JP3659151B2

JP3659151B2 - Semiconductor acceleration sensor

Info

Publication number: JP3659151B2
Application number: JP2000291355A
Authority: JP
Inventors: 宏齊藤; 浩則上; 拓郎石田; 澄夫赤井; 信之高倉; 則之安池
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2000-09-26
Filing date: 2000-09-26
Publication date: 2005-06-15
Anticipated expiration: 2020-09-26
Also published as: JP2002098711A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体加速度センサ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９および図１０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。なお、上述の撓み部４は、一般的に、ビームあるいはカンチレバーと称されている。
【０００３】
ここにおいて、センシングエレメント１’における重り部５と、撓み部４と、支持部１６とはシリコン基板１ａをエッチング加工することで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、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、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が形成されている。要するに、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。なお、ゲージ抵抗６はシリコン基板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（図９における上面側）には、支持部１６において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、支持部１６の表面には、アルミニウム配線１３に接続された入出力用のパッド１４が設けられている。ここに、パッド１４は、矩形枠状の支持部１６のうち後述の上部キャップ２’に覆われていない領域（撓み部４を挟んで重り部５に対向する部位）の表面上に形成されており、別途に設けられた導電パターン２０にボンディングワイヤ７を介して電気的に接続して使用される。
【０００５】
なお、この半導体加速度センサでは、上述の４つのゲージ抵抗６が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９における上下方向）に加速度αが印加されると、その加速度αの大きさに応じて重り部５（以下、重り部５の重さをｍとする）に力Ｆ＝ｍαが発生し重り部５が揺動することで撓み部４が撓み、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。言い換えれば、加速度に比例した電圧信号を取り出すことができる。
【０００６】
また、センシングエレメント１の主表面側（図９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なる上述の上部キャップ２’が陽極接合により接合されている。ここに、上部キャップ２’は、センシングエレメント１の主表面側に設けられたアルミニウム薄膜よりなる接合用薄膜９（図１０参照）を介してセンシングエレメント１に接合されているが、上記パッド１４が形成された領域に対応する部位が開放されている。接合用薄膜９は支持部１６において撓み部４の延出方向に平行な部位に当該部位の長手方向に沿って形成されている。すなわち、接合用薄膜９は、支持部１６と撓み部４と重り部５とを結ぶ直線に平行な方向（図１０における左右方向）に沿って形成されている。したがって、図９における右端部では、上部キャップ２’の端面とセンシングエレメント１’の端面とで囲まれた開放部１５が形成されている。なお、接合用薄膜９の膜厚は１μｍ〜２μｍ程度の範囲で適宜設定されている。
【０００７】
さらに、センシングエレメント１’の裏面側（図９における下面側）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なる下部キャップ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、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’および下部キャップ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）を確保するための凹所２ａ，３ａがサンドブラスト法などにより形成されている。
【０００９】
上述の半導体加速度センサでは、上記エアギャップを形成してエアダンピングを大気圧下で行わせるようにし、エアダンピング効果によって重り部５の揺動範囲を抑制してセンシングエレメント１’の破壊を防止している。ここに、センシングエレメント１’は、エアダンピング効果によって減衰特性を持たせセンサ自体の周波数特性が最適になるように各凹所２ａ，３ａの底面と重り部５との距離などを設定してある。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’の撓み部４と重り部５とを上部キャップ２’および下部キャップ３’にて囲ま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、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】
さらに、上部キャップ２’および下部キャップ３’は、それぞれ凹所２ａ，３ａの底面において重り部５に対向する部位の適宜位置に、過大な加速度が印加された時に重り部５の一定以上の変位を規制する微小なストッパ２ｂ，３ｂが突設されている。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が過大に変位することによる撓み部４の破壊を防止することができるのである。
【００１１】
なお、上述のボンディングワイヤ７およびパッド１４は、ＪＣＲ（Junction Coating Resin）１９により保護されている。したがって、振動や衝撃によりボンディングワイヤ７とパッド１４との接続部にかかるストレスが緩和されるので、ボンディングワイヤ７の接続信頼性が向上する。ＪＣＲ１９としては、シリコーン樹脂を用いており、表面張力によって上部キャップ２’の凹所２ａ内にシリコーン樹脂が侵入しようとするが、上部キャップ２’の凹所２ａの底面から樹脂侵入防止突起１７がセンシングエレメント１’の支持部１６における撓み部４近傍の部位に向かって突設されているので、シリコーン樹脂が上部キャップ２の凹所２ａ内に侵入するのを防ぐことができる。ここに、シリコーン樹脂の粘度は１００Ｐ〜６００Ｐ程度、硬度は２０〜３０程度である。また、樹脂侵入防止突起１７とセンシングエレメント１’との間の距離は上述の接合用薄膜９の膜厚（約１〜２μｍ）と同じ寸法に設定してある。
【００１２】
また、上部キャップ２’に形成する凹所２ａの深さ寸法を例えば数１０μｍに設定した場合、ストッパ２ｂの突出高さは凹所２ａの深さ寸法よりも数μｍ〜１０μｍ弱程度低くした寸法に設定してある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来構成の半導体加速度センサは、エアダンピング効果を利用して減衰特性を持たせ、ストッパ２ｂ，３ｂにより重り部５が一定以上変位しないようにするものであり、上部キャップ２’および下部キャップ３’それぞれに形成する凹所２ａ，３ａとストッパ２ｂ，３ｂとをサンドブラスト法により形成している。ここにおいて、凹所２ａ，３ａの深さ寸法およびストッパ２ｂ，３ｂの突出寸法は数μｍレベルの精度が必要であるが、サンドブラスト法によって直径が４０μｍ〜１５０μｍの硬い砂（アルミナなどの砥粒）をガラス基板の表面へ噴射して削っているので、凹所２ａ，３ａおよびストッパ２ｂ，３ｂの加工精度が低く、１０μｍ以上のばらつきが発生するから、ダンピング特性（周波数特性）の制御が難しく、センサ特性の高精度化が難しいという不具合があった。ここにおいて、凹所２ａ，３ａの深さ寸法が設定寸法よりも大きいとダンピングが弱過ぎて共振が大きくなって撓み部４が折れる場合があり、設定寸法よりも小さいとダンピングが効き過ぎて出力が出ない場合がある。
【００１４】
また、上記従来構成の半導体加速度センサでは、上部キャップ２’および下部キャップ３’の材料としてガラス基板を用いているので、材料コストが高く、しかもサンドブラスト法による上部キャップ２’および下部キャップ３’の加工コストが高く、製品のコストが高くなってしまうという不具合があった。また、上記従来構成の半導体加速度センサを製造するにあたっては、上部キャップ２’を多数形成したガラス基板とセンシングエレメント１’を多数形成したシリコンウェハとを陽極接合により接合した後に、下部キャップ３’を多数形成したガラス基板とセンシングエレメント１’とを陽極接合により接合する必要があるので、陽極接合の工程が２回になり、製造コストが高くなってしまうという不具合があった。
【００１５】
