(57)【要約】  【課題】加速度センサチップの小型化が可能で、しかも、加速度センサチップとストッパとを接着する工程において加速度センサチップの金属配線がスペーサ部材によりダメージを受けるのを防止することが可能な加速度センサを提供する。  【解決手段】加速度センサチップ１と、加速度センサチップ１の一表面に対向配置され重り部１２の過度な変位を規制する平板状のストッパ２と、ストッパ２の周部と加速度センサチップ１のフレーム部１１との間に設けられたスペーサ部材８と、スペーサ部材８を覆いストッパ２の周部と加速度センサチップ１のフレーム部１１とを接着する接着剤からなる接着部６とを備える。加速度センサチップ１のフレーム部１１には、ゲージ抵抗たるピエゾ抵抗Ｒに電気的に接続された金属配線１６のうちスペーサ部材８と重なる部分を保護する無機材料からなる保護膜１７が上記一表面側に形成されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
枠状のフレーム部の内側に配置される重り部が一表面側において可撓性を有する撓み部を介してフレーム部に揺動自在に支持され撓み部にゲージ抵抗が設けられた加速度センサチップと、加速度センサチップの前記一表面に対向配置され重り部の過度な変位を規制する平板状のストッパと、ストッパの周部と加速度センサチップのフレーム部との間に設けられたスペーサ部材と、スペーサ部材を覆いストッパの周部と加速度センサチップのフレーム部とを接着する接着剤からなる接着部とを備え、加速度センサチップのフレーム部には、ゲージ抵抗に電気的に接続された金属配線のうちスペーサ部材と重なる部分を保護する無機材料からなる保護膜が前記一表面側に形成されてなることを特徴とする加速度センサ。
【請求項２】
前記保護膜は、ＣＶＤ法により成膜したＳｉＯ２膜であるＣＶＤ酸化膜をパターニングすることにより形成されてなることを特徴とする請求項１記載の加速度センサ。
【請求項３】
前記金属配線は、前記加速度センサチップの前記一表面側の熱酸化膜もしくは熱酸化膜と当該熱酸化膜に積層されたシリコン窒化膜との積層膜からなる表面保護膜上に形成されており、前記ＣＶＤ酸化膜は、表面保護膜に対して選択エッチングが可能なＳｉＯ２膜であることを特徴とする請求項２記載の加速度センサ。
【請求項４】
前記ＣＶＤ酸化膜は、ＰＳＧ膜からなることを特徴とする請求項３記載の加速度センサ。
【請求項５】
前記金属配線は、前記加速度センサチップの前記一表面側の熱酸化膜もしくは熱酸化膜と当該熱酸化膜に積層された第１のシリコン窒化膜との積層膜からなる表面保護膜上に形成されており、前記保護膜は、ＣＶＤ法により成膜したＳｉＯ２膜であるＣＶＤ酸化膜と当該ＣＶＤ酸化膜に積層された第２のシリコン窒化膜との積層膜をパターニングすることにより形成されてなることを特徴とする請求項１記載の加速度センサ。
【請求項６】
前記第２のシリコン窒化膜は、減圧ＣＶＤ法により成膜されてなることを特徴とする請求項５記載の加速度センサ。
【請求項７】
前記保護膜は、ＳＯＧ膜をパターニングすることにより形成されてなることを特徴とする請求項１記載の加速度センサ。
【請求項８】
前記金属配線は、前記加速度センサチップの前記一表面側の熱酸化膜もしくは熱酸化膜と当該熱酸化膜に積層された第１のシリコン窒化膜との積層膜からなる表面保護膜上に形成されており、前記保護膜は、ＳＯＧ膜と当該ＳＯＧ膜に積層された第２のシリコン窒化膜との積層膜をパターニングすることにより形成されてなることを特徴とする請求項１記載の加速度センサ。
【請求項９】
前記第２のシリコン窒化膜は、減圧ＣＶＤ法により成膜されてなることを特徴とする請求項８記載の加速度センサ。
【請求項１０】
前記保護膜は、表面が平坦化されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の加速度センサ。
【請求項１１】
前記スペーサ部材は、球状の粒子であることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の加速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速度センサに関し、特に耐衝撃性に優れた加速度センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、加速度センサとして、図９に示すように、加速度センサチップ１’と、加速度センサチップ１’のフレーム部１１’の一表面側（図９における上面側）の４隅に接着剤により固着され重り部１２’の過度な変位を制限する矩形板状のガラス基板からなるストッパ２’と、一面が開放された箱状であって内底面に加速度センサチップ１’のフレーム部１１’が固着されたパッケージ３’と、パッケージ３’の上記一面を閉塞する矩形板状のパッケージ蓋４’とを備えたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ここにおいて、加速度センサチップ１’は、図１０に示すように、矩形枠状のフレーム部１１’の内側に配置される重り部１２’が一表面側において可撓性を有する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。