(57)【要約】【課題】精度よく加速度を測定することのできる半導体加速度センサを提供する。【解決手段】厚肉の錘部８と、その錘部８を離間して外囲するフレーム７と、上記フレーム７に上記錘部８を揺動自在に支持させる薄肉の可撓部６と、その可撓部６の撓み量に応じた電気信号を出力する上記可撓部６に形成したピエゾ抵抗９と、上記ピエゾ抵抗９からの出力を取り出す電極とを備えた半導体加速度センサにおいて、上記錘部８に、その厚み方向の全長に貫通する放熱孔１１を形成してなる。【選択図】        図１
2004177219.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚肉の錘部と、軸方向の両端に開口面を有し、上記錘部を離間して外囲する略筒状のフレームと、
上記フレームに上記錘部を揺動自在に支持させる薄肉の可撓部と、
その可撓部の撓み量に応じた電気信号を出力する上記可撓部に形成した抵抗体と、
上記抵抗体からの出力を取り出す電極と、
上記フレームの一方の開口面に接合する接合面を有するシート状の台座とを備えた半導体加速度センサにおいて、
上記錘部に、その厚み方向の全長を貫通する放熱孔を形成したことを特徴とする半導体加速度センサ。
【請求項２】
上記フレーム及び上記錘部及び上記可撓部及び上記台座で包囲する空間と、上記フレームの外側空間とを連通する通気部を、上記フレーム又は上記台座に形成したことを特徴とする請求項１に記載の半導体加速度センサ。
【請求項３】
厚肉の錘部と、軸方向の両端に開口面を有し、上記錘部を離間して外囲する略筒状のフレームと、
上記フレームに上記錘部を揺動自在に支持させる薄肉の可撓部と、
その可撓部の撓み量に応じた電気信号を出力する上記可撓部に形成した抵抗体と、
上記抵抗体からの出力を取り出す電極と、
上記フレームの一方の開口面に接合する接合面を有するシート状の台座とを備えた半導体加速度センサにおいて、
上記フレーム及び上記錘部及び上記可撓部及び上記台座で包囲する空間と、上記フレームの外側空間とを連通する通気部を、上記フレーム又は上記台座に形成したことを特徴とする半導体加速度センサ。
【請求項４】
上記台座は、上記接合面に隣接する側端面を有し、
上記通気部は、上記接合面と上記側端面とを連通させるよう、上記接合面に形成した通気溝であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の半導体加速度センサ。
【請求項５】
上記通気部は、上記フレームの周壁の一部を貫通するよう形成した開口部であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の半導体加速度センサ。
【請求項６】
上記開口部は、スリット形状を有すると共に、上記フレームに複数形成したことを特徴とする請求項５に記載の半導体加速度センサ。
【請求項７】
上記台座は、上記接合面に対向する対向面及びその対向面に隣接する側端面を有し、
上記通気部は、上記対向面及び上記側端面を連通させるよう、上記対向面に形成した通気溝、並びに、上記接合面及び上記対向面を連通させると共に上記通気溝にも連通するよう形成した貫通孔よりなることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の半導体加速度センサ。
【請求項８】
上記フレームは、その軸方向に沿って第１のシリコン層と酸化膜と第２のシリコン層を有してなり、
上記通気部は、上記フレームの周壁の厚み方向の全長に亘って、上記酸化膜の一部を除去して形成した貫通孔であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の半導体加速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車、航空機、家電製品等に用いる半導体加速度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体加速度センサには、加速度を受けて変位する錘部の支持の仕方により、片持ち梁方式と両持ち梁方式とがある。また、その錘部の変位した量、すなわち加速度を測定する方法にも、機械的な歪みを電気抵抗の変化で測定する方法と、静電容量の変化で測定する方法とがある。例えば、特許文献１には機械的な歪みを電気抵抗の変化で検出する両持ち梁方式の半導体加速度センサが開示してある。図８は、この半導体加速度センサの２面図であり、図８（ａ）は上面図、図８（ｂ）は図８（ａ）におけるＡ−Ａ’部分の断面図である。
【０００３】
この半導体加速度センサは、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板よりなる半導体基板をエッチングして形成したものであって、図８に示すように、半導体加速度センサチップ１と、このチップ１に接合して支持する台座１０とを備えてなり、チップ１は、厚肉の錘部８と、この錘部８の外周縁を離間して外囲するフレーム７と、このフレーム７及び錘部８との間に懸架して、錘部８をフレーム７に揺動自在に支持させる薄肉の可撓部６（ビーム又はカンチレバ）を４つと、この可撓部６に形成したピエゾ抵抗９Ｘ，９Ｙ，９Ｚと、ピエゾ抵抗９Ｘ，９Ｙ，９Ｚからの出力をそれぞれ取り出す電極１７Ｘ，１７Ｙ，１７Ｚとを備えている。そして、フレーム７を接着剤１６により台座１０に接着して固定すると共に、その接着剤１６に厚みを持たせるようにして、錘部８の下端面と台座１０の表面との間に空隙部分Ｃを形成し、この空隙部分Ｃで錘部８を揺動させている。
