(57)【要約】【課題】オフセット温度特性を悪化させず熱ヒステリシスを低減する半導体加速度センサを提供する。【解決手段】半導体基板からなるフレーム１と、フレーム１内に配置された錘部２と、錘部２をフレーム１に吊り下げるように連結するビーム３とを備えてなる半導体加速度センサであって、センサ内部からの信号をセンサ外部に出力可能な複数の出力可能電極４を、ビーム３と平行であり、かつ錘部２の重心を通るフレーム１に垂直面である第１面に対して対称となるようにフレーム１上に設ける。【選択図】  図１
2004151052.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板からなるフレームと、該フレーム内に配置された錘部と、該錘部を前記フレームに吊り下げるように連結するビームとを備えてなる半導体加速度センサであって、
センサ内部からの信号をセンサ外部に出力可能な複数の電極を、前記ビームと平行であり、かつ前記錘部の重心を通る前記フレームに垂直面である第１面に対して対称となるように前記フレーム上に設けたことを特徴とする半導体加速度センサ。
【請求項２】
前記電極各々を、前記ビーム設置側の前記フレーム上に設け、
前記第１面と直交し、かつ前記錘部の重心を通る前記フレームに垂直面である第２面に対して、前記電極各々と対称な位置に、
センサ内部からの信号をセンサ外部に出力することができないダミー電極を設けた請求項１に記載の半導体加速度センサ。
【請求項３】
前記複数の電極が形成された面側の前記フレーム上に、ガラスストッパを陽極接合するための接合用電極を、前記第１面に対して対称となるように設けた請求項１又は請求項２に記載の半導体加速度センサ。
【請求項４】
前記接合用電極を、前記第２面に対して対称となるように設けた請求項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、例えば自動車、航空機及び家電製品に用いられる半導体加速度センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体加速度センサとしては、図７に示すように、シリコン等の半導体基板からなる枠状のフレーム１と、フレーム１内に配置された錘部２と、錘部２をフレーム１に吊り下げるように片持ち支持にて連結する２つのビーム３と、フレーム１の上下面（表裏面）に各々に設ける上、下ガラスストッパ８ａ、８ｂとを備えるものを挙げることができる。
【０００３】
上述の半導体加速度センサは、フレーム１の上面（表面）には、半導体加速度センサ内部からの信号を半導体加速度センサ外部に出力可能な電極（以降、出力可能電極と称する。）である例えば信号出力用パッド４１と、出力可能電極である例えば耐圧検査用パッド４２と、上ガラスストッパ８ａを陽極接合するための接合用電極９とを有している。
【０００４】
このビーム３には、錘部２の変位によって生じる変位を検出する感応抵抗６が設けられており、上ガラスストッパ８ａは、接合用電極９の一部に陽極接合され、下ガラスストッパ８ｂは、支持基板であるフレーム１の下面（裏面）に直接陽極接合されている。
【０００５】
なお、この半導体加速度センサは、ビーム３と平行であり、かつ錘部２の重心（不図示）を通る垂直面（以降、第１面と称する。）に対して対称となるような例えば７つの信号出力用パッド４１と、第１面に対して非対称である例えば１つの耐圧検査用パッド４２をビーム３設置側のフレーム１上に備えている。
【０００６】
ここで、信号出力用パッド４１とは、例えばハウジングの外部電極（不図示）に半導体基板から信号を出力するパッドであり、耐圧検査用パッド４２とは、例えばｐｎ接合間及び表面リークを確認するためのパッドである。
【０００７】
また、上述の半導体加速度センサの他に、例えば、特許文献１には、フレームの一隅に、出力可能電極であるコンタクト電極を形成した非対称である半導体加速度センサが開示されている。
【０００８】
【特許文献１】
特許第３０２３４４４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述のような従来の半導体加速度センサにおいては、出力可能電極が非対称であるので、例えば、フレームと出力可能電極との熱膨張係数の差により生じ、ビームに設けた感応抵抗部分に加えられる応力が各ビーム間で異なるため、ブリッジバランスが崩れ、オフセット温度特性が悪化し、熱ヒステリシスが増加する可能性があった。
【００１０】