この加速度センサチップ１’は、互いに直交する３方向の加速度を検出可能な３軸加速度センサチップであって、図９および図１０それぞれの左側に示すように、加速度センサチップ１’の厚み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、加速度センサチップ１’の厚み方向をｚ軸方向と規定すれば、重り部１２’の変位により撓み部１３’に生じる歪みによって抵抗値の変化するピエゾ抵抗Ｒが各撓み部１３’の適宜位置に形成され、これらのピエゾ抵抗Ｒが各軸それぞれの加速度を検出するブリッジ回路を構成するように図示しない配線（拡散層配線、金属配線など）によって接続されている。なお、上述の加速度センサチップ１’は、１枚のＳＯＩ（Silicon  On  Insulator）ウェハに多数形成した後で個々の加速度センサチップ１’に分割されている。
【０００４】
上述の加速度センサでは、ｚ軸方向の正方向への重り部１２’の過度な変位を規制するストッパ２’を備えているので、重り部１２’が過度に変位することがなく、撓み部１３’などが破損するのを防止することができる。つまり、上述の加速度センサでは、ストッパ２’を設けたことにより、ストッパ２’を設けていない場合に比べて耐衝撃性を高めることができるという利点がある。
【０００５】
ここにおいて、上述の加速度センサは、加速度がかかっていない状態におけるストッパ２’と加速度センサチップ１’の重り部１２’との間のギャップ長を５〜１０μｍの範囲で設定してあり、上述の加速度センサチップ１’のフレーム部１１’の４隅それぞれに所定深さ寸法の凹部を設け、この所定深さ寸法の設計値と上記ギャップ長の設計値との合計値を直径とする球状のスペーサ部材を混合した接着剤を上記凹部に塗布してストッパ２’とフレーム部１１’における凹部の形成部位とを固着している。ここで、上記特許文献１には、一例として、所定深さ寸法の設計値を１０μｍ、上記ギャップ長の設計値を５μｍとした場合に、球状のスペーサ部材の直径を１５μｍとすることが例示されている。
【０００６】
なお、上述のようにストッパ２’を接着剤により加速度センサチップ１’のフレーム部１１’に固着した加速度センサでは、ガラス基板を加工して形成したストッパを加速度センサチップの一表面側へ陽極接合により固着したものに比べて、ガラスとシリコンとの熱膨張係数差に起因して撓み部１３’に生じる熱応力を低減でき、ブリッジ回路のオフセット電圧の温度依存性を小さくできるという利点がある。
【特許文献１】特開２００４−２３３０７２号公報（段落〔００２５〕〜段落〔００２７〕、および図１〜図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述の加速度センサでは、加速度センサチップ１’におけるフレーム部１１’にも金属配線や拡散層配線の一部を引き回す必要があるが、加速度センサチップ１’のフレーム部１１’の４隅に上記ＳＯＩウェハの活性層の厚さ程度の凹部が形成されているので、金属配線や拡散層配線のパターン設計の制約が多く、加速度センサチップ１’のより一層の小型化が難しかった。
【０００８】
そこで、加速度センサチップ１’のフレーム部１１’に凹部を設けずに、図１１に示すように加速度センサチップ１のフレーム部１１’とストッパ２’の周部との間に上記ギャップ長に応じた厚みの板状のスペーサ部材８’を介在させるとともに、スペーサ部材８’を覆いストッパ２’の周部と加速度センサチップ１’のフレーム部１１’とを接着する接着剤からなる接着部６’を設けることが考えられる。
【０００９】
しかしながら、図１１に示した構成では、加速度センサチップ１’の上記一表面側にスペーサ部材８’を載置した後で接着剤として用いる樹脂を滴下してから、ストッパ２’を載置し、ストッパ２’を加速度センサチップ１’側へ押し付けることでストッパ２’と加速度センサチップ１’とを接着するので、加速度センサチップ１’の上記一表面側に形成されている表面保護膜（例えば、熱酸化膜）１９’上の金属配線１６’がスペーサ部材８’によりダメージ（例えば、損傷による配線抵抗の増加、断線など）を受けてしまう恐れがあった。
【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、加速度センサチップの小型化が可能で、しかも、加速度センサチップとストッパとを接着する工程において加速度センサチップの金属配線がスペーサ部材によりダメージを受けるのを防止することが可能な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、枠状のフレーム部の内側に配置される重り部が一表面側において可撓性を有する撓み部を介してフレーム部に揺動自在に支持され撓み部にゲージ抵抗が設けられた加速度センサチップと、加速度センサチップの前記一表面に対向配置され重り部の過度な変位を規制する平板状のストッパと、ストッパの周部と加速度センサチップのフレーム部との間に設けられたスペーサ部材と、スペーサ部材を覆いストッパの周部と加速度センサチップのフレーム部とを接着する接着剤からなる接着部とを備え、加速度センサチップのフレーム部には、