加速度センサ
【課題】ウエハレベルパッケージを用いて、電極パッド近傍の信頼性を向上させることができる加速度センサを提供する。
【解決手段】加速度センサ１００は、加速度検出素子と枠１１１に形成された電極パッド１１５とを接続するＡｌ配線１１６とからなるセンサ部１１０と、センサ部１１０に実装されてセンサ部１１０を密閉空間に収容するキャップ部１１７と、センサ部１１０とキャップ部１１７とを接合する接着層１１８とを備え、電極パッド１１５は、センサ部１１０の密閉空間の方向に拡張された拡張部１１５Ａを有し、キャップ部１１７は、拡張部１１５Ａの端部と積層される接着層１１８によりセンサ部１１０と接合する。
【解決手段】加速度センサ１００は、加速度検出素子と枠１１１に形成された電極パッド１１５とを接続するＡｌ配線１１６とからなるセンサ部１１０と、センサ部１１０に実装されてセンサ部１１０を密閉空間に収容するキャップ部１１７と、センサ部１１０とキャップ部１１７とを接合する接着層１１８とを備え、電極パッド１１５は、センサ部１１０の密閉空間の方向に拡張された拡張部１１５Ａを有し、キャップ部１１７は、拡張部１１５Ａの端部と積層される接着層１１８によりセンサ部１１０と接合する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピエゾ抵抗素子を用いてＸ、Ｙ及びＺ軸方向の加速度を検出する加速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車や家電製品など様々な分野において、半導体加速度センサが用いられる。従来、この種の半導体加速度センサとして、例えば特許文献１乃至３で開示されているものがある。
【０００３】
図１は、特許文献１に記載の半導体加速度センサの平面図である。
【０００４】
図１に示すように、半導体加速度センサ１０は、シリコン基板を加工して形成されるセンサ基板１１とその上下面に配置される上部ガラスキャップと下部ガラスキャップとを備える。図１では、上部ガラスキャップを取り除いた状態を示している。
【０００５】
センサ基板１１は、矩形枠状のフレーム１４、フレーム１４の内側に配設された矩形板状の錘部１５、及び錘部１５をフレーム１４の一辺に接続する一対の薄肉状のカンチレバー１６を有している。錘部１５は、カンチレバー１６を介してフレーム１４に揺動自在に支持されており、センサ基板１１に加速度が作用すると錘部１５が変位してカンチレバー１６がフレーム１４に対して撓むようになっている。
【０００６】
一対のカンチレバー１６には、それぞれに２個のセンシング部としてのゲージ抵抗１７が設けられており、これら４つのゲージ抵抗１７がブリッジ接続されている。カンチレバー１６が接続されたフレーム１４の一辺にはワイヤボンディングパッド１８が設けられている。ゲージ抵抗１７とワイヤボンディングパッド１８とは、拡散層配線１９、コンタクト部２０及びＡｌ配線２１を介して接続されている。また、ワイヤボンディングパッド１８には金やアルミニウムなどで形成されたボンディングワイヤ（図示せず）が接続されている。そして、このボンディングワイヤを外部に接続することによりセンサ基板１１と外部との電気的接続がなされている。
【０００７】
上部ガラスキャップ及び下部ガラスキャップは、フレーム１４の上下面にそれぞれ陽極接合されている。上部ガラスキャップは、錘部１５及びカンチレバー１６を覆うとともにワイヤボンディングパッド１８を上部ガラスキャップ外に露出させるようにフレーム１４に陽極接合されている。
【０００８】
カンチレバー１６が接続されている一辺に隣接する二辺に沿ったフレーム１４上には、厚さ約１〜２μｍのアルミニウム製の金属薄膜２３が帯状に形成されている。金属薄膜２３が形成されていない部分には金属薄膜２３とほぼ同じ高さの凸部２４が形成されており、金属薄膜２３と凸部２４とで矩形枠状部２５が形成されている。
【０００９】
上部ガラスキャップとフレーム１４とは、上部ガラスキャップの輪郭を矩形枠状部２５の輪郭に位置合わせした状態で金属薄膜２３を介して陽極接合されている。
【００１０】
図２は、特許文献２に記載の加速度センサ基板の図であり、図２（ｂ）は加速度センサ基板のピエゾ抵抗素子側の平面図、図２（ａ）は図２（ｂ）のＡ−Ａ’断面図である。
【００１１】
図２に示すように、加速度センサチップ３０は、ピエゾ抵抗素子３１と配線３２、分割溝３３、電極パッド３４、２点鎖線で示した接合部３５、梁部３６、錘部３７、枠部３８等から構成される。
【００１２】
加速度センサ基板は、加速度センサチップ３０が連結部３９で接合されている。一点鎖線で示した分離部４１で分離し個片化される。加速度センサ基板の上下面には、キャップ基板と接合する接合材が形成された接合部３５を設ける。加速度センサチップ３０の外周の分離部４１に設けた分割溝３３は、梁部３６と錘部３７を形成するときに同時に形成する。
【００１３】
図３は、特許文献３に記載の加速度センサの平面図である。
【００１４】
図３に示すように、加速度センサ５０は、基板５１と、基板５１の上の右側部分に設置されたセンサ素子部５２と、センサ素子部５２の左側に設置された電極パッド５３ａ（５３ａ１〜５３ａ４）とを備える。電極パッド５３ａ１〜５３ａ４は、それぞれ配線ＬＮａ、ＬＮｂ、ＬＮｃ、ＬＮｄを介してセンサ素子部５２と接続されている。
【００１５】
センサ素子部５２には、加速度を検出するための質量体５４、質量体５４を支持する支持部５５、質量体５４と支持部５５とを接続する梁部５６が設けられている。配線ＬＮａには固定電極５７ａが接続され、配線ＬＮｄには固定電極５７ｄが接続されている。質量体５４の両翼には、固定電極５７ａ，５７ｄと対向するように、可動電極５８が櫛状に設けられている。質量体５４及び可動電極５８は、梁部５６及び支持部５５により中空保持されている。
【００１６】
上記加速度センサ５０に加速度が加わると、梁部５６が撓んで質量体５４が変位する。すると、可動電極５８と固定電極５７ａ，５７ｄとの間の電極間距離が変動し、電極間の静電容量が変化する。この静電容量の変化により、加速度が検出される。
【００１７】
図４は、特許文献１乃至３に記載の加速度センサにおいて、共通して用いられている加速度センサの配線及びコンタクト部の構造を示す図である。
【００１８】
図４に示すように、加速度センサ６０は、センサ基板６１と、センサ基板６１の側面に設置された電極パッド６２と、センサ基板６１と電極パッド６２とを接続するＡｌ配線６３とを備える。センサ基板６１の上部は、接着剤樹脂層６４により上部ガラスキャップ、又はシリコンキャップ（図示略）に樹脂接合される。このような半導体センサの製造方法において、樹脂接合によるウエハレベルパッケージは、一般的な封止方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２００８−１８５３５５号公報
【特許文献２】特開２００８−０９１８４５号公報
【特許文献３】特開２００８−０８９３２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら、このような従来の加速度センサの製造方法にあっては、以下の課題があった。
