JP2006275961A - 半導体センサおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体センサにおいて、梁と金属配線との熱膨張係数の違いによって梁に生じる熱応力を緩和させ、梁の変形を防ぐことができる半導体センサおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】作動板１６と、作動板１６と所定間隔をおいて外側に設けられたシリコン枠２１とを連結するように設けられ、その一部がピエゾ抵抗素子３０ａ、３０ｂ、３０ｃとなる複数の可撓性の梁１９ａ、１９ｂと、ピエゾ抵抗素子３０ａ、３０ｂ、３０ｃをそれぞれ接続するように梁１９ａ、１９ｂの上主面に形成されたアルミ配線３３とを有する半導体センサ１において、アルミ配線３３と梁１９ａ、１９ｂとの熱膨張係数の違いおよび使用環境の温度によって梁１９ａ、１９ｂに生じる熱応力を緩和する熱応力緩和部７１を梁１９ａ、１９ｂの下主面側に有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体センサおよびその製造方法に関する。

従来より、半導体センサとして、例えば、３軸方向の加速度を検出することができる３軸加速度センサが知られている。また、この３軸加速度センサとしては、シリコン基板からなる略四角形状の支持枠と、この支持枠の内部に形成され、可撓性を有する複数の薄肉の梁と、この複数の梁によって揺動自在に支持される作動板（重錘体を含んでもよい）と、複数の梁に設けられている複数のピエゾ抵抗素子を金属配線によって接続することにより構成されるブリッジ回路とを備えたものが知られている。

このような３軸加速度センサでは、３軸加速度センサに所定方向の加速度が加わると、作動板が揺動し、複数の梁に弾性変形が生じる。これにより、梁に設けられているピエゾ抵抗素子の抵抗値が変化し、ブリッジ回路から出力される出力電圧が変化する。したがって、この出力電圧の変化を検知することにより、３軸加速度センサに加えられた加速度を検出することができる。

また、半導体センサの他の一例として、前述の３軸加速度センサと同様の構成を有し、作動板にかかる荷重を検出することができる圧力センサも知られている。

ここで、特許文献１に示す３軸加速度センサでは、製造プロセスにおいて３軸加速度センサに加わる熱によって、梁に反りが生じないように、酸化シリコンまたは窒化シリコンからなる薄膜を梁の両面に形成している。

特開平７−２３４２４２号公報

ところで、梁の一方の主面に形成されている金属配線の熱膨張率は、シリコンおよび酸化シリコンからなる梁の熱膨張率と大きく異なる。そのため、使用環境温度によっては熱応力が発生することにより梁が変形してしまう場合がある。この場合、半導体センサに加速度または荷重が加わっていない状態にもかかわらず、ブリッジ回路から出力される出力電圧がゼロ点オフセットから変化してしまい、加速度または荷重を正確に測定することができないという問題がある。

本発明は、この問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、梁と金属配線と熱膨張係数の違いによって梁に生じる熱応力を緩和させ、梁の変形を防ぐことができる半導体センサおよびその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の一面において、本発明の半導体センサは、作動板と、前記作動板と所定間隔をおいて外側に設けられた枠と、該枠と前記作動板とを連結するように設けられ、その一部がピエゾ抵抗素子をなす複数の可撓性の梁と、複数の前記ピエゾ抵抗素子をそれぞれ接続するように前記梁の一方の主面上に形成された金属配線とを有する半導体センサにおいて、
前記梁と前記金属配線との熱膨張係数の違いによって前記梁に生じる熱応力を緩和する熱応力緩和部を前記梁の他方の主面に形成したことを特徴とする。

以上のような構成を有する半導体センサによれば、梁の他方の主面に熱応力緩和部を設けたことにより、梁と金属配線との熱膨張係数の違いによって発生する熱応力による梁の変形を防ぐことができる。これにより、加速度、圧力などの半導体センサが計測可能な物理量を正確に測定することができる。

