(57)【要約】【課題】静電力によるスティッキングを防止する。【解決手段】半導体層２が、物理量の変位に応じて動作する可動電極５と、可動電極５と間隙を介して対向配置された固定電極６と、固定電極６と別体とされた可動電極５の動作を制限するストッパ部７とを備え、ストッパ部７の電位をオープン電位とすることで実現する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層によって物理量を検出し、前記半導体層の表裏面のうち少なくとも一方に絶縁層が接合されてなる半導体センサにおいて、
前記半導体層は、
前記物理量の変位に応じて動作する可動電極と、
前記可動電極と間隙を介して対向配置された固定電極と、
前記固定電極と別体とされた前記可動電極の動作を制限するストッパ部とを備え、
前記ストッパ部の電位をオープン電位とすること
を特徴とする半導体センサ。
【請求項２】
前記ストッパ部の電位を前記可動電極の電位と同電位とすること
を特徴とする請求項１記載の半導体センサ。
【請求項３】
前記絶縁層に貫通孔を設けて、前記半導体層のストッパ部の表面の一部、並びに前記半導体層の可動電極または可動電極と同電位となる部位の表面の一部を露出させ、
前記貫通孔の内周面、及び絶縁層の表面にかけて電気的に接続される導体層を形成し、前記導体層を配線により電気的に接続することで、前記ストッパ部の電位を前記可動電極の電位と同電位とすること
を特徴とする請求項２記載の半導体センサ。
【請求項４】
前記半導体層のストッパ部の表面、並びに前記半導体層の可動電極または可動電極と同電位となる部位の表面に金属電極を形成し、前記絶縁層の半導体層と対向する面に施した配線により前記金属電極間を電気的に接続することで、前記ストッパ部の電位を前記可動電極の電位と同電位とすること
を特徴とする請求項２記載の半導体センサ。
【請求項５】
前記半導体層のストッパ部と、前記半導体層の可動電極または可動電極と同電位となる部位とをワイヤボンディングにより電気的に接続することで、前記ストッパ部の電位を前記可動電極の電位と同電位とすること
を特徴とする請求項２記載の半導体センサ。
【請求項６】
当該半導体センサを半導体パッケージ内に組み込んだ場合に、前記半導体層のストッパ部と、前記半導体層の可動電極または可動電極と同電位となる部位と、前記半導体パッケージに形成された電極とをワイヤボンディングにより電気的に接続することで、前記ストパ部の電位を前記可動電極の電位と同電位とすること
を特徴とする請求項２記載の半導体センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体層によって物理量を検出し、半導体層の表裏面のうち少なくとも一方に絶縁層が接合されてなる半導体センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
公知の半導体プロセスを用いて半導体基板を加工することで形成した可動体の変位に応じて、例えば、加速度や角速度等の種々の物理量を検出できるようにした半導体センサなどが一般に知られている。このような半導体センサは、可動体の変位を制限するためのストッパ部を備えている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００６−１７７７６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に開示されている構成によれば、ストッパ部、可動体の電位が考慮されていないため、可動体がストッパ部と接触した場合に静電力によるスティッキングが生じてしまい、可動体とストッパ部とが離れなくなってしまうといった問題がある。
【０００４】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、静電力によるスティッキングを防止することができる半導体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】
【０００５】
