側から覆うようにレジストパターンを形成する工程と、
該レジストパターンをマスクとして、メッキ法により、該錘部形成部の電極膜上に該錘部を形成する工程と、
不要となった該レジストパターンおよび、該錘部形成部上の電極膜以外の電極膜を除去する工程とを有する請求項８に記載の半導体センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一方側が支持固定された梁部の他方側に錘部が設けられた半導体装置、例えば半導体歪ゲージ素子を用いた加速度センサなどの半導体センサおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の梁と錘を有する半導体装置として、例えば特許文献１などに、半導体歪ゲージ素子を用いた半導体加速度センサが開示されている。
【０００３】
図５（ａ）は、従来の半導体加速度センサの構成例を示す上面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＤ−Ｄ’線断面図である。
【０００４】
図５（ａ）および図５（ｂ）において、半導体加速度センサ１００は、梁部１０１の一方側に支持固定部１０２、他方側に錘部１０３を有しており、この梁部１０１の長手方向両端部に半導体歪みゲージ素子としての各ピエゾ抵抗素子１０４がそれぞれ配置されている。また、錘部１０３は、支持固定部１０２および梁部１０１を構成する半導体基板と一体的に形成されている。
【０００５】
この半導体センサ１００が動くと、錘部１０３の荷重によって梁部１０１を撓ませ、梁部１０１内に設置されたピエゾ抵抗素子１０４の特性変動を検出することができる。これによって、加速度を測定することができる。
【特許文献１】特許第３２２３６３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の構成では、錘部１０３が支持固定部１０２および梁部１０１を構成する半導体基板と一体的に形成されているため、用いられる半導体基板の比重によって錘部１０３の大きさが制限される。
【０００７】
例えば特許文献１のように錘部１０３の質量を７．５ｇとし、半導体基板としてＳｉ基板（シリコン基板）を使用した場合、Ｓｉの比重は２．３３ｇ／ｃｍ３であるため、半導体基板と一体的に形成された錘部１０３には３．２２ｃｍ３の体積が必要となり、同等の性能を有する半導体センサ１００を３．２２ｃｍ３以下の体積で作製することはできなくなる。
【０００８】
このように、半導体基板と錘部１０３が一体化された半導体センサ１００では、錘部１０３の体積を確保するために、半導体センサ１００の表面積や体積または厚さなどのサイズに制限が生じる。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、錘部の体積を縮小化して装置全体の縮小化を図ると共に、錘部の体積の縮小化を抑えればその抑えた分だけ錘部の能力向上を図ることができる半導体装置、例えば半導体センサおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の半導体装置は、一方側が支持固定部で支持固定された梁部の他方側に錘部が設けられた半導体装置において、該錘部が、該梁部および該支持固定部を構成する半導体基板材料よりも比重が大きい材料を用いて形成されており、そのことにより上記目的が達成される。
【００１１】
本発明の半導体センサは、一方側が支持固定部で支持固定された梁部の他方側に錘部が設けられ、該錘部の荷重により該梁部を撓ませて、該梁部内に設置された半導体歪みゲージ素子の特性変動を検出する半導体センサにおいて、該錘部が、該梁部および該支持固定部を構成する半導体基板材料よりも比重が大きい材料を用いて形成されており、そのことにより上記目的が達成される。
【００１２】
また、好ましくは、本発明の半導体センサにおける半導体歪みゲージ素子はピエゾ抵抗素子である。
【００１３】
さらに、好ましくは、本発明の半導体センサにおけるピエゾ抵抗素子は前記梁部の長手方向の両端部にそれぞれ配置されている。
【００１４】
さらに、好ましくは、本発明の半導体センサにおいて、前記半導体歪みゲージ素子の特性変動を検出することにより加速度を測定する。
【００１５】
また、好ましくは、本発明の半導体センサにおいて、前記半導体歪みゲージ素子の特性変動を検出することにより傾斜を測定する。
【００１６】
さらに、好ましくは、本発明の半導体センサにおいて、前記半導体基板材料がシリコンからなる場合に、該半導体基板材料よりも比重が重い材料として金、銀、鉛、タングステン、またはこれらを含む金属材料が用いられる。
【００１７】