なお、上記従来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と上部キャップ２との陽極接合の位置合わせ、センシングエレメント１と下部キャップ３との陽極接合の位置合わせを、これらの端面合わせで行っているが、１００μｍ〜２００μｍ程度の精度しかないので、合わせしろのマージンが必要で、重り部５を大きくすることによる感度の向上を図ることが難しく、逆に感度を向上させるとチップサイズが大きくなって小型化が難しくなるという不具合もあった。さらに説明すると、上記従来の半導体加速度センサの製造にあたっては、上部キャップ２’を多数形成した円形状のガラス基板、センシングエレメント１’を多数形成した円形状のシリコンウェハ、下部キャップ３’を多数形成した円形状のガラス基板のそれぞにオリエンテーションフラットを加工形成しておき、オリエンテーションフラットの位置で位置決めを行っていたが、オリエンテーションフラットの加工精度が悪く数１００μｍレベルのずれが起こることがあるので、この分のマージンをとる必要があり、チップサイズが大きくなってしまうという不具合があった。
【００１６】
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、低コスト化および高精度化が図れる半導体加速度センサを提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、支持部の主表面側の部位に薄肉の撓み部を介して揺動自在に支持された重り部を有し撓み部の変形を検出するゲージ抵抗が撓み部に形成されたシリコンからなるセンシングエレメントと、センシングエレメントの支持部の裏面側が接合され中央部にセンシングエレメントの重り部との間に重り部の揺動空間が形成されるガラス製の平板状の第１のキャップと、第１のキャップに接合され第１のキャップとの間にセンシングエレメントの撓み部および重り部を収納する凹所が形成され凹所の周部が第１のキャップに接合されたシリコン基板からなる第２のキャップとを備え、重り部は、第１のキャップとの間に前記揺動空間が形成されるように支持部よりも薄く形成されてなることを特徴とするものであり、重り部を第１のキャップとの間に前記揺動空間が形成されるように支持部よりも薄く形成したことにより、第１のキャップに凹所を形成せずに前記揺動空間を形成することができ、第２のキャップをシリコン基板により形成したことで、第２のキャップに形成する凹所をシリコンのエッチングにより加工することができるので、ガラス基板をサンドブラスト法により加工する場合に比べて凹所の加工精度を高めることができるとともに材料コストおよび加工コストを低減することができて、センサ特性の高精度化および低コスト化を図ることができ、さらに、製造に際して第２のキャップとセンシングエレメントとを第１のキャップに同時に陽極接合することが可能となり、製造コストを低減でき、より一層の低コスト化を図ることができる。
また、請求項１の発明では、支持部は、第１のキャップの周部に接合され第２のキャップの外周側面に対向する位置決め部が連続一体に形成され、位置決め部は、第２のキャップの外周側面との対向面が対向する外周側面に対して平行になるように第１のキャップとのなす角度を設定してあるので、第１のキャップにセンシングエレメントを位置合わせした後の第２のキャップの位置合わせが容易になるとともに位置合わせ精度が向上し、位置合わせのためのマージンを少なくすることができ、チップサイズの小型化を図ることができ、また、チップサイズを増加させることなく重り部のサイズを大きくすることが可能となって高感度化を図ることができる。
【００１９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記支持部は、前記第２のキャップに覆われていない領域において前記撓み部から離れた位置に入出力用のパッドが形成され、前記第２のキャップは、前記凹所の底面から前記支持部における前記撓み部側の部位に向かって突出する樹脂侵入防止突起が突設されているので、パッドに接続されるボンディングワイヤとパッドとの接続部やボンディングワイヤにかかるストレスを緩和するための封止樹脂を塗布しても前記第２のキャップの凹所に封止樹脂が侵入することが防止されるから、封止樹脂を塗布することにより、ボンディングワイヤの接続信頼性が向上し、センサ全体の信頼性が向上する。
【００２１】
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、前記第１のキャップは、前記重り部へ対向する部位に前記第１のキャップと前記重り部との間の距離よりも膜厚が小さな絶縁性薄膜が形成されているので、製造時に前記第１のキャップと前記センシングエレメントの重り部とが静電接合されるのを防ぐことができ、収率が向上するから低コスト化を図ることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
本実施形態の半導体加速度センサは、図１および図２に示すように、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を備えている。また、センシングエレメント１は、後述の位置決め部１６ａが支持部１６に連続一体に形成されている。センシングエレメント１における重り部５と、撓み部４と、支持部１６と、位置決め部１６ａとはシリコン基板１ａをエッチング加工することで一体に形成されている。ここに、撓み部４は、シリコン基板１ａの裏面側から異方性エッチングを行って凹所１０ａを設けることによって形成されている。なお、ゲージ抵抗６はシリコン基板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。
【００２７】
また、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、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、支持部１６の表面には、アルミニウム配線１３に接続された入出力用のパッド１４が設けられている。ここに、パッド１４は、支持部１６において撓み部４から比較的離れた領域の表面上に形成されており、別途に設けられた導電パターン２０にボンディングワイヤ７を介して電気的に接続して使用される。なお、上述の４つのゲージ抵抗６は上記従来構成と同様にブリッジ接続されている。
【００２８】
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、シリコンと略等しい熱膨張率を有する耐熱ガラスからなる平板状の下部キャップ３が配設されており、センシングエレメント１の支持部１６の裏面側が下部キャップ３に陽極接合により接合されている。ここにおいて、下部キャップ３は、外周形状が矩形状の形状に形成されており、中央部においてセンシングエレメント１の重り部５との間に重り部５の揺動空間が形成されている。すなわち、重り部５は、下部キャップ３との間に上記揺動空間が形成されるように支持部１６よりも薄く形成されている。
【００２９】
重り部５の底面と下部キャップ３との間のギャップは、例えば１０〜２０μｍ程度に設定すればよく、重り部５を支持部１６よりも１０μｍ〜２０μｍ程度薄くするには、エッチャントを用いた異方性エッチングまたはドライエッチングにより重り部５に対応した部位を後面側からエッチング加工すればよい。したがって、重り部５の後面側をμｍオーダの高い加工精度で容易に加工することができ、重り部５と下部キャップ３との間のギャップをμｍオーダで管理することができ、サンドブラスト法によってガラス基板に凹所を形成する場合に比べて重り部５と下部キャップ３との間に形成されるギャップの寸法精度が高くなる。また、下部キャップ３にサンドブラスト加工によって凹所を形成する必要がなく、下部キャップ３の加工費を削減することができる。
【００３０】
また、下部キャップ３の各辺の長さは対向する重り部５の各辺の長さよりも長く形成されており、下部キャップ３のうちの一部は厚み方向においてセンシングエレメント１に重複していない。なお、本実施形態では、下部キャップ３が、センシングエレメント１の支持部１６の裏面側が接合され中央部にセンシングエレメント１の重り部５との間に重り部５の揺動空間が形成されるガラス製の第１のキャップを構成している。
【００３１】
また、本実施形態の半導体加速度センサは、下部キャップ３に接合され下部キャップ３との間にセンシングエレメント１の撓み部４および重り部５を収納する凹所２ａが形成され凹所２ａの周部が下部キャップ３に陽極接合により接合されたシリコン基板からなる上部キャップ２を備えている。ここにおいて、凹所２ａはシリコンの異方性エッチングにより形成されており、数μｍレベルの高い加工精度で凹所２ａを形成することができる。なお、本実施形態では、上部キャップ２が第２のキャップを構成している。
【００３２】
本実施形態の半導体加速度センサは、重り部５が下部キャップ３と上部キャップ２とで囲まれた空間で揺動し、エアダンピング効果によって重り部５の揺動範囲を抑制してセンシングエレメント１の破壊を防止している。ここに、センシングエレメント１は、エアダンピング効果によって減衰特性を持たせセンサ自体の周波数特性が最適になるように凹所２ａの底面と重り部５との距離、下部キャップ３と重り部５との距離などを設定してある。
【００３３】