本発明の半導体センサは、半導体層によって物理量を検出し、前記半導体層の表裏面のうち少なくとも一方に絶縁層が接合されてなる半導体センサにおいて、前記半導体層が、前記物理量の変位に応じて動作する可動電極と、前記可動電極と間隙を介して対向配置された固定電極と、前記固定電極と別体とされた前記可動電極の動作を制限するストッパ部とを備え、前記ストッパ部の電位をオープン電位とすることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明の半導体センサは、前記ストッパ部の電位を前記可動電極の電位と同電位とすることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の半導体センサは、前記絶縁層に貫通孔を設けて、前記半導体層のストッパ部の表面の一部、並びに前記半導体層の可動電極または可動電極と同電位となる部位の表面の一部を露出させ、前記貫通孔の内周面、及び絶縁層の表面にかけて電気的に接続される導体層を形成し、前記導体層を配線により電気的に接続することで、前記ストッパ部の電位を前記可動電極の電位と同電位とすることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の半導体センサは、前記半導体層のストッパ部の表面、並びに前記半導体層の可動電極または可動電極と同電位となる部位の表面に金属電極を形成し、前記絶縁層の半導体層と対向する面に施した配線により前記金属電極間を電気的に接続することで、前記ストッパ部の電位を前記可動電極の電位と同電位とすることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の半導体センサは、前記半導体層のストッパ部と、前記半導体層の可動電極または可動電極と同電位となる部位とをワイヤボンディングにより電気的に接続することで、前記ストッパ部の電位を前記可動電極の電位と同電位とすることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の半導体センサは、当該半導体センサを半導体パッケージ内に組み込んだ場合に、前記半導体層のストッパ部と、前記半導体層の可動電極または可動電極と同電位となる部位と、前記半導体パッケージに形成された電極とをワイヤボンディングにより電気的に接続することで、前記ストパ部の電位を前記可動電極の電位と同電位とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、可動電極とストッパ部との静電力によるスティッキングを防止することが可能となる。
【００１２】
また、本発明によれば、可動電極とストッパ部とを同電位とすることで、可動電極がストッパ部に接触したとしても静電力が働かないためスティッキングを回避することを可能とする。
【００１３】
また、本発明によれば、半導体センサの半導体層を絶縁層により気密封止して可動電極、固定電極の電位を取り出す工程と同一工程にてストッパ部の電位を可動電極の電位と同電位にすることができるため、製造工程を大幅に短縮することを可能とする。
【００１４】
また、本発明によれば、実装工程であるワイヤボンディングの工程を利用して、ストッパ部の電位を可動電極の電位と同電位にすることができるため、製造工程を大幅に短縮することを可能とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
［静電容量式センサの構成］
図１、図２を用いて、本発明の実施の形態として示す半導体センサである静電容量式センサ１の構成について説明する。実施の形態として示す静電容量式センサ１は、互いに垂直な２軸方向の加速度を検出することができる。
【００１７】
図１は、静電容量式センサの半導体層２を示した平面図である。図１に示すように、半導体層２は、半導体基板に公知の半導体プロセスにより間隙１０を形成することで、フレーム部３、ビーム部４、可動電極５、固定電極６、ストッパ部７が形成されている。
【００１８】
図２は、図１のＩ−Ｉ線で半導体層２を切断するように静電容量式センサ１を切断した様子を示した断面図である。図２に示すように、静電容量式センサ１は、この半導体層２の表裏両面にガラス基板などの絶縁層２０，２１を、例えば、陽極接合などをして接合することで形成される。これら半導体層２と絶縁層２０，２１との接合面には、比較的浅い凹部２２が形成されており、半導体層２各部の絶縁性や可動電極５の動作性の確保が図られている。図１に示すように、半導体層２が略正方形状となるように静電容量式センサ１は、切り出されることになる。
【００１９】
