(57)【要約】【課題】ウエハ状態で精密なリーク電流検査を行うことができ、製品形態でのロスを低減させたピエゾ式センサ装置を提供する。【解決手段】  半導体基板５上にピエゾ抵抗１１の両端に接続された少なくとも一対の拡散配線１２を実素子として備え、ピエゾ抵抗１１の出力値に応じて物理量を計測するピエゾ式センサ装置１であって、実素子の拡散配線１２とは別に拡散配線１２の最短配線間寸法Ｌ１と同一の最短配線間寸法Ｌ２を有し、相互に接続されない一対の検査用拡散配線１３と、各検査用拡散配線１３に電気接続された電極パッド１４と、を半導体基板５上に備える。【選択図】図１
2010025907.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上にピエゾ抵抗の両端に接続された少なくとも一対の拡散配線を実素子として備え、ピエゾ抵抗の出力値に応じて物理量を計測するピエゾ式センサ装置であって、
実素子の拡散配線とは別に拡散配線の最短配線間寸法と同一の最短配線間寸法を有し、相互に接続されない一対の検査用拡散配線と、各検査用拡散配線に電気接続された電極パッドと、を半導体基板上に備えることを特徴とするピエゾ式センサ装置。
【請求項２】
半導体基板は、枠状をなすフレーム部と、フレーム部から内側に突設する撓み部と、撓み部に支持されて揺動自在に変位する重り部と、を備え、撓み部上にピエゾ抵抗が形成され、一対の検査用拡散配線及び電極パッドがフレーム部上に設けられている請求項１記載のピエゾ式センサ装置。
【請求項３】
一対の検査用拡散配線及び電極パッドは撓み部が突設する一辺側のフレーム部上に設けられている請求項２記載のピエゾ式センサ装置。
【請求項４】
一対の検査用拡散配線の端部が実素子の拡散配線に近づくように延設する請求項３記載のピエゾ式センサ装置。
【請求項５】
半導体基板に対向して設けられ、重り部の可動領域を規定するストッパと、半導体基板とストッパの対向面のそれぞれに対をなす電極を備え、各電極には第２電極パッドが電気接続されている請求項２乃至４のいずれかに記載のピエゾ式センサ装置。
【請求項６】
対をなす電極を重り部の可動領域の両側に備える請求項５記載のピエゾ式センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、ピエゾ抵抗の出力値に応じて物理量を計測するピエゾ式センサ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体加速度センサのようなピエゾ式センサ装置は、パッケージに実装された製品検査で始めて不良が発見され、大きな製品ロスが生じることが多い。そのため、従来から製品への組み立て前に出来るだけ精密な検査を行うことが望まれている。そこで、例えば、特開２００６−９０９４０号公報（特許文献１）では、図５に示すように、枠状をなすフレーム部９１と、フレーム部９１から内側に突設された弾性を有するビーム部（撓み部）９２と、ビーム部９２に支持されて揺動自在に変位する重り部９３と、ビーム部９２の表層に設けられて作用した加速度の大きさに応じた信号を出力するピエゾ抵抗９４とを基本構成として備えたピエゾ式センサ装置９において、ピエゾ抵抗９４を加熱するヒーター９５を設け、ウエハ状態でピエゾ抵抗９４の温度特性を計測できるものとしている。
【特許文献１】特開２００６−９０９４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一方、ピエゾ式センサ装置では、ピエゾ抵抗の温度特性のほか、ウエハ状態でリーク電流の検査を行うことも強く要望されている。しかしながら、特許文献１等の従来のピエゾ式センサ装置は、実素子の拡散配線同士はピエゾ抵抗を介して接続されているため、通常の電圧印加による電流測定によって、ウエハ状態でリーク電流の検査を行うことはできない。そのため、リーク電流については、製品形態で検査せざるを得ず、パッケージに実装された製品検査で始めて不良が発見され、大きな製品ロスが生じることが多い。