また、本発明の半導体センサでは、前記熱応力緩和部は、前記金属配線の配線パターンおよび前記金属配線の体積に応じた厚さを有する膜からなることが好ましい。

このように、膜の厚さを制御することによって、様々な金属配線の配線パターンならびに金属配線に使用される金属の種類および体積に対応することができる。

また、本発明の半導体センサでは、前記膜は、金属、金属酸化物および金属窒化物のいずれかからなることが好ましい。
これにより、膜の材料を選択することができる。

また、本発明の半導体センサでは、前記作動板の一主面に接合された重錘体をさらに有し、
前記半導体センサに加速度が加わると、該加速度に応じて前記作動板と前記重錘体とが一体となって変位し、前記半導体センサは、前記変位の大きさに応じて変化する前記複数のピエゾ抵抗素子の抵抗値に基づいて、前記加速度を検出するよう構成されることが好ましい。
これにより、半導体センサに加わる加速度を検出することができる。

また、本発明の半導体センサでは、前記作動板に荷重がかかると、該荷重の大きさに応じて前記作動板が変位し、前記半導体センサは、前記変位の大きさに応じて変化する前記複数のピエゾ抵抗素子の抵抗値に基づいて、前記荷重を検出するよう構成されることが好ましい。
これにより、作動板にかかる荷重を検出することができる。

また、本発明の別の面において、本発明の半導体センサの製造方法は、
作動板を半導体基板に形成する工程と、
前記半導体基板の一方の主面側に、複数のピエゾ抵抗素子を形成する工程と、
前記半導体基板の前記一方の主面上に、前記複数のピエゾ抵抗素子をそれぞれ接続する金属配線を形成する工程と、
前記半導体基板の一部を除去することにより、前記作動板と所定間隔をおいて外側に設けられた枠と、前記作動板と前記枠とを連結するように設けられ、その一方の主面に前記複数のピエゾ抵抗素子が形成された複数の可撓性の梁とを形成する工程と、
前記金属配線と前記梁との熱膨張係数の違いによって前記梁に生じる熱応力を緩和する熱応力緩和部を前記梁の他方の主面上に形成する工程と、
を有することを特徴とする。

以上のような工程を有する半導体センサの製造方法によれば、梁と金属配線との熱膨張係数の違いによって発生する熱応力による梁の変形を防ぐ半導体センサを製造することができる。これにより、加速度や荷重などの物理量を正確に測定可能な半導体センサの製造方法を提供することができる。

また、本発明の半導体センサの製造方法では、前記熱応力緩和部形成工程は、
前記作動板、前記梁および前記枠が形成された前記半導体基板の他方の主面上に、金属、金属酸化物および金属窒化物のいずれかの膜を形成する工程と、
前記作動板および前記枠上に形成された前記膜を除去する工程と、
を有することが好ましい。
これにより、梁の他方の主面のみに膜を形成することができる。

また、本発明の半導体センサの製造方法では、前記膜形成工程は、スパッタ成膜、蒸着成膜およびＣＶＤ成膜のいずれかを含むことが好ましい。
これにより、作動板、梁および枠に形成する膜の厚さを容易に制御することができる。

また、本発明の半導体センサの製造方法では、前記膜除去工程は、エッチングを含むことが好ましい。

これにより、梁の下主面に形成された膜のみを残した状態で、作動板および枠上に形成した膜を正確に除去することができる。

また、本発明の半導体センサの製造方法では、前記熱応力緩和部形成工程後、前記半導体基板の他方の主面に、ガラス基板または金属基板を接合する工程と、
前記ガラス基板または金属基板の一部を除去することにより、前記枠と、前記作動板に懸垂保持された重錘体とを形成する工程と、
をさらに有することが好ましい。

これにより、作動板と重錘体が一体となって変位することで、半導体センサに加わる加速度をさらに正確に検出可能な半導体センサを製造することができる。

上述したおよび他の本発明の構成、作用および効果は、添付図面を参照して行う以下の好適実施形態の説明からより明らかとなるであろう。

図１は、本発明に係る半導体センサの斜視図である。図２は、図１に示す半導体センサのシリコン基板の上面図である。図３は、図２中のＡ−Ａ断面線での断面図を表す。なお、本明細書においては、「上」及び「下」の文言を適宜使用するが、各部材の説明において、図１に示す矢印の向きを「上方向」とし、この矢印の逆の向きを「下方向」とする。