上部キャップ２は、下部キャップ３の主表面側（図１における上面側）に表面形状がコ字状にパターニングされたアルミニウム薄膜よりなる接合用薄膜９（図２参照）を介して下部キャップ３に接合されている。なお、接合用薄膜９は下部キャップ３の周部に沿って形成されている。言い換えれば、接合用薄膜９は、図２に示すように、平面形状において矩形状の重り部５の４辺のうち撓み部４と繋がっていない３辺に沿って形成されている。以上説明したように上部キャップ２は、下部キャップ３に陽極接合されたものであり、上部キャップ２におけるセンシングエレメント１の支持部１６に対向する部位とセンシングエレメント１の支持部１６との間には隙間が形成されている。また、上部キャップ２は、上記パッド１４に対応する部位に開口窓２１（後述の図５参照）が形成されているので、上部キャップ２およびセンシングエレメント１それぞれを下部キャップ３に接合した後でもパッド１４へボンディングワイヤ７のボンディングを行うことができる。
【００３４】
パッド１４およびパッド１４に接続されたボンディングワイヤ７は、ＪＣＲ１９により保護されている。なお、ＪＣＲは、振動や衝撃によりパッド１４とボンディングワイヤ７との接続部にかかるストレスを緩和して接続部やボンディングワイヤ７を保護するための封止樹脂である。
【００３５】
ところで、上部キャップ２は、ＪＣＲ１９が上部キャップ２の凹所２ａ内に侵入するのを防ぐための樹脂侵入防止突起１７が凹所２ａの底面からセンシングエレメント１の支持部１６に向かって突設されている。ＪＣＲ１９としては、シリコーン樹脂を用いており、シリコーン樹脂の表面張力によって上部キャップ２の凹所２ａ内にシリコーン樹脂が侵入しようとするが、樹脂侵入防止突起１７がセンシングエレメント１の支持部１６における撓み部４側の部位に向かって突設されている。ここに、樹脂侵入防止突起１７はシリコンの異方性エッチングにより形成しているので、加工形状を高精度に制御することができ、樹脂侵入防止突起１７と支持部１６との間に１００ｎｍレベルの小さな隙間を形成することができて、シリコーン樹脂が上部キャップ２の凹所２ａ内に侵入するのを確実に防ぐことができるとともに、空気の流動による影響をなくすことができ、十分なエアダンピング効果を得ることができる。これに対し、従来構成の半導体加速度センサでは、樹脂侵入防止突起１７における支持部１６との対向面にはサンドブラスト法による加工を行わずに、センシングエレメント１側に形成した膜厚が１μｍ〜２μｍ程度のアルミニウム薄膜を部分的に除去することで樹脂侵入防止突起１７と支持部１６との間に１μｍ〜２μｍ程度の隙間を形成しており、ＪＣＲ１９の一部が侵入してしまう恐れがあった。これは、サンドブラスト法による加工では、樹脂侵入防止突起１７と支持部１６との間の隙間を数１０μｍ程度の精度でしか形成することができなためである。なお、ＪＣＲ１９として用いる樹脂はシリコーン樹脂に限定されるものではない。
【００３６】
さらに、上部キャップ２は、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（図１参照）が凹所２ａの底面において重り部５の４隅に対応して４つ突設されている。したがって、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が過大に変位することによる撓み部４の破壊を防止することができるのである。また、重り部５の４隅それぞれに対応する部位にストッパ２ｂが形成されているので、重り部５に捩れ方向の過大な加速度が加わっても、いずれかのストッパ２ｂに重り部５が当接するので、撓み部４の破損が防止される。要するに、本実施形態の半導体加速度センサでは、過大な加速度が印加されたときに重り部５の厚み方向への変位範囲が規制されるから、撓み部４にかかる応力を抑制することができて、撓み部４が破壊されるのを防ぐことができ、信頼性が高くなり、しかも、収率が高くなって低コスト化を図ることができる。また、本実施形態では、上部キャップ２における凹所２ａおよびストッパ２ｂをシリコンの異方性エッチングを利用して形成しているので、従来のようにガラス基板にサンドブラスト法により凹所２ａを形成する場合に比べて加工精度を高めることができるとともに加工費を削減することができる。
【００３７】
しかして、本実施形態の半導体加速度センサでは、センシングエレメント１の支持部１６の裏面側が接合され中央部にセンシングエレメント１の重り部５との間に重り部５の揺動空間が形成されるガラス製の下部キャップ３と、下部キャップ３に接合され下部キャップ３との間にセンシングエレメント１の撓み部４および重り部５を収納する凹所２ａが形成され凹所２ａの周部が下部キャップ３に接合されたシリコン基板からなる上部キャップ２とを備え、重り部５が下部キャップ３との間に上記揺動空間が形成されるように支持部１６よりも薄く形成されているので、下部キャップ３に凹所を形成せずに上記揺動空間を形成することができ、また、上部キャップ２に形成する凹所２ａをシリコンのエッチングにより加工することができるので、ガラス基板をサンドブラスト法により加工する場合に比べて凹所２ａの加工精度を高めることができるとともに材料コストおよび加工コストを低減することができ、センサ特性の高精度化および低コスト化を図ることができる。さらに、製造に際して上部キャップ２とセンシングエレメント１とを下部キャップ３に同時に陽極接合することが可能となり、製造コストを低減でき、より一層の低コスト化を図ることができる。
【００３８】
ところで、本実施形態の半導体加速度センサの製造にあたっては、図３に示すように、多数の上部キャップ２を連続一体に形成したシリコンウェハ２Ａ（図５参照）および多数のセンシングエレメント１を連続一体に形成したデバイスウェハ１Ａ（図４参照）それぞれを下部キャップ３を形成するためのガラス基板３Ａに対して位置決めし、シリコンウェハ２Ａおよびデバイスウェハ１Ａをガラス基板３Ａに対して同時に陽極接合した後に、ダイシングによりセンシングエレメント１と下部キャップ３と上部キャップ２とからなるチップに分割している。
【００３９】
ここにおいて、上述の位置決めでは、上部キャップ２およびセンシングエレメント１それぞれを下部３キャップに対して図１に示すように位置決めしているので、その後の陽極接合により上部キャップ２およびセンシングエレメント１が下部キャップ３に対して同時に接合される。
【００４０】
しかして、上述の製造方法によれば、陽極接合を１回で済ませることができるので、低コストで高精度の半導体加速度センサを提供することができる。
【００４１】
ところで、上記従来の半導体加速度センサの製造にあたっては、上部キャップ２’を多数形成した円形状のガラス基板、センシングエレメント１’を多数形成した円形状のシリコンウェハ、下部キャップ３’を多数形成した円形状のガラス基板のそれぞにオリエンテーションフラットを加工形成しておき、オリエンテーションフラットの位置で位置決めを行っていたが、オリエンテーションフラットの加工精度が悪く数１００μｍレベルのずれが起こることがあるので、この分のマージンをとる必要があり、チップサイズが大きくなってしまうという不具合があった。
【００４２】
これに対して、上述のセンシングエレメント１における支持部１６は、図２および図６に示すように下部キャップ３の周部に接合され上部キャップ２の外周側面に対向する一対の位置決め部１６ａが連続一体に形成されている。位置決め部１６ａは、上部キャップ２の外周側面との対向面が、対向する外周側面に対して平行になるように下部キャップ３とのなす角度θ１（図７参照）を設定してある。要するに、図７において、上部キャップ２の外周側面と下部キャップ３とのなす角度θ２は位置決め部１６ａが下部キャップ３となす角度θ１と略等しくなっている。ここに、上部キャップ２と位置決め部１６ａとの互いの対向面はどちらもシリコン（１１１）面であって、異方性エッチングによって加工を行っているので、上述の各角度θ１，θ２は両方とも約５４．７度になる。
【００４３】
しかして、本実施形態では、下部キャップ３にセンシングエレメント１を位置合わせした後の上部キャップ３の位置合わせが容易になるとともに位置合わせ精度が向上し、位置合わせのためのマージンを少なくすることができ、チップサイズの小型化を図ることができ、また、チップサイズを増加させることなく重り部５のサイズを大きくすることが可能となって高感度化を図ることができる。
【００４４】
（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と略同じであって、図８に示すように、下部キャップ３において、重り部５へ対向する部位に下部キャップ３と重り部５との間の距離よりも膜厚が小さな絶縁性薄膜２２が形成されている点に特徴がある。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。
【００４５】
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で説明した製造方法と略同じあって、上部キャップ３およびセンシングエレメント１それぞれを絶縁性薄膜２２が形成された下部キャップ３に対して位置決めした後に、上部キャップ３およびセンシングエレメント１を下部キャップ３に対して同時に陽極接合するので、陽極接合が１回で済み、しかも絶縁性薄膜２２があらかじめ形成されていることにより、陽極接合時にセンシングエレメント１の重り部５と下部キャップ３とが静電接合されるのを防ぐことができる。
【００４６】
なお、絶縁性薄膜２２としては、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜などを用い、膜厚は数１００ｎｍ〜数μｍの範囲で適宜設定すればよい。また、絶縁性薄膜２２の成膜方法としては、例えばスパッタ法、ＣＶＤ法などを採用すればよい。
【００４７】
【発明の効果】