【０００４】
この半導体加速度センサに加速度が加わったときには、その加速度に応じて錘部８が揺動変位し、この錘部８の揺動変位に応じて可撓部６が撓む。そして、可撓部６に形成したピエゾ抵抗９Ｘ，９Ｙ，９Ｚが、この可撓部６の撓み量に応じてその抵抗値を変化させるため、電極１７Ｘ，１７Ｙ，１７Ｚからはピエゾ抵抗９Ｘ，９Ｙ，９Ｚの抵抗値変化に応じた電圧値の変化を測定でき、この電圧値を参照して、加わった加速度の値を求めている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−２３４２４２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この半導体加速度センサで加速度を測定するときには、上記のようにピエゾ抵抗９Ｘ，９Ｙ，９Ｚに電圧を印加するため、ピエゾ抵抗９Ｘ，９Ｙ，９Ｚには熱が発生している。また、電極１７Ｘ，１７Ｙ，１７Ｚとピエゾ抵抗９Ｘ，９Ｙ，９Ｚとを高濃度拡散配線（図示せず）で電気的に接続している場合には、その高濃度拡散配線にも電圧が加わった状態となるため、この高濃度拡散配線にも熱が発生する。このように、可撓部６に形成したピエゾ抵抗９Ｘ，９Ｙ，９Ｚや高濃度拡散配線に熱が発生すると、可撓部６や、この可撓部６表面に形成した保護膜であるシリコン酸化膜、シリコン窒化膜等を熱膨張させてしまうことがある。可撓部６等が熱膨張すると、その形状が変形して出力特性に変動を生じさせてしまうことがあり、測定結果に著しい誤差を生じさせてしまうことがある。
【０００７】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、精度よく加速度を測定することのできる半導体加速度センサを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明の半導体加速度センサは、厚肉の錘部と、軸方向の両端に開口面を有し、上記錘部を離間して外囲する略筒状のフレームと、上記フレームに上記錘部を揺動自在に支持させる薄肉の可撓部と、その可撓部の撓み量に応じた電気信号を出力する上記可撓部に形成した抵抗体と、上記抵抗体からの出力を取り出す電極と、上記フレームの一方の開口面に接合する接合面を有するシート状の台座とを備えた半導体加速度センサにおいて、上記錘部に、その厚み方向の全長を貫通する放熱孔を形成したことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明の半導体加速度センサは、請求項１に記載の発明において、上記フレーム及び上記錘部及び上記可撓部及び上記台座で包囲する空間と、上記フレームの外側空間とを連通する通気部を、上記フレーム又は上記台座に形成したことを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明の半導体加速度センサは、厚肉の錘部と、軸方向の両端に開口面を有し、上記錘部を離間して外囲する略筒状のフレームと、上記フレームに上記錘部を揺動自在に支持させる薄肉の可撓部と、その可撓部の撓み量に応じた電気信号を出力する上記可撓部に形成した抵抗体と、上記抵抗体からの出力を取り出す電極と、上記フレームの一方の開口面に接合する接合面を有するシート状の台座とを備えた半導体加速度センサにおいて、上記フレーム及び上記錘部及び上記可撓部及び上記台座で包囲する空間と、上記フレームの外側空間とを連通する通気部を、上記フレーム又は上記台座に形成したことを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明の半導体加速度センサは、請求項２又は請求項３に記載の発明において、上記台座は、上記接合面に隣接する側端面を有し、上記通気部は、上記接合面と上記側端面とを連通させるよう、上記接合面に形成した通気溝であることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る発明の半導体加速度センサは、請求項２又は請求項３に記載の発明において、上記通気部は、上記フレームの周壁の一部を貫通するよう形成した開口部であることを特徴とする。
【００１３】
請求項６に係る発明の半導体加速度センサは、請求項５に記載の発明において、上記開口部は、スリット形状を有すると共に、上記フレームに複数形成したことを特徴とする。
【００１４】
請求項７に係る発明の半導体加速度センサは、請求項２又は請求項３に記載の発明において、上記台座は、上記接合面に対向する対向面及びその対向面に隣接する側端面を有し、上記通気部は、上記対向面及び上記側端面を連通させるよう、上記対向面に形成した通気溝、並びに、上記接合面及び上記対向面を連通させると共に上記通気溝にも連通するよう形成した貫通孔よりなることを特徴とする。
