(57)【要約】【課題】  オフセット電圧補正後に過度の衝撃が加わっても新たなオフセット電圧の発生が起こらない、小型で薄型の３軸加速度センサーを提供する。【解決手段】  ピエゾ抵抗型加速度センサー素子の、可撓部のピエゾ抵抗素子形成面側に、枠部から錘部に至る溝と溝底面上に金属配線を形成し、金属配線上面をピエゾ抵抗素子上の電気絶縁層上面より凹ませることで、加速度センサーに過度な衝撃が加わり可撓部が規制板に衝突しても金属配線の変形が起こらず、新たなオフセット電圧の発生を防げる。【選択図】      図１
2008082953.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
枠部と、可撓部を介して枠部に保持される錘部と、可撓部に設けられたピエゾ抵抗素子
と、それらを接続する配線等からなるピエゾ抵抗型加速度センサー素子を有するピエゾ抵
抗型加速度センサーであって、ピエゾ抵抗型加速度センサー素子の、可撓部のピエゾ抵抗
素子形成面側には、少なくとも１本以上の枠部から錘部に至る溝を有し、少なくとも可撓
部のピエゾ抵抗素子面上と溝底面上には電気絶縁層が形成され、溝底面の電気絶縁層上に
金属配線が形成されており、金属配線上面はピエゾ抵抗素子上の電気絶縁層上面より凹ん
でいることを特徴とするピエゾ抵抗型加速度センサー。
【請求項２】
ピエゾ抵抗型加速度センサー素子の、ピエゾ抵抗素子上の電気絶縁層上面からの金属配
線上面の凹み量は、０．０５μｍ以上０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１に
記載のピエゾ抵抗型加速度センサー。
【請求項３】
ピエゾ抵抗型加速度センサー素子の可撓部に形成された溝の深さｄは、可撓部厚みｔの
１５％以下であることを特徴とする請求項１もしくは２に記載のピエゾ抵抗型加速度セン
サー。
【請求項４】
ピエゾ抵抗型加速度センサー素子の可撓部に形成された溝は、直線もしくは曲線、直線
と曲線の組合せで形成されており、少なくともピエゾ抵抗素子と並行する部位の溝は直線
であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のピエゾ抵抗型加速度センサー
。
【請求項５】
ピエゾ抵抗型加速度センサー素子の可撓部に形成された溝の断面形状は、溝幅方向の中
心線に対し対称形状であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のピエゾ抵
抗型加速度センサー。
【請求項６】
ピエゾ抵抗型加速度センサー素子の可撓部に形成された溝の底幅ｗは、金属配線幅ａの
１１０％以上であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のピエゾ抵抗型加
速度センサー。
【請求項７】
ピエゾ抵抗型加速度センサー素子の可撓部に形成された溝は、ピエゾ抵抗素子ｎ個と交
互に配されており、溝は（ｎ−１）個で各溝に１本の配線が形成されていることを特徴と
する請求項１から５のいずれかに記載のピエゾ抵抗型加速度センサー。
【請求項８】
ピエゾ抵抗型加速度センサー素子の可撓部に形成された溝は、ピエゾ抵抗素子ｎ個と交
互に配されており、溝は（ｎ＋１）個で各溝に１本の配線が形成されていることを特徴と
する請求項１から５のいずれかに記載のピエゾ抵抗型加速度センサー。
【請求項９】
ピエゾ抵抗型加速度センサー素子の可撓部に形成された溝は、ピエゾ抵抗素子間に形成
されており、溝に１本以上の金属配線が形成されていることを特徴とする請求項１から５
のいずれかに記載のピエゾ抵抗型加速度センサー。
【請求項１０】
ピエゾ抵抗型加速度センサー素子の可撓部に形成された溝は、ピエゾ抵抗素子の両側に
形成されており、溝に１本以上の金属配線が形成されていることを特徴とする請求項１か
ら５のいずれかに記載のピエゾ抵抗型加速度センサー。
【請求項１１】
ピエゾ抵抗型加速度センサー素子の錘部と枠部に形成された金属配線の少なくとも一部
の金属配線上面が、ピエゾ抵抗素子上の電気絶縁層上面より凹んでいることを特徴とする
請求項１から１０のいずれかに記載のピエゾ抵抗型加速度センサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車や航空機、家電製品、ゲーム機、ロボット、セキュリティーシステム
等に使用される加速度検出用のピエゾ抵抗型加速度センサーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
加速度センサーは、自動車のエアーバッグ作動用の大きな衝撃力を検出する用途や、ブ
レーキ制御システムなどの車両制御用途向けの小さな加速度の検出に使用されてきた。こ
れらの自動車用途ではＸ軸、Ｙ軸の加速度を測定するため１軸もしくは２軸機能で充分で
あった。最近は、携帯端末機器やロボット、人体動作の検出による各種制御等の新しい用
途向けに実用化が進んできている。このような新用途では３次元での動きを検出するため
Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度を測定できる３軸加速度センサーが要求されている。また、微小な
加速度を検出するために高分解能で、小型、薄型であることも要求されている。
【０００３】
加速度センサーは可撓部の動きを電気信号に変換する方法で、ピエゾ抵抗型、静電容量
型、圧電型に大別される。用途によって使い分けられるが、静止加速度の検出用途ではピ
エゾ抵抗型と静電容量型に絞られ、これら２つのタイプはシリコン基板に半導体技術やマ
イクロマシン技術により、立体的な構造を形成することにより小型で高感度の加速度セン
サーを一度に大量に製造できる。特に、ピエゾ抵抗型は構造および製造プロセスの構築が
し易く小型、薄型で低価格化に向いた加速度センサーである。また、可撓部の構造で、ダ
イアフラム型と梁型に大別される。電気信号の検出方法と可撓部の構造さらに、検出軸数
を組み合わせることで、種々の加速度センサーを得ることができる。
【０００４】
梁型のピエゾ抵抗素子型３軸加速度センサーに関しては、多数出願されている。特許文
献１から特許文献６で、錘部の形状や梁部の形状、ピエゾ抵抗素子の配置、ピエゾ抵抗素
子の接続方法、梁部と枠部の接合部の形状等が開示されている。図６に３軸加速度センサ
ーの分解斜視図、図７ａ）に図６のｈ−ｈ’方向の断面図、図７ｂ）に、センサーチップ
の平面図を示す。３軸加速度センサー２０は、ケース１にセンサーチップ２と規制板３が
樹脂などの接着剤１６で所定の間隔で固着されている。センサー素子２のチップ端子４は
ワイヤー５でケース端子６に接続され、センサーの信号は外部端子７から取り出す。ケー
ス１にはケース蓋８を例えば金錫はんだ等の接着剤１７で固着し密封されている。センサ
ーチップ２には、梁型３軸加速度センサー素子９’が形成されている。梁型３軸加速度セ
