センサ装置の製造方法
【課題】多軸方向に関する検出が可能な小型のセンサ装置の製造コストを低減することができる製造方法を提供する。
【解決手段】連結部１１０によって互いに連結された第１および第２のセンサ素子１０１、１０２が基板１００上に形成される。第１および第２のセンサ素子１０１、１０２のそれぞれを支持する第１および第２の部分Ｐ１、Ｐ２に基板１００が分割される。この分割の後に、連結部１１０を曲げながら第１のセンサ素子１０１に対して第２のセンサ素子１０２の向きが変えられる。
【解決手段】連結部１１０によって互いに連結された第１および第２のセンサ素子１０１、１０２が基板１００上に形成される。第１および第２のセンサ素子１０１、１０２のそれぞれを支持する第１および第２の部分Ｐ１、Ｐ２に基板１００が分割される。この分割の後に、連結部１１０を曲げながら第１のセンサ素子１０１に対して第２のセンサ素子１０２の向きが変えられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のセンサ素子を有するセンサ装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
たとえば自動車のエアバッグシステムにおいて、多軸方向の加速度を検出するためのセンサが用いられている。このような多軸力学量検出センサは、Ｘ、Ｙの２軸方向、あるいはＸ、Ｙ、Ｚの３軸方向の力学量の検出を１つのセンサで行なうことができる。よって限られたスペースにおいて多軸方向の力学量を検出する必要がある場合に、多軸力学量センサは特に好適に用いられる。
【０００３】
このようなセンサの製造方法は、たとえば、特開２００３−２８６４６号公報に開示されている。この公報によれば、まず複数のセンサブロックの各々に半導体センサの素子が設けられる。次に複数のセンサブロックが互いに固定されることで、多軸半導体センサが形成される。
【特許文献１】特開２００３−２８６４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の公報の技術において多軸半導体センサ（センサ装置）を十分に小型化しようとすると、センサ素子の大きさとほとんど同程度までセンサブロックを小さくする必要がある。このように微細な複数のセンサブロックを互いに固定する工程は、煩雑であり、また通常の半導体製造装置と異なる専用の組立装置を必要とする。このため上記従来の技術では、センサ装置の製造コストが高くなるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、多軸方向に関する検出が可能な小型のセンサ装置の製造コストを低減することができる製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のセンサ装置の製造方法は、以下の工程を有する。
連結部によって互いに連結された第１および第２のセンサ素子が基板上に形成される。第１および第２のセンサ素子のそれぞれを支持する第１および第２の部分に基板が分割される。この分割の後に、連結部を曲げながら第１のセンサ素子に対して第２のセンサ素子の向きが変えられる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のセンサ装置によれば、装置が小型であっても、第１のセンサ素子に対する第２のセンサ素子の向きを連結部を曲げるだけで変えることができる。このため、多軸方向に関する検出が可能な小型のセンサ装置の製造コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
はじめに本実施の形態におけるセンサ装置としての多軸加速度センサチップの製造方法の概要について説明する。
【０００９】
まずＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)製造技術により、１軸方向の力学量を検出することができる構成を有するセンサ素子が、検出軸の方向が同一の方向（第１の方向）となるように基板表面上に多数形成される。この多数のセンサ素子は、特定の基準チップ（第１のセンサ素子）と、この基準チップの周囲に配置されたチップ（第２のセンサ素子）とを含む。第１および第２のセンサ素子は、電気信号の入出力電極に関して異なる配置を有するが、ＭＥＭＳ構造に関しては同一の構造を有する。
【００１０】
次に第１および第２のセンサ素子の電気信号入出力電極がポリシリコン膜（連結部）によって架橋配線される。このポリシリコン膜は、上記のＭＥＭＳ構造の形成と同時に、あるいは引き続いて、同様の形成技術によって形成することができる。
【００１１】
次に基板のうち第２のセンサ素子の直下の部分の膜厚が、異方性ドライエッチングや異方性ウエットエッチングなどの加工技術によって薄くされる。続いて同様の加工技術によって、基板のうち第２のセンサ素子の周囲の部分が完全に除去される。この除去によって、基板は、第１および第２のセンサ素子のそれぞれを支持する第１および第２の部分に分割される。この第１の部分は、エッチングによって除去された領域を介して第２の部分と対向する側面を有する。
【００１２】
次に、この側面または第２の部分の底面の少なくともいずれかに接着材が塗布される。次に架橋配線が弾力性に富むことを利用して、架橋配線が折り曲げられる。これにより第１の部分の側面上に、第２の部分の裏面が固定される。この折り曲げ操作により、第２のセンサ素子の力学量検出方向は、第１のセンサ素子の検出方向と異なる方向（第２の方向）とされる。これにより、第１および第２の方向に関して力学量を検出することができる構成が得られる。
【００１３】
次に基板のダイシングが行なわれる。これにより、最初に多数のセンサ素子が形成された１つの基板から、多数のセンサ装置が切り出される。このセンサ装置は、必要に応じて、リードフレームにダイボンドされ、ワイヤボンドされ、最後にモールド樹脂により封止される。
【００１４】
上記の製造工程において、前半のウエハレベル工程はＭＥＭＳ技術を用いたバッチ処理によって、また後半の組立工程はＩＣ(Integrated Circuit)チップと同じ組立設備によって行なうことができる。
【００１５】
なお上記のエッチングが異方性ドライエッチングの場合には、エッチングによって基板表面と直交する側面が形成されるので、第１および第２のセンサ素子の検出軸は互いに直交する。
【００１６】
また上記製造工程の初期段階において基板上に形成される多数のセンサ素子は、第３のセンサ素子を含んでもよい。この場合、第２および第３のセンサ素子の各々は、平面視において、第１のセンサ素子からの方位が直交するように配置されることが好ましい。この第３のセンサ素子の検出軸が上述した折り曲げ操作と同様の方法によって変化されることで、３軸センサを得ることができる。
【００１７】
次に本実施の形態におけるセンサ装置の構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態１におけるセンサ装置の構成を概略的に示す平面図である。図２は、図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った概略断面図である。
【００１８】
図１および図２を参照して、本実施の形態のセンサ装置は、第１検出軸ＡＸ１および第２検出軸ＡＸ２の２つの検出軸を有する多軸加速度センサチップ８０１である。多軸加速度センサチップ８０１（センサ装置）は、主に、ＳＯＩ(Silicon On Insulator)基板１００と、第１および第２の加速度センサ１０１、１０２（第１および第２のセンサ素子）と、連結部１１０と、接続パッド１０８とを有する。
【００１９】
第１の加速度センサ１０１は、ＳＯＩ基板１００の主面（図２の上面）上に形成されている。第２の加速度センサ１０２は、ＳＯＩ基板１００の側面（図２の左面）上に接着材５０１によって固定されている。第１および第２の加速度センサ１０１、１０２のそれぞれは、第１および第２検出軸ＡＸ１、ＡＸ２に沿った加速度を検出する機能を有する。第１検出軸ＡＸ１はＳＯＩ基板１００の主面に垂直な方向を有する。第２検出軸ＡＸ２は第１検出軸ＡＸ１と直交している。
【００２０】
第１の加速度センサ１０１は、固定電極２８１と、可動電極２７１と、ガラスキャップ１０３と、ポリシリコン配線２０１とを有する。固定電極２８１はＳＯＩ基板１００上に設けられている。可動電極２７１は、固定電極２８１と間隔を介して対向しており、かつ第１検出軸ＡＸ１に沿った加速度に応じて第１検出軸ＡＸ１に沿って変位する構成を有する。この構成により、固定電極２８１と可動電極２７１との間の静電容量を測定することで、第１検出軸ＡＸ１方向の加速度を検出することができる。
【００２１】
第２の加速度センサ１０２は、固定電極２８２と、可動電極２７２と、ガラスキャップ１０４と、ポリシリコン配線２０２とを有する。固定電極２８２はＳＯＩ基板１００上に設けられている。可動電極２７２は、固定電極２８２と間隔を介して対向しており、かつ第２検出軸ＡＸ２に沿った加速度に応じて第２検出軸ＡＸ２に沿って変位する構成を有する。この構成により、固定電極２８２と可動電極２７２との間の静電容量を測定することで、第２検出軸ＡＸ２方向の加速度を検出することができる。第２の加速度センサ１０２のガラスキャップ１０４内における構造は、ポリシリコン配線の引き回し、および検出軸の向きを除いて、第１の加速度センサ１０１のガラスキャップ１０３内における構造と同一の構造を有する。
【００２２】
