半導体マイクロデバイス
【課題】半導体マイクロデバイスの可動部への静電気の影響を緩和する。
【解決手段】本体１は枠体部１ａと可動体部１ｂとを有し、可動体部１ｂは枠体部１ａの内側にビーム１ｃを介して設けられており、第一の固定基板２には固定電極４が可動体部１ｂ側表面に設けられており、第二の固定基板３にはダミー電極５が可動体部１ｂ側表面に設けられており、可動体部１ｂは第一の固定基板２と可動体部１ｂとの距離の変化を測定するための可動電極６を有する半導体マイクロデバイスであって、可動体部１ｂには当該可動体部１ｂが固定電極４またはダミー電極５に接触する際に直接接触することを防ぐ第一接触部７が固定電極４側とダミー電極５側に設けられており、固定電極４上とダミー電極５上の少なくともいずれかには可動体部１ｂが近接した際に第一接触部７と接触する第二接触部８が対向して設けられており、第一接触部７と第二接触部８の材料は絶縁体である。
【解決手段】本体１は枠体部１ａと可動体部１ｂとを有し、可動体部１ｂは枠体部１ａの内側にビーム１ｃを介して設けられており、第一の固定基板２には固定電極４が可動体部１ｂ側表面に設けられており、第二の固定基板３にはダミー電極５が可動体部１ｂ側表面に設けられており、可動体部１ｂは第一の固定基板２と可動体部１ｂとの距離の変化を測定するための可動電極６を有する半導体マイクロデバイスであって、可動体部１ｂには当該可動体部１ｂが固定電極４またはダミー電極５に接触する際に直接接触することを防ぐ第一接触部７が固定電極４側とダミー電極５側に設けられており、固定電極４上とダミー電極５上の少なくともいずれかには可動体部１ｂが近接した際に第一接触部７と接触する第二接触部８が対向して設けられており、第一接触部７と第二接触部８の材料は絶縁体である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、半導体マイクロデバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、マイクロマシンニング技術を利用して可動電極と固定電極が形成された半導体マイクロデバイスが提案されている。
例えば、特開２００６−１７５５５４号公報（特許文献１）である。
この半導体マイクロデバイスは微小電気機械要素と集積回路とが１つの半導体素子形成基板に形成されたＭＥＭＳデバイスであって、素子形成基板が、第一の半導体基板と、第一の半導体基板の厚み方向の一表面側に設けられ少なくとも一部が第一の半導体基板よりも抵抗率の大きな第二の半導体基板とを有した多層基板であり、微小電気機械要素が少なくとも第一の半導体基板に形成されるとともに、集積回路が第二の半導体基板において第一の半導体基板よりも抵抗率の大きな部分に形成されてなることを特徴とする。
そして注目すべきは前記素子形成基板には検出質量体と固定電極である固定櫛歯片とが設けられ、前記検出質量体には可動電極である可動櫛歯片が設けられている点である。
各固定櫛歯片と各可動櫛歯片とは互いに離間しており、検出質量体が変位する際の固定櫛歯片と可動櫛歯片との距離変化に伴う静電容量の変化を検出できるようにしてある。すなわち、固定櫛歯片と可動櫛歯片とにより検出質量体の変位を検出する検出手段が構成されている。
微小電気機械要素を抵抗率の比較的小さな第一の半導体基板に形成し、集積回路を抵抗率の比較的大きな第二の半導体基板に形成することにより、微小電気機械要素と集積回路との両方の高性能化が可能になり、デバイス全体としての高性能化を図ることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１７５５５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来の半導体マイクロデバイスは前記検出質量体が浮遊部となっている。
【０００５】
このような構成の場合、前記固定電極と前記可動電極が直接接触することを防止する為に接触部を設ける必要があるが、その場合、前記接触部での接触帯電によって、静電気が発生し、可動部である可動電極が静電気の影響を受けて特性異常が起こる。
【０００６】
本願発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、接触部での接触帯電を起こりにくくし、可動部の特性異常をもたらす静電気の影響を緩和する半導体マイクロデバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明の半導体マイクロデバイスは本体と前記本体の一面に形成された第一の固定基板とその反対面に形成された第二の固定基板とを有する半導体素子と、前記半導体素子が収納された表面実装型のパッケージとを備え、前記本体は枠体部と可動体部とを有し、前記可動体部は前記枠体部の内側にビームを介して設けられており、前記第一の固定基板には固定電極が前記可動体部側表面に設けられており、前記第二の固定基板にはダミー電極が前記可動体部側表面に設けられており、前記可動体部は前記第一の固定基板と前記可動体部との距離の変化を測定するための可動電極を有する半導体マイクロデバイスであって、前記可動体部には当該可動体部が前記固定電極または前記ダミー電極に接触する際に直接接触することを防ぐ第一接触部が前記固定電極側と前記ダミー電極側に設けられており、前記固定電極上と前記ダミー電極上の少なくともいずれかには前記可動体部が近接した際に前記第一接触部と接触する第二接触部が対向して設けられており、前記第一接触部と前記第二接触部の材料は絶縁体であることを特徴とする。
【０００８】
またこの半導体マイクロデバイスは、前記第二接触部と当該第二接触部と対向する前記第一接触部の材料は互いに同一の材料であることが好ましい。
【０００９】
またこの半導体マイクロデバイスは、前記第一接触部と前記第二接触部の材料はいずれもＳｉＯ２であることが好ましい。
【００１０】
またこの半導体マイクロデバイスは、対向する前記第一接触部と前記第二接触部はいずれかが他方より平面視で大きいことが好ましい。
【００１１】
またこの半導体マイクロデバイスは、前記第二接触部は当該第二接触部と対向する前記第一接触部より平面視で大きいことが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本願発明の半導体マイクロデバイスは、接触部において同一の材料を用いることで接触帯電を起こりにくくし、静電気の影響による半導体マイクロデバイスの固着（スティクション）を生じにくくすることができ、長寿命化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本願実施形態１の半導体マイクロデバイスを示し、（ａ）は概略分解斜視図、（ｂ）は概略断面図である。
【図２】同上の半導体マイクロデバイスの概略分解斜視図である。
【図３】同上の半導体マイクロデバイスにおける半導体素子の概略分解斜視図である。
【図４】同上の半導体マイクロデバイスにおける半導体素子の本体部を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略下面図である。
【図５】同上の半導体マイクロデバイスにおける半導体素子の本体部を示し、図４（ａ）のＤ−Ｄ’概略断面図である。
【図６】同上の半導体マイクロデバイスの要部説明図である。
【図７】同上の半導体マイクロデバイスの要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら本願発明の実施形態について説明する。
（実施形態１）