本発明の半導体センサ１は、図１に示すように、シリコン基板１０からなる。シリコン基板１０は、作動板１６と、作動板１６と所定間隔をおいて外側に設けられたシリコン枠２１と、シリコン枠２１と作動板１６とを連結するように設けられた４本の可撓性の梁１９ａ、１９ｂと、梁１９ａ、１９ｂにそれぞれ形成された複数のピエゾ抵抗素子３０ａ、３０ｂ、３０ｃと、複数のピエゾ抵抗素子３０ａ、３０ｂ、３０ｃを接続するアルミ配線（金属配線）３３と、梁１９ａ、１９ｂの下主面（他方の主面）に熱応力を緩和するための熱応力緩和部７１とを備えている（図３参照）。

この熱応力緩和部７１は、梁１９ａ、１９ｂとアルミ配線３３との熱膨張係数の違いによって梁１９ａ、１９ｂに生じる熱応力を緩和するものである。本発明では、この熱応力緩和部７１を設けたことにより、作動板１６に検出したい力（荷重、加速度）が加わらない状態で、梁１９ａ、１９ｂが変形することを防ぐことができる。

なお、熱応力緩和部７１は、前記金属配線の配線パターンおよび前記金属配線の体積や種類に応じた厚さを有する膜からなることが好ましい。また、後述のように、この膜は、金属、金属酸化物および金属窒化物のいずれかから構成されるのが好ましい。

次に、本発明に係る半導体センサ１の上主面の構成を説明する。図２に示すように、シリコン基板１０の中央には、略四角形状の作動板１６が形成されている。４本の梁１９ａ、１９ｂが、略四角形状の作動板１６の４辺の略中央部から対向するシリコン枠２１の各辺の略中央部に向かってそれぞれ延出し、対応するシリコン枠２１に連結されている。また、梁１９ａ、１９ｂは、上述のように可撓性を有している。一方の梁１９ａ上には、ピエゾ抵抗素子３０ａ、３０ｃがそれぞれ２個形成されている。また、他方の梁１９ｂ上には、ピエゾ抵抗素子３０ｂが２個形成されている。

本発明に係る半導体センサ１では、図２に示す直交座標系において、梁１９ａ上に形成されているピエゾ抵抗素子３０ａ、３０ｃは、それぞれＸ方向、Ｚ方向の作動板１６に加えられた力の大きさを、梁１９ｂ上に形成されているピエゾ抵抗素子３０ｂはＹ軸方向の作動板１６に加えられた力の大きさを検知することができるように構成されている。

上述のように、複数のピエゾ抵抗素子３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、アルミ配線３３によって接続されている。また、アルミ配線３３は、シリコン枠２１の外縁近傍に形成された複数のアルミパッド３４（図２では、シリコン枠２１の各辺に４または５個、合計１８個のアルミパッド３４が示されている）にも接続されている。ピエゾ抵抗素子３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、アルミ配線３３およびアルミパッド３４は、３軸方向の力（例えば、荷重、加速度など）の大きさを検出するセンサとして機能するブリッジ回路を構成する。なお、ＸＹＺ方向の３つのブリッジ回路の各頂点を構成するアルミパッド３４は、各ブリッジの対向する頂点のグループ毎に、図示しない増幅回路（アンプ）や温度補償回路などの出力側か、あるいは、入力電圧（Ｖｃｃ）側に接続される。

次に、本発明の半導体センサ１の動作を説明する。
半導体センサ１の作動板１６に力が加えられると、梁１９ａ、１９ｂは弾性変形し、梁１９ａ、１９ｂ上に形成されているピエゾ抵抗素子３０ａ、３０ｂ、３０ｃの抵抗値が半導体センサ１の作動板１６の変位に応じて変化する。そのため、ピエゾ抵抗素子３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、アルミ配線３３およびアルミパッド３４から構成されるブリッジ回路の出力電圧が変化する。本発明の半導体センサ１では、この電圧変化を検知することにより、半導体センサ１の作動板１６に加えられた力を検出することができる。