連結部１１０は、ポリシリコン架橋配線１０５と、ポリシリコンパッド１０６、１０７とを有する。ポリシリコンパッド１０６、１０７のそれぞれは、第１および第２の加速度センサ１０１、１０２の側に配置されている。ポリシリコン架橋配線１０５はポリシリコンパッド１０６および１０７を架橋している。連結部１１０は、第１および第２の加速度センサ１０１、１０２を互いに連結することで、第１および第２の加速度センサ１０１、１０２を互いに電気的に接続している。
【００２３】
接続パッド１０８は、ＳＯＩ基板１００上に設けられている。接続パッド１０８は、第１および第２の加速度センサ１０１、１０２を、ＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)などの外部機器と接続するためのものである。接続パッド１０８と第１の加速度センサ１０１との間は、ＳＯＩ基板１００の主面上の配線によって電気的に接続されている。また接続パッド１０８と第２の加速度センサとの間は、ＳＯＩ基板１００の主面上の配線と連結部１１０とによって電気的に接続されている。接続パッド１０８は、ポリシリコンパッド上に形成されたクロムや金などのフッ酸に耐久性のある金属薄膜であり、蒸着法やスパッタ法によって形成することができる。
【００２４】
本実施の形態の多軸加速度センサチップ８０１は、ＳＯＩ基板を用いた通常のＩＣチップと同様に、ＳＯＩ基板１００と、この半導体基板の主面上に形成された接続パッド１０８とを有している。これにより多軸加速度センサチップ８０１は、通常のＩＣチップと同様に取り扱うことができる。具体的には、たとえばリードフレームを取り付けることや、さらに樹脂モールドを用いてパッケージングすることが、通常のＩＣと同様に可能である。
【００２５】
なおガラスキャップ１０３および１０４のそれぞれは、ポリシリコン部２１５および２１６を介して絶縁膜２１３上に配置されている。ガラスキャップ１０３および１０４のそれぞれは、陽極接合境界面で周囲環境から完全に遮断されたキャビティ２０５および２０６を有し、第１および第２の加速度センサ１０１および１０２の可動構造体を気密封止している。
【００２６】
ＳＯＩ基板１００は、単結晶シリコン部２１０と、埋込酸化膜２１１と、ＳＯＩ層２１２とを有する。シリコン層２１２の表面の一部、すなわちＳＯＩ基板１００の主面の一部は、必要に応じて絶縁膜２１３によって被覆されている。ＳＯＩ層２１２の厚さはガラスキャップ１０３、１０４の各々の厚さと同じであることが好ましく、典型的には約３００μｍである。
【００２７】
ポリシリコン配線２０１および２０２のそれぞれは、ガラスキャップ１０３および１０４内部の可動構造体と外部とを電気的に接続するように、ポリシリコン部２１５および２１６の直下を横断している。またポリシリコン配線２０１、２０２は、絶縁膜２１３に埋め込まれることで、周囲から電気的に絶縁分離されている。絶縁膜２１３は、たとえば上層窒化膜と下層酸化膜とからなる二層構造を有する。
【００２８】
絶縁膜２１４は、ポリシリコン配線２０１および２０２のそれぞれとポリシリコン部２１５および２１６との間を絶縁するように設けられている。絶縁膜２１４は、たとえば上層が窒化膜、下層が酸化膜からなる二層構造を有する。
【００２９】
次に多軸加速度センサチップ８０１の製造方法について説明する。図３は、本発明の実施の形態１におけるセンサ装置の製造方法の第１工程を概略的に示す部分平面図である。また図４は、図３の線ＩＶ−ＩＶに沿った概略的な部分断面図である。図５〜図７のそれぞれは、本発明の実施の形態１におけるセンサ装置の製造方法の第２〜第４工程を概略的に示す部分断面図である。図８は、本発明の実施の形態１におけるセンサ装置の製造方法の第５工程を概略的に示す部分平面図である。また図９は、図８の線ＩＸ−ＩＸに沿った概略的な部分断面図である。図１０は、本発明の実施の形態１におけるセンサ装置の製造方法の第６工程を概略的に示す部分平面図である。また図１１は、図１０の線ＸＩ−ＸＩに沿った概略的な部分断面図である。
【００３０】
図３および図４を参照して、ＳＯＩ基板１００上に第１および第２の加速度センサ１０１、１０２を含む多数の加速度センサが、ＭＥＭＳ製造技術により形成される。第１の加速度センサ１０１および第２の加速度センサ１０２は、ポリシリコンで構成された同一寸法、同一形状の可動構造体を有し、かつ一の方向２０９に沿った検出軸を有する。
【００３１】
この可動構造体を保護するために、ガラスキャップ１０３、１０４が公知の陽極接合技術によりＳＯＩ基板１００と接合される。具体的には、まずウエハ形状のガラス板上に、フッ酸によるウエットエッチングやサンドブラストによる物理機械的加工により、可動構造体が収納可能な凹状の窪みが形成される。このガラス板がＳＯＩ基板１００上に陽極接合される。そしてガラス板の不要部位が、たとえば回転刃を有するダイサーを用いて切除される。これにより、ガラス板からガラスキャップ１０３および１０４の各々が切り出される。
【００３２】
また第１および第２の加速度センサ１０１、１０２を互いに連結するように、連結部１１０が形成される。具体的には、まず第１の加速度センサ１０１の第２の加速度センサ１０２側にポリシリコンパッド１０６が形成され、第２の加速度センサ１０２の第１の加速度センサ１０１側にポリシリコンパッド１０７が形成される。次にポリシリコンパッド１０６と１０７とがポリシリコン架橋配線１０５によって結線される。導電性を有するポリシリコンからなる連結部１１０により連結されることで、第１および第２の加速度センサ１０１、１０２は互いに電気的に接続される。
【００３３】
図５を参照して、第１および第２の加速度センサ１０１、１０２と、連結部１１０とを保護するための、厚いホトレジスト層９０１が塗布法により形成される。またＳＯＩ基板１００の裏面（図５の下面）上にもホトレジスト層９０２が形成される。次に表側のパターンを基準に裏面側を写真製版することが可能ないわゆる両面露光器を使用して、ホトレジスト層９０２が露光される。続いてホトレジスト層９０２の現像によって、ホトレジスト層９０２のうち、第２の加速度センサ１０２に相当する領域およびそれを取り囲む領域が除去される。この現像によりパターニングされたホトレジスト層９０２をホトレジストマスクとして、単結晶シリコン部２１０が異方性ドライエッチングにより除去される。このエッチングにより単結晶シリコン部２１０に貫通孔４０１が形成される。このエッチングの際、ＳＯＩ基板１００中の埋込酸化膜２１１をエッチングストッパとして用いることができる。次にホトレジスト層９０１、９０２が酸素プラズマを用いたレジストアッシャにより灰化されることで除去される。
【００３４】
図６を参照して、ホトレジスト層９０１（図５）と同様のホトレジスト層９０３が形成される。またＳＯＩ基板１００の裏面（図６の下面）上にもホトレジスト層９０４が形成される。この時すでにＳＯＩ基板１００裏面には単結晶シリコン部２１０の厚さに相当する深い穴が形成されているので、スピンコート方式によってホトレジストを均一に塗布することは困難である。そのためホトレジスト層９０４の形成は、段差の激しい部位に塗布が可能であるスプレー方式により行なわれることが好ましい。次に両面露光器を使用してホトレジスト層９０４が露光される。続いてホトレジスト層９０４の現像によって、ホトレジスト層９０４のうち第２の加速度センサ１０２を取り囲む領域が除去される。
【００３５】
図７を参照して、上記除去によりパターニングされたホトレジスト層９０４をホトレジストマスクとして、埋込酸化膜２１１およびＳＯＩ層２１２が異方性ドライエッチングによりリング状に除去される。このエッチングの際、絶縁膜２１３をエッチングストッパとして用いることができる。次にホトレジスト層９０３、９０４が酸素プラズマを用いたレジストアッシャにより灰化されることで除去される。
【００３６】
図８および図９を参照して、絶縁膜２１３の露出部が除去される。具体的には、まずウエハ全体（図７に示す構造全体）がフッ酸液に浸漬されることで、絶縁膜２１３の下層酸化膜が除去される。次に軽いドライエッチングにより絶縁膜２１３の上層窒化膜が除去される。第２の加速度センサ１０２は、ポリシリコン架橋配線１０５によって支持されることで、貫通孔４０１の上方に浮いた状態とされる。
【００３７】
なお上記のフッ酸液への浸漬の際において、ウエハ表面には窒化膜やポリシリコンやガラスキャップなどが露出しているが、ガラスキャップ以外はフッ酸に耐性があり、これらの材料で構成された露出部はフッ酸による酸化膜エッチング中にエッチングされることはない。また接続パッド１０８はフッ酸に耐性があるのでエッチングされることはない。一方、ガラスキャップはフッ酸でエッチングされてしまうが、その厚さを十分に大きくすればエッチングによる厚さの減少は無視することができる。たとえば、絶縁膜２１３の下層酸化膜の厚さは概略１〜２μｍ程度とされ、ガラスキャップの厚さは概略３００μｍ程度とされる。
【００３８】
またポリシリコン架橋配線１０５は窒化膜とのエッチング選択比に乏しいポリシリコン膜からなるので、上記の軽いエッチングの際に膜厚が減少する。しかし、絶縁膜２１３の上層窒化膜の厚さを十分薄くすることにより、ポリシリコン架橋配線１０５の膜厚の減少は無視することができる。たとえば、絶縁膜２１３の上層窒化膜の厚さは約０．２μｍとされる。
【００３９】
上記の一連のエッチングによって、図９に示すように、ＳＯＩ基板１００は、第１の加速度センサ１０１を支持する第１の部分Ｐ１と、第２の加速度センサ１０２を支持する第２の部分Ｐ２とに分割される。
【００４０】
次にウエハ（図９に示す構造）が反転され、貫通孔４０１を通じてＳＯＩ層２１２上に、たとえば導電性ペーストからなる接着材５０１が塗布される。この塗布は、たとえばディスペンサを用いて行なうことができる。次にこのウエハが再度反転される。