【００１５】
請求項８に係る発明の半導体加速度センサは、請求項２又は請求項３に記載の発明において、上記フレームは、その軸方向に沿って第１のシリコン層と酸化膜と第２のシリコン層を有してなり、上記通気部は、上記フレームの周壁の厚み方向の全長に亘って、上記酸化膜の一部を除去して形成した貫通孔であることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明に係る半導体加速度センサの実施の形態を、図を参照して以下に説明する。
【００１７】
図１は、請求項１に係る半導体加速度センサの一実施の形態を示す２面図であり、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’部分の断面図である。図１において、１は半導体加速度センサチップ、７はフレーム、９（９Ｘ，９Ｙ，９Ｚ）は抵抗体としてのピエゾ抵抗、６は可撓部、８は錘部、１１は放熱孔、１７Ｘ，１７Ｙ，１７Ｚは電極、１０は台座を、それぞれ示している。
【００１８】
半導体加速度センサチップ１は、ＳＯＩ基板をエッチングして形成しており、ＳＯＩ基板は、活性層２の厚みを数μｍ〜１０μｍ程度、中間酸化膜３の厚みを０．３〜１μｍ程度、支持層４の厚みを３００〜６００μｍ程度に積層したものを用いている。このようなＳＯＩ基板をエッチングして形成する錘部８及びフレーム７は共に、その厚み方向に沿って、第１のシリコン層としての活性層２、酸化膜としての中間酸化膜３、第２のシリコン層としての支持層４を有してなり、可撓部６は活性層２からなっている。
【００１９】
錘部８に設けた放熱孔１１は、錘部８の厚み方向の全体を貫通するように形成している。このように形成することで、錘部８はその表面積が、放熱孔１１の内壁の表面積分だけ増加する。これにより、錘部８の接触できる空気量が増大して、放熱性が向上し、可撓部６に形成するピエゾ抵抗９で発生した熱を、表面積の増加した錘部８で効率的に放熱させることが可能となる。また、錘部８からの放熱時に、錘部８が揺動していれば、放熱孔１１内を空気が通過するので、この通過する空気に熱を付与でき、より効率的に錘部８から放熱させることができる。さらに、この放熱孔１１内を介して、錘部８及びフレーム７及び台座１０及び可撓部６で包囲する空間と、錘部８の上部空間とが連通するので、空気が、錘部８及びフレーム７及び台座１０及び可撓部６で包囲する空間の内外を自在に出入りでき、放熱性が向上するだけでなく、錘部８が揺動するときの空気の粘性による測定誤差をより低減させることが可能となる。この放熱孔１１の大きさや数、形状等は、特に限定するものではないが、放熱孔１１の内壁面の表面積が大きいほど、放熱性が向上するので、例えば、小径の放熱孔１１を多数形成するようにすれば、より放熱性を向上でき好ましい。しかし、錘部８はその重量が大きいほど、加速度を印加したときの錘部８の慣性力が大きくなり、可撓部６をより大きく撓ませるので、測定の分解能を向上させることができ、加速度をより高精度に測定することができる。そのため、形成する放熱孔１１の大きさや数は、放熱性と測定精度とを鑑みて決定すればよい。
【００２０】
錘部８は、４つの可撓部６に連結した中央錘部８１と、この中央錘部８１に連結した４つの側錘部８２よりなり、外観状は十字の形状をなしている。この側錘部８２は、可撓部６により中央錘部８１を中心にして、３次元方向に自在に揺動する。
【００２１】
ピエゾ抵抗９は、半導体不純物拡散技術により可撓部６の活性層２に形成してあり、半導体加速度センサチップ１のＸ軸方向にかかる加速度を検出するピエゾ抵抗９Ｘと、同Ｙ軸方向にかかる加速度を検出するピエゾ抵抗９Ｙ、同Ｚ軸方向にかかる加速度を検出するピエゾ抵抗９Ｚよりなっている。このピエゾ抵抗９Ｘ，９Ｙ，９Ｚのそれぞれの配置箇所は、ピエゾ抵抗９Ｚについては、４つの可撓部６のそれぞれに各１つ、ピエゾ抵抗９Ｘ，９Ｙについては、４つの可撓部６のうち中央錘部８１を挟んで対向する２つの可撓部６のそれぞれに２つづつ形成する。また、４つのピエゾ抵抗９Ｘ間は、ホイーストンブリッジ回路を構成するように、アルミ配線又は不純物拡散配線等により電気的に接続する。また、ピエゾ抵抗９Ｙ，９Ｚについても、それぞれ同様にしてホイーストンブリッジ回路を構成させる。
【００２２】
電極１７Ｘ，１７Ｙ，１７Ｚは、上記のピエゾ抵抗９Ｘ，９Ｙ，９Ｚでそれぞれ構成させた３つのホイーストンブリッジ回路にそれぞれ電気的に接続し、各ホイーストンブリッジ回路からの出力を外部に取り出せるようにしている。電極とホイーストンブリッジ回路との電気的な接続は、アルミ配線や不純物拡散配線等により行なう。
【００２３】
フレーム７は、軸方向の両端面が開口した断面略ロ字の筒形状を有してなり、その中空部分に配置した錘部８を、その錘部８の外周縁を離間して外囲すると共に、可撓部６を介して錘部８を揺動自在に支持している。このフレーム７は、自動車や航空機等の移動体に固定して用いる。
【００２４】