フレーム部３は、間隙１０を介してビーム部４外側に枠状に形成されている。フレーム部３には、内側の隅から、それぞれ当該フレーム部３の各辺と平行に、かつ中途で直角に折れ曲がりながら中心に向けて渦巻き状に伸びるビーム部４が設けられている。図１に示すようにビーム部４は、間隙１０を介して略枠状となるフレーム部３の二辺分に亘って、それぞれ相互干渉することなく延設されるとともに、内側端部では可動電極５の隅部に接続されており、フレーム部３に対して可動電極５を弾性的に可動支持するバネ要素（渦巻きバネ）として機能する。
【００２０】
これにより、静電容量式センサ１では、可動電極５に対し、バネ要素としてのビーム部４、ビーム部４に接続されたフレーム部３により支持される質量要素（マス）としての機能を与え、これらバネ要素と質量要素とによってバネ−マス系を構成している。このような静電容量式センサ１は、質量要素としての可動電極５の位置変位による可動電極５、固定電極６間の静電容量の変化を検出する。そして、静電容量式センサ１は、検出された静電容量の変化をＣ−Ｖ変換することで得られる電圧波形から当該静電容量式センサ１に加えられた加速度を検出することができる。
【００２１】
具体的には、この静電容量の変化は、可動電極５、固定電極６にそれぞれ形成された櫛歯状の複数の検出可動電極５ａ、検出固定電極６ａからなる検出部８Ａ乃至８Ｄ（以下、総称する場合は、単に検出部８と呼ぶ。）によって検出される。
【００２２】
図１に示すＸ軸方向に加速度が与えられると、可動電極５がＸ軸方向に変位し、検出部８Ａの検出可動電極５ａ、検出固定電極６ａで検出される静電容量と、検出部８Ｂの検出可動電極５ａ、検出固定電極６ａで検出される静電容量に差が生じる。この静電容量の差からＸ軸方向の加速度を検出することができる。
【００２３】
一方、図１に示すＹ軸方向に加速度が与えられると、可動電極５がＹ軸方向に変位し、検出部８Ｃの検出可動電極５ａ、検出固定電極６ａで検出される静電容量と、検出部８Ｄの検出可動電極５ａ、検出固定電極６ａで検出される静電容量に差が生じる。この静電容量の差からＹ軸方向の加速度を検出することができる。
【００２４】
図１に示す固定電極６の隅部６ｂの位置Ａ乃至位置Ｄ上には、図２に示すような絶縁層２０をサンドブラスト加工等によって貫通させた貫通孔２４を介し、隅部６ｂの表面６ｃ、貫通孔２４の内周面２４ａ、絶縁層２０の表面２０ａに固定電極６の電位を取り出すための電極部２３が金属薄膜にて形成されている。なお、絶縁層２０の表面２０ａは、図示しない絶縁性の樹脂層によって被覆（モールド成形）される。
【００２５】
また、この貫通孔２４を絶縁層２１に設け、同じように電極部２３を形成して、半導体層２の裏面より固定電極６の電位を取り出すようにしてもよい。
【００２６】
一方、可動電極５の電位は、当該可動電極５をビーム部４を介して支持するフレーム部３から取り出すようにする。図１に示すフレーム部３の位置Ｅ、位置Ｆ上には、図示しないが、上述した固定電極６の隅部６ｂの位置Ａ乃至位置Ｄ上と同様に、絶縁層２０をサンドブラスト加工等によって貫通させた貫通孔を介し、可動電極５の電位を取り出すための電極部が金属薄膜にて形成されている。また、この貫通孔を絶縁層２１に設け、同じように電極部を形成して、半導体層２の裏面より可動電極５の電位を取り出すようにしてもよい。
【００２７】
図１に示すように、ストッパ部７は、可動電極５の動作により、可動電極５と固定電極６とが衝突して損傷することを防止するために設けられている。ストッパ部７は、可動電極５と対向する面に突起７ａを設けることで衝突による影響を最小限に抑制している。ストッパ部７は、固定電極６と別体とされ、可動電極５、固定電極６と電気的に絶縁されており、その電位がオープン電位となっている。
【００２８】
図３は、図１に示す半導体層２に絶縁層２０を接合して、II−II線で切断した様子を示した図である。図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、ストッパ部７は、半導体層２の絶縁層２０が接合された面と対向する面２ａ上に、レジストマスク３０を載置してエッチング処理を施すことで、フレーム部３、ビーム部４、可動電極５、固定電極６などを形成するのと同一工程にて形成される。
【００２９】
このようにして、形成されたストッパ部７は、固定電極６とは別体とされ、電位がオープン電位となっていることから、可動電極５の動作により当該ストッパ部７へと接触したとしても、静電力が働くことがないためスティッキングを良好に防止することができる。
【００３０】
［検出部８の構成］