ンサー素子９’は、方形の枠部１０と錘部１１と対を成す梁部１２で構成され、錘部１１
が２対の梁部１２で枠部１０の中央に保持されている。梁部１２にはピエゾ抵抗素子が形
成されている。一対の梁にはＸ軸ピエゾ１３とＺ軸ピエゾ１５が、他の一対の梁にはＹ軸
ピエゾ１４が形成され、金属配線で接続されている。図７ａ）の錘部１１の下面とケース
１の内底面との間隔ｇ４と、錘部１１の上面と規制板３の間隔ｇ３は、衝撃の様な過度な
加速度がセンサーに加わったとき、錘部１１の動き量を規制して梁部１２の破損を防ぐも
のである。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１７２７４５号  公報
【特許文献２】特開２００３−２７９５９２号  公報
【特許文献３】特開２００４−１８４３７３号  公報
【特許文献４】特開２００６−０９８３２３号  公報
【特許文献５】特開２００６−０９８３２１号  公報
【特許文献６】ＷＯ２００５／０６２０６０  Ａ１
【０００６】
ダイアフラム型３軸加速度センサー素子のダイアフラム構造やピエゾ抵抗素子の配置方
法等が、特許文献７から９に開示されている。可撓部は円形や多角形をしたダイアフラム
を外縁を支持枠で支持し、ダイアフラムの内縁に錘を配している。外力で錘が変位すると
ダイアフラムに設けられたピエゾ抵抗素子が変形し、電気信号が得られるものである。梁
型３軸加速度センサー素子９’に比べ、ピエゾ抵抗素子の配置の自由度が高いと言う利点
がある。図７ｃ）に、ダイアフラム型の３軸加速度センサー素子９”の平面図を示す。方
形の枠部１０と錘部１１と可撓部となるダイアフラム１９で構成され、錘部１１がダイア
フラム１９の中央に保持されている。ダイアフラム１９にはピエゾ抵抗素子が、Ｘ軸ピエ
ゾ１３とＹ軸ピエゾ１４、Ｚ軸ピエゾ１５が形成され金属配線で接続されている。本願の
梁型３軸加速度センサー素子とダイアフラム型３軸加速度センサー素子の基本的な構造は
これら特許文献と同じであるので、詳細説明は省略する。本願は、特に断りの無い限り、
梁型でピエゾ抵抗型の３軸加速度センサーで説明を行っている。そのため、可撓部を梁部
と言うこともあるが、可撓部と梁部は同義で使用している。
【０００７】
【特許文献７】特開平３−２５３５号  公報
【特許文献８】特開平６−１７４５７１号  公報
【特許文献９】特開平７−１９１０５３号  公報
【０００８】
錘部１１が外力を受けて動くと梁部１２は変形する。梁部の変形度合いをピエゾ抵抗素
子の抵抗値変化として得ることで、外力がどの方向からどの程度の大きさで加速度センサ
ーに加わったかを知ることができる。しかし、ピエゾ抵抗素子の抵抗変化は微小であるた
め、梁部上に各軸当たり４個のピエゾ抵抗素子を配してフルブリッジ回路を構成し、微小
な抵抗変化を電圧変化として検出している。フルブリッジを構成している４個のピエゾ抵
抗素子の電気抵抗値が同じであれば、ブリッジからの出力は無い。しかし、実際には４個
のピエゾ抵抗素子間でピエゾ抵抗素子特性のばらつきや素子の寸法ばらつき、素子に加わ
る応力の違い等の種々の要因により、４個のピエゾ抵抗素子の抵抗値が異なるため、加速
度も加わらず梁が変形していない状態でブリッジの出力が出てしまう。この出力電圧を、
オフセット電圧と称する。オフセット電圧をキャンセルする様に、加速度センサーに付属
するマイコンに補正回路を設けオフセット値を記憶させて、オフセット電圧を略ゼロにし
て製品出荷されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
オフセット電圧補正した加速度センサーに過度な衝撃を加える規制板の効果確認試験で
、オフセット電圧が許容範囲を越えるものが発生した。該加速度センサーを詳細に調査し
たところ、加速度センサーに加わった過度な衝撃により梁部が規制板に衝突して、梁部に
設けられた金属配線の一部が押し潰された様に変形していた。金属配線が変形し断面積が
変わり、それにより電気抵抗が変わったためオフセット電圧が発生したものであった。市
場で使われている加速度センサーの全てに過度な衝撃が加わることはないし、また加わる
衝撃の大きさも様々である。市場で、衝撃によって金属配線が変形し許容範囲を越えるオ
フセット電圧が発生する不具合の発生率は、限りなくゼロに近いと考えられる。しかし、
１個でも不具合が発生することは信頼性の低下に繋がることであり、無くすことが必要で
ある。
【００１０】
消費電力や耐衝撃性は変わらず検出感度を高める方策として、ピエゾ抵抗素子を複数本
に分割することが特許文献１０に開示されており、採用されることが多くなっている。図
８ａ）は、ピエゾ抵抗素子の分割なし、図８ｂ）は２分割の状態を示す。同じ幅のピエゾ
抵抗素子の場合、長さが半分のピエゾ抵抗素子２本を直列に繋ぐことにより１本の場合と
同じ抵抗値とすることができる。半分の長さのピエゾ抵抗素子１３’と１３”，１５’と
１５”を２本梁部１２上の応力集中部に隣合せて配置することで、梁部の最大応力は同じ
でも検出感度をより高めることができる。ピエゾ抵抗素子を複数個に分割しても、抵抗値
は変わらないため消費電力は変わらず検出感度を高めることができる。しかし、分割する
ことで金属配線２２の数が増えるため、金属配線２２が規制板３と衝突して変形しオフセ
ット電圧の発生率が上がる危険性も増えてきている。図８ａ）で、Ｘ軸ピエゾ１３とＺ軸
ピエゾ１５は接続部２９で各々金属配線２２と接続される。ピエゾ抵抗素子はシリコンに
価数の違う元素を打込んだものであるので、ピエゾ抵抗素子はシリコンと同一面で略同一
色である。そのため、図ではピエゾ抵抗素子を破線で示している。高濃度拡散層も同様で
ある。図８ｂ）は、Ｘ軸ピエゾを１３’と１３”、Ｚ軸ピエゾを１５’と１５”の２分割
し、分割したピエゾ抵抗素子は、高濃度拡散層２４で直列に繋いでいる。Ｚ軸ピエゾ１５
’と１５”は、Ｘ軸ピエゾ１３’と１３”を挟み込む様に配置される。図８ｃ）は、図８
ｂ）のｍ−ｍ’断面である。枠部１０と梁部１２、錘部１１には電気絶縁層２１が形成さ
れ、電気絶縁層２１上に金属配線２２が形成されている。電気絶縁層２１にはスルーホー
ルを設け、接続部２９でピエゾ抵抗素子と金属配線２２が電気的に接続されている。
【００１１】
【特許文献１０】特開２００６−０９８３２１号  公報
【００１２】
可撓部が規制板に衝突しても金属配線が変形しないように、金属配線をアルミナや酸化
シリコンのような、硬くて電気絶縁性を有する膜で厚く被覆することが考えられる。しか
し、この様な膜を厚くつけることで可撓部の変形度合いが変わってくる。可撓部はシリコ
ン、電気絶縁膜、金属配線の熱膨張係数の異なる材料で形成されている。加速度センサー
の温度変化で構成材料の熱膨張係数の違いから、ピエゾ抵抗素子に加わる応力が変化しオ