請求項１の発明は、支持部の主表面側の部位に薄肉の撓み部を介して揺動自在に支持された重り部を有し撓み部の変形を検出するゲージ抵抗が撓み部に形成されたシリコンからなるセンシングエレメントと、センシングエレメントの支持部の裏面側が接合され中央部にセンシングエレメントの重り部との間に重り部の揺動空間が形成されるガラス製の平板状の第１のキャップと、第１のキャップに接合され第１のキャップとの間にセンシングエレメントの撓み部および重り部を収納する凹所が形成され凹所の周部が第１のキャップに接合されたシリコン基板からなる第２のキャップとを備え、重り部は、第１のキャップとの間に前記揺動空間が形成されるように支持部よりも薄く形成されてなるものであり、重り部を第１のキャップとの間に前記揺動空間が形成されるように支持部よりも薄く形成したことにより、第１のキャップに凹所を形成せずに前記揺動空間を形成することができ、第２のキャップをシリコン基板により形成したことで、第２のキャップに形成する凹所をシリコンのエッチングにより加工することができるので、ガラス基板をサンドブラスト法により加工する場合に比べて凹所の加工精度を高めることができるとともに材料コストおよび加工コストを低減することができて、センサ特性の高精度化および低コスト化を図ることができ、さらに、製造に際して第２のキャップとセンシングエレメントとを第１のキャップに同時に陽極接合することが可能となり、製造コストを低減でき、より一層の低コスト化を図ることができるという効果がある。
また、請求項１の発明では、支持部は、第１のキャップの周部に接合され第２のキャップの外周側面に対向する位置決め部が連続一体に形成され、位置決め部は、第２のキャップの外周側面との対向面が対向する外周側面に対して平行になるように第１のキャップとのなす角度を設定してあるので、第１のキャップに前記センシングエレメントを位置合わせした後の第２のキャップの位置合わせが容易になるとともに位置合わせ精度が向上し、位置合わせのためのマージンを少なくすることができ、チップサイズの小型化を図ることができ、また、チップサイズを増加させることなく重り部のサイズを大きくすることが可能となって高感度化を図ることができるという効果がある。
【００４９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記支持部は、前記第２のキャップに覆われていない領域において前記撓み部から離れた位置に入出力用のパッドが形成され、前記第２のキャップは、前記凹所の底面から前記支持部における前記撓み部側の部位に向かって突出する樹脂侵入防止突起が突設されているので、パッドに接続されるボンディングワイヤとパッドとの接続部やボンディングワイヤにかかるストレスを緩和するための封止樹脂を塗布しても前記第２のキャップの凹所に封止樹脂が侵入することが防止されるから、封止樹脂を塗布することにより、ボンディングワイヤの接続信頼性が向上し、センサ全体の信頼性が向上するという効果がある。
【００５１】
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、前記第１のキャップは、前記重り部へ対向する部位に前記第１のキャップと前記重り部との間の距離よりも膜厚が小さな絶縁性薄膜が形成されているので、製造時に前記第１のキャップと前記センシングエレメントの重り部とが静電接合されるのを防ぐことができ、収率が向上するから低コスト化を図ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１を示す概略断面図である。
【図２】同上において上部キャップを取り外した状態の概略平面図である。
【図３】同上の製造方法の説明図である。
【図４】同上の製造方法の説明図である。
【図５】同上の製造方法の説明図である。
【図６】同上の概略断面図である。
【図７】図６の要部Ｂの説明図である。
【図８】実施形態２を示す概略断面図である。
【図９】従来例を示す概略断面図である。
【図１０】同上におけるセンシングエレメントの概略平面図である。
【符号の説明】
１センシングエレメント
１ａシリコン基板
２上部キャップ
２ａ凹所
２ｂストッパ
３下部キャップ
４撓み部
５重り部
６ゲージ抵抗
７ボンディングワイヤ
１１ｐ⁺形拡散抵抗配線
１４パッド
１６支持部
１７樹脂侵入防止突起[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a semiconductor acceleration sensor.ToIt is related.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a semiconductor acceleration sensor, as shown in FIG. 9 and FIG. 10, a weight part 5 is swingably supported by a rectangular frame-shaped support part 16 via a pair of thin flexible parts 4. Two gauge resistors 6 for detecting the deformation of the bent portions 4 are formed in each bent portion 4, and p extends from each gauge resistor 6 to a predetermined portion of the support portion 16.⁺A device having a sensing element 1 'in which a diffused resistor wiring 11 is formed has been proposed. In addition, the above-mentioned bending part 4 is generally called a beam or a cantilever.
[0003]
Here, the weight part 5, the bending part 4, and the support part 16 in the sensing element 1 'are integrally formed by etching the silicon substrate 1a. That is, in the sensing element 1 ′, a recess 10 a that surrounds the weight portion 5 over the entire circumference on the back surface side of the silicon substrate 1 a is formed using anisotropic etching or the like, and the bent portion 4 is formed on the main surface side of the silicon substrate 1 a. The slit 10 is formed so as to surround the weight portion 5 over substantially the entire circumference and communicate with the recess 10a. In short, there is a gap corresponding to the width of the slit 10 between the inner peripheral surface of the support portion 16 and the outer peripheral surface of the weight portion 5 on the main surface side of the silicon substrate 1a. The gauge resistor 6 is formed by diffusing p-type impurities at an appropriate position on the main surface side of the bent portion 4 made of a part of the silicon substrate 1a.
[0004]
Further, on the main surface side (upper surface side in FIG. 9) of the sensing element 1 ′, p is supported by the support portion 16.⁺An aluminum wiring 13 connected to the diffusion diffused wiring 11 through a contact portion 12 is provided, and an input / output pad 14 connected to the aluminum wiring 13 is provided on the surface of the support portion 16. ing. Here, the pad 14 is formed on the surface of a rectangular frame-shaped support portion 16 that is not covered by an upper cap 2 ′ described later (a portion facing the weight portion 5 with the bending portion 4 interposed therebetween). It is used by being electrically connected to a separately provided conductive pattern 20 via a bonding wire 7.
