(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ単結晶基板の厚肉部から成る中央重錘体部と、該重錘体部を取り囲むように配置した固定部と、該重錘体部と固定部とを連結するＳｉ単結晶基板の薄肉部から成るダイヤフラム状または複数対の梁状の可撓部と、該可撓部上にある２つの直交する検出軸（ＸとＹ軸）および該可撓部に垂直な１つの検出軸（Ｚ軸）に対応して、該可撓部上に設置した各軸それぞれ４ケのピエゾ抵抗素子群とからなり、該各軸４ケのピエゾ抵抗素子はブリッジ検出回路を構成するように薄膜の引き出し電極で接続されてなる半導体加速度センサーであって、少なくともＺ軸方向のピエゾ抵抗素子の引き出し電極について、
ａ）重錘体部側に配置されたピエゾ抵抗素子に接続される引き出し電極の重錘体部および固定部上のパターン部分の幅は梁上の該引き出し電極パターン部分よりも２倍以上の幅を有し、
かつ、
ｂ）固定部側に配置されたピエゾ抵抗素子から外部接続端子までを繋ぐ引き出し電極の抵抗値を上記重錘体部側のピエゾ抵抗素子に接続される引き出し電極の梁上のパターン部分の抵抗値に略等しくした、
ことを特徴とする半導体加速度センサー。
【請求項２】
請求項１項記載の半導体加速度センサーであって、固定部側に配置されたピエゾ抵抗素子から外部接続端子までつなぐ引き出し電極に関して、そのパターン幅は重錘体部側に配置されたピエゾ抵抗素子に接続される引き出し電極の梁上のパターン幅よりも細く、必要に応じて複数回の折り返し形状を有し、当該電極パターン部分の抵抗値が上記重錘体部側に配置されたピエゾ抵抗素子に接続される引き出し電極の梁上のパターン部分の抵抗値に略等しいことを特徴とする半導体加速度センサー。
【請求項３】
請求項１項および２項記載の半導体加速度センサーであって、１対の梁上に配置されたＸ軸（またはＹ軸）とＺ軸の重錘体部側に位置する合計4ケのピエゾ抵抗素子の引き出し電極をＹ軸（またはＸ軸）の２つの方向に２本づつに分けて引き出し、Ｘ軸（またはＹ軸）およびＺ軸を梁の幅方向に均等な位置に配置したことを特徴とする半導体加速度センサー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は可撓部に形成したピエゾ抵抗素子の抵抗変化を検出する３軸の半導体型加速度センサーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の３軸の半導体型加速度センサーとしては、例えば、特開昭６３−２６６３５９に記載されているものがあり、Ｓｉ単結晶基板の薄肉部から成る互いに直交する2対の梁構造の可撓部を有し、Ｓｉ単結晶基板の厚肉部から成る中央の重錘体と周辺の固定部とは該可撓部で接続され、Ｘ軸方向とＺ軸方向とを同一の梁上に、また、Ｙ軸方向をこれと直交する他の梁上に形成したピエゾ抵抗素子で検出するように、該梁上には各軸４ケのピエゾ抵抗素子が形成されてなる基本構造が示されている。同従来例では引き出し電極や外部との電極接続端子の配置については記載されていないが、従来の引き出し電極のパターン幅は一定で、その配線抵抗については考慮されていなかった。従来の考え方で、上記従来の３軸加速度センサー構造に引き出し電極や外部接続端子を配置した場合の全体構造例を図７に、図８に図７のＸおよびＺ軸の点線枠部の拡大図、また図９にはＺ−Ｚ軸方向の一部の断面図を示す。以下に、小型で高性能な３軸加速度センサーの実現には、引き出し電極の抵抗値や外部接続端子の配置も重要なポイントであることを説明する。
【０００３】