特に、本発明の半導体センサ１は、圧力（荷重）が作動板１６に加えられる場合には、その圧力を検出する圧力センサとしての役割を果たすことができる。また、後述のように、作動板１６に重錘体４２（図４参照）を接合することにより、本発明の半導体センサ１は、半導体センサ１に加速度が加えられる場合には、その加速度を検出する加速度センサとしての役割を果たすことができる。

以下、本発明の半導体センサ１の一実施形態である３軸加速度センサ２を用いて、本発明の半導体センサ１をより詳細に説明する。なお、ここでは、３軸加速度センサ２に加えられる加速度を感度良く検出するために、作動板１６の一主面に重錘体４２を接合する場合について説明する。この場合、作動板１６は重錘体４２を支持する役割を果たすので、この３軸加速度センサ２の説明では、作動板１６を重錘体支持部１６として説明する。

図４は、本発明に係る半導体センサ１の一実施形態である３軸加速度センサ２の分解斜視図である。なお、本明細書においては、「上」及び「下」の文言を適宜使用するが、各部材の説明において、図４に示す矢印の向きを「上方向」とし、この矢印の逆の向きを「下方向」とする。

本発明に係る半導体センサ１の一実施形態である３軸加速度センサ２は、図４に示すように、半導体基板としてのシリコン基板１０と、下基板としてのガラス基板４０と、ベース５０とを備えている。

シリコン基板１０は、ガラス基板４０の一部から構成される重錘体４２を支持する重錘体支持部１６と、重錘体支持部１６と所定間隔をおいて外側に設けられたシリコン枠（枠の一部）２１と、シリコン枠２１と重錘体支持部１６とを連結するように設けられた４本の可撓性の梁１９ａ、１９ｂと、梁１９ａ、１９ｂの上主面（一方の主面）側にそれぞれ形成された複数のピエゾ抵抗素子３０ａ、３０ｂ、３０ｃと、複数のピエゾ抵抗素子３０ａ、３０ｂ、３０ｃを接続し、アルミ配線（金属配線）３３（図２参照）、梁１９ａ、１９ｂの下主面（他方の主面）に熱応力を緩和するための熱応力緩和部７１とを備えている。

また、ガラス基板４０は、本実施形態では、パイレックスガラス（「パイレックス」は登録商標）からなる。ガラス基板４０は、重錘体４２と、重錘体４２の周囲に所定間隔をおいて外側に配置された８個のガラス枠４３とを備えている。

ベース５０は、本実施形態では、シリコンからなり、８個のガラス枠４３の下主面が接合される略四角形のリング状の接合部５２と、組み立てた状態で重錘体４２との接触を回避するように、接合部５２のなすリングの内部に形成された略四角形状の凹部５１とを備えている。

ここで、３軸加速度センサ２のシリコン基板１０の上主面は、前述の半導体センサ１の上主面と同じ構成となっている。また、シリコン基板１０の下主面は半導体センサ１と同様に、梁１９ａ、１９ｂの下主面上には、上述の熱応力緩和部７１が形成されている。なお、重錘体４２が重錘体支持部１６と一体となって揺動する際に、重錘体４２と梁１９ａ、１９ｂの下主面が接触すると、３軸加速度センサ２が破損するおそれがあるため、重錘体支持部１６は、上述の半導体センサ１における作動板１６と比較して、厚さがある（より厚みがある）形状を有することが好ましい。このような重錘体支持部１６の下主面に重錘体４２を接合することにより、重錘体４２および重錘体支持部１６は、加速度の測定に十分な変位量を得ることができる。以下では、重錘体支持部１６は、上述の作動板１６よりも厚みがあるものとして説明する。