[0005]
In this semiconductor acceleration sensor, the above-described four gauge resistors 6 are bridge-connected, and when acceleration α is applied in the thickness direction of sensing element 1 ′ (vertical direction in FIG. 9), the magnitude of acceleration α is increased. Accordingly, a force F = mα is generated in the weight portion 5 (hereinafter, the weight of the weight portion 5 is assumed to be m), and the weight portion 5 swings to bend the bent portion 4, and as a result, the bent portion 4. Since a stress due to strain is generated and the resistance value of each gauge resistor 6 changes due to the piezoresistive effect, the applied acceleration can be detected by taking out this change in resistance value as a voltage signal. In other words, a voltage signal proportional to the acceleration can be taken out.
[0006]
The upper cap 2 'made of heat-resistant glass having a thermal expansion coefficient substantially equal to that of silicon is joined to the main surface side (the upper surface side in FIG. 9) of the sensing element 1 by anodic bonding. Here, the upper cap 2 ′ is joined to the sensing element 1 via a joining thin film 9 (see FIG. 10) made of an aluminum thin film provided on the main surface side of the sensing element 1. The part corresponding to the formed region is opened. The bonding thin film 9 is formed in a portion of the support portion 16 parallel to the extending direction of the bending portion 4 along the longitudinal direction of the portion. That is, the bonding thin film 9 is formed along a direction (left-right direction in FIG. 10) parallel to a straight line connecting the support portion 16, the bending portion 4, and the weight portion 5. Therefore, an open portion 15 surrounded by the end surface of the upper cap 2 'and the end surface of the sensing element 1' is formed at the right end portion in FIG. The film thickness of the bonding thin film 9 is appropriately set in the range of about 1 μm to 2 μm.
[0007]
Further, a lower cap 3 ′ made of heat-resistant glass having a thermal expansion coefficient substantially equal to that of silicon is bonded to the back surface side (the lower surface side in FIG. 9) of the sensing element 1 ′ by anodic bonding. Here, the lower cap 3 ′ has a peripheral portion joined to the support portion 16 over the entire periphery.
[0008]
The upper cap 2 ′ and the lower cap 3 ′ have sand blasts in which the recesses 2 a and 3 a for securing a swing space (an air gap between the weight portion 5) of the weight portion 5 on the surface facing the weight portion 5. It is formed by law.
[0009]
In the semiconductor acceleration sensor described above, the air gap is formed so that air damping is performed under atmospheric pressure, and the swinging range of the weight portion 5 is suppressed by the air damping effect to prevent the sensing element 1 'from being destroyed. ing. Here, the distance between the bottom surface of each of the recesses 2a and 3a and the weight portion 5 is set so that the sensing element 1 ′ has an attenuation characteristic by the air damping effect and the frequency characteristic of the sensor itself is optimized. . In other words, an attenuation characteristic is provided by using an air damping effect so as not to cause resonance. In short, the bending portion 4 and the weight portion 5 of the sensing element 1 ′ are housed in a space surrounded by the upper cap 2 ′ and the lower cap 3 ′, and air damping is performed under atmospheric pressure, so that the weight portion 5 The movement is suppressed and the bending portion 4 is prevented from being broken.
[0010]
Further, the upper cap 2 ′ and the lower cap 3 ′ are displaced by a certain amount or more when the excessive acceleration is applied to appropriate positions of the portions facing the weight portion 5 on the bottom surfaces of the recesses 2a and 3a, respectively. The minute stoppers 2b and 3b for regulating the projection are provided. In short, when an excessive acceleration is applied, the weight 5 does not displace further by coming into contact with the stoppers 2b and 3b. Therefore, the deflection of the bending portion 4 due to the excessive displacement of the weight 5 is achieved. Destruction can be prevented.
[0011]
The bonding wire 7 and the pad 14 described above are protected by a JCR (Junction Coating Resin) 19. Therefore, the stress applied to the connection portion between the bonding wire 7 and the pad 14 due to vibration or impact is alleviated, so that the connection reliability of the bonding wire 7 is improved. As the JCR 19, a silicone resin is used, and the silicone resin tries to enter the recess 2a of the upper cap 2 ′ by surface tension. However, the resin intrusion prevention protrusion 17 is formed from the bottom surface of the recess 2a of the upper cap 2 ′. Since it protrudes toward the site | part of the bending part 4 vicinity in the support part 16 of sensing element 1 ', it can prevent that silicone resin penetrate | invades into the recess 2a of the upper cap 2. FIG. Here, the viscosity of the silicone resin is about 100 P to 600 P, and the hardness is about 20 to 30. Further, the distance between the resin intrusion prevention protrusion 17 and the sensing element 1 ′ is set to the same dimension as the film thickness (about 1 to 2 μm) of the bonding thin film 9 described above.
[0012]
Further, when the depth dimension of the recess 2a formed in the upper cap 2 ′ is set to several tens of μm, for example, the protrusion height of the stopper 2b is a dimension that is lower by about several μm to 10 μm than the depth dimension of the recess 2a. It is set to.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
The semiconductor acceleration sensor having the above-described conventional configuration has a damping characteristic by utilizing an air damping effect and prevents the weight portion 5 from being displaced more than a certain amount by the stoppers 2b and 3b. The upper cap 2 'and the lower cap 3 'The recesses 2a and 3a and the stoppers 2b and 3b formed in each are formed by the sandblast method. Here, the depth dimensions of the recesses 2a and 3a and the protrusion dimensions of the stoppers 2b and 3b are required to have an accuracy of several μm level, but hard sand (abrasive grains such as alumina) having a diameter of 40 μm to 150 μm by the sandblast method. Since the processing accuracy of the recesses 2a and 3a and the stoppers 2b and 3b is low and variation of 10 μm or more occurs, it is difficult to control the damping characteristics (frequency characteristics). There was a problem that it was difficult to improve the accuracy of sensor characteristics. Here, if the depth dimension of the recesses 2a and 3a is larger than the set dimension, the damping may be too weak and the resonance may increase and the flexure 4 may be broken. If the depth dimension is smaller than the set dimension, the damping is too effective and the output is output. May not appear.
[0014]
Further, in the semiconductor acceleration sensor having the above-described conventional configuration, since the glass substrate is used as the material of the upper cap 2 ′ and the lower cap 3 ′, the material cost is high, and the upper cap 2 ′ and the lower cap 3 ′ of the sand blast method are used. There was a problem that the processing cost was high and the product cost was high. In manufacturing the semiconductor acceleration sensor having the above-described conventional configuration, a glass substrate on which a large number of upper caps 2 ′ are formed and a silicon wafer on which a large number of sensing elements 1 ′ are formed are bonded by anodic bonding, and then the lower cap 3 ′ is mounted. Since it is necessary to join a large number of formed glass substrates and the sensing element 1 ′ by anodic bonding, there is a problem that the anodic bonding process is performed twice and the manufacturing cost is increased.
