半導体加速度センサ
【課題】半導体加速度センサに製造上の加工バラツキが生じたとしても他軸感度を抑制して加速度の検出精度を向上させる手段を提供する。
【解決手段】外枠部と、外枠部の中心部に配置された重錘部と、外枠部と重錘部とを接続する少なくとも一対の可撓部を有し、一対の可撓部は一の可撓部の外枠部と重錘部との延在方向に他の可撓部が配置される半導体加速度センサであって、Ｙ軸可撓部のＹ軸上に一直線状に、Ｙ軸可撓部の一方の外枠部側から重錘部側に向かって第１のＹ軸抵抗素子、第１のＺ軸抵抗素子、第２のＺ軸抵抗素子、第２のＹ軸抵抗素子の順にこれらを並べて配置し、Ｙ軸可撓部の他方の重錘部側から外枠部側に向かって第３のＹ軸抵抗素子、第３のＺ軸抵抗素子、第４のＺ軸抵抗素子、第４のＹ軸抵抗素子の順にこれらを並べて配置する。
【解決手段】外枠部と、外枠部の中心部に配置された重錘部と、外枠部と重錘部とを接続する少なくとも一対の可撓部を有し、一対の可撓部は一の可撓部の外枠部と重錘部との延在方向に他の可撓部が配置される半導体加速度センサであって、Ｙ軸可撓部のＹ軸上に一直線状に、Ｙ軸可撓部の一方の外枠部側から重錘部側に向かって第１のＹ軸抵抗素子、第１のＺ軸抵抗素子、第２のＺ軸抵抗素子、第２のＹ軸抵抗素子の順にこれらを並べて配置し、Ｙ軸可撓部の他方の重錘部側から外枠部側に向かって第３のＹ軸抵抗素子、第３のＺ軸抵抗素子、第４のＺ軸抵抗素子、第４のＹ軸抵抗素子の順にこれらを並べて配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車や航空機等の輸送機器や携帯端末等に搭載され、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる３軸の加速度を検出する半導体加速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の３軸の加速度を検出する半導体加速度センサは、シリコンからなる外枠部の中心部に厚肉の重錘部を配置し、該重錘部の中心である錘中心で、互いに直交するＸ軸およびＹ軸を幅方向の中心線として外枠部と重錘部とを接続する一対のＸ軸可撓部および一対のＹ軸可撓部を設け、Ｙ軸方向の加速度成分を検出するために、Ｙ軸可撓部の一方の中心線上の外枠部側に第１のＹ軸抵抗素子を、重錘部側に第２のＹ軸抵抗素子を、他方の中心線上の重錘部側に第３のＹ軸抵抗素子を、外枠部側に第４のＹ軸抵抗素子を１列に並べて配置すると共に、Ｘ軸およびＺ軸方向の加速度成分を検出するために、Ｘ軸可撓部の一方の外枠部側に第１のＸ軸抵抗素子および第１のＺ軸抵抗素子を、重錘部側に第２のＸ軸抵抗素子および第２のＺ軸抵抗素子を、他方の重錘部側に第３のＸ軸抵抗素子および第３のＺ軸抵抗素子を、外枠部側に第４のＸ軸抵抗素子および第４のＺ軸抵抗素子を配置し、これら第１ないし第４のＸ軸抵抗素子と、第１ないし第４のＺ軸抵抗素子とをそれぞれ中心線の両側に１列に並べ、各Ｘ軸抵抗素子、各Ｙ軸抵抗素子、各Ｚ軸抵抗素子によりそれぞれブリッジ回路を構成してＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の加速度成分を検出している（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２７９５９２号公報（第２頁段落０００２−０００４、第４頁段落００２２−００２４、第１図、第７図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来の技術においては、Ｘ軸可撓部に、第１ないし第４のＸ軸抵抗素子と、第１ないし第４のＺ軸抵抗素子とをそれぞれ中心線の両側に１列に並べて配置しているため、Ｙ軸方向だけに加速度が印加された場合に、各Ｙ軸抵抗素子により構成されたホイーストンブリッジ回路（以下、単にブリッジ回路という。）からの出力されるＹ軸方向成分の他に、そのＹ軸方向の加速度により捻られるＸ軸可撓部に配置された各Ｚ軸抵抗素子により構成されたブリッジ回路からもＺ軸方向成が出力される、いわゆる他軸感度（Ｙ軸方向成分に対するＺ方向成分の比をいう。）が発生し、本来検出されるはずのない他軸感度によるＺ軸方向成分の影響を受けてベクトル方向の誤差等が生じ、加速度の検出精度が低下するという問題がある。
【０００５】
以下に、上記の他軸感度による問題点について説明する。
【０００６】
図１２は従来の半導体加速度センサの上面を示す説明図、図１３は図１２のＡ−Ａ断面を示す説明図、図１４は従来の可撓部の上面を示す説明図である。
【０００７】
図１２、図１３において、１は半導体加速度センサであり、後述する半導体ウェハ１１を個片に分割して形成される。
【０００８】
２は半導体加速度センサ１の外枠部であり、シリコン（Ｓｉ）により形成された平面視が正方形の枠状部材である。
【０００９】
３は重錘部であり、外枠部２の中心部に配置されたシリコンからなる厚肉の正方形部材であって、その厚さは図１３に示すように外枠部２の厚さより僅かに薄く形成され、その各辺は図１２に示すように外枠部２の内側の各辺とそれぞれ平行に配置されている。
【００１０】
また、半導体加速度センサ１の上面１ａには、重錘部３の上面１ａの幾何学的な中心である錘中心Ｗｏを通り重錘部３の一辺およびその対辺に直交するＸ軸５、および錘中心ＷｏでＸ軸５に直交するＹ軸６が設定されている。
【００１１】
７ａ、７ｂは一対のＸ軸可撓部であり、Ｘ軸５を図１４に示す幅方向の中心線として、外枠部２と重錘部３との間を接続するシリコンからなる厚さの薄い可撓性を有する梁部材であって、重錘部３をその可撓性により揺動自在に支持する機能を有している。
【００１２】
７ｃ、７ｄは一対のＹ軸可撓部であり、Ｙ軸６を幅方向の中心線として、Ｘ軸可撓部７ａ、７ｂと同様に形成された梁部材であって、Ｘ軸可撓部７ａ、７ｂと同様の機能を有している。
【００１３】
９は抵抗素子であり、シリコンで形成された可撓部７のそれぞれの表層に不純物を注入拡散させて形成されたピエゾ抵抗素子であって、重錘部３が揺動したときに比較的大きな応力が発生する箇所である外枠部２および重錘部３との付け根の近傍に形成されており、４つの抵抗素子９を組合せて構成されるブリッジ回路により可撓部７の変位を電位差に変換して加速度成分として検出する機能を有している。
【００１４】
以下の説明において、各軸の抵抗素子９を区別するときは、Ｘ軸方向の加速度成分を検出するためのブリッジ回路を構成する４つの抵抗素子９を、第１のＸ軸抵抗素子Ｒｘ１、第２のＸ軸抵抗素子Ｒｘ２、第３のＸ軸抵抗素子Ｒｘ３、第４のＸ軸抵抗素子Ｒｘ４という。
【００１５】
また、Ｙ軸方向の加速度成分を検出するためのブリッジ回路を構成する４つの抵抗素子９を、第１のＹ軸抵抗素子Ｒｙ１、第２のＹ軸抵抗素子Ｒｙ２、第３のＹ軸抵抗素子Ｒｙ３、第４のＹ軸抵抗素子Ｒｙ４という。
【００１６】
更に、Ｘ軸５およびＹ軸６にそれぞれ直交する方向、つまりＸ軸５およびＹ軸６により形成される面（上面１ａと同義）の鉛直方向であるＺ軸方向の加速度成分を検出するめのブリッジ回路を構成する４つの抵抗素子９を、第１のＺ軸抵抗素子Ｒｚ１、第２のＺ軸抵抗素子Ｒｚ２、第３のＺ軸抵抗素子Ｒｚ３、第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚ４という。
【００１７】
なお、Ｚ軸抵抗素子Ｒｚを図示する場合には区別のために網掛けを付して示す。
【００１８】
これら第１ないし第４のＸ軸抵抗素子Ｒｘ、第１ないし第４のＹ軸抵抗素子Ｒｙ、第１ないし第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚは図１２に示すように配置される。
【００１９】
すなわち、Ｘ軸可撓部７ａ、７ｂの一方のＸ軸可撓部７ａには、その外枠部２側に第１のＸ軸抵抗素子Ｒｘ１が、重錘部３側に第２のＸ軸抵抗素子Ｒｘ２が、他方のＸ軸可撓部７ｂには、その重錘部３側に第３のＸ軸抵抗素子Ｒｘ３が、外枠部２側に第４のＸ軸抵抗素子Ｒｘ４が配置され、各Ｘ軸抵抗素子Ｒｘは幅方向の中心線であるＸ軸５上に１列に並べて配置されている。
【００２０】
また、Ｙ軸可撓部７ｃ、７ｄの一方のＹ軸可撓部７ｃには、図１４に示すように、その外枠部２側に第１のＹ軸抵抗素子Ｒｙ１と第１のＺ軸抵抗素子Ｒｚ１が、重錘部３側に第２のＹ軸抵抗素子Ｒｙ２と第２のＺ軸抵抗素子Ｒｚ２が、他方のＹ軸可撓部７ｄには、その重錘部３側に第３のＹ軸抵抗素子Ｒｙ３と第３のＺ軸抵抗素子Ｒｚ３が、外枠部２側に第４のＹ軸抵抗素子Ｒｙ４と第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚ４が、幅方向の中心線であるＹ軸６を挟んで中心線からＺ軸抵抗素子Ｒｚ、Ｙ軸抵抗素子Ｒｙのぞれぞれの中心までの幅方向の距離Ｂ（隔置距離Ｂという。）離して対向配置されている。
【００２１】
各可撓部７に配置されている抵抗素子９は、図１４に示すように、両側の抵抗素子９の片端から、可撓部７の付け根まで、つまり可撓部７と外枠部２との境界まで、または可撓部７と重錘部３との境界までの長さ方向の距離Ｃ（付け根距離Ｃという。付け根距離Ｃは０〜２０μｍ程度）離して形成されている。
【００２２】
このように配置された半導体加速度センサ１にＺ軸方向の加速度が印加された場合は、図１５に示すように、重錘部３はＺ軸方向に平行移動し、外枠部２側に配置された第１のＺ軸抵抗素子Ｒｚ１および第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚ４には引張応力が、重錘部３側に配置された第２のＺ軸抵抗素子Ｒｚ２および第３のＺ軸抵抗素子Ｒｚ３には圧縮応力が作用し、ぞれぞれの応力状態に応じて各Ｚ軸抵抗素子Ｒｚの抵抗値が変化する。
【００２３】
このとき、図１６（ａ）に示すように、第１のＺ軸抵抗素子Ｒｚ１と第２のＺ軸抵抗素子Ｒｚ２との間に電源電圧（Ｖｄｄ）が接続され、第３のＺ軸抵抗素子Ｒｚ３と第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚ４との間にアース（Ｖｓｓ）が接続されたブリッジ回路の、第１のＺ軸抵抗素子Ｒｚ１と第３のＺ軸抵抗素子Ｒｚ３との間の電圧Ｖ１と、第２のＺ軸抵抗素子Ｒｚ２と第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚ４との間の電圧Ｖ２とが応力により変化した抵抗値に応じて変化し、その電圧差がＺ軸方向の加速度成分として検出される。逆方向の加速度が印加された場合は、上記の応力状態が逆になり、逆向きの加速度成分が検出される。