図１〜７は実施形態１にかかる半導体マイクロデバイスを示している。
【００１５】
この半導体マイクロデバイスは本体１と本体１の一面に形成された第一の固定基板２とその反対面に形成された第二の固定基板３とを有する半導体素子Ａと、半導体素子Ａが収納された表面実装型のパッケージ１０１とを備え、本体１は枠体部１ａと可動体部１ｂとを有し、可動体部１ｂは枠体部１ａの内側にビーム１ｃを介して設けられており、第一の固定基板２には固定電極４が可動体部１ｂ側表面に設けられており、第二の固定基板３にはダミー電極５が可動体部１ｂ側表面に設けられており、可動体部１ｂは第一の固定基板２と可動体部１ｂとの距離の変化を測定するための可動電極６を有する半導体マイクロデバイスであって、可動体部１ｂには当該可動体部１ｂが固定電極４またはダミー電極５に接触する際に直接接触することを防ぐ第一接触部７が固定電極４側とダミー電極５側に設けられており、固定電極４上とダミー電極５上の少なくともいずれかには可動体部１ｂが近接した際に第一接触部７と接触する第二接触部８が対向して設けられており、第一接触部７と第二接触部８の材料は絶縁体である。
【００１６】
またこの半導体マイクロデバイスは、第二接触部８と当該第二接触部８と対向する第一接触部７の材料は互いに同一の材料である。
【００１７】
またこの半導体マイクロデバイスは、第一接触部７と第二接触部８の材料はいずれもＳｉＯ２である。
【００１８】
またこの半導体マイクロデバイスは、対向する第一接触部７と第二接触部８はいずれかが他方より平面視で大きい。
【００１９】
ここで、この半導体マイクロデバイスは、第二接触部８は当該第二接触部８と対向する第一接触部７より平面視で大きい。
【００２０】
以下、実施形態１のより具体的な説明を行う。
【００２１】
本実施形態の半導体マイクロデバイスは、図１および図２に示すように、ＭＥＭＳチップの一種である加速度センサチップからなる半導体素子Ａと、半導体素子Ａが収納された表面実装型のパッケージ１０１とを備えている。
【００２２】
パッケージ１０１は、一面（図１（ｂ）における上面）が開放された箱状に形成されるとともに半導体素子Ａに電気的に接続される複数のリード１１２のアウタリード１１２ｂが外側面から導出された中空のプラスチックパッケージ本体１０２と、プラスチックパッケージ本体１０２の上記一面を閉塞する形でプラスチックパッケージ本体１０２に気密的に接合されるパッケージ蓋（リッド）１０３とで構成されている。なお、パッケージ蓋１０３の適宜部位には、レーザマーキング技術により製品名称や製造日時などを示す表記１１３が形成されている。
【００２３】
半導体素子Ａは、静電容量型の加速度センサチップであって、図３ないし図５に示すように、半導体基板であるＳＯＩ基板を用いて形成された本体１と、ガラス基板を用いて形成され本体１の一表面側（図５における上面側）に固定された第一の固定基板２と、ガラス基板を用いて形成され本体１の他表面側に固定された第二の固定基板３とを備えている。ここにおいて、本体１および各固定基板２，３の外周形状は矩形状であり、各固定基板２，３は本体１と同じ外形寸法に形成されている。また、本実施形態では、半導体基板として、シリコン基板からなる支持基板上のシリコン酸化膜からなる絶縁層（埋込酸化膜）上にｎ形のシリコン層（活性層）を有するＳＯＩ基板を用いているが、ＳＯＩ基板に限らず、例えば、シリコン基板を用いてもよい。また、各固定基板２，３が、ガラス基板を用いて形成されているが、ガラス基板に限らず、シリコン基板を用いて形成してもよい。
【００２４】
本体１は、２つの平面視矩形状の開口窓１４が上記一表面に沿って並設された枠体部１ａと、枠体部１ａの各開口窓１４の内側において各固定基板２，３からそれぞれ２μｍ離間して配置された２つの平面視矩形状の可動体部１ｂと、枠体部１ａの各開口窓１４の内側で可動体部１ｂを挟む形で配置され上記一表面側において枠体部１ａと可動体部１ｂとを連結した各一対のビーム１ｃとを備えており、枠体部１ａが各固定基板２，３と接合されている。なお、半導体素子Ａは、枠体部１ａの周部が全周に亘って各固定基板２，３の周部と接合されており、枠体部１ａと各固定基板２，３とで、チップサイズパッケージが構成されている。
【００２５】
ところで、本体１の枠体部１ａには、各開口窓１４それぞれに連通する平面視矩形状の窓孔１５が２つの開口窓１４と同じ方向に並設されており、各窓孔１５の内側には、それぞれ２つの固定子１６が一対のビーム１ｃの並設方向に沿って配置されている。
【００２６】
各固定子１６は、窓孔１５の内周面との間、可動体部１ｂの外周面との間、および隣り合う固定子１６との間に隙間が形成されており、互いに分離独立して電気的に絶縁されており、枠体部１ａとも電気的に絶縁されている。ここにおいて、各固定子１６は、両固定基板２，３と接合されている。また、本体１の上記一表面側において、各固定子１６には、金属薄膜（例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜）からなる円形状のパッド１８が形成され、枠体部１ａにおいて隣り合う窓孔１５の間の部位にも、金属薄膜（例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜）からなる円形状のパッド１８が形成されている。
【００２７】
また、第一の固定基板２には、各パッド１８を各別に露出させる複数（ここでは、５つ）のテーパ状の貫通孔１７が形成されている。ここで、第一の固定基板２は、各貫通孔１７を、本体１から離れるにつれて開口面積が徐々に大きくなるテーパ状に形成してあり、本体１において各パッド１８それぞれの外周縁から離れた各部位に各貫通孔１７の周部が接合されるように開口面積を設定してある。本実施形態における半導体素子Ａは、静電容量型の加速度センサチップであり、各固定子１６に形成された各パッド１８は後述の各固定電極４に電気的に接続され、枠体部１ａに形成されたパッド１８は後述の各可動電極６に電気的に接続されている。以上説明した複数のパッド１８は、半導体素子Ａの矩形状の外周形状の１辺に沿って配置されている。なお、半導体素子Ａは、各パッド１８を、第一の固定基板２における本体１側とは反対側の表面において当該半導体素子Ａの矩形状の外周形状の１辺に沿って配置して適宜の配線により各固定電極４および各可動電極６と電気的に接続するようにしてもよい。
【００２８】
以下、図３の左側に示した直交座標系のように、可動体部１ｂが並ぶ方向をｙ軸方向、本体１の上記一表面に沿う面内でｙ軸方向に直交する方向をｘ軸方向、ｘ軸方向とｙ軸方向とに直交する方向（つまり、本体１の厚み方向）をｚ軸方向として説明する。
【００２９】
半導体素子Ａにおける各ビーム１ｃは、ねじれ変形が可能なトーションばね（トーションバー）の役割を果たし、枠体部１ａおよび可動体部１ｂに比べて薄肉に形成されており、可動体部１ｂは、枠体部１ａに対して一対のビーム１ｃの回りで変位可能となっている（ｙ軸方向の軸回りで回動可能となっている）。つまり、一対のビーム１ｃは、枠体部１ａに対して可動体部１ｂが揺動自在となるように枠体部１ａと可動体部１ｂとを連結している。言い換えれば、枠体部１ａの開口窓１４の内側に配置される可動体部１ｂは、当該可動体部１ｂから相反する２方向へ延長された２つのビーム１ｃを介して枠体部１ａに揺動自在に支持されている。ここにおいて、枠体部１ａは、ＳＯＩ基板の支持基板１ａａ、絶縁層１ａｂ、シリコン層１ａｃそれぞれを利用して形成してある。これに対して、ビーム１ｃは、ＳＯＩ基板におけるシリコン層を利用して形成してあり、枠体部１ａよりも薄肉となっている。また、可動体部１ｂは、ＳＯＩ基板の支持基板１ｂａ、絶縁層１ｂｂ、シリコン層１ｂｃそれぞれを利用して形成してある。半導体素子Ａの本体１は、バルクマイクロマシニング技術などを利用して形成してある。