まず、全体構造について説明する。これはＳｉ単結晶基板の厚肉部から成る中央重錘体２とそれを取り囲むように配置した固定部１と、該重錘体２および固定部１とを連結するＳｉ単結晶基板の薄肉部より成る２対の互いに直交する梁状の可撓部３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄと該可撓部上の２つの方向（ＸとＹ）及び該可撓部に垂直な方向（Ｚ）に対応するように設けられた各軸４ケのピエゾ抵抗素子１１〜３４とから構成される。
【０００４】
また、図８、９より、該ピエゾ抵抗素子の上にはＳｉＯ２やＳｉＮなどの薄膜から成る保護膜４１が形成され、その上にピエゾ抵抗素子の両端にスルーホール４０ａを介して接続されたアルミニウムなどの金属薄膜からなる引き出し電極４０が形成され、該引出し電極群は、周辺の固定部１上に設けた外部電極端子４２群につながって成る構造をしている。
【０００５】
この従来例は、３軸の加速度を検出するが、その検出原理は、中央の重錘体２が加速度による力を受けて変位したときの可撓部のたわみを該可撓部に形成されたピエゾ抵抗素子１１〜３４の抵抗値変化として検出することで３軸方向の加速度を検出するものである。その原理を図を用いて詳しく説明する。
【０００６】
図１０および１１を用いて加速度の検出原理を説明する。Ｘ方向とＹ方向とは同じなので、これらの図では、代表してＸ方向とＺ方向とを示す。図１０（ａ）は、Ｘ方向の加速度による可撓部３ａ、３ｃの変形の様子を模式的に示す断面図で、ピエゾ抵抗素子Ｒｘ１、Ｒｘ３には引っ張り応力が、Ｒｘ２、Ｒｘ４には圧縮応力が加わり、この時、ピエゾ抵抗素子Ｒｘ１、Ｒｘ３及びＲｘ２、Ｒｘ４の抵抗値はそれぞれ増加および減少する。また、図１１に、各軸のブリッジの組み方および検出回路を示す。図１０（ａ）において、Ｘ方向の加速度により重錘体にＦｘの力を受けた時、ピエゾ抵抗Ｒｘ１およびＲｘ３はその値が増加し、Ｒｘ２およびＲｘ４は減少するが、この変化により図１１（ａ）に示す検出回路により、Ｘ方向には電圧が出力されるが、Ｚ方向の電圧は、Ｘ方向とブリッジの抵抗の接続が異なるために各々の抵抗値の増減は相殺され電圧は零である。逆に、図１０（ｂ）に示したようにＺ方向の加速度によりＦｚの力を受けた時には、ピエゾ抵抗Ｒｚ１およびＲｚ４はその値が増加し、Ｒｚ２およびＲｚ３は減少するが、この変化により図１１（ｂ）に示す検出回路により、Ｚ方向には電圧が出力されるが、Ｘ方向の電圧は、Ｚ方向とブリッジの抵抗の接続が異なるために各々の抵抗値の増減は相殺され電圧は零である。このようにして３軸の加速度を検出できる。
【０００７】
【発明の解決しようとする課題】
上述したように、ピエゾ抵抗型加速度センサーはブリッジ回路の非平衡電圧を検出するものであるが、実際のブリッジ回路には、ピエゾ抵抗以外に、図７で説明した引き出し電極パターン４０の抵抗も入ってくる。各軸４ケのピエゾ抵抗素子は同一パターン形状に設計されると同じように、一般に各軸の引き出し電極パターン４０も１対の梁毎に点対称あるいは線対称となるパターン形状に設計され、該引き出し電極の各部の同一パターン形状部分の抵抗値もほぼ等しくなるため、以下の説明では、それぞれの引き出し電極の各部のパターン部分には同じ符号を付し、その抵抗値も同じ記号で表記することにする。
【０００８】
まず、図７において、Ｘ軸の２つの梁上にあるピエゾ抵抗素子１１、１２と１３、１４の引き出し電極パターン４０をそれぞれ４分割し、４０ａｘ、４０ｂｘ、４０ｃｘ、4４０ｄｘと同一の符号を付し、それぞれに対応する抵抗値もＲａｘ、Ｒｂｘ、Ｒｃｘ、Ｒｄｘと同一の記号で表す。同様に、Ｙ軸の引き出し電極パターン４０を４０ａｙ、４０ｂｙ、４０ｃｙ、４０ｄｙと４分割しその各部の抵抗値をＲａｙ、Ｒｂｙ、Ｒｃｙ、Ｒｄｙ、また、Ｚ軸の引き出し電極パターン４０を４０ａｚ、４０ｂｚ、４０ｃｚ、４０ｄｚと４分割しその各部の抵抗値をＲａｚ、Ｒｂｚ、Ｒｃｚ、Ｒｄｚとする。ここで、