フセット電圧の発生原因の一つとなっていた。更に、金属配線を硬くて電気絶縁性を有す
る膜で厚く覆うことで、よりオフセット電圧を大きくすることになる。そのため、でき得
る限り構成材料を制限することが好ましく、金属配線を硬くて電気絶縁性を有する厚い膜
で覆うことは避けることが好ましい。
【００１３】
本願発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、オフセット電圧補
正後に過度の衝撃が加わっても新たなオフセット電圧の発生が起こらない、小型で薄型の
３軸加速度センサー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】
【００１４】
本願発明のピエゾ抵抗型加速度センサーは、枠部と、可撓部を介して枠部に保持される
錘部と、可撓部に設けられたピエゾ抵抗素子と、それらを接続する配線等からなるピエゾ
抵抗型加速度センサー素子を有するピエゾ抵抗型加速度センサーであって、ピエゾ抵抗型
加速度センサー素子の、可撓部のピエゾ抵抗素子形成面側には、少なくとも１本以上の枠
部から錘部に至る溝を有し、少なくとも可撓部のピエゾ抵抗素子面上と溝底面上には電気
絶縁層が形成され、溝底面の電気絶縁層上に金属配線が形成されており、金属配線上面は
ピエゾ抵抗素子上の電気絶縁層上面より凹んでいることが好ましい。
【００１５】
梁型と梁間が可撓材で連結されたダイアフラム型では、枠部と錘部、ピエゾ抵抗素子の
配置、金属配線の配置は略同じであるので、同じ可撓部として扱うことができる。本願発
明は梁型とダイアフラム型の加速度センサー何れにも適用できるものである。
【００１６】
可撓部に溝を形成しその溝底面に金属配線を形成する。金属配線は可撓部上だけでなく
錘部と枠部にも連続して形成されるので、錘部と枠部の金属配線も溝底面に形成すること
が好ましく、可撓部に形成した溝はこれら錘部と枠部に形成された溝と繋がっていること
が好ましい。可撓部と錘部、可撓部と枠部の境界が最も応力が集中するので、ピエゾ抵抗
素子の一方の端部を前記境界部近傍に配置することが行われる。溝部の終端（先端）を前
記境界部近傍に持ってくるとピエゾ抵抗素子の端部と合ってしまい、ピエゾ抵抗素子に加
わる応力分布が変わってくる恐れがある。そのため、溝の終端（先端）は前記境界部より
錘部もしくは枠部に、少なくとも溝幅以上入った位置とすることが好ましい。できれば、
錘部や枠部に形成した溝と連結することが良い。
【００１７】
溝底面に金属配線を形成するので、溝の断面形状は方形もしくは逆台形が好ましい。溝
の形成にはドライエッチング法とウエットエッチング法を用いることができる。基板材料
に単結晶シリコンを用いた場合、ウエットエッチング法では溝の断面形状が逆三角形とな
り、方形もしくは逆台形の形成が難しい。溝深さの制御のし易さや断面形状形成の自由度
が大きいドライエッチング法を使用することが好ましい。
【００１８】
可撓部を形成する単結晶シリコンの市販材は、Ｐ型かＮ型にドープされているので電気
抵抗は１〜１００（Ω−ｃｍ）と小さいため、溝底面と金属配線は電気的に絶縁する必要
がある。また、ピエゾ抵抗素子を外部のイオンから保護するために、ピエゾ抵抗素子表面
を電気絶縁材で覆うことが必要である。溝底面とピエゾ抵抗素子表面に酸化シリコンの様
な電気絶縁材を、０．０２〜０．８μｍ厚で同時に形成することで対応できる。ピエゾ抵
抗素子を複数本に分割した場合、分割部は結線する必要がある。この結線は梁部の幅方向
になるため、ピエゾ抵抗素子ブリッジを組むための金属配線と交差することになる。その
ため、金属配線ではなくピエゾ抵抗素子部より、１００〜１０００倍の濃度で価数の異な
る元素をドープした高濃度拡散層で接続することが好ましい。しかし、高濃度拡散層は溝
の側壁や底面部にも形成されるため、溝部の電気絶縁は欠くことができない。
【００１９】
溝部を埋めるように金属配線を形成することは好ましくない。溝側壁と金属配線が一体
化した場合、可撓部の温度が上がるとシリコンと金属配線の熱膨張係数の違いにより、ピ
エゾ抵抗素子に不要な応力が加わりオフセット電圧発生の原因となる。応力の発生を少な
くするため、溝断面の３面で金属配線を固定せず溝底面のみとすることが良い。また、溝
側面は溝底面に比べ電気絶縁層の厚みが薄くなることは避けられないため、溝側面から金
属配線を離すことが好ましい。
【００２０】
溝部に形成した金属配線の上面をピエゾ抵抗素子上の電気絶縁層上面より凹ませること
で、可撓部が撓んでも金属配線面が規制板と接触することはない。錘部は撓むことは無い
が、最も規制板と接触し易い箇所であるので、錘部の金属配線も溝部に形成することが良
い。
【００２１】
検出感度を上げるため、ピエゾ抵抗素子を複数個に分割した場合、分割したピエゾ抵抗
素子は高濃度拡散層で直列に繋ぐことが好ましい。高濃度拡散層は価数の異なる元素の濃
度が異なるだけで、可撓部を形成するシリコンと物理定数は変わらないため、配線による
応力の変化を考慮する必要が無いので、配線の幅や長さの設計の自由度が高い。配線設計
に自由度があるので、分割したピエゾ抵抗素子を梁の長手方向中心線に対し対称に配置す
ることができる。例えば、Ｘ軸とＺ軸のピエゾ抵抗素子を一つの梁に配置するときは、Ｘ
軸ピエゾ抵抗素子−中心線−Ｚ軸ピエゾ抵抗素子となるが、分割した場合はＸ軸ピエゾ抵
抗素子−Ｚ軸ピエゾ抵抗素子−中心線−Ｚ軸ピエゾ抵抗素子−Ｘ軸ピエゾ抵抗素子と、中
心線に対し対称配置ができ、梁の幅方向の捩れに対して安定な配置とすることができる。
【００２２】
本願発明のピエゾ抵抗型加速度センサーは、ピエゾ抵抗型加速度センサー素子の、ピエ
ゾ抵抗素子上の電気絶縁層上面からの金属配線上面の凹み量は、０．０５μｍ以上０．５
μｍ以下であることが好ましい。
【００２３】
ピエゾ抵抗素子上の電気絶縁層上面からの金属配線上面の間隔を０．０５μｍ以上とす
ることで、可撓部が幾等撓んで変形しても金属配線が規制板と接触することはない。該間
隔を大きくすることで安全率も大きくなるが、溝の深さを深くする必要があるため０．５
μｍ以下が良い。溝を深くすると、溝を形成するドライエッチング時間が長くなり製造コ
ストが増加する。
【００２４】
可撓部上のピエゾ抵抗素子上の電気絶縁層上面からの金属配線上面の間隔の違いにより
部分的に撓み量が変わり、応力の歪な分布を起こすことが考えられる。少なくともピエゾ
抵抗素子と並行する部分では該間隔は一定であることが好ましい。
【００２５】
本願発明のピエゾ抵抗型加速度センサーは、ピエゾ抵抗型加速度センサー素子の可撓部
に形成された溝の深さｄは、可撓部厚みｔの１５％以下であることが好ましい。
【００２６】
溝底面に形成する金属配線は薄っぺらい形状が好ましい。金属配線を薄っぺらくするこ
とで、梁の厚み方向の変形を阻害することなく、梁の幅方向に掛かる捩れを少なくするこ