【００２４】
Ｘ軸方向の加速度が印加された場合は、図１７に示すように、重錘部３はＸ軸方向の加速度により回動し、外枠部２側に配置された第１のＸ軸抵抗素子Ｒｘ１および重錘部３側に第３のＸ軸抵抗素子Ｒｘ３には引張応力が、重錘部３側に配置された第２のＸ軸抵抗素子Ｒｘ２および外枠部２側に配置された第４のＸ軸抵抗素子Ｒｘ４には圧縮応力が作用し、ぞれぞれの応力状態に応じて各Ｘ軸抵抗素子Ｒｘの抵抗値が変化する。
【００２５】
このとき、図１６（ｂ）に示すように、第１のＸ軸抵抗素子Ｒｘ１と第２のＸ軸抵抗素子Ｒｘ２との間に電源電圧（Ｖｄｄ）が接続され、第４のＸ軸抵抗素子Ｒｘ４と第３のＸ軸抵抗素子Ｒｘ３との間にアース（Ｖｓｓ）が接続されたブリッジ回路の、第１のＸ軸抵抗素子Ｒｘ１と第４のＸ軸抵抗素子Ｒｘ４との間の電圧Ｖ１と、第２のＸ軸抵抗素子Ｒｘ２と第３のＸ軸抵抗素子Ｒｘ３との間のＶ２とが応力により変化した抵抗値に応じて変化し、その電圧差がＸ軸方向の加速度成分として検出される。逆方向の加速度が印加された場合は、上記の応力状態が逆になり、逆向きの加速度成分が検出される。
【００２６】
Ｙ軸方向の加速度が印加されたときも、Ｘ軸方向の場合と同様である。
【００２７】
このＸ軸方向に加速度が印加された場合には、重錘部３の回動に伴ってＹ軸可撓部７ｃ、７ｄが捻られ、そのＹ軸可撓部７ｃ、７ｄに中心線から隔置距離Ｂ離して配置されている各Ｚ軸抵抗素子Ｒｚには捻り応力が作用し、ブリッジ回路の回路構成の相違、つまり第３および第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚ３、Ｒｚ４と、第３および第４のＹ軸抵抗素子Ｒｙ３、Ｒｙ４の配置の相違に基づいて他軸感度が発生する。
【００２８】
このときの他軸感度の発生の様子を知るために、発明者は、図１２に示す半導体加速度センサ１をモデル化して有限要素法を用いたシミュレーション計算を行った。図１８にそのシミュレーション結果に示す。
【００２９】
図１８は、Ｘ軸方向に１Ｇの加速度を印加した場合のＺ軸方向成分のシミュレーション計算結果である。
【００３０】
図１８において、横軸は図１４に示す隔置距離Ｂ、縦軸はＺ軸方向成分とＸ軸方向成分との比（Ｚ／Ｘ）をパーセントで示したものである。
【００３１】
計算に用いた半導体加速度センサ１のモデルの主要諸元は、隔置距離Ｂは２、６、１２μｍの３水準、可撓部７の長さ３７０μｍ、幅８６μｍ、厚さ６．５μｍ、重錘部３の厚さ３４０μｍ、重さ２．４ｍｇ、抵抗素子９の長さ４５μｍ、幅３μｍ、付け根距離Ｃ＝１０μｍである。
【００３２】
図１８（ａ）に示すように、隔置距離Ｂが大きくなるほど他軸感度が高くなり、例えば抵抗素子９間の間隔を４μｍ（隔置距離Ｂ＝２μｍ）、つまりＹ軸抵抗素子ＲｙとＺ軸抵抗素子Ｒｚとの対向する辺の間の間隔を１μｍにしたとしても、０．５％程度の他軸感度が発生することが判る。
【００３３】
図１８（ｂ）は、上記と同じ半導体加速度センサ１の重錘部３の形成工程において、重錘部３の形成位置がレジストマスクの位置ずれによってＸ軸方向（図１２において上方）に１５μｍずれたと仮定した場合のシミュレーション結果である。
【００３４】
この場合も、隔置距離Ｂが大きくなるほど他軸感度が高くなり、隔置距離Ｂを２μｍにしたとしても、３％より大きい他軸感度が発生することが判る。
【００３５】
このことは、Ｚ軸抵抗素子Ｒｚを、Ｘ軸抵抗素子ＲｘとともにＸ軸可撓部７ａ、７ｂに形成した場合も同様である。
【００３６】
つまり、従来の半導体加速度センサのように、Ｘ軸可撓部に、第１ないし第４のＸ軸抵抗素子と、第１ないし第４のＺ軸抵抗素子とをそれぞれ中心線の両側に１列に並べて配置すると、製造上の加工バラツキにより隔置距離Ｂや重錘部の形成位置にずれが生じた場合には、高い他軸感度が発生しやすくなり、Ｘ軸方向成分と同時に本来出力されない他軸感度によるＺ軸方向成分が出力され、加速度の検出精度が低下するという問題がある。
【００３７】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、半導体加速度センサに製造上の加工バラツキが生じたとしても他軸感度を抑制して加速度の検出精度を向上させる手段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】
【００３８】
本発明は、上記課題を解決するために、外枠部と、該外枠部の中心部に配置された重錘部と、該重錘部の中心である錘中心で、互いに直交するＸ軸およびＹ軸と、Ｘ軸方向の加速度成分を検出する第１ないし第４のＸ軸抵抗素子と、Ｙ軸方向の加速度成分を検出する第１ないし第４のＹ軸抵抗素子と、前記Ｘ軸およびＹ軸にそれぞれ直交するＺ軸方向の加速度成分を検出する第１ないし第４のＺ軸抵抗素子と、前記Ｘ軸およびＹ軸を幅方向の中心線として、前記外枠部と重錘部とを接続する一対のＸ軸可撓部および一対のＹ軸可撓部とを備え、前記Ｘ軸可撓部の、一方の前記外枠部側に第１のＸ軸抵抗素子を、前記重錘部側に第２のＸ軸抵抗素子を、他方の前記重錘部側に第３のＸ軸抵抗素子を、前記外枠部側に第４のＸ軸抵抗素子を配置し、前記Ｙ軸可撓部の、一方の前記外枠部側に第１のＹ軸抵抗素子を、前記重錘部側に第２のＹ軸抵抗素子を、他方の前記重錘部側に第３のＹ軸抵抗素子を、前記外枠部側に第４のＹ軸抵抗素子を配置した半導体加速度センサであって、前記Ｙ軸可撓部の前記Ｙ軸上に一直線状に、前記Ｙ軸可撓部の一方の前記外枠部側から前記重錘部側に向かって前記第１のＹ軸抵抗素子、前記第１のＺ軸抵抗素子、前記第２のＺ軸抵抗素子、前記第２のＹ軸抵抗素子の順にこれらを並べて配置し、前記Ｙ軸可撓部の他方の前記重錘部側から前記外枠部側に向かって前記第３のＹ軸抵抗素子、前記第３のＺ軸抵抗素子、前記第４のＺ軸抵抗素子、前記第４のＹ軸抵抗素子の順にこれらを並べて配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３９】
これにより、本発明は、半導体加速度センサに製造上の加工バラツキが生じたとしても、加工バラツキを吸収して隔置距離Ｂに関わらず他軸感度を一定に保つことができると共に他軸感度を抑制することができ、半導体加速度センサの加速度の検出精度を向上させることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】実施例１の半導体加速度センサの上面を示す説明図
【図２】実施例１の他軸感度のシミュレーション結果を示すグラフ
【図３】実施例１の半導体加速度センサの製造方法を示す説明図
【図４】実施例２の半導体加速度センサの上面を示す説明図
【図５】実施例２の他軸感度のシミュレーション結果を示すグラフ
【図６】実施例２の半導体加速度センサの他の形態を示す説明図
【図７】実施例３の半導体加速度センサの上面を示す説明図
【図８】実施例３の半導体加速度センサの他の形態を示す説明図
【図９】実施例３の半導体加速度センサの他の形態を示す説明図
【図１０】実施例４の半導体加速度センサの上面を示す説明図
【図１１】実施例４の半導体加速度センサのＹ軸方向の可撓部の拡大図
【図１２】従来の半導体加速度センサの上面を示す説明図
【図１３】図１０のＡ−Ａ断面を示す説明図
【図１４】従来の可撓部の上面を示す説明図
【図１５】Ｚ軸方向の加速度の検出状態を示す説明図
【図１６】ブリッジ回路を示す説明図
【図１７】Ｘ軸方向の加速度の検出状態を示す説明図
【図１８】従来の他軸感度のシミュレーション結果を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下に、図面を参照して本発明による半導体加速度センサの実施例について説明する。
【実施例１】
【００４２】
図１は実施例１の半導体加速度センサの上面を示す説明図である。
【００４３】
なお、上記従来技術と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４４】
図１に示す本実施例の各抵抗素子９の配置は、Ｘ軸可撓部７ａ、７ｂには、図１０に示したと同様に、各Ｘ軸抵抗素子Ｒｘは幅方向の中心線（Ｘ軸５）上に１列に並べて配置される。
【００４５】
Ｙ軸可撓部７ｃ、７ｄには、その一方のＹ軸可撓部７ｃの外枠部２側に第１のＹ軸抵抗素子Ｒｙ１と第１のＺ軸抵抗素子Ｒｚ１が、重錘部３側に第２のＹ軸抵抗素子Ｒｙ２と第２のＺ軸抵抗素子Ｒｚ２が、幅方向の中心線（Ｙ軸６）を挟んで中心線から隔置距離Ｂ離して対向配置される。
【００４６】
他方のＹ軸可撓部７ｄに配置される第３および第４のＹ軸抵抗素子Ｒｙ３、Ｒｙ４並びに第３および第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚ３、Ｒｚ４と、Ｙ軸可撓部７ｃに配置した第１および第２のＹ軸抵抗素子Ｒｙ１、Ｒｙ２並びに第１および第２のＺ軸抵抗素子Ｒｚ１、Ｒｚ２とは、重錘部３の錘中心Ｗｏを対称点として点対象に配置される。
【００４７】
つまり、Ｙ軸可撓部７ｄの重錘部３側には、中心線の図１において上側（Ｘ軸可撓部７ａ側）を第３のＺ軸抵抗素子Ｒｚ３とし、下側（Ｘ軸可撓部７ｂ側）を第３のＹ軸抵抗素子Ｒｙ３として中心線から隔置距離Ｂ離して対向配置され、外枠部２側には、中心線の上側を第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚ４とし、下側を第４のＹ軸抵抗素子Ｒｙ４として中心線から隔置距離Ｂ離して対向配置されている。
【００４８】
抵抗素子９を上記のように配置した本実施例の半導体加速度センサ１における他軸感度のシミュレーション計算の結果を図２に示す。
【００４９】
本計算においては、第１ないし第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚと、第１ないし第４のＹ軸抵抗素子Ｒｙの配置を本実施例の配置とした以外は、上記図１８と同じ計算条件、主要諸元である。
【００５０】
また、図２における縦軸、横軸は図１８の場合と同様である。
【００５１】