【００４１】
図１０および図１１を参照して、ポリシリコン架橋配線１０５の弾力性を利用してポリシリコン架橋配線１０５がウエハの表側（図１１の上側）から押し曲げられる。これにより第２の加速度センサ１０２は、第１の加速度センサ１０１に対して向きを変えながら貫通孔４０１に入れられ、ＳＯＩ基板側面５０２に貼り付けられる。この結果、第１および第２の加速度センサのそれぞれの検出軸は互いに直交化される。
【００４２】
次にダイシングライン７０１（図１０）に沿ってウエハが切断されることで、多軸加速度センサチップ８０１（図１および図２）が切り出される。
【００４３】
本実施の形態によれば、第１の加速度センサ１０１に対する第２の加速度センサ１０２の向きを連結部１１０を曲げるだけで変えることができる。このため、第１および第２検出軸ＡＸ１、ＡＸ２に対応する多軸方向に関する検出が可能な小型の多軸加速度センサチップ８０１の製造コストを低減することができる。
【００４４】
また図５に示すように、ＳＯＩ基板１００の埋込酸化膜２１１をエッチングストッパとして用いることができる。これにより第２の部分Ｐ２（図９）の厚さを安定化することができる。よって、第１および第２の部分Ｐ１、Ｐ２を接着材５０１を用いて貼り付ける条件が安定化されるので製造効率が向上する。
【００４５】
また第２の加速度センサ１０２の周囲のシリコンをエッチングで除く作業は、裏面側（図５〜図７における下面側）からのみ実施される。これにより、ポリシリコン架橋配線１０５がエッチングによって損傷することを防止することができる。
【００４６】
（実施の形態２）
図１２は、本発明の実施の形態２におけるセンサ装置の構成を概略的に示す断面図である。図１２を参照して、本実施の形態の多軸加速度センサチップ８０２は、実施の形態１におけるＳＯＩ基板１００（図２）の代わりにシリコン基板２００を有する。
【００４７】
図１３〜図１６のそれぞれは、本発明の実施の形態２におけるセンサ装置の製造方法の第１〜４工程を概略的に示す部分断面図である。
【００４８】
図１３を参照して、シリコン基板２００上に、実施の形態１と同様の工程（図４）によって第１および第２の加速度センサ１０１、１０２が形成される。
【００４９】
図１４を参照して、実施の形態１と同様の工程（図５）によって、ホトレジスト層９０１、９０２が形成される。次にホトレジスト層９０２をホトレジストマスクとして、異方性ドライエッチングによりシリコン基板２００が所定の時間エッチングされる。これによりホトレジストマスクの露出部においてシリコン基板２００の厚さがガラスキャップの厚さ（たとえば３００μｍ）と同程度にまで薄くされる。次にホトレジスト層９０１、９０２が酸素プラズマを用いたレジストアッシャにより灰化されることで除去される。
【００５０】
図１５を参照して、実施の形態１と同様の工程（図６）によって、ホトレジスト層９０３、９０４が形成される。
【００５１】
図１６を参照して、ホトレジスト層９０４をホトレジストマスクとして、シリコン基板２００が異方性ドライエッチングによりリング状に除去される。このエッチングの際、絶縁膜２１３をエッチングストッパとして用いることができる。次にホトレジスト層９０３、９０４が酸素プラズマを用いたレジストアッシャにより灰化されることで除去される。
【００５２】
次に、実施の形態１と同様の工程（図８〜図１１）によって、本実施の多軸加速度センサチップ８０２が製造される。
【００５３】
なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【００５４】
本実施の形態によれば、ＳＯＩ基板に比してより安価なシリコン基板２００を用いて多軸加速度センサチップ８０２を製造することができる。
【００５５】
（実施の形態３）
図１７は、本発明の実施の形態３におけるセンサ装置の構成を概略的に示す断面図である。図１７を参照して、本実施の形態の多軸加速度センサチップ８０３は、実施の形態２における連結部１１０の代わりに金メッキ架橋配線１３０１を有する。
【００５６】
図１８および図１９のそれぞれは、本発明の実施の形態３におけるセンサ装置の製造方法の第１および第２工程を概略的に示す部分断面図である。
【００５７】
図１８を参照して、第１および第２の加速度センサ１０１、１０２の形成後、かつ金メッキ架橋配線１３０１（図１７）の形成前に、第２の加速度センサ１０２の周囲の絶縁膜２１３がホトレジストマスク（図示せず）を用いた写真製版技術によってリング状に除去される。これによりシリコン基板２００の主面（図１８の上面）の一部が露出する。次にホトレジストマスクが除去される。
【００５８】
次に上記の露出したシリコンを除く部分を写真製版により新たなホトレジスト層で厚く保護した後、表側（図１８の上面側）からシリコン基板２００の異方性ドライエッチングが行なわれる。これにより第２の加速度センサ１０２の周囲においてリング状の溝１２０１が形成される。
【００５９】
次に溝１２０１の一部がホトレジスト層１２０２によって埋め込まれる。ホトレジスト層１２０２の厚さは概略２００μｍ以上である。
【００６０】
なお上記のシリコン基板２００のエッチングにおいて、シリコン基板２００が単結晶のシリコン基板の場合には、ガラスキャップの厚み（概略３００μｍ）程度の深さまでシリコンがエッチングされるようエッチング時間が設定される。またシリコン基板２００がＳＯＩ基板の場合には、ＳＯＩ層の厚み分エッチングしたところで埋め込み酸化膜が露出し、そこでエッチングが自動的にストップする。
【００６１】
図１９を参照して、ポリシリコンパッド上に蒸着法やスパッタ法でクロム薄膜が形成され、その上にシード層として金薄膜が蒸着法やスパッタ法で形成され、さらにメッキ法により厚さ数十μｍの金メッキ膜が形成される。これにより第１および第２の加速度センサ１０１、１０２を互いに連結し、かつポリシリコン配線２０１および２０２を互いに電気的に接続する金メッキ架橋配線１３０１が形成される。
【００６２】
次に実施の形態１または実施の形態２と同様に、裏側（図１９の下面側）からシリコン基板２００の一部が異方性ドライエッチングで除去される。エッチング面が溝１２０１の底に到達した時点でエチングが停止される。このエッチングによって、ホトレジスト層１２０２が露出する。次にこのホトレジスト層１２０２が酸素プラズマを用いたレジストアッシャによって灰化されることで除去される。
【００６３】
こうして、第２の加速度センサ１０２が第１の加速度センサ１０１に金メッキ架橋配線１３０１を介して支えられて宙吊りにされた構成が得られる。以降の製造過程は、すでに説明した実施の形態１または実施の形態２と同様である。
【００６４】
以上により本実施の形態の多軸加速度センサチップ８０３（図１７）が得られる。
なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態１または２の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【００６５】
本実施の形態によれば、深い凹部内にホトレジスト層を形成することで写真製版を行なうという技術的に難易度の高い工程（たとえば図１５に示す工程）が不要となる。よって、より容易にセンサ装置を製造することができる。
【００６６】
また金メッキ架橋配線１３０１は、金を含むので曲げられても破損しにくい。また金メッキ架橋配線１３０１は、図１９に示すように溝１２０１の部分で大きく湾曲した形で形成されるが、最終的には図１７に示すように引き延ばして用いることができる。
【００６７】
（実施の形態４）
上記の実施の形態１〜３においては、第１の加速度センサ１０１を支持する基板が、第２の加速度センサ１０２を支持する基板の支持台とされている。すなわち第１の部分Ｐ１（図９）の側面５０２上に第２の部分Ｐ２が貼り付けられる。一方、本実施の形態においては、第１の加速度センサ１０１を支持する基板と、第２の加速度センサ１０２を支持する基板との両方を支持する支持台が別途設けられる。
【００６８】
図２０は、本発明の実施の形態４におけるセンサ装置の構成を概略的に示す断面図である。図２０を参照して、本実施の形態の多軸加速度センサチップ８０４は、支持台１７００を有する。この支持台１７００に、連結部１１０によって互いに連結された第１および第２の加速度センサ１０１、１０２が貼り付けられている。
【００６９】
図２１および図２２のそれぞれは、本発明の実施の形態４におけるセンサ装置の製造方法の第１および第２工程を概略的に示す部分断面図である。
【００７０】
図２１を参照して、まず実施の形態２と同様に、シリコン基板２００上に第１および第２の加速度センサ１０１、１０２が形成される。その後、裏面を研削することで、シリコン基板２００の厚さがガラスキャップの厚さと同じ概略３００μｍとされる。続いてシリコン基板２００の表面および裏面のそれぞれにホトレジスト層９０５および９０６が塗布される。次に両面露光器を使用してホトレジスト層９０６が露光される。続いてホトレジスト層９０６の現像によって、ホトレジスト層９０６のうち第２の加速度センサ１０２を取り囲む領域が除去される。
【００７１】
パターニングされたホトレジスト層９０６をホトレジストマスクとして、シリコン基板２００が異方性ドライエッチングによりリング状に除去される。このエッチングの際、絶縁膜２１３をエッチングストッパとして用いることができる。このエッチングによって、シリコン基板２００にリング状の貫通孔４０２が形成される。
【００７２】