続いて、図４に示す静電容量式センサ１の検出部８を中心に可動電極５、固定電極６を拡大した平面図を用いて、検出部８の詳細な構成について説明をする。なお、検出部８Ｃ、８Ｄは、検出部８Ａ、８Ｂに対して鏡像となっているだけで、機能は全く同じであるため説明を省略する。
【００３１】
図４に示すように、可動電極５には、その中央部５ｂからフレーム部３の一辺の端部に向けてその辺と略垂直に細長く伸びる帯状の検出可動電極５ａが形成されている。検出可動電極５ａは、所定のピッチで、互いに平行となるように櫛歯状に複数形成される。また、各検出可動電極５ａは、先端部が互いに平行となるように揃えられているが、長さが櫛歯の中央となるほど長く、櫛歯の中央から離れるほど短くなっている。
【００３２】
一方、固定電極６には、可動電極５の中央部５ｂに向けて、検出可動電極５ａと平行に細長く伸びる帯状の検出固定電極６ａが形成されている。検出固定電極６ａは、上述した櫛歯状の複数の検出可動電極５ａの間に、検出可動電極５ａと１対１で平行に対向するように、所定のピッチ（例えば、検出可動電極５ａと同一のピッチ）で櫛歯状に複数形成される。また、各検出固定電極６ａは、検出可動電極５ａに対応させて、櫛歯の中央となるほど長く、櫛歯の中央から離れるほど短くなっており、検出可動電極５ａ、検出固定電極６ａ同士が相互に対向する対向面の対向面積をできるだけ広く確保できるようにしてある。
【００３３】
図４に示すように、検出可動電極５ａ、検出固定電極６ａを形成する上で設けられた間隙１０は、一方側で狭い間隙１０ａ、他方側で広い間隙１０ｂとなっている。検出部８は、狭い側の間隙１０ａを検知ギャップ（電極ギャップ）として検出可動電極５ａ、検出固定電極６ａ間の静電容量を検出する。
【００３４】
［ストッパ部７の電位を可動電極５の電位と同電位とする手法］
上述したように、ストッパ部７は、固定電極６とは別体とされ、電位がオープン電位となっていたが、接触によりスティッキングの虞がある可動電極５の電位と積極的に同電位とすることで、スティッキングを回避することもできる。
【００３５】
例えば、図５に示すように、可動電極５とストッパ部７とを配線３１により電気的に接続することで同電位とすれば、可動電極５がストッパ部７に接触したとしても静電力が働かないためスティッキングを回避することができる。
【００３６】
以下に、上述したようにして、可動電極５とストッパ部７とを積極的に同電位とする構成について具体的に示す。
【００３７】
（絶縁層に貫通孔を設けて同電位とする手法）
可動電極５とストッパ部７とを同電位とするために、図１に示すストッパ部７の位置Ｇ乃至位置Ｊ上には、図６に示すように、絶縁層２０をサンドブラスト加工等によって貫通させた貫通孔２４を介し、ストッパ部７の表面７ｂ、貫通孔２４の内周面、絶縁層２０の表面２０ａにストッパ部７の電位を取り出すための導体層である電極部３２Ａ乃至３２Ｄが金属薄膜により形成されている。
【００３８】
また、可動電極５の電位は、上述したように、当該可動電極５をビーム部４を介して支持するフレーム部３から取り出すようにされている。図１に示すフレーム部３の位置Ｅ、位置Ｆ上には、絶縁層２０をサンドブラスト加工等によって貫通させた貫通孔２４を介し、フレーム部３の表面３ａ、貫通孔２４の内周面、絶縁層２０の表面２０ａに可動電極５の電位を取り出すための導体層である電極部３２Ｅ、３２Ｆが金属薄膜により形成されている。
【００３９】
このような、電極部３２Ａ乃至３２Ｆを、図７に示すように、絶縁層２０の表面２０ａ上に形成した配線３２により電気的に接続することで、ストッパ部７の電位を可動電極５の電位と同電位とすることができる。
【００４０】
このように、絶縁層２０に貫通孔２４を設けてストッパ部７の電位を取り出し、可動電極５の電位と同電位とする手法は、静電容量式センサ１の半導体層２を絶縁層２０により気密封止して可動電極５、固定電極６の電位を取り出す工程と同一工程にて実行することができるため、製造工程を大幅に短縮することができる。
【００４１】
なお、可動電極５の電位は、フレーム部３から取り出すようにしているが、直接、可動電極５から取り出すようにしてもよい。
【００４２】
（半導体層上における電気的な接続により同電位とする手法）
まず、可動電極５とストッパ部７とを同電位とするために、図１に示すストッパ部７の表面７ｂ上の位置Ｇ乃至位置Ｊに、図８に示すように、金属電極３３Ａを形成する。そして、図８に示すように、可動電極５と同電位であるフレーム部３上の、各ストッパ部７の表面７ｂ上に形成した金属電極３３Ａの近傍に、金属電極３３Ｂを形成する。