４０ｂｘ、４０ｂｙ、４０ｂｚは、各軸２つの梁の中央にあって、２つのピエゾ抵抗素子（例えば、Ｘ軸は１１と１２および１３と１４）を接続するそれぞれＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の引き出し電極パターン４０の一部分、
４０ａｘ、４０ａｙ、４０ａｚは、固定部１上に配置した外部電極端子４２から各軸の梁中央の引き出し電極パターン部分４０ｂｘ、４０ｂｙ、４０ｂｚに接続されるまでのそれぞれＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の引き出し電極パターン４０の一部分、
４０ｃｘ、４０ｃｙ、４０ｃｚは、固定部1上に配置した外部電極端子４２から、固定部１側に位置する各軸のピエゾ抵抗素子（例えばＸ軸はピエゾ抵抗素子１１および１４）の固定部側の接続部までを繋ぐそれぞれＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の引き出し電極パターン４０の一部分、
４０ｄｘは、Ｘ軸の中央重錘体部２側に位置するＸ軸の２つのピエゾ抵抗素子１２および１３の接続部から、それぞれ中央重錘体２と梁３ｂ上および中央重錘体２と梁３ｄ上を通って固定部１上に配置した外部接続端子４２まで繋がる引き出し電極パターン４０の一部分、
４０ｄｙは、中央重錘体部２側に位置するＹ軸の２つのピエゾ抵抗素子２２、２３の接続部から、中央重錘体２とそれぞれ梁３ｄおよび３ｂ上を通って、固定部１上に配置した外部接続端子４２まで繋がる引き出し電極パターン４０の一部分、
４０ｄｚは、中央重錘体部２側に位置するＺ軸の２つのピエゾ抵抗素子３２、３３の接続部から中央重錘体２と梁３ｄおよび３ｂ上を通って、固定部１上に配置した外部接続端子４２まで繋がる引き出し電極パターン４０の一部分、
を指している。以下、Ｘ軸とＹ軸は同様であるのでＸ軸とＺ軸で代表して説明する。これらの引き出し電極パターン４０の４分割した各部の配線抵抗値を考慮してブリッジ回路を書き直すと図１２のようになる。同図（ａ）はＸ軸、（ｂ）はＺ軸の検出回路を示している。
【０００９】
まず、Ｘ軸について見ると、引き出し電極パターンの抵抗値Ｒａｘ、Ｒｂｘ、Ｒｃｘ、Ｒｄｘが加わっても、４ケのピエゾ抵抗は初期値としては同じ値に設計されているため、ブリッジの結線の仕方から全体の抵抗バランスは保たれ、零点出力には影響しないことがわかる。Ｙ軸についても同様である。次に、Ｚ軸について見ると、先に図１１で検出原理を説明したようにＺ軸では結線の仕方がＸおよびＹ軸とは異なるため、図１２（ｂ）より明らかなように、ＲｃｚとＲｄｚが入れ替わってブリッジ回路の中に入ってしまう。
【００１０】
したがって、このＲｃｚとＲｄｚの値によっては、零点出力に影響することがわかる。上述の定義から、Ｒｃｚは固定部１側のピエゾ抵抗素子３１、３４から外部接続端子４２までの引き出し電極パターン４０ｃｚの抵抗値、また、Ｒｄｚは、中央重錘体２側のピエゾ抵抗素子３２、３３の引き出し電極パターン４０ｄｚの抵抗値である。つまり、４０ｃｚの長さは４０ｄｚに比べて非常に短く、したがって、抵抗値も小さい。例えば、引き出し電極パターンに０．３μｍぐらいのアルミ薄膜を使った場合、Ｒｃｚが１Ω弱、Ｒｄｚが５Ωほどにもなり、かなり差が大きく、このときには、零点出力は、ピエゾ抵抗値をいくつに設定するかで異なるが、数ｍＶにもなってしまう。零点出力の仕様も５ｍＶ以下といった値が要求されるようになってきており、この引き出し電極の抵抗値の零点出力への影響が無視できなくなってきた。また、加速度センサーのニーズとしても、一層の小型、高感度なものが要求されてきており、これに応えるには、梁幅をできるだけ狭く、かつ長くすることが必要で、その為には引き出し電極もできるだけ微細なパターンとなっていかざるを得ない。つまり、小型化、高感度化への要求に対しては、引き出し電極の抵抗値が大きくなり零点出力も大きくなっていく傾向にある。
