JP2011220686A - Semiconductor acceleration sensor - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor acceleration sensor that, without imposing any structural restriction, reduces differences in detection sensitivity among the X, Y and Z axes, is small in drift and reduces fluctuations in signal output among the three axes.SOLUTION: According to the invention, there is provided a semiconductor acceleration sensor having over a semiconductor substrate a frame part, a weight part, a flexible part arranged between the frame part and the weight part, a plurality of piezoresistance elements arranged on the flexible part in a first direction, a plurality of piezoresistance elements arranged in a second direction orthogonal to the first direction, and a plurality of bridge circuits each containing the pluralities of piezoresistance elements, at least one of the bridge circuits having a first resistor between either a high potential end or a low potential end that applies voltages to the bridge circuits on one hand and the bridge circuits on the other.

Description

本発明は加速度センサに関する。特に、直交する少なくとも2軸方向の加速度を感知する半導体加速度センサ、及びそれを用いた電子部品、電子機器に関する。 The present invention relates to an acceleration sensor. In particular, the present invention relates to a semiconductor acceleration sensor that senses acceleration in at least two orthogonal directions, and an electronic component and an electronic device using the same.

近年、携帯端末やゲーム機等を含め様々な電子機器の小型化が進み、且つ、機能の多様化が図られている。これに伴い、電子機器に搭載されるセンサの小型、高感度化が求められ、このような需要に応じる技術の一つとして、半導体製造技術を応用したMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術が用いられている。このような小型センサの一つとして半導体加速度センサがあり、ピエゾ抵抗素子を用いた3軸加速度センサが開発され、実用化されている。 In recent years, various electronic devices including portable terminals and game machines have been downsized, and functions have been diversified. In connection with this, the sensor mounted in an electronic device is required to be small in size and high in sensitivity, and as one of the technologies that meet such demand, a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology applying a semiconductor manufacturing technology is used. ing. One such small sensor is a semiconductor acceleration sensor, and a three-axis acceleration sensor using a piezoresistive element has been developed and put into practical use.

ピエゾ抵抗素子を用いた3軸加速度センサは、一般に、基板上に形成された支持体である枠部と一体形成された直交するX軸方向とY軸方向とに設けられた梁である可撓部が、その交差部に錘を備えた構造を有する。3軸加速度センサにおいては、X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向への加速度を検出するために、X軸方向及びZ軸方向への加速度を検出するためのピエゾ抵抗素子がX軸方向の可撓部の上部表面に、Y軸方向の加速度を検出するためのピエゾ抵抗素子がY軸方向の可撓部の上部表面にそれぞれ4つ設けられている。 In general, a triaxial acceleration sensor using a piezoresistive element is a flexible beam that is a beam provided in a perpendicular X axis direction and a Y axis direction integrally formed with a frame portion that is a support formed on a substrate. The portion has a structure with a weight at the intersection. In the triaxial acceleration sensor, in order to detect acceleration in the X axis direction, Y axis direction, and Z axis direction, a piezoresistive element for detecting acceleration in the X axis direction and Z axis direction is provided in the X axis direction. Four piezoresistive elements for detecting acceleration in the Y-axis direction are provided on the upper surface of the flexible part on the upper surface of the flexible part.

ピエゾ抵抗素子は、可撓部の枠部側と交差部側とにそれぞれ1つずつ配置されてピエゾ抵抗体対を構成し、ピエゾ抵抗体対は交差部を中心として可撓部の上部表面に左右対称に1組ずつ配置されて1軸の加速度センサを形成する。3軸加速度センサは、この1軸の加速度センサを可撓部に3つ形成することでX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向への加速度を検出する。 One piezoresistive element is arranged on each of the frame portion side and the intersecting portion side of the flexible portion to form a piezoresistor pair, and the piezoresistive pair is formed on the upper surface of the flexible portion with the intersecting portion as the center. One set is arranged symmetrically to form a uniaxial acceleration sensor. The triaxial acceleration sensor detects accelerations in the X axis direction, the Y axis direction, and the Z axis direction by forming three uniaxial acceleration sensors in the flexible portion.

ピエゾ抵抗素子を用いた3軸加速度センサが加速度を検出する場合、錘の傾きにより生じる可撓部の撓みが4つのピエゾ抵抗素子に応力を与え、ピエゾ抵抗素子には応力により電気抵抗の微小な変化が生じる。ピエゾ抵抗素子を用いた3軸加速度センサは、それぞれのピエゾ抵抗素子に生じた電気抵抗の微小な変化をホイートストンブリッジ回路により出力される電圧として加速度を検出する。 When a triaxial acceleration sensor using a piezoresistive element detects acceleration, the bending of the flexible portion caused by the inclination of the weight gives stress to the four piezoresistive elements, and the piezoresistive element has a small electric resistance due to the stress. Change occurs. A triaxial acceleration sensor using a piezoresistive element detects acceleration using a minute change in electric resistance generated in each piezoresistive element as a voltage output from a Wheatstone bridge circuit.

ここで、ピエゾ抵抗素子を用いた3軸加速度センサは、X軸方向及びY軸方向、すなわち、3軸加速度センサの上部表面に対して水平方向の加速度を検出する場合、可撓部の撓みは錘の回転運動により生じるが、Z軸方向、すなわち、3軸加速度センサの上部表面に対して垂直方向の加速度を検出する場合、可撓部の撓みは錘の並進運動により生じる。X軸方向の加速度を検出するセンサとY軸方向の加速度を検出するセンサとは検出感度が同様となるが、このような撓み方の違いにより、X軸方向の加速度を検出するセンサとZ軸方向の加速度を検出するセンサとは、同じX軸方向に設けられた可撓部に配置されるにもかかわらず、検出感度が異なる。 Here, when the triaxial acceleration sensor using a piezoresistive element detects acceleration in the X axis direction and the Y axis direction, that is, in the horizontal direction with respect to the upper surface of the triaxial acceleration sensor, the flexure of the flexible portion is When the acceleration in the Z-axis direction, that is, in the direction perpendicular to the upper surface of the three-axis acceleration sensor is detected, the flexible portion is bent due to the translational motion of the weight. The sensor that detects the acceleration in the X-axis direction and the sensor that detects the acceleration in the Y-axis direction have the same detection sensitivity. However, the sensor that detects the acceleration in the X-axis direction and the Z-axis due to the difference in the bending method. The detection sensitivity is different from that of the sensor that detects the acceleration in the direction, although it is arranged in the flexible portion provided in the same X-axis direction.

このような加速度を検出する軸ごとの検出感度の違いは、検出に用いるICチップでの演算により補正する。しかし、検出感度を高めるためには、3軸加速度センサそのものに対する改良が必要である。 Such a difference in detection sensitivity for each axis for detecting acceleration is corrected by calculation in an IC chip used for detection. However, in order to increase the detection sensitivity, it is necessary to improve the triaxial acceleration sensor itself.

そこで、X軸方向及びY軸方向の加速度を検出するセンサとZ軸方向の加速度を検出するセンサとの感度の差を小さくする技術として、特許文献1には、X軸方向の可撓部上に配置されたX軸用ピエゾ抵抗素子の長手方向がX軸方向の可撓部の長手方向と平行で、Z軸用ピエゾ抵抗素子がX軸方向の可撓部の長手方向と角度を有するようにすることが開示されている。また、特許文献2には、ピエゾ抵抗素子が設けられた可撓部の断面積と、ピエゾ抵抗素子がない可撓部の断面積の比を調整することが開示されている。特許文献3には、4つのピエゾ素子に加わる電極薄膜による内部応力や周囲温度変化による熱応力等に違いが出るため、オフセット電圧が大きくかつオフセット電圧が変動する問題に対して、引き出し電極と同一の製造工程で同一幅の電極薄膜パターンを新たに設けることにより、ピエゾ抵抗素子を形成する可撓部領域の電極薄膜パターンレイアウトを検出軸方向および検出軸方向と垂直な方向の両方ともに均一化することが開示されている。 Therefore, as a technique for reducing the difference in sensitivity between the sensor that detects the acceleration in the X-axis direction and the Y-axis direction and the sensor that detects the acceleration in the Z-axis direction, Patent Document 1 discloses a technique on the flexible part in the X-axis direction. So that the longitudinal direction of the X-axis piezoresistive element arranged in parallel with the longitudinal direction of the flexible part in the X-axis direction is angled with the longitudinal direction of the flexible part in the X-axis direction. Is disclosed. Patent Document 2 discloses that the ratio of the cross-sectional area of the flexible part provided with the piezoresistive element and the cross-sectional area of the flexible part not provided with the piezoresistive element is adjusted. In Patent Document 3, there are differences in internal stress due to electrode thin films applied to the four piezoelectric elements, thermal stress due to changes in ambient temperature, and the like, so that the offset voltage is large and the offset voltage fluctuates. The electrode thin film pattern layout in the flexible region forming the piezoresistive element is made uniform in both the detection axis direction and the direction perpendicular to the detection axis direction by newly providing an electrode thin film pattern of the same width in the manufacturing process of It is disclosed.

特開2003−294781号公報JP 2003-294781 A 特開2006−98323号公報JP 2006-98323 A 特開2003−92413号公報JP 2003-92413 A

しかしながら、これらの技術は3軸加速度センサの梁や、梁上に形成されるピエゾ抵抗素子の配置等の構造を調整するため、3軸加速度センサをさらに小型化する場合の障害となり、製造工程の増加による製造コストの上昇を招く。つまり、3軸加速度センサを微細化するには梁の幅を狭くすること望まれるが、可撓部の長手方向と角度を有するようにピエゾ抵抗素子を配置したり、引き出し電極と同一の製造工程で同一幅の電極薄膜パターンを新たに設けたりするような方法では、梁の幅を制限することになる。また、このような構造を有するように梁を微細化するには、さらに高度な微細化技術を要し、製造コストを上昇させることとなる。したがって、3軸加速度センサをさらに小型化するには、可撓部及び可撓部上に形成されるピエゾ抵抗素子の構造が単純で、且つ、3軸の検出感度が同程度となる3軸加速度センサが望まれる。 However, these technologies adjust the structure of the triaxial acceleration sensor beam and the arrangement of the piezoresistive elements formed on the beam, which is an obstacle to further downsizing the triaxial acceleration sensor, The increase in manufacturing cost is caused by the increase. In other words, in order to miniaturize the triaxial acceleration sensor, it is desirable to reduce the width of the beam. However, the piezoresistive element is arranged so as to have an angle with the longitudinal direction of the flexible portion, or the same manufacturing process as the extraction electrode In the method of newly providing an electrode thin film pattern having the same width, the width of the beam is limited. Further, in order to refine the beam so as to have such a structure, a more advanced refinement technique is required, which increases the manufacturing cost. Therefore, in order to further reduce the size of the triaxial acceleration sensor, the structure of the flexible portion and the piezoresistive element formed on the flexible portion is simple, and the triaxial acceleration in which the detection sensitivity of the triaxial is comparable. A sensor is desired.

本発明は、構造的制限を設けることなく、X、Y、Z軸の検出感度の差を小さくし、且つ、ドリフトが小さく、3軸間の信号出力の変動を低減する半導体加速度センサを提供することを課題とする。 The present invention provides a semiconductor acceleration sensor that reduces the difference in detection sensitivity of the X, Y, and Z axes, reduces drift, and reduces fluctuations in signal output between the three axes without providing structural limitations. This is the issue.

本発明の一実施形態によると、半導体基板に、枠部と、錘部と、前記枠部と前記錘部との間に配置される可撓部と、前記可撓部に第1の方向に配置される複数のピエゾ抵抗素子と、前記第1の方向と直交する第2の方向に配置される複数のピエゾ抵抗素子と、前記複数のピエゾ抵抗素子をそれぞれ含む複数のブリッジ回路とを有し、前記ブリッジ回路に電圧を印加する高電位端及び低電位端のうちの何れか一方と、前記ブリッジ回路との間に第1の抵抗体を有する少なくとも1つの前記ブリッジ回路を備えることを特徴とする半導体加速度センサが提供される。 According to an embodiment of the present invention, a semiconductor substrate includes a frame portion, a weight portion, a flexible portion disposed between the frame portion and the weight portion, and the flexible portion in a first direction. A plurality of piezoresistive elements disposed; a plurality of piezoresistive elements disposed in a second direction orthogonal to the first direction; and a plurality of bridge circuits each including the plurality of piezoresistive elements. And at least one bridge circuit having a first resistor between the bridge circuit and one of a high potential end and a low potential end for applying a voltage to the bridge circuit. A semiconductor acceleration sensor is provided.

前記半導体加速度センサは、高電位端である電源入力端子または低電位端と、ブリッジを形成するピエゾ抵抗素子との間に抵抗素子を接続することで、ブリッジを形成するピエゾ抵抗素子に印加される電圧を調整することができ、3軸方向の加速度を検出する加速度センサ間の出力電圧を調整することで検出感度差を小さくするように調整することができる。また、前記半導体加速度センサは、ドリフトを抑えることでS/N比を向上させることができる。 The semiconductor acceleration sensor is applied to a piezoresistive element that forms a bridge by connecting a resistance element between a power input terminal that is a high potential end or a low potential end and a piezoresistive element that forms a bridge. The voltage can be adjusted, and the adjustment can be made to reduce the difference in detection sensitivity by adjusting the output voltage between the acceleration sensors that detect the acceleration in the three-axis directions. The semiconductor acceleration sensor can improve the S / N ratio by suppressing drift.

前記半導体加速度センサは、前記高電位端及び前記低電位端のうちの他方と、前記ブリッジ回路との間に第2の抵抗体をさらに有してもよい。 The semiconductor acceleration sensor may further include a second resistor between the other of the high potential end and the low potential end and the bridge circuit.

前記半導体加速度センサは、高電位端である電源入力端子及び低電位側の端子とブリッジ回路との間に抵抗素子を接続することで、ブリッジ回路に印加される電圧を調整することができ、3軸方向の加速度を検出する加速度センサ間の出力電圧を調整することで検出感度差を小さくするように調整することができる。また、前記半導体加速度センサは、ドリフトを抑えることでS/N比を向上させることができる。 The semiconductor acceleration sensor can adjust the voltage applied to the bridge circuit by connecting a resistance element between the power input terminal at the high potential end and the low potential side terminal and the bridge circuit. By adjusting the output voltage between the acceleration sensors that detect the acceleration in the axial direction, the difference in detection sensitivity can be adjusted. The semiconductor acceleration sensor can improve the S / N ratio by suppressing drift.

前記半導体加速度センサは、前記ブリッジ回路の第1の出力端及び第2の出力端のうちの何れか一方と、前記ブリッジ回路との間に第3の抵抗体をさらに有してもよい。 The semiconductor acceleration sensor may further include a third resistor between the bridge circuit and any one of the first output terminal and the second output terminal of the bridge circuit.

前記半導体加速度センサは、高電位端である電源入力端子及び低電位側の端子とブリッジ回路との間に抵抗素子を接続することで、ブリッジ回路に印加される電圧を調整することができ、3軸方向の加速度を検出する加速度センサ間の出力電圧を調整することで検出感度差を小さくするように調整することができる。また、前記半導体加速度センサは、ドリフトを抑えることでS/N比を向上させることができる。 The semiconductor acceleration sensor can adjust the voltage applied to the bridge circuit by connecting a resistance element between the power input terminal at the high potential end and the low potential side terminal and the bridge circuit. By adjusting the output voltage between the acceleration sensors that detect the acceleration in the axial direction, the difference in detection sensitivity can be adjusted. The semiconductor acceleration sensor can improve the S / N ratio by suppressing drift.

前記半導体加速度センサは、前記第1の出力端及び前記第2の出力端のうちの他方と、前記ブリッジ回路との間に第4の抵抗体をさらに有してもよい。 The semiconductor acceleration sensor may further include a fourth resistor between the other of the first output terminal and the second output terminal and the bridge circuit.

前記半導体加速度センサは、高電位端である電源入力端子及び低電位側の端子とブリッジ回路との間に抵抗素子を接続することで、ブリッジ回路に印加される電圧を調整することができ、3軸方向の加速度を検出する加速度センサ間の出力電圧を調整することで検出感度差を小さくするように調整することができる。また、前記半導体加速度センサは、ドリフトを抑えることでS/N比を向上させることができる。 The semiconductor acceleration sensor can adjust the voltage applied to the bridge circuit by connecting a resistance element between the power input terminal at the high potential end and the low potential side terminal and the bridge circuit. By adjusting the output voltage between the acceleration sensors that detect the acceleration in the axial direction, the difference in detection sensitivity can be adjusted. The semiconductor acceleration sensor can improve the S / N ratio by suppressing drift.

前記半導体加速度センサは、前記第1の抵抗体、前記第2の抵抗体、前記第3の抵抗体及び前記第4の抵抗体を、前記枠部に有してもよい。 The semiconductor acceleration sensor may include the first resistor, the second resistor, the third resistor, and the fourth resistor in the frame portion.

