(57)【要約】【課題】質量体の可動空間を密閉するキャップや半導体チップを十分に厚く形成できない場合であっても、キャップにクラックが生じにくい構造の加速度センサを提供する。【解決手段】可動空間内のキャップＣＡの天井面と壁面との境界部分ＣＮ１を曲面で構成する。このように境界部分ＣＮ１を曲面で構成すれば、キャップＣＡに応力がかかったとしても、クラックの生じやすい境界部分ＣＮ１において応力は分散され、キャップＣＡでのクラック発生の可能性を低くすることができる。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速度を検出するための可動部を有する加速度検出部が形成された半導体チップ基板と、
前記可動部の可動空間を確保し、前記可動空間を密閉する、前記半導体チップ基板表面に接着されたキャップと
を備え、
前記可動空間内において前記キャップは、前記半導体チップ基板表面に対向する天井面、および、前記天井面と前記半導体チップ基板表面とをつなぐ壁面を有し、前記天井面と前記壁面との境界は曲面で構成された
加速度センサ。
【請求項２】
加速度を検出するための可動部を有する加速度検出部が形成された半導体チップ基板と、
前記可動部の可動空間を確保し、前記可動空間を密閉するキャップと、
前記キャップと前記半導体チップ基板との間に介在して両者を接着するキャップ土台部と
を備え、
前記キャップ土台部の側面には溝が設けられた
加速度センサ。
【請求項３】
加速度を検出するための可動部を有する加速度検出部が形成された半導体チップ基板と、
前記可動部の可動空間を確保し、前記可動空間を密閉する、前記半導体チップ基板表面に接着されたキャップと、
前記キャップを覆う、前記キャップよりも弾性率の低い樹脂と
を備える加速度センサ。
【請求項４】
加速度を検出するための可動部を有する加速度検出部が形成された半導体チップ基板と、
前記可動部の可動空間を確保し、前記可動空間を密閉する、前記半導体チップ基板表面に接着されたキャップと
を備え、
前記可動空間内において前記キャップは前記半導体チップ基板表面に対向する天井面を有し、前記可動空間内において前記天井面の一部と前記半導体チップ基板表面との間に支柱が設けられた
加速度センサ。
【請求項５】
請求項４に記載の加速度センサであって、
前記可動部は貫通孔を有し、
前記支柱は前記可動部に触れることなく前記貫通孔を貫通する
加速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、加速度センサに関し、例えば自動車のエアバッグシステムやその他の民生機器に採用可能である。
【０００２】
【従来の技術】
現在、大半の自動車にエアバッグシステムが採用されている。一般にエアバッグシステムには、衝撃を検出するための加速度センサが組み込まれている。
【０００３】
種々の自動車にこの加速度センサを組み込み可能とするために、加速度センサを小型化、低コスト化する努力が払われてきた。例えば、加速度センサの加速度検出部及び信号処理部を構成する半導体チップを覆うパッケージは、金属製のものから樹脂製のものへと切り替えられている。
【０００４】
さて、加速度検出部の半導体チップの基板表面には、加速度検出用の可動部たる質量体が形成されている。この質量体の可動空間を確保し、可動空間内にゴミや水などを入り込ませないために、キャップが半導体チップ基板表面に接着される。これにより質量体の可動空間は密閉される。かかる技術は特許文献１に紹介されている。
【０００５】
なお、その他にこの出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、特許文献２ないし４がある。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−１１４６２２号公報
【特許文献２】
特開平１０−２９１１号公報
【特許文献３】
特開２００１−１８５７３７号公報
【特許文献４】