本発明の半導体センサの製造方法は、本発明の上記半導体センサを製造する半導体センサの製造方法であって、前記半導体基板材料を加工して、前記支持固定部と、これよりも薄く加工された前記梁部および前記錘部形成部とを作製する梁部および錘部形成部作製工程と、レジスト材料によって該錘部形成部のみを残して半導体基板の裏面側全体を覆い、スパッタリング法、蒸着法またはメッキ法により、該半導体基板の材料よりも比重が大きい材料を該錘部形成部に付着させる錘部形成工程とを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００１８】
また、好ましくは、本発明の半導体センサの製造方法における梁部および錘部形成部作製工程の前工程として、前記半導体基板の表面上に、前記半導体歪みゲージ素子の形成のためのレジストパターンを形成する工程と、該レジストパターンをマスクとしてイオン注入およびその拡散を行って該半導体歪みゲージ素子を該半導体基板の表面上の所定位置に形成する工程とを有する。
【００１９】
さらに、好ましくは、本発明の半導体センサの製造方法における梁部および錘部形成部作製工程は、前記半導体基板の裏面側に、前記支持固定部となる部分にパターンのあるレジストパターンを形成する工程と、該レジストパターンをマスクとして該半導体基板を選択的に除去して、該梁部の長手方向両側にそれぞれ該支持固定部および該錘部形成部をそれぞれ形成する。
【００２０】
さらに、好ましくは、本発明の半導体センサの製造方法における錘部形成工程は、前記錘部をメッキ法にて形成する場合、前記半導体基板の裏面側に電極となる電極膜を形成する工程と、前記錘部形成部以外の前記支持固定部および前記梁部を該半導体基板の裏面側から覆うようにレジストパターンを形成する工程と、該レジストパターンをマスクとして、メッキ法により、該錘部形成部の電極膜上に該錘部を形成する工程と、不要となった該レジストパターンおよび、該錘部形成部上の電極膜以外の電極膜を除去する工程とを有している。
【００２１】
上記構成により、以下に、本発明の作用について説明する。
【００２２】
本発明にあっては、一方側が支持固定された梁部の他方側に錘部を設けて、半導体装置、例えば半導体センサが動くと、その錘部の荷重によって梁部を撓ませて、その中に設置されたピエゾ抵抗素子などの半導体歪みゲージ素子の特性変動を検出することによって、加速度などを測定する加速度センサなどの半導体装置において、通常、シリコン（Ｓｉ）などの半導体基板材料によって支持固定部や梁部と一体的に形成される錘部を、半導体基板材料よりも比重が大きい材料を用いて形成する。
【００２３】
例えば、半導体基板材料としてＳｉ（比重２．３３ｇ／ｃｍ３）を用いる場合、錘部に例えば金属材料としてＡｕ（金；比重１９．３２ｇ／ｃｍ３）やＰｂ（鉛；比重１１．３６ｇ／ｃｍ３）などの比重が重い材料を用いることによって、従来と同等以上の性能のセンサを得ようとする場合に、錘部の体積を縮小化して厚みを薄くしたり、全体のサイズ（体積）が従来よりも同等かまたは、全体のサイズ（体積）を小型化することが可能となると共に、錘部の体積の縮小化を抑えればその抑えた分だけ装置の能力向上を図ることが可能となる。
【００２４】
この錘部は、半導体基板材料を加工して支持固定部よりも薄い梁部および錘部形成部を作製し、レジスト材料によって薄い錘部形成部のみを残して全体を覆い、錘部形成部にスパッタリング法、蒸着法またはメッキ法にて、半導体材料よりも比重が大きい材料を付着させるという簡単な方法により作製することが可能となる。
【発明の効果】
【００２５】
以上により、本発明によれば、シリコン（Ｓｉ）などの半導体基板材料と比べて、金（Ａｕ）や鉛（Ｐｂ）などの比重が大きい材料を用いて錘部を形成することによって、より小さい体積の錘部とすることが可能となり、その半導体装置、例えば半導体加速度センサなどの半導体センサの厚さおよび大きさの縮小化を図ると共に、錘部の体積の縮小化を抑えればその抑えた分だけ錘部や装置の能力向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に、本発明の半導体装置、例えば半導体センサおよびその製造方法の実施形態を、ピエゾ抵抗素子を用いた半導体加速度センサおよびその製造方法に適用した場合について、図面を参照しながら説明する。
【００２７】
図１（ａ）は、本発明の実施形態に係る半導体加速度センサの要部構成例を示す上面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。
【００２８】
図１（ａ）および図１（ｂ）において、半導体センサとしての半導体加速度センサ１０は、梁部１の長手方向の一方側に支持固定部２、その他方側に錘部３を有しており、梁部１の長手方向の両端部にそれぞれ半導体歪みゲージ素子としての各ピエゾ抵抗素子４がそれぞれ配置されている。この半導体加速度センサ１０では、一方側が支持固定部２で支持固定された梁部１の他方側に錘部３が設けられ、この錘部３の荷重により梁部１を撓ませて、この梁部１内に設置された半導体歪みゲージ素子としての各ピエゾ抵抗素子４の特性変動を検出するようになっている。本実施形態では、錘部３は、支持固定部２および梁部１を構成する半導体基板材料（Ｓｉ；シリコン）よりも比重が重い材料、金（Ａｕ）によって形成している。