図２（ａ）に示すように、本実施例の抵抗素子９の配置においては、重錘部３の位置ずれがないときは、隔置距離Ｂが変化しても、その他軸感度は、ほぼ「０」で一定であり、図２（ｂ）に示すように、重錘部３の形成位置がＸ軸方向に１５μｍずれたとしても、隔置距離Ｂに関わらず、他軸感度は３％以下で一定になることが判る。
【００５２】
上記の半導体加速度センサ１の製造方法について、図３にＰで示す工程に従って、以下に説明する。
【００５３】
Ｐ１、シリコンからなる半導体ウェハ１１を準備する。
【００５４】
Ｐ２、半導体ウェハ１１の上面１１ａに、フォトリソグラフィにより抵抗素子９の形成領域に開口部を有するレジストマスクを形成し、所定の不純物を注入して半導体ウェハ１１の表層に抵抗素子９を形成する。
【００５５】
そして、前記のレジストマスクを除去し、配置が変更された各抵抗素子９を組合せて図１４に示すブリッジ回路を形成するための図示しない配線パターンを形成する。
【００５６】
Ｐ３、フォトリソグラフィにより半導体ウェハ１１の上面１１ａの外枠部２、可撓部７、重錘部３の形成領域を覆うレジストマスクを形成し、異方性エッチング等により半導体ウェハ１１をエッチングして、可撓部７の厚さ以上に掘り込み、外枠部２、可撓部７、重錘部３の上面パターン１２を形成する。
【００５７】
Ｐ４、工程Ｐ３で形成したレジストマスクを除去し、半導体ウェハ１１を反転させ、半導体ウェハ１１の裏面１１ｂにフォトリソグラフィにより、外枠部２の内側の領域を露出させたレジストマスクを形成し、異方性エッチング等により半導体ウェハ１１の裏面１１ｂをエッチングして重錘部３の厚さを所定の厚さに形成する。
【００５８】
次いで、フォトリソグラフィにより重錘部３の形成領域を覆うレジストマスクを形成し、外枠部２の内側と重錘部３との間を更にエッチングして、裏面パターンを上面パターン１２に貫通させ、可撓部７を所定の厚さにエッチングして可撓部７を形成する。
【００５９】
そして、レジストマスクの除去後に、図示しないダイシングブレードにより、半導体ウェハ１１を個片に分割して外枠部２の外形形状を形成し、本実施例の半導体加速度センサ１を製造する。
【００６０】
上記のように、本実施例のＺ軸抵抗素子Ｒｚの配置を用いれば、Ｙ軸可撓部７ｃ、７ｄに捻れが生じても、ブリッジ回路における各Ｚ軸抵抗素子Ｒｚの抵抗のバランスが保たれ、隔置距離Ｂのバラツキや、重錘部３の形成工程における上面パターン１２と裏面パターンとの位置ずれ等による重錘部３の形成位置に位置ずれが生じた場合においても、隔置距離Ｂの大小に関わらず、他軸感度を３％以下に抑制することが可能になり、加速度の検出精度を向上させた半導体加速度センサ１を得ることができる。
【００６１】
また、抵抗素子９の隔置距離Ｂに依存せずに、他軸感度を一定に保つ特性が得られるので、他の特性要因、例えば感度や温度特性等を考慮して抵抗素子９の形成位置を決定することが可能になる。
【００６２】
更に、本実施例の半導体加速度センサ１の製造工程においては、特別な工程設備を導入することなく、各抵抗素子９を接続してブリッジ回路を構成する配線パターンのみを変更すれば、工程設備をそのまま用いて製造効率を悪化させることなく他軸感度を抑制した半導体加速度センサ１を製造することができる。
【００６３】
なお、本実施例では、Ｚ軸抵抗素子Ｒｚを一対のＹ軸可撓部７ｃ、７ｄに形成する場合を例に説明したが、Ｚ軸抵抗素子Ｒｚを一対のＸ軸可撓部７ａ、７ｂに形成する場合も同様である。
【００６４】
以上説明したように、本実施例では、Ｘ軸可撓部およびＹ軸可撓部のいずれか一対の可撓部、例えばＹ軸可撓部に配置された第１ないし第４のＹ軸抵抗素子Ｒｙと、第１ないし第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚとを、それぞれ中心線を挟んで幅方向に対向配置し、第１および第２のＺ軸抵抗素子Ｒｚと、第３および第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚとを錘中心Ｗｏを対称点として点対称に配置したことによって、半導体加速度センサに製造上の加工バラツキが生じたとしても、加工バラツキを吸収して隔置距離Ｂに関わらず他軸感度を一定に保つことができると共に他軸感度を抑制することができ、半導体加速度センサの加速度の検出精度を向上させることができる。
【実施例２】
【００６５】
図４は実施例２の半導体加速度センサの上面を示す説明図である。
【００６６】
なお、上記実施例１と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６７】
図４に示す本実施例の各抵抗素子９の配置は、Ｘ軸可撓部７ａ、７ｂには、上記実施例１と同様に、各Ｘ軸抵抗素子Ｒｘは幅方向の中心線（Ｘ軸５）上に１列に並べて配置される。
【００６８】
Ｙ軸可撓部７ｃ、７ｄには、その一方のＹ軸可撓部７ｃに、第１および第２のＹ軸抵抗素子Ｒｙ１、Ｒｙ２と、第１および第２のＺ軸抵抗素子Ｒｚ１、Ｒｚ２とが、それぞれ中心線（Ｙ軸６）を挟んで幅方向に対向させて交互に配置され、他方のＹ軸可撓部７ｄに配置される第３および第４のＹ軸抵抗素子Ｒｙ３、Ｒｙ４と、第３および第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚ３、Ｒｚ４とが、それぞれ中心線を挟んで幅方向に対向させて交互に配置されている。
【００６９】
つまり、Ｙ軸可撓部７ｃの外枠部２側には、中心線の図４において上側（Ｘ軸可撓部７ａ側）を第１のＹ軸抵抗素子Ｒｙ１とし、下側（Ｘ軸可撓部７ｂ側）を第１のＺ軸抵抗素子Ｒｚ１として中心線から隔置距離Ｂ離して対向配置され、重錘部３側には、中心線の上側を第２のＺ軸抵抗素子Ｒｚ２とし、下側を第２のＹ軸抵抗素子Ｒｙ２として中心線から隔置距離Ｂ離して対向配置されている。
【００７０】
また、Ｙ軸可撓部７ｄの重錘部３側には、中心線の上側を第３のＺ軸抵抗素子Ｒｚ３とし、下側を第３のＹ軸抵抗素子Ｒｙ３として中心線から隔置距離Ｂ離して対向配置され、外枠部２側には、中心線の上側を第４のＹ軸抵抗素子Ｒｙ４とし、下側を第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚ４として中心線から隔置距離Ｂ離して対向配置されている。
【００７１】
すなわち、本実施例の抵抗素子９の配置は、Ｙ軸可撓部７ａ、７ｂにそれぞれＹ軸抵抗素子ＲｙとＺ軸抵抗素子Ｒｚとを交互に配置すると共に、Ｙ軸可撓部７ｄに配置される第３および第４のＹ軸抵抗素子Ｒｙ３、Ｒｙ４並びに第３および第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚ３、Ｒｚ４と、Ｙ軸可撓部７ｃに配置した第１および第２のＹ軸抵抗素子Ｒｙ１、Ｒｙ２並びに第１および第２のＺ軸抵抗素子Ｒｚ１、Ｒｚ２とは、中心線であるＹ軸６に重錘部３の錘中心Ｗｏで直交するＸ軸５を対称線として線対象に配置されている。
【００７２】
抵抗素子９を上記のように配置した本実施例の半導体加速度センサ１における他軸感度のシミュレーション計算の結果を図５に示す。
【００７３】
本計算においては、第１ないし第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚと、第１ないし第４のＹ軸抵抗素子Ｒｙの配置を本実施例の配置とした以外は、上記図１８と同じ計算条件、主要諸元である。
【００７４】
また、図５における縦軸、横軸は図１８の場合と同様である。
【００７５】
図５（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施例の抵抗素子９の配置においても、上記実施例１と同様に、重錘部３の位置ずれがないときは、隔置距離Ｂが変化しても、その他軸感度は、ほぼ「０」で一定であり、重錘部３の形成位置がＸ軸方向に１５μｍずれたとしても、隔置距離Ｂに関わらず他軸感度は３％以下で一定となる。
【００７６】
本実施例の製造方法は、上記実施例１の製造工程と同様であるので、その説明を省略する。この場合に工程Ｐ２において、本実施例の配置に変更された各抵抗素子９を組合せてブリッジ回路を形成するための配線パターンが形成される。
【００７７】
このように、抵抗素子の配置を、Ｘ軸可撓部およびＹ軸可撓部のいずれか一対の可撓部、例えばＹ軸可撓部の一方に配置された第１および第２のＹ軸抵抗素子Ｒｙと、第１および第２のＺ軸抵抗素子Ｒｚとを、それぞれ中心線を挟んで幅方向に対向させて交互に配置し、第１および第２のＺ軸抵抗素子Ｒｚと、第３および第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚとを錘中心Ｗｏで直交するＸ軸を対称線として線対称に配置したことによっても、上記実施例１と同様の効果を得ることができる。
【００７８】
なお、本実施例においては、それぞれのＹ軸可撓部７ｃ、７ｄに交互に配置したＹ軸抵抗素子ＲｙとＺ軸抵抗素子Ｒｚとを錘中心Ｗｏで直交するＸ軸５を対称線として線対称に配置するとして説明したが、図６に示すように、交互に配置したＹ軸抵抗素子ＲｙとＺ軸抵抗素子Ｒｚとを錘中心Ｗｏを対称点として点対称に配置するようにしても、上記と同様の効果を得ることができる。
【実施例３】
【００７９】
図７は実施例３の半導体加速度センサの上面を示す説明図である。
【００８０】
なお、上記実施例１と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００８１】
図７に示す本実施例の各抵抗素子９の配置は、Ｘ軸可撓部７ａ、７ｂには、上記実施例１と同様に、各Ｘ軸抵抗素子Ｒｘは幅方向の中心線（Ｘ軸５）上に１列に並べて配置される。
【００８２】
Ｙ軸可撓部７ｃ、７ｄには、その一方のＹ軸可撓部７ｃの外枠部２側に第１のＺ軸抵抗素子Ｒｚ１が、重錘部３側に第２のＺ軸抵抗素子Ｒｚ２が、他方のＹ軸可撓部７ｄの重錘部３側に第３のＺ軸抵抗素子Ｒｚ３が、外枠部２側に第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚ４が配置され、第１ないし第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚは幅方向の中心線であるＹ軸６上に１列に並べて配置されている。
【００８３】