とができる。そのため、溝深さは可撓部の厚みの１５％以下が好ましい。１５％以下とす
ることで、溝の加工時間が短縮できるのと、可撓部の機械的強度の低下を防ぐことができ
る。
【００２７】
可撓部上の溝深さの違いにより部分的に撓み量が変わり、応力の歪な分布を起こすこと
が考えられる。少なくともピエゾ抵抗素子と並行する部分では溝深さは一定であることが
好ましい。
【００２８】
可撓部上の溝幅も同じであり、少なくともピエゾ抵抗素子と並行する部分の溝幅は一定
であることが好ましい。
【００２９】
本願発明のピエゾ抵抗型加速度センサーは、ピエゾ抵抗型加速度センサー素子の可撓部
に形成された溝は、直線もしくは曲線、直線と曲線の組合せで形成されており、少なくと
もピエゾ抵抗素子と並行する部位の溝は直線であることが好ましい。
【００３０】
可撓部に形成される溝は応力集中を避けるために直線であることが好ましいが、ピエゾ
抵抗素子と金属配線の接続部の位置等から、一本の直線とすることは難しい。直線もしく
は曲線、直線と曲線の組合せとすることができるが、これらの配線は梁の長手方向中心線
に対して、対称であることが好ましい。例えば、中心線の片側が直線溝で他の片側が曲線
とすると、梁の撓みが歪（いびつ）となり不要なオフセット電圧の発生に繋がる。
【００３１】
ピエゾ抵抗素子は梁の長手方向に長辺を持つ長方形をしている。少なくともピエゾ抵抗
素子と並行する部分の溝を直線とすることで、ピエゾ抵抗素子に不要な応力を与えず、オ
フセット電圧の発生を抑えることができる。
【００３２】
本願発明のピエゾ抵抗型加速度センサーは、ピエゾ抵抗型加速度センサー素子の可撓部
に形成された溝の断面形状は、溝幅方向の中心線に対し対称形状であることが好ましい。
【００３３】
可撓部上の溝は、溝の幅方向の中心線は可撓部に対し垂直で、溝壁面は中心線に対し対
称であることが好ましい。可撓部に斜めの溝を形成すると、可撓部の正常な撓みを阻害す
ることになり好ましくない。また、片側の壁面が垂直で他の片側の壁面がオーバーハング
状になっているような、非対称形状も可撓部の正常な撓みを阻害することになり好ましく
ない。
【００３４】
溝上部幅が溝底部幅より狭くなるオーバーハング状態では、電気絶縁材を付加したとき
溝底面と側壁面に絶縁膜の形成されない部分が発生する。ピエゾ抵抗素子を分割し高濃度
拡散層で接続した構造では、溝を横断するように溝表面に高濃度拡散層が形成される。金
属配線と溝側壁面との絶縁不良を防ぐため、溝の断面は方形もしくは逆台形形状とするこ
とが好ましい。
【００３５】
本願発明のピエゾ抵抗型加速度センサーは、ピエゾ抵抗型加速度センサー素子の可撓部
に形成された溝の底幅ｗは、金属配線幅ａの１１０％以上であることが好ましい。
【００３６】
溝部を埋めるように金属配線を形成して溝側壁と金属配線が一体化した場合、可撓部の
温度が上がるとシリコンと金属配線の熱膨張係数の違いにより、ピエゾ抵抗素子に不要な
応力が加わりオフセット電圧発生の原因となる。応力の発生を少なくするため、金属配線
は溝底面のみに固定することが良い。また、溝側面は溝底面に比べ電気絶縁材の厚みが薄
くなることは避けられないため、溝側面から金属配線を離すことが好ましい。溝の底幅ｗ
や金属配線幅ａはフォトリソ時の位置合わせ誤差や、スパッター製膜時の膜の回り込み等
の製造工程でのバラツキを考慮すると、溝の底幅ｗは金属配線幅ａの１１０％以上あるこ
とが好ましい。一本の溝に複数の金属配線を形成する場合は、複数の金属配線幅の合計を
金属配線幅ａとして計算するものとする。
【００３７】
本願発明のピエゾ抵抗型加速度センサーは、ピエゾ抵抗型加速度センサー素子の可撓部
に形成された溝は、ピエゾ抵抗素子ｎ個と交互に配されており、溝は（ｎ−１）個で各溝
に１本の配線が形成されていることが好ましい。
【００３８】
可撓部に形成する溝とピエゾ抵抗素子は梁の幅方向に交互に配置し、各溝に１本の配線
を形成することが好ましい。ピエゾ抵抗素子−溝−ピエゾ抵抗素子の構成を何個繰返して
形成しても良い。ピエゾ抵抗素子の数が溝より一つ多いので、両端にはピエゾ抵抗素子が
配されることになる。交互に配することで梁の幅方向の捩れる力は均等になり、可撓部の
正常な撓みを阻害することはない。また、ピエゾ抵抗素子と溝は等間隔であることが好ま
しい。等間隔にできない場合は、中央の溝の中心線に対して対称とすることが良い。
【００３９】
中央の溝の中心線で対称となるようにピエゾ抵抗素子、溝と金属配線を配置することで
、溝と溝に形成された金属配線が梁幅方向に与える応力の影響を最小限にすることができ
る。溝とピエゾ抵抗素子の数が合わず溝が不足する場合は、ピエゾ抵抗素子に配線しない
ダミーの溝と金属配線を形成することが好ましい。ダミーの溝だけでなくダミーの金属配
線も形成することで、梁幅方向の応力を均一化できる。
【００４０】
中央の溝の中心線で対称となるようにピエゾ抵抗素子、溝と金属配線を配置しても、中
央の溝の中心線が梁の幅方向の中心線から大きくずれていては、対称配置した効果がない
。そのため、中央の溝の中心線と梁の幅方向中心線を一致させることが重要である。
【００４１】
溝とピエゾ抵抗素子の数が合わずピエゾ抵抗素子が不足する場合もある。ピエゾ抵抗素
子はシリコンに価数違いの元素を打ち込むだけで、元のシリコンと機械的特性は殆ど変わ
らないため、ダミーのピエゾ抵抗素子を形成する必要は無く、その分の領域を確保すれば
よいものである。勿論、ピエゾ抵抗素子のダミーを形成しても良いことは言うまでもない
。
【００４２】
本願発明のピエゾ抵抗型加速度センサーは、ピエゾ抵抗型加速度センサー素子の可撓部
に形成された溝は、ピエゾ抵抗素子ｎ個と交互に配されており、溝は（ｎ＋１）個で各溝
に１本の配線が形成されていることが好ましい。
【００４３】
可撓部に形成する溝とピエゾ抵抗素子は梁の幅方向に交互に配置し、各溝に１本の配線
を形成することが好ましい。溝−ピエゾ抵抗素子−溝の構成を何個繰返して形成しても良
い。溝の数がピエゾ抵抗素子より一つ多いので、両端には溝が配されることになる。交互
に配することで梁の幅方向の捩れる力は均等になり、可撓部の正常な撓みを阻害すること
はない。また、ピエゾ抵抗素子と溝の間隔は等間隔であることが好ましい。等間隔にでき
ない場合は、中央のピエゾ抵抗素子の中心線に対して対称とすることが良い。
【００４４】
中央のピエゾ抵抗素子の中心線で対称となるようにピエゾ抵抗素子、溝と金属配線を配
置することで、溝と溝に形成された金属配線が梁幅方向に与える応力の影響を最小限にす
ることができる。溝とピエゾ抵抗素子の数が合わず溝が不足する場合は、配線しないダミ
ーの溝と金属配線を形成することが好ましい。ダミーの溝だけでなくダミーの金属配線も
形成することで、梁幅方向の応力を均一化できる。
【００４５】
中央のピエゾ抵抗素子の中心線で対称となるようにピエゾ抵抗素子、溝と金属配線を配