特開２００１−３３７１０５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように加速度センサの半導体チップ基板表面にはキャップが設けられるが、このキャップには、樹脂パッケージのモールド時や使用中の環境温度の変化時に樹脂パッケージから応力がかかりやすい。
【０００８】
キャップに応力がかかると、その応力の強度及び頻度にもよるが、クラックがキャップに生じることがある。そして、キャップにクラックが生じると、クラックを介して質量体の可動空間の密閉が破れやすい。
【０００９】
可動空間の密閉が破れると、水分等が可動空間内に入り込んで質量体に付着しやすい。すると、質量体の変位特性が変動し、加速度の検出に影響を及ぼす可能性がある。
【００１０】
クラックの発生を防止するには、キャップや半導体チップ基板を十分に厚く形成して、それらの剛性を高めるのが効果的である。しかし、このような対策では、加速度センサ小型化の要請に反するものとなってしまう。
【００１１】
この発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、質量体の可動空間を密閉するキャップや半導体チップ基板を十分に厚く形成できない場合であっても、キャップにクラックが生じにくい構造の加速度センサを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、加速度を検出するための可動部を有する加速度検出部が形成された半導体チップ基板と、前記可動部の可動空間を確保し、前記可動空間を密閉する、前記半導体チップ基板表面に接着されたキャップとを備え、前記可動空間内において前記キャップは、前記半導体チップ基板表面に対向する天井面、および、前記天井面と前記半導体チップ基板表面とをつなぐ壁面を有し、前記天井面と前記壁面との境界は曲面で構成された加速度センサである。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、加速度を検出するための可動部を有する加速度検出部が形成された半導体チップ基板と、前記可動部の可動空間を確保し、前記可動空間を密閉するキャップと、前記キャップと前記半導体チップ基板との間に介在して両者を接着するキャップ土台部とを備え、前記キャップ土台部の側面には溝が設けられた加速度センサである。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、加速度を検出するための可動部を有する加速度検出部が形成された半導体チップ基板と、前記可動部の可動空間を確保し、前記可動空間を密閉する、前記半導体チップ基板表面に接着されたキャップと、前記キャップを覆う、前記キャップよりも弾性率の低い樹脂とを備える加速度センサである。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、加速度を検出するための可動部を有する加速度検出部が形成された半導体チップ基板と、前記可動部の可動空間を確保し、前記可動空間を密閉する、前記半導体チップ基板表面に接着されたキャップとを備え、前記可動空間内において前記キャップは前記半導体チップ基板表面に対向する天井面を有し、前記可動空間内において前記天井面の一部と前記半導体チップ基板表面との間に支柱が設けられた加速度センサである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
＜実施の形態１＞
図１は、本実施の形態に係る加速度センサの全体構成を示す上面図である。図１に示すように、この加速度センサは、信号処理チップＣＰ１、加速度検出部たる加速度検出チップＣＰ２、リードＬＤ及びダイパッドＤＰを含んでいる。
【００１７】
信号処理チップＣＰ１及び加速度検出チップＣＰ２はともに、ダイパッドＤＰ上に載置されている。加速度検出チップＣＰ２のパッドＰＤ１と信号処理チップＣＰ１のパッドＰＤ２とはワイヤＷＲ１で接続され、信号処理チップＣＰ１のパッドＰＤ３とリードＬＤとはワイヤＷＲ２で接続されている。そして、これらの構造は樹脂製パッケージＰＫで覆われている。