可撓部６は、薄肉に形成してあり、その厚み方向に撓みが可能であると共に、その長手方向を軸にして捻転可能である。この可撓部６は、その長手方向の一端部が錘部８に連結すると共に、他端部はフレーム７に連結して、フレーム７に錘部８を揺動自在に支持させている。
【００２５】
台座１０は、シート形状に形成したパイレックスガラス（Ｐｙｒｅｘ  Ｇｌａｓｓ、コーニング社の登録商標）等のガラス板よりなり、接合面１２１をフレーム７の一方の開口面７１に接合して、チップ１を支持する。この台座１０は、チップ１を支持する機能の他に、錘部８が過度に揺動したときに、その過度の揺動を制限するストッパーの機能も有している。この台座１０がストッパーの機能を有することにより、錘部８が過度に揺動したときに、可撓部６がこの過度の揺動を支持しきれず崩壊してしまう、といったことを防止できる。なお、この台座１０には、ガラス板以外にも、シリコン基板を用いてもよい。
【００２６】
上記の半導体加速度センサの製造工程を以下に説明する。まず、ＳＯＩ基板の活性層２を形成していない方の表面（以下、基板下面）側から、フレーム７及び錘部８を形成しようとする部分以外の部分を、中間酸化膜３に達するまでドライエッチングを施すと共に、錘部８については、放熱孔１１を形成しようとする部分にはドライエッチングを同じように施す。このとき、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）、Ｄ−ＲＩＥ（Ｄｅｅｐ  Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）等のエッチング方法を用いれば、ＳＯＩ基板を垂直にエッチングすることができ、半導体加速度センサを小型化しやすくなって好ましい。
【００２７】
次に、ＳＯＩ基板の活性層２を形成した方の表面（以下、基板上面）側から、フレーム７及び錘部８及び可撓部６を形成しようとする部分以外の部分を、中間酸化膜３に達するまでウェットエッチングして、フレーム７及び錘部８及び可撓部６を、そのそれぞれの連結部分だけを残して切り離す。さらにこのとき、錘部８については、放熱孔１１を形成しようとする部分にウェットエッチングを同じように施して、錘部８の厚み方向の全長を貫通する放熱孔１１を形成する。
【００２８】
次に、錘部８を基板下面側から、所定の長さだけウェットエッチングして除去する。これにより、錘部８は、フレーム７よりエッチングした分だけ厚みが薄くなるので、フレーム７に台座１０を接合したとき、錘部８と台座１０との間に空隙部分Ｃができ、錘部８はこの空隙部分Ｃで揺動可能となる。
【００２９】
続いて、フレーム７及び錘部８以外の部分にある中間酸化膜３を、基板下面側からフッ酸を含んだ液によりエッチング除去すると共に、放熱孔１１内の中間酸化膜３も同じようにしてエッチング除去する。これにより、フレーム７及び錘部８及び可撓部６間、並びに可撓部６の下面と放熱孔１１内とに残った中間酸化膜３を除去する。このとき、錘部８の表面は活性層２であり、可撓部６の表面と略同じ高さになる。なお、可撓部６の表面には、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜よりなる絶縁膜を形成して保護膜にしている。
【００３０】
続いて、４つの可撓部６の所定の位置に、それぞれ半導体不純物拡散技術によりピエゾ抵抗９を形成する。さらに、イオン注入又はボロンをデポジット拡散して不純物拡散配線を形成すると共に、この不純物拡散配線により、同一方向の加速度を検出する４つのピエゾ抵抗同士を電気的に接続して、ホイーストンブリッジ回路を構成させる。このようにして、ＳＯＩ基板から半導体加速度センサのチップ１を形成する。最後に、フレーム７の開口面７１と台座１０の接合面１２１とを陽極接合して、半導体加速度センサを製造する。
【００３１】
なお、上記の製造工程において、基板下面側から中間酸化膜３をエッチング除去するときに、フッ酸を含んだ液によりエッチング除去したが、これはドライエッチングで行なうようにしてもよい。
【００３２】
また、錘部８を所定の長さだけ、基板下面側からウェットエッチングして除去することにより、錘部８と台座１０との間に空隙部分Ｃを形成するようにしたが、これは、錘部８をエッチング除去するのに限定するものではなく、例えばフレーム７と台座１０とを接合するときに、所定の厚みを有する部材を介して接合するようにして、錘部８と台座１０との間に空隙部分Ｃを形成するようにしてもよい。またそれ以外にも、台座１０の接合面１２１のうち、錘部８に対面する部分を掘り込んで断面凹形状にし、その掘り込んだ部分と、錘部８との間に空隙部分Ｃを形成するようにしてもよい。
【００３３】
また上記では、放熱孔１１を形成する対象に、３軸方向に加わった加速度をそれぞれ検出できる３軸の半導体加速度センサを適用したが、これに限定するものではなく、１軸や２軸方向の加速度を検出する半導体加速度センサに適用して形成するようにしてもよい。
【００３４】
上記のように、錘部８に放熱孔１１を設けたので、この半導体加速度センサは、ピエゾ抵抗９に発生した熱を効率的に放熱させることができ、加速度を精度よく測定することが可能となる。
