JP2001124797A - 半導体加速度センサ - Google Patents
半導体加速度センサInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 感度の高い半導体加速度センサを提供するこ
と。 【解決手段】 撓み部を複数本の平行な撓み部４で構成
し、その内の２本の各撓み部４には２個のピエゾ抵抗６
を形成し、第１のピエゾ抵抗６を撓み部４の長手方向に
対し略平行かつ撓み部４の長手方向略中心線上に配置
し、第２のピエゾ抵抗６を撓み部４の長手方向に対し略
直交かつ撓み部の長手方向略中心線上に配置するように
したことを特徴とする。
と。 【解決手段】 撓み部を複数本の平行な撓み部４で構成
し、その内の２本の各撓み部４には２個のピエゾ抵抗６
を形成し、第１のピエゾ抵抗６を撓み部４の長手方向に
対し略平行かつ撓み部４の長手方向略中心線上に配置
し、第２のピエゾ抵抗６を撓み部４の長手方向に対し略
直交かつ撓み部の長手方向略中心線上に配置するように
したことを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ピエゾ抵抗の変化
により加速度を検出する半導体加速度センサに関するも
のである。
により加速度を検出す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】半導体加速度センサを図７乃至図１０の
従来例にもとづき説明する。図７は半導体加速度センサ
の断面図であり、図８は半導体加速度センサの上面図
で、特に半導体加速度センサの本体部となるチップ部１
の上面構造を示すものである。チップ部１には、重り部
５と撓み部４が形成されている。重り部５は、加速度検
出のための質量体であり、撓み部４により支持されてい
る。ここで、撓み部４とチップ部１の重り部５周辺部
（フレーム）との境界を支持部と称する。これらは、チ
ップ部１下面からアルカリ異方性エッチングにより、撓
み部４の肉薄形状の形成するとともに、重り部５周辺を
貫通させてコの字に近いスリット１０を形成することで
形成される。重り部５は異方性エッチングで形成される
ため、その断面形状は台形となる（図中重り部底面１９
を破線で示す）。また、撓み部４上にはピエゾ抵抗６が
形成され、従来例では、撓み部４が２本互いに平行に形
成され、各撓み部４には各々２個、合計４個のピエゾ抵
抗６が形成されている。この４個のピエゾ抵抗６の配置
構成を図９に撓み部４を拡大して示し、また、ピエゾ抵
抗６の配線回路を図１０に示す。図７における上部ガラ
スストッパ２及び下部ガラスストッパ３は、チップ部１
上面，下面に各々陽極接合により接合され、過大な加速
度が生じたとき、重り部５の変位を制限し撓み部４の破
壊を防止する役目を備えている。
従来例にもとづき説明する。図７は半導体加速度センサ
の断面図であり、図８は半導体加速度センサの上面図
で、特に半導体加速度センサの本体部となるチップ部１
の上面構造を示すものである。チップ部１には、重り部
５と撓み部４が形成されている。重り部５は、加速度検
出のための質量体であり、撓み部４により支持されてい
る。ここで、撓み部４とチップ部１の重り部５周辺部
（フレーム）との境界を支持部と称する。これらは、チ
ップ部１下面からアルカリ異方性エッチングにより、撓
み部４の肉薄形状の形成するとともに、重り部５周辺を
貫通させてコの字に近いスリット１０を形成することで
形成される。重り部５は異方性エッチングで形成される
ため、その断面形状は台形となる（図中重り部底面１９
を破線で示す）。また、撓み部４上にはピエゾ抵抗６が
形成され、従来例では、撓み部４が２本互いに平行に形
成され、各撓み部４には各々２個、合計４個のピエゾ抵
抗６が形成されている。この４個のピエゾ抵抗６の配置
構成を図９に撓み部４を拡大して示し、また、ピエゾ抵
抗６の配線回路を図１０に示す。図７における上部ガラ
スストッパ２及び下部ガラスストッパ３は、チップ部１
上面，下面に各々陽極接合により接合され、過大な加速
度が生じたとき、重り部５の変位を制限し撓み部４の破
壊を防止する役目を備えている。
【０００３】以上が基本構成であるが、他の構成要素に
ついても製造過程を交えながら簡単に述べる。結晶面
（１００）のシリコン単結晶ウェハ（チップ部１）を酸
化して酸化膜を形成した後、後工程で重り部５及び撓み
部４を形成する領域の酸化膜だけを、フォトリソグラフ
ィ技術によりコの字型に近い形状で除去する（酸化膜
８）。次に酸化膜８をエッチングマスクとしてシリコン
ウェハのエッチングを行う。エッチングの深さは、一般
に６μｍから３０μｍ程度である。再度酸化を行い、後
工程で形成されるアルミニウム配線１３とピエゾ抵抗６
との接続を行うためのＰ＋（ボロン）拡散層配線１１を
形成する。続いて、イオン注入によりピエゾ抵抗６を撓
み部４にブリッジ回路を形成するように組み合わせて形
成する。そして、ピエゾ抵抗６に接続されたＰ＋拡散層
配線１１とアルミニウム配線１３とをコンタクト部１２
で接続する。アルミニウム配線１３をワイヤボンディン
グ用のパッド１４に接続し、さらにこのパッド１４と電
源供給用及び電気信号出力用の外部端子とをワイヤ１５
でボンディング接続する。次にアルミニウム配線１３の
保護膜として、窒化膜９でパッシベーション（半導体表
面の電気的特性の安定化，外部雰囲気の影響からの保
護）する。続いて、上部ガラスストッパー２とチップ１
とを接合するアルミ薄膜７を形成し、この保護膜として
窒化膜（図示せず）をパッシベーションする。そしてチ