次にホトレジスト層９０５、９０６が酸素プラズマを用いたレジストアッシャにより灰化されることで除去される。次に実施の形態１と同様の工程（図８および図９）によって、絶縁膜２１３の露出部が除去される。
【００７３】
上記の一連の加工によって、シリコン基板２００は、第１の加速度センサ１０１を支持する第１の部分Ｑ１と、第２の加速度センサ１０２を支持する第２の部分Ｑ２とに分割される。すなわち、第２の加速度センサ１０２は、ポリシリコン架橋配線１０５によって支持されることで、貫通孔４０２内において浮いた状態とされる。次に、ダイシングライン７０１（図１０）に沿ってダイシングが行なわれる。
【００７４】
図２２を参照して、上記のダイシングによって、連結部１１０のみによって互いに連結された第１および第２の加速度センサ１０１、１０２からなる部材が切り出される。この切り出された部材は専用のトレイにいったん収納される。また支持台１７００の上面および側面の各々に導電性ペーストなどの接着材５０１が塗布される。
【００７５】
次にガラスキャップ１０３および１０４の両方の天面が真空吸着コレットなどの吸着治具によって保持され、支持台１７００の近くに搬送される。次に第１の加速度センサ１０１が支持台１７００の上面に接着材５０１を介して貼り付けられる。これにより第２の加速度センサは、連結部１１０によって中空に支持される。
【００７６】
次に連結部１１０のポリシリコン架橋配線１０５の弾力性を利用してポリシリコン架橋配線１０５が押し曲げられる。これにより第２の加速度センサ１０２は、第１の加速度センサ１０１に対して向きを変え、支持台１７００の側面に接着材５０１を介して貼り付けられる。この結果、第１および第２の加速度センサ１０１、１０２のそれぞれの検出軸は互いに直交化される。
【００７７】
以上により本実施の形態の多軸加速度センサチップ８０４が製造される。
なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態２の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【００７８】
また連結部１１０の代わりに金メッキ架橋配線１３０１が用いられてもよい。
本実施の形態によれば、シリコン基板２００の裏面からのエッチングの回数を１回のみとすることができるので、エッチング工程を簡略化することができる。
【００７９】
また支持台１７００の形状を自由に選択することができる。
また第１および第２の加速度センサ１０１、１０２の間は、連結部１１０によって電気的に接続されている。これにより支持台１７００に配線構造を形成しておく必要がない。
【００８０】
また多軸加速度センサチップ８０４は、通常のＩＣチップと同様の取り扱いが可能である。
【００８１】
なお上記の各実施の形態においては、製造方法の初期段階において基板の主面に垂直な方向２０９を（図４）を検出軸とするセンサ素子が基板上に形成されるが、本発明はこれに限定されるものではなく、たとえば基板の主面内の方向を検出軸とするセンサ素子が形成されてもよい。
【００８２】
また上記の各実施の形態においては力学量センサについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、電磁波センサ、音波センサ、超音波センサ、磁界センサなどに適用することもできる。
【００８３】
今回開示された各実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は複数のセンサ素子を有するセンサ装置に特に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の実施の形態１におけるセンサ装置の構成を概略的に示す平面図である。
【図２】図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った概略断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１におけるセンサ装置の製造方法の第１工程を概略的に示す部分平面図である。
【図４】図３の線ＩＶ−ＩＶに沿った概略的な部分断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１におけるセンサ装置の製造方法の第２工程を概略的に示す部分断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１におけるセンサ装置の製造方法の第３工程を概略的に示す部分断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１におけるセンサ装置の製造方法の第４工程を概略的に示す部分断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１におけるセンサ装置の製造方法の第５工程を概略的に示す部分平面図である。
【図９】図８の線ＩＸ−ＩＸに沿った概略的な部分断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態１におけるセンサ装置の製造方法の第６工程を概略的に示す部分平面図である。
【図１１】図１０の線ＸＩ−ＸＩに沿った概略的な部分断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態２におけるセンサ装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態２におけるセンサ装置の製造方法の第１工程を概略的に示す部分断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態２におけるセンサ装置の製造方法の第２工程を概略的に示す部分断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態２におけるセンサ装置の製造方法の第３工程を概略的に示す部分断面図である。
【図１６】本発明の実施の形態２におけるセンサ装置の製造方法の第４工程を概略的に示す部分断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態３におけるセンサ装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図１８】本発明の実施の形態３におけるセンサ装置の製造方法の第１工程を概略的に示す部分断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態３におけるセンサ装置の製造方法の第２工程を概略的に示す部分断面図である。
【図２０】本発明の実施の形態４におけるセンサ装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図２１】本発明の実施の形態４におけるセンサ装置の製造方法の第１工程を概略的に示す部分断面図である。
【図２２】本発明の実施の形態４におけるセンサ装置の製造方法の第２工程を概略的に示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００８６】
ＡＸ１ 第１検出軸、ＡＸ２ 第２検出軸、Ｐ１，Ｑ１ 第１の部分、Ｐ２，Ｑ２ 第２の部分、１００ ＳＯＩ基板、１０１ 第１の加速度センサ（第１のセンサ素子）、１０２ 第２の加速度センサ（第２のセンサ素子）、１０３，１０４ ガラスキャップ、１０５ ポリシリコン架橋配線、１０６，１０７ ポリシリコンパッド、１０８ 接続パッド、２００ シリコン基板、２１０ 単結晶シリコン部、２１１ 埋込酸化膜、２１２ ＳＯＩ層、５０１ 接着材、８０１〜８０４ 多軸加速度センサチップ（センサ装置）、１３０１ 金メッキ架橋配線、１７００ 支持台。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のセンサ素子を有するセンサ装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
たとえば自動車のエアバッグシステムにおいて、多軸方向の加速度を検出するためのセンサが用いられている。このような多軸力学量検出センサは、Ｘ、Ｙの２軸方向、あるいはＸ、Ｙ、Ｚの３軸方向の力学量の検出を１つのセンサで行なうことができる。よって限られたスペースにおいて多軸方向の力学量を検出する必要がある場合に、多軸力学量センサは特に好適に用いられる。
【０００３】
このようなセンサの製造方法は、たとえば、特開２００３−２８６４６号公報に開示されている。この公報によれば、まず複数のセンサブロックの各々に半導体センサの素子が設けられる。次に複数のセンサブロックが互いに固定されることで、多軸半導体センサが形成される。
【特許文献１】特開２００３−２８６４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の公報の技術において多軸半導体センサ（センサ装置）を十分に小型化しようとすると、センサ素子の大きさとほとんど同程度までセンサブロックを小さくする必要がある。このように微細な複数のセンサブロックを互いに固定する工程は、煩雑であり、また通常の半導体製造装置と異なる専用の組立装置を必要とする。このため上記従来の技術では、センサ装置の製造コストが高くなるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、多軸方向に関する検出が可能な小型のセンサ装置の製造コストを低減することができる製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のセンサ装置の製造方法は、以下の工程を有する。