前記半導体加速度センサは、抵抗素子を枠部に形成することで、半導体加速度センサを小型化するうえでの構造的制限を設けることなく、ドリフトが小さく3軸間の信号出力の変動を低減する半導体加速度センサを提供することができる。また、半導体加速度センサは小型化により検出感度が低下する傾向にあるが、前記半導体加速度センサは、ドリフトを抑えることでS/N比を向上させることができる。 The semiconductor acceleration sensor is a semiconductor in which a drift element is small and fluctuations in signal output between three axes are reduced without forming a structural limitation for downsizing the semiconductor acceleration sensor by forming a resistive element in the frame portion. An acceleration sensor can be provided. In addition, the semiconductor acceleration sensor tends to have lower detection sensitivity due to downsizing, but the semiconductor acceleration sensor can improve the S / N ratio by suppressing drift.

前記半導体加速度センサは、前記複数のブリッジ回路が、前記第1の方向の加速度を検出する第1のブリッジ回路と、前記第2の方向の加速度を検出する第2のブリッジ回路と、前記第1の方向及び前記第2の方向と直交する第3の方向の加速度を検出する第3のブリッジ回路とを含み、前記第1のブリッジ回路または前記第2のブリッジ回路は前記錘部の水平方向まわりの回転運動による前記可撓部の撓みに基づいて前記第1の方向の加速度または前記第2の方向の加速度を検出し、前記第3のブリッジ回路は前記錘部の垂直方向への並進運動による前記可撓部の撓みに基づいて前記第3の方向の加速度を検出してもよい。 In the semiconductor acceleration sensor, the plurality of bridge circuits detect a first bridge circuit that detects acceleration in the first direction, a second bridge circuit detects acceleration in the second direction, and the first bridge circuit. And a third bridge circuit for detecting an acceleration in a third direction orthogonal to the second direction, wherein the first bridge circuit or the second bridge circuit is arranged around a horizontal direction of the weight portion. The acceleration in the first direction or the acceleration in the second direction is detected based on the deflection of the flexible part due to the rotational movement of the third part, and the third bridge circuit is based on the translational movement of the weight part in the vertical direction. The acceleration in the third direction may be detected based on the bending of the flexible portion.

半導体加速度センサの上部表面に対して水平方向の加速度を検出する場合、可撓部の撓みは錘の回転運動により生じるが、上部表面に対して垂直方向の加速度を検出する場合、可撓部の撓みは錘の並進運動により生じ、可撓部の撓み方の違いにより検出感度が異なるが、前記半導体加速度センサは、高電位端である電源入力端子及び低電位側の端子とブリッジ回路との間に抵抗素子を接続することで、ブリッジ回路に印加される電圧を調整することができ、3軸方向の加速度を検出する加速度センサ間の出力電圧を調整することで検出感度差を小さくするように調整することができる。 When detecting the acceleration in the horizontal direction with respect to the upper surface of the semiconductor acceleration sensor, the flexure of the flexible part is caused by the rotational movement of the weight, but when detecting the acceleration in the vertical direction with respect to the upper surface, The bending is caused by the translational movement of the weight, and the detection sensitivity differs depending on the bending method of the flexible part. However, the semiconductor acceleration sensor is connected between the power input terminal at the high potential end and the terminal on the low potential side and the bridge circuit. The voltage applied to the bridge circuit can be adjusted by connecting a resistance element to the sensor, and the difference in detection sensitivity can be reduced by adjusting the output voltage between acceleration sensors that detect acceleration in three axes. Can be adjusted.

前記半導体加速度センサは、検出感度が異なる前記第1、第2及び第3のブリッジ回路における検出感度差を小さくするように調整するために、前記第1、第2及び第3のブリッジ回路の少なくとも一つに前記抵抗体を有してもよい。 The semiconductor acceleration sensor has at least one of the first, second, and third bridge circuits to adjust so as to reduce a difference in detection sensitivity between the first, second, and third bridge circuits having different detection sensitivities. One of the resistors may be included.

前記半導体加速度センサは、複数のブリッジ回路の少なくとも一つに抵抗素子を接続することで、ブリッジ回路に印加される電圧を調整し、検出感度が異なる複数のブリッジ回路の出力電圧を調整することで検出感度差を小さくするように調整することができる。 The semiconductor acceleration sensor adjusts the voltage applied to the bridge circuit by connecting a resistance element to at least one of the plurality of bridge circuits, and adjusts the output voltage of the bridge circuits having different detection sensitivities. Adjustment can be made to reduce the difference in detection sensitivity.

前記半導体加速度センサは、前記第1の方向の加速度及び前記第2の方向の加速度が、前記錘部の水平方向の回転運動により生じる前記可撓部の撓みによる前記第1のブリッジ回路の前記第1の出力端及び前記第2の出力端からの出力として検出され、前記第3の方向の加速度は、前記錘部の垂直方向への並進運動により生じる前記可撓部の撓みによる前記第3のブリッジ回路の前記第1の出力端及び前記第2の出力端からの出力として検出されてもよい。 In the semiconductor acceleration sensor, the acceleration in the first direction and the acceleration in the second direction are caused by bending of the flexible portion caused by a horizontal rotational movement of the weight portion. The output from the first output end and the second output end is detected, and the acceleration in the third direction is caused by the deflection of the flexible portion caused by the translational movement of the weight portion in the vertical direction. It may be detected as an output from the first output terminal and the second output terminal of the bridge circuit.

半導体加速度センサの上部表面に対して水平方向の加速度を検出する場合、可撓部の撓みは錘の回転運動により生じるが、上部表面に対して垂直方向の加速度を検出する場合、可撓部の撓みは錘の並進運動により生じ、可撓部の撓み方の違いにより検出感度が異なるが、前記半導体加速度センサは、高電位端である電源入力端子及び低電位側の端子とブリッジ回路との間に抵抗素子を接続することで、ブリッジ回路に印加される電圧を調整することができ、3軸方向の加速度を検出する加速度センサ間の検出感度差を小さくするように調整して第1の出力端及び第2の出力端からの出力として検出することができる。 When detecting the acceleration in the horizontal direction with respect to the upper surface of the semiconductor acceleration sensor, the flexure of the flexible part is caused by the rotational movement of the weight, but when detecting the acceleration in the vertical direction with respect to the upper surface, The bending is caused by the translational movement of the weight, and the detection sensitivity differs depending on the bending method of the flexible part. However, the semiconductor acceleration sensor is connected between the power input terminal at the high potential end and the terminal on the low potential side and the bridge circuit. The voltage applied to the bridge circuit can be adjusted by connecting the resistor element to the first output by adjusting the detection sensitivity difference between the acceleration sensors for detecting the acceleration in the three-axis directions. It can be detected as an output from the end and the second output end.

前記半導体加速度センサを有するセンサモジュールが提供される。 A sensor module having the semiconductor acceleration sensor is provided.

前記半導体加速度センサを用いたセンサモジュールは、小型化と高精度化が求められる電子機器に実装して使用することが可能であり、前記センサモジュールは、ドリフトが小さく3軸間の信号出力の変動を低減する。また、半導体加速度センサは小型化により検出感度が低下する傾向にあるが、前記半導体加速度センサを用いることで、ドリフトを抑えてS/N比を向上させるセンサモジュールを提供することができる。 A sensor module using the semiconductor acceleration sensor can be mounted and used in an electronic device that is required to be small and highly accurate, and the sensor module has a small drift and fluctuations in signal output between three axes. Reduce. Further, the semiconductor acceleration sensor tends to have a lower detection sensitivity due to downsizing, but by using the semiconductor acceleration sensor, it is possible to provide a sensor module that suppresses drift and improves the S / N ratio.

前記半導体加速度センサを有する電子機器が提供される。 An electronic device having the semiconductor acceleration sensor is provided.

電子機器においては、半導体加速度センサの小型化と高精度化が求められ、前記半導体加速度センサを実装することで、ドリフトが小さく3軸間の信号出力の変動を低減する。半導体加速度センサは、小型化により検出感度が低下する傾向にあるが、前記半導体加速度センサを用いることで、ドリフトを抑えてS/N比を向上させる電子機器を提供することができる。 In an electronic device, miniaturization and high accuracy of a semiconductor acceleration sensor are required. By mounting the semiconductor acceleration sensor, a drift is small and fluctuation in signal output between three axes is reduced. Although the semiconductor acceleration sensor tends to have lower detection sensitivity due to downsizing, it is possible to provide an electronic device that suppresses drift and improves the S / N ratio by using the semiconductor acceleration sensor.

また、本発明の一実施形態によると、半導体基板の一方の面に不純物を拡散して複数のピエゾ抵抗素子を形成し、前記半導体基板の一方の面に抵抗素子を形成し、所定数の前記ピエゾ抵抗素子を接続してブリッジ回路を形成し、前記ブリッジ回路に電圧を印加する高電位端及び低電位端のうちの何れか一方と、前記ブリッジ回路との間に前記抵抗体が配置されるように配線を形成し、前記半導体基板に、枠部と、錘部と、前記枠部と前記錘部との間に配置される可撓部と、を形成し、第1の方向に配置される複数のピエゾ抵抗素子と、前記第1の方向と直交する第2の方向に配置される複数のピエゾ抵抗素子とは、前記可撓部に形成されることを、を含むこと特徴とする半導体加速度センサの製造方法が提供される。 According to one embodiment of the present invention, a plurality of piezoresistive elements are formed by diffusing impurities on one surface of a semiconductor substrate, a resistive element is formed on one surface of the semiconductor substrate, A piezoresistive element is connected to form a bridge circuit, and the resistor is arranged between one of a high potential end and a low potential end for applying a voltage to the bridge circuit, and the bridge circuit. Wiring is formed, and a frame portion, a weight portion, and a flexible portion arranged between the frame portion and the weight portion are formed on the semiconductor substrate, and are arranged in the first direction. A plurality of piezoresistive elements, and a plurality of piezoresistive elements arranged in a second direction orthogonal to the first direction are formed in the flexible portion. A method for manufacturing an acceleration sensor is provided.

前記半導体加速度センサの製造方法によると、ドリフトを精度良く抑制し、3軸方向の加速度を検出する加速度センサ間の検出感度差を小さくするように調整可能な半導体加速度センサの製造方法が提供される。 According to the method for manufacturing a semiconductor acceleration sensor, there is provided a method for manufacturing a semiconductor acceleration sensor that can be adjusted so as to suppress drift accurately and reduce a difference in detection sensitivity between acceleration sensors that detect acceleration in three axes. .

前記半導体加速度センサの製造方法は、前記抵抗素子を前記枠部に形成してもよい。 In the method for manufacturing the semiconductor acceleration sensor, the resistance element may be formed on the frame portion.

前記半導体加速度センサの製造方法においては、抵抗素子を枠部に形成することで、可撓部の幅や長さによる制限を受けることがない。したがって、半導体加速度センサを微細化する場合に、さらに高度な微細化技術を必要としたり、製造コストの上昇を招いたりすることはない。 In the manufacturing method of the semiconductor acceleration sensor, the resistance element is formed in the frame portion, so that there is no limitation due to the width and length of the flexible portion. Therefore, when the semiconductor acceleration sensor is miniaturized, there is no need for a more advanced miniaturization technique or an increase in manufacturing cost.

前記半導体加速度センサの製造方法は、前記ピエゾ抵抗素子と前記抵抗体とは同一の工程で形成されてもよい。 In the method for manufacturing the semiconductor acceleration sensor, the piezoresistive element and the resistor may be formed in the same process.

前記半導体加速度センサの製造方法によると、ドリフトを精度良く抑制し、3軸方向の加速度を検出する加速度センサ間の検出感度差を小さくするように調整可能な半導体加速度センサを製造するために、高電位端である電源入力端子及び低電位側の端子とブリッジ回路との間や、ブリッジ回路と出力端子との間に接続する抵抗素子をピエゾ抵抗素子と同一の工程で同時に形成することで、製造工程を増すことなく目的とする効果を得ることができる。 According to the method for manufacturing a semiconductor acceleration sensor, in order to manufacture a semiconductor acceleration sensor that can be adjusted so as to suppress drift accurately and reduce a detection sensitivity difference between acceleration sensors that detect acceleration in three axes, Manufacturing by simultaneously forming the resistive element connected between the power supply input terminal, which is the potential end, the terminal on the low potential side, and the bridge circuit, or between the bridge circuit and the output terminal, in the same process as the piezoresistive element. The desired effect can be obtained without increasing the number of steps.

本発明よると、構造的制限を設けることなく、X、Y、Z軸の検出感度の差を小さくし、且つ、ドリフトが小さく、3軸間の信号出力の変動を低減する半導体加速度センサを提供することができる。 According to the present invention, there is provided a semiconductor acceleration sensor that reduces the difference in detection sensitivity of the X, Y, and Z axes, reduces drift, and reduces fluctuations in signal output between the three axes without providing structural limitations. can do.

本発明の一実施形態に係るセンサ回路の回路図であり、(a)はX軸方向、(b)はY軸方向、(c)はZ軸方向を検出するためのセンサ回路を示す。It is a circuit diagram of the sensor circuit which concerns on one Embodiment of this invention, (a) is a X-axis direction, (b) is a Y-axis direction, (c) shows the sensor circuit for detecting a Z-axis direction. 本発明の一実施形態に係る加速度センサ100の配線パターン図である。It is a wiring pattern figure of the acceleration sensor 100 which concerns on one Embodiment of this invention. 発明の一実施形態に係るセンサ回路の回路図であり、(a)はX軸方向、(b)はY軸方向、(c)はZ軸方向を検出するためのセンサ回路を示す。It is a circuit diagram of the sensor circuit which concerns on one Embodiment of invention, (a) is a X-axis direction, (b) is a Y-axis direction, (c) shows the sensor circuit for detecting a Z-axis direction. 本発明の一実施形態に係る加速度センサ200の配線パターン図である。It is a wiring pattern figure of the acceleration sensor 200 which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るセンサ回路の回路図であり、(a)はX軸方向、(b)はY軸方向、(c)はZ軸方向を検出するためのセンサ回路を示す。It is a circuit diagram of the sensor circuit which concerns on one Embodiment of this invention, (a) is a X-axis direction, (b) is a Y-axis direction, (c) shows the sensor circuit for detecting a Z-axis direction. 本発明の一実施形態に係る加速度センサ300の配線パターン図である。It is a wiring pattern figure of the acceleration sensor 300 which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るセンサ回路の回路図であり、(a)はX軸方向、(b)はY軸方向、(c)はZ軸方向を検出するためのセンサ回路を示す。It is a circuit diagram of the sensor circuit which concerns on one Embodiment of this invention, (a) is a X-axis direction, (b) is a Y-axis direction, (c) shows the sensor circuit for detecting a Z-axis direction. 本発明の一実施形態に係る加速度センサ400の配線パターン図である。It is a wiring pattern figure of the acceleration sensor 400 which concerns on one Embodiment of this invention. 図8に示した半導体加速度センサ400の配線パターン図を再掲する図である。FIG. 9 is a diagram showing a wiring pattern diagram of the semiconductor acceleration sensor 400 shown in FIG. 8 again. 本発明の一実施形態に係る半導体加速度センサ400の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the semiconductor acceleration sensor 400 concerning one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る半導体加速度センサ400の製造過程を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing process of the semiconductor acceleration sensor 400 concerning one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る半導体加速度センサ400の製造過程を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing process of the semiconductor acceleration sensor 400 concerning one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る処理回路550の回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the processing circuit 550 which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るセンサモジュール500を示す図である。It is a figure showing sensor module 500 concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る携帯型情報端末600を示す図である。It is a figure which shows the portable information terminal 600 which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の実施例及び比較例の半導体加速度センサの抵抗値、形状及び感度の一覧表である。It is a table | surface of the resistance value of the semiconductor acceleration sensor of the Example of this invention, and a comparative example, a shape, and a sensitivity.

以下、図面を参照して本発明に係る半導体加速度センサについて説明する。但し、本発明の半導体加速度センサは多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に示す実施の形態及び実施例の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、本実施の形態及び実施例で参照する図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, a semiconductor acceleration sensor according to the present invention will be described with reference to the drawings. However, the semiconductor acceleration sensor of the present invention can be implemented in many different modes and should not be construed as being limited to the description of the embodiments and examples shown below. Note that in the drawings referred to in this embodiment mode and examples, the same portions or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals, and repetitive description thereof is omitted.

上述したように、可撓部に形成されるピエゾ抵抗素子の構造が単純で、且つ、3軸の検出感度が同程度となる3軸加速度センサを実現するための方法について、鋭意検討をおこなった。従来の解決方法は、ピエゾ抵抗素子の感度が同程度となるように、可撓部に形成するピエゾ抵抗素子の配置を調整する必要があるため、このような方法では3軸加速度センサを微細化するうえでの障害となる。 As described above, intensive research was conducted on a method for realizing a triaxial acceleration sensor in which the structure of the piezoresistive element formed in the flexible portion is simple and the triaxial detection sensitivity is comparable. . In the conventional solution, it is necessary to adjust the arrangement of the piezoresistive elements formed in the flexible portion so that the sensitivity of the piezoresistive elements is approximately the same, and in this method, the triaxial acceleration sensor is miniaturized. It becomes an obstacle to doing.