【０００４】
また、可動部となる重り部のストッパ構造を有するピエゾ式センサ装置において、重り部とストッパとのギャップ量はセンサ感度等に関係する重要な特性である。しかし、形状検査により全てのギャップ量を検査するには多大な時間が掛かってしまうため、製品形態で検査せざるを得ない現状がある。
【０００５】
本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、ウエハ状態で精密なリーク電流の検査を行うことができ、製品形態でのロスを低減させたピエゾ式センサ装置を提供することを課題としている。
【０００６】
さらに、本発明は、可動部となる重り部のストッパ構造を有するピエゾ式センサ装置において、ウエハ状態で重り部とストッパのギャップ量を計測できるものとし、製品形態でのロスを低減させたピエゾ式センサ装置を提供することを従たる課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため、本願請求項１記載の発明のピエゾ式センサ装置は、半導体基板上にピエゾ抵抗の両端に接続された少なくとも一対の拡散配線を実素子として備え、ピエゾ抵抗の出力値に応じて物理量を計測するピエゾ式センサ装置であって、実素子の拡散配線とは別に拡散配線の最短配線間寸法と同じ最短配線間寸法を有し、相互に接続されない一対の検査用拡散配線と、各検査用拡散配線に電気接続された電極パッドと、を半導体基板上に備えることを特徴とする。
【０００８】
又、本願請求項２記載の発明では、前記請求項１記載のピエゾ式センサ装置において、半導体基板は、枠状をなすフレーム部と、フレーム部から内側に突設する撓み部と、撓み部に支持されて揺動自在に変位する重り部と、を備え、撓み部上にピエゾ抵抗が形成され、一対の検査用拡散配線及び電極パッドがフレーム部上に設けられている。
【０００９】
又、本願請求項３記載の発明では、前記請求項２記載のピエゾ式センサ装置において、一対の検査用拡散配線及び電極パッドは撓み部が突設する一辺側のフレーム部上に設けられている。
【００１０】
又、本願請求項４記載の発明では、前記請求項３記載のピエゾ式センサ装置において、一対の検査用拡散配線の端部が実素子の拡散配線に近づくように延設する。
【００１１】
又、本願請求項５記載の発明では、請求項２乃至４のいずれかに記載のピエゾ式センサ装置において、半導体基板に対向して設けられ、重り部の可動領域を規定するストッパと、半導体基板とストッパの対向面のそれぞれに対をなす電極を備え、各電極には第２電極パッドが電気接続されている。
【００１２】
又、本願請求項６記載の発明では、請求項５記載の発明において、対をなす電極を重り部の可動領域の両側に備える。
【発明の効果】
【００１３】
本願請求項１記載の発明のピエゾ式センサ装置においては、ピエゾ式センサ装置内に実素子の拡散配線とは別にリーク電流を検査する検査用拡散配線を備えているため、検査用拡散配線を用いてウエハ状態でリーク電流の代替検査を行うことができる。さらに、検査用拡散配線は、実素子の拡散配線と同じ最短配線間寸法を有し、実素子の拡散配線の形成条件を再現しているので、精密なリーク電流の検査を行うことができる。その結果、ピエゾ式センサ装置を製品状態に実装する前、さらには切断前のウエハ状態にてリーク電流を測定し、不良品を精度良く見極めることができるので、製品ロスを大幅に減少させることができる。
【００１４】
本願請求項２記載の発明のピエゾ式センサ装置においては、特に、半導体基板にフレーム部、重り部及び撓み部を備えるものとし、撓み部上にピエゾ抵抗を形成しているので、応力を電気信号に変換することにより作用した加速度を検知する半導体加速度センサとすることができる。かつ、検査用拡散配線とこれに接続する電極パッドは重り部や撓み部よりもスペース的な余裕があるフレーム部に設けているため、実素子の拡散配線に影響を及ぼすことなく、検査用拡散配線を形成することができる。
【００１５】