【００３０】
また、各固定子１６は、ＳＯＩ基板に適宜加工を施してから当該ＳＯＩ基板を第二の固定基板３に陽極接合により接合した後に、枠体部１ａから分離されている。
【００３１】
ところで、可動体部１ｂには、当該可動体部１ｂの過度の変位を規制する第一接触部７が設けられており、これらに対向するように固定電極４上とダミー電極４上に第二接触部８が設けられている（図５参照）。これによって、可動体部１ｂの過度の変位によるビーム１ｃの破損や各固定基板２，３の破損などを防止することができる。
【００３２】
ここで図６を参照して第一接触部７と第二接触部８の構造について詳しく説明する。
【００３３】
両接触部７，８はともに同じ絶縁体材料であるＳｉＯ２で形成されている。帯電列が同じ材料を用いることによって、両接触部７，８が互いに接触、摩擦した際に生じる接触帯電の発生を低減し、帯電による可動体部１ａの固着の発生を低減することができる。
【００３４】
また、第一接触部７は可動体部１ｂ表面を熱酸化して生成したＳｉＯ２形成することが可能なため、これに接触する第二接触部８をＳｉＯ２のＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）酸化膜によって形成することで別途別部材で第一接触部７を形成する必要がなくなり、製造容易とすることができる。
【００３５】
第二接触部８は平面視において第一接触部７よりも大きく形成されている。一方が他方より大きいため、両接触部７，８同士が接触しやすくすることができる。なお、第一接触部７を第二接触部８よりも平面視で大きくすることによっても同様の効果を奏することが可能であるが、第二接触部８が設けられる固定電極４、ダミー電極５上の方が、第一接触部７が設けられる可動体部１ｂ上よりも形成可能な領域が多いため、第二接触部８が第一接触部７よりも平面視で大きい方が、より好ましい。
ここで第一接触部７は厚みが１μｍ、面積が６００μｍ２であり、第二接触部８は厚みが０．１μｍであり面積が２０００μｍ２である。第二接触部８の厚みを第一接触部７の厚みより大きくすることでより両接触部７，８同士が接触しやすくすることができる。
【００３６】
また、第二接触部８は固定電極４上とダミー電極５上のいずれにも設けることが好ましいが、片側にのみ設けることによっても部品点数、製造プロセス数を削減しつつ一定の効果を奏することができる。
【００３７】
この場合、可動体部１ｂと第一の固定基板２，可動体部１ｂと第二の固定基板３とでより接触頻度が高い側に両接触部７，８を設けることが好ましい。例えば可動体部１ｂと第二の固定基板３との間を離間させた場合、両者の接触頻度が低くなるため、反対側の可動体部１ｂと第一の固定基板２間に、第一接触部７と第二接触部８とを設けることで部品点数、製造プロセス数を削減しつつ高い効果を奏することができる。
【００３８】
あるいは、本実施例のように可動体部１ｂと両固定基板２，３の間隔がそれぞれ等間隔（２μｍ）である場合は、両固定基板２，３のいずれかに０．１μｍ程度の厚みを有する第二接触部８を設けることでも部品点数、製造プロセス数を削減しつつ一定の効果を奏することができる。なお、当然のことながら、当該第二接触部８の厚みをさらに大きくすることで、より当該第二接触部８の接触頻度が高くなり当該第二接触部８が設けられていない固定基板に接触する可能性を小さくすることができる。
【００３９】
また可動体部１ｂが、本体１の上記一表面側に接合される第一の固定基板２側への変位するための空間を確保するために、可動体部１ｂは、支持基板１ｂａ、シリコン層１ｂｃをエッチングすることによって薄肉に形成している。
【００４０】
これら各部位の厚みを薄くせずに、第一の固定基板２の基礎となるガラス基板における本体１との対向面に可動体部１ｂの変位空間形成用凹部を形成し、当該変位空間形成用凹部の内底面に固定電極４を形成するようにしてもよい。また、半導体素子Ａは、本体１の上記他表面側に接合される第二の固定基板３側への可動体部１ｂの変位空間を確保するために、可動体部１ｂおよび枠体部１ａにおける開口窓１４の周部それぞれに対応する各部位における支持基板の厚みを薄くしてあるが、これら各部位の厚みを薄くせずに、第二の固定基板３の基礎となるガラス基板における本体１との対向面に可動体部１ｂの変位空間形成用凹部を形成するようにしてもよい。なお、本実施形態では、ＳＯＩ基板を用いて半導体素子Ａを形成しているので、シリコン基板を用いて形成する場合に比べて、各ビーム１ｃの厚み寸法の精度を高めることができる。
【００４１】
さらに、ここにおいて、本実施形態の半導体マイクロデバイスは、半導体素子Ａの各接触部を接触させるに十分な静電界を印加するバイアスユニット９を備えたチップ検査測定部９を有するＩＣチップＢが、半導体素子Ａとともにパッケージ１０１に収納されている。なお、本実施形態はあくまで一例であり、バイアスユニット９を用いることなくチップ検査測定部９を構成してもよい。また、製造時点においてチップ検査を行う場合、チップ検査部１０は必ずしも有する必要はない。
ＩＣチップＢは、ＡＳＩＣ（Application Specific ＩＣ）であり、シリコン基板を用いて形成されており、裏面全面がシリコーン系樹脂を用いて接着されている。また、ＩＣチップＢには半導体素子Ａの出力信号を信号処理する信号処理回路も形成されている。なお、ＩＣチップＢの機能は、半導体素子Ａの機能に応じて適宜設計すればよく、半導体素子Ａと協働するものであればよい。また、ＩＣチップＢは、必ずしも、半導体素子Ａと同一のパッケージ１０１に収納する必要はなく、この場合は、半導体素子Ａの各パッド１８に一端部が接続されるボンディングワイヤＷの他端部をプラスパッケージ本体１０２のリード１１２のインナリード１１２ａに接続すればよい。ただし、ＩＣチップＢを半導体素子Ａと同じパッケージ１０１に収納した場合のほうが、異なるパッケージに収納する場合に比べて、半導体マイクロデバイス全体の小型化および低コスト化を図れるとともに加速度の検出精度の向上を図れる。
【００４２】
本実施形態では、ＩＣチップＢが１枚のシリコン基板を用いて形成されているのに対して、半導体素子ＡがＳＯＩ基板と２つのガラス基板とを用いて形成されており、半導体素子Ａの厚みがＩＣチップＢの厚みに比べて大きくなっているので、上述のプラスチックパッケージ本体１０２の底部において半導体素子Ａを搭載する搭載面をＩＣチップＢの搭載部位よりも凹ませてある（したがって、半導体素子Ａを搭載する部位は底部の肉厚が他の部位に比べて薄くなっている）。なお、本実施形態では、プラスチックパッケージ本体１０２の外形を１０ｍｍ×７ｍｍ×３ｍｍの直方体としてあるが、この数値は一例であり、半導体素子ＡやＩＣチップＢの外形、リード１１２の本数やピッチなどに応じて適宜設定すればよい。
【００４３】
本実施形態における半導体素子Ａは、上述の説明から分かるように、各可動体部１ｂがｙ軸方向に沿って延長された一対のビーム１ｃを介して枠体部１ａに連結され、第一の固定基板２において各可動体部１ｂそれぞれに対向する部位ごとにｘ軸方向に沿って金属薄膜（例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜など）からなる２つの固定電極４１、５２が並設されるとともに、各可動体部１ｂに可動電極６が設けられており、ｚ軸方向において対向して対をなす可動電極６と固定電極４との対の間に空隙が形成されている。ここで、各一対のビーム１ｃは、平面視における可動体部１ｂのｙ軸方向に沿った中心線の延長線上に形成されている。