【００１１】
したがって、従来は、チップサイズが大きく引き出し電極のパターン幅も広かったため問題にならなかった引き出し電極の抵抗値の非平衡によるＺ軸の零点出力が、小型化、高感度化の要求によって大きな課題となってきた。本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、零点出力電圧の小さい、小型・高感度な半導体３軸加速度センサーを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本願第１の発明は、少なくともＺ軸の引き出し電極に関して、重錘体部側に配置されたピエゾ抵抗素子に接続され、一旦重錘体部に引き出された後、梁上を通って周辺の固定部の外部接続端子に接続される引き出し電極パターンにおいて、梁上の引き出し電極パターン部分を除いた部分、すなわち重錘体部にある引き出し電極パターン部分と固定部にある引き出し電極パターン部分のパターン幅を梁上の引き出し電極パターン部分より２倍以上、好ましくは４倍以上に広く取ることで、当該引き出し電極全体の抵抗値がほぼ梁上の引き出し電極パターン部分で決まるようにし、かつ固定部側に配置されたピエゾ抵抗素子から外部接続端子までをつなぐ引出し電極の抵抗値を、上述の重錘体部側にあるピエゾ抵抗素子に接続される引き出し電極の梁上のパターン部分の抵抗値に略等しくしたことである。このように本発明では抵抗値を調整する方法として、パターン形状で行ったが、他に引き出し電極の厚さを変える方法も考えられるが、その場合には、各部の引き出し電極の厚さを変える必要があり、電極薄膜の形成、フォトエッチング工程を複数回繰り返すことになり製造プロセスが複雑になってしまい好ましくない。
【００１３】
本願第２の発明は、本願第１の発明において、固定部側に配置されたピエゾ抵抗素子から外部接続端子までをつなぐ引出し電極形状について、その幅は上述の重錘体部側のピエゾ抵抗素子に接続される引き出し電極の梁上のパターン幅より細く、必要に応じて複数回の折り返しを持つ形状を有し、当該電極パターン部分の抵抗値を重錘体部側のピエゾ抵抗素子に接続される引き出し電極の梁上のパターン部分の抵抗値に略等しくしたことである。
【００１４】
本願第３の発明は、本願第１および第２の発明において、１対の梁上に配置されたＸ軸（またはＹ軸）とＺ軸の重錘体部側に位置する合計４ケのピエゾ抵抗素子に接続され、重錘体部上に引き出された４本の引き出し電極パターンは、Ｙ軸（またはＸ軸）の２方向に２本づつ分けて引き出すようにし、Ｘ軸（またはＹ軸）およびＺ軸は梁幅方向に均等な位置に配置したことである。
【００１５】
【作用】
第１の発明によれば、重錘体部側に配置されたピエゾ抵抗素子に接続され、一旦重錘体部に引き出された後、梁上を通って周辺の固定部の外部接続端子に接続される引き出し電極パターン形状および固定部側に配置されたピエゾ抵抗素子から外部接続端子までをつなぐ引出し電極パターン形状について、最も検出感度に配慮した設計をしなければならない梁形状を基準にして、両者のパターン形状を決定できるようになり容易に高感度で低零点出力を達成できる効果がある。すなわち、長さが大幅に異なる両者の抵抗値を略等しくするために、加速度センサーとして最も重要な特性パラメータである検出感度を犠牲にせず、またチップサイズを大きくすることなしに容易に零点出力を小さく出来る効果がある。