ゲージ抵抗に電気的に接続された金属配線のうちスペーサ部材と重なる部分を保護する無機材料からなる保護膜が前記一表面側に形成されてなることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、ストッパの周部と加速度センサチップのフレーム部との間にスペーサ部材を設けてあるので、従来のように加速度センサチップのフレーム部に複数の凹部を形成して凹部の内底面とストッパとの間にスペーサ部材を設けた構成に比べて、金属配線や拡散層配線などの配線のパターン設計の自由度が高くなって加速度センサチップの小型化が可能となり、しかも、加速度センサチップのフレーム部にはゲージ抵抗に電気的に接続された金属配線のうちスペーサ部材と重なる部分を保護する保護膜が設けられているので、加速度センサチップとストッパとを接着する工程において加速度センサチップの金属配線がスペーサ部材によりダメージを受けるのを防止することが可能となる。また、保護膜が無機材料により形成されているので、ＣＶＤ法などの一般的な薄膜形成技術による成膜工程と、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たパターニング工程とを組み合わせることにより所定形状の保護膜を容易に形成することができる。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記保護膜は、ＣＶＤ法により成膜したＳｉＯ２膜であるＣＶＤ酸化膜をパターニングすることにより形成されてなることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、前記保護膜をポリイミドなどの有機材料により形成する場合に比べて融点が高く強固であるという利点がある。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記金属配線は、前記加速度センサチップの前記一表面側の熱酸化膜もしくは熱酸化膜と当該熱酸化膜に積層されたシリコン窒化膜との積層膜からなる表面保護膜上に形成されており、前記ＣＶＤ酸化膜は、表面保護膜に対して選択エッチングが可能なＳｉＯ２膜であることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、前記ＣＶＤ酸化膜をパターニングする際に、前記ＣＶＤ酸化膜を表面保護膜に対して選択的にエッチングすることができるので、エッチングのエンドポイントの管理が容易となり、前記撓み部の厚みのばらつきを低減することができるから、感度などの特性ばらつきを低減することができる。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記ＣＶＤ酸化膜は、ＰＳＧ膜からなることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、前記ＣＶＤ酸化膜をパターニングする際にエッチング選択比を比較的高くすることができる。
【００１９】
請求項５の発明は、請求項１の発明において、前記金属配線は、前記加速度センサチップの前記一表面側の熱酸化膜もしくは熱酸化膜と当該熱酸化膜に積層された第１のシリコン窒化膜との積層膜からなる表面保護膜上に形成されており、前記保護膜は、ＣＶＤ法により成膜したＳｉＯ２膜であるＣＶＤ酸化膜と当該ＣＶＤ酸化膜に積層された第２のシリコン窒化膜との積層膜をパターニングすることにより形成されてなることを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、前記保護膜がＣＶＤ酸化膜のみで形成されている場合に比べて、前記金属配線のうち前記保護膜に保護されている部分がダメージを受けにくくなるとともに外部から汚染されにくくなる。また、ＣＶＤ酸化膜と当該ＣＶＤ酸化膜に積層された第２のシリコン窒化膜との積層膜をパターニングする際に、まず、第２のシリコン窒化膜をパターニングしてから、パターニングされた第２のシリコン窒化膜をマスクとしてＣＶＤ酸化膜をパターニングするというプロセスを採用することが可能となる。
【００２１】
請求項６の発明は、請求項５の発明において、前記第２のシリコン窒化膜は、減圧ＣＶＤ法により成膜されてなることを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、前記第２のシリコン窒化膜が常圧ＣＶＤ法により成膜されている場合に比べて、前記ＣＶＤ酸化膜のエッチング時の前記第２のシリコン窒化膜の膜減りを低減することができ、前記保護膜の膜厚が薄くなりすぎるのを防止することができる。
【００２３】
請求項７の発明は、請求項１の発明において、前記保護膜は、ＳＯＧ膜をパターニングすることにより形成されてなることを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、前記保護膜をＣＶＤ酸化膜により形成する場合に比べて、前記保護膜の表面の平坦性を向上させることができる。
【００２５】