連結部によって互いに連結された第１および第２のセンサ素子が基板上に形成される。第１および第２のセンサ素子のそれぞれを支持する第１および第２の部分に基板が分割される。この分割の後に、連結部を曲げながら第１のセンサ素子に対して第２のセンサ素子の向きが変えられる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のセンサ装置によれば、装置が小型であっても、第１のセンサ素子に対する第２のセンサ素子の向きを連結部を曲げるだけで変えることができる。このため、多軸方向に関する検出が可能な小型のセンサ装置の製造コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
はじめに本実施の形態におけるセンサ装置としての多軸加速度センサチップの製造方法の概要について説明する。
【０００９】
まずＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)製造技術により、１軸方向の力学量を検出することができる構成を有するセンサ素子が、検出軸の方向が同一の方向（第１の方向）となるように基板表面上に多数形成される。この多数のセンサ素子は、特定の基準チップ（第１のセンサ素子）と、この基準チップの周囲に配置されたチップ（第２のセンサ素子）とを含む。第１および第２のセンサ素子は、電気信号の入出力電極に関して異なる配置を有するが、ＭＥＭＳ構造に関しては同一の構造を有する。
【００１０】
次に第１および第２のセンサ素子の電気信号入出力電極がポリシリコン膜（連結部）によって架橋配線される。このポリシリコン膜は、上記のＭＥＭＳ構造の形成と同時に、あるいは引き続いて、同様の形成技術によって形成することができる。
【００１１】
次に基板のうち第２のセンサ素子の直下の部分の膜厚が、異方性ドライエッチングや異方性ウエットエッチングなどの加工技術によって薄くされる。続いて同様の加工技術によって、基板のうち第２のセンサ素子の周囲の部分が完全に除去される。この除去によって、基板は、第１および第２のセンサ素子のそれぞれを支持する第１および第２の部分に分割される。この第１の部分は、エッチングによって除去された領域を介して第２の部分と対向する側面を有する。
【００１２】
次に、この側面または第２の部分の底面の少なくともいずれかに接着材が塗布される。次に架橋配線が弾力性に富むことを利用して、架橋配線が折り曲げられる。これにより第１の部分の側面上に、第２の部分の裏面が固定される。この折り曲げ操作により、第２のセンサ素子の力学量検出方向は、第１のセンサ素子の検出方向と異なる方向（第２の方向）とされる。これにより、第１および第２の方向に関して力学量を検出することができる構成が得られる。
【００１３】
次に基板のダイシングが行なわれる。これにより、最初に多数のセンサ素子が形成された１つの基板から、多数のセンサ装置が切り出される。このセンサ装置は、必要に応じて、リードフレームにダイボンドされ、ワイヤボンドされ、最後にモールド樹脂により封止される。
【００１４】
上記の製造工程において、前半のウエハレベル工程はＭＥＭＳ技術を用いたバッチ処理によって、また後半の組立工程はＩＣ(Integrated Circuit)チップと同じ組立設備によって行なうことができる。
【００１５】
なお上記のエッチングが異方性ドライエッチングの場合には、エッチングによって基板表面と直交する側面が形成されるので、第１および第２のセンサ素子の検出軸は互いに直交する。
【００１６】
また上記製造工程の初期段階において基板上に形成される多数のセンサ素子は、第３のセンサ素子を含んでもよい。この場合、第２および第３のセンサ素子の各々は、平面視において、第１のセンサ素子からの方位が直交するように配置されることが好ましい。この第３のセンサ素子の検出軸が上述した折り曲げ操作と同様の方法によって変化されることで、３軸センサを得ることができる。
【００１７】
次に本実施の形態におけるセンサ装置の構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態１におけるセンサ装置の構成を概略的に示す平面図である。図２は、図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った概略断面図である。
【００１８】
図１および図２を参照して、本実施の形態のセンサ装置は、第１検出軸ＡＸ１および第２検出軸ＡＸ２の２つの検出軸を有する多軸加速度センサチップ８０１である。多軸加速度センサチップ８０１（センサ装置）は、主に、ＳＯＩ(Silicon On Insulator)基板１００と、第１および第２の加速度センサ１０１、１０２（第１および第２のセンサ素子）と、連結部１１０と、接続パッド１０８とを有する。
【００１９】
第１の加速度センサ１０１は、ＳＯＩ基板１００の主面（図２の上面）上に形成されている。第２の加速度センサ１０２は、ＳＯＩ基板１００の側面（図２の左面）上に接着材５０１によって固定されている。第１および第２の加速度センサ１０１、１０２のそれぞれは、第１および第２検出軸ＡＸ１、ＡＸ２に沿った加速度を検出する機能を有する。第１検出軸ＡＸ１はＳＯＩ基板１００の主面に垂直な方向を有する。第２検出軸ＡＸ２は第１検出軸ＡＸ１と直交している。
【００２０】
第１の加速度センサ１０１は、固定電極２８１と、可動電極２７１と、ガラスキャップ１０３と、ポリシリコン配線２０１とを有する。固定電極２８１はＳＯＩ基板１００上に設けられている。可動電極２７１は、固定電極２８１と間隔を介して対向しており、かつ第１検出軸ＡＸ１に沿った加速度に応じて第１検出軸ＡＸ１に沿って変位する構成を有する。この構成により、固定電極２８１と可動電極２７１との間の静電容量を測定することで、第１検出軸ＡＸ１方向の加速度を検出することができる。
【００２１】
第２の加速度センサ１０２は、固定電極２８２と、可動電極２７２と、ガラスキャップ１０４と、ポリシリコン配線２０２とを有する。固定電極２８２はＳＯＩ基板１００上に設けられている。可動電極２７２は、固定電極２８２と間隔を介して対向しており、かつ第２検出軸ＡＸ２に沿った加速度に応じて第２検出軸ＡＸ２に沿って変位する構成を有する。この構成により、固定電極２８２と可動電極２７２との間の静電容量を測定することで、第２検出軸ＡＸ２方向の加速度を検出することができる。第２の加速度センサ１０２のガラスキャップ１０４内における構造は、ポリシリコン配線の引き回し、および検出軸の向きを除いて、第１の加速度センサ１０１のガラスキャップ１０３内における構造と同一の構造を有する。
【００２２】
連結部１１０は、ポリシリコン架橋配線１０５と、ポリシリコンパッド１０６、１０７とを有する。ポリシリコンパッド１０６、１０７のそれぞれは、第１および第２の加速度センサ１０１、１０２の側に配置されている。ポリシリコン架橋配線１０５はポリシリコンパッド１０６および１０７を架橋している。連結部１１０は、第１および第２の加速度センサ１０１、１０２を互いに連結することで、第１および第２の加速度センサ１０１、１０２を互いに電気的に接続している。
【００２３】
接続パッド１０８は、ＳＯＩ基板１００上に設けられている。接続パッド１０８は、第１および第２の加速度センサ１０１、１０２を、ＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)などの外部機器と接続するためのものである。接続パッド１０８と第１の加速度センサ１０１との間は、ＳＯＩ基板１００の主面上の配線によって電気的に接続されている。また接続パッド１０８と第２の加速度センサとの間は、ＳＯＩ基板１００の主面上の配線と連結部１１０とによって電気的に接続されている。接続パッド１０８は、ポリシリコンパッド上に形成されたクロムや金などのフッ酸に耐久性のある金属薄膜であり、蒸着法やスパッタ法によって形成することができる。
【００２４】
本実施の形態の多軸加速度センサチップ８０１は、ＳＯＩ基板を用いた通常のＩＣチップと同様に、ＳＯＩ基板１００と、この半導体基板の主面上に形成された接続パッド１０８とを有している。これにより多軸加速度センサチップ８０１は、通常のＩＣチップと同様に取り扱うことができる。具体的には、たとえばリードフレームを取り付けることや、さらに樹脂モールドを用いてパッケージングすることが、通常のＩＣと同様に可能である。
【００２５】
なおガラスキャップ１０３および１０４のそれぞれは、ポリシリコン部２１５および２１６を介して絶縁膜２１３上に配置されている。ガラスキャップ１０３および１０４のそれぞれは、陽極接合境界面で周囲環境から完全に遮断されたキャビティ２０５および２０６を有し、第１および第２の加速度センサ１０１および１０２の可動構造体を気密封止している。
【００２６】
ＳＯＩ基板１００は、単結晶シリコン部２１０と、埋込酸化膜２１１と、ＳＯＩ層２１２とを有する。シリコン層２１２の表面の一部、すなわちＳＯＩ基板１００の主面の一部は、必要に応じて絶縁膜２１３によって被覆されている。ＳＯＩ層２１２の厚さはガラスキャップ１０３、１０４の各々の厚さと同じであることが好ましく、典型的には約３００μｍである。
【００２７】
ポリシリコン配線２０１および２０２のそれぞれは、ガラスキャップ１０３および１０４内部の可動構造体と外部とを電気的に接続するように、ポリシリコン部２１５および２１６の直下を横断している。またポリシリコン配線２０１、２０２は、絶縁膜２１３に埋め込まれることで、周囲から電気的に絶縁分離されている。絶縁膜２１３は、たとえば上層窒化膜と下層酸化膜とからなる二層構造を有する。