ップ１下面からアルカリ異方性エッチングにより撓み部
４を薄くするとともに、重り部５周辺部を貫通させ、コ
の字型に近い形状のスリット１０を形成する。次にアル
ミニウム配線１３、パッド１４、アルミ薄膜７上の窒化
膜（図示せず）を除去する。こうしてできた重り部５と
撓み部４の上下に上部ガラスストッパー２、下部ガラス
ストッパー３を陽極接合してエアーダンピング構造を形
成して、過度の加速度が加わることによる撓み部４の破
壊（折れ）を防止する。上部ガラスストッパー２、下部
ガラスストッパー３の凹部には、その凹部の深さより小
さい高さの突起２０を形成し、重り部５の振れ幅を制御
して半導体加速度センサの周波数特性を制御する。以上
半導体加速度センサの各構成要素について説明した。
ついても製造過程を交えながら簡単に述べる。結晶面
（１００）のシリコン単結晶ウェハ（チップ部１）を酸
化して酸化膜を形成した後、後工程で重り部５及び撓み
部４を形成する領域の酸化膜だけを、フォトリソグラフ
ィ技術によりコの字型に近い形状で除去する（酸化膜
８）。次に酸化膜８をエッチングマスクとしてシリコン
ウェハのエッチングを行う。エッチングの深さは、一般
に６μｍから３０μｍ程度である。再度酸化を行い、後
工程で形成されるアルミニウム配線１３とピエゾ抵抗６
との接続を行うためのＰ＋（ボロン）拡散層配線１１を
形成する。続いて、イオン注入によりピエゾ抵抗６を撓
み部４にブリッジ回路を形成するように組み合わせて形
成する。そして、ピエゾ抵抗６に接続されたＰ＋拡散層
配線１１とアルミニウム配線１３とをコンタクト部１２
で接続する。アルミニウム配線１３をワイヤボンディン
グ用のパッド１４に接続し、さらにこのパッド１４と電
源供給用及び電気信号出力用の外部端子とをワイヤ１５
でボンディング接続する。次にアルミニウム配線１３の
保護膜として、窒化膜９でパッシベーション（半導体表
面の電気的特性の安定化，外部雰囲気の影響からの保
護）する。続いて、上部ガラスストッパー２とチップ１
とを接合するアルミ薄膜７を形成し、この保護膜として
窒化膜（図示せず）をパッシベーションする。そしてチ
ップ１下面からアルカリ異方性エッチングにより撓み部
４を薄くするとともに、重り部５周辺部を貫通させ、コ
の字型に近い形状のスリット１０を形成する。次にアル
ミニウム配線１３、パッド１４、アルミ薄膜７上の窒化
膜（図示せず）を除去する。こうしてできた重り部５と
撓み部４の上下に上部ガラスストッパー２、下部ガラス
ストッパー３を陽極接合してエアーダンピング構造を形
成して、過度の加速度が加わることによる撓み部４の破
壊（折れ）を防止する。上部ガラスストッパー２、下部
ガラスストッパー３の凹部には、その凹部の深さより小
さい高さの突起２０を形成し、重り部５の振れ幅を制御
して半導体加速度センサの周波数特性を制御する。以上
半導体加速度センサの各構成要素について説明した。
【０００４】次に加速度検出の動作について説明する。
加速度αがチップ部１の垂直方向に加わると重り部５に
力Ｆ＝ｍα（ｍ：質量）が発生し、重り部５が変位す
る。この力Ｆにより撓み部４が撓んで表面に歪みが発生
し、この歪みによりピエゾ抵抗６の抵抗値が変化する。
ピエゾ抵抗６は、第１の撓み部４にＲ１とＲ４、第２の
撓み部にＲ２とＲ３として設けられるとともに、図１０
に示すようなブリッジ回路を構成するように配線されて
いる。ここで、端子ｐ１と端子ｐ４には定電圧電源が接
続され、ピエゾ抵抗６（Ｒ１からＲ４）の抵抗値変化が
端子ｐ２と端子ｐ３間の電圧変化として出力される。こ
のように加速度αは、ピエゾ抵抗６の抵抗値変化として
検出され、電圧変化による電気信号として出力される。
加速度αがチップ部１の垂直方向に加わると重り部５に
力Ｆ＝ｍα（ｍ：質量）が発生し、重り部５が変位す
る。この力Ｆにより撓み部４が撓んで表面に歪みが発生
し、この歪みによりピエゾ抵抗６の抵抗値が変化する。
ピエゾ抵抗６は、第１の撓み部４にＲ１とＲ４、第２の
撓み部にＲ２とＲ３として設けられるとともに、図１０
に示すようなブリッジ回路を構成するように配線されて
いる。ここで、端子ｐ１と端子ｐ４には定電圧電源が接
続され、ピエゾ抵抗６（Ｒ１からＲ４）の抵抗値変化が
端子ｐ２と端子ｐ３間の電圧変化として出力される。こ
のように加速度αは、ピエゾ抵抗６の抵抗値変化として
検出され、電圧変化による電気信号として出力される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】半導体加速度センサの
感度は下式で与えられる。下式より半導体加速度センサ
の感度を向上させるさせるためには、重り部５を重くす
る、撓み部４の厚さを薄くする、撓み部４の幅を狭くす
るなどが考えられる。
感度は下式で与えられる。下式より半導体加速度センサ
の感度を向上させるさせるためには、重り部５を重くす
る、撓み部４の厚さを薄くする、撓み部４の幅を狭くす
るなどが考えられる。
【０００６】
【数１】
【０００７】しかしながら、重り部５を重くすること
は、重り部５を大きくすることにつながり、これはチッ
プ部１を大きくすることになり小型化に不適である。ま
た、撓み部４の薄くすることについては、厚みをおよそ
１０μｍ以下にまですると、振動や衝撃により製造工程
中に折れ易く収率が悪くなるという問題があった。さら
に、撓み部４の幅を狭くすることについては、ピエゾ抵
抗６の大きさ（長さ，幅）を小さくし、幅を狭くするこ
とが考えられるが、感度を低下させることなくピエゾ抵
抗６を小型形成することには限界がある。