【００４４】
また、本体１の可動体部１ｂは、上記他表面側において可動体部１ｂのｙ軸方向の中心線（ここでは、一対のビーム１ｃを結ぶ直線に一致する）におけるｘ軸方向の両側に、矩形状に開口され互いに大きさの異なる凹部１２，１３が形成されており、当該両側の部分で平面サイズが同じであるにもかかわらず互いに質量が異なっている。また、本体１は、可動体部１ｂにおいて開口サイズの大きな凹部１３内に、凹部１３の矩形状の内底面の２つの対角線に沿ったＸ字状の補強壁１９が、凹部１３の内底面と内側面とに連続する形で形成されている。また、本体１は、隣り合う開口窓１４それぞれに配置された２つの可動体部１ｂに関して、当該本体１の上記一表面に沿った面内において一方の可動体部１ｂが他方の可動体部１ｂを１８０°回転させた形で形成されている。
【００４５】
半導体素子Ａは、上述の説明から分かるように、対となる可動電極６と固定電極４とを有する構造を二つ有している。よって本体１に設けられた可動電極６と第一の固定基板２に設けられた固定電極４との対を４対有しており、可動電極６と固定電極４との対ごとに可変容量コンデンサが構成されている。要するに、半導体素子Ａは、可動体部１ｂが振動することにより、対をなす固定電極４と可動電極６との対向面積が変化し、可変容量コンデンサの静電容量が変化する。
【００４６】
なお、以下では、説明の便宜上、４個の固定電極４について、図３における左上の固定電極４の符号を４Ａａ、左下の固定電極４の符号を４Ａｂ、右上の固定電極４の符号を４Ｂａ、右下の固定電極４の符号を４Ｂｂとし、２個の可動電極６について、図３における左側の可動電極６の符号を６Ａ、右側の可動電極６の符号を６Ｂとして説明する。
【００４７】
ここにおいて、図３において４つの固定子１６それぞれに形成された４つのパッド１８について、左側から順に符号を１８Ａａ，１８Ａｂ，１８Ｂａ，１８Ｂｂとすれば、各パッド１８Ａａ，１８Ａｂ，１８Ｂａ，１８Ｂｂは、それぞれ、固定子１６、および第二の固定基板２において固定電極４と連続一体に形成された金属配線２６（図５参照）を介して固定電極４Ａａ，４Ａｂ，４Ｂａ，４Ｂｂと電気的に接続されている。ここで、本体１は、各固定子１６における可動体部１ｂ側の端部の表面を本体１の上記一表面よりも後退させてあり、固定子１６における当該端部の表面に、第二の固定基板２の金属配線２６が圧接される連絡用導体部が形成されている。また、枠体部１ａに形成されたパッド１８は、可動電極６Ａ，６Ｂの両方と電気的に接続されている。
【００４８】
ここで、半導体素子Ａの基本的な動作例について説明する。
【００４９】
いま、半導体素子Ａに加速度がかかっていない状態で、半導体素子Ａに対してｘ軸方向（ｘ軸の正方向）の加速度がかかって各可動体部１ｂが一対のビーム１ｃを回動軸として回動して各可変容量コンデンサの静電容量が変化する。ここにおいて、半導体素子Ａに加速度がかかっていない状態での各可変容量コンデンサの静電容量をＣ０とし、ｘ軸方向の加速度がかかったときの、各可変容量コンデンサの静電容量の変化分をΔＣ、可動電極６Ａと固定電極４Ａａとで構成される可変容量コンデンサの静電容量をＣＡａ、可動電極６Ａと固定電極４Ａｂとで構成される可変容量コンデンサの静電容量をＣＡｂ、可動電極６Ｂと固定電極４Ｂａとで構成される可変容量コンデンサの静電容量をＣＢａ、可動電極６Ｂと固定電極４Ｂｂとで構成される可変容量コンデンサの静電容量をＣＢｂとすれば、
ＣＡａ＝Ｃ０＋ΔＣ
ＣＡｂ＝Ｃ０−ΔＣ
ＣＢａ＝Ｃ０＋ΔＣ
ＣＢｂ＝Ｃ０−ΔＣ
となる。ここで、一方の可動体部１ｂ側の２個の可変容量コンデンサの静電容量の差分値（＝ＣＡａ−ＣＡｂ）と、他方の可動体部１ｂ側の２個の可変容量コンデンサの静電容量の差分値（＝ＣＢａ−ＣＢｂ）との和は４ΔＣとなる。
【００５０】
また、同様に、半導体素子Ａにｚ軸方向の加速度がかかったときの、各可変容量コンデンサの静電容量の変化分をΔＣ、可動電極６Ａと固定電極４Ａａとで構成される可変容量コンデンサの静電容量をＣＡａ、可動電極６Ａと固定電極４Ａｂとで構成される可変容量コンデンサの静電容量をＣＡｂ、可動電極６Ｂと固定電極４Ｂａとで構成される可変容量コンデンサの静電容量をＣＢａ、可動電極６Ｂと固定電極４Ｂｂとで構成される可変容量コンデンサの静電容量をＣＢｂとすれば、
ＣＡａ＝Ｃ０＋ΔＣ
ＣＡｂ＝Ｃ０−ΔＣ
ＣＢａ＝Ｃ０−ΔＣ
ＣＢｂ＝Ｃ０＋ΔＣ
となる。ここで、一方の可動体部１ｂ側の２個の可変容量コンデンサの静電容量の差分値（＝ＣＡａ−ＣＡｂ）と、他方の可動体部１ｂ側の２個の可変容量コンデンサの静電容量の差分値（＝ＣＢｂ−ＣＢａ）との和は４ΔＣとなる。
【００５１】
しかして、｛（ＣＡａ−ＣＡｂ）＋（ＣＢａ−ＣＢｂ）｝の静電容量の変化に基づいて、半導体素子Ａのｘ軸方向に作用した加速度を検出することができ、｛（ＣＡａ−ＣＡｂ）＋（ＣＢｂ−ＣＢａ）｝の静電容量の変化に基づいて、半導体素子Ａのｚ軸方向に作用した加速度を検出することができる。
【００５２】
本実施形態によれば、第一接触部７、第二接触部８の材料が絶縁体であるため、接触帯電を起こりにくくし、静電気の影響による固着（スティクション）を生じにくくすることができ、特性異常を軽減することができる。また、対向する接触部同士は帯電列に差がない、互いに同一の材料であるため、より接触帯電を起こりにくくすることができる。また、第一接触部７と第二接触部８はＳｉＯ２で設けられているので製造容易とすることができる。また、第一接触部７と第二接触部８はいずれかが他方より平面視で大きいため、より両者を接触させやすくすることができる。また、第二接触部８はこれに接触する第一接触部７より大きいため、より製造容易とすることができる。
【符号の説明】
【００５３】
Ａ 半導体素子
１ 本体
１ａ 枠体部
１ｂ 可動体部
１ｃ ビーム
２ 第一の固定基板
３ 第二の固定基板
４ 固定電極
５ ダミー電極
６ 可動電極
７ 第一接触部
８ 第二接触部
９ バイアスユニット
１０ チップ検査測定部
Ｂ ＩＣチップ
１０１ パッケージ
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、半導体マイクロデバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、マイクロマシンニング技術を利用して可動電極と固定電極が形成された半導体マイクロデバイスが提案されている。
例えば、特開２００６−１７５５５４号公報（特許文献１）である。
この半導体マイクロデバイスは微小電気機械要素と集積回路とが１つの半導体素子形成基板に形成されたＭＥＭＳデバイスであって、素子形成基板が、第一の半導体基板と、第一の半導体基板の厚み方向の一表面側に設けられ少なくとも一部が第一の半導体基板よりも抵抗率の大きな第二の半導体基板とを有した多層基板であり、微小電気機械要素が少なくとも第一の半導体基板に形成されるとともに、集積回路が第二の半導体基板において第一の半導体基板よりも抵抗率の大きな部分に形成されてなることを特徴とする。
そして注目すべきは前記素子形成基板には検出質量体と固定電極である固定櫛歯片とが設けられ、前記検出質量体には可動電極である可動櫛歯片が設けられている点である。
各固定櫛歯片と各可動櫛歯片とは互いに離間しており、検出質量体が変位する際の固定櫛歯片と可動櫛歯片との距離変化に伴う静電容量の変化を検出できるようにしてある。すなわち、固定櫛歯片と可動櫛歯片とにより検出質量体の変位を検出する検出手段が構成されている。