本発明は上記問題点を改善するためになされたものであり、オフセット温度特性を悪化させず熱ヒステリシスを低減する半導体加速度センサを提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の半導体加速度センサは、半導体基板からなるフレーム１と、フレーム１内に配置された錘部２と、錘部２をフレーム１に吊り下げるように連結するビーム３とを備えてなる半導体加速度センサであって、出力可能電極４を、ビーム３と平行であり、かつ錘部２の重心を通るフレーム１に垂直面である第１面に対して対称となるようにフレーム１上に設けたことを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項２に記載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、出力可能電極４各々を、ビーム３設置側のフレーム１上に設け、第１面と直交し、かつ錘部２の重心を通るフレーム１に垂直面である第２面に対して、出力可能電極４各々と対称な位置に、センサ内部からの信号をセンサ外部に出力することができないダミー電極５を設けたことを特徴とするものである。
【００１３】
また、請求項３に記載の半導体加速度センサは、請求項１又は請求項２に記載の発明において、複数の出力可能電極４が形成された面側のフレーム１上に、上ガラスストッパ８ａを陽極接合するための接合用電極９を、第１面に対して対称となるように設けたことを特徴とするものである。
【００１４】
また、請求項４に記載の半導体加速度センサは、請求項３に記載の発明において、接合用電極９を、第２面に対して対称となるように設けたことを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体加速度センサを示す図であり、図２は、半導体加速度センサの製造工程を示す第１面での概略断面図である。なお、図１（ａ）は、半導体加速度センサの上面概略図（上ガラスストッパ８ａ、酸化膜７ａは簡略のため不図示）であり、図１（ｂ）は、第１面での断面図であり、従来の技術にて示した第１実施形態との共通部分の説明は、同一箇所には同一符号を付して省略する。
【００１６】
第１実施形態における半導体加速度センサは、図１に示すように、フレーム１が例えばシリコンの支持基板である半導体基板からなり、ビーム３設置側のフレーム１上に、出力可能電極４である例えばアルミの電極パッドを例えば７つ、第１面に対して対称となるように備えて構成されている。
【００１７】
ここで、第１面に対して対称になるように形成された複数の出力可能電極４は、半導体加速度センサ内部からの信号を半導体加速度センサ外部に出力可能であるので、ユーザーの要望に応じて、例えばハウジングの外部電極（不図示）に対して半導体加速度センサから信号を出力する信号出力用パッドとしても、また、例えばｐｎ接合間及び表面リークを確認するための耐圧検査用パッドとしても使用できる。また、上ガラスストッパ８ａを陽極接合するための接合用電極９は、第１面に対して対称となるように配置されている。出力可能電極４を信号出力用パッドとして使用する場合には、出力可能電極４は、ワイヤボンド、フリップチップ等を用いて半導体加速度センサの外部と接続される。
【００１８】
なお、上ガラスストッパ８ａは、例えば板状のガラスであり、下ガラスストッパ８ｂは、予めざぐり加工が施されたガラスであるが、図１（ｂ）に示すように、上、下ガラスストッパ８ａ、８ｂ各々は、半導体加速度センサに過度の加速度が加わった際に、錘部２の動きを受けてビーム３が大きく撓んで破壊するのを防止したりダンピング効果を得たりするために、所望のギャップを備えてフレーム１に対し設けられている。
【００１９】
以下に、第１実施形態における半導体加速度センサの製造工程を図１、２に基づいて説明する。まず、枠状にする前のフレーム１の上下面（表裏面）に、熱酸化によって酸化膜７ａ、７ｂを形成する。次に、酸化膜７ａ、７ｂの一部をエッチング除去した後、イオン注入工程、拡散工程により歪みゲージとして利用する感応抵抗６と、配線として利用する拡散配線抵抗１０とを形成する。
【００２０】
次に、図２（ｂ）に示すように、フレーム１（枠状に形成する前）の上面（表面）にフォトリソグラフィー工程を行い、酸化膜７ａの一部をエッチング除去した後、７つの出力可能電極４と、上ガラスストッパ８ａを接合するための接合用電極９とを、例えば同時に形成する。なお、各出力可能電極４は、第１面に対称な位置に配置されるが、半導体加速度センサ内部からの信号を半導体加速度センサ外部に出力できるように拡散配線抵抗１０等に電気的な接続を施す。
【００２１】
そして、図２（ｃ）に示すように、フレーム１（枠状に形成する前）の下面（裏面）にフォトリソグラフィー工程を行い、酸化膜７ｂをエッチング除去し窓開けを行った後、異方性エッチングを行い例えば２本のビーム３を形成する。そして、フレーム１（枠状に形成する前）の上面にフォトリソグラフィー工程を行い、酸化膜７ａをエッチング除去した後、異方性エッチングを行い、図２（ｄ）に示すように、枠状のフレーム１と錘部２とを形成する。
【００２２】
最後に、図１（ｂ）に示すように、フレーム１の下面の酸化膜７ｂを除去後、上ガラスストッパ８ａを接合用電極９に陽極接合し、下ガラスストッパ８ｂをフレーム１に直接陽極接合する。
【００２３】