は、重り部５を大きくすることにつながり、これはチッ
プ部１を大きくすることになり小型化に不適である。ま
た、撓み部４の薄くすることについては、厚みをおよそ
１０μｍ以下にまですると、振動や衝撃により製造工程
中に折れ易く収率が悪くなるという問題があった。さら
に、撓み部４の幅を狭くすることについては、ピエゾ抵
抗６の大きさ（長さ，幅）を小さくし、幅を狭くするこ
とが考えられるが、感度を低下させることなくピエゾ抵
抗６を小型形成することには限界がある。
【０００８】本発明は、上記事由に鑑みてなしたもの
で、その目的とするところは、感度の高い半導体加速度
センサを提供することにある。
で、その目的とするところは、感度の高い半導体加速度
センサを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、加速時に変位する重り部
と、該重り部に連結された撓み部と、該撓み部を支持す
る支持部と、該撓み部に前記重り部の変位により前記撓
み部に生じる歪みを検出するピエゾ抵抗を有して、該ピ
エゾ抵抗の抵抗変化をもとに加速度を検知する半導体加
速度センサにおいて、前記撓み部を複数本の平行な撓み
部で構成し、その内の２本の各撓み部には２個のピエゾ
抵抗を形成し、第１のピエゾ抵抗を撓み部の長手方向に
対し略平行かつ撓み部の長手方向略中心線上に配置し、
第２のピエゾ抵抗を撓み部の長手方向に対し略直交かつ
撓み部の長手方向略中心線上に配置するようにしたこと
を特徴とするものである。
に、請求項１記載の発明は、加速時に変位する重り部
と、該重り部に連結された撓み部と、該撓み部を支持す
る支持部と、該撓み部に前記重り部の変位により前記撓
み部に生じる歪みを検出するピエゾ抵抗を有して、該ピ
エゾ抵抗の抵抗変化をもとに加速度を検知する半導体加
速度センサにおいて、前記撓み部を複数本の平行な撓み
部で構成し、その内の２本の各撓み部には２個のピエゾ
抵抗を形成し、第１のピエゾ抵抗を撓み部の長手方向に
対し略平行かつ撓み部の長手方向略中心線上に配置し、
第２のピエゾ抵抗を撓み部の長手方向に対し略直交かつ
撓み部の長手方向略中心線上に配置するようにしたこと
を特徴とするものである。
【００１０】請求項２記載の発明は、請求項１記載の半
導体加速度センサにおいて、前記第２のピエゾ抵抗を撓
み部の支持部側もしくは重り部側のいずれかの端部の内
側近傍に配置するようにしたことを特徴とするものであ
る。
導体加速度センサにおいて、前記第２のピエゾ抵抗を撓
み部の支持部側もしくは重り部側のいずれかの端部の内
側近傍に配置するようにしたことを特徴とするものであ
る。
【００１１】請求項３記載の発明は、請求項２記載の半
導体加速度センサにおいて、前記２本の撓み部におい
て、第１の撓み部の第２のピエゾ抵抗を支持部側に配置
し、第２の撓み部の第２のピエゾ抵抗を重り部側に配置
するようにしたことを特徴とするものである。
導体加速度センサにおいて、前記２本の撓み部におい
て、第１の撓み部の第２のピエゾ抵抗を支持部側に配置
し、第２の撓み部の第２のピエゾ抵抗を重り部側に配置
するようにしたことを特徴とするものである。
【００１２】請求項４記載の発明は、請求項１記載の半
導体加速度センサにおいて、第１のピエゾ抵抗と第２の
ピエゾ抵抗とを互いに絶縁した状態で、重ねて配置する
ようにしたことを特徴とするものである。
導体加速度センサにおいて、第１のピエゾ抵抗と第２の
ピエゾ抵抗とを互いに絶縁した状態で、重ねて配置する
ようにしたことを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に係る
半導体加速度センサについて図１乃至図６及び図１１に
もとづき説明する。
半導体加速度センサについて図１乃至図６及び図１１に
もとづき説明する。
【００１４】図１は本発明の第１の実施の形態の半導体
加速度センサを示す上面図で、特に半導体加速度センサ
の本体部となるチップ部１の上面構造を示すものであ
る。基本構成は従来の実施例と同様で、チップ部１に
は、重り部５と撓み部４が形成されている。重り部５
は、加速度検出のための質量体であり、撓み部４により
支持されている。また、撓み部４上にはピエゾ抵抗６が
形成され、撓み部４が２本互いに平行に形成され、各撓
み部４には各々２個、合計４個のピエゾ抵抗６が形成さ
れている。ピエゾ抵抗６は、第１の撓み部４にＲ１とＲ
４、第２の撓み部にＲ２とＲ３として設けられるととも
に、図１０に示すようなブリッジ回路を構成するように
配線されている。
加速度センサを示す上面図で、特に半導体加速度センサ
の本体部となるチップ部１の上面構造を示すものであ
る。基本構成は従来の実施例と同様で、チップ部１に
は、重り部５と撓み部４が形成されている。重り部５
は、加速度検出のための質量体であり、撓み部４により
支持されている。また、撓み部４上にはピエゾ抵抗６が
形成され、撓み部４が２本互いに平行に形成され、各撓
み部４には各々２個、合計４個のピエゾ抵抗６が形成さ
れている。ピエゾ抵抗６は、第１の撓み部４にＲ１とＲ
４、第２の撓み部にＲ２とＲ３として設けられるととも
に、図１０に示すようなブリッジ回路を構成するように
配線されている。
【００１５】また、加速度検出の動作についても基本は
従来例と同様である。加速度αがチップ部１の垂直方向
に加わると重り部５に力Ｆ＝ｍα（ｍ：質量）が発生
し、重り部５が変位する。この力Ｆにより撓み部４が撓
み、表面に歪みが発生し、この歪みによりピエゾ抵抗６
の抵抗値が変化し、この抵抗値変化が図１０のブリッジ