微小電気機械要素を抵抗率の比較的小さな第一の半導体基板に形成し、集積回路を抵抗率の比較的大きな第二の半導体基板に形成することにより、微小電気機械要素と集積回路との両方の高性能化が可能になり、デバイス全体としての高性能化を図ることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１７５５５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来の半導体マイクロデバイスは前記検出質量体が浮遊部となっている。
【０００５】
このような構成の場合、前記固定電極と前記可動電極が直接接触することを防止する為に接触部を設ける必要があるが、その場合、前記接触部での接触帯電によって、静電気が発生し、可動部である可動電極が静電気の影響を受けて特性異常が起こる。
【０００６】
本願発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、接触部での接触帯電を起こりにくくし、可動部の特性異常をもたらす静電気の影響を緩和する半導体マイクロデバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明の半導体マイクロデバイスは本体と前記本体の一面に形成された第一の固定基板とその反対面に形成された第二の固定基板とを有する半導体素子と、前記半導体素子が収納された表面実装型のパッケージとを備え、前記本体は枠体部と可動体部とを有し、前記可動体部は前記枠体部の内側にビームを介して設けられており、前記第一の固定基板には固定電極が前記可動体部側表面に設けられており、前記第二の固定基板にはダミー電極が前記可動体部側表面に設けられており、前記可動体部は前記第一の固定基板と前記可動体部との距離の変化を測定するための可動電極を有する半導体マイクロデバイスであって、前記可動体部には当該可動体部が前記固定電極または前記ダミー電極に接触する際に直接接触することを防ぐ第一接触部が前記固定電極側と前記ダミー電極側に設けられており、前記固定電極上と前記ダミー電極上の少なくともいずれかには前記可動体部が近接した際に前記第一接触部と接触する第二接触部が対向して設けられており、前記第一接触部と前記第二接触部の材料は絶縁体であることを特徴とする。
【０００８】
またこの半導体マイクロデバイスは、前記第二接触部と当該第二接触部と対向する前記第一接触部の材料は互いに同一の材料であることが好ましい。
【０００９】
またこの半導体マイクロデバイスは、前記第一接触部と前記第二接触部の材料はいずれもＳｉＯ２であることが好ましい。
【００１０】
またこの半導体マイクロデバイスは、対向する前記第一接触部と前記第二接触部はいずれかが他方より平面視で大きいことが好ましい。
【００１１】
またこの半導体マイクロデバイスは、前記第二接触部は当該第二接触部と対向する前記第一接触部より平面視で大きいことが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本願発明の半導体マイクロデバイスは、接触部において同一の材料を用いることで接触帯電を起こりにくくし、静電気の影響による半導体マイクロデバイスの固着（スティクション）を生じにくくすることができ、長寿命化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本願実施形態１の半導体マイクロデバイスを示し、（ａ）は概略分解斜視図、（ｂ）は概略断面図である。
【図２】同上の半導体マイクロデバイスの概略分解斜視図である。
【図３】同上の半導体マイクロデバイスにおける半導体素子の概略分解斜視図である。
【図４】同上の半導体マイクロデバイスにおける半導体素子の本体部を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略下面図である。
【図５】同上の半導体マイクロデバイスにおける半導体素子の本体部を示し、図４（ａ）のＤ−Ｄ’概略断面図である。
【図６】同上の半導体マイクロデバイスの要部説明図である。
【図７】同上の半導体マイクロデバイスの要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら本願発明の実施形態について説明する。
（実施形態１）
図１〜７は実施形態１にかかる半導体マイクロデバイスを示している。
【００１５】
この半導体マイクロデバイスは本体１と本体１の一面に形成された第一の固定基板２とその反対面に形成された第二の固定基板３とを有する半導体素子Ａと、半導体素子Ａが収納された表面実装型のパッケージ１０１とを備え、本体１は枠体部１ａと可動体部１ｂとを有し、可動体部１ｂは枠体部１ａの内側にビーム１ｃを介して設けられており、第一の固定基板２には固定電極４が可動体部１ｂ側表面に設けられており、第二の固定基板３にはダミー電極５が可動体部１ｂ側表面に設けられており、可動体部１ｂは第一の固定基板２と可動体部１ｂとの距離の変化を測定するための可動電極６を有する半導体マイクロデバイスであって、可動体部１ｂには当該可動体部１ｂが固定電極４またはダミー電極５に接触する際に直接接触することを防ぐ第一接触部７が固定電極４側とダミー電極５側に設けられており、固定電極４上とダミー電極５上の少なくともいずれかには可動体部１ｂが近接した際に第一接触部７と接触する第二接触部８が対向して設けられており、第一接触部７と第二接触部８の材料は絶縁体である。
【００１６】
またこの半導体マイクロデバイスは、第二接触部８と当該第二接触部８と対向する第一接触部７の材料は互いに同一の材料である。
【００１７】
またこの半導体マイクロデバイスは、第一接触部７と第二接触部８の材料はいずれもＳｉＯ２である。
【００１８】
またこの半導体マイクロデバイスは、対向する第一接触部７と第二接触部８はいずれかが他方より平面視で大きい。
【００１９】
ここで、この半導体マイクロデバイスは、第二接触部８は当該第二接触部８と対向する第一接触部７より平面視で大きい。
【００２０】
以下、実施形態１のより具体的な説明を行う。
【００２１】
本実施形態の半導体マイクロデバイスは、図１および図２に示すように、ＭＥＭＳチップの一種である加速度センサチップからなる半導体素子Ａと、半導体素子Ａが収納された表面実装型のパッケージ１０１とを備えている。
【００２２】
パッケージ１０１は、一面（図１（ｂ）における上面）が開放された箱状に形成されるとともに半導体素子Ａに電気的に接続される複数のリード１１２のアウタリード１１２ｂが外側面から導出された中空のプラスチックパッケージ本体１０２と、プラスチックパッケージ本体１０２の上記一面を閉塞する形でプラスチックパッケージ本体１０２に気密的に接合されるパッケージ蓋（リッド）１０３とで構成されている。なお、パッケージ蓋１０３の適宜部位には、レーザマーキング技術により製品名称や製造日時などを示す表記１１３が形成されている。
【００２３】
半導体素子Ａは、静電容量型の加速度センサチップであって、図３ないし図５に示すように、半導体基板であるＳＯＩ基板を用いて形成された本体１と、ガラス基板を用いて形成され本体１の一表面側（図５における上面側）に固定された第一の固定基板２と、ガラス基板を用いて形成され本体１の他表面側に固定された第二の固定基板３とを備えている。ここにおいて、本体１および各固定基板２，３の外周形状は矩形状であり、各固定基板２，３は本体１と同じ外形寸法に形成されている。また、本実施形態では、半導体基板として、シリコン基板からなる支持基板上のシリコン酸化膜からなる絶縁層（埋込酸化膜）上にｎ形のシリコン層（活性層）を有するＳＯＩ基板を用いているが、ＳＯＩ基板に限らず、例えば、シリコン基板を用いてもよい。また、各固定基板２，３が、ガラス基板を用いて形成されているが、ガラス基板に限らず、シリコン基板を用いて形成してもよい。