かかる半導体加速度センサにおいては、複数の出力可能電極４と接合用電極９を、第１面に対して対称となるように設ることで、半導体加速度センサが第１面に対して対称な構造となるので、例えば、フレーム１と出力可能電極４との熱膨張係数の差や、フレーム１と上ガラスストッパ８ａ、接合用電極９との熱膨張係数の差により生じ、２つのビーム３に設けた感応抵抗６部分に加えられる応力が各ビーム３間で等しくなり、ブリッジバランスを保つことができるため、オフセット温度特性を悪化させず熱ヒステリシスを低減することができる。
【００２４】
次に、ダミー電極５をフレーム１上に設けた実施形態を、本発明の第２実施形態として図３及び図４に基づいて説明する。図３は、本発明の第２実施形態に係る半導体加速度センサを示す図（図３（ａ）は、半導体加速度センサの上面概略図（上ガラスストッパ８ａ、酸化膜７ａは簡略のため不図示）であり、図３（ｂ）は、第１面での断面図）であり、図４は、半導体加速度センサの製造工程を示す第１面での概略断面図である。なお、第１実施形態との同一箇所には同一符号を付して、共通部分の説明は省略する。ここで、以降、第１面と直交し、かつ錘部２の重心を通る、フレーム１に垂直面である面を第２面と称する。
【００２５】
まず、第２実施形態においては、図３に示すように、半導体加速度センサは、第１実施形態において設けた例えば７つの出力可能電極４の各々に対して、第２面と対称な位置に、半導体加速度センサ内部からの信号を半導体加速度センサ外部に出力することができないダミー電極５を７つ備えている。なお、ダミー電極５は、少なくとも、フレーム１の上面から見た断面形状が第２面に対して対となる出力可能電極４の断面形状と等しいことが好ましい。
【００２６】
また、上ガラスストッパ８ａを陽極接合するための接合用電極９は、第１面と平行な方向（Ａ方向）の長さが例えば上ガラスストッパ８ａのＡ方向の長さの４０％程度であり、第２面とダミー電極５との間のフレーム１上に形成されている。また、接合用電極９は、第１面に対して対称な位置に対となるように配置されている。なお、接合用電極９のＡ方向の長さは、上ガラスストッパ８ａのＡ方向の長さ以下であることが好ましい。
【００２７】
以下に、第２実施形態における半導体加速度センサの製造工程を図３、図４に基づいて説明するが、第２実施形態においては、半導体加速度センサの製造工程に示す図４（ａ）、（ｃ）、（ｄ）は、第１実施形態の各々図２（ａ）、（ｃ）、（ｄ）に示す工程と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００２８】
図４（ａ）に示す工程の後、図４（ｂ）に示すように、フレーム１（枠状に形成する前）の上面にフォトリソグラフィー工程を行い、酸化膜７ａの一部をエッチング除去した後、出力可能電極４と、上ガラスストッパ８ａを接合するための接合用電極９と、ダミー電極５とを例えば同時に形成する。ここで、ダミー電極５は、７つの出力可能電極４の各々に対して、第２面と対称な位置に形成するようにするが、半導体加速度センサ内部からの信号を半導体加速度センサ外部に出力する必要がないので、拡散配線抵抗１０と電気的な接続を施す必要はない。
【００２９】
最後に、図３（ｂ）に示すように、フレーム１の下面の酸化膜７ｂを除去後、接合用電極９のダミー電極５側の端部を上ガラスストッパ８ａの端部にあわせるように上ガラスストッパ８ａを陽極接合し、下ガラスストッパ８ｂをフレーム１の下面に直接陽極接合する。
【００３０】
かかる半導体加速度センサにおいては、ビーム３設置側のフレーム１上に、出力可能電極４を設け、第２面に対して、出力可能電極４各々と対称な位置に、半導体加速度センサ内部からの信号を半導体加速度センサ外部に出力することができないダミー電極５を設けることで、半導体加速度センサが第１面に対して対称な構造となるだけではなく、出力可能電極４に関しては、第２面に対しても対称な構造となるので、更にオフセット温度特性を悪化させず熱ヒステリシスを低減することができる。
【００３１】
次に、第２実施形態において第２面に対しても接合用電極９を対称となるように設けた実施形態を、本発明の第３実施形態として図５及び図６に基づいて説明する。図５は、本発明の第３実施形態に係る半導体加速度センサを示す図（図５（ａ）は、半導体加速度センサの上面概略図（上ガラスストッパ８ａ、酸化膜７ａは簡略のため不図示）であり、図５（ｂ）は、第１面での断面図）であり、図６は、半導体加速度センサの製造工程を示す第１面での概略断面図である。なお、第２実施形態との同一箇所には同一符号を付して、共通部分の説明は省略する。
【００３２】
ここで、第３実施形態においては、図５に示すように、半導体加速度センサは、第２実施形態におけるの接合用電極９の代わりに、接合用電極９を第１面及び第２面に対して対称となるように、例えば、錘部２を４方から取り囲むように備える形で構成されている。なお、第３実施形態における半導体加速度センサの製造工程は、図６に示すように第２実施形態における接合用電極９を前述のように第１面及び第２面に対して対称配置で４つ形成すること以外は共通であるので、説明は省略する。