また、Ｙ軸可撓部７ｃ、７ｄには、中心線上に１列に並べて配置された第１ないし第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚの図７において上側（Ｘ軸可撓部７ａ側）に第１ないし第４のＹ軸抵抗素子Ｒｙが、それぞれ幅方向に対向して１列に並べて配置されている。
【００８４】
つまり、本実施例の抵抗素子９の配置は、Ｙ軸可撓部７ｃ、７ｄの中心線上に第１ないし第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚを並べて配置し、これに第１ないし第４のＹ軸抵抗素子Ｒｙをそれぞれ幅方向に対向配置し、Ｙ軸可撓部７ｄに配置される第３および第４のＹ軸抵抗素子Ｒｙ３、Ｒｙ４と、Ｙ軸可撓部７ｃに配置した第１および第２のＹ軸抵抗素子Ｒｙ１、Ｒｙ２とが、Ｙ軸６に重錘部３の錘中心Ｗｏで直交するＸ軸５を対称線として線対象に配置されている。
【００８５】
Ｚ軸抵抗素子Ｒｚを上記のように中心線上に１列に並べて配置すれば、Ｙ軸可撓部７ｃ、７ｄに捻れ応力が発生しても第１ないし第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚに生ずる捻れ応力の応力状態が同じになり、図１８に示した他軸感度を参照すれば、その隔置距離Ｂが「０」のときに相当する他軸感度、つまり重錘部３の位置ずれがないときは他軸感度は、ほぼ「０」で、重錘部３の位置ずれが１５μｍのときは他軸感度は３％以下で一定になる。
【００８６】
本実施例の製造方法は、上記実施例１の製造工程と同様であるので、その説明を省略する。この場合に工程Ｐ２において、本実施例の配置に変更された各抵抗素子９を組合せてブリッジ回路を形成するための配線パターンが形成される。
【００８７】
このように、抵抗素子の配置を、Ｘ軸可撓部およびＹ軸可撓部のいずれか一対の可撓部、例えばＹ軸可撓部の中心線上に第１ないし第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚを１列に並べて配置し、第１および第２のＹ軸抵抗素子Ｒｙと、第３および第４のＹ軸抵抗素子Ｒｙとを錘中心Ｗｏで直交するＸ軸を対称線として線対称に配置したことによっても、上記実施例１と同様の効果を得ることができる。
【００８８】
なお、本実施例においては、それぞれのＹ軸可撓部７ｃ、７ｄに配置したＹ軸抵抗素子Ｒｙを錘中心Ｗｏで直交するＸ軸５を対称線として線対称に配置するとして説明したが、線対称の配置は前記に限らず、図７とは逆に、つまり各Ｚ軸抵抗素子Ｒｚの下側に１列に並べて配置しても、図８に示すようにＺ軸抵抗素子Ｒｚに対して上側、下側に交互に配置しても、図８とは逆に交互に配置してもよい。このように配置しても上記と同様の効果を得ることができる。
【００８９】
また、図９に示すように、Ｙ軸抵抗素子Ｒｙを、錘中心Ｗｏを対称点として点対称に配置するようにしても、図９とは逆の点対象に配置しても、上記と同様の効果を得ることができる。
【００９０】
上記各実施例においては、各軸の抵抗素子は、可撓部と外枠部との境界、または可撓部と重錘部との境界から０〜２０μｍ程度の付け根距離Ｃを離して形成するとして説明したが、その一方または両方を外枠部および／もしくは重錘部上に延在させるようにしてもよい。
【実施例４】
【００９１】
図１０は実施例４の半導体加速度センサの上面図を示す説明図である。
【００９２】
なお、上記実施例１と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００９３】
図１０に示す本実施例の各抵抗素子９の配置は、Ｘ軸可撓部７ａ、７ｂには、上記実施例１と同様に、各Ｘ軸抵抗素子Ｒｘは幅方向の中心線（Ｘ軸５）上に1列に並べて配置される。
【００９４】
Ｙ軸可撓部７ｃ、７ｄには、その一方のＹ軸可撓部７ｃの外枠部２側から重錘部３側に向かって第１のＹ軸抵抗素子Ｒｙ１、第１のＺ軸抵抗素子Ｒｚ１、第２のＺ軸抵抗素子Ｒｚ２、第２のＹ軸抵抗素子Ｒｙ２の順に配置され、他方のＹ軸可撓部７ｄの重錘部３側から外枠部２側に向かって第３のＹ軸抵抗素子Ｒｙ３、第３のＺ軸抵抗素子、第４のＺ軸抵抗素子、第４のＹ軸抵抗素子の順に配列され、第１ないし第４のＹ軸抵抗素子Ｒｙ及び第１ないし第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚは全て幅方向の中心線であるＹ軸６上に一直線状に並べて配列されている。
【００９５】
つまり、本実施例の抵抗素子９の配置は、Ｙ軸可撓部７ｃ、７ｄの中心線上に第１ないし第４のＹ軸抵抗素子Ｒｙ及び第１ないし第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚを１列に並べて配置されており、第１のＹ軸抵抗素子Ｒｙ１および第１のＺ軸抵抗素子Ｒｚ１、第２のＹ軸抵抗素子Ｒｙ２および第２のＺ軸抵抗素子Ｒｚ２、第３のＹ軸抵抗素子Ｒｙ３および第３のＺ軸抵抗素子Ｒｚ３、第４のＹ軸抵抗素子Ｒｙ４および第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚ４がそれぞれ中心線上で対向するように形成されている。さらに、本実施例の抵抗素子９は、Ｙ軸可撓部７ｃに配置されるそれぞれの抵抗素子が第１のＹ軸抵抗素子Ｒｙ１、第１のＺ軸抵抗素子Ｒｚ１、第２のＺ軸抵抗素子Ｒｚ２、第２のＹ軸抵抗素子Ｒｙ２の順で配置され、Ｙ軸可撓部７ｄに配置されるそれぞれの抵抗素子が第３のＹ軸抵抗素子Ｒｙ３、第３のＺ軸抵抗素子Ｒｚ３、第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚ４、第４のＹ軸抵抗素子Ｒｙ４の順で配置されるため、Ｙ軸６に重錘部３の錘中心Ｗｏで直交するＸ軸５を対称線として線対象、かつ錘中心Ｗｏについて点対象に配置されている。
【００９６】
このようにＹ軸抵抗素子Ｒｙ、Ｚ軸抵抗素子Ｒｚを全て可撓部の幅の中心線（Ｘ軸５）上に配置することにより、例えばＸ軸方向へ加速度が印加された場合においてもＹ軸抵抗素子Ｒｙ，Ｚ軸抵抗素子Ｒｚは可撓部の中心線から離れている場合に比べて受ける応力が少なくなるため、他軸感度を向上させることができる。
【００９７】
図１１は、図１０のＹ軸可撓部７ｃの拡大図であって、第１のＹ軸抵抗素子Ｒｙ１、第２のＹ軸抵抗素子Ｒｙ２、第１のＺ軸抵抗素子Ｒｚ１、第２のＺ軸抵抗素子Ｒｚ２の具体的な配置例を示したものである。
Ｙ軸可撓部７ｃに配置される第１のＹ軸抵抗素子Ｒｙ１、第２のＹ軸抵抗素子Ｒｙ２、第１のＺ軸抵抗素子Ｒｚ１、第２のＺ軸抵抗素子Ｒｚ２はそれぞれＹ軸可撓部７ｃの重錘部から外枠部に向かう方向の長さの半分の点であって、重錘部から外枠部に向かう方向に垂直な線について線対象に配置されている。
また、可撓部の端部とＹ軸抵抗素子Ｒｙとの距離ａは０〜５０μｍ、可撓部の端部とＺ軸抵抗素子Ｒｚとの距離ｂは４０〜１８０μｍに設定される。
【００９８】
可撓部は端部に近いほど応力が大きくなり、また、図１１における可撓部端部とＹ軸抵抗素子Ｒｙ及びＺ軸抵抗素子Ｒｚとの距離がａ＝ｂである場合に加速度を検知したときはＺ軸の出力電流がＹ軸の出力電流よりも大きくなる。このように各出力電流がばらつく場合にはそれらを揃えるためにアンプ等を配置して調節することが必要な場合が出てくる。本実施例では、上述のように配置することによって、Ｚ軸方向の応力を抑え、Ｚ軸の出力電流とＹ軸の出力電流の差を縮めることができる。これによって、前述の場合のような各軸の出力電流を調整するためのアンプ等を配置、調整することが不要となり、より容易に各軸の出力電流を調整することができる。
【００９９】
本実施例の製造方法は、上記実施例１の製造工程と同様であるので、その説明を省略する。この場合に工程Ｐ２において、本実施例の配置に変更された悪抵抗素子９を組み合わせてブリッジ回路を形成するための配線パターンが形成される。
【０１００】
このように、抵抗素子の配置を、Ｘ軸可撓部およびＹ軸可撓部のいずれか一対の可撓部、例えばＹ軸可撓部の中心線上に第１ないし第４のＸ軸抵抗素子ＲｘまたはＹ軸抵抗素子および第１ないし第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚを１列に並べて配置し、第１ないし第４のＸ軸抵抗素子ＲｘまたはＹ軸抵抗素子ＲｙとＺ軸抵抗素子Ｒｚとを対向配置させることによって、各軸の出力調整を容易なものとするとともに他軸感度を向上させることができる。
【符号の説明】
【０１０１】
１ 半導体加速度センサ
１ａ、１１ａ 上面
２ 外枠部
３ 重錘部
５ Ｘ軸
６ Ｙ軸
７ 可撓部
７ａ、７ｂ Ｘ軸可撓部
７ｃ、７ｄ Ｙ軸可撓部
９ 抵抗素子
Ｒｘ Ｘ軸抵抗素子
Ｒｘ１〜Ｒｘ４ 第１〜第４のＸ軸抵抗素子
Ｒｙ Ｙ軸抵抗素子
Ｒｙ１〜Ｒｙ４ 第１〜第４のＹ軸抵抗素子
Ｒｚ Ｚ軸抵抗素子
Ｒｚ１〜Ｒｚ４ 第１〜第４のＺ軸抵抗素子
１１ 半導体ウェハ
１１ｂ 裏面