回路の端子ｐ２，端子ｐ３間の電圧変化として出力され
る。このように加速度αは、ピエゾ抵抗６の抵抗値変化
として検出され、電圧変化による電気信号として出力さ
れる。
従来例と同様である。加速度αがチップ部１の垂直方向
に加わると重り部５に力Ｆ＝ｍα（ｍ：質量）が発生
し、重り部５が変位する。この力Ｆにより撓み部４が撓
み、表面に歪みが発生し、この歪みによりピエゾ抵抗６
の抵抗値が変化し、この抵抗値変化が図１０のブリッジ
回路の端子ｐ２，端子ｐ３間の電圧変化として出力され
る。このように加速度αは、ピエゾ抵抗６の抵抗値変化
として検出され、電圧変化による電気信号として出力さ
れる。
【００１６】ここで、図１１に解析結果にもとづく撓み
部４に加わる応力の集中の特性概略図を示す。撓み部４
の両端部の内側近傍に応力が集中していることがわか
る。すなわちピエゾ抵抗６をこの部位に配置すれば、撓
み部４の撓みをより大きな抵抗値変化として検出するこ
とができる。
部４に加わる応力の集中の特性概略図を示す。撓み部４
の両端部の内側近傍に応力が集中していることがわか
る。すなわちピエゾ抵抗６をこの部位に配置すれば、撓
み部４の撓みをより大きな抵抗値変化として検出するこ
とができる。
【００１７】ここで第１の撓み部４において、第１のピ
エゾ抵抗６（Ｒ４）を撓み部４の長手方向に対し略平行
かつ撓み部４の長手方向略中心線上に配置し、第２のピ
エゾ抵抗（Ｒ１）を撓み部４の長手方向に対し略直交か
つ撓み部４の長手方向略中心線上かつ、撓み部４の支持
部側の端部の内側近傍に配置するようにする。同様に第
２の撓み部４において、第１のピエゾ抵抗６（Ｒ３）を
撓み部４の長手方向に対し略平行かつ撓み部４の長手方
向略中心線上に配置し、第２のピエゾ抵抗（Ｒ２）を撓
み部４の長手方向に対し略直交かつ撓み部４の長手方向
略中心線上かつ、撓み部４の支持部側の端部の内側近傍
に配置するようにする。
エゾ抵抗６（Ｒ４）を撓み部４の長手方向に対し略平行
かつ撓み部４の長手方向略中心線上に配置し、第２のピ
エゾ抵抗（Ｒ１）を撓み部４の長手方向に対し略直交か
つ撓み部４の長手方向略中心線上かつ、撓み部４の支持
部側の端部の内側近傍に配置するようにする。同様に第
２の撓み部４において、第１のピエゾ抵抗６（Ｒ３）を
撓み部４の長手方向に対し略平行かつ撓み部４の長手方
向略中心線上に配置し、第２のピエゾ抵抗（Ｒ２）を撓
み部４の長手方向に対し略直交かつ撓み部４の長手方向
略中心線上かつ、撓み部４の支持部側の端部の内側近傍
に配置するようにする。
【００１８】このように配置することで、重り部５が上
方に変位した場合、ピエゾ抵抗６（Ｒ１）とピエゾ抵抗
６（Ｒ２）には強い圧縮応力（ピエゾ抵抗６の線を横か
ら圧縮する応力）が働き、反対に重り部５が下方に変位
した場合、ピエゾ抵抗６（Ｒ１）とピエゾ抵抗６（Ｒ
２）には強い引張り応力（ピエゾ抵抗６の線を横から引
張る応力）が働く。このように加速度を高い感度で検知
することができる。さらに、各撓み部４において、第１
のピエゾ抵抗６（Ｒ４，Ｒ３）と第２のピエゾ抵抗６
（Ｒ１，Ｒ２）とが、撓み部４の長手方向略中心線上に
配置されるため、ピエゾ抵抗６の配置に必要な幅が減少
する。よって、撓み部４の幅を狭くすることができ、前
記の感度の式より感度を向上させることができる。
方に変位した場合、ピエゾ抵抗６（Ｒ１）とピエゾ抵抗
６（Ｒ２）には強い圧縮応力（ピエゾ抵抗６の線を横か
ら圧縮する応力）が働き、反対に重り部５が下方に変位
した場合、ピエゾ抵抗６（Ｒ１）とピエゾ抵抗６（Ｒ
２）には強い引張り応力（ピエゾ抵抗６の線を横から引
張る応力）が働く。このように加速度を高い感度で検知
することができる。さらに、各撓み部４において、第１
のピエゾ抵抗６（Ｒ４，Ｒ３）と第２のピエゾ抵抗６
（Ｒ１，Ｒ２）とが、撓み部４の長手方向略中心線上に
配置されるため、ピエゾ抵抗６の配置に必要な幅が減少
する。よって、撓み部４の幅を狭くすることができ、前
記の感度の式より感度を向上させることができる。
【００１９】このように、ピエゾ抵抗６を配置すること
により、先ず、撓み部４の応力集中箇所で重り部５の変
位を検知するので、高い感度で加速度を検知することが
できるという効果を奏するとともに、ピエゾ抵抗６の配
置に必要な幅が減少して撓み部４の幅を狭くすることが
できるので、さらに高い感度で加速度検知ができるとい
う効果を奏する。
により、先ず、撓み部４の応力集中箇所で重り部５の変
位を検知するので、高い感度で加速度を検知することが
できるという効果を奏するとともに、ピエゾ抵抗６の配
置に必要な幅が減少して撓み部４の幅を狭くすることが
できるので、さらに高い感度で加速度検知ができるとい
う効果を奏する。
【００２０】図２は本発明の第２の実施の形態の半導体
加速度センサを示す上面図で、特に半導体加速度センサ
の本体部となるチップ部１の上面構造を示すものであ
る。基本構成及び加速度検出動作は第１の実施の形態と
同様であるが、ここで各撓み部４において、第２のピエ
ゾ抵抗（Ｒ１，Ｒ２）を撓み部４の重り部５側の端部の
内側近傍に配置するようにしたものである。図１１に示
したように撓み部４の応力集中が重り部５側の内側近傍
にもあることから、第１の実施の形態と同様の効果を奏
することができる。また、撓み部４の幅を狭くしより高
い感度で加速度検知ができる効果も同様である。
加速度センサを示す上面図で、特に半導体加速度センサ
の本体部となるチップ部１の上面構造を示すものであ
る。基本構成及び加速度検出動作は第１の実施の形態と
同様であるが、ここで各撓み部４において、第２のピエ