置しても、中央のピエゾ抵抗素子の中心線が梁の幅方向の中心線から大きくずれていては
、対称配置した効果がない。そのため、中央のピエゾ抵抗素子の中心線と梁の幅方向中心
線を一致させることが重要である。
【００４６】
溝とピエゾ抵抗素子の数が合わず溝が不足する場合もある。溝が不足した場合は、配線
しないダミーの溝と金属配線を形成することが好ましい。ダミーの溝だけでなくダミーの
金属配線も形成することで、梁幅方向の応力を均一化できる。
【００４７】
本願発明のピエゾ抵抗型加速度センサーは、ピエゾ抵抗型加速度センサー素子の可撓部
に形成された溝は、ピエゾ抵抗素子間に形成されており、溝に１本以上の金属配線が形成
されていることが好ましい。
【００４８】
溝とピエゾ抵抗素子を交互に配置するのではなく、ピエゾ抵抗素子間に溝を形成して、
その溝に複数本の金属配線を形成することもできる。例えば、ピエゾ抵抗素子−溝−ピエ
ゾ抵抗素子の組合わせ、ピエゾ抵抗素子−ピエゾ抵抗素子−溝−ピエゾ抵抗素子−ピエゾ
抵抗素子の組合せ等々が考えられる。一つの溝に複数本の金属配線を形成することで、溝
に１本の金属配線を同数設けたものに比べ、全体の溝幅を小さくできる。溝幅を小さくす
ることで、梁幅が一定ならピエゾ抵抗素子と溝の配置間隔の自由度が大きくなる。同じ配
置間隔であれば梁幅を狭くできるので梁を撓み易くでき、加速度の検出感度を上げること
ができる。逆に溝幅を大きくすることもできるので、金属配線の厚みを変えずに断面積を
大きくして金属配線の電気抵抗を下げることもできる。また、ピエゾ抵抗素子数と電気配
線数の差が２本以上であっても、溝に複数本の金属配線を形成することで、本数の差は解
消することができる。
【００４９】
溝中の金属配線は溝の中心線に対し対称に形成することで、梁幅方向の応力を均一化で
きる。中央の溝の中心線は梁の幅方向の中心線と一致させることは重要である。
【００５０】
本願発明のピエゾ抵抗型加速度センサーは、ピエゾ抵抗型加速度センサー素子の可撓部
に形成された溝は、ピエゾ抵抗素子の両側に形成されており、溝に１本以上の金属配線が
形成されていることが好ましい。
【００５１】
複数のピエゾ抵抗素子を梁の幅方向の中心線に対称となるように形成し、ピエゾ抵抗素
子の両外側に溝を配することができる。溝には複数の金属配線を形成することができる。
中央の複数のピエゾ抵抗素子の並びの中心線と梁の幅方向の中心線は一致させる。中央の
複数のピエゾ抵抗素子の並びの中心線に対し、ピエゾ抵抗素子と溝は対称に形成する。ま
た、溝の幅方向中心線に対し、金属配線は対称配置とする。溝間で金属配線数が異なる場
合は、ダミー配線を形成して梁の幅方向の対称性を確保することが好ましい。
【００５２】
本願発明のピエゾ抵抗型加速度センサーは、ピエゾ抵抗型加速度センサー素子の錘部と
枠部に形成された金属配線の少なくとも一部の金属配線上面が、ピエゾ抵抗素子上の電気
絶縁層上面より凹んでいることが好ましい。
【００５３】
錘部は可撓部の中央部に位置するため錘部の動き量は大きいため、錘部の金属配線は梁
部の金属配線より規制板と接触する機会が多いと考えられる。そのため、錘部の金属配線
上面を錘部に形成された電気絶縁層上面より凹ませることが好ましい。枠部に形成された
金属配線は、加速度センサーに過度な衝撃が加わった場合でも規制板に接触することは無
いが、溝を形成し溝の底面に形成することが好ましい。金属配線上面を電気絶縁層上面よ
り凹ませることで、ピエゾ抵抗型加速度センサー製造工程で加速度センサー素子をエアピ
ンセット等で把持したときに発生する金属配線の損傷を防止できる。可撓部の溝底面に形
成された金属配線と枠部の金属配線の高さ方向の位置を合わせることで、金属配線を連続
的に形成することができる。枠部に溝を設けず高さ方向に位置ずれ（段差）が生じると、
当該部で金属配線の厚みが薄くなる危険性が高くなるため、枠部にも段差を形成すること
が好ましい。
【００５４】
枠部に形成する溝の深さは可撓部厚とすることもできる。枠部のシリコンを酸化層まで
貫通するようにエッチングして、酸化層を電気絶縁層として使用することもできる。この
深い枠部の溝は可撓部形成時に同時に形成することができる。しかし、梁部に形成する溝
深さと深さが違いすぎるので、溝が接続される部分の段差を解消するため傾斜面加工等の
工程が必要となる。可撓部の厚みが数μｍ以下と薄くなった時は、段差を解消するため傾
斜面加工等は不要となり貫通溝を使用することもできる。
【発明の効果】
【００５５】
本願発明のピエゾ抵抗型加速度センサーは、オフセット電圧補正後に過度の衝撃が加わ
っても、金属配線の変形による新たなオフセット電圧の発生が起こらず、小型で薄型のピ
エゾ抵抗型加速度センサーを提供することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
以下本発明を図面を参照しながら実施例に基づいて詳細に説明する。説明を判り易くす
るため、同一の部品、部位には同じ符号を用いている。
【実施例１】
【００５７】
図１ａ）に、梁型ピエゾ抵抗型加速度センサー素子９の斜視図を、図１ｂ）に図１ａ）
のＡ部拡大図を示す。図２ａ）〜ｅ）に、図１のａ−ａ’〜ｅ−ｅ’断面図を示す。加速
度センサー２０の構成は図６と同じであるので省略している。梁型３軸加速度センサー素
子９の外形寸法は、縦１．５ｍｍｘ横１．５ｍｍで厚さは約０．４ｍｍである錘部１１は
一辺４２０μｍとした。梁部１２は長さ２８０μｍで幅９０μｍ、厚み６μｍとした。錘
部１１と枠部１０の厚みは４１０μｍとした。
【００５８】
図１ｂ）は、図１ａ）の梁部１２と枠部１０の接続部でＹ軸ピエゾを含む部位の拡大斜
視図である。梁部１２の幅方向に溝２３が３本形成されており、溝２３の間にＹ軸ピエゾ
１４’と１４”を配置した。溝２３間の中央部位にピエゾ抵抗素子は配置している。溝の
底面には金属配線２２を形成した。金属配線２２の側壁面は溝２３の側壁面とは接触して
いない。溝２３は枠部１０にも形成しており、梁部１２に形成した溝２３と部分的に接続
している。Ｙ軸ピエゾ１４’と１４”は高濃度拡散層２４で直列に接続している。高濃度
拡散層２４は中央の溝２３を横断する様に形成しているので、溝２３の側壁面と底面は高
濃度拡散層が存在している。本実施例のＹ軸はピエゾ抵抗素子が２本と金属配線が３本の
構成となっているので、金属配線がピエゾ抵抗素子を挟む配置となっている。金属配線２
２は２列で配線の役目は果すが、梁の幅方向の捩れを等しくするため中央部にダミーの溝
とダミー金属配線２２’を形成した。本実施例では中央部の金属配線をダミーとしている
が、活きた金属配線とすることもできるものである。
【００５９】
図２ａ）から図２ｅ）に、図１のａ−ａ’からｅ−ｅ’断面を示す。図２ａ）は梁部１
２のＹ軸ピエゾ１４’，１４”を含む位置の断面、図２ｂ）は梁部１２のＹ軸ピエゾの無