本願請求項３記載の発明のピエゾ式センサ装置においては、特に、一対の検査用拡散配線及び電極パッドは撓み部が突設する一辺側のフレーム部上に設けられ、実素子の拡散配線に近接した位置に検査用拡散配線を形成しているので、リーク電流の代替検査の精度を向上させることができる。
【００１６】
本願請求項４記載の発明のピエゾ式センサ装置においては、請求項３のピエゾ式センサ装置において一対の検査用拡散配線の端部が実素子の拡散配線に近づくように延設させ、実素子の拡散配線に一層近接した位置に検査用拡散配線を形成しているので、リーク電流の代替検査の精度をさらに向上させることができる。
【００１７】
本願請求項５記載の発明のピエゾ式センサ装置においては、特に、可動領域のストッパ構造を有するセンサにおいて、可動部となる重り部とストッパのギャップ量を第２電極パッドに電圧を印加することにより測定することができるので、形状を検査しなくてもギャップ量を検査することができ、製品形態でのロスを一層低減させることができる。
【００１８】
本願請求項６記載の発明のピエゾ式センサ装置においては、特に、対をなす電極を重り部の可動領域の両側に備えるものとし、ピエゾ式センサ装置内におけるギャップ量の差も含めて検査することができる。そのため、より一層精密なギャップ量の検査を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本願請求項１〜３に対応した第一の実施形態に係るピエゾ式センサ装置１を示している。
【００２０】
このピエゾ式センサ装置１は、半導体基板５上にピエゾ抵抗１１の両端に接続された一対の拡散配線１２を実素子として備え、ピエゾ抵抗１１の出力値に応じて物理量を計測するものである。半導体基板５上には実素子の拡散配線１２とは別に、拡散配線１２の最短配線間寸法Ｌ１と同じ最短配線間寸法Ｌ２を有し、相互に接続されない一対の検査用拡散配線１３（１３ａ，１３ａ）と、各検査用拡散配線１３に電気接続された電極パッド１４（１４ａ，１４ａ）と、を備えている。
【００２１】
半導体基板５は、枠状をなすフレーム部１５と、フレーム部１５から内側に突設された撓み部１７と、撓み部１７に支持されて揺動自在に変位する重り部１６とを備えており、撓み部１７上にピエゾ抵抗１１が形成されている。また、検査用拡散配線１３及び電極パッド１４は撓み部１７が突設する一辺側のフレーム部１５上に設けられている。
【００２２】
以下、この実施形態のピエゾ式センサ装置１を、より具体的詳細に説明する。このピエゾ式センサ装置１は、応力を電気信号に変換することにより作用した加速度を検知する半導体加速度センサであり、図１に示すように、半導体基板５に、枠体であるフレーム部１５と、重り部１６と、撓み部１７と、を備えている。フレーム部１５、重り部１６及び撓み部１７はシリコン（Ｓｉ）からなる半導体基板５を加工して、開口部１８を設けることにより形成しており、フレーム部１５は撓み部１７を介して重り部１６を支持している。フレーム部１５は、ピエゾ式センサ装置１の半導体基板５の基体となる枠体であり、平面視において略四角形状をなしている。
【００２３】
開口部１８の内方に配置される重り部１６は、平面視において略四角形状で、厚みをフレーム部１５と同等にした塊体をなしている。また、重り部１６は、２本の撓み部１７を介してフレーム部１５の一辺と連結している。
【００２４】
撓み部１７は、重り部１６が作用する加速度に応じて揺動自在に動くよう支持するものであり、薄肉状に形成している。その形状は、平面視において略四角形状の短冊体であり、厚みＴを１０μｍ程度としている。このような厚みＴにおいては、撓み部１７は作用する加速度に応じて可撓する弾性体として機能する。
【００２５】
撓み部１７上にはピエゾ抵抗１１と、ピエゾ抵抗１１の両端に接続された一対の拡散配線１２と、を備えている。
【００２６】