【００２１】
（１）樹脂接合によるウエハレベルパッケージでは、電極パッド６２近傍のＡｌ配線６３のことを考慮せずに封止していたため、Ａｌ配線６３が保護されず、信頼性を確保することができない。例えば、図４では、電極パッド６２近傍のＡｌ配線６３の上部６５が保護されていない。
【００２２】
特許文献１乃至３に記載の加速度センサについてみてみると、図１では、ワイヤボンディングパッド１８及びＡｌ配線２１、図２では、配線３２及び電極パッド３４、図３では、電極パッド５３及び配線ＬＮａ、ＬＮｂ、ＬＮｃ、ＬＮｄであり、いずれも電極パッド近傍のＡｌ配線が保護されていない。パッド近傍のＡｌ配線が保護されておらず、ウエハ接合によってＡｌ配線の信頼性が確保できない。
【００２３】
（２）Ａｌ配線の信頼性を確保するためには、ダイシングによるセンサチップ個片化後にＡｌ配線に保護膜を施す必要があり生産性が悪化してしまう。
【００２４】
本発明は、かかる点を考慮してなされたものであり、ウエハレベルパッケージを用いて、電極パッド近傍の信頼性を向上させることができる加速度センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明の加速度センサは、枠部と、錘部と、前記枠部と前記錘部とを連結する梁部と、前記梁部上に形成された加速度検出素子と、前記枠部に形成された電極パッドとを接続する金属配線とを有するセンサ部と、前記センサ部上に配置され、該センサ部に密閉空間を形成するキャップ部と、前記センサ部と前記キャップ部とを接合する接着層とを備え、前記電極パッドは、前記密閉空間の方向に拡張された拡張部を有し、前記キャップ部は、前記拡張部の少なくとも一部と積層される前記接着層により前記センサ部と接合する構成を採る。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、ウエハレベルパッケージを用いて、電極パッド近傍の信頼性を向上させることができる加速度センサを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】特許文献１に記載の半導体加速度センサの平面図
【図２】特許文献２に記載の加速度センサ基板の図
【図３】特許文献３に記載の加速度センサの平面図
【図４】従来の加速度センサの配線及びコンタクト部の構造を示す図
【図５】本発明の実施の形態に係る加速度センサの外観構成を示す図
【図６】上記実施の形態に係る加速度センサのピエゾ抵抗素子の十字梁での概略配置を示す平面図
【図７】上記実施の形態に係る加速度センサの要部を示す上視図
【図８】図７のＡ−Ａ’矢視断面図
【図９】上記実施の形態に係る加速度センサの製造工程図
【図１０】上記実施の形態に係る加速度センサの表面キャップウエハの製造工程図
【図１１】上記実施の形態に係る加速度センサの表面キャップウエハの他の製造工程図
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２９】
（実施の形態）
図５は、本発明の実施の形態に係る加速度センサの外観構成を示す図である。図６は、ピエゾ抵抗素子の十字梁での概略配置を示す平面図である。図７は、加速度センサの要部を示す上視図である。図８は、図７のＡ−Ａ’矢視断面図である。本実施の形態は、３軸加速度センサに適用した例である。
【００３０】
図５乃至図８に示すように、加速度センサ１００は、枠１１１と、枠１１１内に設けられた錘１１２（１１２ａ〜１１２ｄ）と、枠１１１と錘１１２とを連結する十字梁１１３（１１３ａ〜１１３ｄ）と、十字梁１１３上に形成された加速度検出素子と、加速度検出素子と枠１１１に形成された電極パッド１１５（１１５ａ〜１１５ｄ）とを接続するＡｌ配線１１６とからなるセンサ部１１０を備える。
【００３１】
電極パッド１１５（１１５ａ〜１１５ｄ）は、センサ部１１０の密閉空間の方向に拡張された拡張部１１５Ａを有する。電極パッド１１５（１１５ａ〜１１５ｄ）が、拡張部１１５Ａを有することで、キャップ部１１７（後述）を外側に広げることなくＡｌ配線１１６をキャップ部１１７内の密閉空間に収容しつつ、電極パッド１１５の本来の機能である十分な広さのワイヤボンディング領域を確保する。
【００３２】
また、加速度センサ１００は、センサ部１１０に実装されてセンサ部１１０を密閉空間に収容するキャップ部１１７と、拡張部１１５Ａの少なくとも一部に積層され、センサ部１１０とキャップ部１１７とを接合する接着層１１８とを有する。
【００３３】
十字梁１１３を構成する各梁１１３ａ〜１１３ｄは、ピエゾ抵抗素子を有する肉薄の可撓性部材となっている。十字梁１１３は、中心部分でクローバ状の錘１１２と連結されている。この十字梁１１３の中心部分は、肉薄で可撓性の十字梁１１３が加速度に応じて撓むのに対して、加速度が加わっても錘１１２を支持して撓まないため、中心非可動部１１４と呼ぶことにする。
【００３４】
Ａｌ配線１１６は、ピエゾ抵抗素子と電極パッド１１５（１１５ａ〜１１５ｄ）の拡張部１１５Ａとを接続する。電極パッド１１５（１１５ａ〜１１５ｄ）は、当該ピエゾ抵抗素子に電圧を印加し及びピエゾ抵抗素子からの出力を取り出すための端子部である。
【００３５】
キャップ部１１７は、電極パッド１１５（１１５ａ〜１１５ｄ）の拡張部１１５Ａ上に積層された接着層１１８を介してセンサ部１１０を密閉空間に収容するキャップウエハ又は接合樹脂である。
【００３６】
接着層１１８は、ポリイミド等の接着材料からなる。接着層１１８は、キャップ部１１７の外形形状と同じ矩形形状パターンを有し、キャップ部１１７の内周面と電極パッド１１５（１１５ａ〜１１５ｄ）の拡張部１１５Ａ及び枠１１１とを接着する。特に、接着層１１８は、接着面が電極パッド１１５（１１５ａ〜１１５ｄ）の拡張部１１５Ａの端部及びＡｌ配線１１６の一部に重なるような接着層パターンを有する。キャップ部１１７と電極パッド１１５（１１５ａ〜１１５ｄ）が形成された枠１１１とを接着層１１８を介して接合した場合、電極パッド１１５（１１５ａ〜１１５ｄ）の拡張部１１５Ａの少なくとも端部は、接着層１１８の内側、すなわちキャップ部１１７で保護された密閉空間内に配置される。Ａｌ配線１１６は、キャップ部１１７の密閉空間内で保護される。
【００３７】
図７に示すように、接着層１１８は、十字梁１１３から等距離に離して配置し、かつ等幅の枠形状とする。接着層１１８は、シリコンの熱膨張係数に近い係数をもつ接着材料を用いることが好ましい。具体的には、デバイス材料のシリコンの熱膨張係数（２．５〜４．５×１０−６/K）に近い係数をもつ接着材料を用いる。
【００３８】
また、図８に示すように、接着層１１８は、電極パッド１１５（１１５ａ〜１１５ｄ）の拡張部１１５Ａを覆い、かつ拡張部１１５Ａ上の膜厚とその他枠１１１の膜の高さが同じになるように形成する。
【００３９】