３軸加速度センサ２では、図２に示す直交座標系において、梁１９ａ上に形成されているピエゾ抵抗素子３０ａ、３０ｃはそれぞれＸ方向、Ｚ方向の加速度を、梁１９ｂ上に形成されているピエゾ抵抗素子３０ｂはＹ軸方向の加速度を検知することができるように構成されている。

３軸加速度センサ２に加速度が加わると、重錘体支持部１６と、重錘体支持部１６に支持されている重錘体４２とが一体となって揺動する。これにより、梁１９ａ、１９ｂは弾性変形し、梁１９ａ、１９ｂに形成されているピエゾ抵抗素子３０ａ、３０ｂ、３０ｃの抵抗値が３軸加速度センサ２に加えられた加速度に応じて変化する。そのため、ピエゾ抵抗素子３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、アルミ配線３３およびアルミパッド３４から構成されるブリッジ回路の出力電圧が変化する。３軸加速度センサ２では、この電圧変化を検知することにより、３軸加速度センサ２に加えられた加速度を検出することができる。

次に、３軸加速度センサ２の一製造方法を、図５から図９を用いて、詳細に説明する。図５〜図９は、図４に示す３軸加速度センサ２の製造工程を示す縦断面図である。なお、図５、６、８および９は、図２中のＡ−Ａ断面線での断面図を表し、図７は、図２中のＢ−Ｂ断面線での断面図を表す。

まず、図５（ａ）に示すようなシリコン基板１０を用意する。本実施形態では、シリコン基板１０の厚さは、２００μｍ程度である。

シリコン基板１０を酸化性雰囲気中で加熱することによって、図５（ｂ）に示すように、シリコン基板１０の上下主面を酸化する。これにより、シリコン層２２の上主面側にはシリコン酸化層１１が、シリコン層２２の下主面側には、シリコン酸化層１２が形成される。ここで、シリコン酸化層１１および１２の厚さは、本実施形態ではそれぞれ０．５〜３．０μｍであることが好ましい。

次いで、シリコン基板１０のシリコン酸化層１１側から不純物、本実施形態では、ボロンを注入し、熱処理を行うことで不純物をシリコン層２２中に拡散させる。これにより、図５（ｃ）に示すようにシリコン酸化層１１との界面近傍のシリコン層２２に複数の第１のピエゾ抵抗領域３１を形成する。

形成した第１のピエゾ抵抗領域３１の下方に位置するシリコン酸化層１２の一部をエッチングにより除去する。シリコン層２２の図５（ｃ）中の下主面側のシリコン酸化層１２で覆われていない部分をエッチングし、図５（ｄ）に示すように凹部１３を形成する。

次いで、シリコン基板１０のシリコン酸化層１１側からシリコン層２２に再び不純物を注入し、熱処理を行うことで不純物をシリコン層２２中に拡散させる。この場合、シリコン酸化層１１との界面近傍のシリコン層２２であって、第１のピエゾ抵抗領域３１に隣接する部分（図６（ａ）では、第１のピエゾ抵抗領域３１のシリコン層２２の外周側に隣接する部分）に第２のピエゾ抵抗領域３２を形成する。図６（ａ）に示す断面図では、第１のピエゾ抵抗領域３１の外側の側面に、第２のピエゾ抵抗領域３２が当接した状態で形成されている。第２のピエゾ抵抗領域３２の不純物濃度は、第１のピエゾ抵抗領域３１の不純物濃度より高くなっている。このように、上述のピエゾ抵抗素子３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、それぞれ第１のピエゾ抵抗領域３１と第２のピエゾ抵抗領域３２とから構成される。

次いで、シリコン基板１０に熱処理を行い、凹部１３の一部にシリコン酸化層１４を形成する。この状態でシリコン層２２の酸化膜に覆われていない部分をエッチングする。これにより、図６（ｂ）に示すように、断面略台形の凹部１５を形成する。

