(57)【要約】【課題】  半導体加速度センサをパッケージに実装することなく温度特性を計測して製造工程を簡略化できる半導体加速度センサおよびその検査方法を提供すること。【解決手段】  半導体基板よりなり、枠状をなすフレーム部１１と、フレーム部１１から内側に突設された弾性を有するビーム部１２と、ビーム部１２に支持されて揺動自在に変位する錘部１３と、ビーム部１２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１４と、を備えた半導体加速度センサ１。  ビーム部１４、あるいはビーム部１４と接続される位置のフレーム部１１及び錘部１３の少なくともどちらか一方にピエゾ抵抗１４を加熱するヒーター１５を設けてなる。【選択図】          図１
2006090940.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板よりなり、枠状をなすフレーム部と、該フレーム部から内側に突設された弾性を有するビーム部と、該ビーム部に支持されて揺動自在に変位する錘部と、前記ビーム部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と、を備えた半導体加速度センサであって、
前記ビーム部、あるいは前記ビーム部と接続される位置の前記フレーム部及び前記錘部の少なくともどちらか一方に前記ピエゾ抵抗を加熱するヒーターを設けてなることを特徴とする半導体加速度センサ。
【請求項２】
前記ヒーターは、拡散抵抗からなる請求項１記載の半導体加速度センサ。
【請求項３】
前記ビーム部は、前記ピエゾ抵抗の温度を計測する温度検出素子を設けてなる請求項１又は２記載の半導体加速度センサ。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれかに記載の半導体加速度センサの検査方法であって、前記半導体加速度センサがウエハ上に複数形成された状態において、
前記ヒーターに電力を与えて前記信号の計測前に予め前記ピエゾ抵抗を所定の温度にする工程と、
前記所定の温度に到達後に前記ピエゾ抵抗から出力される前記信号を計測する工程と、
を含むことを特徴とする半導体加速度センサの検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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に関し、特に、温度特性に優れた半導体加速度センサ及びその検査方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の背景技術として、例えば、特開２００１−６６３１９号公報（特許文献１）に提案されている半導体加速度センサ９があり、これを図６に示す。図６（ａ）はその概略平面図、図６（ｂ）はＡ−Ａ線で切断したときの概略断面図である。
【０００３】
このものは、センサチップ９１とガラスストッパ９２，９３を主要構成要素としている。
【０００４】
センサチップ９１は、半導体基板より形成されており、略四角状のフレーム９１１に、一対の薄肉状のビーム９１２，９１２がフレーム９１１の所定の一辺から突設している。また、重り部９１３がフレーム９１１の内方に揺動自在に設けられており、ビーム９１２，９１２の他端に一体形成されて弾性的に片持ち支持されている。さらに、ビーム９１２，９１２上には、ホイートストンブリッジを構成する複数のゲージ抵抗９１４が、フレーム９１１のビーム９１２，９１２を突設した一辺の上面（図６の上側）に形成した電極パッド９１５とアルミニウム配線９１６及び拡散配線９１７を通じて電気的に接続されている。また、ホイートストンブリッジを構成する回路とは独立した一本の系統で設けられて拡散抵抗により形成された検知配線９１８が、両端の電極パッド９１５からそれぞれのビーム９１２，９１２を経由して重り部９１３に進入して所定の位置まで形成されている。
【０００５】
ガラスストッパ９２，９３は、半導体基板に近い熱膨張係数を持つ耐熱ガラス等のガラス材にて形成している。また、上方のガラスストッパ９２は、重り部９１３を覆うようにフレーム９１１上面の所定の位置に接合されており、下方のガラスストッパ９３は、センサチップ９の下面全体を覆うようにフレーム９１１下面の周縁部に接合されている。また、ガラスストッパ９２，９３における重り部９１３と相対する位置には、重り部９１３の変位空隙を形成するためのキャビティ９４と、振幅制御用の突起９５が形成されている。