【００２９】
上記構成により、以下に、本実施形態の半導体加速度センサ１０の製造方法について説明する。
【００３０】
図２は、図１の半導体加速度センサの各製造工程を順次説明するためのＡ−Ａ’線部分の断面図である。
【００３１】
図２（ａ）に示すように、まず、アライメント工程によって、シリコン（Ｓｉ）などからなる半導体基板５上に、各ピエゾ抵抗素子４の形成のための所定パターンのレジストパターン６を形成する。このレジストパターン６をマスクとしてイオン注入および拡散を行って、図２（ｂ）に示すような各ピエゾ抵抗素子４を半導体基板５上の所定位置に形成する。
【００３２】
次に、図２（ｃ）に示すように、アライメント工程によって、半導体基板５の裏面側において支持固定部２となる部分に所定のレジストパターン７を形成する。このレジストパターン７をマスクとして異方性エッチングまたは等方性エッチングを行って、図２（ｄ）に矢印で示す半導体基板５の部分Ｅ（錘部形成部３ａおよび梁部１を形成するために選択的に除去される部分）を選択的に除去し、梁部１の長手方向両側に支持固定部２および錘部形成部３ａを形成する。
【００３３】
さらに、図２（ｅ）に示すように、半導体基板５の裏面側全体に、錘部３をメッキ法にて形成する場合に電極となる膜８を、例えばＴｉＷなど、通常の半導体製造工程において電極として使用される材料によって形成する。次に、図２（ｆ）に示すように、アライメント工程によって、支持固定部２および梁部１を半導体基板５の裏面側から覆うように、錘部３をメッキ法にて形成するための所定のレジストパターン９を形成する。このレジストパターン９をマスクとして、メッキ法により、図２（ｇ）に示すように、錘部形成部３ａにＡｕからなる錘部３を形成する。図２（ｈ）に示すように、不要となったレジストパターン９および電極膜８をエッチングなどによって除去する。このようにして、本実施形態１の半導体加速度センサ１０が製造される。
【００３４】
上記構成により、衝撃などで、この半導体加速センサ１０が梁部１の長手方向に垂直な方向に動くと、梁部１の一方側（錘部形成部３ａ）に設けられた錘部３に荷重がかかり、他方側に設けられた支持固定部２が固定されているため、錘部３が動く方向とは反対方向に梁部１が撓んで梁部１に歪みが発生する。この梁部１の歪みを、梁部１の両端に設置された各ピエゾ抵抗素子４によって電気信号に変換して検出することによって、加速度を測定することができる。
【００３５】
以上により、本実施形態によれば、一方側が支持固定部２で支持固定された梁部１の他方側に錘部３が設けられ、この錘部３の荷重により梁部１を撓ませて、梁部１内に設置された各ピエゾ抵抗素子４によって梁部１の歪みを検出して加速度を検出する半導体加速度センサにおいて、通常、Ｓｉなどの半導体基板１の材料によって支持固定部２や梁部１と一体的に形成される錘部３を、半導体基板１の材料よりも比重が大きいＡｕやＰｂなどの金属材料（または合金材料）を用いて形成し、錘部３の厚みを薄くしたり、錘部３の長さ（長手方向の長さ）を短くしたりして錘部３の体積さらには全体のサイズを縮小化することができる。
【００３６】
このように、錘部３に、半導体基板１の材料よりも比重が大きいＡｕなどを用いることによって、半導体基板５の材料Ｓｉと一体的に形成した場合と比較して、Ｓｉの比重が２．３３ｇ／ｃｍ３、Ａｕの比重が１９．３２ｇ／ｃｍ３であることから、同一の質量（例えば７．５ｇ）を有する錘部３を形成する場合に、約１２％の体積によって同等の能力を有する錘部３を形成することができる。
【００３７】
例えば、図５に示す従来技術において、半導体基板材料としてＳｉを用いた場合、３．２２ｃｍ３の体積を有する錘部１０３が必要となるが、本実施形態では、Ａｕを用いることにより、０．３８８ｃｍ３の体積を有する錘部３を形成することができる。このため、本実施形態によれば、従来の半導体センサ１００の場合と比較して錘部３の体積の縮小化が可能となり、半導体装置、例えば半導体加速度センサなどの半導体センサの大きさ（体積）およびその能力の改善を図ることができる。
【００３８】
なお、本実施形態の半導体加速度センサ１０の他に、図５の従来技術と同じ能力を有し、形状および大きさが異なる半導体加速度センサ１０Ａ、１０Ｂとして構成した事例を図３および図４に示している。
【００３９】
図３（ａ）は、本発明の他の実施形態に係る半導体加速度センサの要部構成例を示す上面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ’線断面図である。