次いで、図６（ｃ）に示すように、シリコン基板１０の下主面側の酸化層１２、１４を除去する。これにより、シリコン層２２の略中央部分に、重錘体４２をシリコン基板１０の下主面側で支持する重錘体支持部１６を形成することができる。また、重錘体支持部１６の外側であって、断面略台形の凹部１５を間に挟んで、重錘体支持部１６と対向する位置にシリコン枠２１を形成することができる。

また、図６（ｃ）に示すように、シリコン基板１０の上主面側のシリコン酸化層１１に、第１のピエゾ抵抗領域３１まで貫通する複数のコンタクトホール１７を形成する。

その後、シリコン酸化層１１の上主面側からアルミニウムを蒸着させる。蒸着したアルミニウム層上にパターニングを行った後、エッチングすることにより、アルミ配線（金属配線）３３およびアルミパッド３４（図２参照）を形成する。本実施形態では、図６（ｄ）に示すように、コンタクトホール１７を通して、複数の第１のピエゾ抵抗領域３１にアルミ配線３３が接続される。

次いで、図２中のＢ−Ｂ断面線での断面図である図７（ａ）に示すように、シリコン酸化層１１上の規定部分（すなわち、図２における貫通部分以外の部分）に、フォトリソグラフィによりレジスト層１８を形成し、レジスト層１８の存在しない部分のシリコン酸化層１１をプラズマエッチング等のドライエッチングにより除去する。

そして、図７（ｂ）に示すように、シリコン基板１０の上主面側からプラズマエッチングを行うことで、図７（ａ）中のシリコン層２２の一部である除去部２０を除去する。これにより、重錘体支持部１６とシリコン枠２１とを連結する複数の梁１９ａ、１９ｂが形成される。梁１９ａ、１９ｂはシリコン枠２１より薄くなっており、その厚さは、約１４μｍ程度である。

その後、図８（ａ）に示すように、シリコン基板１０の下主面側にスパッタ成膜もしくは蒸着成膜によって、アルミニウムからなる膜７０を形成する。本実施形態では、膜７０の厚さは、０．１５μｍ程度であることが好ましい。

次いで、重錘体支持部１６、シリコン枠２１および凹部１３の一部に形成した膜７０をエッチングにより除去する。これにより、図８（ｂ）に示すように、梁１９ａ、１９ｂの下主面側のみに一部の膜７０が残る。以下、この一部の膜７０を熱応力緩和部７１という。この熱応力緩和部７１が、梁１９ａ、１９ｂの変形を防止する役割を果たす。

また、図９（ａ）に示すように、パイレックスガラスからなるガラス基板４０を用意する。ガラス基板４０の厚さは、本実施形態では１０００μｍ程度である。

次いで、図９（ｂ）に示すように、上述のように形成されたシリコン基板１０の重錘体支持部１６およびシリコン枠２１の下主面が、ガラス基板４０に当接した状態で、シリコン基板１０とガラス基板４０とを陽極接合する。

次いで、図９（ｃ）に示すように、ガラス基板４０の下主面側から、図９（ｃ）中の上方向にダイシングすることにより、ガラス基板４０の一部を除去する。図４に示すように、ガラス基板４０を４つの直線方向にダイシングすることにより、ガラス基板４０は、９個に分割される。図４に示すように９個に分割されたガラス基板４０のうち、中央の１個が重錘体４２としての役割を果たす。また、この重錘体４２の周囲に形成したガラス枠４３の上主面は、シリコン枠２１の下主面に接合している。これにより、シリコン枠２１およびガラス枠４３は、それぞれ、重錘体支持部１６および重錘体４２と所定間隔をおいて外側に形成された枠としての役割を果たす。

ガラス枠４３の下主面を、前述したベース５０の接合部５２に接合し（図４参照）、本実施形態の３軸加速度センサ２が完成する。

なお、上述のような図１に示す半導体センサ１は、本実施形態の図５〜８で示す工程で完成してもよく、重錘体支持部（作動板）１６の肉厚をエッチング等によって、薄く形成することにより、図３に示すような断面を有する半導体センサ１を製造してもよい。