【０００６】
上記構成の半導体加速度センサによれば、加速度が半導体加速度センサに作用すると、重り部９１３は基板の厚み方向に相対的に変位する。このとき、ビーム９１２，９１２に歪みが生じてゲージ抵抗９１４に応力が掛かり、これによりホイートストンブリッジにて加速度が電気信号に変換される。この電気信号を電極パッド９１５を通じて取り出すことにより加速度を検出することができるのである。
【特許文献１】特開２００１−６６３１９号公報（第４頁〜第５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような半導体加速度センサ９について、その温度特性を計測するためには、例えば、半導体加速度センサ９をパッケージ（図示せず）に実装した後、恒温槽内に設置し、温度を変化させながら所定の温度のときのセンサ出力を計測する必要があり、センサチップ９１が複数個連結した状態（センサチップ９１がウエハ上に形成されている状態）での温度特性の計測は困難であった。その結果、実際には温度特性の満足しないセンサチップ９１をも半導体加速度センサ９としてパッケージに実装する必要があり、製造工程を簡略化する、特に、検査工程を簡略化するにあたり弊害となる可能性がある。
【０００８】
本発明は、上記の点に鑑みてなしたものであり、その目的とするところは、半導体加速度センサをパッケージに実装することなく温度特性を計測して製造工程を簡略化できる半導体加速度センサおよびその検査方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明の半導体加速度センサは、半導体基板よりなり、枠状をなすフレーム部と、該フレーム部から内側に突設された弾性を有するビーム部と、該ビーム部に支持されて揺動自在に変位する錘部と、前記ビーム部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と、を備えた半導体加速度センサであって、前記ビーム部、あるいは前記ビーム部と接続される位置の前記フレーム部及び前記錘部の少なくともどちらか一方に前記ピエゾ抵抗を加熱するヒーターを設けてなることを特徴とするものである。
【００１０】
この発明によれば、ヒーターに電力を供給することによりピエゾ抵抗の温度を所望の温度に設定できるので、半導体加速度センサをパッケージに実装してから所定の温度に設定された空間内に設置して温度特性を計測する必要がなくなる。したがって、容易に温度特性を計測することができて製造工程を簡略化することができる。
【００１１】
請求項２に記載の半導体加速度センサは、前記ヒーターを拡散抵抗からなるものとしている。
【００１２】
この発明によれば、ヒーターをピエゾ抵抗と同じ工程で形成することができ、半導体加速度センサの製造工程を簡略化することができる。
【００１３】
請求項３に記載の半導体加速度センサは、前記ビーム部に前記ピエゾ抵抗の温度を計測する温度検出素子を設けてなるものとしている。
【００１４】
この発明によれば、ヒーターにより加熱されたピエゾ抵抗の温度を半導体加速度センサ上で計測することができるので、ピエゾ抵抗の温度管理が精度よく行え、温度特性の計測精度をより向上することができる。
【００１５】
請求項１乃至３いずれかに記載の半導体加速度センサの検査方法であって、前記半導体加速度センサがウエハ上に複数形成された状態において、前記ヒーターに電力を与えて前記信号の計測前に予め前記ピエゾ抵抗を所定の温度にする工程と、前記所定の温度に到達後に前記ピエゾ抵抗から出力される前記信号を計測する工程と、を含むことを特徴としている。
【００１６】
この発明によれば、ピエゾ抵抗の加熱工程と信号の計測工程とを分離して行い、かつ信号の計測前に予めピエゾ抵抗の温度を所定の温度にしているので、温度特性の計測中に他の半導体加速度センサを加熱することができ、計測に必要な時間を短縮することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の半導体加速度センサによれば、半導体加速度センサをパッケージに実装してから所定の温度に設定された空間内に設置して温度特性を計測する必要がなくなり、温度特性の良否判定を行う検査工程を特に簡略化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