上記構成を採ると、図７に示すように、Ａｌ配線１１６は、キャップ部１１７に形成される接着層１１８の内側に配置される。Ａｌ配線１１６が、接着層１１８の内側に配置される構造であればどのような構造でもよい。本実施の形態では、密閉空間の方向に拡張された電極パッド１１５（１１５ａ〜１１５ｄ）の拡張部１１５Ａの端部が接着層１１８に重なるように、電極パッド１１５（１１５ａ〜１１５ｄ）及び接着層１１８を形成する。この構成によれば、Ａｌ配線１１６のみに接着層１１８が重なるのではなく、Ａｌ配線１１６及び拡張部１１５Ａの端部にも接着層１１８が重なる。このため、接着層１１８を介して伝達される応力を拡張部１１５Ａの端部が受けることで、Ａｌ配線１１６の破損を未然に防止することができる。その一方で、電極パッド１１５（１１５ａ〜１１５ｄ）は、密閉空間の方向に拡張された拡張部１１５Ａを有することで、キャップ部１１７を外側に広げることなくＡｌ配線１１６をキャップ部１１７内の密閉空間に収容しつつ、電極パッド１１５の本来の機能である十分な広さのワイヤボンディング領域を確保することができる。
【００４０】
拡張部１１５Ａを含む電極パッド１１５（１１５ａ〜１１５ｄ）の全長は、例えば１６０〜１７０μｍに形成する。この場合、接着層１１８に接合される拡張部１１５Ａの端部の長さは、７０〜８０μｍである。
【００４１】
本実施の形態では、ピエゾ抵抗素子がある梁部にかかる応力を均等にするために各梁端部から等距離になるように離し、等幅にする。以下、具体的に説明する。
【００４２】
図６に、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向用のピエゾ抵抗素子が、十字梁１１３上のどの位置に配置されているかの概略を示す。
【００４３】
梁１１３ａには、Ｘ軸方向用及びＺ軸方向用のピエゾ抵抗素子ｘ１，ｘ２，ｚ１，ｚ２が形成されている。同様に、梁１１３ｃには、Ｘ軸方向用及びＺ軸方向用のピエゾ抵抗素子ｘ３，ｘ４，ｚ３，ｚ４が形成されている。
【００４４】
Ｘ軸方向用のピエゾ抵抗素子ｘ１〜ｘ４とＺ軸方向用のピエゾ抵抗素子ｚ１〜ｚ４は、梁１１３ａ，１１３ｃの長手方向（Ｘ方向）の同位置に並列に配置されている。よって、その対称性が確保されている。
【００４５】
梁１１３ｄ，１１３ｂには、Ｙ軸方向用のピエゾ抵抗素子ｙ１〜ｙ４が形成されている。ここで各ピエゾ抵抗素子ｘ１〜ｘ４，ｙ１〜ｙ４，ｚ１〜ｚ４は、梁１１３における、枠１１１の近傍位置と、中心非可動部１１４の近傍位置に形成されている。つまり、ピエゾ抵抗素子ｘ１〜ｘ４，ｙ１〜ｙ４，ｚ１〜ｚ４は、加速度によって梁１１３が撓み易い、梁１１３の付け根部分に形成されている。
【００４６】
なお、本実施の形態では、Ｘ軸方向用のピエゾ抵抗素子ｘ１〜ｘ４と、Ｚ軸方向用のピエゾ抵抗素子ｚ１〜ｚ４を同一の梁上に形成したが、本実施の形態の３軸加速度センサ１００は構造上、Ｘ軸とＹ軸は等価なので、Ｙ軸方向用のピエゾ抵抗素子ｙ１〜ｙ４とＺ軸方向用のピエゾ抵抗素子ｚ１〜ｚ４を同一梁上の同位置に並列に配置してもよい。
【００４７】
次に、加速度センサ１００の製造方法について説明する。
【００４８】
図９は、加速度センサ１００の製造工程図である。図中、Ｓは各工程を示す。
【００４９】
加速度センサチップ、表面キャップウエハ、及び裏面キャップウエハは、Ｓｉ基板を材料として、半導体プロセスにより製造する。加速度センサチップは、加速度センサ１００のセンサ部１１０を上部から覆うキャップ部１１７を構成する。表面キャップウエハは、キャップ部１１７及び接着層１１８を構成する。裏面キャップウエハは、加速度センサ１００のセンサ部１１０を底部から封止するキャップ部（図示略）を構成する。
【００５０】
<加速度センサチップ>
Ｓ１：Ｓｉウエハ上に表面処理を行う。
【００５１】
Ｓ２：Ｓｉウエハをフォトリソとドライ・エッチングを用いて加工し、十字梁１１３を形成する。具体的には、Ｂ（ボロン）又はＰ（リン）といった不純物を、イオン・インプランテーションによってＳｉ基板中に注入することでピエゾ抵抗素子ｘ１〜ｘ４，ｙ１〜ｙ４，ｚ１〜ｚ４を形成する。また、ＳｉウエハのＳｉＯ２酸化膜上にＴＥＯＳ（tetra-ethyl-ortho-silicate）膜を形成する。ＴＥＯＳ膜の上に、フォト・レジストによりＡｌ配線を形成する。
【００５２】
Ｓ３：Ａｌ配線保護膜形成後のＳｉウエハに、ドライ・エッチングによって錘及び可撓部など構造体を形成する。
【００５３】
Ｓ４：十字梁１１３が形成された加速度センサウエハと、工程Ｓ２１，Ｓ２２で別途作製された表面キャップウエハと、工程Ｓ３１，Ｓ３２で別途作製された裏面キャップウエハとを接合する表裏面封止基板ボンティングを行う。本実施の形態では、加速度センサウエハ完成後に、加速度センサウエハと表面キャップウエハと裏面キャップウエハとを表裏面封止基板ボンディングしている。
【００５４】
上記工程Ｓ４の表面封止基板ボンディングにおいて、表面キャップウエハを加速度センサウエハに接合する際、電極パッド１１５の拡張部１１５Ａと接着層１１８とを重ねるようにアライメントを行いボンディングする。電極パッド１１５は、センサ部１１０の中央側に延長した拡張部１１５Ａを有し、この拡張部１１５Ａの枠１１１が接着層１１８を介して表面キャップウエハと接合される。すなわち、加速度センサウエハと表面キャップウエハとの接合は、枠１１１上の拡張部１１５Ａの端部を含むＡｌ配線１１６領域が担う。このため、電極パッド１１５は、パッド本来の目的である十分な広さのワイヤボンディング領域を確保することができる。また、図７に示すように、接着層１１８は、デバイス面内の応力バランスを良くするために十字梁１１３から等距離に配置し、等幅の枠形状とする。
【００５５】
Ｓ５：研削処理により電極パッド１１５（１１５ａ〜１１５ｄ）を露出させる。
【００５６】
Ｓ６：全数検査により合格した加速度センサをダイシングする。
【００５７】
Ｓ７：ダイシングした加速度センサに樹脂パッケージなどの後工程を施して製造工程を終了する。
【００５８】
<表面キャップウエハ>
Ｓ２１：Ｓｉウエハ上に熱酸化膜（ここではＳｉＯ２酸化膜）を形成する。
【００５９】
Ｓ２２：熱酸化膜を形成したＳｉウエハ上に接着層１１８を形成する。作製された表面キャップウエハは、センサ部１１０を密閉空間に収容するキャップ部１１７として加速度センサウエハに接合される（工程Ｓ４又はＳ７参照）。
【００６０】
<裏面キャップウエハ>
Ｓ３１：Ｓｉウエハ上に熱酸化膜（ここではＳｉＯ２酸化膜）を形成する。
【００６１】
Ｓ３２：熱酸化膜を形成したＳｉウエハ上に接着層（図示略）を形成する。作製された裏面キャップウエハは、加速度センサウエハの底面に接合される（工程Ｓ４参照）。
【００６２】
図１０は、表面キャップウエハの製造工程図である。表面キャップウエハは、加速度センサ１００のセンサ部１１０を上部から覆うキャップ部１１７である。
【００６３】
キャップウエハは、図１０（ａ）に示すように、例えばＳｉウエハを材料として、半導体プロセスにより製造する。
【００６４】
Ｓ４１：Ｓｉウエハ１１７ａ上に熱酸化膜（ここではＳｉＯ２酸化膜）１１９を形成する（図１０（ｂ）参照）。
【００６５】
Ｓ４２：ＳｉウエハのＳｉＯ２酸化膜１１９上にポリイミド等の接着層１１８ａを塗布する（図１０（ｃ）参照）。
【００６６】