ゾ抵抗（Ｒ１，Ｒ２）を撓み部４の重り部５側の端部の
内側近傍に配置するようにしたものである。図１１に示
したように撓み部４の応力集中が重り部５側の内側近傍
にもあることから、第１の実施の形態と同様の効果を奏
することができる。また、撓み部４の幅を狭くしより高
い感度で加速度検知ができる効果も同様である。
【００２１】図３は本発明の第３の実施の形態の半導体
加速度センサを示す上面図で、特に半導体加速度センサ
の本体部となるチップ部１の上面構造を示すものであ
る。基本構成及び加速度検出動作は第１及び第２の実施
の形態と同様であるが、ここで、第１の撓み部４におい
て、第２のピエゾ抵抗（Ｒ１）を撓み部４の支持部側の
端部の内側近傍に配置し、第２の撓み部４において、第
２のピエゾ抵抗（Ｒ２）を撓み部４の重り部５側の端部
の内側近傍に配置するようにしたものである。すなわち
第２のピエゾ抵抗６が、第１の撓み部４では支持部側、
第２の撓み部４では重り部５側に互いに反対の側に配置
した構成である。図１１に示したように撓み部４の応力
集中が支持部側及び重り部５側の内側近傍にもあること
から、第１の実施の形態と同様の効果を奏することがで
きる。また、撓み部４の幅を狭くしより高い感度で加速
度検知ができる効果も同様である。
加速度センサを示す上面図で、特に半導体加速度センサ
の本体部となるチップ部１の上面構造を示すものであ
る。基本構成及び加速度検出動作は第１及び第２の実施
の形態と同様であるが、ここで、第１の撓み部４におい
て、第２のピエゾ抵抗（Ｒ１）を撓み部４の支持部側の
端部の内側近傍に配置し、第２の撓み部４において、第
２のピエゾ抵抗（Ｒ２）を撓み部４の重り部５側の端部
の内側近傍に配置するようにしたものである。すなわち
第２のピエゾ抵抗６が、第１の撓み部４では支持部側、
第２の撓み部４では重り部５側に互いに反対の側に配置
した構成である。図１１に示したように撓み部４の応力
集中が支持部側及び重り部５側の内側近傍にもあること
から、第１の実施の形態と同様の効果を奏することがで
きる。また、撓み部４の幅を狭くしより高い感度で加速
度検知ができる効果も同様である。
【００２２】さらに本実施の形態の特有の動作について
説明する。例えば、図３において、第２の撓み部４（Ｒ
２，Ｒ３を有する）が第１の撓み部４（Ｒ１，Ｒ４を有
する）に比べて大きく上方に変位した場合、すなわち捩
れが発生した場合、圧縮応力はピエゾ抵抗６（Ｒ２）に
大きく作用することになり、ピエゾ抵抗６（Ｒ２）とピ
エゾ抵抗６（Ｒ１）の抵抗値に差が生じる。この抵抗値
の差により撓み部４の捩れを検出することができる。
尚、ピエゾ抵抗６（Ｒ１）を重り部５側に、ピエゾ抵抗
６（Ｒ２）を支持部側に入れ替えても同様の作用とな
る。このように第２のピエゾ抵抗６を、第１の撓み部４
では支持部側、第２の撓み部４では重り部５側に互いに
反対の側に配置するようにしたので、撓み部４の捩れを
検出することができるという効果を奏する。
説明する。例えば、図３において、第２の撓み部４（Ｒ
２，Ｒ３を有する）が第１の撓み部４（Ｒ１，Ｒ４を有
する）に比べて大きく上方に変位した場合、すなわち捩
れが発生した場合、圧縮応力はピエゾ抵抗６（Ｒ２）に
大きく作用することになり、ピエゾ抵抗６（Ｒ２）とピ
エゾ抵抗６（Ｒ１）の抵抗値に差が生じる。この抵抗値
の差により撓み部４の捩れを検出することができる。
尚、ピエゾ抵抗６（Ｒ１）を重り部５側に、ピエゾ抵抗
６（Ｒ２）を支持部側に入れ替えても同様の作用とな
る。このように第２のピエゾ抵抗６を、第１の撓み部４
では支持部側、第２の撓み部４では重り部５側に互いに
反対の側に配置するようにしたので、撓み部４の捩れを
検出することができるという効果を奏する。
【００２３】図４は本発明の第４の実施の形態の半導体
加速度センサを示す上面図で、特に半導体加速度センサ
の本体部となるチップ部１の上面構造を示すものであ
る。基本構成及び加速度検出動作は第１及び第２の実施
の形態と同様である。
加速度センサを示す上面図で、特に半導体加速度センサ
の本体部となるチップ部１の上面構造を示すものであ
る。基本構成及び加速度検出動作は第１及び第２の実施
の形態と同様である。
【００２４】ここで第１の撓み部４において、第１のピ
エゾ抵抗６（Ｒ４）を撓み部４の長手方向に対し略平行
かつ撓み部４の長手方向略中心線上に配置し、第２のピ
エゾ抵抗（Ｒ１）を撓み部４の長手方向に対し略直交か
つ撓み部４の長手方向略中心線上かつ、第１のピエゾ抵
抗６（Ｒ４）と重ねて（交差させて）配置する。第１の
ピエゾ抵抗６（Ｒ４）と第２のピエゾ抵抗（Ｒ１）は互
いに絶縁された状態にある。同様に第２の撓み部４にお
いて、第１のピエゾ抵抗６（Ｒ３）を撓み部４の長手方
向に対し略平行かつ撓み部４の長手方向略中心線上に配
置し、第２のピエゾ抵抗（Ｒ２）を撓み部４の長手方向
に対し略直交かつ撓み部４の長手方向略中心線上かつ、
第１ピエゾ抵抗６（Ｒ３）と重ねて（交差させて）配置
する。第１のピエゾ抵抗６（Ｒ３）と第２のピエゾ抵抗
（Ｒ２）は互いに絶縁された状態にある。
エゾ抵抗６（Ｒ４）を撓み部４の長手方向に対し略平行
かつ撓み部４の長手方向略中心線上に配置し、第２のピ
エゾ抵抗（Ｒ１）を撓み部４の長手方向に対し略直交か
つ撓み部４の長手方向略中心線上かつ、第１のピエゾ抵
抗６（Ｒ４）と重ねて（交差させて）配置する。第１の
ピエゾ抵抗６（Ｒ４）と第２のピエゾ抵抗（Ｒ１）は互
いに絶縁された状態にある。同様に第２の撓み部４にお
いて、第１のピエゾ抵抗６（Ｒ３）を撓み部４の長手方