【００１８】
なお、リードＬＤの一部は外部端子として樹脂製パッケージＰＫから露出する。また、図１では内部構造を示すために樹脂製パッケージＰＫを透明にし、隠れ線（破線）で示している。
【００１９】
図２および図３は、加速度検出チップＣＰ２の上面および断面をそれぞれ示す図である。なお、図３は図２内の切断線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面図である。図１ないし図３に示すように、加速度検出チップＣＰ２の半導体チップ基板ＳＢの表面には、単結晶シリコン等で形成した上述のキャップＣＡが接着されている。なお、図２では内部構造を示すためにキャップＣＡを透明にし、隠れ線（破線）で示している。
【００２０】
加速度検出チップＣＰ２においては、半導体チップ基板ＳＢはシリコン基板ＳＢａとその上面に形成されたシリコン酸化膜ＳＢｂとで構成されている。また、パッドＰＤ１を構成するパッドＰＤ１ａ〜ＰＤ１ｄが半導体チップ基板ＳＢの表面内に形成されている。そして、パッドＰＤ１ａ〜ＰＤ１ｄにそれぞれ接続された配線ＬＮａ〜ＬＮｄも半導体チップ基板ＳＢの表面内に形成されている。また、配線ＬＮｃに接続されたシールド電極ＳＥも半導体チップ基板ＳＢの表面内に形成されている。
【００２１】
また、半導体チップ基板ＳＢ上には、加速度を検出するための質量体ＭＳ、配線ＬＮｄに接続された固定電極ＦＥ１、配線ＬＮａに接続された固定電極ＦＥ２、配線ＬＮｂに接続された質量体ＭＳの支持部ＳＰがそれぞれ形成されている。なお、質量体ＭＳは梁部ＢＭにより支持部ＳＰに連結され、中空に保持されている。
【００２２】
半導体チップ基板ＳＢの表面やその上部の構造はいずれも、半導体製造技術を用いて形成される。すなわち、フォトリソグラフィ技術やエッチング技術、不純物イオン注入技術等を用いて、図１ないし図３に示された各部の構造は形成される。例えば、質量体ＭＳや固定電極ＦＥ１，ＦＥ２、支持部ＳＰ、梁部ＢＭ等は、半導体チップ基板ＳＢ上にエピタキシャル成長させたシリコンをフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いてパターニングすることにより、図示した形状に形成される。
【００２３】
質量体ＭＳの両翼には、櫛状電極たる可動電極ＭＥが設けられる。固定電極ＦＥ１，ＦＥ２は、この可動電極ＭＥに面するよう配置されている。加速度が加わると梁部ＢＭが撓んで質量体ＭＳが変位し、可動電極ＭＥと固定電極ＦＥ１，ＦＥ２との電極間距離が変動する。電極間距離が変動すれば、両電極間の静電容量も変化する。よって、両電極間の静電容量の変化を検出することにより、加速度の検出が行える。
【００２４】
すなわち、質量体ＭＳは加速度を検出するための可動部として機能し、固定電極ＦＥ１，ＦＥ２および質量体ＭＳの可動電極ＭＥが加速度検出部として機能する。
【００２５】
キャップＣＡは、質量体ＭＳの可動空間を確保し、可動空間を密閉するように半導体チップ基板ＳＢの表面に接着されている。なお、図３に示すように厳密には、キャップＣＡはキャップ土台部ＦＤを介して半導体チップ基板ＳＢの表面に接着される。
【００２６】
図３では、可動空間内において、半導体チップ基板ＳＢの表面に対向するキャップＣＡの天井面と、天井面と半導体チップ基板ＳＢの表面とをつなぐ壁面との境界部分ＣＮに、上述のクラックＣＫを示している。キャップＣＡや半導体チップ基板ＳＢに外部からストレスＳＴが加わると、天井支持部たる壁面の終端部でもある境界部分ＣＮにこのようなクラックＣＫが発生しやすい。
【００２７】
そこで、本実施の形態においては、図４に示すように可動空間内のキャップＣＡの天井面と壁面との境界部分ＣＮ１を曲面で構成する。このように、境界部分ＣＮ１を曲面で構成すれば、キャップＣＡに応力がかかったとしても、クラックの生じやすい境界部分ＣＮ１において応力は分散され、キャップＣＡでのクラック発生の可能性を低くすることができる。