Ｓ４３：ＳｉウエハのＳｉＯ２酸化膜１１９上に、フォト・レジストにより接着層１１８ａをパターニングする（図１０（ｄ）参照）。パターニング後は、接着層１１８となる。図７及び図８に示すように、接着層１１８パターンは、電極パッド１１５の拡張部１１５Ａの端部で、かつキャップ部１１７周囲を取り囲む形状である。
【００６７】
Ｓ４４：接着層１１８が接着されたＳｉウエハ１１７ａに対して、ウエハボンディング時に枠１１１上の電極パッド１１５を露出させるためのエッチングを行う（図１０（ｅ）参照）。すなわち、接着層１１８のパターニングを完成させた後、接着層１１８が枠形状にパターニングされた後に電極パッド１１５を露出させるためのエッチングを行う。エッチング後は、Ｓｉウエハ１１７ｂとなる。
【００６８】
Ｓ４５：上記表面キャップウエハを加速度センサウエハに接合するウエハボンディングを行う。特に、電極パッド１１５の拡張部１１５Ａと接着層１１８とを重ねるようにアライメントを行いボンディングする。
【００６９】
Ｓ４６：ウエハボンディング後のＳｉウエハ１１７ｂを研削して電極パッド１１５を露出させ（図１０（ｆ）参照）、キャップウエハ作製フローを終了する。
【００７０】
図１０では、接着層１１８のパターニングを完成させた後、すなわち接着層１１８が枠形状にパターニングされた後に電極パッド１１５を露出させるためのエッチングを行っている。図１１の変形例も可能である。
【００７１】
図１１は、表面キャップウエハの他の製造工程図である。図１０と同一工程には同一番号を付している。
【００７２】
Ｓ４３’：ＳｉウエハのＳｉＯ２酸化膜１１９上に、フォト・レジストにより接着層１１８ａの中央部のみをパターニングする（図１１（ｄ）参照）。このパターニング後は、接着層１１８ｂとなる。
【００７３】
Ｓ４４’：中央部のみをパターニングされた接着層１１８ｂが接着されたＳｉウエハ１１７ａに対して、接着層１１８ｂの枠外側とＳｉウエハ１１７ｂのパッド露出部を継続してエッチングを行う（図１１（ｅ）参照）。パターニング後は、接着層１１８となる。図７及び図８に示すように、接着層１１８パターンは、電極パッド１１５の拡張部１１５Ａの端部で、かつキャップ部１１７周囲を取り囲む形状である。また、電極パッド１１５を露出させるためのエッチングも同時に完了する。
【００７４】
図１１では、デバイス内部にかかる接着層１１８ａの枠中央部のみパターニングした後に、接着層１１８ｂの枠外側とＳｉウエハ１１７ｂのパッド露出部を継続してエッチングを行っている。
【００７５】
図１１の工法によれば、電極パッド１１５の露出エッチ部と接着層１１８ｂの枠外側を同じ面にすることができ、電極パッド１１５のワイヤボンディング領域を大きく確保することができ、又はデバイスサイズを小さくすることができる。
【００７６】
以上詳細に説明したように、本実施の形態の加速度センサ１００は、加速度検出素子と枠１１１に形成された電極パッド１１５（１１５ａ〜１１５ｄ）とを接続するＡｌ配線１１６とからなるセンサ部１１０と、センサ部１１０に実装されてセンサ部１１０を密閉空間に収容するキャップ部１１７と、センサ部１１０とキャップ部１１７とを接合する接着層１１８とを備え、電極パッド１１５は、センサ部１１０の密閉空間の方向に拡張された拡張部１１５Ａを有し、キャップ部１１７は、拡張部１１５Ａの端部と積層される接着層１１８によりセンサ部１１０と接合する。接着層１１８と電極パッド１１５の拡張部１１５Ａが重なるようにキャップウエハとデバイスウエハを接合する。これにより、以下の効果を得ることができる。
【００７７】
（１）電極パッド１１５の拡張部１１５Ａの端部と積層される接着層１１８が、センサ部１１０を枠形状で取り囲むことにより、デバイスウエハのＡｌ配線１１６を保護することができる。特に、電極パッド１１５の拡張部１１５Ａと重ねてキャップウエハを接合することで、Ａｌ配線１１６（数μｍ〜数十μｍ）を全て物理的、化学的に保護することができ、吸湿性を有する樹脂パッケージングを行った場合でもＡｌ配線１１６の信頼性を確保することができる。また、樹脂パッケージングは、セラミックパッケージと比較して生産性、コスト面でメリットがある。よって、信頼性を確保しながら生産性、コスト面の向上を図ることができる。
【００７８】
（２）キャップ部１１７を外側に広げることなく、電極パッド１１５のワイヤボンディング領域を確保することができる。樹脂モールド封止前に外部に露出している部分は、キャップチップとデバイスチップのシリコンとデバイス上の電極パッド１１５（幅約１００μｍ）のみである。
【００７９】
（３）接着層パターンを十字梁１１３から等距離に離隔し、等幅の枠形状とすることで、デバイス面内で応力バランスを良くし、応力によるデバイス特性（オフセット電圧、感度）の悪化を防ぐことができる。
【００８０】
（４）接着層１１８は、デバイス材料のシリコンの熱膨張係数（２．５〜４．５×１０−６/K）に近い係数をもつ接着材料を用いることで、熱応力によるデバイス特性の悪化を防ぐことができる。
【００８１】
以上、本発明の実施の形態について述べたが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変更が可能であり、本発明がこれらに及ぶことは当然である。
【００８２】
上記実施の形態では、３軸加速度センサに適用した例であるが、同様の構成により、半導体加速度センサ全般に適用することができる。
【００８３】
また、上記実施の形態では、加速度センサという名称を用いたが、これは説明の便宜上であり、３軸加速度センサ、半導体センサ等であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明の加速度センサは、例えばゲームコントローラ等の玩具や、自動車の衝撃検出装置、ハードディスクの落下検知装置、携帯電話機の入力装置等の種々の装置に広く適用し得る。
【符号の説明】
【００８５】
１００ 加速度センサ
１１０ センサ部
１１１ 枠
１１２ａ〜１１２ｄ 錘
１１１，１１３ａ〜１１３ｄ 梁
１１５，１１５ａ〜１１５ｄ 電極パッド
１１６ Ａｌ配線
１１７ キャップ部
１１８ 接着層
ｘ１〜ｘ４ Ｘ軸方向用のピエゾ抵抗素子
ｙ１〜ｙ４ Ｙ軸方向用のピエゾ抵抗素子
ｚ１〜ｚ４ Ｚ軸方向用のピエゾ抵抗素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピエゾ抵抗素子を用いてＸ、Ｙ及びＺ軸方向の加速度を検出する加速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車や家電製品など様々な分野において、半導体加速度センサが用いられる。従来、この種の半導体加速度センサとして、例えば特許文献１乃至３で開示されているものがある。
【０００３】
図１は、特許文献１に記載の半導体加速度センサの平面図である。
【０００４】
図１に示すように、半導体加速度センサ１０は、シリコン基板を加工して形成されるセンサ基板１１とその上下面に配置される上部ガラスキャップと下部ガラスキャップとを備える。図１では、上部ガラスキャップを取り除いた状態を示している。
【０００５】