［第１の実施形態］
第１の実施形態に係る半導体加速度センサについて図１に基づき説明する。図１（ａ）はその概略平面図、図１（ｂ）はＡ−Ａ線で切断したときの概略断面図である。
【００１９】
この実施形態の半導体加速度センサ１は、例えば、シリコン（Ｓｉ）からなる半導体基板を加工することにより形成しており、その主要構成要素として、フレーム部１１と、ビーム部１２と、錘部１３と、ピエゾ抵抗１４と、ヒーター１５と、を備えている。
【００２０】
このうち、フレーム部１１は、半導体加速度センサ１の基体となるものであり、ビーム部１２を介して錘部１３を支持するものである。このものは、半導体基板の内方を穿設して開口部１１１を有した枠体であり、平面視において略四角形状をなしている。また、ビーム部１２と連結しているフレーム部１１の一辺には、例えば、アルミニウムからなる電極群１６を形成している。
【００２１】
ここにおいて、開口部１１１の内方には、フレーム部１１と間隔を有して錘部１３を配置している。この錘部１３は、半導体加速度センサ１に作用する加速度の大きさに応じて開口部１１１内で揺動自在に変位するものであり、平面視において略四角形状であり、厚みをフレーム部１１と同等にした塊体をなしている。また、錘部１３は、２本のビーム部１２を介してフレーム部１１の一辺と連結している。
【００２２】
このビーム部１２は、錘部１３が作用する加速度に応じて揺動自在に動くように支持するものであり、薄肉状に形成している。その形状は、平面視において略長四角形状の短冊体であり、厚みを１０μｍ程度としている。このような厚みにおいては、ビーム部１２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。
【００２３】
ピエゾ抵抗１４は、加速度により撓んだビーム部１２に生じる応力を電気信号に変換するものである。このものは、ビーム部１２の表面に不純物を注入することにより形成しており、詳細には、ビーム部１２の中央付近にそれぞれ２個ずつ形成しており、一方はビーム部１２の長手方向と平行に、他方はビーム部１２の長手方向と直交する方向に形成している。また、これらピエゾ抵抗１４は、例えば、拡散配線（図示せず）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、フレーム部１１のピエゾ抵抗用電極１６ａ，１６ａ，…に接続している。
【００２４】
ここにおいて、ピエゾ抵抗１４の近傍には、このものと所定の間隔を有してヒーター１５を形成している。このヒーター１５は、フレーム部１１とビーム部１２との連結領域におけるフレーム部１１上に配置している。このものは、フレーム部１１に形成したヒーター用電極１６ｂ，１６ｂ，…と電気的に接続しており、ヒーター用電極１６ｂ，１６ｂ，…から電力を供給することにより発熱させてビーム部１２を任意の温度に設定するものである。また、このヒーター１５は、不純物を注入して形成した拡散抵抗にて形成しており、その抵抗値は、例えば、１００Ωに設定している。
【００２５】
なお、このヒーター１５は、拡散抵抗にて形成したものに限らず、例えば、ポリシリコンに不純物を注入して形成したポリシリコン抵抗でもよい。また、抵抗値は、１００Ωに限定されるものではなく、ビーム部１２の昇温範囲や供給する電力に応じて適宜設定できるものである。また、ヒーター１５を形成する位置は、フレーム部１１とビーム部１２との連結領域におけるフレーム部１１上に限らず、錘部１３とビーム部１２との連結領域における錘部１３上に形成してもよく、さらにはその両方に形成してもよい。
【００２６】
次に、本実施形態の半導体加速度センサの検査方法について図２及び図３に基づき説明する。図２はプローブ針の周辺を拡大した概略平面図であり、図３（ａ）及び図３（ｂ）は検査の工程を示す概略図である。
【００２７】
まず、半導体加速度センサ１が複数個連続して形成された半導体ウエハ１７を検査装置（図示せず）にセットする。
【００２８】
続いて、検査の対象となる半導体加速度センサ１の電極群１６に、プローブ針１８を当接させる。
【００２９】