[0015]
In the semiconductor acceleration sensor having the above-described conventional configuration, alignment of the anodic bonding between the sensing element 1 and the upper cap 2 and alignment of the anodic bonding between the sensing element 1 and the lower cap 3 are performed by aligning these end faces. However, since there is only an accuracy of about 100 μm to 200 μm, a margin for alignment is necessary, and it is difficult to improve the sensitivity by increasing the weight 5, and conversely, increasing the sensitivity increases the chip size. There was also a problem that downsizing became difficult. More specifically, in manufacturing the conventional semiconductor acceleration sensor, a circular glass substrate having a large number of upper caps 2 ', a circular silicon wafer having a large number of sensing elements 1', and a large number of lower caps 3 'are formed. Orientation flats were processed and formed on each of the circular glass substrates, and positioning was performed at the position of the orientation flats. However, since the processing accuracy of the orientation flats is poor, a deviation of several hundred μm level may occur. There is a problem that it is necessary to take this margin and the chip size becomes large.
[0016]
  The present invention has been made in view of the above reasons, and an object of the present invention is to provide a semiconductor acceleration sensor that can achieve low cost and high accuracy.SaIt is to provide.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 has a weight portion that is swingably supported via a thin flexure portion at a site on the main surface side of the support portion, and detects deformation of the flexure portion. A sensing element made of silicon with a gauge resistance formed in the flexible part and the back side of the support part of the sensing element are joined, and a swinging space for the weight part is formed between the weight part of the sensing element in the center part. A flat plate-shaped first cap and a recess which is joined to the first cap and accommodates the bending portion and the weight portion of the sensing element are formed, and the peripheral portion of the recess is the first A second cap made of a silicon substrate bonded to the cap, and the weight portion is formed thinner than the support portion so that the swinging space is formed between the first cap and the weight portion. Characterize The weight portion is formed thinner than the support portion so as to form the oscillating space between the first cap and the oscillating space without forming a recess in the first cap. In the case where the glass substrate is processed by the sand blasting method because the recess formed in the second cap can be processed by etching silicon because the second cap is formed of the silicon substrate. Compared to the above, the machining accuracy of the recess can be increased, the material cost and the machining cost can be reduced, the sensor characteristics can be made highly accurate and the cost can be reduced. The cap and the sensing element can be anodically bonded to the first cap at the same time, thereby reducing the manufacturing cost and further reducing the cost. Can bet.
  According to the first aspect of the present invention, the support portion is formed integrally with the positioning portion that is joined to the peripheral portion of the first cap and faces the outer peripheral side surface of the second cap, and the positioning portion is the second cap. Since the angle formed with the first cap is set so that the surface facing the outer peripheral side surface of the first cap is parallel to the opposing outer peripheral side surface, the second after the sensing element is aligned with the first cap. The cap can be easily aligned, the alignment accuracy is improved, the margin for alignment can be reduced, the chip size can be reduced, and the chip size is not increased. It is possible to increase the size of the weight part and to achieve high sensitivity.
[0019]
  Claim2The invention of claim1'sIn the invention, an input / output pad is formed in the support portion at a position away from the flexible portion in a region not covered by the second cap, and the second cap is formed from the bottom surface of the recess. In order to relieve stress applied to the bonding portion between the bonding wire and the pad connected to the pad and the bonding wire, since the resin intrusion prevention protrusion protruding toward the bending portion side portion of the support portion is provided. Even if the sealing resin is applied, the sealing resin is prevented from entering the recess of the second cap. By applying the sealing resin, the connection reliability of the bonding wire is improved. The reliability of the entire sensor is improved.
[0021]
  Claim3The invention of claim1 or claim 2In the invention, the first cap is formed with an insulating thin film having a film thickness smaller than the distance between the first cap and the weight portion at a portion facing the weight portion. The first cap and the weight portion of the sensing element can be prevented from being electrostatically bonded, and the yield can be improved, so that the cost can be reduced.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Embodiment 1)
As shown in FIGS. 1 and 2, the semiconductor acceleration sensor of the present embodiment has a weight portion 5 that is swingably supported by a support portion 16 via a pair of thin flexure portions 4. 4, two gauge resistors 6 for detecting the deformation of the bent portion 4 are formed.⁺A sensing element 1 having a diffused resistor wiring 11 is provided. In addition, the sensing element 1 has a positioning portion 16a (described later) formed integrally with the support portion 16 in an integrated manner. The weight part 5, the bending part 4, the support part 16, and the positioning part 16a in the sensing element 1 are integrally formed by etching the silicon substrate 1a. Here, the flexure 4 is formed by performing anisotropic etching from the back side of the silicon substrate 1a to provide the recess 10a. The gauge resistor 6 is formed by diffusing p-type impurities at an appropriate position on the main surface side of the bent portion 4 made of a part of the silicon substrate 1a.
[0027]
In addition, on the main surface side (upper surface side in FIG. 1) of the sensing element 1, the above-described p in the support portion 16⁺An aluminum wiring 13 connected to the diffusion diffused wiring 11 through a contact portion 12 is provided, and an input / output pad 14 connected to the aluminum wiring 13 is provided on the surface of the support portion 16. ing. Here, the pad 14 is formed on the surface of a region of the support portion 16 that is relatively distant from the bending portion 4, and is electrically connected to the separately provided conductive pattern 20 via the bonding wire 7. used. The four gauge resistors 6 described above are bridge-connected in the same manner as in the conventional configuration.
[0028]
Further, on the back surface side of the sensing element 1 (the lower surface side in FIG. 1), a flat lower cap 3 made of heat-resistant glass having a thermal expansion coefficient substantially equal to that of silicon is disposed. The back surface side of 16 is joined to the lower cap 3 by anodic bonding. Here, the lower cap 3 is formed in a rectangular shape on the outer periphery, and a swinging space of the weight portion 5 is formed between the weight portion 5 of the sensing element 1 in the center portion. That is, the weight portion 5 is formed thinner than the support portion 16 so that the above-described swinging space is formed between the weight portion 5 and the lower cap 3.
[0029]
The gap between the bottom surface of the weight part 5 and the lower cap 3 may be set, for example, to about 10 to 20 μm. To make the weight part 5 thinner than the support part 16 by about 10 μm to 20 μm, a gap using an etchant is used. What is necessary is just to etch the site | part corresponding to the weight part 5 from a back surface side by isotropic etching or dry etching. Therefore, the rear surface side of the weight portion 5 can be easily processed with a high processing accuracy of the order of μm, and the gap between the weight portion 5 and the lower cap 3 can be managed in the order of μm. The dimensional accuracy of the gap formed between the weight portion 5 and the lower cap 3 is higher than when a recess is formed in the substrate. Moreover, it is not necessary to form a recess in the lower cap 3 by sandblasting, and the processing cost of the lower cap 3 can be reduced.
[0030]
Moreover, the length of each side of the lower cap 3 is formed longer than the length of each side of the opposing weight part 5, and a part of the lower cap 3 does not overlap the sensing element 1 in the thickness direction. . In the present embodiment, the lower cap 3 is made of glass in which the back surface side of the support portion 16 of the sensing element 1 is joined and the swinging space of the weight portion 5 is formed between the weight portion 5 of the sensing element 1 at the center portion. A first cap made of metal is formed.
[0031]
Further, in the semiconductor acceleration sensor of the present embodiment, a recess 2 a that is joined to the lower cap 3 and accommodates the bending portion 4 and the weight portion 5 of the sensing element 1 is formed between the lower cap 3 and the peripheral portion of the recess 2 a. Includes an upper cap 2 made of a silicon substrate bonded to the lower cap 3 by anodic bonding. Here, the recess 2a is formed by anisotropic etching of silicon, and the recess 2a can be formed with a high processing accuracy of several μm level. In the present embodiment, the upper cap 2 constitutes a second cap.