い位置の断面、図２ｃ）は枠部１０の断面、図２ｄ）は錘部１１の断面、図２ｅ）は梁部
１２のＸ軸ピエゾ１３’，１３”とＺ軸ピエゾ１５’，１５”を含む位置の断面である。
図２ａ）で、ピエゾ抵抗素子と溝、金属配線の形成方法と、寸法関係を説明する。シリコ
ン基板の所定の位置に各軸のピエゾ抵抗素子とピエゾ抵抗素子を繋ぐ高濃度拡散層２４を
形成する。ピエゾ抵抗素子の幅は３μｍで長さ３０μｍとした。ピエゾ抵抗素子が形成さ
れた基板に、溝底面幅４μｍで深さ０．３μｍの溝２３を４μｍピッチで、ドライエッチ
ングで３本形成した後、ピエゾ抵抗素子面上と溝底面を含むシリコン表面上に、酸化シリ
コンの電気絶縁層２１を厚み０．１μｍ形成した。溝２３の側壁面にも絶縁層が形成され
るように、基板を１５度程度傾け回転させながらスパッターで酸化シリコンの電気絶縁層
２１を形成した。溝２３の底面には、幅３μｍで厚み０．２μｍのアルミ系金属配線２２
を、スパッターで形成した。溝２３の底面に形成した金属配線２２上面とＹ軸ピエゾ１４
’、１４”上の電気絶縁層２１上面の間隔ｇ５は０．１μｍとした。４μｍピッチで形成
した溝２３間には、Ｙ軸ピエゾ１４’、１４”が形成された構成である。本実施例では、
中央部の溝２３は梁の幅方向の捩れを等しくするために、梁部１２の中心線に対し左右対
称形状にするため中央部にダミーの溝を設けている。中央部のダミーの溝の底面に、端部
が接続されていないダミー金属配線２２’を形成した。中央部のダミーの溝の中心線と梁
部１２の幅方向の中心線は一致させている。梁部１２の幅方向の中心線とピエゾ素子と金
属配線を有する溝の組合わせの中心線を一致させ、梁部中心線に対しピエゾ素子と金属配
線を有する溝を対称配置することで、梁部の幅方向に不要な捩れを生じることがない。ま
た、金属配線上面をｇ５の間隔を開けるため、加速度センサーに過度な衝撃が加わり梁部
１２が大きく変形しても金属配線２２の上面は規制板に衝突しない。そのため、金属配線
２２の変形による新たなオフセット電圧の発生を防ぐことができた。
【００６０】
図２ｂ）は、梁部１２の長手方向の中央部近傍であるので、図２ａ）からＹ軸ピエゾ１
４’、１４”が除かれた構造である。図２ｃ）は、枠部であるので溝の形成は無くても良
いが、梁部１２の溝２３に形成された金属配線２２と同一面で梁部１２の金属配線と接続
するため、梁部１２にも梁部と同じ深さで溝２３を形成した。枠部は変形しないので、溝
２３は幅１５０μｍの１本とし、溝の底面に形成する金属配線の幅と配置は任意とした。
また、枠部は断面の箇所によって金属配線２２の本数が異なっている。枠部と錘部、梁部
の金属配線は同時に形成するので、枠部の金属配線厚みは梁部と同じ０．２μｍとした。
図２ｄ）は、錘部で規制板と接触する危険性が高いので溝部２３を形成し溝底面に金属配
線２２を形成した。錘部１１の重心位置が変わることを避けるため、溝２３は錘部の中心
対称となるように配置した。図２ｅ）は、梁部１２にＸ軸ピエゾとＺ軸ピエゾが形成され
ている部位である。ピエゾ素子の数が図２ａ）の倍の４本となるので、溝２３は５本形成
した。中央部の溝はダミーで溝底面には金属配線２２’を形成した。溝数とピエゾ数が図
２ａ）と異なるだけで、寸法関係や位置関係は同じとしている。
【００６１】
前述した溝部と金属配線以外の、加速度センサー素子９の製造方法を簡単に説明する。
４１０μｍ厚のシリコン板に約１μｍ厚のシリコン酸化層と６μｍのシリコン層の積層構
造を有するＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェファーを使用した
。フォトレジストでパターニングを行い、シリコン層にボロンを１〜３×１０１８原子／
ｃｍ３を打ち込みピエゾ抵抗素子を作製した後、ピエゾ抵抗素子間を接続する高濃度拡散
層を形成した。高濃度拡散層はボロンを１〜３×１０２１原子／ｃｍ３を打ち込んだ。ピ
エゾ抵抗素子を外部のイオンから保護するためと、シリコンと金属配線、電極の絶縁を確
保するために、０．１μｍ厚に酸化シリコンの電気絶縁層を形成した。フォトレジストで
パターニングを行い、イオンミリング装置を用い枠部から錘部に至る可撓部に溝２３を形
成した。溝幅は４μｍで溝深さは０．３μｍとした。溝形成後０．１μｍ厚に酸化シリコ
ンの絶縁膜を形成した。ピエゾ抵抗素子に接続する金属配線と電極、可撓部等を、フォト
レジストのパターニングとスパッタリング成膜装置、ドライエッチング装置等を用いて形
成した。溝底面に形成した金属配線膜の厚みは０．２μｍとし、金属配線上面はピエゾ抵
抗素子上の電気絶縁層上面より０．１μｍ凹ませた。錘部と枠部に形成した金属配線も可
撓部と同じく、金属配線上面はピエゾ抵抗素子上の電気絶縁層上面より０．１μｍ凹ませ
た。シリコン酸化層がエッチングストッパーとなるため、エッチングされるのはシリコン
層のみである。
【００６２】
加速度センサー素子９が多数形成されたウェファーのピエゾ抵抗素子面側を下にして、
熱伝導の高い金属粉末を樹脂に混錬したものを用いて、ダミー基板に接着した。ＳＯＩウ
ェファーのシリコン板部分の４００μｍをドライエッチングするには、ＳＦ６と酸素を導
入したプラズマ内で長時間行うため、被加工物の冷却が重要であるので、熱伝導の良い接
着剤で放熱性の高いダミー基板に接着するものである。ドライエッチングされるのはシリ
コンのみであるので、シリコン板はエッチングされるが、シリコン酸化層は残っている。
ダミー基板に付けたまま弗酸溶液に浸け、シリコン酸化層を化学エッチングで除去した。
梁部と錘部、支持枠部が形成されたＳＯＩウェファーがダミー基板に接着された状態で、
切断砥石を使って加速度センサー素子９のチップに分離した後、溶剤で接着剤を除去し加
速度センサー素子単体を得た。
【実施例２】
【００６３】
本願発明の実施例２は、ダミーの溝とダミーの金属配線の形成をしない構造であり、ピ
エゾ部ではピエゾ本数と金属配線の本数が同じものである。図３ｂ）は図３ａ）の梁部１
２のＹ軸ピエゾ１４’，１４”を含む位置のｆ−ｆ’断面、図３ｃ）は図３ａ）の梁部１
２のＹ軸ピエゾの無い位置のｇ−ｇ’断面である。図３は図１のダミーの溝とダミー配線
を形成しない構造である。図３ｂ）で、ダミーの溝を形成しないので、Ｙ軸ピエゾ１４’
と１４”の間隔は８μｍとしている。Ｙ軸ピエゾ１４’と１４”の中間の中心線と梁幅の
中心線は一致させている。図３ｃ）は、ピエゾが無いだけで図ｂ）と同じである。溝や金
属配線等の寸法は、実施例１と同じとしている。図３には図示していないが、Ｘ軸ピエゾ
とＺ軸ピエゾの梁も同様に、中心部のダミーの溝とダミー配線を形成しなかった。
【実施例３】
【００６４】
本願発明の実施例３は、溝の本数よりピエゾの本数が多い場合である。梁上でもピエゾ
の配線方法で金属配線の本数が異なる場合がでる。図４ａ）は、梁部１２のＹ軸ピエゾ１
４’，１４”を含む位置の断面図、図４ｂ）は、梁部１２のＹ軸ピエゾの無い位置の断面