次に、本発明の適用前後における温度と感度比との関係を説明する。図１０は、梁１９ａ、１９ｂの上主面にアルミ配線３３を所定の配線パターンで形成した場合におけるＸＹＺ座標軸方向の感度比と使用環境温度（Temp.）との関係を示す。図１０（ａ）には、厚さ０．１５μｍの熱応力緩和部７１（すなわち、アルミニウム膜）を梁１９ａ、１９ｂの下主面に形成した場合（すなわち、本発明適用時の感度比と使用環境温度との関係）を示し、図１０（ｂ）には、このような熱応力緩和部７１を梁１９ａ、１９ｂの下主面に形成しなかった場合（すなわち、本発明を適用しない場合の感度比と使用環境温度との関係）を示す。これらの図から、厚さ０．１５μｍの熱応力緩和部７１を梁１９ａ、１９ｂの下主面に形成した場合の方が、特に、Ｚ軸方向の感度比における使用環境温度の影響が改善されていることが分かる。

ここで、本発明の半導体センサ１の一実施形態である３軸加速度センサ２として、家電、映像機器の傾斜・振動を検出するセンサ、携帯ゲーム機およびゲームコントローラの姿勢を検出するセンサ、セキュリティー用に窓等に設置しその振動などを検出するセンサ、ロボットの姿勢を検出するセンサ、スポーツにおいて、フォームを確認するために人間の姿勢を検出するセンサ、精密電子機器の落下を検出するセンサ、万歩計の計数センサ（「万歩計」は登録商標）等に使用することができる。

以上説明したように、本発明の半導体センサ１では、可撓性の梁１９ａ、１９ｂの下主面側に、熱応力緩和部７１を形成することによって、梁１９ａ、１９ｂとアルミ配線（金属配線）３３との熱膨張係数の違いから生じる梁１９ａ、１９ｂの変形を防止することができる。

これにより、使用環境の温度に依存することなく、本発明の半導体センサ１によって加速度および圧力等の物理量を正確に検出することができる。

なお、本発明の半導体センサ１では、アルミニウムからなる熱応力緩和部７１を用いて説明したが、これに限られることなく、他の金属、金属酸化物および金属窒化物を使用してもよい。

また、本発明の半導体センサ１では、スパッタ成膜もしくは蒸着成膜を用いて膜７０を成膜する構成について説明したが、これらに限られることなく、ＣＶＤ成膜を用いて膜７０を成膜する構成にしてもよい。

また、本発明の半導体センサ１では、重錘体４２は、ガラス基板４０を用いることによって、ガラスから構成される場合について説明したが、これに限られることなく、半導体センサ1の重錘体は、金属基板を用いることによって金属から構成されてもよい。

また、本発明の半導体センサ１では、梁１９ａ、１９ｂの下主面に形成した膜７０の厚さが０．１５μｍの場合について説明したが、膜７０（熱応力緩和部７１）の厚さは、梁１９ａ、１９ｂの上主面に形成したアルミ配線（金属配線）３３の配線パターンならびに金属配線に使用されている金属の種類およびその体積に応じて、最適な値に適宜決定される。

本発明に係る半導体センサの斜視図である。 図１に示す半導体センサの上面図である。 図１に示す半導体センサの断面図である。 本発明に係る半導体センサの一実施例である３軸加速度センサの分解斜視図である。 図４に示す３軸加速度センサの製造工程を示す縦断面図である。 図４に示す３軸加速度センサの製造工程を示す縦断面図である。 図４に示す３軸加速度センサの製造工程を示す縦断面図である。 図４に示す３軸加速度センサの製造工程を示す縦断面図である。 図４に示す３軸加速度センサの製造工程を示す縦断面図である。 本発明に係る半導体センサの熱応力緩和部の効果を示すグラフである。