向に対し略平行かつ撓み部４の長手方向略中心線上に配
置し、第２のピエゾ抵抗（Ｒ２）を撓み部４の長手方向
に対し略直交かつ撓み部４の長手方向略中心線上かつ、
第１ピエゾ抵抗６（Ｒ３）と重ねて（交差させて）配置
する。第１のピエゾ抵抗６（Ｒ３）と第２のピエゾ抵抗
（Ｒ２）は互いに絶縁された状態にある。
【００２５】第１のピエゾ抵抗６と第２のピエゾ抵抗６
の交差部の構成の一例を図５に示す。ここでは、第１の
撓み部４において説明するが、第２の撓み部４について
も同様である。ここでは、第２のピエゾ抵抗６（Ｒ１）
のほぼ中央を分断し、この分断した部分に第１のピエゾ
抵抗６（Ｒ４）を配置する。分断された第２のピエゾ抵
抗６（Ｒ１）は、アルミスパッタリング（アルミブリッ
ジ２１）により接続する。尚、アルミスパッタリングを
行う前に、交差部（第１のピエゾ抵抗６）の上部を酸化
膜等の絶縁層で覆う必要がある。このように配置するこ
とによりピエゾ抵抗６の配置に必要な幅を減少させるこ
とができる。また、図１１の撓み部４の応力集中特性を
見ると、撓み部４中央部の応力は両端に比べ小さいが、
比較的広範囲に安定していることがわかる。よってピエ
ゾ抵抗６の形成位置のばらつきによる検知感度の変動が
抑えられ、安定した応力検知を行うことができる。
の交差部の構成の一例を図５に示す。ここでは、第１の
撓み部４において説明するが、第２の撓み部４について
も同様である。ここでは、第２のピエゾ抵抗６（Ｒ１）
のほぼ中央を分断し、この分断した部分に第１のピエゾ
抵抗６（Ｒ４）を配置する。分断された第２のピエゾ抵
抗６（Ｒ１）は、アルミスパッタリング（アルミブリッ
ジ２１）により接続する。尚、アルミスパッタリングを
行う前に、交差部（第１のピエゾ抵抗６）の上部を酸化
膜等の絶縁層で覆う必要がある。このように配置するこ
とによりピエゾ抵抗６の配置に必要な幅を減少させるこ
とができる。また、図１１の撓み部４の応力集中特性を
見ると、撓み部４中央部の応力は両端に比べ小さいが、
比較的広範囲に安定していることがわかる。よってピエ
ゾ抵抗６の形成位置のばらつきによる検知感度の変動が
抑えられ、安定した応力検知を行うことができる。
【００２６】また、図示はしないが、第１のピエゾ抵抗
が形成されたチップ（シリコンウェハ）の上に酸化膜を
ＣＶＤ等で積層し、この上にポリシリコン層を積層し、
このポリシリコン層に第２のピエゾ抵抗を形成するよう
な２層構造でもよい。
が形成されたチップ（シリコンウェハ）の上に酸化膜を
ＣＶＤ等で積層し、この上にポリシリコン層を積層し、
このポリシリコン層に第２のピエゾ抵抗を形成するよう
な２層構造でもよい。
【００２７】このように、ピエゾ抵抗６の配置に必要な
幅が減少して撓み部４の幅を狭くすることができるの
で、高い感度で加速度検知ができるという効果を奏す
る。また、第１のピエゾ抵抗６（Ｒ１，Ｒ２）が撓み部
４の中央部に配置できるので、ピエゾ抵抗６の形成位置
のばらつきの影響を受け難く、安定した応力検知を行う
ことができるという効果を奏する。
幅が減少して撓み部４の幅を狭くすることができるの
で、高い感度で加速度検知ができるという効果を奏す
る。また、第１のピエゾ抵抗６（Ｒ１，Ｒ２）が撓み部
４の中央部に配置できるので、ピエゾ抵抗６の形成位置
のばらつきの影響を受け難く、安定した応力検知を行う
ことができるという効果を奏する。
【００２８】図６は本発明の第５の実施の形態の半導体
加速度センサを示す上面図で、特に半導体加速度センサ
の本体部となるチップ部１の上面構造を示すものであ
る。基本構成及び加速度検出動作は第１の実施の形態と
同様であるが、ここでは撓み部４が３本であり、両側の
２本の撓み部４に第１の実施の形態と同様ピエゾ抵抗６
（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４）を配置し、中央の撓み部４
にはピエゾ抵抗６は配置しない構成である。加速度検出
動作は、両側の２本の撓み部４及びピエゾ抵抗６で行わ
れ、その動作及び効果は第１の実施の形態と同様であ
る。中央の撓み部４’は、撓み部の折れ防止のための補
強の役割を果たす。本実施の形態では、第１の実施の形
態のピエゾ抵抗６の配置を用いているが、第２乃至第４
の実施の形態のピエゾ抵抗６の配置でもよい。
加速度センサを示す上面図で、特に半導体加速度センサ
の本体部となるチップ部１の上面構造を示すものであ
る。基本構成及び加速度検出動作は第１の実施の形態と
同様であるが、ここでは撓み部４が３本であり、両側の
２本の撓み部４に第１の実施の形態と同様ピエゾ抵抗６
（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４）を配置し、中央の撓み部４
にはピエゾ抵抗６は配置しない構成である。加速度検出
動作は、両側の２本の撓み部４及びピエゾ抵抗６で行わ
れ、その動作及び効果は第１の実施の形態と同様であ
る。中央の撓み部４’は、撓み部の折れ防止のための補
強の役割を果たす。本実施の形態では、第１の実施の形
態のピエゾ抵抗６の配置を用いているが、第２乃至第４
の実施の形態のピエゾ抵抗６の配置でもよい。
【００２９】このように本発明は２本に限らず３本以上
の複数本の撓み部を有する半導体加速度センサにも適用
してもよい。なお、ピエゾ抵抗６を配置する撓み部４
は、複数本の内特に限定するものではないが、両側の２
本であることが望ましい。
の複数本の撓み部を有する半導体加速度センサにも適用
してもよい。なお、ピエゾ抵抗６を配置する撓み部４
は、複数本の内特に限定するものではないが、両側の２