図、図４ｃ）はＸ軸，Ｚ軸ピエゾを含む位置の断面図である。ピエゾ抵抗素子で金属配線
が形成された溝を挟む様な配置となる。溝やピエゾ抵抗素子、金属配線等の寸法は、実施
例１と同じとしている。ピエゾ抵抗素子の幅は３μｍでピッチは１０μｍとした。溝幅は
４μｍで溝深さは０．３μｍとし、溝形成後０．１μｍ厚に酸化シリコンの電気絶縁膜２
１を形成した。溝２３の底面には幅３μｍで厚み０．２μｍのアルミ系金属配線２２を形
成した。図４ａ）、図４ｂ）の溝２３の中心線と梁部１２の幅方向の中心線は一致させた
。図４ｃ）は、Ｘ軸ピエゾ１３’と１３”を挟むようにＺ軸ピエゾ１５’と１５”を配置
し、ピエゾ抵抗素子間に金属配線２２を有する溝２３を配している。中央部の溝２３の中
心線と梁部１２の幅方向の中心線は一致させた。梁部１２の幅方向の中心線と中央部の金
属配線を有する溝の中心線を一致させ、梁部中心線に対しピエゾ素子と金属配線を有する
溝を対称配置することで、梁部の幅方向に不要な捩れ生じることがない。また、金属配線
上面をｇ５の間隔開けるため、加速度センサーに過度な衝撃が加わり梁部１２が大きく変
形しても金属配線２２の上面は規制板に衝突しない。そのため、金属配線２２の変形によ
る新たなオフセット電圧の発生を防ぐことができた。
【実施例４】
【００６５】
本願発明の実施例４は、梁部の溝内に複数の金属配線を形成したものである。Ｘ軸ピエ
ゾとＺ軸ピエゾを含む位置の断面を示す。一つの溝に何本の金属配線を形成するかで、実
施形態が変わってくるが、ピエゾ抵抗素子４本と金属配線４本での代表的な断面構造を図
５ａ）から図５ｄ）に示している。何れの実施例も、梁部１２の幅方向の中心線とピエゾ
素子と金属配線を有する溝の組合わせの中心線を一致させ、梁部中心線に対しピエゾ素子
と金属配線を有する溝を対称配置している。また、金属配線上面とピエゾ抵抗素子上の電
気絶縁層上面とは、ｇ５の間隔を設けている。図５ａ）は、中央の溝２３にＸ軸用の金属
配線２２を２本配置し、両側に金属配線側からＸ軸ピエゾ、Ｚ軸ピエゾを配し、Ｚ軸ピエ
ゾの外側に金属配線を２２を有する溝２３を形成した。図５ｂ）は、中央の溝２３に４本
全ての金属配線を配している。図５ｃ）は、中央にピエゾ抵抗素子４本を配し、ピエゾの
両側に溝２３を形成し溝底面上に２本の金属配線２２を設けている。図５ｄ）は、図５ａ
）のピエゾ抵抗素子と溝の位置を逆にした構造である。何れも、溝２３の幅方向の中心線
に対し金属配線２２は対称配置としている。
【実施例５】
【００６６】
実施例１の加速度センサー（試料＃１）と実施例２の加速度センサー（試料＃２）、実
施例３の加速度センサー（試料＃３）、実施例４の図５ａ）から図５ｄ）の加速度センサ
ー（試料＃４〜７）を作製し、過度の加速度が加わった際の金属配線の変形による新たな
オフセット電圧の発生の有無を調査した。比較のため従来品の加速度センサー（試料＃８
）も供試した。オフセット電圧の変化率を測定するため、オフセット電圧の測定はオフセ
ット補正回路を通さない値である。また、衝撃印加前後でオフセット電圧を測定する時は
、測定温度変動を１℃以内に抑えているので温度変化よるオフセット電圧の発生はない。
オフセット電圧測定時の加速度センサーの保持角度等の測定条件は一定としているので、
衝撃印加前後のオフセット電圧の変化は、金属配線の変形によるものと考えられる。各々
、１，０００個の加速度センサーを製作し試験を行った。評価は次の手順で行った。イ）
オフセット電圧測定、ロ）衝撃印加、ハ）オフセット電圧測定、ニ）オフセット電圧が±
１０％以上変動した試料は不具合発生品とし、試料は分解調査へ、オフセット電圧が±１
０％未満の変動試料は、ロ）の衝撃印加とハ）のオフセット電圧測定を繰返した。ロ）ハ
）の繰返しを５０回行うことで最大５１回の衝撃が加わったことになり、言い換えると約
５１，０００個の試料＃１〜＃８の加速度センサーを供試したこととなる。従来品でのオ
フセット電圧が許容範囲を越えるものの発生率は、０．０２％程度と低いため数多くの加
速度センサーを供試する必要があるが、供試できる数にも限度があるため、前述した試験
方法を採用した。０．０２％の発生率は５，０００個の加速度センサーで１個のオフセッ
ト電圧が許容範囲を越えるものが発生することになる。実質５１，０００個の試料＃１〜
＃８の加速度センサーを供試することで、効果を判定できる結果を得ることができる。
【００６７】
１００個の加速度センサーを２ｍｍ厚の鉄製治具に固定しオフセット電圧を測定した後
、鉄製治具に取り付けた状態で厚さ１００ｍｍの木板の上に、高さ１ｍから自然落下させ
て衝撃を与えた。この高さから落下させると約１，５００から２，０００Ｇの衝撃が加速
度センサーに加わる。衝撃を加えた方向はＺ軸方向で、規制板３と梁部１２間の空隙ｇ３
が小さくなる方向である。衝撃を加えた後、オフセット電圧を測定しオフセット電圧が±
１０％以上変動した試料は不具合発生品として鉄製治具から外し分解調査を行った。オフ
セット電圧の変動が±１０％未満の加速度センサーは、再度衝撃を加えて試験を継続した
。
【００６８】
試料＃１から試料＃７の本願発明品の加速度センサーでは、オフセット電圧が±１０％
以上変動したものはなかった。比較のために試験した従来の加速度センサーの試料＃８で
は、６個の加速度センサーがオフセット電圧変動±１０％を越えた。発生頻度は約０．０
１２％であった。該加速度センサーを分解して調査したところ、加速度センサー素子の梁
部１２に設けられた金属配線２２の一部が押し潰された様に変形していた。従来品の６個
の不具合品で、金属配線が潰された様に変形していた部位は、梁部の錘部に近い部分が５
個、錘部が１個であった。この結果からも、梁部と錘部の金属配線上面をピエゾ素子上の
電気絶縁層上面より凹ませることは、過度な衝撃が加わっても金属配線の変形が起らず、
金属配線の変形によるオフセット電圧の発生を防ぐこと効果が大きいことが確認できた。
【００６９】
また、規制板３にＩＣチップを用いた加速度センサーを製作し、過度な加速度が加わっ
たときにラッチアップ現象を起こすか否か評価した。実施例１で示した加速度センサー素
子を用い、１００個加速度センサーを作り供試した。金属配線と対向するＩＣチップ裏面
は、シリコン面で絶縁処理は行っていない。加速度センサーを鉄製治具に取り付けた状態
で厚さ１００ｍｍの木板の上に、高さ１ｍから自然落下させて衝撃を与えながら、電気出
力を測定しラッチアップ現象の有無を調べた。１００個の加速度センサーを各１０回試験
（１０００個・回）したが、ラッチアップ現象は発生しなかった。本願発明の加速度セン
サーは、過度な加速度が加わっても加速度センサー素子の金属配線が規制板３に接触しな
い構造としたので、金属配線の変形によるオフセット電圧の発生防止だけでなくラッチア