【００２８】
よって、キャップＣＡや半導体チップ基板ＳＢを十分に厚く形成できない場合であっても、キャップＣＡにクラックが生じにくい構造の加速度センサを実現できる。
【００２９】
なお、図４においてはキャップ土台部ＦＤの詳細構成を示している。キャップ土台部ＦＤは例えば、シリコン窒化膜ＦＤａ、ドープトポリシリコン膜ＦＤｂ、シリコン酸化膜ＦＤｃ、ノンドープトポリシリコン膜ＦＤｄ、金属膜（例えばチタン膜またはニッケル膜）ＦＤｅを積層した積層膜で構成される。
【００３０】
キャップＣＡの製造方法について以下に示す。まず、例えばシリコン基板に異方性エッチング（例えばＫＯＨを用いたウェットエッチング）を行い、所定の結晶面を露出させて、可動空間内のキャップＣＡの天井面と壁面とを形成する。この段階では、天井面と壁面との境界部分は曲面となっていない。
【００３１】
続いて、図５に示すようにキャップＣＡの天井面と壁面とに等方性エッチングＥＴ（例えば硝酸、酢酸、フッ酸をあわせ用いたウェットエッチング）を行う。これにより、キャップＣＡの天井面と壁面との境界部分ＣＮ１が曲面となる。
【００３２】
＜実施の形態２＞
図６は、本実施の形態に係る加速度センサの加速度検出チップのうちキャップの接着部近傍を示した断面図である。
【００３３】
本実施の形態においては、キャップＣＡと半導体チップ基板ＳＢとの間に介在して両者を接着するキャップ土台部ＦＤの側面に、溝ＧＲが設けられる。より具体的には、キャップ土台部ＦＤを構成する積層膜の一部たるドープトポリシリコン膜ＦＤｂ１に溝ＧＲが設けられる。なお、溝ＧＲは例えば半導体チップ基板ＳＢの表面と平行に設けられる。
【００３４】
ドープトポリシリコン膜ＦＤｂがドープトポリシリコン膜ＦＤｂ１に置換されていることと境界部分ＣＮが曲面で構成されていないこと以外は、図４における構成と同じであるので、その他の部分の説明は省略する。
【００３５】
このように、キャップ土台部ＦＤの側面に溝ＧＲが設けられておれば、半導体チップ基板ＳＢが撓んだ場合であっても、溝ＧＲが半導体チップ基板ＳＢからの応力を吸収し、キャップＣＡでのクラック発生の可能性を低くすることができる。よって、キャップＣＡや半導体チップ基板ＳＢを十分に厚く形成できない場合であっても、キャップＣＡにクラックが生じにくい構造の加速度センサを実現できる。
【００３６】
図７ないし図１０は、キャップ土台部ＦＤの側面に溝ＧＲを設ける製造方法を示す図である。
【００３７】
まず、基板ＳＢを構成するシリコン酸化膜ＳＢｂ上に、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等を用いてシリコン窒化膜およびドープトポリシリコン膜をこの順に積層して形成する。そして、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、図７に示すようにシリコン窒化膜ＦＤａおよびドープトポリシリコン膜ＦＤｂ１ａのパターニングを行う。
【００３８】
次に、図８に示すように、シリコン窒化膜ＦＤａおよびドープトポリシリコン膜ＦＤｂ１ａの膜厚に加えて溝ＧＲの幅の分だけ厚くした膜厚のマスク膜（例えばシリコン酸化膜）ＭＫを、シリコン酸化膜ＳＢｂ上およびドープトポリシリコン膜ＦＤｂ１ａ上に形成する。そして、シリコン窒化膜ＦＤａおよびドープトポリシリコン膜ＦＤｂ１ａのパターニング幅よりも両側面の溝ＧＲの深さの分だけ狭い開口幅の開口部ＯＰ１を、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてマスク膜ＭＫに設ける。
【００３９】
続いて、ドープトポリシリコン膜をマスク膜ＭＫ上およびドープトポリシリコン膜ＦＤｂ１ａ上に形成する。そして、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、図９に示すようにシリコン窒化膜ＦＤａおよびドープトポリシリコン膜ＦＤｂ１ａのパターニング幅と同じパターニング幅でドープトポリシリコン膜ＦＤｂ１ｂのパターニングを行う。