ここにおいて、プローブ針１８は、半導体加速度センサ１に電力を供給するためのものであり、図２に示すように、検査の進行方向と平行な方向に沿った連続した３個の半導体加速度センサ１の電極群１６に同時に当接するように保持基板１９の開口部１９１の内方へ突出させて固着してある。そして、これらプローブ針１８は、ヒーター用プローブ針１８ａ，１８ａ，…とピエゾ抵抗用プローブ針１８ｂ，１８ｂ，…とから構成している。そして、ヒーター用プローブ針１８ａ，１８ａ，…は、連続した３個の半導体加速度センサ１のうち、両端の２個の半導体加速度センサ１のヒーター用電極１６ｂ，１６ｂ，…と当接するように配設してあり、ピエゾ抵抗用プローブ針１８ｂ，１８ｂ，…は、連続した３個の半導体加速度センサ１のうち、中央の半導体加速度センサ１のピエゾ抵抗用電極１６ａ，１６ａ，…と当接するように配設してある。
【００３０】
そして、検査の開始時には、まず、検査の基点となる半導体加速度センサ１ａのヒーター用電極１６ｂ，１６ｂ，…に一方のヒーター用プローブ針１８ａ，１８ａ，…を当接させ、電力を供給してヒーター１５を発熱させてピエゾ抵抗１４を加熱する（図３（ａ））。
【００３１】
次いで、検査の基点となる半導体加速度センサ１ａのピエゾ抵抗１４の温度が検査で規定された温度になったときに電力の供給を遮断してからプローブ針１８を一旦電極１６，１６，…から離し、続けて、基点となる半導体加速度センサ１ａを移動させてピエゾ抵抗用プローブ針１８ｂ，１８ｂ，…を基点となる半導体加速度センサ１ａのピエゾ抵抗用電極１６ａ，１６ａ，…に当接させる。そして、電力を供給して検査で規定された電気特性（特に、温度特性）を計測する（図３（ｂ））。
【００３２】
このとき、次点の半導体加速度センサ１ｂのヒーター用電極１６ｂ，１６ｂ，…にはヒーター用プローブ針１８ａ，１８ａ，…が当接しており、検査の基点となる半導体加速度センサ１ａの電気特性を計測中に次点の半導体加速度センサ１ｂのヒーターを発熱させ、ピエゾ抵抗１４を検査で規定された温度に予め昇温させている。
【００３３】
以降、上記説明した工程を半導体ウエハ１７に形成された半導体加速度センサ１の全てに繰り返し適用させて検査を終了する。
【００３４】
したがって、本実施形態の半導体加速度センサ１によれば、フレーム部１１とビーム部１２との連結領域におけるフレーム部１１上にヒーター１５を設け、ヒーター用プローブ針１８ａ，１８ａ，…を介してヒーター１５に電力を供給して発熱させることにより、ピエゾ抵抗１４を所望の温度に設定することができるので、半導体ウエハ１７上に形成された状態で半導体加速度センサ１の電気特性（特に、温度特性）を計測することができる。
【００３５】
なお、上記プローブ針１８において、ヒーター用プローブ針１８ａ，１８ａ，…をピエゾ抵抗用プローブ針１８ｂ，１８ｂ，…の両端に設けているのは、半導体加速度センサ１の検査の進行方向が半導体ウエハ１７上で逆転した場合にも同一のプローブ針１８で対応できるようにしているのであって、検査の方向が半導体ウエハ１７上で一方向（例えば、図３における右から左の方向）のみの場合には必ずしもピエゾ抵抗用プローブ針１８ｂ，１８ｂ，…の両端にヒーター用プローブ針１８ａ，１８ａ，…を設ける必要はなく、検査の進行方向に対して最初にピエゾ抵抗１４の加熱工程、続いて半導体加速度センサ１の計測工程となるようにヒータ用プローブ針１８ａ，１８ａ，…とピエゾ抵抗用プローブ針１８ｂ，１８ｂ，…を設ければよい。
【００３６】
［第２の実施形態］
第２の実施形態に係る半導体加速度センサを図４に基づき説明する。図４は、半導体加速度センサを中央付近で切断したときの概略断面図である。
【００３７】
本実施形態の半導体加速度センサ２は、フレーム部２１が第１の実施形態と異なるものであり、他の構成要素は第１の実施形態と実質的に同一であるので、同一部材には同一番号を付して説明を省略する。
【００３８】
本実施形態のフレーム部２１は、実質的に、ビーム部１２を介して錘部１３を支持するものであること、及び、半導体基板の内方を穿設して開口部１１１を有する平面視が略四角形状をなす枠体であることについては第１の実施形態と同一であるが、その断面形状において第１の実施形態と異なっており、外周の側面２１１が錘部１３側に向かって傾斜し、半導体基板のピエゾ抵抗１４を形成した面側からその反対側の面側に向かって幅の狭くなる台形状をなしている。
【００３９】