センサ基板１１は、矩形枠状のフレーム１４、フレーム１４の内側に配設された矩形板状の錘部１５、及び錘部１５をフレーム１４の一辺に接続する一対の薄肉状のカンチレバー１６を有している。錘部１５は、カンチレバー１６を介してフレーム１４に揺動自在に支持されており、センサ基板１１に加速度が作用すると錘部１５が変位してカンチレバー１６がフレーム１４に対して撓むようになっている。
【０００６】
一対のカンチレバー１６には、それぞれに２個のセンシング部としてのゲージ抵抗１７が設けられており、これら４つのゲージ抵抗１７がブリッジ接続されている。カンチレバー１６が接続されたフレーム１４の一辺にはワイヤボンディングパッド１８が設けられている。ゲージ抵抗１７とワイヤボンディングパッド１８とは、拡散層配線１９、コンタクト部２０及びＡｌ配線２１を介して接続されている。また、ワイヤボンディングパッド１８には金やアルミニウムなどで形成されたボンディングワイヤ（図示せず）が接続されている。そして、このボンディングワイヤを外部に接続することによりセンサ基板１１と外部との電気的接続がなされている。
【０００７】
上部ガラスキャップ及び下部ガラスキャップは、フレーム１４の上下面にそれぞれ陽極接合されている。上部ガラスキャップは、錘部１５及びカンチレバー１６を覆うとともにワイヤボンディングパッド１８を上部ガラスキャップ外に露出させるようにフレーム１４に陽極接合されている。
【０００８】
カンチレバー１６が接続されている一辺に隣接する二辺に沿ったフレーム１４上には、厚さ約１〜２μｍのアルミニウム製の金属薄膜２３が帯状に形成されている。金属薄膜２３が形成されていない部分には金属薄膜２３とほぼ同じ高さの凸部２４が形成されており、金属薄膜２３と凸部２４とで矩形枠状部２５が形成されている。
【０００９】
上部ガラスキャップとフレーム１４とは、上部ガラスキャップの輪郭を矩形枠状部２５の輪郭に位置合わせした状態で金属薄膜２３を介して陽極接合されている。
【００１０】
図２は、特許文献２に記載の加速度センサ基板の図であり、図２（ｂ）は加速度センサ基板のピエゾ抵抗素子側の平面図、図２（ａ）は図２（ｂ）のＡ−Ａ’断面図である。
【００１１】
図２に示すように、加速度センサチップ３０は、ピエゾ抵抗素子３１と配線３２、分割溝３３、電極パッド３４、２点鎖線で示した接合部３５、梁部３６、錘部３７、枠部３８等から構成される。
【００１２】
加速度センサ基板は、加速度センサチップ３０が連結部３９で接合されている。一点鎖線で示した分離部４１で分離し個片化される。加速度センサ基板の上下面には、キャップ基板と接合する接合材が形成された接合部３５を設ける。加速度センサチップ３０の外周の分離部４１に設けた分割溝３３は、梁部３６と錘部３７を形成するときに同時に形成する。
【００１３】
図３は、特許文献３に記載の加速度センサの平面図である。
【００１４】
図３に示すように、加速度センサ５０は、基板５１と、基板５１の上の右側部分に設置されたセンサ素子部５２と、センサ素子部５２の左側に設置された電極パッド５３ａ（５３ａ１〜５３ａ４）とを備える。電極パッド５３ａ１〜５３ａ４は、それぞれ配線ＬＮａ、ＬＮｂ、ＬＮｃ、ＬＮｄを介してセンサ素子部５２と接続されている。
【００１５】
センサ素子部５２には、加速度を検出するための質量体５４、質量体５４を支持する支持部５５、質量体５４と支持部５５とを接続する梁部５６が設けられている。配線ＬＮａには固定電極５７ａが接続され、配線ＬＮｄには固定電極５７ｄが接続されている。質量体５４の両翼には、固定電極５７ａ，５７ｄと対向するように、可動電極５８が櫛状に設けられている。質量体５４及び可動電極５８は、梁部５６及び支持部５５により中空保持されている。
【００１６】
上記加速度センサ５０に加速度が加わると、梁部５６が撓んで質量体５４が変位する。すると、可動電極５８と固定電極５７ａ，５７ｄとの間の電極間距離が変動し、電極間の静電容量が変化する。この静電容量の変化により、加速度が検出される。
【００１７】
図４は、特許文献１乃至３に記載の加速度センサにおいて、共通して用いられている加速度センサの配線及びコンタクト部の構造を示す図である。
【００１８】
図４に示すように、加速度センサ６０は、センサ基板６１と、センサ基板６１の側面に設置された電極パッド６２と、センサ基板６１と電極パッド６２とを接続するＡｌ配線６３とを備える。センサ基板６１の上部は、接着剤樹脂層６４により上部ガラスキャップ、又はシリコンキャップ（図示略）に樹脂接合される。このような半導体センサの製造方法において、樹脂接合によるウエハレベルパッケージは、一般的な封止方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２００８−１８５３５５号公報
【特許文献２】特開２００８−０９１８４５号公報
【特許文献３】特開２００８−０８９３２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら、このような従来の加速度センサの製造方法にあっては、以下の課題があった。
【００２１】
（１）樹脂接合によるウエハレベルパッケージでは、電極パッド６２近傍のＡｌ配線６３のことを考慮せずに封止していたため、Ａｌ配線６３が保護されず、信頼性を確保することができない。例えば、図４では、電極パッド６２近傍のＡｌ配線６３の上部６５が保護されていない。
【００２２】
特許文献１乃至３に記載の加速度センサについてみてみると、図１では、ワイヤボンディングパッド１８及びＡｌ配線２１、図２では、配線３２及び電極パッド３４、図３では、電極パッド５３及び配線ＬＮａ、ＬＮｂ、ＬＮｃ、ＬＮｄであり、いずれも電極パッド近傍のＡｌ配線が保護されていない。パッド近傍のＡｌ配線が保護されておらず、ウエハ接合によってＡｌ配線の信頼性が確保できない。
【００２３】
（２）Ａｌ配線の信頼性を確保するためには、ダイシングによるセンサチップ個片化後にＡｌ配線に保護膜を施す必要があり生産性が悪化してしまう。
【００２４】
本発明は、かかる点を考慮してなされたものであり、ウエハレベルパッケージを用いて、電極パッド近傍の信頼性を向上させることができる加速度センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明の加速度センサは、枠部と、錘部と、前記枠部と前記錘部とを連結する梁部と、前記梁部上に形成された加速度検出素子と、前記枠部に形成された電極パッドとを接続する金属配線とを有するセンサ部と、前記センサ部上に配置され、該センサ部に密閉空間を形成するキャップ部と、前記センサ部と前記キャップ部とを接合する接着層とを備え、前記電極パッドは、前記密閉空間の方向に拡張された拡張部を有し、前記キャップ部は、前記拡張部の少なくとも一部と積層される前記接着層により前記センサ部と接合する構成を採る。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、ウエハレベルパッケージを用いて、電極パッド近傍の信頼性を向上させることができる加速度センサを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】特許文献１に記載の半導体加速度センサの平面図