【００４０】
その後、図１０に示すようにマスク膜ＭＫを除去すれば、溝ＧＲが形成されたドープトポリシリコン膜ＦＤｂ１が得られる。
【００４１】
＜実施の形態３＞
図１１は、本実施の形態に係る加速度センサの加速度検出チップ近傍を示した断面図である。
【００４２】
本実施の形態においては、キャップＣＡよりも弾性率の低い（すなわち軟らかい）発泡性樹脂ＦＲにキャップＣＡを覆わせる。発泡性樹脂ＦＲには、例えばシリコーンゲルを採用すればよい。これにより、外部や図１に示した樹脂製パッケージＰＫから応力ＳＴがかかったとしても、発泡性樹脂ＦＲが変形したり、あるいは発泡性樹脂ＦＲ内部の空隙がつぶれたりすることになり、応力ＳＴを吸収できる。
【００４３】
なお、キャップ土台部ＦＤに溝が設けられないこと以外は、図６における構成と同じであるので説明は省略する。
【００４４】
本実施の形態に係る加速度センサによれば、キャップＣＡよりも弾性率の低い発泡性樹脂ＦＲが樹脂パッケージ等からの応力ＳＴを吸収し、キャップＣＡでのクラック発生の可能性を低くすることができる。よって、キャップＣＡや半導体チップ基板ＳＢを十分に厚く形成できない場合であっても、キャップＣＡにクラックが生じにくい構造の加速度センサを実現できる。
【００４５】
＜実施の形態４＞
図１２および図１３は、本実施の形態に係る加速度センサの加速度検出チップＣＰ２の上面および断面をそれぞれ示す図である。なお、図１３は図１２内の切断線ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩにおける断面図である。図１２および図１３に示すように、加速度検出チップＣＰ２の半導体チップ基板ＳＢの表面には、キャップＣＡ１が接着されている。なお、図１２においても図２と同様、内部構造を示すためにキャップＣＡ１を透明にし、隠れ線（破線）で示している。
【００４６】
キャップＣＡ１の構造は実施の形態１ないし３におけるキャップＣＡの構造とは異なり、可動空間内においてキャップＣＡ１の天井面の一部に半導体チップ基板ＳＢの表面に到達する支柱ＣＡ１ａが設けられている。また、質量体ＭＳ１の構造も実施の形態１ないし３における質量体ＭＳの構造とは異なり、その中央部に貫通孔ＯＰ２が設けられている。そして、支柱ＣＡ１ａは、質量体ＭＳ１に触れることなく貫通孔ＯＰ２を貫通する。
【００４７】
また、シールド電極ＳＥ１の構造も実施の形態１ないし３におけるシールド電極ＳＥの構造とは異なり、貫通孔ＯＰ２の直下部には電極が形成されていない。これにより支柱ＣＡ１ａがシールド電極ＳＥ１に接触することはない。
【００４８】
なお、上記各点と発泡性樹脂ＦＲが設けられないこと以外は、図１１における構成と同じであるので、その他の部分の説明は省略する。
【００４９】
本実施の形態に係る加速度センサにおいては、可動空間内においてキャップＣＡ１の天井面の一部と半導体チップ基板ＳＢの表面との間に支柱ＣＡ１ａが設けられる。これにより、キャップＣＡ１に応力がかかったとしても、キャップＣＡ１の天井面が撓みにくく、キャップＣＡ１でのクラック発生の可能性を低くすることができる。よって、キャップＣＡ１や半導体チップ基板ＳＢを十分に厚く形成できない場合であっても、キャップＣＡ１にクラックが生じにくい構造の加速度センサを実現できる。
【００５０】
また、本実施の形態に係る加速度センサにおいては、キャップＣＡ１の支柱ＣＡ１ａは質量体ＭＳ１に触れることなく質量体ＭＳ１の貫通孔ＯＰ２を貫通する。これにより、質量体ＭＳ１の加速度による変位を妨げることなく、支柱ＣＡ１ａを可動空間内の質量体ＭＳ１の位置する場所に重ねて設けることができる。よって、可動空間を広げることなく、支柱ＣＡ１ａを設けることができ、加速度センサの小型化に資する。
【００５１】
＜その他＞
上記の各実施の形態の各構造については、それぞれを単独で加速度センサに採用しても良いし、また、複数を組み合わせて採用しても良い。