本であることが望ましい。
【００３０】
【発明の効果】上述の如く、本発明の請求項１記載の発
明によれば、加速時に変位する重り部と、該重り部に連
結された撓み部と、該撓み部を支持する支持部と、該撓
み部に前記重り部の変位により前記撓み部に生じる歪み
を検出するピエゾ抵抗を有して、該ピエゾ抵抗の抵抗変
化をもとに加速度を検知する半導体加速度センサにおい
て、前記撓み部を複数本の平行な撓み部で構成し、その
内の２本の各撓み部には２個のピエゾ抵抗を形成し、第
１のピエゾ抵抗を撓み部の長手方向に対し略平行かつ撓
み部の長手方向略中心線上に配置し、第２のピエゾ抵抗
を撓み部の長手方向に対し略直交かつ撓み部の長手方向
略中心線上に配置するようにしたので、撓み部４の幅を
狭くし、高い感度の半導体加速度センサが提供できた。
明によれば、加速時に変位する重り部と、該重り部に連
結された撓み部と、該撓み部を支持する支持部と、該撓
み部に前記重り部の変位により前記撓み部に生じる歪み
を検出するピエゾ抵抗を有して、該ピエゾ抵抗の抵抗変
化をもとに加速度を検知する半導体加速度センサにおい
て、前記撓み部を複数本の平行な撓み部で構成し、その
内の２本の各撓み部には２個のピエゾ抵抗を形成し、第
１のピエゾ抵抗を撓み部の長手方向に対し略平行かつ撓
み部の長手方向略中心線上に配置し、第２のピエゾ抵抗
を撓み部の長手方向に対し略直交かつ撓み部の長手方向
略中心線上に配置するようにしたので、撓み部４の幅を
狭くし、高い感度の半導体加速度センサが提供できた。
【００３１】請求項２記載の発明においては、前記第２
のピエゾ抵抗を撓み部の支持部側もしくは重り部側のい
ずれかの端部の内側近傍に配置するようにしたので、撓
み部の応力の高い部位で加速度を検知し、さらに感度を
向上させることができるという効果を奏する。
のピエゾ抵抗を撓み部の支持部側もしくは重り部側のい
ずれかの端部の内側近傍に配置するようにしたので、撓
み部の応力の高い部位で加速度を検知し、さらに感度を
向上させることができるという効果を奏する。
【００３２】請求項３記載の発明においては、第１の撓
み部の第２のピエゾ抵抗を支持部側に配置し、第２の撓
み部の第２のピエゾ抵抗を重り部側に配置するようにし
たので、撓み部の捩れを検出することができるという効
果を奏する。
み部の第２のピエゾ抵抗を支持部側に配置し、第２の撓
み部の第２のピエゾ抵抗を重り部側に配置するようにし
たので、撓み部の捩れを検出することができるという効
果を奏する。
【００３３】請求項４記載の発明においては、第１のピ
エゾ抵抗と第２のピエゾ抵抗とを互いに絶縁した状態
で、重ねて配置するようにしたので、ピエゾ抵抗の形成
位置のばらつきの影響を受け難く、安定した応力検知を
行うことができるという効果を奏する。
エゾ抵抗と第２のピエゾ抵抗とを互いに絶縁した状態
で、重ねて配置するようにしたので、ピエゾ抵抗の形成
位置のばらつきの影響を受け難く、安定した応力検知を
行うことができるという効果を奏する。
【図１】本発明の第１の実施の形態の半導体加速度セン
サを示す上面図である。
サを示す上面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態の半導体加速度セン
サを示す上面図である。
サを示す上面図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態の半導体加速度セン
サを示す上面図である。
サを示す上面図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態の半導体加速度セン
サを示す上面図である。
サを示す上面図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態の半導体加速度セン
サにおける撓み部のピエゾ抵抗構成を示す図である。
サにおける撓み部のピエゾ抵抗構成を示す図である。
【図６】本発明の第５の実施の形態の半導体加速度セン
サを示す上面図である。
サを示す上面図である。
【図７】従来の半導体加速度センサの断面図である。
【図８】従来の半導体加速度センサの上面図である。
【図９】従来の半導体加速度センサのピエゾ抵抗の配置
構成図である。
構成図である。
【図１０】半導体加速度センサのピエゾ抵抗の配線図で
ある。
ある。
【図１１】半導体加速度センサの撓み部の応力集中特性
の概略図である。
の概略図である。
１ 半導体加速度センサ（チップ部） ４ 撓み部 ５ 重り部 ６ ピエゾ抵抗 Ｒ１ ピエゾ抵抗 Ｒ２ ピエゾ抵抗 Ｒ３ ピエゾ抵抗 Ｒ４ ピエゾ抵抗
フロントページの続き (72)発明者 石田 拓郎 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 片岡 万士 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 上 浩則 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 西條 隆司 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 斉藤 誠 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 Ｆターム(参考） 4M112 AA02 BA01 CA24 CA26 CA29 EA02 EA03 EA04 EA06 FA01
Claims (4)
- 【請求項１】 加速時に変位する重り部と、該重り部に