請求項８の発明は、請求項１の発明において、前記金属配線は、前記加速度センサチップの前記一表面側の熱酸化膜もしくは熱酸化膜と当該熱酸化膜に積層された第１のシリコン窒化膜との積層膜からなる表面保護膜上に形成されており、前記保護膜は、ＳＯＧ膜と当該ＳＯＧ膜に積層された第２のシリコン窒化膜との積層膜をパターニングすることにより形成されてなることを特徴とする。
【００２６】
この発明によれば、前記保護膜がＳＯＧ膜のみで形成されている場合に比べて、前記金属配線のうち前記保護膜に保護されている部分がダメージを受けにくくなるとともに外部から汚染されにくくなる。また、ＳＯＧ膜と当該ＳＯＧ膜に積層された第２のシリコン窒化膜との積層膜をパターニングする際に、まず、第２のシリコン窒化膜をパターニングしてから、パターニングされた第２のシリコン窒化膜をマスクとしてＳＯＧ膜をパターニングするというプロセスを採用することが可能となる。
【００２７】
請求項９の発明は、請求項８の発明において、前記第２のシリコン窒化膜は、減圧ＣＶＤ法により成膜されてなることを特徴とする。
【００２８】
この発明によれば、前記第２のシリコン窒化膜が常圧ＣＶＤ法により成膜されている場合に比べて、前記ＳＯＧ膜のエッチング時の前記第２のシリコン窒化膜の膜減りを低減することができ、前記保護膜の膜厚が薄くなりすぎるのを防止することができる。
【００２９】
請求項１０の発明は、請求項１ないし請求項９の発明において、前記保護膜は、表面が平坦化されてなることを特徴とする。
【００３０】
この発明によれば、前記スペーサ部材が前記金属配線へダメージを与える可能性を低減できる。
【００３１】
請求項１１の発明は、請求項１ないし請求項１０の発明において、前記スペーサ部材は、球状の粒子であることを特徴とする。
【００３２】
この発明によれば、前記スペーサ部材を前記接着剤に予め混入させておくことできるので、前記スペーサ部材を前記加速度センサチップの前記フレーム部上に載置してから前記接着剤を滴下し、その後、前記ストッパを載置して前記ストッパの周部と前記加速度センサチップのフレーム部とを接着するというプロセスを採用する場合に比べて、製造工程が簡単になる。
【発明の効果】
【００３３】
請求項１の発明では、加速度センサチップの小型化が可能で、しかも、加速度センサチップとストッパとを接着する工程において加速度センサチップの金属配線がスペーサ部材によりダメージを受けるのを防止することが可能になるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
（実施形態１）
図１に示す本実施形態の加速度センサについて説明するにあたって、まず、加速度センサチップ１について図２を参照しながら説明する。
【００３５】
加速度センサチップ１は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、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が一表面（図２（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。ここにおいて、加速度センサチップ１は、シリコン基板からなる支持基板上のシリコン酸化膜からなる絶縁層（埋込酸化膜）上にｎ形のシリコン層（活性層）を有するＳＯＩウェハを加工することにより形成してあり、フレーム部１１は、ＳＯＩウェハの支持基板、絶縁層、シリコン層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ウェハにおけるシリコン層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。なお、ＳＯＩウェハについては、支持基板の厚さを４００〜６００μｍ程度、絶縁層の厚さを０．３〜１．５μｍ程度、シリコン層の厚さを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。
【００３６】
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、加速度センサチップ１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、加速度センサチップ１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ウェハの支持基板、絶縁層、シリコン層それぞれを利用して形成し、各付随部１２ｂは、ＳＯＩウェハの支持基板を利用して形成してある。しかして、加速度センサチップ１の上記一表面側において各付随部１２ｂの表面は、コア部１２ａの表面を含む平面から加速度センサチップ１の他表面（図２（ｂ）における下面）側へ離間して位置している。
【００３７】
また、重り部１２のコア部１２ａおよび各付随部１２ｂは、支持基板を利用して形成されている部分の厚さがフレーム部１１において支持基板を利用して形成されている部分の厚さに比べて、加速度センサチップ１の厚み方向（図２（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、加速度センサチップ１のフレーム部１１をパッケージ（図示せず）の内底面に固着したときに、加速度センサチップ１の上記他表面側には加速度センサチップ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。