【００５２】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、可動空間内においてキャップの天井面と壁面との境界は曲面で構成されている。よって、キャップに応力がかかったとしても、クラックの生じやすい天井面と壁面との境界部分において応力は分散され、キャップでのクラック発生の可能性を低くすることができる。よって、キャップや半導体チップ基板を十分に厚く形成できない場合であっても、キャップにクラックが生じにくい構造の加速度センサを実現できる。
【００５３】
請求項２に記載の発明によれば、キャップ土台部の側面には、溝が設けられている。よって、半導体チップ基板が撓んだ場合であっても、キャップ土台部の溝が半導体チップ基板からの応力を吸収し、キャップでのクラック発生の可能性を低くすることができる。よって、キャップや半導体チップ基板を十分に厚く形成できない場合であっても、キャップにクラックが生じにくい構造の加速度センサを実現できる。
【００５４】
請求項３に記載の発明によれば、キャップを覆う、キャップよりも弾性率の低い樹脂を備える。よって、弾性率の低い樹脂が樹脂パッケージ等からの応力を吸収し、キャップでのクラック発生の可能性を低くすることができる。よって、キャップや半導体チップ基板を十分に厚く形成できない場合であっても、キャップにクラックが生じにくい構造の加速度センサを実現できる。
【００５５】
請求項４に記載の発明によれば、可動空間内においてキャップの天井面の一部と半導体チップ基板表面との間に支柱が設けられている。これにより、キャップに応力がかかったとしても、キャップの天井面が撓みにくく、キャップでのクラック発生の可能性を低くすることができる。よって、キャップや半導体チップ基板を十分に厚く形成できない場合であっても、キャップにクラックが生じにくい構造の加速度センサを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係る加速度センサの全体構成を示す上面図である。
【図２】実施の形態１に係る加速度センサのうち加速度検出チップの上面図である。
【図３】実施の形態１に係る加速度センサのうち加速度検出チップの断面図である。
【図４】実施の形態１に係る加速度センサの加速度検出チップのうちキャップの接着部近傍を示した断面図である。
【図５】実施の形態１に係る加速度センサの加速度検出チップのうちキャップの製造方法を示した図である。
【図６】実施の形態２に係る加速度センサの加速度検出チップのうちキャップの接着部近傍を示した断面図である。
【図７】実施の形態２に係る加速度センサの加速度検出チップのうちキャップ土台部の製造方法を示した断面図である。
【図８】実施の形態２に係る加速度センサの加速度検出チップのうちキャップ土台部の製造方法を示した断面図である。
【図９】実施の形態２に係る加速度センサの加速度検出チップのうちキャップ土台部の製造方法を示した断面図である。
【図１０】実施の形態２に係る加速度センサの加速度検出チップのうちキャップ土台部の製造方法を示した断面図である。
【図１１】実施の形態３に係る加速度センサの加速度検出チップ近傍を示した断面図である。
【図１２】実施の形態４に係る加速度センサのうち加速度検出チップの上面図である。
【図１３】実施の形態４に係る加速度センサのうち加速度検出チップの断面図である。
【符号の説明】
ＳＢ  半導体チップ基板、ＣＡ，ＣＡ１  キャップ、ＦＤ  キャップ土台部、ＦＲ  発泡性樹脂、ＣＡ１ａ  支柱、ＯＰ２  貫通孔。
【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】
2004257841.tif 000011
【図１０】
2004257841.tif 000012
【図１１】
2004257841.tif 000013
【図１２】
2004257841.tif 000014
【図１３】
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