符号の説明

１ 半導体センサ
２ ３軸加速度センサ
１０ シリコン基板
１１ シリコン酸化層
１２ シリコン酸化層
１３ 凹部
１４ シリコン酸化層
１５ 断面略台形の凹部
１６ 作動板（重錘体支持部）
１７ コンタクトホール
１８ レジスト層
１９ａ 梁
１９ｂ 梁
２０ 除去部
２１ シリコン枠
２２ シリコン層
３０ａ ピエゾ抵抗素子
３０ｂ ピエゾ抵抗素子
３０ｃ ピエゾ抵抗素子
３１ 第１のピエゾ抵抗領域
３２ 第２のピエゾ抵抗領域
３３ アルミ配線（金属配線）
３４ アルミパッド
４０ ガラス基板
４２ 重錘体
４３ ガラス枠
５０ ベース
５１ 凹部
５２ 接合部
７０ 膜
７１ 熱応力緩和部

Claims (10)

1. 作動板と、前記作動板と所定間隔をおいて外側に設けられた枠と、該枠と前記作動板とを連結するように設けられ、その一部がピエゾ抵抗素子をなす複数の可撓性の梁と、複数の前記ピエゾ抵抗素子をそれぞれ接続するように前記梁の一方の主面上に形成された金属配線とを有する半導体センサにおいて、
   前記梁と前記金属配線との熱膨張係数の違いによって前記梁に生じる熱応力を緩和する熱応力緩和部を前記梁の他方の主面に形成したことを特徴とする半導体センサ。
2. 前記熱応力緩和部は、前記金属配線の配線パターンおよび前記金属配線の体積に応じた厚さを有する膜からなる請求項１に記載の半導体センサ。
3. 前記膜は、金属、金属酸化物および金属窒化物のいずれかからなる請求項２に記載の半導体センサ。
4. 前記作動板の一主面に接合された重錘体をさらに有し、
   前記半導体センサに加速度が加わると、該加速度に応じて前記作動板と前記重錘体とが一体となって変位し、前記半導体センサは、前記変位の大きさに応じて変化する前記複数のピエゾ抵抗素子の抵抗値に基づいて、前記加速度を検出するよう構成される請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体センサ。
5. 前記作動板に荷重がかかると、該荷重の大きさに応じて前記作動板が変位し、前記半導体センサは、前記変位の大きさに応じて変化する前記複数のピエゾ抵抗素子の抵抗値に基づいて、前記荷重を検出するよう構成される請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体センサ。
6. 作動板を半導体基板に形成する工程と、
   前記半導体基板の一方の主面側に、複数のピエゾ抵抗素子を形成する工程と、
   前記半導体基板の前記一方の主面上に、前記複数のピエゾ抵抗素子をそれぞれ接続する金属配線を形成する工程と、
   前記半導体基板の一部を除去することにより、前記作動板と所定間隔をおいて外側に設けられた枠と、前記作動板と前記枠とを連結するように設けられ、その一方の主面に前記複数のピエゾ抵抗素子が形成された複数の可撓性の梁とを形成する工程と、
   前記金属配線と前記梁との熱膨張係数の違いによって前記梁に生じる熱応力を緩和する熱応力緩和部を前記梁の他方の主面上に形成する工程と、
   を有することを特徴とする半導体センサの製造方法。
7. 前記熱応力緩和部形成工程は、
   前記作動板、前記梁および前記枠が形成された前記半導体基板の他方の主面上に、金属、金属酸化物および金属窒化物のいずれかの膜を形成する工程と、
   前記作動板および前記枠上に形成された前記膜を除去する工程と、
   を有する請求項６に記載の半導体センサの製造方法。
8. 前記膜形成工程は、スパッタ成膜、蒸着成膜およびＣＶＤ成膜のいずれかを含む請求項７に記載の半導体センサの製造方法。
9. 前記膜除去工程は、エッチングを含む請求項７または８に記載の半導体センサの製造方法。
10. 前記熱応力緩和部形成工程後、前記半導体基板の他方の主面に、ガラス基板または金属基板を接合する工程と、
    前記ガラス基板または金属基板の一部を除去することにより、前記枠と、前記作動板に懸垂保持された重錘体とを形成する工程と、
    をさらに有する請求項６ないし９のいずれかに記載の半導体センサの製造方法。

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