【００１６】
第２の発明によれば、固定部側に配置されたピエゾ抵抗素子から外部接続端子までをつなぐ引出し電極パターンの幅を梁上の電極パターン幅より細くし、必要に応じて複数回の折り返しを持つ形状とすることによって、梁長さを長くしても引き出し電極パターンの抵抗バランスを簡単に取ることが可能となり、第1の発明よりチップサイズをキープしたまま零点出力を一層低減できる、あるいはより小型でも高感度で零点出力を低減できる効果がある。また、外部接続端子のレイアウトの自由度をあげる事ができ、例えば零点出力を小さいまま、外部接続端子をチップの２辺にまとめることも可能である。
【００１７】
第３の発明によれば、１対の梁上にＸ軸（またはＹ軸）とＺ軸の２つの検出軸を配置しても、梁幅を狭く出来るため零点出力を小さくし、かつ小型で高感度化し易いという効果がある。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明する。
【００１９】
第１の発明になる実施例を図１に示す。本実施例は、図６で説明した従来例の３軸の基本構造に本発明を適用した例である。従来技術の３軸の半導体型加速度センサーとは、Ｚ軸の中央重錘体部側の引き出し電極の外部接続端子の配置が異なっている。図１ではわかり易くするため、図６と同一部分は同じ符号で示した。上記したように基本構造は、中央重錘体２とそれを取り囲むように配置した固定部１と、該重錘体２および固定部１とを連結するＳｉ単結晶基板の薄肉部よりなる梁状の可撓部３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄと該可撓部上の２つの方向（ＸとＹ）及び該可撓部に垂直な方向（Ｚ）に対応するように設けられた各軸４ケのピエゾ抵抗素子群１１〜３４とから構成される。ピエゾ抵抗素子群から外部接続端子へのＸおよびＹ軸の引き出し電極４０は、重錘体部２を中心とする点対称な形状でそのパターン幅は一定とし、Ｚ軸の引き出し電極に本発明を適用し各部の抵抗値を考慮したパターン設計とした。すなわち、Ｘ軸とＹ軸に関しては、従来例同様に２つの梁方向の各部の電極パターンは形状が等しいのでその抵抗値も同じく、零点出力電圧には影響しない。
【００２０】
Ｚ軸について詳細に説明する。Ｚ軸のピエゾ抵抗素子１１と外部接続端子４２を接続する引き出し電極パターンを４０ｃｚ、ピエゾ抵抗素子１１と１２および１３と１４とを接続する引き出し電極パターンを４０ｂｚ、外部接続端子４２と梁中央部の電極パターン４０ｂｚとを接続する電極パターンを４０ａｚ、ピエゾ抵抗素子１２と１３の重錘体側接続部に繋がる引き出し電極パターンを４０ｄｚとし、引き出し電極４０ｄｚは、Ｚ軸の検出軸がある梁３ｃ、３ｂを通って固定部１上の外部接続端子４２まで引き出した。図１２で説明したように、電極パターン４０ｃｚと４０ｄｚとの抵抗値が等しくないと零点出力に影響する。本実施例では、電極パターン４０ｃｚと４０ｄｚは、後述の製造方法で述べるようなパターン形状とすることによって、その抵抗値を略同等にでき、零点出力は実用上問題無いレベルまで小さく抑える事ができた。
【００２１】
次に本実施例の製造方法について説明する。図２は、主要工程を説明するためのＸ−Ｘ方向断面の一部を示している。なお、本製造プロセスの説明においては、可撓部３の厚さを高精度に制御できるようにＳＯＩウェーハを用いた例で説明する。ＳＯＩとはＳｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｈｕｌａｔｏｒのことであり、Ｎ型のＳｉを使った。ＳＯＩウェーハとは図２に符号をつけたように、Ｓｉのベース基板６０、Ｓｉ活性層である表面のＳＯＩ層８０および両者の間にあり、エッチングストッパーーとして使われるＳｉＯ２層７０とで構成されたＳｉ半導体基板である。それぞれの厚さとしては、例えば、高感度な加速度センサー用としては、ベース基板は５００〜６２５μｍ、ＳｉＯ２は１μｍそしてＳＯＩ層は１０μｍ前後としている。