【００３８】
ところで、図２（ａ），（ｂ）それぞれの右側に示したように、加速度センサチップ１の厚み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、加速度センサチップ１の厚み方向をｚ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、加速度センサチップ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Ｒ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Ｒが２つずつ形成され各軸方向ごとにそれぞれ４つのピエゾ抵抗Ｒがブリッジ回路を構成するように金属配線１６、拡散層配線２１、パッケージを実装する回路基板からなる実装基板（図示せず）に形成されている導体パターン（回路パターン）などを介して適宜接続される。ここに、加速度センサチップ１の上記一表面側には、例えば熱酸化膜もしくは熱酸化膜と当該熱酸化膜上のシリコン窒化膜との積層膜からなる表面保護膜１９が形成されており、ピエゾ抵抗Ｒに電気的に接続されたパッド１５（図１（ａ）参照）がフレーム部１１に対応する部位で加速度センサチップ１の上記一表面側に設けられている。なお、金属配線１６と拡散層配線２１とはコンタクト部１８において電気的に接続されている。コンタクト部１８は、表面保護膜１９に開孔したコンタクトホールに金属配線１６の一部を埋め込むことにより形成されている。
【００３９】
したがって、加速度センサチップ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Ｒの抵抗値が変化することになる。つまり、ピエゾ抵抗Ｒの抵抗値の変化を検出することにより加速度センサチップ１に作用したｘ軸方向、ｙ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軸方向それぞれの加速度に比例する電圧を得ることができる。なお、本実施形態では、各ピエゾ抵抗Ｒ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ゲージ抵抗を構成している。また、本実施形態の加速度センサは、ｘ軸方向およびｙ軸方向それぞれの加速度を各別に検出することができる２軸加速度センサを構成しているが、ｚ軸方向の加速度を検出するために各撓み部１３におけるフレーム部１１近傍の適宜位置にピエゾ抵抗を形成して別途にブリッジ回路を構成することで３軸加速度センサを構成するようにしてもよい。
【００４０】
本実施形態の加速度センサは、上述の加速度センサチップ１と、加速度センサチップ１の上記一表面に対向配置され重り部１２の過度な変位を規制する平板状（本実施形態では、矩形板状）のガラス基板からなるストッパ２と、ストッパ２の周部と加速度センサチップ１のフレーム部１１との間に設けられた複数個（本実施形態では、４個）の矩形板状のスペーサ部材８と、各スペーサ部材８それぞれを覆いストッパ２の周部と加速度センサチップ１のフレーム部１１とを接着する接着剤（例えば、シリコーン樹脂のようなシリコーン系樹脂など）からなる接着部６とを備えている。本実施形態の加速度センサの製造時には、、スペーサ部材８を加速度センサチップ１のフレーム部１１上に載置してから接着剤を滴下し、その後、ストッパ２を載置してストッパ２の周部と加速度センサチップ１のフレーム部１１とを接着すればよい。
【００４１】
ここにおいて、本実施形態では、４個のスペーサ部材８をストッパ２の四隅それぞれの近傍における加速度センサチップ１のフレーム部１１との対向面側に配置してあり、スペーサ部材８は、フレーム部１１においてパッド１５を設けていない２辺それぞれに２つずつ設けられている。なお、スペーサ部材８の厚みは、ストッパ２と重り部１２のコア部１２ａとの間の規定のギャップ長に応じて、例えば、１０μｍ〜２０μｍ程度の範囲内で適宜設定すればよい。ここに、スペーサ部材８は、例えば、シリコン基板やガラス基板などを加工することにより形成すればよい。
【００４２】
また、加速度センサチップ１は、矩形枠状のフレーム部１１の４辺のうちの２辺のみに上述のパッド１５を設けてあり、ストッパ２は、加速度センサチップ１のフレーム部１１に接着剤により固着した状態でフレーム部１１に設けられた各パッド１５が露出するように外周形状および外形寸法を設計してある。具体的には、加速度センサチップ１の外周形状を正方形状とする一方で、ストッパ２の外周形状を長方形状とし、ストッパ２の長辺の長さを加速度センサチップ１の一辺の長さよりもやや短く設定してある。したがって、ストッパ２を加速度センサチップ１に固着した後で、加速度センサチップ１の各パッド１５とパッケージの各端子パターンとをそれぞれボンディングワイヤを介して接続することができる。
【００４３】