【００３５】
図２は、請求項４に係る半導体加速度センサの一実施の形態を示す斜視図である。図２において、１は半導体加速度センサチップ、１２は放熱溝、１２１は接合面、１２２は側端面、７はフレーム、７１は開口面、６は可撓部、８１は中央錘部、８２は側錘部、２は活性層、３は中間酸化膜、４は支持層、１０は台座、１７Ｘ，１７Ｙ，１７Ｚは電極を、それぞれ示している。
【００３６】
半導体加速度センサチップ１は、ＳＯＩ基板をエッチングして形成しており、ＳＯＩ基板は、活性層２の厚みを数μｍ〜１０μｍ程度、中間酸化膜３の厚みを０．３〜１μｍ程度、支持層４の厚みを３００〜６００μｍ程度に積層したものを用いている。このようなＳＯＩ基板をエッチングして形成する錘部８及びフレーム７は共に、その厚み方向に沿って、第１のシリコン層としての活性層２、酸化膜としての中間酸化膜３、第２のシリコン層としての支持層４を有してなり、可撓部６は活性層２からなっている。
【００３７】
通気部としての通気溝１２は、台座１０の接合面１２１に形成してあり、接合面１２１と、その接合面１２１に隣接してフレーム７に非対面な側端面１２２とを連通させており、フレーム７の開口面７１と台座１０の接合面１２１とを接合したときに、フレーム７の内壁面及び錘部８及び可撓部６及び台座１０の接合面１２１で包囲する空間と、フレーム７の外側の空間とを連通させている。この通気溝１２の形状や大きさは、特に限定するものではなく適宜設計すればよいが、通気溝１２の溝の深さを深くするほど通気溝１２を通過する空気の流量を増大でき、放熱性を向上させることが可能となるが、その分だけ台座１０の強度を低下させてしまう。そこで、通気溝１２の深さとしては、例えば、台座１０の厚みの５０％程度以下にすればよい。この通気溝１２を形成する際には、接合面１２１のうち、錘部８に対面する部分から、側端面１２２に至るまでの部分を、サンドブラスト方法又はダイシング等により溝状に掘り込んで形成する。
【００３８】
錘部８は、４つの可撓部６に連結した中央錘部８１と、この中央錘部８１に連結した４つの側錘部８２よりなり、外観状は十字の形状をなしている。この側錘部８２は、可撓部６により中央錘部８１を中心にして、３次元方向に自在に揺動する。
【００３９】
ピエゾ抵抗９は、半導体不純物拡散技術により可撓部６の活性層２に形成してあり、半導体加速度センサチップ１のＸ軸方向にかかる加速度を検出するピエゾ抵抗９Ｘと、同Ｙ軸方向にかかる加速度を検出するピエゾ抵抗９Ｙ、同Ｚ軸方向にかかる加速度を検出するピエゾ抵抗９Ｚよりなっている。このピエゾ抵抗９Ｘ，９Ｙ，９Ｚのそれぞれの配置箇所は、ピエゾ抵抗９Ｚについては、４つの可撓部６のそれぞれに各１つ、ピエゾ抵抗９Ｘ，９Ｙについては、４つの可撓部６のうち中央錘部８１を挟んで対向する２つの可撓部６のそれぞれに２つづつ形成する。また、４つのピエゾ抵抗９Ｘ間は、ホイーストンブリッジ回路を構成するように、アルミ配線又は不純物拡散配線等により電気的に接続する。また、ピエゾ抵抗９Ｙ，９Ｚについても、それぞれ同様にしてホイーストンブリッジ回路を構成させる。
【００４０】
電極１７Ｘ，１７Ｙ，１７Ｚは、上記のピエゾ抵抗９Ｘ，９Ｙ，９Ｚでそれぞれ構成させた３つのホイーストンブリッジ回路にそれぞれ電気的に接続し、各ホイーストンブリッジ回路からの出力を外部に取り出せるようにしている。電極とホイーストンブリッジ回路との電気的な接続は、アルミ配線や不純物拡散配線等により行なう。
【００４１】
フレーム７は、軸方向の両端面が開口した断面略ロ字の筒形状を有してなり、その中空部分に配置した錘部８を、その錘部８の外周縁を離間して外囲すると共に、可撓部６を介して錘部８を揺動自在に支持している。このフレーム７は、自動車や航空機等の移動体に固定して用いる。
【００４２】
可撓部６は、薄肉に形成してあり、その厚み方向に撓みが可能であると共に、その長手方向を軸にして捻転可能である。この可撓部６は、その長手方向の一端部が錘部８に連結すると共に、他端部はフレーム７に連結して、フレーム７に錘部８を揺動自在に支持させている。
【００４３】
台座１０は、シート形状に形成したパイレックスガラス（Ｐｙｒｅｘ  Ｇｌａｓｓ、コーニング社の登録商標）等のガラス板よりなり、接合面１２１をフレーム７の一方の開口面７１に接合して、チップ１を支持する。この台座１０は、チップ１を支持する機能の他に、錘部８が過度に揺動したときに、その過度の揺動を制限するストッパーの機能も有している。この台座１０がストッパーの機能を有することにより、錘部８が過度に揺動したときに、可撓部６がこの過度の揺動を支持しきれず崩壊してしまう、といったことを防止できる。なお、この台座１０には、ガラス板以外にも、シリコン基板を用いてもよい。
【００４４】
上記の半導体加速度センサの製造工程を以下に説明する。まず、ＳＯＩ基板の活性層２を形成していない方の表面（以下、基板下面）側から、フレーム７及び錘部８を形成しようとする部分以外の部分を、中間酸化膜３に達するまでドライエッチングを施す。このとき、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）、Ｄ−ＲＩＥ（Ｄｅｅｐ  Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）等のエッチング方法を用いれば、ＳＯＩ基板を垂直にエッチングすることができ、半導体加速度センサを小型化しやすくなって好ましい。