【００４３】
図９は、図８のIII−III線で切断した様子を示した断面図である。図９に示すように、絶縁層２０の裏面２０ｂには、金属配線３４が形成されており、絶縁層２０と半導体層２とを接合することで、図８に示すように、金属電極３３Ａと金属電極３３Ｂとが金属配線３４を介して電気的に接続され、ストッパ部７の電位を可動電極５の電位と同電位とすることができる。
【００４４】
このように、ストッパ部７の表面７ｂに形成した金属電極３３Ａと、フレーム部３上に形成した金属電極３３Ｂとを、絶縁層２０に形成した金属配線３４で電気的に接続することで、ストッパ部７と可動電極５とを同電位とする手法は、静電容量式センサ１の半導体層２を絶縁層２０により気密封止する工程と同一工程にて実行することができるため、製造工程を大幅に短縮することができる。  
また、絶縁層２０を半導体層２に接合させない場合には、図１０に示すように、金属電極３３Ａと金属電極３３Ｂとをワイヤボンディングによりワイヤ３５を介して電気的に接続することで、ストッパ部７の電位を可動電極５の電位と同電位とすることができる。
【００４５】
さらに、絶縁層２０を半導体層２に接合させない場合には、図１１に示すように、絶縁層２０のない静電容量式センサ１を、半導体パッケージ４０内に組み込んだ場合に、金属電極３３Ａと半導体パッケージ４０の同電位となっている電極４１とをワイヤボンディングによりワイヤ３６を介して電気的に接続し、フレーム部３上に形成された金属電極３３Ｃと半導体パッケージ４０の電極４１とをワイヤボンディングによりワイヤ３６を介して電気的に接続することで、ストッパ部７の電位を可動電極５の電位と同電位とすることができる。
【００４６】
このように、絶縁層２０を半導体層２に接合させない場合には、実装工程であるワイヤボンディングの工程を利用して、ストッパ部７の電位を可動電極５の電位と同電位にすることができるため、製造工程を大幅に短縮することができる。
【００４７】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の形態として示す静電容量式センサの半導体層の構成について示す図である。
【図２】前記静電容量式センサを図１に示すＩ−Ｉ線で切断した様子について説明するための断面図である。
【図３】前記静電容量式センサのストッパ部の製造工程について説明するための図である。
【図４】前記静電容量式センサの検出部の詳細な構成について説明するための図である。
【図５】前記静電容量式センサにおいて、ストッパ部と可動電極とを同電位にすることについて説明するための図である。
【図６】前記静電容量式センサにおいて、絶縁層上に電極部を形成してストッパ部の電位を取り出す様子を示した図である。
【図７】前記静電容量式センサにおいて、絶縁層上の電極部を配線により電気的に接続した様子を示した図である。
【図８】前記静電容量式センサにおいて、半導体層上に金属電極を形成して、ストッパ部と可動電極とを同電位とした様子について説明するための図である。
【図９】前記静電容量式センサを図８に示すIII−III線で切断した様子を示した図である。
【図１０】前記静電容量式センサにおいて、半導体層上に金属電極を形成して、ワイヤボンディングにより、ストッパ部と可動電極とを同電位とした様子について説明するための図である。
【図１１】前記静電容量式センサを半導体パッケージ内に組み込んだ場合に、半導体層上に金属電極を形成して、ワイヤボンディングにより、ストッパ部と可動電極とを同電位とした様子について説明するための図である。
【符号の説明】
【００４９】
３  フレーム部
５  可動電極
６  固定電極
７  ストッパ部
７ａ  突起
７ｂ  表面
２０  絶縁層
２０ａ  表面
２０ｂ  裏面
２１  絶縁層
２３  電極部
２４  貫通孔
２４ａ  内周面
３１  配線
３２  配線
３３  ワイヤ
３３Ａ  金属電極
３３Ｂ  金属電極
３３Ｃ  金属電極
３４  金属配線
３５  ワイヤ
４０  半導体パッケージ
４１  電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2008292428.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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