ところで、加速度センサチップ１のフレーム部１１には、ピエゾ抵抗Ｒに電気的に接続された金属配線１６のうちスペーサ部材８と重なる部分を保護する保護膜１７が上記一表面側に形成されている。ここにおいて、保護膜１７は、絶縁性を有する無機材料（例えば、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４など）により形成されている。本実施形態では、保護膜１７を無機材料により形成しているので、ＣＶＤ法などの一般的な薄膜形成技術による成膜工程と、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たパターニング工程とを組み合わせることにより所定形状の保護膜１７を容易に形成することができる。
【００４４】
以下、上述の加速度センサの製造方法について説明するが、保護膜１７の形成工程以外の工程は周知なので簡単に説明する。
【００４５】
まず、上述のＳＯＩウェハの主表面側（シリコン層の表面側）に各ピエゾ抵抗Ｒおよび各拡散層配線２１をリソグラフィ技術、不純物拡散技術などを利用して形成し、その後、ＳＯＩウェハの上記主表面側の全面に表面保護膜１９を形成し、更にその後、表面保護膜１９に上記コンタクトホールを形成してから、金属配線１６を形成する。
【００４６】
その後、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ウェハの支持基板において重り部１２に対応する部位をＳＯＩウェハの裏面側から上記許容変位量分だけ薄くする。その後、ＳＯＩウェハの裏面側に、支持基板においてフレーム部１１、コア部１２ａ、各付随部１２ｂそれぞれに対応する部位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ウェハを裏面側から上記絶縁層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う。
【００４７】
裏面側パターニング工程の後、保護膜形成工程を行う。保護膜形成工程では、まず、ＳＯＩウェハの主表面側の全面に保護膜１７の基礎となるＳｉＯ２膜２７（図３参照）をＣＶＤ法により成膜し、その後、ＳＯＩウェハの主表面側において保護膜１７形成用にパターニングされたレジスト層を形成する。続いて、レジスト層をマスクとしてＳｉＯ２膜２７の不要部分をエッチングすることでそれぞれＳｉＯ２膜２７の一部からなる保護膜１７を形成してから、レジスト層を除去するというプロセスを行う。ここにおいて、ＣＶＤ法により成膜したＳｉＯ２膜２７であるＣＶＤ酸化膜は、フッ酸系薬液を用いてエッチングする時に表面保護膜１９に対するエッチング選択比を比較的大きくすることができるので、ＣＶＤ酸化膜２７をパターニングする際に、ＣＶＤ酸化膜２７を表面保護膜１９に対して選択的にエッチングすることができる。ここで、ＣＶＤ酸化膜２７としてＰＳＧ膜を採用した場合、例えば、フッ酸系薬液として、フッ酸とフッ化アンモニウムとを１：６で混合した緩衝フッ酸溶液（ＢＨＦ）を用い、室温でエッチングを行うようにすれば、表面保護膜１９が熱酸化膜のときには、エッチング選択比として１７程度の値を得ることができ、表面保護膜１９がプラズマＣＶＤ法により成膜されたシリコン窒化膜のときには、エッチング選択比として１７０程度の値を得ることができる。したがって、エッチングのエンドポイントの管理が容易となり、表面保護膜１９のうち撓み部１３に対応する部分がエッチングされるのを抑制することができ、結果的に、撓み部１３の厚みのばらつきを低減することができるから、感度などの特性ばらつきを低減することができる。
【００４８】
保護膜形成工程の後、ＳＯＩウェハの主表面側に、表面保護膜１９においてフレーム部１１、コア部１２ａ、各撓み部１３それぞれに対応する部位および各保護膜１７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を形成し、当該レジスト層をエッチングマスクとして、表面保護膜１９の露出部分をエッチングすることで表面保護膜１９をパターニングし、ＳＯＩウェハを主表面側から上記絶縁層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。その後、上記絶縁層のうちフレーム部１１、コア部１２ａそれぞれに対応する部位を残して不要部分をエッチング除去し、レジスト層を除去する。
【００４９】
その後、ＳＯＩウェハをダイシング工程により個々の加速度センサチップ１に分割してから、加速度センサチップ１のフレーム部１１における保護膜１７上にスペーサ部材８を載置してから、上記接着剤を塗布し、続いて、ストッパ２を加速度センサチップ１の上記一表面側に載置してストッパ２を加速度センサチップ１に近づけるように押しつければよい。
【００５０】
次に、加速度センサチップ１を、パッケージの内底面にエポキシ系樹脂もしくはシリコーン系樹脂からなる接着剤を用いて接着してから、各パッド１５をパッケージに設けられている端子と例えばボンディングワイヤを介して電気的に接続し、パッケージにパッケージ蓋を封着すればよい。
【００５１】