１２ 上面パターン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車や航空機等の輸送機器や携帯端末等に搭載され、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる３軸の加速度を検出する半導体加速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の３軸の加速度を検出する半導体加速度センサは、シリコンからなる外枠部の中心部に厚肉の重錘部を配置し、該重錘部の中心である錘中心で、互いに直交するＸ軸およびＹ軸を幅方向の中心線として外枠部と重錘部とを接続する一対のＸ軸可撓部および一対のＹ軸可撓部を設け、Ｙ軸方向の加速度成分を検出するために、Ｙ軸可撓部の一方の中心線上の外枠部側に第１のＹ軸抵抗素子を、重錘部側に第２のＹ軸抵抗素子を、他方の中心線上の重錘部側に第３のＹ軸抵抗素子を、外枠部側に第４のＹ軸抵抗素子を１列に並べて配置すると共に、Ｘ軸およびＺ軸方向の加速度成分を検出するために、Ｘ軸可撓部の一方の外枠部側に第１のＸ軸抵抗素子および第１のＺ軸抵抗素子を、重錘部側に第２のＸ軸抵抗素子および第２のＺ軸抵抗素子を、他方の重錘部側に第３のＸ軸抵抗素子および第３のＺ軸抵抗素子を、外枠部側に第４のＸ軸抵抗素子および第４のＺ軸抵抗素子を配置し、これら第１ないし第４のＸ軸抵抗素子と、第１ないし第４のＺ軸抵抗素子とをそれぞれ中心線の両側に１列に並べ、各Ｘ軸抵抗素子、各Ｙ軸抵抗素子、各Ｚ軸抵抗素子によりそれぞれブリッジ回路を構成してＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の加速度成分を検出している（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２７９５９２号公報（第２頁段落０００２−０００４、第４頁段落００２２−００２４、第１図、第７図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来の技術においては、Ｘ軸可撓部に、第１ないし第４のＸ軸抵抗素子と、第１ないし第４のＺ軸抵抗素子とをそれぞれ中心線の両側に１列に並べて配置しているため、Ｙ軸方向だけに加速度が印加された場合に、各Ｙ軸抵抗素子により構成されたホイーストンブリッジ回路（以下、単にブリッジ回路という。）からの出力されるＹ軸方向成分の他に、そのＹ軸方向の加速度により捻られるＸ軸可撓部に配置された各Ｚ軸抵抗素子により構成されたブリッジ回路からもＺ軸方向成が出力される、いわゆる他軸感度（Ｙ軸方向成分に対するＺ方向成分の比をいう。）が発生し、本来検出されるはずのない他軸感度によるＺ軸方向成分の影響を受けてベクトル方向の誤差等が生じ、加速度の検出精度が低下するという問題がある。
【０００５】
以下に、上記の他軸感度による問題点について説明する。
【０００６】
図１２は従来の半導体加速度センサの上面を示す説明図、図１３は図１２のＡ−Ａ断面を示す説明図、図１４は従来の可撓部の上面を示す説明図である。
【０００７】
図１２、図１３において、１は半導体加速度センサであり、後述する半導体ウェハ１１を個片に分割して形成される。
【０００８】
２は半導体加速度センサ１の外枠部であり、シリコン（Ｓｉ）により形成された平面視が正方形の枠状部材である。
【０００９】
３は重錘部であり、外枠部２の中心部に配置されたシリコンからなる厚肉の正方形部材であって、その厚さは図１３に示すように外枠部２の厚さより僅かに薄く形成され、その各辺は図１２に示すように外枠部２の内側の各辺とそれぞれ平行に配置されている。
【００１０】
また、半導体加速度センサ１の上面１ａには、重錘部３の上面１ａの幾何学的な中心である錘中心Ｗｏを通り重錘部３の一辺およびその対辺に直交するＸ軸５、および錘中心ＷｏでＸ軸５に直交するＹ軸６が設定されている。
【００１１】
７ａ、７ｂは一対のＸ軸可撓部であり、Ｘ軸５を図１４に示す幅方向の中心線として、外枠部２と重錘部３との間を接続するシリコンからなる厚さの薄い可撓性を有する梁部材であって、重錘部３をその可撓性により揺動自在に支持する機能を有している。
【００１２】
７ｃ、７ｄは一対のＹ軸可撓部であり、Ｙ軸６を幅方向の中心線として、Ｘ軸可撓部７ａ、７ｂと同様に形成された梁部材であって、Ｘ軸可撓部７ａ、７ｂと同様の機能を有している。
【００１３】
９は抵抗素子であり、シリコンで形成された可撓部７のそれぞれの表層に不純物を注入拡散させて形成されたピエゾ抵抗素子であって、重錘部３が揺動したときに比較的大きな応力が発生する箇所である外枠部２および重錘部３との付け根の近傍に形成されており、４つの抵抗素子９を組合せて構成されるブリッジ回路により可撓部７の変位を電位差に変換して加速度成分として検出する機能を有している。
【００１４】
以下の説明において、各軸の抵抗素子９を区別するときは、Ｘ軸方向の加速度成分を検出するためのブリッジ回路を構成する４つの抵抗素子９を、第１のＸ軸抵抗素子Ｒｘ１、第２のＸ軸抵抗素子Ｒｘ２、第３のＸ軸抵抗素子Ｒｘ３、第４のＸ軸抵抗素子Ｒｘ４という。
【００１５】
また、Ｙ軸方向の加速度成分を検出するためのブリッジ回路を構成する４つの抵抗素子９を、第１のＹ軸抵抗素子Ｒｙ１、第２のＹ軸抵抗素子Ｒｙ２、第３のＹ軸抵抗素子Ｒｙ３、第４のＹ軸抵抗素子Ｒｙ４という。
【００１６】
更に、Ｘ軸５およびＹ軸６にそれぞれ直交する方向、つまりＸ軸５およびＹ軸６により形成される面（上面１ａと同義）の鉛直方向であるＺ軸方向の加速度成分を検出するめのブリッジ回路を構成する４つの抵抗素子９を、第１のＺ軸抵抗素子Ｒｚ１、第２のＺ軸抵抗素子Ｒｚ２、第３のＺ軸抵抗素子Ｒｚ３、第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚ４という。
【００１７】
なお、Ｚ軸抵抗素子Ｒｚを図示する場合には区別のために網掛けを付して示す。
【００１８】
これら第１ないし第４のＸ軸抵抗素子Ｒｘ、第１ないし第４のＹ軸抵抗素子Ｒｙ、第１ないし第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚは図１２に示すように配置される。
【００１９】
すなわち、Ｘ軸可撓部７ａ、７ｂの一方のＸ軸可撓部７ａには、その外枠部２側に第１のＸ軸抵抗素子Ｒｘ１が、重錘部３側に第２のＸ軸抵抗素子Ｒｘ２が、他方のＸ軸可撓部７ｂには、その重錘部３側に第３のＸ軸抵抗素子Ｒｘ３が、外枠部２側に第４のＸ軸抵抗素子Ｒｘ４が配置され、各Ｘ軸抵抗素子Ｒｘは幅方向の中心線であるＸ軸５上に１列に並べて配置されている。
【００２０】
また、Ｙ軸可撓部７ｃ、７ｄの一方のＹ軸可撓部７ｃには、図１４に示すように、その外枠部２側に第１のＹ軸抵抗素子Ｒｙ１と第１のＺ軸抵抗素子Ｒｚ１が、重錘部３側に第２のＹ軸抵抗素子Ｒｙ２と第２のＺ軸抵抗素子Ｒｚ２が、他方のＹ軸可撓部７ｄには、その重錘部３側に第３のＹ軸抵抗素子Ｒｙ３と第３のＺ軸抵抗素子Ｒｚ３が、外枠部２側に第４のＹ軸抵抗素子Ｒｙ４と第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚ４が、幅方向の中心線であるＹ軸６を挟んで中心線からＺ軸抵抗素子Ｒｚ、Ｙ軸抵抗素子Ｒｙのぞれぞれの中心までの幅方向の距離Ｂ（隔置距離Ｂという。）離して対向配置されている。
【００２１】
各可撓部７に配置されている抵抗素子９は、図１４に示すように、両側の抵抗素子９の片端から、可撓部７の付け根まで、つまり可撓部７と外枠部２との境界まで、または可撓部７と重錘部３との境界までの長さ方向の距離Ｃ（付け根距離Ｃという。付け根距離Ｃは０〜２０μｍ程度）離して形成されている。
【００２２】
このように配置された半導体加速度センサ１にＺ軸方向の加速度が印加された場合は、図１５に示すように、重錘部３はＺ軸方向に平行移動し、外枠部２側に配置された第１のＺ軸抵抗素子Ｒｚ１および第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚ４には引張応力が、重錘部３側に配置された第２のＺ軸抵抗素子Ｒｚ２および第３のＺ軸抵抗素子Ｒｚ３には圧縮応力が作用し、ぞれぞれの応力状態に応じて各Ｚ軸抵抗素子Ｒｚの抵抗値が変化する。
【００２３】
このとき、図１６（ａ）に示すように、第１のＺ軸抵抗素子Ｒｚ１と第２のＺ軸抵抗素子Ｒｚ２との間に電源電圧（Ｖｄｄ）が接続され、第３のＺ軸抵抗素子Ｒｚ３と第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚ４との間にアース（Ｖｓｓ）が接続されたブリッジ回路の、第１のＺ軸抵抗素子Ｒｚ１と第３のＺ軸抵抗素子Ｒｚ３との間の電圧Ｖ１と、第２のＺ軸抵抗素子Ｒｚ２と第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚ４との間の電圧Ｖ２とが応力により変化した抵抗値に応じて変化し、その電圧差がＺ軸方向の加速度成分として検出される。逆方向の加速度が印加された場合は、上記の応力状態が逆になり、逆向きの加速度成分が検出される。
【００２４】
Ｘ軸方向の加速度が印加された場合は、図１７に示すように、重錘部３はＸ軸方向の加速度により回動し、外枠部２側に配置された第１のＸ軸抵抗素子Ｒｘ１および重錘部３側に第３のＸ軸抵抗素子Ｒｘ３には引張応力が、重錘部３側に配置された第２のＸ軸抵抗素子Ｒｘ２および外枠部２側に配置された第４のＸ軸抵抗素子Ｒｘ４には圧縮応力が作用し、ぞれぞれの応力状態に応じて各Ｘ軸抵抗素子Ｒｘの抵抗値が変化する。
【００２５】
このとき、図１６（ｂ）に示すように、第１のＸ軸抵抗素子Ｒｘ１と第２のＸ軸抵抗素子Ｒｘ２との間に電源電圧（Ｖｄｄ）が接続され、第４のＸ軸抵抗素子Ｒｘ４と第３のＸ軸抵抗素子Ｒｘ３との間にアース（Ｖｓｓ）が接続されたブリッジ回路の、第１のＸ軸抵抗素子Ｒｘ１と第４のＸ軸抵抗素子Ｒｘ４との間の電圧Ｖ１と、第２のＸ軸抵抗素子Ｒｘ２と第３のＸ軸抵抗素子Ｒｘ３との間のＶ２とが応力により変化した抵抗値に応じて変化し、その電圧差がＸ軸方向の加速度成分として検出される。逆方向の加速度が印加された場合は、上記の応力状態が逆になり、逆向きの加速度成分が検出される。
【００２６】
Ｙ軸方向の加速度が印加されたときも、Ｘ軸方向の場合と同様である。
【００２７】
このＸ軸方向に加速度が印加された場合には、重錘部３の回動に伴ってＹ軸可撓部７ｃ、７ｄが捻られ、そのＹ軸可撓部７ｃ、７ｄに中心線から隔置距離Ｂ離して配置されている各Ｚ軸抵抗素子Ｒｚには捻り応力が作用し、ブリッジ回路の回路構成の相違、つまり第３および第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚ３、Ｒｚ４と、第３および第４のＹ軸抵抗素子Ｒｙ３、Ｒｙ４の配置の相違に基づいて他軸感度が発生する。
【００２８】
このときの他軸感度の発生の様子を知るために、発明者は、図１２に示す半導体加速度センサ１をモデル化して有限要素法を用いたシミュレーション計算を行った。図１８にそのシミュレーション結果に示す。
【００２９】
図１８は、Ｘ軸方向に１Ｇの加速度を印加した場合のＺ軸方向成分のシミュレーション計算結果である。
【００３０】
図１８において、横軸は図１４に示す隔置距離Ｂ、縦軸はＺ軸方向成分とＸ軸方向成分との比（Ｚ／Ｘ）をパーセントで示したものである。
【００３１】
計算に用いた半導体加速度センサ１のモデルの主要諸元は、隔置距離Ｂは２、６、１２μｍの３水準、可撓部７の長さ３７０μｍ、幅８６μｍ、厚さ６．５μｍ、重錘部３の厚さ３４０μｍ、重さ２．４ｍｇ、抵抗素子９の長さ４５μｍ、幅３μｍ、付け根距離Ｃ＝１０μｍである。