【００２８】
絶縁膜２１４は、ポリシリコン配線２０１および２０２のそれぞれとポリシリコン部２１５および２１６との間を絶縁するように設けられている。絶縁膜２１４は、たとえば上層が窒化膜、下層が酸化膜からなる二層構造を有する。
【００２９】
次に多軸加速度センサチップ８０１の製造方法について説明する。図３は、本発明の実施の形態１におけるセンサ装置の製造方法の第１工程を概略的に示す部分平面図である。また図４は、図３の線ＩＶ−ＩＶに沿った概略的な部分断面図である。図５〜図７のそれぞれは、本発明の実施の形態１におけるセンサ装置の製造方法の第２〜第４工程を概略的に示す部分断面図である。図８は、本発明の実施の形態１におけるセンサ装置の製造方法の第５工程を概略的に示す部分平面図である。また図９は、図８の線ＩＸ−ＩＸに沿った概略的な部分断面図である。図１０は、本発明の実施の形態１におけるセンサ装置の製造方法の第６工程を概略的に示す部分平面図である。また図１１は、図１０の線ＸＩ−ＸＩに沿った概略的な部分断面図である。
【００３０】
図３および図４を参照して、ＳＯＩ基板１００上に第１および第２の加速度センサ１０１、１０２を含む多数の加速度センサが、ＭＥＭＳ製造技術により形成される。第１の加速度センサ１０１および第２の加速度センサ１０２は、ポリシリコンで構成された同一寸法、同一形状の可動構造体を有し、かつ一の方向２０９に沿った検出軸を有する。
【００３１】
この可動構造体を保護するために、ガラスキャップ１０３、１０４が公知の陽極接合技術によりＳＯＩ基板１００と接合される。具体的には、まずウエハ形状のガラス板上に、フッ酸によるウエットエッチングやサンドブラストによる物理機械的加工により、可動構造体が収納可能な凹状の窪みが形成される。このガラス板がＳＯＩ基板１００上に陽極接合される。そしてガラス板の不要部位が、たとえば回転刃を有するダイサーを用いて切除される。これにより、ガラス板からガラスキャップ１０３および１０４の各々が切り出される。
【００３２】
また第１および第２の加速度センサ１０１、１０２を互いに連結するように、連結部１１０が形成される。具体的には、まず第１の加速度センサ１０１の第２の加速度センサ１０２側にポリシリコンパッド１０６が形成され、第２の加速度センサ１０２の第１の加速度センサ１０１側にポリシリコンパッド１０７が形成される。次にポリシリコンパッド１０６と１０７とがポリシリコン架橋配線１０５によって結線される。導電性を有するポリシリコンからなる連結部１１０により連結されることで、第１および第２の加速度センサ１０１、１０２は互いに電気的に接続される。
【００３３】
図５を参照して、第１および第２の加速度センサ１０１、１０２と、連結部１１０とを保護するための、厚いホトレジスト層９０１が塗布法により形成される。またＳＯＩ基板１００の裏面（図５の下面）上にもホトレジスト層９０２が形成される。次に表側のパターンを基準に裏面側を写真製版することが可能ないわゆる両面露光器を使用して、ホトレジスト層９０２が露光される。続いてホトレジスト層９０２の現像によって、ホトレジスト層９０２のうち、第２の加速度センサ１０２に相当する領域およびそれを取り囲む領域が除去される。この現像によりパターニングされたホトレジスト層９０２をホトレジストマスクとして、単結晶シリコン部２１０が異方性ドライエッチングにより除去される。このエッチングにより単結晶シリコン部２１０に貫通孔４０１が形成される。このエッチングの際、ＳＯＩ基板１００中の埋込酸化膜２１１をエッチングストッパとして用いることができる。次にホトレジスト層９０１、９０２が酸素プラズマを用いたレジストアッシャにより灰化されることで除去される。
【００３４】
図６を参照して、ホトレジスト層９０１（図５）と同様のホトレジスト層９０３が形成される。またＳＯＩ基板１００の裏面（図６の下面）上にもホトレジスト層９０４が形成される。この時すでにＳＯＩ基板１００裏面には単結晶シリコン部２１０の厚さに相当する深い穴が形成されているので、スピンコート方式によってホトレジストを均一に塗布することは困難である。そのためホトレジスト層９０４の形成は、段差の激しい部位に塗布が可能であるスプレー方式により行なわれることが好ましい。次に両面露光器を使用してホトレジスト層９０４が露光される。続いてホトレジスト層９０４の現像によって、ホトレジスト層９０４のうち第２の加速度センサ１０２を取り囲む領域が除去される。
【００３５】
図７を参照して、上記除去によりパターニングされたホトレジスト層９０４をホトレジストマスクとして、埋込酸化膜２１１およびＳＯＩ層２１２が異方性ドライエッチングによりリング状に除去される。このエッチングの際、絶縁膜２１３をエッチングストッパとして用いることができる。次にホトレジスト層９０３、９０４が酸素プラズマを用いたレジストアッシャにより灰化されることで除去される。
【００３６】
図８および図９を参照して、絶縁膜２１３の露出部が除去される。具体的には、まずウエハ全体（図７に示す構造全体）がフッ酸液に浸漬されることで、絶縁膜２１３の下層酸化膜が除去される。次に軽いドライエッチングにより絶縁膜２１３の上層窒化膜が除去される。第２の加速度センサ１０２は、ポリシリコン架橋配線１０５によって支持されることで、貫通孔４０１の上方に浮いた状態とされる。
【００３７】
なお上記のフッ酸液への浸漬の際において、ウエハ表面には窒化膜やポリシリコンやガラスキャップなどが露出しているが、ガラスキャップ以外はフッ酸に耐性があり、これらの材料で構成された露出部はフッ酸による酸化膜エッチング中にエッチングされることはない。また接続パッド１０８はフッ酸に耐性があるのでエッチングされることはない。一方、ガラスキャップはフッ酸でエッチングされてしまうが、その厚さを十分に大きくすればエッチングによる厚さの減少は無視することができる。たとえば、絶縁膜２１３の下層酸化膜の厚さは概略１〜２μｍ程度とされ、ガラスキャップの厚さは概略３００μｍ程度とされる。
【００３８】
またポリシリコン架橋配線１０５は窒化膜とのエッチング選択比に乏しいポリシリコン膜からなるので、上記の軽いエッチングの際に膜厚が減少する。しかし、絶縁膜２１３の上層窒化膜の厚さを十分薄くすることにより、ポリシリコン架橋配線１０５の膜厚の減少は無視することができる。たとえば、絶縁膜２１３の上層窒化膜の厚さは約０．２μｍとされる。
【００３９】
上記の一連のエッチングによって、図９に示すように、ＳＯＩ基板１００は、第１の加速度センサ１０１を支持する第１の部分Ｐ１と、第２の加速度センサ１０２を支持する第２の部分Ｐ２とに分割される。
【００４０】
次にウエハ（図９に示す構造）が反転され、貫通孔４０１を通じてＳＯＩ層２１２上に、たとえば導電性ペーストからなる接着材５０１が塗布される。この塗布は、たとえばディスペンサを用いて行なうことができる。次にこのウエハが再度反転される。
【００４１】
図１０および図１１を参照して、ポリシリコン架橋配線１０５の弾力性を利用してポリシリコン架橋配線１０５がウエハの表側（図１１の上側）から押し曲げられる。これにより第２の加速度センサ１０２は、第１の加速度センサ１０１に対して向きを変えながら貫通孔４０１に入れられ、ＳＯＩ基板側面５０２に貼り付けられる。この結果、第１および第２の加速度センサのそれぞれの検出軸は互いに直交化される。
【００４２】
次にダイシングライン７０１（図１０）に沿ってウエハが切断されることで、多軸加速度センサチップ８０１（図１および図２）が切り出される。
【００４３】
本実施の形態によれば、第１の加速度センサ１０１に対する第２の加速度センサ１０２の向きを連結部１１０を曲げるだけで変えることができる。このため、第１および第２検出軸ＡＸ１、ＡＸ２に対応する多軸方向に関する検出が可能な小型の多軸加速度センサチップ８０１の製造コストを低減することができる。
【００４４】
また図５に示すように、ＳＯＩ基板１００の埋込酸化膜２１１をエッチングストッパとして用いることができる。これにより第２の部分Ｐ２（図９）の厚さを安定化することができる。よって、第１および第２の部分Ｐ１、Ｐ２を接着材５０１を用いて貼り付ける条件が安定化されるので製造効率が向上する。
【００４５】
また第２の加速度センサ１０２の周囲のシリコンをエッチングで除く作業は、裏面側（図５〜図７における下面側）からのみ実施される。これにより、ポリシリコン架橋配線１０５がエッチングによって損傷することを防止することができる。
【００４６】
（実施の形態２）
図１２は、本発明の実施の形態２におけるセンサ装置の構成を概略的に示す断面図である。図１２を参照して、本実施の形態の多軸加速度センサチップ８０２は、実施の形態１におけるＳＯＩ基板１００（図２）の代わりにシリコン基板２００を有する。
【００４７】
図１３〜図１６のそれぞれは、本発明の実施の形態２におけるセンサ装置の製造方法の第１〜４工程を概略的に示す部分断面図である。
【００４８】
図１３を参照して、シリコン基板２００上に、実施の形態１と同様の工程（図４）によって第１および第２の加速度センサ１０１、１０２が形成される。
【００４９】
図１４を参照して、実施の形態１と同様の工程（図５）によって、ホトレジスト層９０１、９０２が形成される。次にホトレジスト層９０２をホトレジストマスクとして、異方性ドライエッチングによりシリコン基板２００が所定の時間エッチングされる。これによりホトレジストマスクの露出部においてシリコン基板２００の厚さがガラスキャップの厚さ（たとえば３００μｍ）と同程度にまで薄くされる。次にホトレジスト層９０１、９０２が酸素プラズマを用いたレジストアッシャにより灰化されることで除去される。