【００２４】
本体１は、２つの平面視矩形状の開口窓１４が上記一表面に沿って並設された枠体部１ａと、枠体部１ａの各開口窓１４の内側において各固定基板２，３からそれぞれ２μｍ離間して配置された２つの平面視矩形状の可動体部１ｂと、枠体部１ａの各開口窓１４の内側で可動体部１ｂを挟む形で配置され上記一表面側において枠体部１ａと可動体部１ｂとを連結した各一対のビーム１ｃとを備えており、枠体部１ａが各固定基板２，３と接合されている。なお、半導体素子Ａは、枠体部１ａの周部が全周に亘って各固定基板２，３の周部と接合されており、枠体部１ａと各固定基板２，３とで、チップサイズパッケージが構成されている。
【００２５】
ところで、本体１の枠体部１ａには、各開口窓１４それぞれに連通する平面視矩形状の窓孔１５が２つの開口窓１４と同じ方向に並設されており、各窓孔１５の内側には、それぞれ２つの固定子１６が一対のビーム１ｃの並設方向に沿って配置されている。
【００２６】
各固定子１６は、窓孔１５の内周面との間、可動体部１ｂの外周面との間、および隣り合う固定子１６との間に隙間が形成されており、互いに分離独立して電気的に絶縁されており、枠体部１ａとも電気的に絶縁されている。ここにおいて、各固定子１６は、両固定基板２，３と接合されている。また、本体１の上記一表面側において、各固定子１６には、金属薄膜（例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜）からなる円形状のパッド１８が形成され、枠体部１ａにおいて隣り合う窓孔１５の間の部位にも、金属薄膜（例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜）からなる円形状のパッド１８が形成されている。
【００２７】
また、第一の固定基板２には、各パッド１８を各別に露出させる複数（ここでは、５つ）のテーパ状の貫通孔１７が形成されている。ここで、第一の固定基板２は、各貫通孔１７を、本体１から離れるにつれて開口面積が徐々に大きくなるテーパ状に形成してあり、本体１において各パッド１８それぞれの外周縁から離れた各部位に各貫通孔１７の周部が接合されるように開口面積を設定してある。本実施形態における半導体素子Ａは、静電容量型の加速度センサチップであり、各固定子１６に形成された各パッド１８は後述の各固定電極４に電気的に接続され、枠体部１ａに形成されたパッド１８は後述の各可動電極６に電気的に接続されている。以上説明した複数のパッド１８は、半導体素子Ａの矩形状の外周形状の１辺に沿って配置されている。なお、半導体素子Ａは、各パッド１８を、第一の固定基板２における本体１側とは反対側の表面において当該半導体素子Ａの矩形状の外周形状の１辺に沿って配置して適宜の配線により各固定電極４および各可動電極６と電気的に接続するようにしてもよい。
【００２８】
以下、図３の左側に示した直交座標系のように、可動体部１ｂが並ぶ方向をｙ軸方向、本体１の上記一表面に沿う面内でｙ軸方向に直交する方向をｘ軸方向、ｘ軸方向とｙ軸方向とに直交する方向（つまり、本体１の厚み方向）をｚ軸方向として説明する。
【００２９】
半導体素子Ａにおける各ビーム１ｃは、ねじれ変形が可能なトーションばね（トーションバー）の役割を果たし、枠体部１ａおよび可動体部１ｂに比べて薄肉に形成されており、可動体部１ｂは、枠体部１ａに対して一対のビーム１ｃの回りで変位可能となっている（ｙ軸方向の軸回りで回動可能となっている）。つまり、一対のビーム１ｃは、枠体部１ａに対して可動体部１ｂが揺動自在となるように枠体部１ａと可動体部１ｂとを連結している。言い換えれば、枠体部１ａの開口窓１４の内側に配置される可動体部１ｂは、当該可動体部１ｂから相反する２方向へ延長された２つのビーム１ｃを介して枠体部１ａに揺動自在に支持されている。ここにおいて、枠体部１ａは、ＳＯＩ基板の支持基板１ａａ、絶縁層１ａｂ、シリコン層１ａｃそれぞれを利用して形成してある。これに対して、ビーム１ｃは、ＳＯＩ基板におけるシリコン層を利用して形成してあり、枠体部１ａよりも薄肉となっている。また、可動体部１ｂは、ＳＯＩ基板の支持基板１ｂａ、絶縁層１ｂｂ、シリコン層１ｂｃそれぞれを利用して形成してある。半導体素子Ａの本体１は、バルクマイクロマシニング技術などを利用して形成してある。
【００３０】
また、各固定子１６は、ＳＯＩ基板に適宜加工を施してから当該ＳＯＩ基板を第二の固定基板３に陽極接合により接合した後に、枠体部１ａから分離されている。
【００３１】
ところで、可動体部１ｂには、当該可動体部１ｂの過度の変位を規制する第一接触部７が設けられており、これらに対向するように固定電極４上とダミー電極４上に第二接触部８が設けられている（図５参照）。これによって、可動体部１ｂの過度の変位によるビーム１ｃの破損や各固定基板２，３の破損などを防止することができる。
【００３２】
ここで図６を参照して第一接触部７と第二接触部８の構造について詳しく説明する。
【００３３】
両接触部７，８はともに同じ絶縁体材料であるＳｉＯ２で形成されている。帯電列が同じ材料を用いることによって、両接触部７，８が互いに接触、摩擦した際に生じる接触帯電の発生を低減し、帯電による可動体部１ａの固着の発生を低減することができる。
【００３４】
また、第一接触部７は可動体部１ｂ表面を熱酸化して生成したＳｉＯ２形成することが可能なため、これに接触する第二接触部８をＳｉＯ２のＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）酸化膜によって形成することで別途別部材で第一接触部７を形成する必要がなくなり、製造容易とすることができる。
【００３５】
第二接触部８は平面視において第一接触部７よりも大きく形成されている。一方が他方より大きいため、両接触部７，８同士が接触しやすくすることができる。なお、第一接触部７を第二接触部８よりも平面視で大きくすることによっても同様の効果を奏することが可能であるが、第二接触部８が設けられる固定電極４、ダミー電極５上の方が、第一接触部７が設けられる可動体部１ｂ上よりも形成可能な領域が多いため、第二接触部８が第一接触部７よりも平面視で大きい方が、より好ましい。
ここで第一接触部７は厚みが１μｍ、面積が６００μｍ２であり、第二接触部８は厚みが０．１μｍであり面積が２０００μｍ２である。第二接触部８の厚みを第一接触部７の厚みより大きくすることでより両接触部７，８同士が接触しやすくすることができる。
【００３６】
また、第二接触部８は固定電極４上とダミー電極５上のいずれにも設けることが好ましいが、片側にのみ設けることによっても部品点数、製造プロセス数を削減しつつ一定の効果を奏することができる。
【００３７】
この場合、可動体部１ｂと第一の固定基板２，可動体部１ｂと第二の固定基板３とでより接触頻度が高い側に両接触部７，８を設けることが好ましい。例えば可動体部１ｂと第二の固定基板３との間を離間させた場合、両者の接触頻度が低くなるため、反対側の可動体部１ｂと第一の固定基板２間に、第一接触部７と第二接触部８とを設けることで部品点数、製造プロセス数を削減しつつ高い効果を奏することができる。
【００３８】