ピエゾ抵抗１１は、加速度により撓んだ撓み部１７に生じる応力を電気信号に変換するものであり、撓み部１７の表面に不純物を注入することにより形成している。詳細には、撓み部１７の中央付近にそれぞれ２個ずつ形成しており、一方のピエゾ抵抗１１ａは撓み部１７の長手方向と平行に、他方のピエゾ抵抗１１ｂは撓み部１７の長手方向と直交する方向に形成している。また、ピエゾ抵抗１１は、例えば、拡散配線１２を介してホイートストンブリッジを構成するように接続してあり、最終的に、撓み部１７と、その撓み部１７を連結しているフレーム部１５の一辺側に設けた、例えば、アルミニウムからなるピエゾ抵抗用電極１９に接続している。
【００２７】
ここにおいて、ピエゾ抵抗用電極１９を設けた、フレーム部１５の撓み部１７側には、ピエゾ抵抗１１に接続される拡散配線１２とは別に、一対の検査用拡散配線１３（１３ａ、１３ａ）と、各検査用拡散配線１３（１３ａ、１３ａ）の端部に形成された電極パッド１４（１４ａ、１４ａ）を備えている。
【００２８】
検査用拡散配線１３は、実素子の拡散配線１２と同様の方法及び条件で形成しており、拡散配線１２の最短配線間寸法Ｌ１と同じ最短配線間寸法Ｌ２を有するものとし、相互に接続されていないものとしている。
【００２９】
フレーム部１５、重り部１６、撓み部１７からなる半導体基板５はその上下の対向面に重り部１６の可動領域を規定するガラス製の上ストッパ６及び下ストッパ７がそれぞれ配置されている。上ストッパ６及び下ストッパ７はそれぞれ重り部１６の周囲をギャップ間隔Ｄ１，Ｄ２を確保するように凹形状に形成されてなり、その両側部６ａ，７ａは陽極接合で各々フレーム部１５に接合されている。なお、本実施形態においては、上ストッパ６のみ、その両側部６ａをピエゾ抵抗用電極１９と同素材のアルミニウム膜２０を介して半導体基板５に陽極接合しているが、本実施形態においてアルミニウム膜２０は必須ではない。
【００３０】
本実施形態のピエゾ式センサ装置１は、各電極パッド１４ａ、１４ａに一対のプローブ針（図示せず）を各々当接させ、電力を供給することにより、検査用拡散配線１３ａ、１３ａ間におけるリーク電流を測定することができる。
【００３１】
以上述べたように、本実施形態のピエゾ式センサ装置１によれば、実素子の拡散配線１２と同一の半導体基板５上に一対の検査用拡散配線１３と電極パッド１４を形成し、リーク電流を測定できるようにしているので、検査用拡散配線１３を用いて、ウエハ状態でリーク電流の精密な代替検査を行うことができる。その結果、製品形態とする前に不良品を見極めることができるので、製品状態での不良率を大幅に低減することができる。また、検査用拡散配線１３（１３ａ，１３ｂ）の距離を、拡散配線１５の最短配線間寸法Ｌ１と同じ最短配線間寸法Ｌ２とし、検査用拡散配線１３に実素子の最短配線間寸法を再現しているので、実素子で発生するリーク電流の精密な代替検査を行うことができる。しかも、一対の検査用拡散配線１３及び電極パッド１４は、撓み部１７が突設する側のフレーム部１５の一辺側に設けるようにし、検査用拡散配線１３と実素子の拡散配線１２の距離を近接させている。その結果、検査用拡散配線１３と実素子の拡散配線１２の形成条件及び半導体基板５内での電気特性が極めて近くなるので、リーク電流の代替検査の精度を一層向上させることができる。
【００３２】
図２は、本願請求項１〜４に対応した第二の実施形態に係るピエゾ式センサ装置２を示している。なお、ここでは、前記第一の実施形態と相違する事項についてのみ説明し、その他の事項（構成、作用効果等）については、前記第一の実施形態と同様であるのでその説明を省略する。このピエゾ式センサ装置２は、一対の検査用拡散配線２３（２３ａ，２３ａ）の端部２３Ａを実素子の拡散配線１２に近づくように延設させ、実素子の拡散配線１２に一層近接した位置に検査用拡散配線２３（２３ａ，２３ａ）を形成している。その結果、検査用拡散配線１３と実素子の拡散配線１２をさらに近づけることができるので、第一の実施形態のピエゾ式センサ装置１よりもさらにリーク電流の代替検査の精度を向上させることができる。
【００３３】