一方、3軸加速度センサには、検出感度に影響を与える因子として、ドリフトがある。ドリフトとは、検出に用いる抵抗素子の出力値の時間変動であり、高精度な検出感度を維持するためには、3軸加速度センサにおけるドリフトの抑制が必要である。また、3軸加速度センサにおいては、X軸方向及びY軸方向に対してZ軸方向のドリフトが異なる挙動を示す。 On the other hand, the triaxial acceleration sensor has a drift as a factor that affects the detection sensitivity. Drift is the time variation of the output value of the resistance element used for detection. In order to maintain high-precision detection sensitivity, it is necessary to suppress drift in the triaxial acceleration sensor. In the triaxial acceleration sensor, the drift in the Z-axis direction is different from that in the X-axis direction and the Y-axis direction.

そこで、軸間の検出感度が異なる3軸加速度センサにおいて、ピエゾ抵抗素子の配置を調整することで3軸加速度センサの検出感度を高める従来の方法ではなく、ドリフトを抑制しつつ、構造的制限を設けることなく3軸の検出感度が同程度となる方法を検討した。 Therefore, in a triaxial acceleration sensor with different detection sensitivity between axes, it is not a conventional method for increasing the detection sensitivity of the triaxial acceleration sensor by adjusting the arrangement of the piezoresistive elements, but the structural limitation is suppressed while suppressing drift. We examined a method in which the detection sensitivity of the three axes becomes the same without providing them.

(実施形態1)
図1は、本発明の一実施形態に係るセンサ回路の回路図である。(a)は第1の方向であるX軸方向の加速度を検出するセンサ回路101を示し、(b)は第2の方向であるY軸方向の加速度を検出するセンサ回路102を示し、(c)は第3の方向であるZ軸方向を検出するためのセンサ回路103を示す。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a circuit diagram of a sensor circuit according to an embodiment of the present invention. (A) shows the sensor circuit 101 which detects the acceleration of the X-axis direction which is a 1st direction, (b) shows the sensor circuit 102 which detects the acceleration of the Y-axis direction which is a 2nd direction, (c ) Shows a sensor circuit 103 for detecting the Z-axis direction which is the third direction.

センサ回路101は、ピエゾ抵抗素子Rx1、ピエゾ抵抗素子Rx2、ピエゾ抵抗素子Rx3及びピエゾ抵抗素子Rx4が、X軸方向のブリッジ回路51を形成するよう接続され、ピエゾ抵抗素子Rx1とピエゾ抵抗素子Rx2との接続端は、抵抗素子Rx5を介して高電位側である電源入力端子VDxに接続される。ピエゾ抵抗素子Rx3とピエゾ抵抗素子Rx4との接続端は、低電位側の端子VGxに接続される。ここで、端子VGxは接地されてもよい。各ピエゾ抵抗素子に生じた電気抵抗の微小な変化を電圧として出力するため、ピエゾ抵抗素子Rx1とピエゾ抵抗素子Rx4との接続端は高電位側(+)の出力端子Vxout1に接続され、ピエゾ抵抗素子Rx2とピエゾ抵抗素子Rx3との接続端は低電位側(−)の出力端子Vxout2に接続される。 In the sensor circuit 101, the piezoresistive element Rx1, the piezoresistive element Rx2, the piezoresistive element Rx3, and the piezoresistive element Rx4 are connected so as to form a bridge circuit 51 in the X-axis direction, and the piezoresistive element Rx1 and the piezoresistive element Rx2 Is connected to the power input terminal VDx on the high potential side via the resistance element Rx5. The connection end of the piezoresistive element Rx3 and the piezoresistive element Rx4 is connected to the terminal VGx on the low potential side. Here, the terminal VGx may be grounded. In order to output a minute change in electric resistance generated in each piezoresistive element as a voltage, the connection end of the piezoresistive element Rx1 and the piezoresistive element Rx4 is connected to the output terminal Vxout1 on the high potential side (+), and the piezoresistor The connection end of the element Rx2 and the piezoresistive element Rx3 is connected to the output terminal Vxout2 on the low potential side (−).

また、センサ回路102は、ピエゾ抵抗素子Ry1、ピエゾ抵抗素子Ry2、ピエゾ抵抗素子Ry3及びピエゾ抵抗素子Ry4が、Y軸方向のブリッジ回路52を形成するよう接続され、ピエゾ抵抗素子Ry1とピエゾ抵抗素子Ry2との接続端は、抵抗素子Ry5を介して高電位側である電源入力端子VDyに接続される。ピエゾ抵抗素子Ry3とピエゾ抵抗素子Ry4との接続端は、低電位側の端子VGyに接続される。ここで、端子VGyは接地されてもよい。各ピエゾ抵抗素子に生じた電気抵抗の微小な変化を電圧として出力するため、ピエゾ抵抗素子Ry1とピエゾ抵抗素子Ry4との接続端は低電位側(−)の出力端子Vyout1に接続され、ピエゾ抵抗素子Ry2とピエゾ抵抗素子Ry3との接続端は高電位側(+)の出力端子Vyout2に接続される。 The sensor circuit 102 is connected so that the piezoresistive element Ry1, the piezoresistive element Ry2, the piezoresistive element Ry3, and the piezoresistive element Ry4 form a bridge circuit 52 in the Y-axis direction, and the piezoresistive element Ry1 and the piezoresistive element A connection end to Ry2 is connected to a power input terminal VDy on the high potential side via a resistance element Ry5. The connection end of the piezoresistive element Ry3 and the piezoresistive element Ry4 is connected to the terminal VGy on the low potential side. Here, the terminal VGy may be grounded. In order to output a minute change in electric resistance generated in each piezoresistive element as a voltage, the connection end of the piezoresistive element Ry1 and the piezoresistive element Ry4 is connected to the output terminal Vyout1 on the low potential side (−), and the piezoresistor The connection end of the element Ry2 and the piezoresistive element Ry3 is connected to the output terminal Vout2 on the high potential side (+).

さらに、センサ回路103は、ピエゾ抵抗素子Rz1、ピエゾ抵抗素子Rz2、ピエゾ抵抗素子Rz3及びピエゾ抵抗素子Rz4が、Z軸方向のブリッジ回路を形成するよう接続され、ピエゾ抵抗素子Rz1とピエゾ抵抗素子Rz2との接続端は、抵抗素子Rz5を介して高電位側である電源入力端子VDzに接続される。ピエゾ抵抗素子Rz3とピエゾ抵抗素子Rz4との接続端は、低電位側の端子VGzに接続される。ここで、端子VGzは接地されてもよい。各ピエゾ抵抗素子に生じた電気抵抗の微小な変化を電圧として出力するため、ピエゾ抵抗素子Rz1とピエゾ抵抗素子Rz3との接続端は高電位側(+)の出力端子Vzout1に接続され、ピエゾ抵抗素子Rz2とピエゾ抵抗素子Rz4との接続端は低電位側(−)の出力端子Vzout2に接続される。 Further, the sensor circuit 103 is connected so that the piezoresistive element Rz1, the piezoresistive element Rz2, the piezoresistive element Rz3, and the piezoresistive element Rz4 form a bridge circuit in the Z-axis direction, and the piezoresistive element Rz1 and the piezoresistive element Rz2 are connected. Is connected to the power input terminal VDz on the high potential side via the resistance element Rz5. The connection end of the piezoresistive element Rz3 and the piezoresistive element Rz4 is connected to the terminal VGz on the low potential side. Here, the terminal VGz may be grounded. In order to output a minute change in electric resistance generated in each piezoresistive element as a voltage, the connection end of the piezoresistive element Rz1 and the piezoresistive element Rz3 is connected to the output terminal Vzout1 on the high potential side (+), and the piezoresistor The connection end of the element Rz2 and the piezoresistive element Rz4 is connected to the output terminal Vzout2 on the low potential side (−).

本発明の一実施形態に係るセンサ回路101は抵抗素子Rx5を接続することで、電源入力端子VDxからピエゾ抵抗素子Rx1とピエゾ抵抗素子Rx2との接続端に印加される電圧を調整することができる。すなわち、センサ回路101の電源入力端子VDxと低電位側の端子VGxとの間に印加される電圧Vxは、ブリッジ回路51を形成する4つのピエゾ抵抗素子の合成抵抗と、抵抗素子Rx5とに分圧されるため、ブリッジ回路51には電圧Vx1が印加されることとなる。センサ回路101は、このような電圧の調整により、出力電圧も低下するが、ドリフトの抑制効果はブリッジ抵抗にかかる電圧の2乗に比例する。例えば、電圧の調整により、出力電圧が1/2に低下しても、ドリフトは1/2、すなわち、1/4に抑制することができる。 The sensor circuit 101 according to the embodiment of the present invention can adjust the voltage applied from the power input terminal VDx to the connection end of the piezoresistive element Rx1 and the piezoresistive element Rx2 by connecting the resistor element Rx5. . That is, the voltage Vx applied between the power input terminal VDx and the low potential side terminal VGx of the sensor circuit 101 is divided into the combined resistance of the four piezoresistive elements forming the bridge circuit 51 and the resistive element Rx5. Therefore, the voltage Vx1 is applied to the bridge circuit 51. Although the output voltage of the sensor circuit 101 is also reduced by adjusting the voltage, the effect of suppressing drift is proportional to the square of the voltage applied to the bridge resistance. For example, even if the output voltage is reduced to 1/2 by adjusting the voltage, the drift can be suppressed to 1/2 2 , that is, 1/4.

また、センサ回路102は抵抗素子Ry5を有することで、電源入力端子VDyからピエゾ抵抗素子Ry1とピエゾ抵抗素子Ry2との接続端に印加される電圧を調整することができる。同様に、センサ回路103は抵抗素子Rz5を有することで、電源入力端子VDzからピエゾ抵抗素子Rz1とピエゾ抵抗素子Rz2との接続端に印加される電圧を調整することができる。センサ回路102及びセンサ回路103も上述のような電圧の調整により、出力電圧も低下するが、ドリフトの抑制効果はブリッジ抵抗にかかる電圧の2乗に比例する。例えば、電圧の調整により、出力電圧が1/2に低下しても、ドリフトは1/2、すなわち、1/4に抑制することができる。 Further, the sensor circuit 102 includes the resistance element Ry5, so that the voltage applied to the connection terminal between the piezoresistance element Ry1 and the piezoresistance element Ry2 from the power input terminal VDy can be adjusted. Similarly, since the sensor circuit 103 includes the resistance element Rz5, it is possible to adjust the voltage applied from the power input terminal VDz to the connection end of the piezoresistance element Rz1 and the piezoresistance element Rz2. In the sensor circuit 102 and the sensor circuit 103, the output voltage is also reduced by adjusting the voltage as described above, but the effect of suppressing the drift is proportional to the square of the voltage applied to the bridge resistance. For example, even if the output voltage is reduced to 1/2 by adjusting the voltage, the drift can be suppressed to 1/2 2 , that is, 1/4.

X軸方向の加速度を検出するセンサ回路101、Y軸方向の加速度を検出するセンサ回路102及びZ軸方向を検出するためのセンサ回路103は、抵抗素子Rx5、抵抗素子Ry5及び抵抗素子Rz5をそれぞれ有することで出力電圧を調整し、それぞれの軸方向で異なる検出感度を、ドリフトを抑制しながら調整することができる。Z軸方向の加速度を検出する加速度センサは、可撓部の撓み方がX軸方向及びY軸方向の加速度を検出する加速度センサとは異なり、一般に検出感度が高い。また、X軸方向及びY軸方向に対してZ軸方向のドリフトが高くなる傾向がある。このため、特にZ軸方向を検出するためのセンサ回路103に抵抗素子Rz5を接続することで出力電圧を調整し、ドリフトを抑制しながらX軸方向及びY軸方向の加速度を検出する加速度センサと検出感度を同程度に調整することができる。したがって、3軸全ての加速度を検出するセンサ回路に抵抗素子を接続する必要はなく、ドリフトを調整したい軸方向の加速度を検出するセンサ回路にのみ抵抗素子を接続するようにしてもよい。 The sensor circuit 101 that detects the acceleration in the X-axis direction, the sensor circuit 102 that detects the acceleration in the Y-axis direction, and the sensor circuit 103 that detects the Z-axis direction include the resistance element Rx5, the resistance element Ry5, and the resistance element Rz5, respectively. By having it, the output voltage can be adjusted, and the detection sensitivity that is different in each axial direction can be adjusted while suppressing drift. Unlike an acceleration sensor that detects acceleration in the X-axis direction and the Y-axis direction, the acceleration sensor that detects acceleration in the Z-axis direction generally has high detection sensitivity. In addition, the drift in the Z-axis direction tends to increase with respect to the X-axis direction and the Y-axis direction. For this reason, an acceleration sensor that detects the acceleration in the X-axis direction and the Y-axis direction while adjusting the output voltage by connecting the resistor element Rz5 to the sensor circuit 103 for detecting the Z-axis direction and suppressing drift, and The detection sensitivity can be adjusted to the same extent. Therefore, it is not necessary to connect a resistance element to the sensor circuit that detects acceleration of all three axes, and the resistance element may be connected only to a sensor circuit that detects acceleration in the axial direction for which drift is to be adjusted.

なお、本実施形態においては、抵抗素子Rx5、抵抗素子Ry5及び抵抗素子Rz5を電源入力端子側に接続する方法を説明したが、抵抗素子Rx5、抵抗素子Ry5及び抵抗素子Rz5は、低電位側の端子側に接続するようにしてもよい。 In the present embodiment, the method of connecting the resistance element Rx5, the resistance element Ry5, and the resistance element Rz5 to the power input terminal side has been described. However, the resistance element Rx5, the resistance element Ry5, and the resistance element Rz5 are connected to the low potential side. You may make it connect to the terminal side.

次に、図2を参照して、3軸加速度センサにセンサ回路101、センサ回路102及びセンサ回路103を適用した本発明の一実施形態に係る半導体加速度センサ100を説明する。半導体加速度センサ100は、X軸方向の可撓部111、Y軸方向の可撓部112、X軸方向の可撓部111とY軸方向の可撓部112との交差部115(錘支持部)、枠部121及び錘部131を有する。 Next, a semiconductor acceleration sensor 100 according to an embodiment of the present invention in which the sensor circuit 101, the sensor circuit 102, and the sensor circuit 103 are applied to a three-axis acceleration sensor will be described with reference to FIG. The semiconductor acceleration sensor 100 includes a flexible portion 111 in the X-axis direction, a flexible portion 112 in the Y-axis direction, and an intersection 115 (weight support portion) between the flexible portion 111 in the X-axis direction and the flexible portion 112 in the Y-axis direction. ), A frame portion 121 and a weight portion 131.

X軸方向の可撓部111には、X軸方向の加速度を検出するために、ピエゾ抵抗素子Rx1、ピエゾ抵抗素子Rx2、ピエゾ抵抗素子Rx3及びピエゾ抵抗素子Rx4が形成され、配線10によりセンサ回路101が形成される。また、X軸方向の可撓部111には、Z軸方向の加速度を検出するために、ピエゾ抵抗素子Rz1、ピエゾ抵抗素子Rz2、ピエゾ抵抗素子Rz3及びピエゾ抵抗素子Rz4が形成され、配線10によりセンサ回路103が形成される。 A piezoresistive element Rx1, a piezoresistive element Rx2, a piezoresistive element Rx3, and a piezoresistive element Rx4 are formed on the flexible portion 111 in the X axis direction to detect acceleration in the X axis direction. 101 is formed. Further, in order to detect the acceleration in the Z-axis direction, the piezoresistive element Rz1, the piezoresistive element Rz2, the piezoresistive element Rz3, and the piezoresistive element Rz4 are formed in the flexible portion 111 in the X-axis direction. A sensor circuit 103 is formed.

Y軸方向の可撓部112には、Y軸方向の加速度を検出するために、ピエゾ抵抗素子Ry1、ピエゾ抵抗素子Ry2、ピエゾ抵抗素子Ry3及びピエゾ抵抗素子Ry4が形成され、配線10によりセンサ回路102が形成される。なお、Y軸方向の可撓部112には、ダミー抵抗素子191及びダミー抵抗素子192を配置することで、X軸方向の可撓部111とのバランスを取るようにしてもよい。交差部115の下側には錘部131が形成され、加速度に応じて錘部131が揺れることで、X軸方向の可撓部111及びY軸方向の可撓部112を撓ませる。 A piezoresistive element Ry1, a piezoresistive element Ry2, a piezoresistive element Ry3, and a piezoresistive element Ry4 are formed on the flexible portion 112 in the Y-axis direction to detect acceleration in the Y-axis direction. 102 is formed. Note that a dummy resistance element 191 and a dummy resistance element 192 may be disposed in the flexible portion 112 in the Y-axis direction to balance the flexible portion 111 in the X-axis direction. A weight part 131 is formed on the lower side of the intersecting part 115, and the weight part 131 is shaken according to the acceleration, whereby the flexible part 111 in the X-axis direction and the flexible part 112 in the Y-axis direction are bent.