【００５０】
図１５を参照して、実施の形態１と同様の工程（図６）によって、ホトレジスト層９０３、９０４が形成される。
【００５１】
図１６を参照して、ホトレジスト層９０４をホトレジストマスクとして、シリコン基板２００が異方性ドライエッチングによりリング状に除去される。このエッチングの際、絶縁膜２１３をエッチングストッパとして用いることができる。次にホトレジスト層９０３、９０４が酸素プラズマを用いたレジストアッシャにより灰化されることで除去される。
【００５２】
次に、実施の形態１と同様の工程（図８〜図１１）によって、本実施の多軸加速度センサチップ８０２が製造される。
【００５３】
なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【００５４】
本実施の形態によれば、ＳＯＩ基板に比してより安価なシリコン基板２００を用いて多軸加速度センサチップ８０２を製造することができる。
【００５５】
（実施の形態３）
図１７は、本発明の実施の形態３におけるセンサ装置の構成を概略的に示す断面図である。図１７を参照して、本実施の形態の多軸加速度センサチップ８０３は、実施の形態２における連結部１１０の代わりに金メッキ架橋配線１３０１を有する。
【００５６】
図１８および図１９のそれぞれは、本発明の実施の形態３におけるセンサ装置の製造方法の第１および第２工程を概略的に示す部分断面図である。
【００５７】
図１８を参照して、第１および第２の加速度センサ１０１、１０２の形成後、かつ金メッキ架橋配線１３０１（図１７）の形成前に、第２の加速度センサ１０２の周囲の絶縁膜２１３がホトレジストマスク（図示せず）を用いた写真製版技術によってリング状に除去される。これによりシリコン基板２００の主面（図１８の上面）の一部が露出する。次にホトレジストマスクが除去される。
【００５８】
次に上記の露出したシリコンを除く部分を写真製版により新たなホトレジスト層で厚く保護した後、表側（図１８の上面側）からシリコン基板２００の異方性ドライエッチングが行なわれる。これにより第２の加速度センサ１０２の周囲においてリング状の溝１２０１が形成される。
【００５９】
次に溝１２０１の一部がホトレジスト層１２０２によって埋め込まれる。ホトレジスト層１２０２の厚さは概略２００μｍ以上である。
【００６０】
なお上記のシリコン基板２００のエッチングにおいて、シリコン基板２００が単結晶のシリコン基板の場合には、ガラスキャップの厚み（概略３００μｍ）程度の深さまでシリコンがエッチングされるようエッチング時間が設定される。またシリコン基板２００がＳＯＩ基板の場合には、ＳＯＩ層の厚み分エッチングしたところで埋め込み酸化膜が露出し、そこでエッチングが自動的にストップする。
【００６１】
図１９を参照して、ポリシリコンパッド上に蒸着法やスパッタ法でクロム薄膜が形成され、その上にシード層として金薄膜が蒸着法やスパッタ法で形成され、さらにメッキ法により厚さ数十μｍの金メッキ膜が形成される。これにより第１および第２の加速度センサ１０１、１０２を互いに連結し、かつポリシリコン配線２０１および２０２を互いに電気的に接続する金メッキ架橋配線１３０１が形成される。
【００６２】
次に実施の形態１または実施の形態２と同様に、裏側（図１９の下面側）からシリコン基板２００の一部が異方性ドライエッチングで除去される。エッチング面が溝１２０１の底に到達した時点でエチングが停止される。このエッチングによって、ホトレジスト層１２０２が露出する。次にこのホトレジスト層１２０２が酸素プラズマを用いたレジストアッシャによって灰化されることで除去される。
【００６３】
こうして、第２の加速度センサ１０２が第１の加速度センサ１０１に金メッキ架橋配線１３０１を介して支えられて宙吊りにされた構成が得られる。以降の製造過程は、すでに説明した実施の形態１または実施の形態２と同様である。
【００６４】
以上により本実施の形態の多軸加速度センサチップ８０３（図１７）が得られる。
なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態１または２の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【００６５】
本実施の形態によれば、深い凹部内にホトレジスト層を形成することで写真製版を行なうという技術的に難易度の高い工程（たとえば図１５に示す工程）が不要となる。よって、より容易にセンサ装置を製造することができる。
【００６６】
また金メッキ架橋配線１３０１は、金を含むので曲げられても破損しにくい。また金メッキ架橋配線１３０１は、図１９に示すように溝１２０１の部分で大きく湾曲した形で形成されるが、最終的には図１７に示すように引き延ばして用いることができる。
【００６７】
（実施の形態４）
上記の実施の形態１〜３においては、第１の加速度センサ１０１を支持する基板が、第２の加速度センサ１０２を支持する基板の支持台とされている。すなわち第１の部分Ｐ１（図９）の側面５０２上に第２の部分Ｐ２が貼り付けられる。一方、本実施の形態においては、第１の加速度センサ１０１を支持する基板と、第２の加速度センサ１０２を支持する基板との両方を支持する支持台が別途設けられる。
【００６８】
図２０は、本発明の実施の形態４におけるセンサ装置の構成を概略的に示す断面図である。図２０を参照して、本実施の形態の多軸加速度センサチップ８０４は、支持台１７００を有する。この支持台１７００に、連結部１１０によって互いに連結された第１および第２の加速度センサ１０１、１０２が貼り付けられている。
【００６９】
図２１および図２２のそれぞれは、本発明の実施の形態４におけるセンサ装置の製造方法の第１および第２工程を概略的に示す部分断面図である。
【００７０】
図２１を参照して、まず実施の形態２と同様に、シリコン基板２００上に第１および第２の加速度センサ１０１、１０２が形成される。その後、裏面を研削することで、シリコン基板２００の厚さがガラスキャップの厚さと同じ概略３００μｍとされる。続いてシリコン基板２００の表面および裏面のそれぞれにホトレジスト層９０５および９０６が塗布される。次に両面露光器を使用してホトレジスト層９０６が露光される。続いてホトレジスト層９０６の現像によって、ホトレジスト層９０６のうち第２の加速度センサ１０２を取り囲む領域が除去される。
【００７１】
パターニングされたホトレジスト層９０６をホトレジストマスクとして、シリコン基板２００が異方性ドライエッチングによりリング状に除去される。このエッチングの際、絶縁膜２１３をエッチングストッパとして用いることができる。このエッチングによって、シリコン基板２００にリング状の貫通孔４０２が形成される。
【００７２】
次にホトレジスト層９０５、９０６が酸素プラズマを用いたレジストアッシャにより灰化されることで除去される。次に実施の形態１と同様の工程（図８および図９）によって、絶縁膜２１３の露出部が除去される。
【００７３】
上記の一連の加工によって、シリコン基板２００は、第１の加速度センサ１０１を支持する第１の部分Ｑ１と、第２の加速度センサ１０２を支持する第２の部分Ｑ２とに分割される。すなわち、第２の加速度センサ１０２は、ポリシリコン架橋配線１０５によって支持されることで、貫通孔４０２内において浮いた状態とされる。次に、ダイシングライン７０１（図１０）に沿ってダイシングが行なわれる。
【００７４】
図２２を参照して、上記のダイシングによって、連結部１１０のみによって互いに連結された第１および第２の加速度センサ１０１、１０２からなる部材が切り出される。この切り出された部材は専用のトレイにいったん収納される。また支持台１７００の上面および側面の各々に導電性ペーストなどの接着材５０１が塗布される。
【００７５】
次にガラスキャップ１０３および１０４の両方の天面が真空吸着コレットなどの吸着治具によって保持され、支持台１７００の近くに搬送される。次に第１の加速度センサ１０１が支持台１７００の上面に接着材５０１を介して貼り付けられる。これにより第２の加速度センサは、連結部１１０によって中空に支持される。
【００７６】
次に連結部１１０のポリシリコン架橋配線１０５の弾力性を利用してポリシリコン架橋配線１０５が押し曲げられる。これにより第２の加速度センサ１０２は、第１の加速度センサ１０１に対して向きを変え、支持台１７００の側面に接着材５０１を介して貼り付けられる。この結果、第１および第２の加速度センサ１０１、１０２のそれぞれの検出軸は互いに直交化される。
【００７７】
以上により本実施の形態の多軸加速度センサチップ８０４が製造される。
なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態２の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【００７８】
また連結部１１０の代わりに金メッキ架橋配線１３０１が用いられてもよい。
本実施の形態によれば、シリコン基板２００の裏面からのエッチングの回数を１回のみとすることができるので、エッチング工程を簡略化することができる。
【００７９】
また支持台１７００の形状を自由に選択することができる。
また第１および第２の加速度センサ１０１、１０２の間は、連結部１１０によって電気的に接続されている。これにより支持台１７００に配線構造を形成しておく必要がない。
【００８０】
また多軸加速度センサチップ８０４は、通常のＩＣチップと同様の取り扱いが可能である。
【００８１】