ップ現象発生防止の効果も得られた。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本願発明の実施例１の加速度センサー素子の斜視図である。
【図２】本願発明の実施例１の加速度センサー素子のａ−ａ’からｅ−ｅ’断面図である。
【図３】本願発明の実施例２の加速度センサー素子の斜視図と断面図である。
【図４】本願発明の実施例３の加速度センサー素子の断面図である。
【図５】本願発明の実施例４の加速度センサー素子の断面図である。
【図６】従来の加速度センサーの分解斜視図である。
【図７】従来の加速度センサーの断面図と加速度センサー素子の平面図である。
【図８】従来の加速度センサーのピエゾ素子と金属配線の配置図である。
【符号の説明】
【００７１】
１  ケース、２  センサーチップ、
３  規制板、４  チップ端子、
５  ワイヤー、６  ケース端子、
７  外部端子、８  ケース蓋、
９，９’梁型３軸加速度センサー素子、９”  ダイアフラム型３軸加速度センサー素子、
１０  枠部、１１  錘部、
１２  梁部、１３，１３’，１３”  Ｘ軸ピエゾ、
１４，１４’，１４”  Ｙ軸ピエゾ、１５，１５’，１５”  Ｚ軸ピエゾ、
１６，１７  接着剤、１９  ダイアフラム、
２０  ３軸加速度センサー、２１  絶縁層、
２２  金属配線、２２’  ダミー金属配線、
２３  溝、２４  高濃度拡散層、
２９  接続部。
【図１】
2008082953.tif 000003
【図２】
2008082953.tif 000004
【図３】
2008082953.tif 000005
【図４】
2008082953.tif 000006
【図５】
2008082953.tif 000007
【図６】
2008082953.tif 000008
【図７】
2008082953.tif 000009
【図８】
2008082953.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成19年8月30日(2007.8.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
図１ｂ）は、図１ａ）の梁部１２と枠部１０の接続部でＹ軸ピエゾを含む部位の拡大斜
視図である。梁部１２の幅方向に溝２３が３本形成されており、溝２３の間にＹ軸ピエゾ
１４’と１４”を配置した。溝２３間の中央部位にピエゾ抵抗素子は配置している。溝の
底面には金属配線２２を形成した。金属配線２２の側壁面は溝２３の側壁面とは接触して
いない。溝２３は枠部１０にも形成しており、梁部１２に形成した溝２３と部分的に接続
している。Ｙ軸ピエゾ１４’と１４”は高濃度拡散層２４で直列に接続している。高濃度
拡散層２４は中央の溝２３を横断する様に形成しているので、溝２３の側壁面と底面は高
濃度拡散層が存在している。本実施例のＹ軸はピエゾ抵抗素子が２本と金属配線が３本の
構成となっているので、金属配線がピエゾ抵抗素子を挟む配置となっている。金属配線２
２は２列で配線の役目は果すが、梁の幅方向の捩れを他のＸ，Ｚ軸ピエゾの梁部とできる
限り合わせるため、中央部にダミーの溝とダミー金属配線２２’を形成した。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
図２ａ）から図２ｅ）に、図１のａ−ａ’からｅ−ｅ’断面を示す。図２ａ）は梁部１
２のＹ軸ピエゾ１４’，１４”を含む位置の断面、図２ｂ）は梁部１２のＹ軸ピエゾの無
い位置の断面、図２ｃ）は枠部１０の断面、図２ｄ）は錘部１１の断面、図２ｅ）は梁部
１２のＸ軸ピエゾ１３’，１３”とＺ軸ピエゾ１５’，１５”を含む位置の断面である。
図２ａ）で、ピエゾ抵抗素子と溝、金属配線の形成方法と、寸法関係を説明する。シリコ
ン基板の所定の位置に各軸のピエゾ抵抗素子とピエゾ抵抗素子を繋ぐ高濃度拡散層２４を
形成する。ピエゾ抵抗素子の幅は３μｍで長さ３０μｍとした。高濃度拡散層の厚みは約
１．５μｍと溝２３の深さに比べ充分厚く形成している。ピエゾ抵抗素子が形成された基
板に、溝底面幅４μｍで深さ０．３μｍの溝２３を４μｍピッチで、ドライエッチングで
３本形成した後、ピエゾ抵抗素子面上と溝底面を含むシリコン表面上に、酸化シリコンの
電気絶縁層２１を厚み０．１μｍ形成した。溝２３の側壁面にも絶縁層が形成されるよう
に、基板を１５度程度傾け回転させながらスパッターで酸化シリコンの電気絶縁層２１を
形成した。溝２３の底面には、幅３μｍで厚み０．２μｍのアルミ系金属配線２２を、ス
パッターで形成した。溝２３の底面に形成した金属配線２２上面とＹ軸ピエゾ１４’、１
４”上の電気絶縁層２１上面の間隔ｇ５は０．１μｍとした。４μｍピッチで形成した溝
２３間には、Ｙ軸ピエゾ１４’、１４”が形成された構成である。本実施例では、中央部
の溝２３は梁の幅方向の捩れを等しくするために、梁部１２の中心線に対し左右対称形状
にするため中央部にダミーの溝を設けている。中央部のダミーの溝の底面に、端部が接続
されていないダミー金属配線２２’を形成した。中央部のダミーの溝の中心線と梁部１２
の幅方向の中心線は一致させている。梁部１２の幅方向の中心線とピエゾ素子と金属配線
を有する溝の組合わせの中心線を一致させ、梁部中心線に対しピエゾ素子と金属配線を有
する溝を対称配置することで、梁部の幅方向に不要な捩れを生じることがない。また、金
属配線上面をｇ５の間隔を開けるため、加速度センサーに過度な衝撃が加わり梁部１２が
大きく変形しても金属配線２２の上面は規制板に衝突しない。そのため、金属配線２２の
変形による新たなオフセット電圧の発生を防ぐことができた。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
図２ｂ）は、梁部１２の長手方向の中央部近傍であるので、図２ａ）からＹ軸ピエゾ１
４’、１４”が除かれた構造である。図２ｃ）は、枠部であるので溝の形成は無くても良
いが、梁部１２の溝２３に形成された金属配線２２と同一面で梁部１２の金属配線と接続
するため、梁部１２にも梁部と同じ深さで溝２３を形成した。枠部は変形しないので、溝
２３は幅１５０μｍの１本とし、溝の底面に形成する金属配線の幅と配置は任意とした。
また、枠部は断面の箇所によって金属配線２２の本数が異なっている。枠部と錘部、梁部
の金属配線は同時に形成するので、枠部の金属配線厚みは梁部と同じ０．２μｍとした。
図２ｄ）は、錘部で規制板と接触する危険性が高いので溝部２３を形成し溝底面に金属配
線２２を形成した。錘部１１の重心位置が変わることを避けるため、溝２３は錘部の中心
対称となるように配置した。図２ｅ）は、梁部１２にＸ軸ピエゾとＺ軸ピエゾが形成され
ている部位である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2008082953.tif 000011