【００４５】
次に、ＳＯＩ基板の活性層２を形成した方の表面（以下、基板上面）側から、フレーム７及び錘部８及び可撓部６を形成しようとする部分以外の部分を、中間酸化膜３に達するまでウェットエッチングして、フレーム７及び錘部８及び可撓部６を、そのそれぞれの連結部分だけを残して切り離す。
【００４６】
次に、錘部８を基板下面側から、所定の長さだけウェットエッチングして除去する。これにより、錘部８は、フレーム７よりエッチングした分だけ厚みが薄くなるので、フレーム７に台座１０を接合したとき、錘部８と台座１０との間に空隙部分Ｃができ、錘部８はこの空隙部分Ｃで揺動可能となる。
【００４７】
続いて、フレーム７及び錘部８以外の部分にある中間酸化膜３を、基板下面側からフッ酸を含んだ液によりエッチング除去する。これにより、フレーム７及び錘部８及び可撓部６間、並びに可撓部６の下面に残った中間酸化膜３を除去する。このとき、錘部８の表面は活性層２であり、可撓部６の表面と略同じ高さになる。なお、可撓部６の表面には、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜よりなる絶縁膜を形成して保護膜にしている。
【００４８】
続いて、４つの可撓部６の所定の位置に、それぞれ半導体不純物拡散技術によりピエゾ抵抗９を形成する。さらに、イオン注入又はボロンをデポジット拡散して不純物拡散配線を形成すると共に、この不純物拡散配線により、同一方向の加速度を検出する４つのピエゾ抵抗同士を電気的に接続して、ホイーストンブリッジ回路を構成させる。このようにして、ＳＯＩ基板から半導体加速度センサのチップ１を形成する。最後に、フレーム７の開口面７１と上記の台座１０の接合面１２１とを陽極接合して、半導体加速度センサを製造する。
【００４９】
なお、上記の製造工程において、基板下面側から中間酸化膜３をエッチング除去するときに、フッ酸を含んだ液によりエッチング除去したが、これはドライエッチングで行なうようにしてもよい。
【００５０】
また、錘部８を所定の長さだけ、基板下面側からウェットエッチングして除去することにより、錘部８と台座１０との間に空隙部分Ｃを形成するようにしたが、これは、錘部８をエッチング除去するのに限定するものではなく、例えばフレーム７と台座１０とを接合するときに、所定の厚みを有する部材を介して接合するようにして、錘部８と台座１０との間に空隙部分Ｃを形成するようにしてもよい。
【００５１】
また、図３に示すように、錘部８の側錘部８２に、その厚み方向の全長を貫通する放熱孔１１を形成するようにすれば、錘部８の表面積を増大でき、さらに放熱性を向上させることが可能となり好ましい。
【００５２】
また上記では、通気溝１２を形成する対象に、３軸方向に加わった加速度をそれぞれ検出できる３軸の半導体加速度センサを適用したが、これに限定するものではなく、１軸や２軸方向の加速度を検出する半導体加速度センサに適用して形成するようにしてもよい。
【００５３】
上記のように、台座１０の接合面１２１に通気溝１２を設けたので、この半導体加速度センサは、ピエゾ抵抗に発生した熱を効率的に放熱させることができ、加速度を精度よく測定することが可能となる。
【００５４】
図４は、本発明の請求項５に係る発明の一実施の形態における半導体加速度センサを示している。図４において、１は半導体加速度センサチップ、１３は開口部、１２１は接合面、７はフレーム、７１は開口面、６は可撓部、８１は中央錘部、８２は側錘部、２は活性層、３は中間酸化膜、４は支持層、１０は台座、１７Ｘ，１７Ｙ，１７Ｚは電極を、それぞれ示している。なお、上記の本発明の請求項４に係る半導体加速度センサの一実施の形態と同じものについては同じ符号を付与している。
【００５５】
通気部としての開口部１３は、フレーム７の周壁の一部を貫通しており、この開口部１３を介して、フレーム７の内壁面及び錘部８及び可撓部６及び台座１０の接合面１２１で包囲する空間と、フレーム７の外側の空間とを連通させている。この開口部１３の形状や大きさは、特に限定するものではなく、フレーム７の強度と、その開口部１３を通過させる空気の流量とを鑑みて適宜設計すればよい。例えば、開口部１３を大きくするほど、その開口部１３を通過する空気の流量が増大し、放熱性を向上させることができるが、一方でフレーム７の強度は低下する。従って、通過させる空気の流量を大きくしたい場合には開口部１３を大きくし、フレーム７の強度を保ちたい場合には、通過する空気の流量は減少するが開口部１３を小さくするようにすればよい。例えば、この開口部１３のサイズとしては、開口部１３の高さ、すなわちフレーム７の軸方向に沿った方向の大きさを、フレーム７の軸方向全長の５０％程度以下とし、開口部１３の幅、すなわちフレーム７の軸方向と直交する方向の大きさを、フレーム７の一辺の７０％程度以下とすればよい。