図３は、本願請求項１〜３及び５に対応した第三の実施形態に係るピエゾ式センサ装置３を示している。なお、ここでも、前記第一の実施形態と相違する事項についてのみ説明し、その他の事項（構成、作用効果等）については、前記第一の実施形態と同様であるのでその説明を省略する。第三の実施形態のピエゾ式センサ装置３は、請求項５のストッパに相当する上ストッパ６と半導体基板５のフレーム部１５との対向面のそれぞれに対をなす電極３１，３２を備えている。各電極３１，３２には第２電極パッド３３，３４がそれぞれ電気接続されている。
【００３４】
詳細には、上ストッパ６の下面に図３（ｃ）に示されるような屈曲構造を有する電極３１を固着し、この電極３１と上ストッパ６と半導体基板５の間に介在させているアルミニウム膜２０からなる第二電極パッド３３を電気接続している。その一方で、電極３１に対向するフレーム部１５の上面には電極３２を固着し、その端部に第二電極パッド３４を電気接続している。
【００３５】
ギャップ量の検査は、第２電極パッド３３，３４にプローブ針（図示せず）を各々当接させて電力を供給し、電極３１，３２間に生じる静電容量を測定することにより行うことができる。
【００３６】
本構成とすれば、ストッパ構造を有するセンサにおいて、可動部となる重り部１６と上ストッパ６のギャップ量を第２電極パッド３３，３４に電圧を印加することにより測定することができるので、形状を検査しなくてもギャップ量を検査することができる。その結果、ウエハ状態でキャップ量の測定を行うことができるので、製品形態でのロスを一層低減させることができる。
【００３７】
図４は、本願請求項１〜３，５及び６に対応した第四の実施形態に係るピエゾ式センサ装置４を示している。なお、ここでは、前記第三の実施形態と相違する事項についてのみ説明し、その他の事項（構成、作用効果等）については、前記第三の実施形態と同様であるのでその説明を省略する。
【００３８】
第四の実施形態のピエゾ式センサ装置４は、第三の実施形態の対となる電極３１，３２を重り部１６の可動領域の両側に２組備える構成としている。
【００３９】
本構成とすれば、ピエゾ式センサ装置４内の上ストッパ６と半導体基板５のギャップ間隔Ｄ１を重り部１６の左右両側で検査し、ギャップ量の差も含めて評価することができる。
【００４０】
なお、前記実施形態では半導体加速度センサとした例について述べたが、本発明は圧力センサ等の各種ピエゾ式センサ装置にも当然に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本願発明の第１の実施形態のピエゾ式センサ装置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ断面図、（ｄ）は撓み部上に形成されたピエゾ抵抗と拡散配線の要部拡大図、（ｅ）は検査用拡散配線の要部拡大図。
【図２】本願発明の第２の実施形態のピエゾ式センサ装置の平面図。
【図３】本願発明の第３の実施形態のピエゾ式センサ装置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はＣ−Ｃ断面図、（ｃ）はＤ−Ｄ断面図。
【図４】本願発明の第４の実施形態のピエゾ式センサ装置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はＥ−Ｅ断面図。
【図５】従来例であるピエゾ式センサ装置の平面図。
【符号の説明】
【００４２】
１，２，３，４  ピエゾ式センサ装置
５  半導体基板
６  上ストッパ
７  下ストッパ
１１  ピエゾ抵抗
１２  拡散配線
１３，２３  検査用拡散配線
１４  電極パッド
１５  フレーム部
１６  重り部
１７  撓み部
１８  開口部
１９  ピエゾ抵抗用電極
３１，３２  電極
３３，３４  第２電極パッド
【図１】
2010025907.tif 000003
【図２】
2010025907.tif 000004
【図３】
2010025907.tif 000005
【図４】
2010025907.tif 000006
【図５】
2010025907.tif 000007