以上説明した本実施形態の加速度センサでは、ストッパ２の周部と加速度センサチップ１のフレーム部１１との間にスペーサ部材８を設けてあるので、従来のように加速度センサチップ１’のフレーム部１１’に複数の凹部を形成して凹部の内底面とストッパ２’との間にスペーサ部材を設けた構成に比べて、金属配線１６や拡散層配線２１などの配線のパターン設計の自由度が高くなって加速度センサチップ１の小型化が可能となる。しかも、加速度センサチップ１にはピエゾ抵抗Ｒに電気的に接続された金属配線１６のうちフレーム部１１に設けられスペーサ部材８と重なる部分を保護する保護膜１７が設けられているので、加速度センサチップ１とストッパ２とを接着する工程において加速度センサチップ１の金属配線１６がスペーサ部材８によりダメージを受けるのを防止することが可能となり、製造歩留まりの向上による低コスト化を図れる。また、保護膜１７が無機材料により形成されているので、ＣＶＤ法などの一般的な薄膜形成技術による成膜工程と、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たパターニング工程とを組み合わせることにより所定形状の保護膜１７を容易に形成することができる。また、上述のように、保護膜１７が、ＣＶＤ酸化膜２７をパターニングすることにより形成されている場合には、ポリイミドなどの有機材料により形成する場合に比べて融点が高く強固であるという利点がある。
【００５２】
ところで、保護膜１７の膜厚が比較的薄い場合には、金属配線１６の表面と表面保護膜１９の表面との間の段差に起因して図５に示すように保護膜１７の表面に凹凸が形成されてしまうので、スペーサ部材８が金属配線１６へダメージを与える可能性がある。そこで、保護膜１７を予め厚めに成膜してから、保護膜１７を研磨することで図４に示すように平坦化すれば、スペーサ部材８が金属配線１６へダメージを与える可能性を低減できる。なお、保護膜１７の表面を平坦化する技術は研磨に限らず周知の平坦化技術を適宜利用すればよい。
【００５３】
また、上述の製造方法における保護膜形成工程は、上述のプロセスに限らず、例えば、ＳＯＩウェハの主表面側の全面に、有機溶剤に溶けたガラス溶液を回転塗布（スピンコート）し、加熱処理することによりＳＯＧ膜を成膜し、当該ＳＯＧ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それぞれＳＯＧ膜の一部からなる保護膜１７を形成するようにしてもよい。このように保護膜１７がＳＯＧ膜をパターニングすることにより形成されている場合には、保護膜１７をＣＶＤ酸化膜２７により形成する場合に比べて、保護膜１７の表面の平坦性を向上させることができる。
【００５４】
（実施形態２）
本実施形態の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６に示すように、保護膜１７が、所定形状にパターニングされたＣＶＤ酸化膜（例えば、ＰＳＧ膜）１７ａと当該ＣＶＤ酸化膜１７ａに積層されたシリコン窒化膜１７ｂとで構成されている点が相違する。なお、他の構成は実施形態１と同じなので、実施形態１と同じ構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５５】
本実施形態の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における保護膜形成工程が相違している。すなわち、本実施形態における保護膜形成工程では、ＳＯＩウェハの主表面側の全面に上記ＣＶＤ酸化膜１７ａの基礎となるＣＶＤ酸化膜（例えば、ＰＳＧ膜）２７ａをＣＶＤ法により成膜し（図７（ａ））、その後、ＳＯＩウェハの主表面側の全面に上記シリコン窒化膜１７ｂの基礎となるシリコン窒化膜２７ｂをプラズマＣＶＤ法あるいは減圧ＣＶＤ法により成膜する（図７（ｂ））。次に、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シリコン窒化膜２７ｂをパターニングする（不要部分をエッチングする）ことにより、保護膜１７の一部を構成するシリコン窒化膜１７ｂを形成する（図７（ｃ））。その後、シリコン窒化膜１７ｂをマスクとして、ＣＶＤ酸化膜２７ａをパターニングする（不要部分をエッチングする）ことにより、保護膜１７の一部を構成するＣＶＤ酸化膜１７ａを形成する（図７（ｄ））。ここにおいて、ＣＶＤ酸化膜２７ａをフッ酸とフッ化アンモニウムとを１：６で混合した緩衝フッ酸溶液（ＢＨＦ）を用いて室温でエッチングする場合、プラズマＣＶＤ法により成膜したシリコン窒化膜とＰＳＧ膜とのエッチング速度比は、１：１７０程度であるのに対して、減圧ＣＶＤ法により成膜したシリコン窒化膜とＰＳＧ膜とのエッチング速度比は、１：１０００程度、減圧ＣＶＤ法により成膜したシリコン窒化膜とプラズマＣＶＤ法により成膜したシリコン窒化膜とのエッチング速度比は、１：６程度となる。したがって、シリコン窒化膜２７ｂを減圧ＣＶＤ法により成膜するようにすれば、シリコン窒化膜２７ｂをプラズマＣＶＤ法や常圧ＣＶＤ法により成膜する場合に比べて、ＣＶＤ酸化膜２７ａのエッチング時のシリコン窒化膜２７ｂの膜減りを低減することができ、保護膜１７の膜厚が薄くなりすぎるのを防止することができる。なお、上述の説明から明らかなように、本実施形態における保護膜形成工程では、ＣＶＤ酸化膜２７ａと当該ＣＶＤ酸化膜２７ａに積層されたシリコン窒化膜２７ｂとの積層膜をパターニングする際に、まず、シリコン窒化膜２７ｂをパターニングしてから、パターニングされた第２のシリコン窒化膜１７ｂをマスクとしてＣＶＤ酸化膜をパターニングするというプロセスを採用している。また、本実施形態では、表面保護膜１９を熱酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜により構成する場合に、表面保護膜１９のシリコン窒化膜が第１のシリコン窒化膜を構成し、ＣＶＤ酸化膜２７ａに積層されたシリコン窒化膜２７ｂが第２のシリコン窒化膜を構成している。