【図２】特許文献２に記載の加速度センサ基板の図
【図３】特許文献３に記載の加速度センサの平面図
【図４】従来の加速度センサの配線及びコンタクト部の構造を示す図
【図５】本発明の実施の形態に係る加速度センサの外観構成を示す図
【図６】上記実施の形態に係る加速度センサのピエゾ抵抗素子の十字梁での概略配置を示す平面図
【図７】上記実施の形態に係る加速度センサの要部を示す上視図
【図８】図７のＡ−Ａ’矢視断面図
【図９】上記実施の形態に係る加速度センサの製造工程図
【図１０】上記実施の形態に係る加速度センサの表面キャップウエハの製造工程図
【図１１】上記実施の形態に係る加速度センサの表面キャップウエハの他の製造工程図
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２９】
（実施の形態）
図５は、本発明の実施の形態に係る加速度センサの外観構成を示す図である。図６は、ピエゾ抵抗素子の十字梁での概略配置を示す平面図である。図７は、加速度センサの要部を示す上視図である。図８は、図７のＡ−Ａ’矢視断面図である。本実施の形態は、３軸加速度センサに適用した例である。
【００３０】
図５乃至図８に示すように、加速度センサ１００は、枠１１１と、枠１１１内に設けられた錘１１２（１１２ａ〜１１２ｄ）と、枠１１１と錘１１２とを連結する十字梁１１３（１１３ａ〜１１３ｄ）と、十字梁１１３上に形成された加速度検出素子と、加速度検出素子と枠１１１に形成された電極パッド１１５（１１５ａ〜１１５ｄ）とを接続するＡｌ配線１１６とからなるセンサ部１１０を備える。
【００３１】
電極パッド１１５（１１５ａ〜１１５ｄ）は、センサ部１１０の密閉空間の方向に拡張された拡張部１１５Ａを有する。電極パッド１１５（１１５ａ〜１１５ｄ）が、拡張部１１５Ａを有することで、キャップ部１１７（後述）を外側に広げることなくＡｌ配線１１６をキャップ部１１７内の密閉空間に収容しつつ、電極パッド１１５の本来の機能である十分な広さのワイヤボンディング領域を確保する。
【００３２】
また、加速度センサ１００は、センサ部１１０に実装されてセンサ部１１０を密閉空間に収容するキャップ部１１７と、拡張部１１５Ａの少なくとも一部に積層され、センサ部１１０とキャップ部１１７とを接合する接着層１１８とを有する。
【００３３】
十字梁１１３を構成する各梁１１３ａ〜１１３ｄは、ピエゾ抵抗素子を有する肉薄の可撓性部材となっている。十字梁１１３は、中心部分でクローバ状の錘１１２と連結されている。この十字梁１１３の中心部分は、肉薄で可撓性の十字梁１１３が加速度に応じて撓むのに対して、加速度が加わっても錘１１２を支持して撓まないため、中心非可動部１１４と呼ぶことにする。
【００３４】
Ａｌ配線１１６は、ピエゾ抵抗素子と電極パッド１１５（１１５ａ〜１１５ｄ）の拡張部１１５Ａとを接続する。電極パッド１１５（１１５ａ〜１１５ｄ）は、当該ピエゾ抵抗素子に電圧を印加し及びピエゾ抵抗素子からの出力を取り出すための端子部である。
【００３５】
キャップ部１１７は、電極パッド１１５（１１５ａ〜１１５ｄ）の拡張部１１５Ａ上に積層された接着層１１８を介してセンサ部１１０を密閉空間に収容するキャップウエハ又は接合樹脂である。
【００３６】
接着層１１８は、ポリイミド等の接着材料からなる。接着層１１８は、キャップ部１１７の外形形状と同じ矩形形状パターンを有し、キャップ部１１７の内周面と電極パッド１１５（１１５ａ〜１１５ｄ）の拡張部１１５Ａ及び枠１１１とを接着する。特に、接着層１１８は、接着面が電極パッド１１５（１１５ａ〜１１５ｄ）の拡張部１１５Ａの端部及びＡｌ配線１１６の一部に重なるような接着層パターンを有する。キャップ部１１７と電極パッド１１５（１１５ａ〜１１５ｄ）が形成された枠１１１とを接着層１１８を介して接合した場合、電極パッド１１５（１１５ａ〜１１５ｄ）の拡張部１１５Ａの少なくとも端部は、接着層１１８の内側、すなわちキャップ部１１７で保護された密閉空間内に配置される。Ａｌ配線１１６は、キャップ部１１７の密閉空間内で保護される。
【００３７】
図７に示すように、接着層１１８は、十字梁１１３から等距離に離して配置し、かつ等幅の枠形状とする。接着層１１８は、シリコンの熱膨張係数に近い係数をもつ接着材料を用いることが好ましい。具体的には、デバイス材料のシリコンの熱膨張係数（２．５〜４．５×１０−６/K）に近い係数をもつ接着材料を用いる。
【００３８】
また、図８に示すように、接着層１１８は、電極パッド１１５（１１５ａ〜１１５ｄ）の拡張部１１５Ａを覆い、かつ拡張部１１５Ａ上の膜厚とその他枠１１１の膜の高さが同じになるように形成する。
【００３９】
上記構成を採ると、図７に示すように、Ａｌ配線１１６は、キャップ部１１７に形成される接着層１１８の内側に配置される。Ａｌ配線１１６が、接着層１１８の内側に配置される構造であればどのような構造でもよい。本実施の形態では、密閉空間の方向に拡張された電極パッド１１５（１１５ａ〜１１５ｄ）の拡張部１１５Ａの端部が接着層１１８に重なるように、電極パッド１１５（１１５ａ〜１１５ｄ）及び接着層１１８を形成する。この構成によれば、Ａｌ配線１１６のみに接着層１１８が重なるのではなく、Ａｌ配線１１６及び拡張部１１５Ａの端部にも接着層１１８が重なる。このため、接着層１１８を介して伝達される応力を拡張部１１５Ａの端部が受けることで、Ａｌ配線１１６の破損を未然に防止することができる。その一方で、電極パッド１１５（１１５ａ〜１１５ｄ）は、密閉空間の方向に拡張された拡張部１１５Ａを有することで、キャップ部１１７を外側に広げることなくＡｌ配線１１６をキャップ部１１７内の密閉空間に収容しつつ、電極パッド１１５の本来の機能である十分な広さのワイヤボンディング領域を確保することができる。
【００４０】
拡張部１１５Ａを含む電極パッド１１５（１１５ａ〜１１５ｄ）の全長は、例えば１６０〜１７０μｍに形成する。この場合、接着層１１８に接合される拡張部１１５Ａの端部の長さは、７０〜８０μｍである。
【００４１】
本実施の形態では、ピエゾ抵抗素子がある梁部にかかる応力を均等にするために各梁端部から等距離になるように離し、等幅にする。以下、具体的に説明する。
【００４２】
図６に、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向用のピエゾ抵抗素子が、十字梁１１３上のどの位置に配置されているかの概略を示す。
【００４３】
梁１１３ａには、Ｘ軸方向用及びＺ軸方向用のピエゾ抵抗素子ｘ１，ｘ２，ｚ１，ｚ２が形成されている。同様に、梁１１３ｃには、Ｘ軸方向用及びＺ軸方向用のピエゾ抵抗素子ｘ３，ｘ４，ｚ３，ｚ４が形成されている。
【００４４】
Ｘ軸方向用のピエゾ抵抗素子ｘ１〜ｘ４とＺ軸方向用のピエゾ抵抗素子ｚ１〜ｚ４は、梁１１３ａ，１１３ｃの長手方向（Ｘ方向）の同位置に並列に配置されている。よって、その対称性が確保されている。
【００４５】
梁１１３ｄ，１１３ｂには、Ｙ軸方向用のピエゾ抵抗素子ｙ１〜ｙ４が形成されている。ここで各ピエゾ抵抗素子ｘ１〜ｘ４，ｙ１〜ｙ４，ｚ１〜ｚ４は、梁１１３における、枠１１１の近傍位置と、中心非可動部１１４の近傍位置に形成されている。つまり、ピエゾ抵抗素子ｘ１〜ｘ４，ｙ１〜ｙ４，ｚ１〜ｚ４は、加速度によって梁１１３が撓み易い、梁１１３の付け根部分に形成されている。