X軸方向の可撓部111及びY軸方向の可撓部112は枠部121により支えられ、枠部121には、電源入力端子VDx、VDy及びVDzと低電位側の端子VDx、VGy及びVGzと、出力端子Vxout1、Vxout2、Vyout1、Vyout2、Vzout1及びVzout2とが配置される。電源入力端子VDx、VDy及びVDzは3つの端子として示したが、1つの共通入力端子から分岐する構成にすることもできる。 The flexible portion 111 in the X-axis direction and the flexible portion 112 in the Y-axis direction are supported by a frame portion 121. The frame portion 121 includes power input terminals VDx, VDy, and VDz and low-potential side terminals VDx, VGy, and VGz. And output terminals Vxout1, Vxout2, Vyout1, Vyout2, Vzout1, and Vzout2. Although the power input terminals VDx, VDy, and VDz are shown as three terminals, they can be branched from one common input terminal.

実施形態1の本発明に係る抵抗素子Rx5、抵抗素子Ry5及び抵抗素子Rz5は、枠部121に形成することが好ましい。抵抗素子を枠部121に形成するため、ピエゾ抵抗素子が検出するX軸方向の可撓部111及びY軸方向の可撓部112で生じる撓みに影響を与えない。また、抵抗素子Rx5、抵抗素子Ry5及び抵抗素子Rz5は、如何なる抵抗素子で形成してもよいが、ピエゾ抵抗素子により形成することで製造工程を増すことなく目的とする効果を得ることができる。 The resistance element Rx5, the resistance element Ry5, and the resistance element Rz5 according to the first embodiment of the present invention are preferably formed in the frame portion 121. Since the resistance element is formed in the frame portion 121, there is no influence on the bending generated in the flexible portion 111 in the X-axis direction and the flexible portion 112 in the Y-axis direction detected by the piezoresistive element. Further, the resistance element Rx5, the resistance element Ry5, and the resistance element Rz5 may be formed of any resistance element. However, by forming the resistance element Rx5, the resistance element Ry5, and the resistance element Rz5, a desired effect can be obtained without increasing the number of manufacturing steps.

なお、本実施形態においては、半導体加速度センサ100がX軸方向の可撓部111及びY軸方向の可撓部112を有する例を示したが、本発明に係る半導体加速度センサ100は梁状の可撓部の代わりにダイヤフラム状の可撓部としてもよい。すなわち、ダイヤフラムで錘部を支持し、X軸方向及びY軸方向の加速度を検出するピエゾ抵抗素子を、ダイヤフラムの上部表面に互いに直交する軸方向に配置してもよい。 In the present embodiment, the semiconductor acceleration sensor 100 includes the flexible portion 111 in the X-axis direction and the flexible portion 112 in the Y-axis direction. However, the semiconductor acceleration sensor 100 according to the present invention has a beam shape. A diaphragm-like flexible part may be used instead of the flexible part. That is, the piezoresistive element that supports the weight portion with the diaphragm and detects the acceleration in the X-axis direction and the Y-axis direction may be arranged in the axial direction orthogonal to each other on the upper surface of the diaphragm.

以上説明したように、本実施形態の本発明に係る半導体加速度センサは、電源入力端子とブリッジを形成するピエゾ抵抗素子との間に抵抗素子を接続することで、ブリッジを形成するピエゾ抵抗素子に印加される電圧を調整することができ、3軸方向の加速度を検出する加速度センサ間の出力電圧を調整することで検出感度差を小さくするように調整することができる。また、抵抗素子を半導体加速度センサの枠部に形成することで、半導体加速度センサを小型化するうえでの構造的制限を設けることなく、ドリフトが小さく3軸間の信号出力の変動を低減する半導体加速度センサを提供することができる優れた効果を奏する。半導体加速度センサは、小型化により検出感度が低下する傾向にあるが、本実施形態の本発明に係る半導体加速度センサは、ドリフトを抑えることでS/N比を向上させることができる。 As described above, the semiconductor acceleration sensor according to the present embodiment of the present invention is a piezoresistive element that forms a bridge by connecting a resistive element between a power input terminal and a piezoresistive element that forms a bridge. The applied voltage can be adjusted, and adjustment can be made to reduce the difference in detection sensitivity by adjusting the output voltage between the acceleration sensors that detect acceleration in the three-axis directions. Further, by forming the resistance element in the frame portion of the semiconductor acceleration sensor, the semiconductor has a small drift and reduces fluctuations in signal output between the three axes without providing a structural limitation for downsizing the semiconductor acceleration sensor. There is an excellent effect that an acceleration sensor can be provided. Although the semiconductor acceleration sensor has a tendency to decrease the detection sensitivity due to downsizing, the semiconductor acceleration sensor according to the present invention of the present embodiment can improve the S / N ratio by suppressing drift.

(実施形態2)
実施形態1においては、ブリッジ回路と、電源入力端子または低電位側の端子との間に抵抗素子を接続して3軸方向の加速度を検出する加速度センサ間の検出感度差を小さくするように調整する方法について説明したが、実施形態2においては、ブリッジ回路と、電源入力端子及び低電位側の端子の両方との間に抵抗素子を接続する例について説明する。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, a resistance element is connected between the bridge circuit and the power supply input terminal or the low-potential side terminal so as to reduce the difference in detection sensitivity between the acceleration sensors that detect the acceleration in the triaxial direction. In the second embodiment, an example in which a resistance element is connected between the bridge circuit and both the power supply input terminal and the low potential side terminal will be described.

図3は、本発明の一実施形態に係るセンサ回路の回路図である。(a)はX軸方向の加速度を検出するセンサ回路201を示し、(b)はY軸方向の加速度を検出するセンサ回路202を示し、(c)はZ軸方向を検出するためのセンサ回路203を示す。 FIG. 3 is a circuit diagram of a sensor circuit according to an embodiment of the present invention. (A) shows the sensor circuit 201 which detects the acceleration of a X-axis direction, (b) shows the sensor circuit 202 which detects the acceleration of a Y-axis direction, (c) shows the sensor circuit for detecting a Z-axis direction. 203 is shown.

センサ回路201は、4つのピエゾ抵抗素子を含むX軸方向のブリッジ回路51を有し、ピエゾ抵抗素子Rx1とピエゾ抵抗素子Rx2との接続端は、抵抗素子Rx6aを介して高電位側である電源入力端子VDxに接続される。ピエゾ抵抗素子Rx3とピエゾ抵抗素子Rx4との接続端は、抵抗素子Rx6bを介して低電位側の端子VGxに接続される。ここで、端子VGxは接地されてもよい。各ピエゾ抵抗素子に生じた電気抵抗の微小な変化を電圧として出力するため、ピエゾ抵抗素子Rx1とピエゾ抵抗素子Rx4との接続端は高電位側(+)の出力端子Vxout1に接続され、ピエゾ抵抗素子Rx2とピエゾ抵抗素子Rx3との接続端は低電位側(−)の出力端子Vxout2に接続される。 The sensor circuit 201 has a bridge circuit 51 in the X-axis direction including four piezoresistive elements, and the connection end of the piezoresistive element Rx1 and the piezoresistive element Rx2 is a power source on the high potential side via the resistive element Rx6a. Connected to the input terminal VDx. The connection end of the piezoresistive element Rx3 and the piezoresistive element Rx4 is connected to the low potential side terminal VGx via the resistive element Rx6b. Here, the terminal VGx may be grounded. In order to output a minute change in electric resistance generated in each piezoresistive element as a voltage, the connection end of the piezoresistive element Rx1 and the piezoresistive element Rx4 is connected to the output terminal Vxout1 on the high potential side (+), and the piezoresistor The connection end of the element Rx2 and the piezoresistive element Rx3 is connected to the output terminal Vxout2 on the low potential side (−).

また、センサ回路202は、4つのピエゾ抵抗素子を含むY軸方向のブリッジ回路52を有し、ピエゾ抵抗素子Ry1とピエゾ抵抗素子Ry2との接続端は、抵抗素子Ry6aを介して高電位側である電源入力端子VDyに接続される。ピエゾ抵抗素子Ry3とピエゾ抵抗素子Ry4との接続端は、抵抗素子Ry6bを介して低電位側の端子VGyに接続される。ここで、端子VGyは接地されてもよい。各ピエゾ抵抗素子に生じた電気抵抗の微小な変化を電圧として出力するため、ピエゾ抵抗素子Ry1とピエゾ抵抗素子Ry4との接続端は低電位側(−)の出力端子Vyout1に接続され、ピエゾ抵抗素子Ry2及びピエゾ抵抗素子Ry3の他端は高電位側(+)の出力端子Vyout2に接続される。 The sensor circuit 202 has a bridge circuit 52 in the Y-axis direction including four piezoresistive elements, and the connection end of the piezoresistive element Ry1 and the piezoresistive element Ry2 is connected to the high potential side via the resistive element Ry6a. It is connected to a certain power input terminal VDy. The connection end of the piezoresistive element Ry3 and the piezoresistive element Ry4 is connected to the low potential side terminal VGy via the resistive element Ry6b. Here, the terminal VGy may be grounded. In order to output a minute change in electric resistance generated in each piezoresistive element as a voltage, the connection end of the piezoresistive element Ry1 and the piezoresistive element Ry4 is connected to the output terminal Vyout1 on the low potential side (−), and the piezoresistor The other ends of the element Ry2 and the piezoresistive element Ry3 are connected to the output terminal Vyout2 on the high potential side (+).

さらに、センサ回路203は、4つのピエゾ抵抗素子を含むZ軸方向のブリッジ回路を有し、ピエゾ抵抗素子Rz1とピエゾ抵抗素子Rz2との接続端は、抵抗素子Rz6aを介して高電位側である電源入力端子VDzに接続される。ピエゾ抵抗素子Rz3とピエゾ抵抗素子Rz4との接続端は、抵抗素子Rz6bを介して低電位側の端子VGzに接続される。ここで、端子VGzは接地されてもよい。各ピエゾ抵抗素子に生じた電気抵抗の微小な変化を電圧として出力するため、ピエゾ抵抗素子Rz1とピエゾ抵抗素子Rz3との接続端は高電位側(+)の出力端子Vzout1に接続され、ピエゾ抵抗素子Rz2とピエゾ抵抗素子Rz4との接続端は低電位側(−)の出力端子Vzout2に接続される。 Further, the sensor circuit 203 has a bridge circuit in the Z-axis direction including four piezoresistive elements, and the connection end of the piezoresistive element Rz1 and the piezoresistive element Rz2 is on the high potential side via the resistive element Rz6a. Connected to the power input terminal VDz. The connection end of the piezoresistive element Rz3 and the piezoresistive element Rz4 is connected to the low potential side terminal VGz via the resistive element Rz6b. Here, the terminal VGz may be grounded. In order to output a minute change in electric resistance generated in each piezoresistive element as a voltage, the connection end of the piezoresistive element Rz1 and the piezoresistive element Rz3 is connected to the output terminal Vzout1 on the high potential side (+), and the piezoresistor The connection end of the element Rz2 and the piezoresistive element Rz4 is connected to the output terminal Vzout2 on the low potential side (−).

本発明の一実施形態に係るセンサ回路201は抵抗素子Rx6a及び抵抗素子Rx6bをブリッジ回路51に接続することで、ブリッジ回路51の両端に印加される電圧を調整することができる。すなわち、センサ回路201の電源入力端子VDxと低電位側の端子VGxとの間に印加される電圧Vxは、ブリッジ回路51を形成する4つのピエゾ抵抗素子の合成抵抗と、抵抗素子Rx6aと、抵抗素子Rx6bとに分圧されるため、ブリッジ回路51には電圧Vx1が印加されることとなる。センサ回路201は、このような電圧の調整により、出力電圧も低下するが、ドリフトの抑制効果はブリッジ抵抗にかかる電圧の2乗に比例する。例えば、電圧の調整により、出力電圧が1/2に低下しても、ドリフトは1/2、すなわち、1/4に抑制することができる。 The sensor circuit 201 according to the embodiment of the present invention can adjust the voltage applied to both ends of the bridge circuit 51 by connecting the resistance element Rx6a and the resistance element Rx6b to the bridge circuit 51. That is, the voltage Vx applied between the power supply input terminal VDx and the low potential side terminal VGx of the sensor circuit 201 is the combined resistance of the four piezoresistive elements forming the bridge circuit 51, the resistance element Rx6a, and the resistance Since the voltage is divided to the element Rx6b, the voltage Vx1 is applied to the bridge circuit 51. Although the output voltage of the sensor circuit 201 is also reduced by adjusting the voltage, the effect of suppressing drift is proportional to the square of the voltage applied to the bridge resistance. For example, even if the output voltage is reduced to 1/2 by adjusting the voltage, the drift can be suppressed to 1/2 2 , that is, 1/4.

例えば、電源入力端子VDxと低電位側の端子VGxとの間に印加される電圧が3Vである時に、4つのピエゾ抵抗素子の抵抗と、抵抗素子Rx6aと、抵抗素子Rx6bとの抵抗値が等しい場合、ブリッジ回路51に印加される電圧Vx1、抵抗素子Rx6aに印加される電圧Vx2及び抵抗素子Rx6bに印加される電圧Vx3は、それぞれ1Vに分圧されることとなり、センサ回路201の出力電圧は、1/3に低下するが、ドリフトは、1/9に低減できる。 For example, when the voltage applied between the power supply input terminal VDx and the low potential side terminal VGx is 3 V, the resistances of the four piezoresistive elements, the resistive elements Rx6a, and the resistive elements Rx6b are equal. In this case, the voltage Vx1 applied to the bridge circuit 51, the voltage Vx2 applied to the resistance element Rx6a, and the voltage Vx3 applied to the resistance element Rx6b are each divided to 1 V, and the output voltage of the sensor circuit 201 is However, the drift can be reduced to 1/9.

同様に、センサ回路202は抵抗素子Ry6a及びRy6bをブリッジ回路52に接続することで、ブリッジ回路52の一端に印加される電圧を調整することができる。同様に、センサ回路203は抵抗素子Rz6a及びRz6bをブリッジ回路53に接続することで、ブリッジ回路53の一端に印加される電圧を調整することができる。センサ回路202及びセンサ回路203も上述のような電圧の調整により、出力電圧も低下するが、ドリフトの抑制効果はブリッジ抵抗にかかる電圧の2乗に比例する。例えば、電圧の調整により、出力電圧が1/2に低下しても、ドリフトは1/2、すなわち、1/4に抑制することができる。 Similarly, the sensor circuit 202 can adjust the voltage applied to one end of the bridge circuit 52 by connecting the resistance elements Ry6a and Ry6b to the bridge circuit 52. Similarly, the sensor circuit 203 can adjust the voltage applied to one end of the bridge circuit 53 by connecting the resistance elements Rz6a and Rz6b to the bridge circuit 53. In the sensor circuit 202 and the sensor circuit 203, the output voltage is also reduced by adjusting the voltage as described above, but the effect of suppressing the drift is proportional to the square of the voltage applied to the bridge resistance. For example, even if the output voltage is reduced to 1/2 by adjusting the voltage, the drift can be suppressed to 1/2 2 , that is, 1/4.

X軸方向の加速度を検出するセンサ回路201、Y軸方向の加速度を検出するセンサ回路202及びZ軸方向を検出するためのセンサ回路203は、抵抗素子Rx6aと抵抗素子Rx6b、抵抗素子Ry6aと抵抗素子Ry6b、及び抵抗素子Rz6aと抵抗素子Rz6bをそれぞれ有することで出力電圧を調整し、それぞれの軸方向で異なる検出感度を、ドリフトを抑制しながら調整することができる。Z軸方向の加速度を検出する加速度センサ203は、可撓部の撓み方がX軸方向及びY軸方向の加速度を検出する加速度センサとは異なり、一般に検出感度が高い。また、X軸方向及びY軸方向に対してZ軸方向のドリフトが高くなる傾向がある。このため、特にZ軸方向を検出するためのセンサ回路203に抵抗素子Rz6aと抵抗素子Rz6bとを接続することで、ドリフ出力電圧を調整しトを抑制しながらX軸方向及びY軸方向の加速度を検出する加速度センサと検出感度を同程度に調整することができる。したがって、3軸全ての加速度を検出するセンサ回路に抵抗素子を接続する必要はなく、ドリフトを調整したい軸方向の加速度を検出するセンサ回路にのみ抵抗素子を接続するようにしてもよい。 The sensor circuit 201 that detects the acceleration in the X-axis direction, the sensor circuit 202 that detects the acceleration in the Y-axis direction, and the sensor circuit 203 that detects the Z-axis direction include a resistance element Rx6a, a resistance element Rx6b, a resistance element Ry6a, and a resistance The output voltage can be adjusted by including the element Ry6b, the resistance element Rz6a, and the resistance element Rz6b, and the detection sensitivity that is different in each axial direction can be adjusted while suppressing drift. The acceleration sensor 203 that detects acceleration in the Z-axis direction generally has high detection sensitivity, unlike the acceleration sensor that detects the acceleration in the X-axis direction and the Y-axis direction in terms of how the flexible portion bends. In addition, the drift in the Z-axis direction tends to increase with respect to the X-axis direction and the Y-axis direction. For this reason, in particular, by connecting the resistance element Rz6a and the resistance element Rz6b to the sensor circuit 203 for detecting the Z-axis direction, the acceleration in the X-axis direction and the Y-axis direction is adjusted while adjusting the drift output voltage and suppressing the torsion. The acceleration sensor and the detection sensitivity can be adjusted to the same extent. Therefore, it is not necessary to connect a resistance element to the sensor circuit that detects acceleration of all three axes, and the resistance element may be connected only to a sensor circuit that detects acceleration in the axial direction for which drift is to be adjusted.