あるいは、本実施例のように可動体部１ｂと両固定基板２，３の間隔がそれぞれ等間隔（２μｍ）である場合は、両固定基板２，３のいずれかに０．１μｍ程度の厚みを有する第二接触部８を設けることでも部品点数、製造プロセス数を削減しつつ一定の効果を奏することができる。なお、当然のことながら、当該第二接触部８の厚みをさらに大きくすることで、より当該第二接触部８の接触頻度が高くなり当該第二接触部８が設けられていない固定基板に接触する可能性を小さくすることができる。
【００３９】
また可動体部１ｂが、本体１の上記一表面側に接合される第一の固定基板２側への変位するための空間を確保するために、可動体部１ｂは、支持基板１ｂａ、シリコン層１ｂｃをエッチングすることによって薄肉に形成している。
【００４０】
これら各部位の厚みを薄くせずに、第一の固定基板２の基礎となるガラス基板における本体１との対向面に可動体部１ｂの変位空間形成用凹部を形成し、当該変位空間形成用凹部の内底面に固定電極４を形成するようにしてもよい。また、半導体素子Ａは、本体１の上記他表面側に接合される第二の固定基板３側への可動体部１ｂの変位空間を確保するために、可動体部１ｂおよび枠体部１ａにおける開口窓１４の周部それぞれに対応する各部位における支持基板の厚みを薄くしてあるが、これら各部位の厚みを薄くせずに、第二の固定基板３の基礎となるガラス基板における本体１との対向面に可動体部１ｂの変位空間形成用凹部を形成するようにしてもよい。なお、本実施形態では、ＳＯＩ基板を用いて半導体素子Ａを形成しているので、シリコン基板を用いて形成する場合に比べて、各ビーム１ｃの厚み寸法の精度を高めることができる。
【００４１】
さらに、ここにおいて、本実施形態の半導体マイクロデバイスは、半導体素子Ａの各接触部を接触させるに十分な静電界を印加するバイアスユニット９を備えたチップ検査測定部９を有するＩＣチップＢが、半導体素子Ａとともにパッケージ１０１に収納されている。なお、本実施形態はあくまで一例であり、バイアスユニット９を用いることなくチップ検査測定部９を構成してもよい。また、製造時点においてチップ検査を行う場合、チップ検査部１０は必ずしも有する必要はない。
ＩＣチップＢは、ＡＳＩＣ（Application Specific ＩＣ）であり、シリコン基板を用いて形成されており、裏面全面がシリコーン系樹脂を用いて接着されている。また、ＩＣチップＢには半導体素子Ａの出力信号を信号処理する信号処理回路も形成されている。なお、ＩＣチップＢの機能は、半導体素子Ａの機能に応じて適宜設計すればよく、半導体素子Ａと協働するものであればよい。また、ＩＣチップＢは、必ずしも、半導体素子Ａと同一のパッケージ１０１に収納する必要はなく、この場合は、半導体素子Ａの各パッド１８に一端部が接続されるボンディングワイヤＷの他端部をプラスパッケージ本体１０２のリード１１２のインナリード１１２ａに接続すればよい。ただし、ＩＣチップＢを半導体素子Ａと同じパッケージ１０１に収納した場合のほうが、異なるパッケージに収納する場合に比べて、半導体マイクロデバイス全体の小型化および低コスト化を図れるとともに加速度の検出精度の向上を図れる。
【００４２】
本実施形態では、ＩＣチップＢが１枚のシリコン基板を用いて形成されているのに対して、半導体素子ＡがＳＯＩ基板と２つのガラス基板とを用いて形成されており、半導体素子Ａの厚みがＩＣチップＢの厚みに比べて大きくなっているので、上述のプラスチックパッケージ本体１０２の底部において半導体素子Ａを搭載する搭載面をＩＣチップＢの搭載部位よりも凹ませてある（したがって、半導体素子Ａを搭載する部位は底部の肉厚が他の部位に比べて薄くなっている）。なお、本実施形態では、プラスチックパッケージ本体１０２の外形を１０ｍｍ×７ｍｍ×３ｍｍの直方体としてあるが、この数値は一例であり、半導体素子ＡやＩＣチップＢの外形、リード１１２の本数やピッチなどに応じて適宜設定すればよい。
【００４３】
本実施形態における半導体素子Ａは、上述の説明から分かるように、各可動体部１ｂがｙ軸方向に沿って延長された一対のビーム１ｃを介して枠体部１ａに連結され、第一の固定基板２において各可動体部１ｂそれぞれに対向する部位ごとにｘ軸方向に沿って金属薄膜（例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜など）からなる２つの固定電極４１、５２が並設されるとともに、各可動体部１ｂに可動電極６が設けられており、ｚ軸方向において対向して対をなす可動電極６と固定電極４との対の間に空隙が形成されている。ここで、各一対のビーム１ｃは、平面視における可動体部１ｂのｙ軸方向に沿った中心線の延長線上に形成されている。
【００４４】
また、本体１の可動体部１ｂは、上記他表面側において可動体部１ｂのｙ軸方向の中心線（ここでは、一対のビーム１ｃを結ぶ直線に一致する）におけるｘ軸方向の両側に、矩形状に開口され互いに大きさの異なる凹部１２，１３が形成されており、当該両側の部分で平面サイズが同じであるにもかかわらず互いに質量が異なっている。また、本体１は、可動体部１ｂにおいて開口サイズの大きな凹部１３内に、凹部１３の矩形状の内底面の２つの対角線に沿ったＸ字状の補強壁１９が、凹部１３の内底面と内側面とに連続する形で形成されている。また、本体１は、隣り合う開口窓１４それぞれに配置された２つの可動体部１ｂに関して、当該本体１の上記一表面に沿った面内において一方の可動体部１ｂが他方の可動体部１ｂを１８０°回転させた形で形成されている。
【００４５】
半導体素子Ａは、上述の説明から分かるように、対となる可動電極６と固定電極４とを有する構造を二つ有している。よって本体１に設けられた可動電極６と第一の固定基板２に設けられた固定電極４との対を４対有しており、可動電極６と固定電極４との対ごとに可変容量コンデンサが構成されている。要するに、半導体素子Ａは、可動体部１ｂが振動することにより、対をなす固定電極４と可動電極６との対向面積が変化し、可変容量コンデンサの静電容量が変化する。
【００４６】
なお、以下では、説明の便宜上、４個の固定電極４について、図３における左上の固定電極４の符号を４Ａａ、左下の固定電極４の符号を４Ａｂ、右上の固定電極４の符号を４Ｂａ、右下の固定電極４の符号を４Ｂｂとし、２個の可動電極６について、図３における左側の可動電極６の符号を６Ａ、右側の可動電極６の符号を６Ｂとして説明する。
【００４７】
ここにおいて、図３において４つの固定子１６それぞれに形成された４つのパッド１８について、左側から順に符号を１８Ａａ，１８Ａｂ，１８Ｂａ，１８Ｂｂとすれば、各パッド１８Ａａ，１８Ａｂ，１８Ｂａ，１８Ｂｂは、それぞれ、固定子１６、および第二の固定基板２において固定電極４と連続一体に形成された金属配線２６（図５参照）を介して固定電極４Ａａ，４Ａｂ，４Ｂａ，４Ｂｂと電気的に接続されている。ここで、本体１は、各固定子１６における可動体部１ｂ側の端部の表面を本体１の上記一表面よりも後退させてあり、固定子１６における当該端部の表面に、第二の固定基板２の金属配線２６が圧接される連絡用導体部が形成されている。また、枠体部１ａに形成されたパッド１８は、可動電極６Ａ，６Ｂの両方と電気的に接続されている。
【００４８】
ここで、半導体素子Ａの基本的な動作例について説明する。
【００４９】
いま、半導体素子Ａに加速度がかかっていない状態で、半導体素子Ａに対してｘ軸方向（ｘ軸の正方向）の加速度がかかって各可動体部１ｂが一対のビーム１ｃを回動軸として回動して各可変容量コンデンサの静電容量が変化する。ここにおいて、半導体素子Ａに加速度がかかっていない状態での各可変容量コンデンサの静電容量をＣ０とし、ｘ軸方向の加速度がかかったときの、各可変容量コンデンサの静電容量の変化分をΔＣ、可動電極６Ａと固定電極４Ａａとで構成される可変容量コンデンサの静電容量をＣＡａ、可動電極６Ａと固定電極４Ａｂとで構成される可変容量コンデンサの静電容量をＣＡｂ、可動電極６Ｂと固定電極４Ｂａとで構成される可変容量コンデンサの静電容量をＣＢａ、可動電極６Ｂと固定電極４Ｂｂとで構成される可変容量コンデンサの静電容量をＣＢｂとすれば、