なお上記の各実施の形態においては、製造方法の初期段階において基板の主面に垂直な方向２０９を（図４）を検出軸とするセンサ素子が基板上に形成されるが、本発明はこれに限定されるものではなく、たとえば基板の主面内の方向を検出軸とするセンサ素子が形成されてもよい。
【００８２】
また上記の各実施の形態においては力学量センサについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、電磁波センサ、音波センサ、超音波センサ、磁界センサなどに適用することもできる。
【００８３】
今回開示された各実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は複数のセンサ素子を有するセンサ装置に特に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の実施の形態１におけるセンサ装置の構成を概略的に示す平面図である。
【図２】図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った概略断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１におけるセンサ装置の製造方法の第１工程を概略的に示す部分平面図である。
【図４】図３の線ＩＶ−ＩＶに沿った概略的な部分断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１におけるセンサ装置の製造方法の第２工程を概略的に示す部分断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１におけるセンサ装置の製造方法の第３工程を概略的に示す部分断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１におけるセンサ装置の製造方法の第４工程を概略的に示す部分断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１におけるセンサ装置の製造方法の第５工程を概略的に示す部分平面図である。
【図９】図８の線ＩＸ−ＩＸに沿った概略的な部分断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態１におけるセンサ装置の製造方法の第６工程を概略的に示す部分平面図である。
【図１１】図１０の線ＸＩ−ＸＩに沿った概略的な部分断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態２におけるセンサ装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態２におけるセンサ装置の製造方法の第１工程を概略的に示す部分断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態２におけるセンサ装置の製造方法の第２工程を概略的に示す部分断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態２におけるセンサ装置の製造方法の第３工程を概略的に示す部分断面図である。
【図１６】本発明の実施の形態２におけるセンサ装置の製造方法の第４工程を概略的に示す部分断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態３におけるセンサ装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図１８】本発明の実施の形態３におけるセンサ装置の製造方法の第１工程を概略的に示す部分断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態３におけるセンサ装置の製造方法の第２工程を概略的に示す部分断面図である。
【図２０】本発明の実施の形態４におけるセンサ装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図２１】本発明の実施の形態４におけるセンサ装置の製造方法の第１工程を概略的に示す部分断面図である。
【図２２】本発明の実施の形態４におけるセンサ装置の製造方法の第２工程を概略的に示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００８６】
ＡＸ１ 第１検出軸、ＡＸ２ 第２検出軸、Ｐ１，Ｑ１ 第１の部分、Ｐ２，Ｑ２ 第２の部分、１００ ＳＯＩ基板、１０１ 第１の加速度センサ（第１のセンサ素子）、１０２ 第２の加速度センサ（第２のセンサ素子）、１０３，１０４ ガラスキャップ、１０５ ポリシリコン架橋配線、１０６，１０７ ポリシリコンパッド、１０８ 接続パッド、２００ シリコン基板、２１０ 単結晶シリコン部、２１１ 埋込酸化膜、２１２ ＳＯＩ層、５０１ 接着材、８０１〜８０４ 多軸加速度センサチップ（センサ装置）、１３０１ 金メッキ架橋配線、１７００ 支持台。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連結部によって互いに連結された第１および第２のセンサ素子を基板上に形成する工程と、
前記第１および第２のセンサ素子のそれぞれを支持する第１および第２の部分に前記基板を分割する工程と、
前記分割する工程の後に、前記連結部を曲げながら前記第１のセンサ素子に対して前記第２のセンサ素子の向きを変える工程とを備えた、センサ装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１および第２のセンサのそれぞれは、互いに異なる第１および第２の方向に関してベクトル量の成分を検出するためのものである、請求項１に記載のセンサ装置の製造方法。
【請求項３】
前記ベクトル量は力学量である、請求項２に記載のセンサ装置の製造方法。
【請求項４】
前記第１および第２のセンサ素子を形成する工程は、同一の構造および同一の向きを有する複数のセンサを基板上に形成することにより行なわれる、請求項１〜３のいずれかに記載のセンサ装置の製造方法。
【請求項５】
前記連結部は、前記第１および第２のセンサ素子を互いに電気的に接続している、請求項１〜４のいずれかに記載のセンサ装置の製造方法。
【請求項６】
前記連結部はポリシリコン膜を含む、請求項１〜５のいずれかに記載のセンサ装置の製造方法。
【請求項７】
前記連結部は金メッキ膜を含む、請求項１〜５のいずれかに記載のセンサ装置の製造方法。
【請求項８】
前記向きを変える工程の後に、前記第１および第２の部分を互いに固定する工程をさらに備えた、請求項１〜７のいずれかに記載のセンサ装置の製造方法。
【請求項９】
前記固定する工程は、前記第１および第２の部分の各々を支持部に固定することにより行なわれる、請求項８に記載のセンサ装置の製造方法。
【請求項１０】
前記基板はＳＯＩ基板である、請求項１〜９のいずれかに記載のセンサ装置の製造方法。
【請求項１】
連結部によって互いに連結された第１および第２のセンサ素子を基板上に形成する工程と、
前記第１および第２のセンサ素子のそれぞれを支持する第１および第２の部分に前記基板を分割する工程と、
前記分割する工程の後に、前記連結部を曲げながら前記第１のセンサ素子に対して前記第２のセンサ素子の向きを変える工程とを備えた、センサ装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１および第２のセンサのそれぞれは、互いに異なる第１および第２の方向に関してベクトル量の成分を検出するためのものである、請求項１に記載のセンサ装置の製造方法。
【請求項３】
前記ベクトル量は力学量である、請求項２に記載のセンサ装置の製造方法。
【請求項４】
前記第１および第２のセンサ素子を形成する工程は、同一の構造および同一の向きを有する複数のセンサを基板上に形成することにより行なわれる、請求項１〜３のいずれかに記載のセンサ装置の製造方法。
【請求項５】
前記連結部は、前記第１および第２のセンサ素子を互いに電気的に接続している、請求項１〜４のいずれかに記載のセンサ装置の製造方法。
【請求項６】
前記連結部はポリシリコン膜を含む、請求項１〜５のいずれかに記載のセンサ装置の製造方法。
【請求項７】
前記連結部は金メッキ膜を含む、請求項１〜５のいずれかに記載のセンサ装置の製造方法。
【請求項８】
前記向きを変える工程の後に、前記第１および第２の部分を互いに固定する工程をさらに備えた、請求項１〜７のいずれかに記載のセンサ装置の製造方法。
【請求項９】
前記固定する工程は、前記第１および第２の部分の各々を支持部に固定することにより行なわれる、請求項８に記載のセンサ装置の製造方法。
【請求項１０】
前記基板はＳＯＩ基板である、請求項１〜９のいずれかに記載のセンサ装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２０１０−１３９３１３（Ｐ２０１０−１３９３１３Ａ）
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１４５２７（Ｐ２００８−３１４５２７）
【出願日】平成２０年１２月１０日（２００８．１２．１０）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１０日（２００８．１２．１０）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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