連結された撓み部と、該撓み部を支持する支持部と、該
撓み部に前記重り部の変位により前記撓み部に生じる歪
みを検出するピエゾ抵抗を有して、該ピエゾ抵抗の抵抗
変化をもとに加速度を検知する半導体加速度センサにお
いて、前記撓み部を複数本の平行な撓み部で構成し、そ
の内の２本の各撓み部には２個のピエゾ抵抗を形成し、
第１のピエゾ抵抗を撓み部の長手方向に対し略平行かつ
撓み部の長手方向略中心線上に配置し、第２のピエゾ抵
抗を撓み部の長手方向に対し略直交かつ撓み部の長手方
向略中心線上に配置するようにしたことを特徴とする半
導体加速度センサ。 - 【請求項２】 前記第２のピエゾ抵抗を撓み部の支持部
側もしくは重り部側のいずれかの端部の内側近傍に配置
するようにしたことを特徴とする請求項１記載の半導体
加速度センサ。 - 【請求項３】 前記２本の撓み部において、第１の撓み
部の第２のピエゾ抵抗を支持部側に配置し、第２の撓み
部の第２のピエゾ抵抗を重り部側に配置するようにした
ことを特徴とする請求項２記載の半導体加速度センサ。 - 【請求項４】 第１のピエゾ抵抗と第２のピエゾ抵抗と
を互いに絶縁した状態で、重ねて配置するようにしたこ
とを特徴とする請求項１記載の半導体加速度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30475199A JP4066577B2 (ja) | 1999-10-27 | 1999-10-27 | 半導体加速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30475199A JP4066577B2 (ja) | 1999-10-27 | 1999-10-27 | 半導体加速度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001124797A true JP2001124797A (ja) | 2001-05-11 |
| JP4066577B2 JP4066577B2 (ja) | 2008-03-26 |
Family
ID=17936796
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30475199A Expired - Fee Related JP4066577B2 (ja) | 1999-10-27 | 1999-10-27 | 半導体加速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4066577B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015137159A1 (ja) * | 2014-03-13 | 2015-09-17 | セイコーインスツル株式会社 | 圧力センサ |
| JP2017181438A (ja) * | 2016-03-31 | 2017-10-05 | 京セラ株式会社 | 応力センサ |
| US10866203B2 (en) | 2016-03-31 | 2020-12-15 | Kyocera Corporation | Stress sensor |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6403007B2 (ja) * | 2015-01-08 | 2018-10-10 | 国立大学法人 東京大学 | 圧力センサ |
-
1999
- 1999-10-27 JP JP30475199A patent/JP4066577B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| WO2015137159A1 (ja) * | 2014-03-13 | 2015-09-17 | セイコーインスツル株式会社 | 圧力センサ |
| JP2015175643A (ja) * | 2014-03-13 | 2015-10-05 | セイコーインスツル株式会社 | 圧力センサ |
| CN106062524A (zh) * | 2014-03-13 | 2016-10-26 | 精工电子有限公司 | 压力传感器 |
| EP3118597A4 (en) * | 2014-03-13 | 2017-11-08 | Seiko Instruments Inc. | Pressure sensor |
| US10012557B2 (en) | 2014-03-13 | 2018-07-03 | Seiko Instruments Inc. | Pressure sensor |
| JP2017181438A (ja) * | 2016-03-31 | 2017-10-05 | 京セラ株式会社 | 応力センサ |
| US10866203B2 (en) | 2016-03-31 | 2020-12-15 | Kyocera Corporation | Stress sensor |
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| Publication number | Publication date |
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| JP4066577B2 (ja) | 2008-03-26 |
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