【００４０】
図３の構成例では、図５の従来技術の場合に比べて、半導体加速度センサ１０Ａの厚さを薄くすることが可能となる。例えば、半導体基板５の材料にＳｉ、錘部３ＡにＡｕを用いた場合に、図３の構成では、図５の従来技術に比べて約１２％の厚さとすることが可能となる。この場合に、支持固定部２Ａも、錘部３Ａに応じて薄く形成できる。
【００４１】
図４（ａ）は、本発明の更に他の実施形態に係る半導体加速度センサの要部構成例を示す上面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＣ−Ｃ’線断面図である。
【００４２】
図４の構成例では、図５の従来技術に比べて、半導体加速度センサ１０Ｂの錘部３Ｂの体積を小さくすることが可能となる。ここでは、例えば、半導体基板５の材料にＳｉ、錘部３ＢにＡｕを用いた場合、図４の構成では、図５の従来技術に比べて錘部３の大きさ（平面視の面積）または長さ（梁部１の長手方向の長さ）を約１２％として小さくすることが可能となる。この場合、支持固定部２Ｂも、錘部３Ｂと同等の厚さにする。
【００４３】
また、上記実施形態では、錘部３をＡｕを用いてメッキ法により形成しているが、錘部３は半導体基板５の材料よりも比重が重い材料であれば、この材料に限るものではない。例えば鉛（Ｐｂ）や銀（Ａｇ）などであってもよく、また、通常の半導体装置の製造工程で使用されるタングステン（Ｗ）などの金属材料や、金、銀、鉛またはタングステンを含む金属材料を用いてもよい。さらに、錘部３の形成方法についても、この金属材料をスパッタリング法や蒸着法などによって形成してもよい。
【００４４】
さらに、上記実施形態では、錘部３による梁部１の歪によって、梁部１に設けた半導体歪みゲージ素子としてのピエゾ抵抗素子の抵抗変化を検出することにより加速度を測定する半導体加速度センサ１０、１０Ａまたは１０Ｂについて説明したが、これに限らず、錘部３による梁部１の歪によって、梁部１に設けた半導体歪みゲージ素子としてのピエゾ抵抗素子の抵抗変化を検出することにより測定できるものであれば何でもよい。例えば、傾斜したものの上に載置してその傾斜を測定する半導体傾斜測定センサとして用いることもできる。
【００４５】
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、梁部と錘部とを有する半導体装置、例えば半導体歪ゲージ素子を用いた加速度センサなどの半導体センサおよびその製造方法の分野において、シリコン（Ｓｉ）などの半導体基板材料と比べて、ＡｕやＰｂなどの比重が大きい金属材料を用いて錘部を形成することによって、より小さい体積の錘部とすることが可能となり、この半導体装置を製造する製造装置の厚さおよび大きさの縮小化を図ると共に、錘部の体積の縮小化を抑えればその抑えた分だけ錘部の能力向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】（ａ）は、本発明の実施形態に係る半導体加速度センサの要部構成例を示す上面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｈ）は、図１の半導体加速度センサの各製造工程について順次説明するためのＡ−Ａ’線断面図である。
【図３】（ａ）は、本発明の他の実施形態に係る半導体加速度センサの要部構成例を示す上面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ’線断面図である。
【図４】（ａ）は、本発明の更に他の実施形態に係る半導体加速度センサの要部構成例を示す上面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃ’線断面図である。
【図５】（ａ）は、従来の半導体加速度センサの要部構成例を示す上面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＤ−Ｄ’線断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  梁部
２，２Ａ，２Ｂ  支持固定部
３ａ  錘部形成部
３，３Ａ，３Ｂ  錘部
４  ピエゾ抵抗素子
５  半導体基板
６  ピエゾ抵抗素子形成のためのレジストパターン
７  支持固定部形成のためのレジストパターン
８  メッキのための電極膜
９  錘部形成のためのレジストパターン
１０，１０Ａ，１０Ｂ  半導体加速度センサ
Ｅ  錘部形成部および梁部を形成するために選択的に除去される部分
【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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