フレーム部２１がこのような台形状をなすことにより、半導体基板のピエゾ抵抗１４を形成した面におけるフレーム部２１の幅を同じとした場合、第１の実施形態のフレーム部１１と比較して体積を小さくすることができる。体積が小さくなると質量も軽くなり、その結果、熱容量も小さくできるので、ヒーター１５で発生した熱がフレーム部２１を加熱するのに必要な熱量を減少させることができる。
【００４０】
したがって、本実施形態の半導体加速度センサ２によれば、フレーム部２１の断面形状を外周の側面２１１が半導体基板のピエゾ抵抗１４を形成した面との交差部を基点として内周の側面２１２の方向に倒れた斜面となる台形状にすることにより、ヒーター１５で発生した熱がフレーム部２１を加熱するのに必要な熱量を減少させることができ、効率よくピエゾ抵抗１４を加熱することができる。
【００４１】
［第３の実施形態］
第３の実施形態に係る加速度センサを図５に基づき説明する。図５はビーム部１２付近の概略拡大図である。
【００４２】
本実施形態の半導体加速度センサは、ビーム部１２上に温度検出素子３１を設けたことが上述した実施形態と異なるものであり、他の構成要素は上述した第１の実施形態と実質的に同一であるので、同一部材には同一の番号を付して説明を省略する。
【００４３】
この温度検出素子３１は、ヒーター１５により加熱されたピエゾ抵抗１４の温度を計測するものであり、例えば、ｐｎ拡散されたダイオードにて構成している。このものは、ビーム部１２上の錘部１３との連結領域近傍に形成されており、フレーム部１１上の電極群１６に形成された温度検出素子用電極（図示せず）と拡散配線（図示せず）を介して接続している。
【００４４】
そして、電気特性（特に、温度特性）を計測中に温度検出素子３１にてピエゾ抵抗１４の温度を監視することにより、検査で規定された温度の制御を精度良く行うことができる。
【００４５】
したがって、本実施形態の半導体加速度センサによれば、ビーム部１２上におけるピエゾ抵抗１４の近傍に温度検出素子３１を設けることにより、検査で規定された温度の制御を精度良く行うことができるので、検査精度を向上させることができる。
【００４６】
なお、温度検出素子３１はビーム部１２と錘部１３との連結領域近傍に配置されるものに限るものではなく、例えば、ビーム部１２とフレーム部１１との連結領域近傍に配置しても良い。この場合、ヒーター１５は、温度検出素子３１との間にピエゾ抵抗１４が介在するように配置するのが好ましい。
【００４７】
また、本実施形態の半導体加速度センサに第２の実施形態のフレーム部１１を採用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体加速度センサを示すものであり、（ａ）はその概略平面図、（ｂ）はその概略断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る半導体加速度センサの検査に使用するプローブ針を示す概略拡大図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る半導体加速度センサの検査工程を示す概略拡大図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る半導体加速度センサを示す概略断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る半導体加速度センサのビーム部付近を示す概略拡大図である。
【図６】従来の半導体加速度センサを示す概略断面図であり、（ａ）はその概略平面図、（ｂ）はその概略断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１      半導体加速度センサ
１１    フレーム部
１２    ビーム部
１３    錘部
１４    ピエゾ抵抗
１５    ヒーター
３１    温度検出素子
【図１】
2006090940.tif 000003
【図２】
2006090940.tif 000004
【図３】
2006090940.tif 000005
【図４】
2006090940.tif 000006
【図５】
2006090940.tif 000007
【図６】
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