【００３２】
図１８（ａ）に示すように、隔置距離Ｂが大きくなるほど他軸感度が高くなり、例えば抵抗素子９間の間隔を４μｍ（隔置距離Ｂ＝２μｍ）、つまりＹ軸抵抗素子ＲｙとＺ軸抵抗素子Ｒｚとの対向する辺の間の間隔を１μｍにしたとしても、０．５％程度の他軸感度が発生することが判る。
【００３３】
図１８（ｂ）は、上記と同じ半導体加速度センサ１の重錘部３の形成工程において、重錘部３の形成位置がレジストマスクの位置ずれによってＸ軸方向（図１２において上方）に１５μｍずれたと仮定した場合のシミュレーション結果である。
【００３４】
この場合も、隔置距離Ｂが大きくなるほど他軸感度が高くなり、隔置距離Ｂを２μｍにしたとしても、３％より大きい他軸感度が発生することが判る。
【００３５】
このことは、Ｚ軸抵抗素子Ｒｚを、Ｘ軸抵抗素子ＲｘとともにＸ軸可撓部７ａ、７ｂに形成した場合も同様である。
【００３６】
つまり、従来の半導体加速度センサのように、Ｘ軸可撓部に、第１ないし第４のＸ軸抵抗素子と、第１ないし第４のＺ軸抵抗素子とをそれぞれ中心線の両側に１列に並べて配置すると、製造上の加工バラツキにより隔置距離Ｂや重錘部の形成位置にずれが生じた場合には、高い他軸感度が発生しやすくなり、Ｘ軸方向成分と同時に本来出力されない他軸感度によるＺ軸方向成分が出力され、加速度の検出精度が低下するという問題がある。
【００３７】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、半導体加速度センサに製造上の加工バラツキが生じたとしても他軸感度を抑制して加速度の検出精度を向上させる手段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】
【００３８】
本発明は、上記課題を解決するために、外枠部と、該外枠部の中心部に配置された重錘部と、該重錘部の中心である錘中心で、互いに直交するＸ軸およびＹ軸と、Ｘ軸方向の加速度成分を検出する第１ないし第４のＸ軸抵抗素子と、Ｙ軸方向の加速度成分を検出する第１ないし第４のＹ軸抵抗素子と、前記Ｘ軸およびＹ軸にそれぞれ直交するＺ軸方向の加速度成分を検出する第１ないし第４のＺ軸抵抗素子と、前記Ｘ軸およびＹ軸を幅方向の中心線として、前記外枠部と重錘部とを接続する一対のＸ軸可撓部および一対のＹ軸可撓部とを備え、前記Ｘ軸可撓部の、一方の前記外枠部側に第１のＸ軸抵抗素子を、前記重錘部側に第２のＸ軸抵抗素子を、他方の前記重錘部側に第３のＸ軸抵抗素子を、前記外枠部側に第４のＸ軸抵抗素子を配置し、前記Ｙ軸可撓部の、一方の前記外枠部側に第１のＹ軸抵抗素子を、前記重錘部側に第２のＹ軸抵抗素子を、他方の前記重錘部側に第３のＹ軸抵抗素子を、前記外枠部側に第４のＹ軸抵抗素子を配置した半導体加速度センサであって、前記Ｙ軸可撓部の前記Ｙ軸上に一直線状に、前記Ｙ軸可撓部の一方の前記外枠部側から前記重錘部側に向かって前記第１のＹ軸抵抗素子、前記第１のＺ軸抵抗素子、前記第２のＺ軸抵抗素子、前記第２のＹ軸抵抗素子の順にこれらを並べて配置し、前記Ｙ軸可撓部の他方の前記重錘部側から前記外枠部側に向かって前記第３のＹ軸抵抗素子、前記第３のＺ軸抵抗素子、前記第４のＺ軸抵抗素子、前記第４のＹ軸抵抗素子の順にこれらを並べて配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３９】
これにより、本発明は、半導体加速度センサに製造上の加工バラツキが生じたとしても、加工バラツキを吸収して隔置距離Ｂに関わらず他軸感度を一定に保つことができると共に他軸感度を抑制することができ、半導体加速度センサの加速度の検出精度を向上させることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】実施例１の半導体加速度センサの上面を示す説明図
【図２】実施例１の他軸感度のシミュレーション結果を示すグラフ
【図３】実施例１の半導体加速度センサの製造方法を示す説明図
【図４】実施例２の半導体加速度センサの上面を示す説明図
【図５】実施例２の他軸感度のシミュレーション結果を示すグラフ
【図６】実施例２の半導体加速度センサの他の形態を示す説明図
【図７】実施例３の半導体加速度センサの上面を示す説明図
【図８】実施例３の半導体加速度センサの他の形態を示す説明図
【図９】実施例３の半導体加速度センサの他の形態を示す説明図
【図１０】実施例４の半導体加速度センサの上面を示す説明図
【図１１】実施例４の半導体加速度センサのＹ軸方向の可撓部の拡大図
【図１２】従来の半導体加速度センサの上面を示す説明図
【図１３】図１０のＡ−Ａ断面を示す説明図
【図１４】従来の可撓部の上面を示す説明図
【図１５】Ｚ軸方向の加速度の検出状態を示す説明図
【図１６】ブリッジ回路を示す説明図
【図１７】Ｘ軸方向の加速度の検出状態を示す説明図
【図１８】従来の他軸感度のシミュレーション結果を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下に、図面を参照して本発明による半導体加速度センサの実施例について説明する。
【実施例１】
【００４２】
図１は実施例１の半導体加速度センサの上面を示す説明図である。
【００４３】
なお、上記従来技術と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４４】
図１に示す本実施例の各抵抗素子９の配置は、Ｘ軸可撓部７ａ、７ｂには、図１０に示したと同様に、各Ｘ軸抵抗素子Ｒｘは幅方向の中心線（Ｘ軸５）上に１列に並べて配置される。
【００４５】
Ｙ軸可撓部７ｃ、７ｄには、その一方のＹ軸可撓部７ｃの外枠部２側に第１のＹ軸抵抗素子Ｒｙ１と第１のＺ軸抵抗素子Ｒｚ１が、重錘部３側に第２のＹ軸抵抗素子Ｒｙ２と第２のＺ軸抵抗素子Ｒｚ２が、幅方向の中心線（Ｙ軸６）を挟んで中心線から隔置距離Ｂ離して対向配置される。
【００４６】
他方のＹ軸可撓部７ｄに配置される第３および第４のＹ軸抵抗素子Ｒｙ３、Ｒｙ４並びに第３および第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚ３、Ｒｚ４と、Ｙ軸可撓部７ｃに配置した第１および第２のＹ軸抵抗素子Ｒｙ１、Ｒｙ２並びに第１および第２のＺ軸抵抗素子Ｒｚ１、Ｒｚ２とは、重錘部３の錘中心Ｗｏを対称点として点対象に配置される。
【００４７】
つまり、Ｙ軸可撓部７ｄの重錘部３側には、中心線の図１において上側（Ｘ軸可撓部７ａ側）を第３のＺ軸抵抗素子Ｒｚ３とし、下側（Ｘ軸可撓部７ｂ側）を第３のＹ軸抵抗素子Ｒｙ３として中心線から隔置距離Ｂ離して対向配置され、外枠部２側には、中心線の上側を第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚ４とし、下側を第４のＹ軸抵抗素子Ｒｙ４として中心線から隔置距離Ｂ離して対向配置されている。
【００４８】
抵抗素子９を上記のように配置した本実施例の半導体加速度センサ１における他軸感度のシミュレーション計算の結果を図２に示す。
【００４９】
本計算においては、第１ないし第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚと、第１ないし第４のＹ軸抵抗素子Ｒｙの配置を本実施例の配置とした以外は、上記図１８と同じ計算条件、主要諸元である。
【００５０】
また、図２における縦軸、横軸は図１８の場合と同様である。
【００５１】
図２（ａ）に示すように、本実施例の抵抗素子９の配置においては、重錘部３の位置ずれがないときは、隔置距離Ｂが変化しても、その他軸感度は、ほぼ「０」で一定であり、図２（ｂ）に示すように、重錘部３の形成位置がＸ軸方向に１５μｍずれたとしても、隔置距離Ｂに関わらず、他軸感度は３％以下で一定になることが判る。
【００５２】
上記の半導体加速度センサ１の製造方法について、図３にＰで示す工程に従って、以下に説明する。
【００５３】
Ｐ１、シリコンからなる半導体ウェハ１１を準備する。
【００５４】
Ｐ２、半導体ウェハ１１の上面１１ａに、フォトリソグラフィにより抵抗素子９の形成領域に開口部を有するレジストマスクを形成し、所定の不純物を注入して半導体ウェハ１１の表層に抵抗素子９を形成する。
【００５５】
そして、前記のレジストマスクを除去し、配置が変更された各抵抗素子９を組合せて図１４に示すブリッジ回路を形成するための図示しない配線パターンを形成する。
【００５６】
Ｐ３、フォトリソグラフィにより半導体ウェハ１１の上面１１ａの外枠部２、可撓部７、重錘部３の形成領域を覆うレジストマスクを形成し、異方性エッチング等により半導体ウェハ１１をエッチングして、可撓部７の厚さ以上に掘り込み、外枠部２、可撓部７、重錘部３の上面パターン１２を形成する。
【００５７】
Ｐ４、工程Ｐ３で形成したレジストマスクを除去し、半導体ウェハ１１を反転させ、半導体ウェハ１１の裏面１１ｂにフォトリソグラフィにより、外枠部２の内側の領域を露出させたレジストマスクを形成し、異方性エッチング等により半導体ウェハ１１の裏面１１ｂをエッチングして重錘部３の厚さを所定の厚さに形成する。
【００５８】
次いで、フォトリソグラフィにより重錘部３の形成領域を覆うレジストマスクを形成し、外枠部２の内側と重錘部３との間を更にエッチングして、裏面パターンを上面パターン１２に貫通させ、可撓部７を所定の厚さにエッチングして可撓部７を形成する。
【００５９】
そして、レジストマスクの除去後に、図示しないダイシングブレードにより、半導体ウェハ１１を個片に分割して外枠部２の外形形状を形成し、本実施例の半導体加速度センサ１を製造する。
【００６０】
上記のように、本実施例のＺ軸抵抗素子Ｒｚの配置を用いれば、Ｙ軸可撓部７ｃ、７ｄに捻れが生じても、ブリッジ回路における各Ｚ軸抵抗素子Ｒｚの抵抗のバランスが保たれ、隔置距離Ｂのバラツキや、重錘部３の形成工程における上面パターン１２と裏面パターンとの位置ずれ等による重錘部３の形成位置に位置ずれが生じた場合においても、隔置距離Ｂの大小に関わらず、他軸感度を３％以下に抑制することが可能になり、加速度の検出精度を向上させた半導体加速度センサ１を得ることができる。
【００６１】
また、抵抗素子９の隔置距離Ｂに依存せずに、他軸感度を一定に保つ特性が得られるので、他の特性要因、例えば感度や温度特性等を考慮して抵抗素子９の形成位置を決定することが可能になる。