【００４６】
なお、本実施の形態では、Ｘ軸方向用のピエゾ抵抗素子ｘ１〜ｘ４と、Ｚ軸方向用のピエゾ抵抗素子ｚ１〜ｚ４を同一の梁上に形成したが、本実施の形態の３軸加速度センサ１００は構造上、Ｘ軸とＹ軸は等価なので、Ｙ軸方向用のピエゾ抵抗素子ｙ１〜ｙ４とＺ軸方向用のピエゾ抵抗素子ｚ１〜ｚ４を同一梁上の同位置に並列に配置してもよい。
【００４７】
次に、加速度センサ１００の製造方法について説明する。
【００４８】
図９は、加速度センサ１００の製造工程図である。図中、Ｓは各工程を示す。
【００４９】
加速度センサチップ、表面キャップウエハ、及び裏面キャップウエハは、Ｓｉ基板を材料として、半導体プロセスにより製造する。加速度センサチップは、加速度センサ１００のセンサ部１１０を上部から覆うキャップ部１１７を構成する。表面キャップウエハは、キャップ部１１７及び接着層１１８を構成する。裏面キャップウエハは、加速度センサ１００のセンサ部１１０を底部から封止するキャップ部（図示略）を構成する。
【００５０】
<加速度センサチップ>
Ｓ１：Ｓｉウエハ上に表面処理を行う。
【００５１】
Ｓ２：Ｓｉウエハをフォトリソとドライ・エッチングを用いて加工し、十字梁１１３を形成する。具体的には、Ｂ（ボロン）又はＰ（リン）といった不純物を、イオン・インプランテーションによってＳｉ基板中に注入することでピエゾ抵抗素子ｘ１〜ｘ４，ｙ１〜ｙ４，ｚ１〜ｚ４を形成する。また、ＳｉウエハのＳｉＯ２酸化膜上にＴＥＯＳ（tetra-ethyl-ortho-silicate）膜を形成する。ＴＥＯＳ膜の上に、フォト・レジストによりＡｌ配線を形成する。
【００５２】
Ｓ３：Ａｌ配線保護膜形成後のＳｉウエハに、ドライ・エッチングによって錘及び可撓部など構造体を形成する。
【００５３】
Ｓ４：十字梁１１３が形成された加速度センサウエハと、工程Ｓ２１，Ｓ２２で別途作製された表面キャップウエハと、工程Ｓ３１，Ｓ３２で別途作製された裏面キャップウエハとを接合する表裏面封止基板ボンティングを行う。本実施の形態では、加速度センサウエハ完成後に、加速度センサウエハと表面キャップウエハと裏面キャップウエハとを表裏面封止基板ボンディングしている。
【００５４】
上記工程Ｓ４の表面封止基板ボンディングにおいて、表面キャップウエハを加速度センサウエハに接合する際、電極パッド１１５の拡張部１１５Ａと接着層１１８とを重ねるようにアライメントを行いボンディングする。電極パッド１１５は、センサ部１１０の中央側に延長した拡張部１１５Ａを有し、この拡張部１１５Ａの枠１１１が接着層１１８を介して表面キャップウエハと接合される。すなわち、加速度センサウエハと表面キャップウエハとの接合は、枠１１１上の拡張部１１５Ａの端部を含むＡｌ配線１１６領域が担う。このため、電極パッド１１５は、パッド本来の目的である十分な広さのワイヤボンディング領域を確保することができる。また、図７に示すように、接着層１１８は、デバイス面内の応力バランスを良くするために十字梁１１３から等距離に配置し、等幅の枠形状とする。
【００５５】
Ｓ５：研削処理により電極パッド１１５（１１５ａ〜１１５ｄ）を露出させる。
【００５６】
Ｓ６：全数検査により合格した加速度センサをダイシングする。
【００５７】
Ｓ７：ダイシングした加速度センサに樹脂パッケージなどの後工程を施して製造工程を終了する。
【００５８】
<表面キャップウエハ>
Ｓ２１：Ｓｉウエハ上に熱酸化膜（ここではＳｉＯ２酸化膜）を形成する。
【００５９】
Ｓ２２：熱酸化膜を形成したＳｉウエハ上に接着層１１８を形成する。作製された表面キャップウエハは、センサ部１１０を密閉空間に収容するキャップ部１１７として加速度センサウエハに接合される（工程Ｓ４又はＳ７参照）。
【００６０】
<裏面キャップウエハ>
Ｓ３１：Ｓｉウエハ上に熱酸化膜（ここではＳｉＯ２酸化膜）を形成する。
【００６１】
Ｓ３２：熱酸化膜を形成したＳｉウエハ上に接着層（図示略）を形成する。作製された裏面キャップウエハは、加速度センサウエハの底面に接合される（工程Ｓ４参照）。
【００６２】
図１０は、表面キャップウエハの製造工程図である。表面キャップウエハは、加速度センサ１００のセンサ部１１０を上部から覆うキャップ部１１７である。
【００６３】
キャップウエハは、図１０（ａ）に示すように、例えばＳｉウエハを材料として、半導体プロセスにより製造する。
【００６４】
Ｓ４１：Ｓｉウエハ１１７ａ上に熱酸化膜（ここではＳｉＯ２酸化膜）１１９を形成する（図１０（ｂ）参照）。
【００６５】
Ｓ４２：ＳｉウエハのＳｉＯ２酸化膜１１９上にポリイミド等の接着層１１８ａを塗布する（図１０（ｃ）参照）。
【００６６】
Ｓ４３：ＳｉウエハのＳｉＯ２酸化膜１１９上に、フォト・レジストにより接着層１１８ａをパターニングする（図１０（ｄ）参照）。パターニング後は、接着層１１８となる。図７及び図８に示すように、接着層１１８パターンは、電極パッド１１５の拡張部１１５Ａの端部で、かつキャップ部１１７周囲を取り囲む形状である。
【００６７】
Ｓ４４：接着層１１８が接着されたＳｉウエハ１１７ａに対して、ウエハボンディング時に枠１１１上の電極パッド１１５を露出させるためのエッチングを行う（図１０（ｅ）参照）。すなわち、接着層１１８のパターニングを完成させた後、接着層１１８が枠形状にパターニングされた後に電極パッド１１５を露出させるためのエッチングを行う。エッチング後は、Ｓｉウエハ１１７ｂとなる。
【００６８】
Ｓ４５：上記表面キャップウエハを加速度センサウエハに接合するウエハボンディングを行う。特に、電極パッド１１５の拡張部１１５Ａと接着層１１８とを重ねるようにアライメントを行いボンディングする。
【００６９】
Ｓ４６：ウエハボンディング後のＳｉウエハ１１７ｂを研削して電極パッド１１５を露出させ（図１０（ｆ）参照）、キャップウエハ作製フローを終了する。
【００７０】
図１０では、接着層１１８のパターニングを完成させた後、すなわち接着層１１８が枠形状にパターニングされた後に電極パッド１１５を露出させるためのエッチングを行っている。図１１の変形例も可能である。
【００７１】
図１１は、表面キャップウエハの他の製造工程図である。図１０と同一工程には同一番号を付している。
【００７２】
Ｓ４３’：ＳｉウエハのＳｉＯ２酸化膜１１９上に、フォト・レジストにより接着層１１８ａの中央部のみをパターニングする（図１１（ｄ）参照）。このパターニング後は、接着層１１８ｂとなる。
【００７３】
Ｓ４４’：中央部のみをパターニングされた接着層１１８ｂが接着されたＳｉウエハ１１７ａに対して、接着層１１８ｂの枠外側とＳｉウエハ１１７ｂのパッド露出部を継続してエッチングを行う（図１１（ｅ）参照）。パターニング後は、接着層１１８となる。図７及び図８に示すように、接着層１１８パターンは、電極パッド１１５の拡張部１１５Ａの端部で、かつキャップ部１１７周囲を取り囲む形状である。また、電極パッド１１５を露出させるためのエッチングも同時に完了する。
【００７４】