次に、図4を参照して、3軸加速度センサにセンサ回路201、センサ回路202及びセンサ回路203を適用した本発明の一実施形態に係る半導体加速度センサ200を説明する。半導体加速度センサ200は、X軸方向の可撓部111、Y軸方向の可撓部112、X軸方向の可撓部111とY軸方向の可撓部112との交差部115(錘支持部)、枠部121及び錘部131を有する。 Next, a semiconductor acceleration sensor 200 according to an embodiment of the present invention in which the sensor circuit 201, the sensor circuit 202, and the sensor circuit 203 are applied to a three-axis acceleration sensor will be described with reference to FIG. The semiconductor acceleration sensor 200 includes a flexible portion 111 in the X-axis direction, a flexible portion 112 in the Y-axis direction, and an intersection 115 (weight support portion) between the flexible portion 111 in the X-axis direction and the flexible portion 112 in the Y-axis direction. ), A frame portion 121 and a weight portion 131.

X軸方向の可撓部111には、X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向の加速度を検出するための各ピエゾ抵抗素子の配置及び構成は実施形態1と同様である。また、加速度センサで検出する機構も実施形態1と同様である。 The arrangement and configuration of each piezoresistive element for detecting acceleration in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction are the same as those of the first embodiment in the flexible portion 111 in the X-axis direction. The mechanism for detecting by the acceleration sensor is the same as that of the first embodiment.

実施形態2の本発明に係る抵抗素子Rx6a、抵抗素子Rx6b、抵抗素子Ry6a、抵抗素子Ry6b、抵抗素子Rz6a及び抵抗素子Rz6bは、枠部121に形成することが好ましい。抵抗素子を枠部121に形成するため、ピエゾ抵抗素子が検出するX軸方向の可撓部111及びY軸方向の可撓部112で生じる撓みに影響を与えない。また、抵抗素子Rx6a、抵抗素子Rx6b、抵抗素子Ry6a、抵抗素子Ry6b、抵抗素子Rz6a及び抵抗素子Rz6bは、如何なる抵抗素子で形成してもよいが、ピエゾ抵抗素子により形成することで製造工程を増すことなく目的とする効果を得ることができる。 The resistance element Rx6a, the resistance element Rx6b, the resistance element Ry6a, the resistance element Ry6b, the resistance element Rz6a, and the resistance element Rz6b according to the second embodiment of the present invention are preferably formed in the frame 121. Since the resistance element is formed in the frame portion 121, there is no influence on the bending generated in the flexible portion 111 in the X-axis direction and the flexible portion 112 in the Y-axis direction detected by the piezoresistive element. The resistance element Rx6a, the resistance element Rx6b, the resistance element Ry6a, the resistance element Ry6b, the resistance element Rz6a, and the resistance element Rz6b may be formed of any resistance element, but the manufacturing process is increased by forming the resistance element Rx6a, resistance element Rx6b, resistance element Rz6a, and resistance element Rz6b. The intended effect can be obtained without any problem.

本実施形態においては、抵抗素子をブリッジ回路の両端に接続することで、ブリッジ回路の両端に印加される電圧のバランスを取ることができる。また、抵抗素子Rx6aと抵抗素子Rx6b、抵抗素子Ry6aと抵抗素子Ry6b、抵抗素子Rz6aと抵抗素子Rz6bは、それぞれ同じ抵抗値の抵抗素子の組で形成してもよいが、それぞれ異なる抵抗値の抵抗素子の組で形成してもよい。抵抗素子を形成する位置に制約があるような場合は、電源入力端子側の抵抗素子と低電位側の抵抗素子との抵抗値を変えることで抵抗素子を形成する位置の制約に対応することもできる。 In the present embodiment, the voltage applied to both ends of the bridge circuit can be balanced by connecting the resistance elements to both ends of the bridge circuit. Further, the resistance element Rx6a and the resistance element Rx6b, the resistance element Ry6a and the resistance element Ry6b, and the resistance element Rz6a and the resistance element Rz6b may be formed by a combination of resistance elements having the same resistance value, but resistances having different resistance values. You may form with the group of an element. When there is a restriction on the position where the resistance element is formed, it is possible to meet the restriction on the position where the resistance element is formed by changing the resistance value between the resistance element on the power input terminal side and the resistance element on the low potential side. it can.

なお、本実施形態においては、半導体加速度センサ200がX軸方向の可撓部111及びY軸方向の可撓部112を有する例を示したが、本発明に係る半導体加速度センサ200は梁状の可撓部の代わりに膜状の可撓部としてダイヤフラムを用いてもよい。すなわち、ダイヤフラムで錘部を支持し、X軸方向及びY軸方向の加速度を検出するピエゾ抵抗素子を、ダイヤフラムの上部表面に互いに直交する軸方向に配置してもよい。 In the present embodiment, the semiconductor acceleration sensor 200 includes the flexible portion 111 in the X-axis direction and the flexible portion 112 in the Y-axis direction. However, the semiconductor acceleration sensor 200 according to the present invention has a beam shape. A diaphragm may be used as a film-like flexible part instead of the flexible part. That is, the piezoresistive element that supports the weight portion with the diaphragm and detects the acceleration in the X-axis direction and the Y-axis direction may be arranged in the axial direction orthogonal to each other on the upper surface of the diaphragm.

以上説明したように、本実施形態の本発明に係る半導体加速度センサは、電源入力端子及び低電位側の端子とブリッジ回路との間に抵抗素子を接続することで、ブリッジ回路に印加される電圧を調整することができ、3軸方向の加速度を検出する加速度センサ間の出力電圧を調整することで検出感度差を小さくするように調整することができる。また、抵抗素子を半導体加速度センサの枠部に形成することで、半導体加速度センサを小型化するうえでの構造的制限を設けることなく、ドリフトが小さく3軸間の信号出力の変動を低減する半導体加速度センサを提供することができる優れた効果を奏する。半導体加速度センサは、小型化により検出感度が低下する傾向にあるが、本実施形態の本発明に係る半導体加速度センサは、ドリフトを抑えることでS/N比を向上させることができる。 As described above, the semiconductor acceleration sensor according to the present embodiment of the present invention has a voltage applied to the bridge circuit by connecting a resistance element between the power input terminal and the low potential side terminal and the bridge circuit. And adjusting the output voltage between the acceleration sensors that detect the acceleration in the three-axis directions can be adjusted to reduce the difference in detection sensitivity. Further, by forming the resistance element in the frame portion of the semiconductor acceleration sensor, the semiconductor has a small drift and reduces fluctuations in signal output between the three axes without providing a structural limitation for downsizing the semiconductor acceleration sensor. There is an excellent effect that an acceleration sensor can be provided. Although the semiconductor acceleration sensor has a tendency to decrease the detection sensitivity due to downsizing, the semiconductor acceleration sensor according to the present invention of the present embodiment can improve the S / N ratio by suppressing drift.

(実施形態3)
実施形態1及び2においては、ブリッジ回路と、電源入力端子及び低電位側の端子との間に抵抗素子を接続して3軸方向の加速度を検出する加速度センサ間の検出感度差を小さくするように調整する方法について説明したが、実施形態3においては、さらにブリッジ回路と出力端子との間に抵抗素子を接続する例について説明する。
(Embodiment 3)
In the first and second embodiments, a resistance element is connected between the bridge circuit, the power supply input terminal, and the low potential side terminal so as to reduce the difference in detection sensitivity between the acceleration sensors that detect the acceleration in the three-axis direction. In the third embodiment, an example in which a resistance element is connected between the bridge circuit and the output terminal will be described.

図5は、本発明の一実施形態に係るセンサ回路の回路図である。(a)はX軸方向の加速度を検出するセンサ回路301を示し、(b)はY軸方向の加速度を検出するセンサ回路302を示し、(c)はZ軸方向を検出するためのセンサ回路303を示す。 FIG. 5 is a circuit diagram of a sensor circuit according to an embodiment of the present invention. (A) shows a sensor circuit 301 for detecting acceleration in the X-axis direction, (b) shows a sensor circuit 302 for detecting acceleration in the Y-axis direction, and (c) shows a sensor circuit for detecting the Z-axis direction. 303 is shown.

センサ回路301は、4つのピエゾ抵抗素子を含むX軸方向のブリッジ回路51を有し、ピエゾ抵抗素子Rx1とピエゾ抵抗素子Rx2との接続端は、抵抗素子Rx6aを介して高電位側である電源入力端子VDxに接続される。ピエゾ抵抗素子Rx3とピエゾ抵抗素子Rx4との接続端は、抵抗素子Rx6bを介して低電位側の端子VGxに接続される。ここで、端子VGxは接地されてもよい。各ピエゾ抵抗素子に生じた電気抵抗の微小な変化を電圧として出力するため、ピエゾ抵抗素子Rx1とピエゾ抵抗素子Rx4との接続端は抵抗素子Rx7を介して、高電位側(+)の出力端子Vxout1に接続され、ピエゾ抵抗素子Rx2とピエゾ抵抗素子Rx3との接続端は低電位側(−)の出力端子Vxout2に接続される。 The sensor circuit 301 has a bridge circuit 51 in the X-axis direction including four piezoresistive elements, and the connection end of the piezoresistive element Rx1 and the piezoresistive element Rx2 is a power source on the high potential side via the resistor element Rx6a. Connected to the input terminal VDx. The connection end of the piezoresistive element Rx3 and the piezoresistive element Rx4 is connected to the low potential side terminal VGx via the resistive element Rx6b. Here, the terminal VGx may be grounded. In order to output a minute change in electric resistance generated in each piezoresistive element as a voltage, the connection end of the piezoresistive element Rx1 and the piezoresistive element Rx4 is connected to the output terminal on the high potential side (+) via the resistor element Rx7. The connection end of the piezoresistive element Rx2 and the piezoresistive element Rx3 is connected to the low potential side (−) output terminal Vxout2.

また、センサ回路302は、4つのピエゾ抵抗素子を含むY軸方向のブリッジ回路52を有し、ピエゾ抵抗素子Ry1とピエゾ抵抗素子Ry2との接続端は、抵抗素子Ry6aを介して高電位側である電源入力端子VDyに接続される。ピエゾ抵抗素子Ry3とピエゾ抵抗素子Ry4との接続端は、抵抗素子Ry6bを介して低電位側の端子VGyに接続される。ここで、端子VGyは接地されてもよい。各ピエゾ抵抗素子に生じた電気抵抗の微小な変化を電圧として出力するため、ピエゾ抵抗素子Ry1とピエゾ抵抗素子Ry4との接続端は低電位側(−)の出力端子Vyout1に接続され、ピエゾ抵抗素子Ry2とピエゾ抵抗素子Ry3との接続端は抵抗素子Ry7を介して、高電位側(+)の出力端子Vyout2に接続される。 The sensor circuit 302 has a bridge circuit 52 in the Y-axis direction including four piezoresistive elements, and the connection end of the piezoresistive element Ry1 and the piezoresistive element Ry2 is connected to the high potential side via the resistive element Ry6a. It is connected to a certain power input terminal VDy. The connection end of the piezoresistive element Ry3 and the piezoresistive element Ry4 is connected to the low potential side terminal VGy via the resistive element Ry6b. Here, the terminal VGy may be grounded. In order to output a minute change in electric resistance generated in each piezoresistive element as a voltage, the connection end of the piezoresistive element Ry1 and the piezoresistive element Ry4 is connected to the output terminal Vyout1 on the low potential side (−), and the piezoresistor The connection end of the element Ry2 and the piezoresistive element Ry3 is connected to the high potential side (+) output terminal Vyout2 via the resistance element Ry7.

さらに、センサ回路303は、4つのピエゾ抵抗素子を含むZ軸方向のブリッジ回路を有し、ピエゾ抵抗素子Rz1とピエゾ抵抗素子Rz2との接端は、抵抗素子Rz6aを介して高電位側である電源入力端子VDzに接続される。ピエゾ抵抗素子Rz3とピエゾ抵抗素子Rz4との接続端は、抵抗素子Rz6bを介して低電位側の端子VGzに接続される。ここで、端子VGzは接地されてもよい。各ピエゾ抵抗素子に生じた電気抵抗の微小な変化を電圧として出力するため、ピエゾ抵抗素子Rz1とピエゾ抵抗素子Rz3との接続端は抵抗素子Rz7を介して高電位側(+)の出力端子Vzout1に接続され、ピエゾ抵抗素子Rz2とピエゾ抵抗素子Rz4との接続端は低電位側(−)の出力端子Vzout2に接続される。 Further, the sensor circuit 303 has a bridge circuit in the Z-axis direction including four piezoresistive elements, and the contact end of the piezoresistive element Rz1 and the piezoresistive element Rz2 is on the high potential side via the resistive element Rz6a. Connected to the power input terminal VDz. The connection end of the piezoresistive element Rz3 and the piezoresistive element Rz4 is connected to the low potential side terminal VGz via the resistive element Rz6b. Here, the terminal VGz may be grounded. In order to output a minute change in electric resistance generated in each piezoresistive element as a voltage, the connection end of the piezoresistive element Rz1 and the piezoresistive element Rz3 is connected to the output terminal Vzout1 on the high potential side (+) via the resistor element Rz7. The connection end of the piezoresistive element Rz2 and the piezoresistive element Rz4 is connected to the output terminal Vzout2 on the low potential side (−).

本発明の一実施形態に係るセンサ回路301は抵抗素子Rx6a及び抵抗素子Rx6bをブリッジ回路51に接続することで、ブリッジ回路51の両端に印加される電圧を調整することができる。すなわち、センサ回路301の電源入力端子VDxと低電位側の端子VGxとの間に印加される電圧Vxは、ブリッジ回路51を形成する4つのピエゾ抵抗素子の合成抵抗と、抵抗素子Rx6aと、抵抗素子Rx6bとに分圧されるため、ブリッジ回路51には電圧Vx1が印加されることとなる。センサ回路301は、このような電圧の調整により、出力電圧も低下するが、ドリフトの抑制効果はブリッジ抵抗にかかる電圧の2乗に比例する。例えば、電圧の調整により、出力電圧が1/2に低下しても、ドリフトは1/2、すなわち、1/4に抑制することができる。 The sensor circuit 301 according to the embodiment of the present invention can adjust the voltage applied to both ends of the bridge circuit 51 by connecting the resistance element Rx6a and the resistance element Rx6b to the bridge circuit 51. That is, the voltage Vx applied between the power supply input terminal VDx and the low potential side terminal VGx of the sensor circuit 301 is the combined resistance of the four piezoresistive elements forming the bridge circuit 51, the resistive element Rx6a, and the resistance Since the voltage is divided to the element Rx6b, the voltage Vx1 is applied to the bridge circuit 51. In the sensor circuit 301, the output voltage is also reduced by adjusting the voltage as described above, but the effect of suppressing the drift is proportional to the square of the voltage applied to the bridge resistance. For example, even if the output voltage is reduced to 1/2 by adjusting the voltage, the drift can be suppressed to 1/2 2 , that is, 1/4.

同様に、センサ回路302は抵抗素子Ry6a及びRy6bをブリッジ回路52に接続することで、ブリッジ回路52の両端に印加される電圧を調整することができる。同様に、センサ回路303は抵抗素子Rz6a及びRz6bをブリッジ回路53に接続することで、ブリッジ回路53の両端に印加される電圧を調整することができる。センサ回路302及びセンサ回路303も上述のような電圧の調整により、出力電圧も低下するが、ドリフトの抑制効果はブリッジ抵抗にかかる電圧の2乗に比例する。例えば、電圧の調整により、出力電圧が1/2に低下しても、ドリフトは1/2、すなわち、1/4に抑制することができる。 Similarly, the sensor circuit 302 can adjust the voltage applied to both ends of the bridge circuit 52 by connecting the resistance elements Ry6a and Ry6b to the bridge circuit 52. Similarly, the sensor circuit 303 can adjust the voltage applied to both ends of the bridge circuit 53 by connecting the resistance elements Rz6a and Rz6b to the bridge circuit 53. Although the output voltage of the sensor circuit 302 and the sensor circuit 303 is also reduced by adjusting the voltage as described above, the effect of suppressing the drift is proportional to the square of the voltage applied to the bridge resistance. For example, even if the output voltage is reduced to 1/2 by adjusting the voltage, the drift can be suppressed to 1/2 2 , that is, 1/4.