【００２２】
製造プロセスの最初は、まず、ＳＯＩ層８０の表面に、フォトレジストあるいは熱酸化ＳｉＯ２膜などをマスクとして所定形状のパターンを作り、イオン打ち込みなどの不純物拡散工程によってボロンを拡散したピエゾ抵抗体１１、１２を作る（図２（ａ））。表面不純物濃度としては、温度特性および感度の両方の観点から、約２ｘ１０１８付近を選んだ。
【００２３】
次にピエゾ抵抗体１１、１２の保護を目的として、保護膜４１を作製する（図２（ｂ））。保護膜４１としては、一般に半導体で使われているＳｉＯ２とＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ  Ｓｉｌｉｃａｔｅｄ  Ｇｌａｓｓ）の多層膜を使い可動イオンのゲッタリング効果を持たせている。ＳｉＯ２とＰＳＧの２層膜の代わりにＳｉＯ２とＳｉＮの２層膜を使ってもよい。保護膜４１の厚さは、できるだけ薄くして応力を小さくした方が高感度化の点では好ましく、０．３〜０．５μｍとした。
【００２４】
次にピエゾ抵抗体１１、１２の両端部上の保護膜４１に電極接続用のスルーホール４０ａをフッ酸を主体にした湿式エッチングにより形成した（図２（ｃ））。
【００２５】
次に、電極配線を作るために、まずスパッタによりアルミニウム合金（アルミニウム、銅、Ｓｉなどが主組成）を成膜する。厚さは、０．３〜０．５μｍほどとしたが、この厚さもできるだけ応力は小さい方が好ましく薄い方が良い。フォトエッチングにより引き出し電極４０を形成した（図２（ｄ））。この時に、ＸおよびＹ軸の引き出し電極は、従来例と同様に各部のパターン幅は全て一定とし、形状は重錘体部２を中心とする点対称とした。これによって引き出し電極の各部の電極４０ａｘ、４０ｂｘ、４０ｃｘ、４０ｄｘおよび４０ａｙ、４０ｂｙ、４０ｃｙ、４０ｄｙは２つの梁方向で略同一とでき、零点出力への影響はでない。一方Ｚ軸の引き出し電極については、重錘体部２側に配置したピエゾ抵抗素子３２、３３からの引き出し電極４０ｄｚは、重錘体部上および固定部上の電極パターン部分の幅を、梁上の電極パターン部分の幅の略５倍とし、梁上の電極パターン幅はＸおよびＹ軸と同じとした。また、固定部側に配置したピエゾ抵抗素子３１、３４の引き出し電極４０ｃｚの幅および長さを上記引き出し電極４０ｄｚの梁上の電極パターン部分とほぼ同じとした。
【００２６】
次に、図２には表現できないが、図２（ａ）に示したＳＯＩ層８００をドライエッチング法等によりエッチングして、図1に示したＳＯＩ層８００への貫通パターン５を形成する。
【００２７】
次に裏面のベース基板６０に、両面アライナー装置を用いて表面のピエゾ抵抗素子１１、１２や上記ＳＯＩ層８００への貫通パターン５等との位置をあわせて重錘体２および固定部１の形状にフォトレジストマスクを形成し、ドライエッチング法でＳｉベース基板６０をエッチングし、更にエッチングストッパーのＳｉＯ２層７０を湿式エッチングで除去した（図２（ｅ））。この工程で可撓部３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが形成されるが、エッチングストッパーのＳｉＯ２層７０を除去せず残した方が、全体の応力バランスをとるのに良い場合もあり、エッチングストッパーのＳｉＯ２層７０を一部残す方法も適用可能である。その後に、ウェーハ上に形成した多数の加速度センサー素子をダイサー等を用い、チップ切断し、パッケージ等の組み立て工程を経て、加速度センサーを完成させた。