[0032]
In the semiconductor acceleration sensor of the present embodiment, the weight portion 5 swings in a space surrounded by the lower cap 3 and the upper cap 2, and the swing range of the weight portion 5 is suppressed by the air damping effect. Prevents destruction. Here, the sensing element 1 has a damping characteristic due to an air damping effect, and the distance between the bottom surface of the recess 2a and the weight part 5 and the lower cap 3 and the weight part 5 so that the frequency characteristic of the sensor itself is optimized. The distance is set.
[0033]
The upper cap 2 is attached to the lower cap 3 via a bonding thin film 9 (see FIG. 2) made of an aluminum thin film whose surface shape is patterned in a U shape on the main surface side (the upper surface side in FIG. 1) of the lower cap 3. It is joined. The bonding thin film 9 is formed along the periphery of the lower cap 3. In other words, as shown in FIG. 2, the bonding thin film 9 is formed along three sides that are not connected to the bending portion 4 among the four sides of the rectangular weight portion 5 in the planar shape. As described above, the upper cap 2 is anodically bonded to the lower cap 3, and there is a gap between the portion of the upper cap 2 facing the support portion 16 of the sensing element 1 and the support portion 16 of the sensing element 1. A gap is formed. Further, since the upper cap 2 has an opening window 21 (see FIG. 5 described later) formed in a portion corresponding to the pad 14, even after the upper cap 2 and the sensing element 1 are joined to the lower cap 3, The bonding wire 7 can be bonded to 14.
[0034]
The pad 14 and the bonding wire 7 connected to the pad 14 are protected by the JCR 19. JCR is a sealing resin for protecting the connection portion and the bonding wire 7 by relieving stress applied to the connection portion between the pad 14 and the bonding wire 7 due to vibration and impact.
[0035]
By the way, the upper cap 2 is provided with a resin intrusion prevention protrusion 17 for preventing the JCR 19 from entering the recess 2a of the upper cap 2 from the bottom surface of the recess 2a toward the support portion 16 of the sensing element 1. ing. As the JCR 19, a silicone resin is used, and the silicone resin tries to enter the recess 2 a of the upper cap 2 due to the surface tension of the silicone resin, but the resin intrusion prevention protrusion 17 is bent in the support portion 16 of the sensing element 1. Projecting toward the part 4 side. Here, since the resin intrusion prevention protrusion 17 is formed by anisotropic etching of silicon, the processed shape can be controlled with high accuracy, and the resin intrusion prevention protrusion 17 has a level of 100 nm between the resin intrusion prevention protrusion 17 and the support portion 16. A small gap can be formed, so that silicone resin can be surely prevented from entering the recess 2a of the upper cap 2, and the influence of air flow can be eliminated. Can be obtained. On the other hand, in the semiconductor acceleration sensor having the conventional configuration, the surface of the resin intrusion prevention protrusion 17 facing the support portion 16 is not processed by the sandblast method, and the film thickness formed on the sensing element 1 side is about 1 μm to 2 μm. By partially removing the aluminum thin film, a gap of about 1 μm to 2 μm was formed between the resin intrusion prevention protrusion 17 and the support portion 16, and a part of the JCR 19 might be intruded. This is because the gap between the resin intrusion prevention protrusion 17 and the support portion 16 can be formed only with an accuracy of about several tens of μm by processing by the sandblast method. The resin used as JCR 19 is not limited to silicone resin.
[0036]
Further, the upper cap 2 has four stoppers 2b (see FIG. 1) for restricting the moving range of the weight portion 5 when excessive acceleration is applied, corresponding to the four corners of the weight portion 5 on the bottom surface of the recess 2a. Projected. Accordingly, when an excessive acceleration is applied in the thickness direction of the sensing element 1 (vertical direction in FIG. 1), the weight portion 5 does not displace further by contacting the stopper 2b. It is possible to prevent the bending portion 4 from being broken due to excessive displacement of 5. Moreover, since the stopper 2b is formed in the part corresponding to each of the four corners of the weight part 5, even if excessive acceleration in the twisting direction is applied to the weight part 5, the weight part 5 abuts on any stopper 2b. Therefore, damage to the bending part 4 is prevented. In short, in the semiconductor acceleration sensor of the present embodiment, when the excessive acceleration is applied, the displacement range in the thickness direction of the weight portion 5 is restricted, so that the stress applied to the bending portion 4 can be suppressed, It is possible to prevent the bending portion 4 from being broken, and the reliability is increased. In addition, the yield is increased and the cost can be reduced. In the present embodiment, since the recess 2a and the stopper 2b in the upper cap 2 are formed by using anisotropic etching of silicon, the recess 2a is formed on the glass substrate by sandblasting as in the prior art. Compared to the case, the processing accuracy can be increased and the processing cost can be reduced.
[0037]
Thus, in the semiconductor acceleration sensor of the present embodiment, the back surface side of the support portion 16 of the sensing element 1 is joined, and the swinging space of the weight portion 5 is formed between the weight portion 5 of the sensing element 1 at the center portion. A lower cap 3 made of metal and a recess 2a for accommodating the bending portion 4 and the weight portion 5 of the sensing element 1 are formed between the lower cap 3 and the lower cap 3. The lower cap 3 is formed around the recess 2a. The upper cap 2 made of a silicon substrate bonded to the lower cap 3 is formed, and the weight portion 5 is formed thinner than the support portion 16 so that the above-described swinging space is formed between the lower cap 3 and the lower cap. 3 can be formed without forming a recess, and the recess 2a formed in the upper cap 2 can be processed by etching silicon. The processing accuracy of the recess 2a can be increased as compared with the case where the glass substrate is processed by the sand blasting method, and the material cost and processing cost can be reduced, and the sensor characteristics can be improved in accuracy and cost reduced. Can do. Furthermore, the upper cap 2 and the sensing element 1 can be anodically bonded to the lower cap 3 at the time of manufacturing, so that the manufacturing cost can be reduced and the cost can be further reduced.
[0038]
By the way, in the manufacture of the semiconductor acceleration sensor of the present embodiment, as shown in FIG. 3, the silicon wafer 2A (see FIG. 5) in which a large number of upper caps 2 are integrally formed and the large number of sensing elements 1 are continuously integrated. Each of the formed device wafers 1A (see FIG. 4) is positioned with respect to the glass substrate 3A for forming the lower cap 3, and after the silicon wafer 2A and the device wafer 1A are simultaneously anodically bonded to the glass substrate 3A, dicing is performed. Is divided into chips each composed of the sensing element 1, the lower cap 3, and the upper cap 2.
[0039]
Here, in the above positioning, the upper cap 2 and the sensing element 1 are positioned with respect to the lower 3 cap as shown in FIG. 1, so that the upper cap 2 and the sensing element 1 are moved to the lower cap by subsequent anodic bonding. 3 are simultaneously bonded.
[0040]
Thus, according to the manufacturing method described above, anodic bonding can be completed only once, so that a highly accurate semiconductor acceleration sensor can be provided at low cost.
[0041]
By the way, in manufacturing the conventional semiconductor acceleration sensor, a circular glass substrate having a large number of upper caps 2 ', a circular silicon wafer having a large number of sensing elements 1', and a circle having a large number of lower caps 3 '. Orientation flats were processed and formed on each glass substrate in the shape, and positioning was performed at the position of the orientation flats. However, since the processing accuracy of the orientation flats is poor and a deviation of several hundreds of micrometers may occur. There is a problem that the chip size becomes large.