X軸方向の加速度を検出するセンサ回路301、Y軸方向の加速度を検出するセンサ回路302及びZ軸方向を検出するためのセンサ回路303は、抵抗素子Rx6aと抵抗素子Rx6b、抵抗素子Ry6aと抵抗素子Ry6b、及び抵抗素子Rz6aと抵抗素子Rz6bをそれぞれ有することで出力電圧を調整し、それぞれの軸方向で異なる検出感度を、ドリフトを抑制しながら調整することができる。Z軸方向の加速度を検出する加速度センサ303は、可撓部の撓み方がX軸方向及びY軸方向の加速度を検出する加速度センサとは異なり、一般に検出感度が高い。また、X軸方向及びY軸方向に対してZ軸方向のドリフトが高くなる傾向がある。このため、特にZ軸方向を検出するためのセンサ回路303に抵抗素子Rz6aと抵抗素子Rz6bとを接続することで出力電圧を調整し、ドリフトを抑制しながらX軸方向及びY軸方向の加速度を検出する加速度センサと検出感度を同程度に調整することができる。したがって、3軸全ての加速度を検出するセンサ回路に抵抗素子を接続する必要はなく、ドリフトを調整したい軸方向の加速度を検出するセンサ回路にのみ抵抗素子を接続するようにしてもよい。 A sensor circuit 301 that detects acceleration in the X-axis direction, a sensor circuit 302 that detects acceleration in the Y-axis direction, and a sensor circuit 303 that detects the Z-axis direction include a resistance element Rx6a, a resistance element Rx6b, a resistance element Ry6a, and a resistance The output voltage can be adjusted by including the element Ry6b, the resistance element Rz6a, and the resistance element Rz6b, and the detection sensitivity that is different in each axial direction can be adjusted while suppressing drift. The acceleration sensor 303 that detects the acceleration in the Z-axis direction is generally high in detection sensitivity, unlike the acceleration sensor that detects the acceleration in the X-axis direction and the Y-axis direction in terms of how the flexible portion bends. In addition, the drift in the Z-axis direction tends to increase with respect to the X-axis direction and the Y-axis direction. For this reason, in particular, the output voltage is adjusted by connecting the resistance element Rz6a and the resistance element Rz6b to the sensor circuit 303 for detecting the Z-axis direction, and acceleration in the X-axis direction and the Y-axis direction is suppressed while suppressing drift. The acceleration sensor to detect and the detection sensitivity can be adjusted to the same extent. Therefore, it is not necessary to connect a resistance element to the sensor circuit that detects acceleration of all three axes, and the resistance element may be connected only to a sensor circuit that detects acceleration in the axial direction for which drift is to be adjusted.

なお、本実施形態においては、抵抗素子Rx6aと抵抗素子Rx6b、抵抗素子Ry6aとRy6b、及び抵抗素子Rz6aとRz6bを接続する実施形態2のセンサ回路を基に説明したが、ブリッジ回路の電源入力端子又は低電位側の端子の何れかに抵抗素子を接続する実施形態1のセンサ回路を用いてもよい。また、抵抗素子Rx7、抵抗素子Ry7及び抵抗素子Rz7を高電位側の出力端子に接続する方法を説明したが、抵抗素子Rx7、抵抗素子Ry7及び抵抗素子Rz7は、低電位側の出力端子に接続するようにしてもよい。 In the present embodiment, the description has been made based on the sensor circuit of the second embodiment in which the resistance elements Rx6a and Rx6b, the resistance elements Ry6a and Ry6b, and the resistance elements Rz6a and Rz6b are connected. Alternatively, the sensor circuit of the first embodiment in which a resistance element is connected to any one of the terminals on the low potential side may be used. In addition, although the method of connecting the resistor element Rx7, the resistor element Ry7, and the resistor element Rz7 to the output terminal on the high potential side has been described, the resistor element Rx7, the resistor element Ry7, and the resistor element Rz7 are connected to the output terminal on the low potential side. You may make it do.

次に、図6を参照して、3軸加速度センサにセンサ回路301、センサ回路302及びセンサ回路303を適用した本発明の一実施形態に係る半導体加速度センサ300を説明する。半導体加速度センサ300は、X軸方向の可撓部111、Y軸方向の可撓部112、X軸方向の可撓部111とY軸方向の可撓部112との交差部115(錘支持部)、枠部121及び錘部131を有する。 Next, a semiconductor acceleration sensor 300 according to an embodiment of the present invention in which the sensor circuit 301, the sensor circuit 302, and the sensor circuit 303 are applied to a three-axis acceleration sensor will be described with reference to FIG. The semiconductor acceleration sensor 300 includes a flexible portion 111 in the X-axis direction, a flexible portion 112 in the Y-axis direction, and an intersection 115 (weight support portion) between the flexible portion 111 in the X-axis direction and the flexible portion 112 in the Y-axis direction. ), A frame portion 121 and a weight portion 131.

X軸方向の可撓部111には、X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向の加速度を検出するための各ピエゾ抵抗素子の配置及び構成は実施形態1と同様である。また、加速度センサで検出する機構も実施形態1と同様である。 The arrangement and configuration of each piezoresistive element for detecting acceleration in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction are the same as those of the first embodiment in the flexible portion 111 in the X-axis direction. The mechanism for detecting by the acceleration sensor is the same as that of the first embodiment.

実施形態3の本発明に係る抵抗素子Rx6a、抵抗素子Rx6b、抵抗素子Ry6a、抵抗素子Ry6b、抵抗素子Rz6a、抵抗素子Rz6b、抵抗素子Rx7、抵抗素子Ry7及び抵抗素子Rz7は、枠部121に形成することが好ましい。また、抵抗素子を枠部121に形成するため、ピエゾ抵抗素子が検出するX軸方向の可撓部111及びY軸方向の可撓部112で生じる撓みに影響を与えない。また、抵抗素子Rx6a、抵抗素子Rx6b、抵抗素子Ry6a、抵抗素子Ry6b、抵抗素子Rz6a、抵抗素子Rz6b、抵抗素子Rx7、抵抗素子Ry7及び抵抗素子Rz7は、如何なる抵抗素子で形成してもよいが、ピエゾ抵抗素子により形成することで製造工程を増すことなく目的とする効果を得ることができる。 The resistor element Rx6a, the resistor element Rx6b, the resistor element Ry6a, the resistor element Ry6b, the resistor element Rz6a, the resistor element Rz6b, the resistor element Rx7, the resistor element Ry7, and the resistor element Rz7 according to the present invention of Embodiment 3 are formed in the frame 121. It is preferable to do. In addition, since the resistance element is formed in the frame portion 121, it does not affect the bending that occurs in the flexible portion 111 in the X-axis direction and the flexible portion 112 in the Y-axis direction detected by the piezoresistive element. Further, the resistance element Rx6a, the resistance element Rx6b, the resistance element Ry6a, the resistance element Ry6b, the resistance element Rz6a, the resistance element Rz6b, the resistance element Rx7, the resistance element Ry7, and the resistance element Rz7 may be formed of any resistance element. By forming with a piezoresistive element, the intended effect can be obtained without increasing the number of manufacturing steps.

本実施形態においては、抵抗素子をブリッジ回路の両端に接続することで、ブリッジ回路の両端に印加される電圧のバランスを取ることができる。また、抵抗素子Rx6aと抵抗素子Rx6b、抵抗素子Ry6aと抵抗素子Ry6b、抵抗素子Rz6aと抵抗素子Rz6bは、それぞれ同じ抵抗値の抵抗素子の組で形成してもよいが、それぞれ異なる抵抗値の抵抗素子の組で形成してもよい。抵抗素子を形成する位置に制約があるような場合は、電源入力端子側の抵抗素子と低電位側の抵抗素子との抵抗値を変えることで抵抗素子を形成する位置の制約に対応することもできる。 In the present embodiment, the voltage applied to both ends of the bridge circuit can be balanced by connecting the resistance elements to both ends of the bridge circuit. Further, the resistance element Rx6a and the resistance element Rx6b, the resistance element Ry6a and the resistance element Ry6b, and the resistance element Rz6a and the resistance element Rz6b may be formed by a combination of resistance elements having the same resistance value, but resistances having different resistance values. You may form with the group of an element. When there is a restriction on the position where the resistance element is formed, it is possible to meet the restriction on the position where the resistance element is formed by changing the resistance value between the resistance element on the power input terminal side and the resistance element on the low potential side. it can.

なお、本実施形態においては、半導体加速度センサ300がX軸方向の可撓部111及びY軸方向の可撓部112を有する例を示したが、本発明に係る半導体加速度センサ300は梁状の可撓部の代わりに膜状の可撓部としてダイヤフラムを用いてもよい。すなわち、ダイヤフラムで錘部を支持し、X軸方向及びY軸方向の加速度を検出するピエゾ抵抗素子を、ダイヤフラムの上部表面に互いに直交する軸方向に配置してもよい。 In this embodiment, the semiconductor acceleration sensor 300 includes the X-axis direction flexible portion 111 and the Y-axis direction flexible portion 112. However, the semiconductor acceleration sensor 300 according to the present invention has a beam shape. A diaphragm may be used as a film-like flexible part instead of the flexible part. That is, the piezoresistive element that supports the weight portion with the diaphragm and detects the acceleration in the X-axis direction and the Y-axis direction may be arranged in the axial direction orthogonal to each other on the upper surface of the diaphragm.

以上説明したように、本実施形態の本発明に係る半導体加速度センサは、電源入力端子及び低電位側の端子とブリッジ回路との間に抵抗素子を接続することで、ブリッジ回路に印加される電圧を調整することができ、3軸方向の加速度を検出する加速度センサ間の出力電圧を調整することで検出感度差を小さくするように調整することができる。さらに、抵抗素子を半導体加速度センサの枠部に形成することで、半導体加速度センサを小型化するうえでの構造的制限を設けることなく、ドリフトが小さく3軸間の信号出力の変動を低減する半導体加速度センサを提供することができる優れた効果を奏する。半導体加速度センサは、小型化により検出感度が低下する傾向にあるが、本実施形態の本発明に係る半導体加速度センサは、ドリフトを抑えることでS/N比を向上させることができる。 As described above, the semiconductor acceleration sensor according to the present embodiment of the present invention has a voltage applied to the bridge circuit by connecting a resistance element between the power input terminal and the low potential side terminal and the bridge circuit. And adjusting the output voltage between the acceleration sensors that detect the acceleration in the three-axis directions can be adjusted to reduce the difference in detection sensitivity. Further, by forming the resistance element in the frame portion of the semiconductor acceleration sensor, the semiconductor has a small drift and reduces fluctuations in signal output between the three axes without providing a structural limitation for downsizing the semiconductor acceleration sensor. There is an excellent effect that an acceleration sensor can be provided. Although the semiconductor acceleration sensor has a tendency to decrease the detection sensitivity due to downsizing, the semiconductor acceleration sensor according to the present invention of the present embodiment can improve the S / N ratio by suppressing drift.

(実施形態4)
実施形態3においては、ブリッジ回路と一方の出力端子との間に抵抗素子を接続する例について説明したが、実施形態4においては、ブリッジ回路と両方の出力端子との間に抵抗素子を接続する例について説明する。
(Embodiment 4)
In the third embodiment, the example in which the resistance element is connected between the bridge circuit and one output terminal has been described. In the fourth embodiment, the resistance element is connected between the bridge circuit and both output terminals. An example will be described.

図7は、本発明の一実施形態に係るセンサ回路の回路図である。(a)はX軸方向の加速度を検出するセンサ回路401を示し、(b)はY軸方向の加速度を検出するセンサ回路402を示し、(c)はZ軸方向を検出するためのセンサ回路403を示す。 FIG. 7 is a circuit diagram of a sensor circuit according to an embodiment of the present invention. (A) shows a sensor circuit 401 that detects acceleration in the X-axis direction, (b) shows a sensor circuit 402 that detects acceleration in the Y-axis direction, and (c) shows a sensor circuit for detecting the Z-axis direction. 403 is shown.

センサ回路401は、4つのピエゾ抵抗素子を含むX軸方向のブリッジ回路51を有し、ピエゾ抵抗素子Rx1とピエゾ抵抗素子Rx2との接続端は、抵抗素子Rx6aを介して高電位側である電源入力端子VDxに接続される。ピエゾ抵抗素子Rx3とピエゾ抵抗素子Rx4との接続端は、抵抗素子Rx6bを介して低電位側の端子VGxに接続される。ここで、端子VGxは接地されてもよい。各ピエゾ抵抗素子に生じた電気抵抗の微小な変化を電圧として出力するため、ピエゾ抵抗素子Rx1とピエゾ抵抗素子Rx4との接続端は抵抗素子Rx8aを介して、高電位側(+)の出力端子Vxout1に接続され、ピエゾ抵抗素子Rx2とピエゾ抵抗素子Rx3との接続端は抵抗素子Rx8bを介して、低電位側(−)の出力端子Vxout2に接続される。 The sensor circuit 401 has a bridge circuit 51 in the X-axis direction including four piezoresistive elements, and the connection end of the piezoresistive element Rx1 and the piezoresistive element Rx2 is a power supply that is on the high potential side via the resistive element Rx6a. Connected to the input terminal VDx. The connection end of the piezoresistive element Rx3 and the piezoresistive element Rx4 is connected to the low potential side terminal VGx via the resistive element Rx6b. Here, the terminal VGx may be grounded. In order to output a minute change in electric resistance generated in each piezoresistive element as a voltage, the connection end of the piezoresistive element Rx1 and the piezoresistive element Rx4 is connected to the output terminal on the high potential side (+) via the resistor element Rx8a. The connection end of the piezoresistive element Rx2 and the piezoresistive element Rx3 is connected to the low potential side (−) output terminal Vxout2 via the resistive element Rx8b.

また、センサ回路402は、4つのピエゾ抵抗素子を含むY軸方向のブリッジ回路52を有し、ピエゾ抵抗素子Ry1とピエゾ抵抗素子Ry2との接続端は、抵抗素子Ry6aを介して高電位側である電源入力端子VDyに接続される。ピエゾ抵抗素子Ry3とピエゾ抵抗素子Ry4との接続端は、抵抗素子Ry6bを介して低電位側の端子VGyに接続される。ここで、端子VGyは接地されてもよい。各ピエゾ抵抗素子に生じた電気抵抗の微小な変化を電圧として出力するため、ピエゾ抵抗素子Ry1とピエゾ抵抗素子Ry4との接続端は抵抗素子Ry8bを介して、低電位側(−)の出力端子Vyout1に接続され、ピエゾ抵抗素子Ry2とピエゾ抵抗素子Ry3との接続端は抵抗素子Ry8aを介して、高電位側(+)の出力端子Vyout2に接続される。 The sensor circuit 402 has a bridge circuit 52 in the Y-axis direction including four piezoresistive elements, and the connection end of the piezoresistive element Ry1 and the piezoresistive element Ry2 is connected to the high potential side via the resistive element Ry6a. It is connected to a certain power input terminal VDy. The connection end of the piezoresistive element Ry3 and the piezoresistive element Ry4 is connected to the low potential side terminal VGy via the resistive element Ry6b. Here, the terminal VGy may be grounded. In order to output a minute change in electric resistance generated in each piezoresistive element as a voltage, the connection end of the piezoresistive element Ry1 and the piezoresistive element Ry4 is connected to the output terminal on the low potential side (−) via the resistive element Ry8b. The connection end of the piezoresistive element Ry2 and the piezoresistive element Ry3 is connected to the output terminal Vyout2 on the high potential side (+) via the resistive element Ry8a.

さらに、センサ回路403は、4つのピエゾ抵抗素子を含むZ軸方向のブリッジ回路を有し、ピエゾ抵抗素子Rz1とピエゾ抵抗素子Rz2との接続端は、抵抗素子Rz6aを介して高電位側である電源入力端子VDzに接続される。ピエゾ抵抗素子Rz3とピエゾ抵抗素子Rz4との接続端は、抵抗素子Rz6bを介して低電位側の端子VGzに接続される。ここで、端子VGzは接地されてもよい。各ピエゾ抵抗素子に生じた電気抵抗の微小な変化を電圧として出力するため、ピエゾ抵抗素子Rz1とピエゾ抵抗素子Rz3との接続端は抵抗素子Rz8aを介して、高電位側(+)の出力端子Vzout1に接続され、ピエゾ抵抗素子Rz2とピエゾ抵抗素子Rz4との接続端は抵抗素子Rz8bを介して、低電位側(−)の出力端子Vzout2に接続される。 Further, the sensor circuit 403 has a bridge circuit in the Z-axis direction including four piezoresistive elements, and the connection end of the piezoresistive element Rz1 and the piezoresistive element Rz2 is on the high potential side via the resistive element Rz6a. Connected to the power input terminal VDz. The connection end of the piezoresistive element Rz3 and the piezoresistive element Rz4 is connected to the low potential side terminal VGz via the resistive element Rz6b. Here, the terminal VGz may be grounded. In order to output a minute change in electrical resistance generated in each piezoresistive element as a voltage, the connection end of the piezoresistive element Rz1 and the piezoresistive element Rz3 is connected to the output terminal on the high potential side (+) via the resistor element Rz8a. The connection end of the piezoresistive element Rz2 and the piezoresistive element Rz4 is connected to the output terminal Vzout2 on the low potential side (−) via the resistive element Rz8b.