【００６２】
更に、本実施例の半導体加速度センサ１の製造工程においては、特別な工程設備を導入することなく、各抵抗素子９を接続してブリッジ回路を構成する配線パターンのみを変更すれば、工程設備をそのまま用いて製造効率を悪化させることなく他軸感度を抑制した半導体加速度センサ１を製造することができる。
【００６３】
なお、本実施例では、Ｚ軸抵抗素子Ｒｚを一対のＹ軸可撓部７ｃ、７ｄに形成する場合を例に説明したが、Ｚ軸抵抗素子Ｒｚを一対のＸ軸可撓部７ａ、７ｂに形成する場合も同様である。
【００６４】
以上説明したように、本実施例では、Ｘ軸可撓部およびＹ軸可撓部のいずれか一対の可撓部、例えばＹ軸可撓部に配置された第１ないし第４のＹ軸抵抗素子Ｒｙと、第１ないし第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚとを、それぞれ中心線を挟んで幅方向に対向配置し、第１および第２のＺ軸抵抗素子Ｒｚと、第３および第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚとを錘中心Ｗｏを対称点として点対称に配置したことによって、半導体加速度センサに製造上の加工バラツキが生じたとしても、加工バラツキを吸収して隔置距離Ｂに関わらず他軸感度を一定に保つことができると共に他軸感度を抑制することができ、半導体加速度センサの加速度の検出精度を向上させることができる。
【実施例２】
【００６５】
図４は実施例２の半導体加速度センサの上面を示す説明図である。
【００６６】
なお、上記実施例１と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６７】
図４に示す本実施例の各抵抗素子９の配置は、Ｘ軸可撓部７ａ、７ｂには、上記実施例１と同様に、各Ｘ軸抵抗素子Ｒｘは幅方向の中心線（Ｘ軸５）上に１列に並べて配置される。
【００６８】
Ｙ軸可撓部７ｃ、７ｄには、その一方のＹ軸可撓部７ｃに、第１および第２のＹ軸抵抗素子Ｒｙ１、Ｒｙ２と、第１および第２のＺ軸抵抗素子Ｒｚ１、Ｒｚ２とが、それぞれ中心線（Ｙ軸６）を挟んで幅方向に対向させて交互に配置され、他方のＹ軸可撓部７ｄに配置される第３および第４のＹ軸抵抗素子Ｒｙ３、Ｒｙ４と、第３および第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚ３、Ｒｚ４とが、それぞれ中心線を挟んで幅方向に対向させて交互に配置されている。
【００６９】
つまり、Ｙ軸可撓部７ｃの外枠部２側には、中心線の図４において上側（Ｘ軸可撓部７ａ側）を第１のＹ軸抵抗素子Ｒｙ１とし、下側（Ｘ軸可撓部７ｂ側）を第１のＺ軸抵抗素子Ｒｚ１として中心線から隔置距離Ｂ離して対向配置され、重錘部３側には、中心線の上側を第２のＺ軸抵抗素子Ｒｚ２とし、下側を第２のＹ軸抵抗素子Ｒｙ２として中心線から隔置距離Ｂ離して対向配置されている。
【００７０】
また、Ｙ軸可撓部７ｄの重錘部３側には、中心線の上側を第３のＺ軸抵抗素子Ｒｚ３とし、下側を第３のＹ軸抵抗素子Ｒｙ３として中心線から隔置距離Ｂ離して対向配置され、外枠部２側には、中心線の上側を第４のＹ軸抵抗素子Ｒｙ４とし、下側を第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚ４として中心線から隔置距離Ｂ離して対向配置されている。
【００７１】
すなわち、本実施例の抵抗素子９の配置は、Ｙ軸可撓部７ａ、７ｂにそれぞれＹ軸抵抗素子ＲｙとＺ軸抵抗素子Ｒｚとを交互に配置すると共に、Ｙ軸可撓部７ｄに配置される第３および第４のＹ軸抵抗素子Ｒｙ３、Ｒｙ４並びに第３および第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚ３、Ｒｚ４と、Ｙ軸可撓部７ｃに配置した第１および第２のＹ軸抵抗素子Ｒｙ１、Ｒｙ２並びに第１および第２のＺ軸抵抗素子Ｒｚ１、Ｒｚ２とは、中心線であるＹ軸６に重錘部３の錘中心Ｗｏで直交するＸ軸５を対称線として線対象に配置されている。
【００７２】
抵抗素子９を上記のように配置した本実施例の半導体加速度センサ１における他軸感度のシミュレーション計算の結果を図５に示す。
【００７３】
本計算においては、第１ないし第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚと、第１ないし第４のＹ軸抵抗素子Ｒｙの配置を本実施例の配置とした以外は、上記図１８と同じ計算条件、主要諸元である。
【００７４】
また、図５における縦軸、横軸は図１８の場合と同様である。
【００７５】
図５（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施例の抵抗素子９の配置においても、上記実施例１と同様に、重錘部３の位置ずれがないときは、隔置距離Ｂが変化しても、その他軸感度は、ほぼ「０」で一定であり、重錘部３の形成位置がＸ軸方向に１５μｍずれたとしても、隔置距離Ｂに関わらず他軸感度は３％以下で一定となる。
【００７６】
本実施例の製造方法は、上記実施例１の製造工程と同様であるので、その説明を省略する。この場合に工程Ｐ２において、本実施例の配置に変更された各抵抗素子９を組合せてブリッジ回路を形成するための配線パターンが形成される。
【００７７】
このように、抵抗素子の配置を、Ｘ軸可撓部およびＹ軸可撓部のいずれか一対の可撓部、例えばＹ軸可撓部の一方に配置された第１および第２のＹ軸抵抗素子Ｒｙと、第１および第２のＺ軸抵抗素子Ｒｚとを、それぞれ中心線を挟んで幅方向に対向させて交互に配置し、第１および第２のＺ軸抵抗素子Ｒｚと、第３および第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚとを錘中心Ｗｏで直交するＸ軸を対称線として線対称に配置したことによっても、上記実施例１と同様の効果を得ることができる。
【００７８】
なお、本実施例においては、それぞれのＹ軸可撓部７ｃ、７ｄに交互に配置したＹ軸抵抗素子ＲｙとＺ軸抵抗素子Ｒｚとを錘中心Ｗｏで直交するＸ軸５を対称線として線対称に配置するとして説明したが、図６に示すように、交互に配置したＹ軸抵抗素子ＲｙとＺ軸抵抗素子Ｒｚとを錘中心Ｗｏを対称点として点対称に配置するようにしても、上記と同様の効果を得ることができる。
【実施例３】
【００７９】
図７は実施例３の半導体加速度センサの上面を示す説明図である。
【００８０】
なお、上記実施例１と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００８１】
図７に示す本実施例の各抵抗素子９の配置は、Ｘ軸可撓部７ａ、７ｂには、上記実施例１と同様に、各Ｘ軸抵抗素子Ｒｘは幅方向の中心線（Ｘ軸５）上に１列に並べて配置される。
【００８２】
Ｙ軸可撓部７ｃ、７ｄには、その一方のＹ軸可撓部７ｃの外枠部２側に第１のＺ軸抵抗素子Ｒｚ１が、重錘部３側に第２のＺ軸抵抗素子Ｒｚ２が、他方のＹ軸可撓部７ｄの重錘部３側に第３のＺ軸抵抗素子Ｒｚ３が、外枠部２側に第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚ４が配置され、第１ないし第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚは幅方向の中心線であるＹ軸６上に１列に並べて配置されている。
【００８３】
また、Ｙ軸可撓部７ｃ、７ｄには、中心線上に１列に並べて配置された第１ないし第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚの図７において上側（Ｘ軸可撓部７ａ側）に第１ないし第４のＹ軸抵抗素子Ｒｙが、それぞれ幅方向に対向して１列に並べて配置されている。
【００８４】
つまり、本実施例の抵抗素子９の配置は、Ｙ軸可撓部７ｃ、７ｄの中心線上に第１ないし第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚを並べて配置し、これに第１ないし第４のＹ軸抵抗素子Ｒｙをそれぞれ幅方向に対向配置し、Ｙ軸可撓部７ｄに配置される第３および第４のＹ軸抵抗素子Ｒｙ３、Ｒｙ４と、Ｙ軸可撓部７ｃに配置した第１および第２のＹ軸抵抗素子Ｒｙ１、Ｒｙ２とが、Ｙ軸６に重錘部３の錘中心Ｗｏで直交するＸ軸５を対称線として線対象に配置されている。
【００８５】
Ｚ軸抵抗素子Ｒｚを上記のように中心線上に１列に並べて配置すれば、Ｙ軸可撓部７ｃ、７ｄに捻れ応力が発生しても第１ないし第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚに生ずる捻れ応力の応力状態が同じになり、図１８に示した他軸感度を参照すれば、その隔置距離Ｂが「０」のときに相当する他軸感度、つまり重錘部３の位置ずれがないときは他軸感度は、ほぼ「０」で、重錘部３の位置ずれが１５μｍのときは他軸感度は３％以下で一定になる。
【００８６】
本実施例の製造方法は、上記実施例１の製造工程と同様であるので、その説明を省略する。この場合に工程Ｐ２において、本実施例の配置に変更された各抵抗素子９を組合せてブリッジ回路を形成するための配線パターンが形成される。
【００８７】
このように、抵抗素子の配置を、Ｘ軸可撓部およびＹ軸可撓部のいずれか一対の可撓部、例えばＹ軸可撓部の中心線上に第１ないし第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚを１列に並べて配置し、第１および第２のＹ軸抵抗素子Ｒｙと、第３および第４のＹ軸抵抗素子Ｒｙとを錘中心Ｗｏで直交するＸ軸を対称線として線対称に配置したことによっても、上記実施例１と同様の効果を得ることができる。
【００８８】
なお、本実施例においては、それぞれのＹ軸可撓部７ｃ、７ｄに配置したＹ軸抵抗素子Ｒｙを錘中心Ｗｏで直交するＸ軸５を対称線として線対称に配置するとして説明したが、線対称の配置は前記に限らず、図７とは逆に、つまり各Ｚ軸抵抗素子Ｒｚの下側に１列に並べて配置しても、図８に示すようにＺ軸抵抗素子Ｒｚに対して上側、下側に交互に配置しても、図８とは逆に交互に配置してもよい。このように配置しても上記と同様の効果を得ることができる。