【００２８】
このように本実施例では、電極パターン４０ｄｚについては、重錘体部上および固定部上のパターン部分の幅を梁上のパターン幅の約５倍ほどとし、また、電極パターン４０ｃｚに関しては、その幅および長さを電極パターン４０ｄｚの梁上のパターン部分の幅および長さと略同じにしたことによって、両者の抵抗値をほぼ同じにでき、抵抗の非平衡分による零点出力電圧は０．５ｍＶ以下と十分に小さい値を得ることができた。電極パターン４０ｄｚの抵抗値を下げるには、アルミニウム薄膜の厚さを変える方法も考えられるが、その場合には、アルミニウム薄膜の成膜およびフォトエッチングの工程を複数回繰り返すことになり、製造プロセスが長くなってしまい好ましくない。
【００２９】
次に第２および第３の発明になる実施例を図３、図４および図５に示す。本実施例は、第１の発明に成る実施例の図１と同じ基本構造に第２の発明を適用したもので、図３は第２および第３の発明になる実施例を示す正面図、図４は図３のＸおよびＺ軸の外部接続端子近傍の拡大図で第２の発明を説明するための図、また図５は同じく図３のＸおよびＺ軸の１つの梁部の拡大図で、第２の発明を説明するための図であり、図１と同一部分は同符号を付した。
【００３０】
最初に第２の発明について図３、図４および図５により説明する。第1の発明の説明同様に零点出力についてはＺ軸が問題であるから、以下の説明ではＺ軸に絞って述べる。重錘体側のピエゾ抵抗素子３２、３３からの引き出し電極４０ｄｚはＹ軸の梁３ｄ、３ｂ上を通って固定部１上の外部接続端子４２に接続した。この引き出し電極４０ｄｚの形状に関しては、重錘体部１および固定部２上の電極パターン部分は、Ｙ軸の梁上の電極パターン部分より最小で約３倍と広くしてあり、該引き出し電極４０ｄｚの抵抗値はほとんど梁上のパターン部分の抵抗値で決まるようにした。また、固定部側のピエゾ抵抗素子３１、３４の引き出し電極４０ｃｚの幅は梁上の電極パターン部分の幅の約７０％とし、かつ３回の折り返しを設けた形状とすることによって、その抵抗値を引き出し電極４０ｄｚの梁上のパターン部分の抵抗値と略同等にでき、かつ外部接続端子は上記ピエゾ抵抗素子３１、３４に最も近接して配置することができた。つまり、引き出し電極４０ｄｚと４０ｃｚの抵抗値の差が最も大きくなる外部接続端子４２のレイアウトであっても両者の抵抗値をほぼ揃えることができ、したがって抵抗値の非平衡に起因する零点出力分は０．５ｍＶ未満とほとんど無視し得るほど小さく出来た。また、本発明の変形として、固定部側の引き出し電極４０ｃｚを上記のような形状にした上、更にその先の幅を梁上の電極パターン部分の幅の１０倍以上のように十分に広いパターンとすることで、外部接続端子の配置を任意の位置に配置することが可能となる効果がある。例えば、図３ではチップの４辺に合計１８ケの外部接続端子を配置したが、零点出力電圧を悪化させずに２辺にまとめることも可能である。その一例を図６に示す。引き出し電極のパターン形状については、上記で十分説明したので、同図では省略した。本例では、Ｙ軸の合計８ケをＸおよびＺ軸方向に割り振り、左右９ケづつ外部接続端子４２を配置した。
【００３１】