【００５６】
この開口部１３を形成する際には、台座１０をフレーム７に接合する以前に、ＳＯＩ基板の下面側からフレーム７の支持層４に、ドライエッチング又はウェットエッチングして、フレーム７に掘り込むようにして形成する。
【００５７】
なお、半導体加速度センサのチップ１の製造工程は、上記本発明の請求項４に係る半導体加速度センサの一実施形態に記載したのと同じでよく、この製造工程に開口部１３を形成する上記のような工程を追加すればよい。
【００５８】
また、錘部８の側錘部８２に、その厚み方向の全長を貫通する放熱孔１１を形成するようにすれば、錘部８の表面積を増大でき、さらに放熱性を向上させることが可能となり好ましい。
【００５９】
また、本実施形態の別の実施形態として、図５に示すように、開口部を細隙のスリット１４にして、フレーム７に複数形成するようにしてもよい。このスリット１４は、上記の開口部１３の幅を狭くしたものであり、狭くしたことによる通気性の低下を補うため、フレーム７に複数形成している。
【００６０】
このスリット１４は、その高さが、中間酸化膜３から開口面７１に至り、その幅は、フレーム７の一辺の幅に対しごく小さいものにしている。その幅は、例えば、フレーム７の一辺の５％程度以下にすればよいが、これに限定することなく適宜設計すればよく、その数も通気性を鑑みて適宜設計すればよい。ただし、スリット１４の数が、フレーム７の４辺で異なる場合には、フレーム７の強度に偏りが発生する可能性があるので、４辺で同じ数にするのが好ましい。
【００６１】
このスリット１４を形成する際には、台座１０をフレーム７に接合する以前に、ＳＯＩ基板の下面側からフレーム７の支持層４を、ＩＣＰ等のドライエッチングにより、中間酸化膜３に達するまで垂直に掘り込んで形成する。
【００６２】
上記のように、フレーム７に開口部を設けたので、この半導体加速度センサはピエゾ抵抗に発生した熱を効率的に放熱させることができ、加速度を精度よく測定することが可能となる。
【００６３】
図６は、本発明の請求項７に係る半導体加速度センサの一実施の形態を示す図であり、図６（ａ）は斜視図、図６（ｂ）は下面図である。図６において、７はフレーム、６は可撓部、８１は中央錘部、８２は側錘部、１５は通気溝、１９は貫通孔、２は活性層、３は中間酸化膜、４は支持層、１０は台座、１２１は接合面、１２２は側端面、１２３は対向面、１７Ｘ，１７Ｙ，１７Ｚは電極を、それぞれ示している。なお、上記の本発明の請求項４に係る半導体加速度センサの一実施の形態と同じものについては同じ符号を付与している。
【００６４】
通気部は、対向面１２３に形成した通気溝１５と、接合面１２１及び対向面１２３を連通させると共に通気溝１５にも連通するよう形成した貫通孔１９よりなる。通気溝１５は、接合面１２１に対向する対向面１２３と、その対向面１２３に隣接する４つの側端面１２２とを連通しており、図６（ｂ）に示すように、略十字形状をなしている。また貫通孔１９は、接合面１２１と対向面１２３を連通する孔で、上記の通気溝１５にも連通している。この通気溝１５と貫通孔１９により、フレーム７の内壁面及び錘部８及び可撓部６及び台座１０の接合面１２１で包囲する空間と、フレーム７の外側の空間とを連通している。なお、通気溝１５の形状や大きさは、特に限定するものではなく適宜設計すればよいが、通気溝１５の深さを深くするほど通気溝１５を通過する空気の流量を増大でき、放熱性を向上させることが可能となるが、その分だけ台座１０の強度を低下させてしまう。そこで、通気溝１５の深さとしては、例えば、台座１０の厚みの５０％程度以下にすればよい。また貫通孔１９の形状や大きさも特に限定するものではなく、適宜設計すればよく、図６（ｂ）には複数の貫通孔１９を形成するようにしているが、大径の貫通孔を一つだけ形成するようにしてもよい。
【００６５】
この通気溝１５を形成する際には、対向面１２３の中心部分から側端面１２２に至るまでの部分を、サンドブラスト方法又はダイシング等により十字の溝状に掘り込んで形成する。また、貫通孔１９を形成する際には、接合面１２１から対向面１２３方向に沿って、通気溝１５に至るまで掘り込んで形成する。
【００６６】
なお、上記の台座１０に接合する半導体加速度センサのチップ１を製造する際には、上記本発明の請求項４に係る半導体加速度センサの一実施形態に記載したのと同じようにして製造すればよい。
【００６７】
また、錘部８の側錘部８２に、その厚み方向の全長を貫通する放熱孔１１を形成するようにすれば、錘部８の表面積を増大でき、さらに放熱性を向上させることが可能となり好ましい。
【００６８】
上記のように、台座１０に貫通孔１９及び通気溝１５を設けたので、この半導体加速度センサはピエゾ抵抗に発生した熱を効率的に放熱させることができ、加速度を精度よく測定することが可能となる。
【００６９】
図７は、本発明の請求項８に係る半導体加速度センサの一実施の形態を示す斜視図である。図７において、７はフレーム、６は可撓部、８１は中央錘部、８２は側錘部、３１は通気孔、１８はエッチングホール、２は活性層、３は中間酸化膜、４は支持層、１０は台座、１７Ｘ，１７Ｙ，１７Ｚは電極を、それぞれ示している。