【００５６】
しかして、本実施形態の加速度センサでは、保護膜１７がＣＶＤ酸化膜１７ａのみで形成されている場合に比べて、金属配線１６のうち保護膜１７に保護されている部分がダメージを受けにくくなるとともに外部から汚染されにくくなる。
【００５７】
なお、上述のＣＶＤ酸化膜２７ａを成膜する工程の代わりに、ＳＯＧ膜を成膜する工程を採用してもよく、この場合には、保護膜１７が、ＳＯＧ膜と当該ＳＯＧ膜に積層されたシリコン窒化膜２７ｂとの積層膜をパターニングすることにより形成されることとなり、保護膜１７がＳＯＧ膜のみで形成されている場合に比べて、金属配線１６のうち保護膜１７に保護されている部分がダメージを受けにくくなるとともに外部から汚染されにくくなる。
【００５８】
（実施形態３）
本実施形態の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８（ａ），（ｂ），に示すように、スペーサ部材８を球状の粒子により構成し、ストッパ２の四隅近傍それぞれにおいて複数個のスペーサ部材８が配置されている点が相違する。本実施形態におけるスペーサ部材８ｍｐ粒径は、上記ギャップ長に応じて、１０μｍ〜２０μｍ程度の範囲内で適宜設定すればよい。なお、実施形態１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。
【００５９】
しかして、本実施形態の加速度センサでは、ストッパ２と加速度センサチップ１とを接着する接着剤に複数のスペーサ部材８を予め混入させておくことできるので、実施形態１の加速度センサを製造する場合のように、スペーサ部材８を加速度センサチップ１のフレーム部１１上に載置してから接着剤を滴下し、その後、ストッパ２を載置してストッパ２の周部と加速度センサチップ１のフレーム部１１とを接着するというプロセスを採用する場合に比べて、製造工程が簡単になる。なお、実施形態２においても本実施形態と同様にスペーサ部材８を球状の粒子により構成してもよい。
【００６０】
ところで、上記各実施形態では、ストッパ２をガラス基板により構成しているが、シリコン基板により構成してもよく、ストッパ２としてシリコン基板を採用する場合には、ストッパ２としてガラス基板を採用する場合に比べて、所望の形状への加工が容易で低コスト化を図れる。
【００６１】
なお、上記各実施形態では、ＳＯＩウェハを用いて形成した加速度センサチップ１について例示したが、加速度センサチップ１はＳＯＩウェハに限らず、例えばシリコン基板を用いて形成してもよい。また、加速度センサチップ１および重り部１２それぞれの形状も特に限定するものではなく、重り部１２が加速度センサチップ１の厚み方向へ変位可能な構造のものであれば、重り部１２を一方向のみから片持ちで支持した１軸の加速度を検出する加速度センサチップでもよい。また、撓み部１３に設けるゲージ抵抗もピエゾ抵抗Ｒに限らず、例えばカーボンナノチューブを採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】実施形態１を示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図である。
【図２】同上における加速度センサチップを示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’概略断面図である。
【図３】同上の製造方法の説明図である。
【図４】同上の要部概略断面図である。
【図５】同上の要部概略断面図である。
【図６】実施形態２を示す概略断面図である。
【図７】同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図８】実施形態３を示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ’概略断面図である。
【図９】従来例を示す概略断面図である。
【図１０】同上における加速度センサチップの概略斜視図である。
【図１１】他の従来例を示す要部断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１  加速度センサチップ
２  ストッパ
６  接着部
８  スペーサ部材
１１  フレーム部
１２  重り部
１３  撓み部
１４  スリット
１５  パッド
１６  金属配線
１７  保護膜
１８  コンタクト部
２１  拡散層配線
Ｒ  ピエゾ抵抗
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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