【００３３】
かかる半導体加速度センサにおいては、接合用電極９を第１面及び第２面に対して対称配置とすることで、出力可能電極４に関してだけでなく、接合用電極９に関しても、半導体加速度センサが第１面に対してだけではなく、第２面に対しても対称な構造となるので、更にオフセット温度特性を悪化させず熱ヒステリシスを低減することができる。
ここで、第１実施形態乃至第３実施形態においては、半導体加速度センサは、フレーム１と、フレーム１内に配置された錘部２と、錘部２をフレーム１に吊り下げるように片持ち支持するビーム３とを備え、１軸方向の加速度を検出対象ているが、ビーム３は片持ち支持に限ったものではなく、２軸方向の加速度を検出対象とする両持ち支持や、３軸方向の加速度を検出対象とする種々の支持や、その他の支持方法であっても勿論よい。
【００３４】
なお、第３実施形態において、例えば、ブリッジバランスに若干の余裕がある場合や、コスト上部品点数を削減しなければならない場合には、半導体加速度センサは、第１実施形態の構成で接合用電極９に相当する陽極接合用の電極だけを第１面及び第２面に対して対称配置で設けたような構成、つまり、第３実施形態で半導体加速度センサがダミー電極５を備えていないような構成であってもよい。
【００３５】
【発明の効果】
上記のように本願の請求項１に係る発明の半導体加速度センサにあっては、出力可能電極を、第１面に対して対称となるように設けることで、出力可能電極に関して半導体加速度センサが第１面に対して対称な構造となるので、フレームと出力可能電極との熱膨張係数の差により生じるビームの応力バランスを等しくすることでブリッジバランスを保つことができ、オフセット温度特性を悪化させず熱ヒステリシスを低減することができるという効果を奏する。
【００３６】
また、請求項２に係る発明の半導体加速度センサにあっては、請求項１に記載の発明における効果に加えて、ビーム設置側のフレーム上に、出力可能電極を設け、第２面に対して、出力可能電極各々と対称な位置に、半導体加速度センサ内部からの信号を半導体加速度センサ外部に出力することができないダミー電極を設けることで、出力可能電極に関しては半導体加速度センサが第１面に対してだけではなく、第２面に対しても対称な構造となるので、更にオフセット温度特性を悪化させず熱ヒステリシスを低減することができるという効果を奏する。
【００３７】
また、請求項３に係る発明の半導体加速度センサにあっては、請求項１又は請求項２に記載の発明における効果に加えて、接合用電極を第１面に対して対称配置とすることで、接合用電極に関しても半導体加速度センサが第１面に対して対称な構造となるので、更にオフセット温度特性を悪化させず熱ヒステリシスを低減することができるという効果を奏する。
【００３８】
また、請求項４に係る発明の半導体加速度センサにあっては、請求項３に記載の発明における効果に加えて、接合用電極を第１面及び第２面に対して対称配置とすることで、出力可能電極及び接合用電極に関して半導体加速度センサが第１面に対してだけではなく、第２面に対しても対称な構造となるので、更にオフセット温度特性を悪化させず熱ヒステリシスを低減することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体加速度センサを示す断面図、上面概略図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る半導体加速度センサの製造工程を示す断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る半導体加速度センサを示す断面図、上面概略図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る半導体加速度センサの製造工程を示す断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る半導体加速度センサを示す断面図、上面概略図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る半導体加速度センサの製造工程を示す断面図である。
【図７】従来例に係る半導体加速度センサを示す断面図、上面概略図である。
【符号の説明】
１  フレーム
２  錘部
３  ビーム
４  出力可能電極
５  ダミー電極
６  感応抵抗
７ａ、７ｂ  酸化膜
８ａ、８ｂ  ガラスストッパ
９  接合用電極
１０  拡散配線抵抗
【図１】
2004151052.tif 000003
【図２】
2004151052.tif 000004
【図３】
2004151052.tif 000005
【図４】
2004151052.tif 000006
【図５】
2004151052.tif 000007
【図６】
2004151052.tif 000008
【図７】
2004151052.tif 000009