ＣＡａ＝Ｃ０＋ΔＣ
ＣＡｂ＝Ｃ０−ΔＣ
ＣＢａ＝Ｃ０＋ΔＣ
ＣＢｂ＝Ｃ０−ΔＣ
となる。ここで、一方の可動体部１ｂ側の２個の可変容量コンデンサの静電容量の差分値（＝ＣＡａ−ＣＡｂ）と、他方の可動体部１ｂ側の２個の可変容量コンデンサの静電容量の差分値（＝ＣＢａ−ＣＢｂ）との和は４ΔＣとなる。
【００５０】
また、同様に、半導体素子Ａにｚ軸方向の加速度がかかったときの、各可変容量コンデンサの静電容量の変化分をΔＣ、可動電極６Ａと固定電極４Ａａとで構成される可変容量コンデンサの静電容量をＣＡａ、可動電極６Ａと固定電極４Ａｂとで構成される可変容量コンデンサの静電容量をＣＡｂ、可動電極６Ｂと固定電極４Ｂａとで構成される可変容量コンデンサの静電容量をＣＢａ、可動電極６Ｂと固定電極４Ｂｂとで構成される可変容量コンデンサの静電容量をＣＢｂとすれば、
ＣＡａ＝Ｃ０＋ΔＣ
ＣＡｂ＝Ｃ０−ΔＣ
ＣＢａ＝Ｃ０−ΔＣ
ＣＢｂ＝Ｃ０＋ΔＣ
となる。ここで、一方の可動体部１ｂ側の２個の可変容量コンデンサの静電容量の差分値（＝ＣＡａ−ＣＡｂ）と、他方の可動体部１ｂ側の２個の可変容量コンデンサの静電容量の差分値（＝ＣＢｂ−ＣＢａ）との和は４ΔＣとなる。
【００５１】
しかして、｛（ＣＡａ−ＣＡｂ）＋（ＣＢａ−ＣＢｂ）｝の静電容量の変化に基づいて、半導体素子Ａのｘ軸方向に作用した加速度を検出することができ、｛（ＣＡａ−ＣＡｂ）＋（ＣＢｂ−ＣＢａ）｝の静電容量の変化に基づいて、半導体素子Ａのｚ軸方向に作用した加速度を検出することができる。
【００５２】
本実施形態によれば、第一接触部７、第二接触部８の材料が絶縁体であるため、接触帯電を起こりにくくし、静電気の影響による固着（スティクション）を生じにくくすることができ、特性異常を軽減することができる。また、対向する接触部同士は帯電列に差がない、互いに同一の材料であるため、より接触帯電を起こりにくくすることができる。また、第一接触部７と第二接触部８はＳｉＯ２で設けられているので製造容易とすることができる。また、第一接触部７と第二接触部８はいずれかが他方より平面視で大きいため、より両者を接触させやすくすることができる。また、第二接触部８はこれに接触する第一接触部７より大きいため、より製造容易とすることができる。
【符号の説明】
【００５３】
Ａ 半導体素子
１ 本体
１ａ 枠体部
１ｂ 可動体部
１ｃ ビーム
２ 第一の固定基板
３ 第二の固定基板
４ 固定電極
５ ダミー電極
６ 可動電極
７ 第一接触部
８ 第二接触部
９ バイアスユニット
１０ チップ検査測定部
Ｂ ＩＣチップ
１０１ パッケージ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体と前記本体の一面に形成された第一の固定基板とその反対面に形成された第二の固定基板とを有する半導体素子と、
前記半導体素子が収納された表面実装型のパッケージとを備え、
前記本体は枠体部と可動体部とを有し、
前記可動体部は前記枠体部の内側にビームを介して設けられており、
前記第一の固定基板には固定電極が前記可動体部側表面に設けられており、
前記第二の固定基板にはダミー電極が前記可動体部側表面に設けられており、
前記可動体部は前記第一の固定基板と前記可動体部との距離の変化を測定するための可動電極を有する半導体マイクロデバイスであって、
前記可動体部には当該可動体部が前記固定電極または前記ダミー電極に接触する際に直接接触することを防ぐ第一接触部が前記固定電極側と前記ダミー電極側に設けられており、
前記固定電極上と前記ダミー電極上の少なくともいずれかには前記可動体部が近接した際に前記第一接触部と接触する第二接触部が対向して設けられており、
前記第一接触部と前記第二接触部の材料は絶縁体であることを特徴とする半導体マイクロデバイス。
【請求項２】
前記第二接触部と当該第二接触部と対向する前記第一接触部の材料は互いに同一の材料であることを特徴とする請求項１記載の半導体マイクロデバイス。
【請求項３】
前記第一接触部と前記第二接触部の材料はいずれもＳｉＯ２であることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体マイクロデバイス。
【請求項４】
対向する前記第一接触部と前記第二接触部はいずれかが他方より平面視で大きいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体マイクロデバイス。
【請求項５】
前記第二接触部は当該第二接触部と対向する前記第一接触部より平面視で大きいことを特徴とする請求項４に記載の半導体マイクロデバイス。
【請求項１】
本体と前記本体の一面に形成された第一の固定基板とその反対面に形成された第二の固定基板とを有する半導体素子と、
前記半導体素子が収納された表面実装型のパッケージとを備え、
前記本体は枠体部と可動体部とを有し、
前記可動体部は前記枠体部の内側にビームを介して設けられており、
前記第一の固定基板には固定電極が前記可動体部側表面に設けられており、
前記第二の固定基板にはダミー電極が前記可動体部側表面に設けられており、
前記可動体部は前記第一の固定基板と前記可動体部との距離の変化を測定するための可動電極を有する半導体マイクロデバイスであって、
前記可動体部には当該可動体部が前記固定電極または前記ダミー電極に接触する際に直接接触することを防ぐ第一接触部が前記固定電極側と前記ダミー電極側に設けられており、
前記固定電極上と前記ダミー電極上の少なくともいずれかには前記可動体部が近接した際に前記第一接触部と接触する第二接触部が対向して設けられており、
前記第一接触部と前記第二接触部の材料は絶縁体であることを特徴とする半導体マイクロデバイス。
【請求項２】
前記第二接触部と当該第二接触部と対向する前記第一接触部の材料は互いに同一の材料であることを特徴とする請求項１記載の半導体マイクロデバイス。
【請求項３】
前記第一接触部と前記第二接触部の材料はいずれもＳｉＯ２であることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体マイクロデバイス。
【請求項４】
対向する前記第一接触部と前記第二接触部はいずれかが他方より平面視で大きいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体マイクロデバイス。
【請求項５】
前記第二接触部は当該第二接触部と対向する前記第一接触部より平面視で大きいことを特徴とする請求項４に記載の半導体マイクロデバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２２０２６２（Ｐ２０１２−２２０２６２Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８４０１８（Ｐ２０１１−８４０１８）
【出願日】平成２３年４月５日（２０１１．４．５）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月５日（２０１１．４．５）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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