本発明の一実施形態に係るセンサ回路401は抵抗素子Rx6a及び抵抗素子Rx6bをブリッジ回路51に接続することで、ブリッジ回路51の両端に印加される電圧を調整することができる。すなわち、センサ回路401の電源入力端子VDxと低電位側の端子VGxとの間に印加される電圧Vxは、ブリッジ回路51を形成する4つのピエゾ抵抗素子の合成抵抗と、抵抗素子Rx6aと、抵抗素子Rx6bとに分圧されるため、ブリッジ回路51には電圧Vx1が印加されることとなる。センサ回路401は、このような電圧の調整により、出力電圧も低下するが、ドリフトの抑制効果はブリッジ抵抗にかかる電圧の2乗に比例する。例えば、電圧の調整により、出力電圧が1/2に低下しても、ドリフトは1/2、すなわち、1/4に抑制することができる。 The sensor circuit 401 according to the embodiment of the present invention can adjust the voltage applied to both ends of the bridge circuit 51 by connecting the resistance element Rx6a and the resistance element Rx6b to the bridge circuit 51. That is, the voltage Vx applied between the power supply input terminal VDx and the low-potential side terminal VGx of the sensor circuit 401 is the combined resistance of the four piezoresistive elements forming the bridge circuit 51, the resistive element Rx6a, and the resistance Since the voltage is divided to the element Rx6b, the voltage Vx1 is applied to the bridge circuit 51. In the sensor circuit 401, the output voltage is also reduced by adjusting the voltage as described above, but the effect of suppressing the drift is proportional to the square of the voltage applied to the bridge resistance. For example, even if the output voltage is reduced to 1/2 by adjusting the voltage, the drift can be suppressed to 1/2 2 , that is, 1/4.

同様に、センサ回路402は抵抗素子Ry6a及びRy6bをブリッジ回路52に接続することで、ブリッジ回路52の両端に印加される電圧を調整することができる。同様に、センサ回路403は抵抗素子Rz6a及びRz6bをブリッジ回路53に接続することで、ブリッジ回路53の両端に印加される電圧を調整することができる。センサ回路402及びセンサ回路403も上述のような電圧の調整により、出力電圧も低下するが、ドリフトの抑制効果はブリッジ抵抗にかかる電圧の2乗に比例する。例えば、電圧の調整により、出力電圧が1/2に低下しても、ドリフトは1/2、すなわち、1/4に抑制することができる。 Similarly, the sensor circuit 402 can adjust the voltage applied to both ends of the bridge circuit 52 by connecting the resistance elements Ry6a and Ry6b to the bridge circuit 52. Similarly, the sensor circuit 403 can adjust the voltage applied to both ends of the bridge circuit 53 by connecting the resistance elements Rz6a and Rz6b to the bridge circuit 53. Although the output voltage of the sensor circuit 402 and the sensor circuit 403 is also reduced by adjusting the voltage as described above, the effect of suppressing drift is proportional to the square of the voltage applied to the bridge resistance. For example, even if the output voltage is reduced to 1/2 by adjusting the voltage, the drift can be suppressed to 1/2 2 , that is, 1/4.

X軸方向の加速度を検出するセンサ回路401、Y軸方向の加速度を検出するセンサ回路402及びZ軸方向を検出するためのセンサ回路403は、抵抗素子Rx6aと抵抗素子Rx6b、抵抗素子Ry6aと抵抗素子Ry6b、及び抵抗素子Rz6aと抵抗素子Rz6bをそれぞれ有することで出力電圧を調整し、それぞれの軸方向で異なる検出感度を、ドリフトを抑制しながら調整することができる。Z軸方向の加速度を検出する加速度センサ403は、可撓部の撓み方がX軸方向及びY軸方向の加速度を検出する加速度とは異なり、一般に検出感度が高い。また、X軸方向及びY軸方向に対してZ軸方向のドリフトが高くなる傾向がある。このため、特にZ軸方向を検出するためのセンサ回路403に抵抗素子Rz6aと抵抗素子Rz6bとを接続することで出力電圧を調整し、ドリフトを抑制しながらX軸方向及びY軸方向の加速度を検出する加速度センサと検出感度を同程度に調整することができる。したがって、3軸全ての加速度を検出するセンサ回路に抵抗素子を接続する必要はなく、ドリフトを調整したい軸方向の加速度を検出するセンサ回路にのみ抵抗素子を接続するようにしてもよい。 A sensor circuit 401 for detecting acceleration in the X-axis direction, a sensor circuit 402 for detecting acceleration in the Y-axis direction, and a sensor circuit 403 for detecting the Z-axis direction are a resistance element Rx6a, a resistance element Rx6b, a resistance element Ry6a, and a resistance The output voltage can be adjusted by including the element Ry6b, the resistance element Rz6a, and the resistance element Rz6b, and the detection sensitivity that is different in each axial direction can be adjusted while suppressing drift. The acceleration sensor 403 that detects the acceleration in the Z-axis direction generally has high detection sensitivity, unlike the acceleration that detects the acceleration in the X-axis direction and the Y-axis direction in terms of how the flexible portion bends. In addition, the drift in the Z-axis direction tends to increase with respect to the X-axis direction and the Y-axis direction. For this reason, in particular, the output voltage is adjusted by connecting the resistance element Rz6a and the resistance element Rz6b to the sensor circuit 403 for detecting the Z-axis direction, and the acceleration in the X-axis direction and the Y-axis direction is controlled while suppressing drift. The acceleration sensor to detect and the detection sensitivity can be adjusted to the same extent. Therefore, it is not necessary to connect a resistance element to the sensor circuit that detects acceleration of all three axes, and the resistance element may be connected only to a sensor circuit that detects acceleration in the axial direction for which drift is to be adjusted.

なお、本実施形態においては、抵抗素子Rx6aと抵抗素子Rx6b、抵抗素子Ry6aとRy6b、及び抵抗素子Rz6aとRz6bを接続する実施形態2のセンサ回路を基に説明したが、ブリッジ回路の電源入力端子又は低電位側の端子の何れかに抵抗素子を接続する実施形態1のセンサ回路を用いてもよい。 In the present embodiment, the description has been made based on the sensor circuit of the second embodiment in which the resistance elements Rx6a and Rx6b, the resistance elements Ry6a and Ry6b, and the resistance elements Rz6a and Rz6b are connected. Alternatively, the sensor circuit of the first embodiment in which a resistance element is connected to any one of the terminals on the low potential side may be used.

次に、図8を参照して、3軸加速度センサにセンサ回路401、センサ回路402及びセンサ回路403を適用した本発明の一実施形態に係る半導体加速度センサ400を説明する。半導体加速度センサ400は、X軸方向の可撓部111、Y軸方向の可撓部112、X軸方向の可撓部111とY軸方向の可撓部112との交差部115(錘支持部)、枠部121及び錘部131を有する。 Next, a semiconductor acceleration sensor 400 according to an embodiment of the present invention in which the sensor circuit 401, the sensor circuit 402, and the sensor circuit 403 are applied to a triaxial acceleration sensor will be described with reference to FIG. The semiconductor acceleration sensor 400 includes a flexible portion 111 in the X-axis direction, a flexible portion 112 in the Y-axis direction, and an intersection 115 (weight support portion) between the flexible portion 111 in the X-axis direction and the flexible portion 112 in the Y-axis direction. ), A frame portion 121 and a weight portion 131.

X軸方向の可撓部111には、X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向の加速度を検出するための各ピエゾ抵抗素子の配置及び構成は実施形態1と同様である。また、センサで検出する機構も実施形態1と同様である。 The arrangement and configuration of each piezoresistive element for detecting acceleration in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction are the same as those of the first embodiment in the flexible portion 111 in the X-axis direction. The mechanism for detecting by the sensor is the same as that of the first embodiment.

実施形態4の本発明に係る抵抗素子Rx6a、抵抗素子Rx6b、抵抗素子Ry6a、抵抗素子Ry6b、抵抗素子Rz6a、抵抗素子Rz6b、抵抗素子Rx8a、抵抗素子Rx8b、抵抗素子Ry8a、抵抗素子Ry8b、抵抗素子Rz8a及び抵抗素子Rz8bは、枠部121に形成することが好ましい。また、抵抗素子を枠部121に形成するため、ピエゾ抵抗素子が検出するX軸方向の可撓部111及びY軸方向の可撓部112で生じる撓みに影響を与えない。また、抵抗素子Rx6a、抵抗素子Rx6b、抵抗素子Ry6a、抵抗素子Ry6b、抵抗素子Rz6a、抵抗素子Rz6b、抵抗素子Rx8a、抵抗素子Rx8b、抵抗素子Ry8a、抵抗素子Ry8b、抵抗素子Rz8a及び抵抗素子Rz8bは、如何なる抵抗素子で形成してもよいが、ピエゾ抵抗素子により形成することで製造工程を増すことなく目的とする効果を得ることができる。 Resistor Rx6a, Resistor Rx6b, Resistor Ry6a, Resistor Ry6b, Resistor Rz6a, Resistor Rz6b, Resistor Rx8a, Resistor Rx8b, Resistor Ry8a, Resistor Ry8b, Resistor Rz8a and resistance element Rz8b are preferably formed in the frame portion 121. In addition, since the resistance element is formed in the frame portion 121, it does not affect the bending that occurs in the flexible portion 111 in the X-axis direction and the flexible portion 112 in the Y-axis direction detected by the piezoresistive element. Further, the resistance element Rx6a, the resistance element Rx6b, the resistance element Ry6a, the resistance element Ry6b, the resistance element Rz6a, the resistance element Rz6b, the resistance element Rx8a, the resistance element Rx8b, the resistance element Ry8a, the resistance element Ry8b, the resistance element Rz8a, and the resistance element Rz8b Any resistance element may be used, but by using a piezoresistive element, the intended effect can be obtained without increasing the number of manufacturing steps.

本実施形態においては、抵抗素子をブリッジ回路の両端に接続することで、ブリッジ回路の両端に印加される電圧のバランスを取ることができる。また、抵抗素子Rx6aと抵抗素子Rx6b、抵抗素子Ry6aと抵抗素子Ry6b、抵抗素子Rz6aと抵抗素子Rz6bは、それぞれ同じ抵抗値の抵抗素子の組で形成してもよいが、それぞれ異なる抵抗値の抵抗素子の組で形成してもよい。また、抵抗素子Rx8a、抵抗素子Rx8b、抵抗素子Ry8a、抵抗素子Ry8b、抵抗素子Rz8a及び抵抗素子Rz8bもそれぞれ同じ抵抗値の抵抗素子の組で形成してもよいが、それぞれ異なる抵抗値の抵抗素子の組で形成してもよい。抵抗素子を形成する位置に制約があるような場合は、電源入力端子側の抵抗素子と低電位側の抵抗素子との抵抗値を変えることで抵抗素子を形成する位置の制約に対応することもできる。 In the present embodiment, the voltage applied to both ends of the bridge circuit can be balanced by connecting the resistance elements to both ends of the bridge circuit. Further, the resistance element Rx6a and the resistance element Rx6b, the resistance element Ry6a and the resistance element Ry6b, and the resistance element Rz6a and the resistance element Rz6b may be formed by a combination of resistance elements having the same resistance value, but resistances having different resistance values. You may form with the group of an element. In addition, the resistance element Rx8a, the resistance element Rx8b, the resistance element Ry8a, the resistance element Ry8b, the resistance element Rz8a, and the resistance element Rz8b may each be formed of a combination of resistance elements having the same resistance value, but resistance elements having different resistance values. You may form with the group of. When there is a restriction on the position where the resistance element is formed, it is possible to meet the restriction on the position where the resistance element is formed by changing the resistance value between the resistance element on the power input terminal side and the resistance element on the low potential side. it can.

なお、本実施形態においては、半導体加速度センサ400がX軸方向の可撓部111及びY軸方向の可撓部112を有する例を示したが、本発明に係る半導体加速度センサ400は梁状の可撓部の代わりに膜状の可撓部としてダイヤフラムを用いてもよい。すなわち、ダイヤフラムで錘部を支持し、X軸方向及びY軸方向の加速度を検出するピエゾ抵抗素子を、ダイヤフラムの上部表面に互いに直交する軸方向に配置してもよい。 In the present embodiment, the semiconductor acceleration sensor 400 includes the X-axis direction flexible portion 111 and the Y-axis direction flexible portion 112. However, the semiconductor acceleration sensor 400 according to the present invention has a beam shape. A diaphragm may be used as a film-like flexible part instead of the flexible part. That is, the piezoresistive element that supports the weight portion with the diaphragm and detects the acceleration in the X-axis direction and the Y-axis direction may be arranged in the axial direction orthogonal to each other on the upper surface of the diaphragm.

以上説明したように、本実施形態の本発明に係る半導体加速度センサは、電源入力端子及び低電位側の端子とブリッジ回路との間に抵抗素子を接続することで、ブリッジ回路に印加される電圧を調整することができ、3軸方向の加速度を検出する加速度センサ間の出力電圧を調整することで検出感度差を小さくするように調整することができる。さらに、抵抗素子を半導体加速度センサの枠部に形成することで、半導体加速度センサを小型化するうえでの構造的制限を設けることなく、ドリフトが小さく3軸間の信号出力の変動を低減する半導体加速度センサを提供することができる優れた効果を奏する。半導体加速度センサは、小型化により検出感度が低下する傾向にあるが、本実施形態の本発明に係る半導体加速度センサは、ドリフトを抑えることでS/N比を向上させることができる。 As described above, the semiconductor acceleration sensor according to the present embodiment of the present invention has a voltage applied to the bridge circuit by connecting a resistance element between the power input terminal and the low potential side terminal and the bridge circuit. And adjusting the output voltage between the acceleration sensors that detect the acceleration in the three-axis directions can be adjusted to reduce the difference in detection sensitivity. Further, by forming the resistance element in the frame portion of the semiconductor acceleration sensor, the semiconductor has a small drift and reduces fluctuations in signal output between the three axes without providing a structural limitation for downsizing the semiconductor acceleration sensor. There is an excellent effect that an acceleration sensor can be provided. Although the semiconductor acceleration sensor has a tendency to decrease the detection sensitivity due to downsizing, the semiconductor acceleration sensor according to the present invention of the present embodiment can improve the S / N ratio by suppressing drift.

(実施形態5)(半導体加速度センサの製造方法)
上述の実施形態の本発明に係る半導体加速度センサの製造方法を以下に述べる。本実施形態においては、製造方法の一例として実施形態4で説明した半導体加速度センサ400を用いて説明する。なお、実施形態1〜3で説明した半導体加速度センサも同様の製造方法により製造される。図9は、図8に示した半導体加速度センサ400の配線パターン図を再掲する図であり、図10は半導体加速度センサ400の分解斜視図である。また、図11及び図12は、半導体加速度センサ400の製造工程を図9及び図10のA−A’断面に沿う断面図で説明する図である。
(Embodiment 5) (Method for Manufacturing Semiconductor Acceleration Sensor)
A method for manufacturing the semiconductor acceleration sensor according to the present invention of the above-described embodiment will be described below. In the present embodiment, description will be made using the semiconductor acceleration sensor 400 described in the fourth embodiment as an example of the manufacturing method. The semiconductor acceleration sensor described in the first to third embodiments is also manufactured by the same manufacturing method. FIG. 9 is a diagram showing the wiring pattern diagram of the semiconductor acceleration sensor 400 shown in FIG. 8 again, and FIG. 10 is an exploded perspective view of the semiconductor acceleration sensor 400. 11 and 12 are diagrams for explaining the manufacturing process of the semiconductor acceleration sensor 400 with cross-sectional views taken along the line AA ′ of FIGS. 9 and 10.

図10を参照すると、半導体加速度センサ400は、シリコン基板1上に形成したシリコン酸化膜3、さらにその上にシリコン膜5を積層したSOI基板を用いて加速度センサ本体450を形成し、支持基板141に接合する。シリコン膜5及びシリコン酸化膜3には、枠部121と、枠部121の内側に配置されたX軸方向の可撓部111と、Y軸方向の可撓部112と、X軸方向の可撓部111とY軸方向の可撓部112との交差部115と、を形成する。また、シリコン膜5及びシリコン酸化膜3には、枠部121、X軸方向の可撓部111、Y軸方向の可撓部112及び交差部115に囲まれた開口部117を形成する。 Referring to FIG. 10, in the semiconductor acceleration sensor 400, an acceleration sensor main body 450 is formed by using an SOI substrate in which a silicon oxide film 3 formed on a silicon substrate 1 and a silicon film 5 are stacked thereon, and a support substrate 141 is formed. To join. The silicon film 5 and the silicon oxide film 3 are provided with a frame portion 121, an X-axis direction flexible portion 111 disposed inside the frame portion 121, a Y-axis direction flexible portion 112, and an X-axis direction flexible portion. An intersection 115 between the flexible portion 111 and the flexible portion 112 in the Y-axis direction is formed. In addition, the silicon film 5 and the silicon oxide film 3 are formed with an opening 117 surrounded by a frame part 121, a flexible part 111 in the X-axis direction, a flexible part 112 in the Y-axis direction, and an intersecting part 115.

シリコン基板1には枠部123及び錘部131を形成し、錘部131は枠部123の内壁と離間して配置されている。交差部115と錘部131とはシリコン酸化膜3を介して接合されている。本実施形態においては錘部131が略クローバー形状を有するが、錘部131の形状は、これに限定されるものではない。 A frame portion 123 and a weight portion 131 are formed on the silicon substrate 1, and the weight portion 131 is disposed apart from the inner wall of the frame portion 123. The intersecting portion 115 and the weight portion 131 are joined via the silicon oxide film 3. In the present embodiment, the weight portion 131 has a substantially clover shape, but the shape of the weight portion 131 is not limited to this.