[0042]
On the other hand, as shown in FIGS. 2 and 6, the support portion 16 in the sensing element 1 described above is joined with a pair of positioning portions 16 a that are joined to the peripheral portion of the lower cap 3 and face the outer peripheral side surface of the upper cap 2. It is integrally formed. The positioning portion 16a has an angle θ1 (see FIG. 7) formed with the lower cap 3 such that the surface facing the outer peripheral side surface of the upper cap 2 is parallel to the opposing outer peripheral side surface. In short, in FIG. 7, the angle θ <b> 2 formed between the outer peripheral side surface of the upper cap 2 and the lower cap 3 is substantially equal to the angle θ <b> 1 formed by the positioning portion 16 a with the lower cap 3. Here, since the opposing surfaces of the upper cap 2 and the positioning portion 16a are both silicon (111) surfaces and are processed by anisotropic etching, the angles θ1 and θ2 described above are both It will be about 54.7 degrees.
[0043]
Thus, in the present embodiment, positioning of the upper cap 3 after positioning the sensing element 1 to the lower cap 3 is facilitated, positioning accuracy is improved, and a margin for positioning is reduced. Thus, the chip size can be reduced, and the weight portion 5 can be increased in size without increasing the chip size, so that the sensitivity can be increased.
[0044]
(Embodiment 2)
The basic configuration of the semiconductor acceleration sensor of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment. As shown in FIG. 8, the lower cap 3 and the weight portion 5 are arranged at a portion facing the weight portion 5 in the lower cap 3. It is characterized in that the insulating thin film 22 having a smaller film thickness than the distance between them is formed. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to Embodiment 1, and description is abbreviate | omitted.
[0045]
The manufacturing method of the semiconductor acceleration sensor of the present embodiment is substantially the same as the manufacturing method described in the first embodiment, and the upper cap 3 and the sensing element 1 are positioned with respect to the lower cap 3 on which the insulating thin film 22 is formed. Later, since the upper cap 3 and the sensing element 1 are anodically bonded to the lower cap 3 at the same time, only one anodic bonding is required and the insulating thin film 22 is formed in advance. The weight part 5 and the lower cap 3 can be prevented from being electrostatically bonded.
[0046]
As the insulating thin film 22, for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or the like is used, and the film thickness may be set as appropriate within a range of several hundred nm to several μm. Further, as a method for forming the insulating thin film 22, for example, a sputtering method, a CVD method, or the like may be employed.
[0047]
【The invention's effect】
  According to the first aspect of the present invention, a gauge resistor that has a weight portion that is swingably supported via a thin flexure portion at a portion on the main surface side of the support portion and that detects deformation of the flexure portion is formed in the flexure portion. A first plate-like flat cap made of glass in which a sensing element made of pure silicon and a back surface side of the sensing element support part are joined and a swinging space of the weight part is formed in the center part with the weight part of the sensing element And a silicon substrate bonded to the first cap and forming a recess for accommodating the bending portion and the weight portion of the sensing element between the first cap and the periphery of the recess bonded to the first cap. And the weight portion is formed thinner than the support portion so that the rocking space is formed between the first cap and the weight portion. Between the cap By forming the oscillating space thinner than the support portion, the oscillating space can be formed without forming a recess in the first cap, and the second cap is formed on the silicon substrate. Since the recess formed in the second cap can be processed by etching silicon, the processing accuracy of the recess can be improved as compared with the case where the glass substrate is processed by the sandblast method. The material cost and the processing cost can be reduced, the sensor characteristic can be improved in accuracy and the cost can be reduced, and the second cap and the sensing element are simultaneously anodic bonded to the first cap during manufacturing. It is possible to reduce the manufacturing cost, and the cost can be further reduced..
  According to the first aspect of the present invention, the support portion is formed integrally with the positioning portion that is joined to the peripheral portion of the first cap and faces the outer peripheral side surface of the second cap, and the positioning portion is the second cap. Since the angle formed with the first cap is set so that the surface facing the outer peripheral side surface is parallel to the opposing outer peripheral side surface, the first element after the sensing element is aligned with the first cap is set. The positioning of the cap 2 is facilitated, the positioning accuracy is improved, the margin for positioning can be reduced, the chip size can be reduced, and the chip size is increased. In addition, there is an effect that the size of the weight portion can be increased and the sensitivity can be increased.
[0049]
  Claim2The invention of claim1'sIn the invention, an input / output pad is formed in the support portion at a position away from the flexible portion in a region not covered by the second cap, and the second cap is formed from the bottom surface of the recess. In order to relieve stress applied to the bonding portion between the bonding wire and the pad connected to the pad and the bonding wire, since the resin intrusion prevention protrusion protruding toward the bending portion side portion of the support portion is provided. Even if the sealing resin is applied, the sealing resin is prevented from entering the recess of the second cap. By applying the sealing resin, the connection reliability of the bonding wire is improved. There is an effect that the reliability of the entire sensor is improved.
[0051]
  Claim3The invention of claim1 or claim 2In the invention, the first cap is formed with an insulating thin film having a film thickness smaller than the distance between the first cap and the weight portion at a portion facing the weight portion. Since the first cap and the weight portion of the sensing element can be prevented from being electrostatically bonded, and the yield is improved, the cost can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a first embodiment.
[Fig. 2] Fig. 2 is a schematic plan view of the same as above with a top cap removed.
FIG. 3 is an explanatory diagram of the manufacturing method of the above.
FIG. 4 is an explanatory diagram of the manufacturing method of the above.
FIG. 5 is an explanatory diagram of the manufacturing method of the above.
FIG. 6 is a schematic sectional view of the above.
7 is an explanatory diagram of a main part B of FIG. 6;
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a second embodiment.
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a conventional example.
FIG. 10 is a schematic plan view of the sensing element in the same as above.
[Explanation of symbols]
1 Sensing element
1a Silicon substrate
2 Top cap
2a recess
2b Stopper
3 Lower cap
4 flexure
5 Weight part
6 gauge resistance
7 Bonding wire
11 p⁺Diffusion resistance wiring
14 Pad
16 Support part
17 Resin intrusion prevention protrusion

Claims

A sensing element made of silicon having a weight portion that is swingably supported through a thin flexible portion at a site on the main surface side of the support portion, and a gauge resistor that detects deformation of the flexible portion is formed in the flexible portion; A first flat plate cap made of glass in which the back side of the support portion of the sensing element is joined and a swinging space of the weight portion is formed between the weight portion of the sensing element in the center portion, and the first cap A second cap made of a silicon substrate, in which a recess for accommodating the bent portion and the weight portion of the sensing element is formed between the first cap and the peripheral portion of the recess is bonded to the first cap. And the weight portion is formed thinner than the support portion so that the oscillating space is formed between the first cap and the support portion, and the support portion is joined to the peripheral portion of the first cap and second. Outside the cap A positioning portion facing the side surface is formed continuously and integrally, and the positioning portion forms an angle with the first cap so that the facing surface with the outer peripheral side surface of the second cap is parallel to the opposing outer peripheral side surface. A semiconductor acceleration sensor characterized by being set .

The support part is formed with an input / output pad at a position away from the flexible part in a region not covered by the second cap, and the second cap is formed from the bottom surface of the recess. 2. The semiconductor acceleration sensor according to claim 1, further comprising a resin intrusion prevention protrusion that protrudes toward a portion on the side of the bending portion .

The first cap is characterized in that an insulating thin film having a thickness smaller than a distance between the first cap and the weight is formed at a portion facing the weight. The semiconductor acceleration sensor according to claim 1 or 2 .