次に第３の発明について図３により説明する。本実施例では、Ｘ軸およびＺ軸の梁３ｃ上の重錘体部側に位置するピエゾ抵抗素子１２、３２からの２本の引き出し電極４０はＹ軸の梁３ｄ上を通って固定部側に引き出し、また、Ｘ軸およびＺ軸の梁３ｄ上のピエゾ抵抗素子１３、３３からの２本の引き出し電極４０はＹ軸の梁３ｂ上を通って固定部側の外部接続端子４２まで引き出したもので、外部接続端子数は、ＸおよびＺ軸方向にはそれぞれ４ケ、Ｙ軸方向にはそれぞれ５ケを配置した。また、ＸおよびＺ軸は梁３ａ、３ｃの幅方向に均等な位置に配置し梁幅を狭くし易い構造とした。従来Ｘ軸とＹ軸とは、互いに一方の梁のねじれが特性に影響することから、図７の従来例に示したように両者は梁の幅方向の中心に配置されていた。しかし、本実施例のようにＸ軸は梁幅の中心よりも端部よりに、Ｙ軸は梁幅の中心に配置した構造とした場合でも、感度向上のため梁幅を２００μｍ以下ぐらいに狭くした場合、ＸおよびＹ軸の検出感度および他軸感度等の特性に大きな差はなく、逆に梁幅を狭く設計しやすく感度的には有利なことがわかった。なお、ＸおよびＺ軸の重錘体部上の引き出し電極４０ｄｘおよび４０ｄｚを同一の梁３ｂ、３ｄ方向に引き出したが、図７に示した従来例のように、Ｘ軸とＺ軸とを別々に分けても良い。
【００３２】
更に本実施例によると以下のような付随効果もある。ＸおよびＹ軸の引き出し電極４０についても、Ｚ軸の引き出し電極４０と同様に、それらの抵抗値はほぼ梁上の電極パターン部分で決まるように設計した。これによって、各軸の同一の配置にあるピエゾ抵抗素子に接続される引き出し電極の各部での電圧降下がほぼ等しい、すなわちピエゾ抵抗素子に印加される実効的な駆動電圧を全てのピエゾ抵抗素子で略同等にできた。また、上記Ｘ、ＹおよびＺ軸の引き出し電極は重錘体部２および固定部１の梁近傍のパターン面積を大きくしており放熱効果を改善する効果がある。したがって、本実施例では、これらの付随効果により通電変動などの安定性を従来より改善できる効果があった。
【００３３】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、小型、高感度で零点出力電圧の小さい３軸の半導体型加速度センサーを容易に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になる第１の実施例を示す正面図。
【図２】本発明になる加速度センサーの製造方法を示す工程断面図。
【図３】本発明になる第２および第３の実施例を示す正面図。
【図４】図２のＸおよびＺ軸の外部接続端子近傍の拡大図。
【図５】図２のＸおよびＺ軸の梁び一部の拡大図。
【図６】第２の発明の他の実施例である外部接続端子の配置を示す正面図
【図７】従来の半導体加速度センサーの構造を示す正面図。
【図８】図５のＸおよびＺ軸の一方の梁部の拡大正面図。
【図９】図６のＺ軸の断面図。
【図１０】従来の半導体加速度センサーのＸおよびＺ軸方向に加速度が加わった場合の状態を示す断面図。
【図１１】従来の加速度センサーのブリッジ回路図。
【図１２】３軸加速度センサーの引き出し電極の抵抗分を考慮した実際のブリッジ回路図。
【符号の説明】
１  固定部、２  重錘体、３  可撓部、４０  引出し電極、４１  保護膜、
４２  電極端子、１１  １２  １３  １４  ２１  ２２  ２３  ２４  ３１  ３２  ３３  ３４  ピエゾ抵抗素子、３ａ〜３ｄ  可撓部、
５  ＳＯＩ層８００にエッチングで設けた貫通パターン
【図１】
0003985215.tif 000002
【図２】
0003985215.tif 000003
【図３】
0003985215.tif 000004
【図４】
0003985215.tif 000005
【図５】
0003985215.tif 000006
【図６】
0003985215.tif 000007
【図７】
0003985215.tif 000008
【図８】
0003985215.tif 000009
【図９】
0003985215.tif 000010
【図１０】
0003985215.tif 000011
【図１１】
0003985215.tif 000012
【図１２】
0003985215.tif 000013