【００８９】
また、図９に示すように、Ｙ軸抵抗素子Ｒｙを、錘中心Ｗｏを対称点として点対称に配置するようにしても、図９とは逆の点対象に配置しても、上記と同様の効果を得ることができる。
【００９０】
上記各実施例においては、各軸の抵抗素子は、可撓部と外枠部との境界、または可撓部と重錘部との境界から０〜２０μｍ程度の付け根距離Ｃを離して形成するとして説明したが、その一方または両方を外枠部および／もしくは重錘部上に延在させるようにしてもよい。
【実施例４】
【００９１】
図１０は実施例４の半導体加速度センサの上面図を示す説明図である。
【００９２】
なお、上記実施例１と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００９３】
図１０に示す本実施例の各抵抗素子９の配置は、Ｘ軸可撓部７ａ、７ｂには、上記実施例１と同様に、各Ｘ軸抵抗素子Ｒｘは幅方向の中心線（Ｘ軸５）上に1列に並べて配置される。
【００９４】
Ｙ軸可撓部７ｃ、７ｄには、その一方のＹ軸可撓部７ｃの外枠部２側から重錘部３側に向かって第１のＹ軸抵抗素子Ｒｙ１、第１のＺ軸抵抗素子Ｒｚ１、第２のＺ軸抵抗素子Ｒｚ２、第２のＹ軸抵抗素子Ｒｙ２の順に配置され、他方のＹ軸可撓部７ｄの重錘部３側から外枠部２側に向かって第３のＹ軸抵抗素子Ｒｙ３、第３のＺ軸抵抗素子、第４のＺ軸抵抗素子、第４のＹ軸抵抗素子の順に配列され、第１ないし第４のＹ軸抵抗素子Ｒｙ及び第１ないし第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚは全て幅方向の中心線であるＹ軸６上に一直線状に並べて配列されている。
【００９５】
つまり、本実施例の抵抗素子９の配置は、Ｙ軸可撓部７ｃ、７ｄの中心線上に第１ないし第４のＹ軸抵抗素子Ｒｙ及び第１ないし第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚを１列に並べて配置されており、第１のＹ軸抵抗素子Ｒｙ１および第１のＺ軸抵抗素子Ｒｚ１、第２のＹ軸抵抗素子Ｒｙ２および第２のＺ軸抵抗素子Ｒｚ２、第３のＹ軸抵抗素子Ｒｙ３および第３のＺ軸抵抗素子Ｒｚ３、第４のＹ軸抵抗素子Ｒｙ４および第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚ４がそれぞれ中心線上で対向するように形成されている。さらに、本実施例の抵抗素子９は、Ｙ軸可撓部７ｃに配置されるそれぞれの抵抗素子が第１のＹ軸抵抗素子Ｒｙ１、第１のＺ軸抵抗素子Ｒｚ１、第２のＺ軸抵抗素子Ｒｚ２、第２のＹ軸抵抗素子Ｒｙ２の順で配置され、Ｙ軸可撓部７ｄに配置されるそれぞれの抵抗素子が第３のＹ軸抵抗素子Ｒｙ３、第３のＺ軸抵抗素子Ｒｚ３、第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚ４、第４のＹ軸抵抗素子Ｒｙ４の順で配置されるため、Ｙ軸６に重錘部３の錘中心Ｗｏで直交するＸ軸５を対称線として線対象、かつ錘中心Ｗｏについて点対象に配置されている。
【００９６】
このようにＹ軸抵抗素子Ｒｙ、Ｚ軸抵抗素子Ｒｚを全て可撓部の幅の中心線（Ｘ軸５）上に配置することにより、例えばＸ軸方向へ加速度が印加された場合においてもＹ軸抵抗素子Ｒｙ，Ｚ軸抵抗素子Ｒｚは可撓部の中心線から離れている場合に比べて受ける応力が少なくなるため、他軸感度を向上させることができる。
【００９７】
図１１は、図１０のＹ軸可撓部７ｃの拡大図であって、第１のＹ軸抵抗素子Ｒｙ１、第２のＹ軸抵抗素子Ｒｙ２、第１のＺ軸抵抗素子Ｒｚ１、第２のＺ軸抵抗素子Ｒｚ２の具体的な配置例を示したものである。
Ｙ軸可撓部７ｃに配置される第１のＹ軸抵抗素子Ｒｙ１、第２のＹ軸抵抗素子Ｒｙ２、第１のＺ軸抵抗素子Ｒｚ１、第２のＺ軸抵抗素子Ｒｚ２はそれぞれＹ軸可撓部７ｃの重錘部から外枠部に向かう方向の長さの半分の点であって、重錘部から外枠部に向かう方向に垂直な線について線対象に配置されている。
また、可撓部の端部とＹ軸抵抗素子Ｒｙとの距離ａは０〜５０μｍ、可撓部の端部とＺ軸抵抗素子Ｒｚとの距離ｂは４０〜１８０μｍに設定される。
【００９８】
可撓部は端部に近いほど応力が大きくなり、また、図１１における可撓部端部とＹ軸抵抗素子Ｒｙ及びＺ軸抵抗素子Ｒｚとの距離がａ＝ｂである場合に加速度を検知したときはＺ軸の出力電流がＹ軸の出力電流よりも大きくなる。このように各出力電流がばらつく場合にはそれらを揃えるためにアンプ等を配置して調節することが必要な場合が出てくる。本実施例では、上述のように配置することによって、Ｚ軸方向の応力を抑え、Ｚ軸の出力電流とＹ軸の出力電流の差を縮めることができる。これによって、前述の場合のような各軸の出力電流を調整するためのアンプ等を配置、調整することが不要となり、より容易に各軸の出力電流を調整することができる。
【００９９】
本実施例の製造方法は、上記実施例１の製造工程と同様であるので、その説明を省略する。この場合に工程Ｐ２において、本実施例の配置に変更された悪抵抗素子９を組み合わせてブリッジ回路を形成するための配線パターンが形成される。
【０１００】
このように、抵抗素子の配置を、Ｘ軸可撓部およびＹ軸可撓部のいずれか一対の可撓部、例えばＹ軸可撓部の中心線上に第１ないし第４のＸ軸抵抗素子ＲｘまたはＹ軸抵抗素子および第１ないし第４のＺ軸抵抗素子Ｒｚを１列に並べて配置し、第１ないし第４のＸ軸抵抗素子ＲｘまたはＹ軸抵抗素子ＲｙとＺ軸抵抗素子Ｒｚとを対向配置させることによって、各軸の出力調整を容易なものとするとともに他軸感度を向上させることができる。
【符号の説明】
【０１０１】
１ 半導体加速度センサ
１ａ、１１ａ 上面
２ 外枠部
３ 重錘部
５ Ｘ軸
６ Ｙ軸
７ 可撓部
７ａ、７ｂ Ｘ軸可撓部
７ｃ、７ｄ Ｙ軸可撓部
９ 抵抗素子
Ｒｘ Ｘ軸抵抗素子
Ｒｘ１〜Ｒｘ４ 第１〜第４のＸ軸抵抗素子
Ｒｙ Ｙ軸抵抗素子
Ｒｙ１〜Ｒｙ４ 第１〜第４のＹ軸抵抗素子
Ｒｚ Ｚ軸抵抗素子
Ｒｚ１〜Ｒｚ４ 第１〜第４のＺ軸抵抗素子
１１ 半導体ウェハ
１１ｂ 裏面
１２ 上面パターン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外枠部と、該外枠部の中心部に配置された重錘部と、該重錘部の中心である錘中心で、互いに直交するＸ軸およびＹ軸と、Ｘ軸方向の加速度成分を検出する第１ないし第４のＸ軸抵抗素子と、Ｙ軸方向の加速度成分を検出する第１ないし第４のＹ軸抵抗素子と、前記Ｘ軸およびＹ軸にそれぞれ直交するＺ軸方向の加速度成分を検出する第１ないし第４のＺ軸抵抗素子と、前記Ｘ軸およびＹ軸を幅方向の中心線として、前記外枠部と重錘部とを接続する一対のＸ軸可撓部および一対のＹ軸可撓部とを備え、
前記Ｘ軸可撓部の、一方の前記外枠部側に第１のＸ軸抵抗素子を、前記重錘部側に第２のＸ軸抵抗素子を、他方の前記重錘部側に第３のＸ軸抵抗素子を、前記外枠部側に第４のＸ軸抵抗素子を配置し、前記Ｙ軸可撓部の、一方の前記外枠部側に第１のＹ軸抵抗素子を、前記重錘部側に第２のＹ軸抵抗素子を、他方の前記重錘部側に第３のＹ軸抵抗素子を、前記外枠部側に第４のＹ軸抵抗素子を配置した半導体加速度センサであって、
前記Ｙ軸可撓部の前記Ｙ軸上に一直線状に、前記Ｙ軸可撓部の一方の前記外枠部側から前記重錘部側に向かって前記第１のＹ軸抵抗素子、前記第１のＺ軸抵抗素子、前記第２のＺ軸抵抗素子、前記第２のＹ軸抵抗素子の順にこれらを並べて配置し、前記Ｙ軸可撓部の他方の前記重錘部側から前記外枠部側に向かって前記第３のＹ軸抵抗素子、前記第３のＺ軸抵抗素子、前記第４のＺ軸抵抗素子、前記第４のＹ軸抵抗素子の順にこれらを並べて配置したことを特徴とする半導体加速度センサ。
【請求項１】
外枠部と、該外枠部の中心部に配置された重錘部と、該重錘部の中心である錘中心で、互いに直交するＸ軸およびＹ軸と、Ｘ軸方向の加速度成分を検出する第１ないし第４のＸ軸抵抗素子と、Ｙ軸方向の加速度成分を検出する第１ないし第４のＹ軸抵抗素子と、前記Ｘ軸およびＹ軸にそれぞれ直交するＺ軸方向の加速度成分を検出する第１ないし第４のＺ軸抵抗素子と、前記Ｘ軸およびＹ軸を幅方向の中心線として、前記外枠部と重錘部とを接続する一対のＸ軸可撓部および一対のＹ軸可撓部とを備え、
前記Ｘ軸可撓部の、一方の前記外枠部側に第１のＸ軸抵抗素子を、前記重錘部側に第２のＸ軸抵抗素子を、他方の前記重錘部側に第３のＸ軸抵抗素子を、前記外枠部側に第４のＸ軸抵抗素子を配置し、前記Ｙ軸可撓部の、一方の前記外枠部側に第１のＹ軸抵抗素子を、前記重錘部側に第２のＹ軸抵抗素子を、他方の前記重錘部側に第３のＹ軸抵抗素子を、前記外枠部側に第４のＹ軸抵抗素子を配置した半導体加速度センサであって、
前記Ｙ軸可撓部の前記Ｙ軸上に一直線状に、前記Ｙ軸可撓部の一方の前記外枠部側から前記重錘部側に向かって前記第１のＹ軸抵抗素子、前記第１のＺ軸抵抗素子、前記第２のＺ軸抵抗素子、前記第２のＹ軸抵抗素子の順にこれらを並べて配置し、前記Ｙ軸可撓部の他方の前記重錘部側から前記外枠部側に向かって前記第３のＹ軸抵抗素子、前記第３のＺ軸抵抗素子、前記第４のＺ軸抵抗素子、前記第４のＹ軸抵抗素子の順にこれらを並べて配置したことを特徴とする半導体加速度センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１２−８３３６３（Ｐ２０１２−８３３６３Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−６５７７（Ｐ２０１２−６５７７）
【出願日】平成２４年１月１６日（２０１２．１．１６）
【分割の表示】特願２００７−１７７２１１（Ｐ２００７−１７７２１１）の分割
【原出願日】平成１９年７月５日（２００７．７．５）
【出願人】（３０８０３３７１１）ラピスセミコンダクタ株式会社 (898)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１月１６日（２０１２．１．１６）
【分割の表示】特願２００７−１７７２１１（Ｐ２００７−１７７２１１）の分割
【原出願日】平成１９年７月５日（２００７．７．５）
【出願人】（３０８０３３７１１）ラピスセミコンダクタ株式会社 (898)
【Ｆターム（参考）】
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