図１１では、デバイス内部にかかる接着層１１８ａの枠中央部のみパターニングした後に、接着層１１８ｂの枠外側とＳｉウエハ１１７ｂのパッド露出部を継続してエッチングを行っている。
【００７５】
図１１の工法によれば、電極パッド１１５の露出エッチ部と接着層１１８ｂの枠外側を同じ面にすることができ、電極パッド１１５のワイヤボンディング領域を大きく確保することができ、又はデバイスサイズを小さくすることができる。
【００７６】
以上詳細に説明したように、本実施の形態の加速度センサ１００は、加速度検出素子と枠１１１に形成された電極パッド１１５（１１５ａ〜１１５ｄ）とを接続するＡｌ配線１１６とからなるセンサ部１１０と、センサ部１１０に実装されてセンサ部１１０を密閉空間に収容するキャップ部１１７と、センサ部１１０とキャップ部１１７とを接合する接着層１１８とを備え、電極パッド１１５は、センサ部１１０の密閉空間の方向に拡張された拡張部１１５Ａを有し、キャップ部１１７は、拡張部１１５Ａの端部と積層される接着層１１８によりセンサ部１１０と接合する。接着層１１８と電極パッド１１５の拡張部１１５Ａが重なるようにキャップウエハとデバイスウエハを接合する。これにより、以下の効果を得ることができる。
【００７７】
（１）電極パッド１１５の拡張部１１５Ａの端部と積層される接着層１１８が、センサ部１１０を枠形状で取り囲むことにより、デバイスウエハのＡｌ配線１１６を保護することができる。特に、電極パッド１１５の拡張部１１５Ａと重ねてキャップウエハを接合することで、Ａｌ配線１１６（数μｍ〜数十μｍ）を全て物理的、化学的に保護することができ、吸湿性を有する樹脂パッケージングを行った場合でもＡｌ配線１１６の信頼性を確保することができる。また、樹脂パッケージングは、セラミックパッケージと比較して生産性、コスト面でメリットがある。よって、信頼性を確保しながら生産性、コスト面の向上を図ることができる。
【００７８】
（２）キャップ部１１７を外側に広げることなく、電極パッド１１５のワイヤボンディング領域を確保することができる。樹脂モールド封止前に外部に露出している部分は、キャップチップとデバイスチップのシリコンとデバイス上の電極パッド１１５（幅約１００μｍ）のみである。
【００７９】
（３）接着層パターンを十字梁１１３から等距離に離隔し、等幅の枠形状とすることで、デバイス面内で応力バランスを良くし、応力によるデバイス特性（オフセット電圧、感度）の悪化を防ぐことができる。
【００８０】
（４）接着層１１８は、デバイス材料のシリコンの熱膨張係数（２．５〜４．５×１０−６/K）に近い係数をもつ接着材料を用いることで、熱応力によるデバイス特性の悪化を防ぐことができる。
【００８１】
以上、本発明の実施の形態について述べたが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変更が可能であり、本発明がこれらに及ぶことは当然である。
【００８２】
上記実施の形態では、３軸加速度センサに適用した例であるが、同様の構成により、半導体加速度センサ全般に適用することができる。
【００８３】
また、上記実施の形態では、加速度センサという名称を用いたが、これは説明の便宜上であり、３軸加速度センサ、半導体センサ等であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明の加速度センサは、例えばゲームコントローラ等の玩具や、自動車の衝撃検出装置、ハードディスクの落下検知装置、携帯電話機の入力装置等の種々の装置に広く適用し得る。
【符号の説明】
【００８５】
１００ 加速度センサ
１１０ センサ部
１１１ 枠
１１２ａ〜１１２ｄ 錘
１１１，１１３ａ〜１１３ｄ 梁
１１５，１１５ａ〜１１５ｄ 電極パッド
１１６ Ａｌ配線
１１７ キャップ部
１１８ 接着層
ｘ１〜ｘ４ Ｘ軸方向用のピエゾ抵抗素子
ｙ１〜ｙ４ Ｙ軸方向用のピエゾ抵抗素子
ｚ１〜ｚ４ Ｚ軸方向用のピエゾ抵抗素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
枠部と、
錘部と、
前記枠部と前記錘部とを連結する梁部と、
前記梁部上に形成された加速度検出素子と、前記枠部に形成された電極パッドとを接続する金属配線とを有するセンサ部と、
前記センサ部上に配置され、該センサ部に密閉空間を形成するキャップ部と、
前記センサ部と前記キャップ部とを接合する接着層とを備え、
前記電極パッドは、前記密閉空間の方向に拡張された拡張部を有し、
前記キャップ部は、前記拡張部の少なくとも一部と積層される前記接着層により前記センサ部と接合する加速度センサ。
【請求項２】
前記拡張部は、前記金属配線に接続される端部が前記接着層と積層される請求項１記載の加速度センサ。
【請求項３】
前記接着層は、前記センサ部を取り囲み、かつ前記梁部から等距離に離隔する枠形状である請求項１記載の加速度センサ。
【請求項４】
前記接着層は、前記センサ部を取り囲み、かつ等幅の枠形状である請求項１記載の加速度センサ。
【請求項５】
前記接着層は、前記枠部又は前記キャップ部の材料の熱膨張係数に近い熱膨張係数をもつ接着材料からなる請求項１記載の加速度センサ。
【請求項１】
枠部と、
錘部と、
前記枠部と前記錘部とを連結する梁部と、
前記梁部上に形成された加速度検出素子と、前記枠部に形成された電極パッドとを接続する金属配線とを有するセンサ部と、
前記センサ部上に配置され、該センサ部に密閉空間を形成するキャップ部と、
前記センサ部と前記キャップ部とを接合する接着層とを備え、
前記電極パッドは、前記密閉空間の方向に拡張された拡張部を有し、
前記キャップ部は、前記拡張部の少なくとも一部と積層される前記接着層により前記センサ部と接合する加速度センサ。
【請求項２】
前記拡張部は、前記金属配線に接続される端部が前記接着層と積層される請求項１記載の加速度センサ。
【請求項３】
前記接着層は、前記センサ部を取り囲み、かつ前記梁部から等距離に離隔する枠形状である請求項１記載の加速度センサ。
【請求項４】
前記接着層は、前記センサ部を取り囲み、かつ等幅の枠形状である請求項１記載の加速度センサ。
【請求項５】
前記接着層は、前記枠部又は前記キャップ部の材料の熱膨張係数に近い熱膨張係数をもつ接着材料からなる請求項１記載の加速度センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−７６７２（Ｐ２０１１−７６７２Ａ）
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５２２６９（Ｐ２００９−１５２２６９）
【出願日】平成２１年６月２６日（２００９．６．２６）
【出願人】（０００００６２２０）ミツミ電機株式会社 (1,651)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月２６日（２００９．６．２６）
【出願人】（０００００６２２０）ミツミ電機株式会社 (1,651)
【Ｆターム（参考）】
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