【００７０】
貫通孔としての通気孔３１は、中間酸化膜３のうち、フレーム７の軸方向に直交する方向の全長、すなわちフレーム７の周壁の厚み方向の全長を除去して形成している。この通気孔３１を介して、フレーム７の内壁面及び錘部８及び可撓部６及び台座１０の接合面１２１で包囲する空間と、フレーム７の外側の空間とを連通させている。この通気孔３１の形状や数、大きさ等は、特に限定するものではなく、適宜設計すればよいが、通気孔３１を大きくしたり、その数を増やしたりすると、通気性は向上するものの、活性層２と支持層４との間に空隙部分が多数存在することになり、活性層２と支持層４が剥離しやすくなり、チップ１の強度が低下する傾向にあるため、通気性と強度とを鑑みて設計する。
【００７１】
この通気孔３１を形成する際には、上記本発明の請求項４に係る半導体加速度センサの一実施形態で記載した製造工程において、半導体加速度センサのチップ１を作成した後で、フレーム７の活性層２の表面にエッチングホール１８を形成し、そのエッチングホール１８からフッ酸を含んだ液を投入して、中間酸化膜３を除去することで形成するようにしている。なお、エッチングホール１８を作成するときには、アルカリ異方性エッチング液や、ドライエッチングにより行なえばよい。
【００７２】
なお、半導体加速度センサのチップ１を製造する際には、上記の通気孔３１の工程以外は、上記本発明の請求項４に係る半導体加速度センサの一実施形態に記載したのと同じようにすればよい。
【００７３】
また、錘部８の側錘部８２に、その厚み方向の全長を貫通する放熱孔１１を形成するようにすれば、錘部８の表面積を増大でき、さらに放熱性を向上させることが可能となり好ましい。
【００７４】
上記のように、フレーム７に通気孔３１を設けたので、この半導体加速度センサはピエゾ抵抗に発生した熱を効率的に放熱させることができ、加速度を精度よく測定することが可能となる。
【００７５】
以上、本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明はこの実施の形態に限らず、種々の形態で実施することができる。
【００７６】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項１乃至請求項８に記載の半導体加速度センサによれば、抵抗体で発生する熱を効率的に放熱させるので、精度よく加速度を測定させることが可能になる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の請求項１に係る半導体加速度センサの一実施の形態における２面図である。
【図２】本発明の請求項４に係る半導体加速度センサの一実施の形態における斜視図である。
【図３】上記半導体加速度センサにおいて、錘部に放熱孔を形成したものを示す斜視図である。
【図４】本発明の請求項５に係る半導体加速度センサの一実施の形態における斜視図である。
【図５】上記半導体加速度センサの別の実施の形態における斜視図である。
【図６】本発明の請求項７に係る半導体加速度センサの一実施の形態における斜視図と下面図である。
【図７】本発明の請求項８に係る半導体加速度センサの一実施の形態における斜視図である。
【図８】従来の半導体加速度センサを示す２面図である。
【符号の説明】
２                        活性層
３                        中間酸化膜
４                        支持層
６                        可撓部
７                        フレーム
８                        錘部
９                        ピエゾ抵抗
１０                      台座
１１                      放熱孔
１２                      通気溝
１３                      開口部
１４                      スリット
１５                      通気溝
１９                      貫通孔
３１                      通気孔
１７Ｘ，１７Ｙ，１７Ｚ    電極
７１                      開口面
１２１                    接合面
１２２                    側端面
１２３                    対向面
【図１】
2004177219.tif 000003
【図２】
2004177219.tif 000004
【図３】
2004177219.tif 000005
【図４】
2004177219.tif 000006
【図５】
2004177219.tif 000007
【図６】
2004177219.tif 000008
【図７】
2004177219.tif 000009
【図８】
2004177219.tif 000010