支持基板141としては例えば、ガラスなどがある。支持基板141がガラスである場合には、センサ本体と陽極接合により接合することができる。支持基板141はガラスに限定されず、金属(ステンレス、Fe−36%Ni合金からなるインバーなど)、絶縁性樹脂、Siなどの半導体を用いることができる。接合方法として、直接接合、共晶接合、接着剤による接着などから適宜選択することができる。また、支持基板141を設けずに、センサ本体を直接実装基板やパッケージ基板に搭載させることも可能である。 An example of the support substrate 141 is glass. When the support substrate 141 is glass, it can be bonded to the sensor body by anodic bonding. The support substrate 141 is not limited to glass, and a metal (stainless steel, invar made of Fe-36% Ni alloy, etc.), an insulating resin, or a semiconductor such as Si can be used. The bonding method can be appropriately selected from direct bonding, eutectic bonding, bonding with an adhesive, and the like. Further, the sensor main body can be directly mounted on a mounting substrate or a package substrate without providing the support substrate 141.

次に、半導体加速度センサ400の製造工程を説明する。図11(a)に示したSOI基板は、SIMOX、貼り合せ法等により製造される。シリコン酸化膜3は、後述の工程でエッチングストッパ層としても機能する。 Next, the manufacturing process of the semiconductor acceleration sensor 400 will be described. The SOI substrate shown in FIG. 11A is manufactured by SIMOX, a bonding method, or the like. The silicon oxide film 3 also functions as an etching stopper layer in a process described later.

本実施形態においては、ピエゾ抵抗素子Rx1〜Rx4及びピエゾ抵抗素子Rz1〜Rz4をX軸方向の可撓部111に、ピエゾ抵抗素子Ry1〜Ry4をY軸方向の可撓部112に、抵抗素子Rx6a、抵抗素子Rx6b、抵抗素子Ry6a、抵抗素子Ry6b、抵抗素子Rz6a、抵抗素子Rz6b、抵抗素子Rx8a、抵抗素子Rx8b、抵抗素子Ry8a、抵抗素子Ry8b、抵抗素子Rz8a及び抵抗素子Rz8bを枠部121に、それぞれ形成する。 In the present embodiment, the piezoresistive elements Rx1 to Rx4 and the piezoresistive elements Rz1 to Rz4 are used as the flexible part 111 in the X-axis direction, the piezoresistive elements Ry1 to Ry4 are used as the flexible part 112 in the Y-axis direction, and the resistive element Rx6a. , Resistance element Rx6b, resistance element Ry6a, resistance element Ry6b, resistance element Rz6a, resistance element Rz6b, resistance element Rx8a, resistance element Rx8b, resistance element Ry8a, resistance element Ry8b, resistance element Rz8a, and resistance element Rz8b, Form each one.

SOI基板のシリコン膜5側に不純物拡散用のマスク7を形成する(図11(b))マスク7の材料としては、例えばシリコン窒化膜(Si)やシリコン酸化膜(SiO)などを用いることができる。シリコン膜5全面に熱酸化あるいはプラズマCVD法によりシリコン酸化膜を成膜した後、シリコン窒化膜を成膜し、シリコン窒化膜上にレジストパターン(図示せず)を形成し、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜にピエゾ抵抗素子及び抵抗素子に対応する開口をRIE(Reactive Ion Etching)及び熱リン酸などのウェットエッチングにより形成する。マスク7は1層構造でも良く、シリコン膜5側からシリコン酸化膜、シリコン窒化膜の2層構造でもよい。なお、マスク7を2層構造として場合、シリコン窒化膜は後述する不純物の拡散防止に用いることができる。 A mask 7 for impurity diffusion is formed on the silicon substrate 5 side of the SOI substrate (FIG. 11B). As a material of the mask 7, for example, a silicon nitride film (Si 3 N 4 ), a silicon oxide film (SiO 2 ), or the like Can be used. After a silicon oxide film is formed on the entire surface of the silicon film 5 by thermal oxidation or plasma CVD, a silicon nitride film is formed, and a resist pattern (not shown) is formed on the silicon nitride film. A piezoresistive element and an opening corresponding to the resistive element are formed in the oxide film by wet etching such as RIE (Reactive Ion Etching) and hot phosphoric acid. The mask 7 may have a single-layer structure, or may have a two-layer structure of a silicon oxide film and a silicon nitride film from the silicon film 5 side. In the case where the mask 7 has a two-layer structure, the silicon nitride film can be used for preventing diffusion of impurities, which will be described later.

各ピエゾ抵抗素子及び各抵抗素子を熱拡散法やイオン注入法により形成する(図11(c))。例えば、熱拡散法を用いてシリコン膜5にホウ素を拡散する場合、BBrなどを少なくともマスク7が形成された面に曝し、不純物を堆積して不純物拡散層を形成する。ピエゾ抵抗素子及び抵抗素子は、形成の条件を適宜調整することにより拡散領域表面における不純物濃度の調整をすることができる。また、ピエゾ抵抗素子及び抵抗素子は、形成する幅、長さ及び断面積により抵抗値を調整することができる。抵抗値は長さを調整することで、簡便に設計変更が可能である。上述の実施形態において抵抗素子は、一つの抵抗値を与える一つの抵抗素子として示したが、複数の抵抗素子を直列に接続して一つの抵抗値を与えるようにしてもよい。すなわち、抵抗素子Rは、抵抗素子R’と抵抗素子R”を直列に接続することで形成してもよい。 Each piezoresistive element and each resistive element are formed by a thermal diffusion method or an ion implantation method (FIG. 11C). For example, when boron is diffused into the silicon film 5 using a thermal diffusion method, BBr 3 or the like is exposed to at least the surface on which the mask 7 is formed, and impurities are deposited to form an impurity diffusion layer. The piezoresistive element and the resistive element can adjust the impurity concentration on the surface of the diffusion region by appropriately adjusting the formation conditions. In addition, the resistance value of the piezoresistive element and the resistive element can be adjusted by the width, length and cross-sectional area to be formed. The resistance value can be easily changed by adjusting the length. In the above-described embodiment, the resistance element is shown as one resistance element that gives one resistance value. However, a plurality of resistance elements may be connected in series to give one resistance value. That is, the resistance element R may be formed by connecting the resistance element R ′ and the resistance element R ″ in series.

次に、シリコン膜5上に絶縁層9を形成する(図11(d))。例えば、シリコン膜5の表面に熱酸化あるいはプラズマCVD法などを用いて、SiOの絶縁層を形成する。絶縁層9上にレジストをマスクとしたRIEによってコンタクトホール13を形成する。SiOの膜はTEOS(Si(OC)/O、SiH/NOなどのガスを用いて形成できる。SiOの膜の厚さを30nm〜1μmとすると、応力の範囲が−200MPa〜+200MPaとなり、加速度センサの感度やオフセット電圧への影響を小さくできる。絶縁層9上にレジストをマスクとしたRIEによってコンタクトホール13を形成する。 Next, an insulating layer 9 is formed on the silicon film 5 (FIG. 11D). For example, an insulating layer of SiO 2 is formed on the surface of the silicon film 5 using thermal oxidation or plasma CVD. A contact hole 13 is formed on the insulating layer 9 by RIE using a resist as a mask. The SiO 2 film can be formed using a gas such as TEOS (Si (OC 2 H 5 ) 4 ) / O 2 or SiH 4 / N 2 O. When the thickness of the SiO 2 film is 30 nm to 1 μm, the stress range is −200 MPa to +200 MPa, and the influence on the sensitivity and offset voltage of the acceleration sensor can be reduced. A contact hole 13 is formed on the insulating layer 9 by RIE using a resist as a mask.

つづいて、コンタクトホール13を介してピエゾ抵抗素子及び抵抗素子に接続するように配線10を形成する(図11(e))。配線10はAl,Al−Si,Al−Ndなどの金属材料をスパッタ法などにより成膜し、それをパターニングすることで得られる。なお、配線10とピエゾ抵抗素子及び抵抗素子との間でオーミックコンタクトを形成するために、熱処理(380℃〜420℃)するのが好ましい。なお、配線10上に保護膜としてシリコン窒化膜(Si)などの膜を形成してもよい。電源入力端子VDx、VDy及びVDz、接地端子VGx、VGy及びVGz、出力端子Vxout1、Vxout2、Vyout1、Vyout2、Vzout1及びVzout2は、配線10と同一の材料を用いて同一の工程で形成することができる。 Subsequently, the wiring 10 is formed so as to be connected to the piezoresistive element and the resistive element through the contact hole 13 (FIG. 11E). The wiring 10 is obtained by depositing a metal material such as Al, Al—Si, or Al—Nd by a sputtering method or the like and patterning it. In order to form an ohmic contact between the wiring 10 and the piezoresistive element and the resistive element, it is preferable to perform heat treatment (380 ° C. to 420 ° C.). A film such as a silicon nitride film (Si 3 N 4 ) may be formed on the wiring 10 as a protective film. The power input terminals VDx, VDy, and VDz, the ground terminals VGx, VGy, and VGz, and the output terminals Vxout1, Vxout2, Vyout1, Vyout2, Vzout1, and Vzout2 can be formed in the same process using the same material as the wiring 10. .

その後、シリコン膜5をシリコン酸化膜3の上面が露出するまでRIEなどによりエッチングを行い、開口部117を設けて、枠部121、X軸方向の可撓部111、Y軸方向の可撓部112及び交差部115を形成する(図12(f))。また、錘部131が下方(支持基板141)へ変位するために必要な間隔のギャップを形成するために、マスクを用いて枠部123の内枠に沿った開口部を形成する。ギャップは、加速度センサのダイナミックレンジに応じて適宜設定することができ、例えば、5〜10μm程度である。 Thereafter, the silicon film 5 is etched by RIE or the like until the upper surface of the silicon oxide film 3 is exposed, and an opening 117 is provided to provide a frame portion 121, a flexible portion 111 in the X-axis direction, and a flexible portion in the Y-axis direction. 112 and the intersection 115 are formed (FIG. 12F). In addition, an opening along the inner frame of the frame portion 123 is formed using a mask in order to form a gap having an interval necessary for the weight portion 131 to move downward (support substrate 141). The gap can be appropriately set according to the dynamic range of the acceleration sensor, and is, for example, about 5 to 10 μm.

さらに、枠部123及び錘部131を形成するために、シリコン基板1の下面にマスクを形成する。このマスクを用いてシリコン基板1をシリコン酸化膜3の下面が露出するまでエッチングする。エッチングには、例えば、DRIE(Deep Reactive Ion Etching)を用いる。DRIEでは材料層を厚み方向に侵食しながら掘り進むエッチングステップと、エッチングによる侵食の進行に伴って形成される側壁にポリマーの壁を形成するデポジションステップと、を交互に繰り返す。掘り進んだ穴の側壁は、順次ポリマーの壁が形成されて保護されるため、ほぼ厚み方向にのみ侵食を進ませることが可能である。エッチングガスとしてSF等のイオン・ラジカル供給ガスを用い、デポジションガスとしてC等を用いることができる。 Further, a mask is formed on the lower surface of the silicon substrate 1 in order to form the frame portion 123 and the weight portion 131. Using this mask, the silicon substrate 1 is etched until the lower surface of the silicon oxide film 3 is exposed. For the etching, for example, DRIE (Deep Reactive Ion Etching) is used. In DRIE, an etching step of digging while eroding a material layer in the thickness direction and a deposition step of forming a polymer wall on a side wall formed as the erosion progresses by etching are alternately repeated. Since the side wall of the hole that has been dug is protected by forming a polymer wall in sequence, it is possible to advance erosion almost only in the thickness direction. An ion / radical supply gas such as SF 6 can be used as an etching gas, and C 4 F 8 or the like can be used as a deposition gas.

その後、エッチングストッパとして用いた部分の不要なシリコン酸化膜3をRIEあるいはウェットエッチングにより除去する。これにより、シリコン酸化膜3は、枠部121と枠部123、交差部115と錘部131の間のみに存在するようになる(図12(f))。以上の工程でセンサ本体450が製造される。 Thereafter, the unnecessary silicon oxide film 3 used as an etching stopper is removed by RIE or wet etching. As a result, the silicon oxide film 3 exists only between the frame portion 121 and the frame portion 123, and between the intersecting portion 115 and the weight portion 131 (FIG. 12 (f)). The sensor body 450 is manufactured through the above steps.

最後に、センサ本体450と支持基板141とを接合する(図12(g))。支持基板141の材料としてガラスを用いる場合には、Naイオンなどの可動イオンを含む、いわゆるパイレックス(登録商標)ガラスであって、SOI基板110との接合には陽極接合を用いる。なお、陽極接合時の静電引力により錘部131が支持基板141の上面にスティッキングするのを防ぐために、支持基板141の上面にスパッタ法によりCrなどのスティッキング防止膜(図示せず)を形成してもよい。これによりセンサ本体400と支持基板141とが接合され、半導体加速度センサ400が構成される。以上は加速度センサの製造方法の一例であって、順序は、適宜に変更可能であり、上記の順序に限定されない。 Finally, the sensor main body 450 and the support substrate 141 are joined (FIG. 12G). When glass is used as the material of the support substrate 141, it is so-called Pyrex (registered trademark) glass containing movable ions such as Na ions, and anodic bonding is used for bonding to the SOI substrate 110. In order to prevent the weight 131 from sticking to the upper surface of the support substrate 141 due to electrostatic attraction during anodic bonding, a sticking prevention film (not shown) such as Cr is formed on the upper surface of the support substrate 141 by sputtering. May be. As a result, the sensor main body 400 and the support substrate 141 are joined, and the semiconductor acceleration sensor 400 is configured. The above is an example of a method for manufacturing an acceleration sensor, and the order can be changed as appropriate, and is not limited to the above order.

以上説明したように、本実施形態の本発明に係る半導体加速度センサの製造方法によると、ドリフトを精度良く抑制し、3軸方向の加速度を検出する加速度センサ間の出力電圧を調整することで検出感度差を小さくするように調整可能な半導体加速度センサを製造するために、電源入力端子及び低電位側の端子とブリッジ回路との間や、ブリッジ回路と出力端子との間に接続する抵抗素子をピエゾ抵抗素子と同一の工程で同時に形成することができる優れた効果を奏する。 As described above, according to the semiconductor acceleration sensor manufacturing method of the present embodiment of the present invention, detection is performed by adjusting the output voltage between the acceleration sensors that accurately suppress drift and detect acceleration in three axes. In order to manufacture a semiconductor acceleration sensor that can be adjusted so as to reduce the sensitivity difference, a resistance element connected between the power input terminal and the low potential side terminal and the bridge circuit, or between the bridge circuit and the output terminal is provided. There is an excellent effect that can be formed simultaneously in the same process as the piezoresistive element.

なお、本実施形態においては、ピエゾ抵抗素子と抵抗素子とはSOI基板上に同じ工程で同時に形成する方法で説明したが、本発明に係るピエゾ抵抗素子や抵抗素子は、例えばPZTなどを用いて別途製造して、貼付けてもよい。本発明に係るピエゾ抵抗素子や抵抗素子としてPZTを用いると、高い圧電特性を得ることができる。 In the present embodiment, the piezoresistive element and the resistive element are described by the method of simultaneously forming them on the SOI substrate in the same process. However, the piezoresistive element and the resistive element according to the present invention are formed using PZT, for example. It may be manufactured and pasted separately. When PZT is used as the piezoresistive element or the resistive element according to the present invention, high piezoelectric characteristics can be obtained.

(実施形態6)
本実施形態においては、上述の実施形態に示した本発明に係る半導体加速度センサをセンサモジュールとして電子機器に実装するする例について説明する。なお、本明細書において電子機器とは、半導体技術を利用して機能しうる装置全般を指し、電子部品を実装した基板も電子機器の範囲に含まれるものとする。
(Embodiment 6)
In the present embodiment, an example in which the semiconductor acceleration sensor according to the present invention shown in the above-described embodiment is mounted as a sensor module on an electronic device will be described. Note that in this specification, an electronic device refers to all devices that can function using semiconductor technology, and a substrate on which an electronic component is mounted is also included in the scope of the electronic device.

半導体加速度センサ100、200、300又は400は、例えば、IC等の能動素子を搭載する回路基板上に実装され、ワイヤボンディング接続等の周知の方法および材料によって電源入力端子VDx、接地端子VGx、出力端子Vxout1、出力端子Vxout2、電源入力端子VDy、接地端子VGy、出力端子Vyout1、出力端子Vyout2、電源入力端子VDz、接地端子VGz、出力端子Vzout1及び出力端子Vzout2と、電子回路基板もしくはIC等の能動素子とを接続することにより、半導体加速度センサと電子回路とを1つのセンサモジュールとして提供することができる。このセンサモジュールは、例えば、ゲーム機、携帯電話等の携帯型端末機に実装して使用することが可能である。 The semiconductor acceleration sensor 100, 200, 300 or 400 is mounted on a circuit board on which an active element such as an IC is mounted, for example, and is supplied with a power input terminal VDx, a ground terminal VGx, an output by a known method and material such as wire bonding connection. The terminal Vxout1, the output terminal Vxout2, the power input terminal VDy, the ground terminal VGy, the output terminal Vyout1, the output terminal Vyout2, the power input terminal VDz, the ground terminal VGz, the output terminal Vzout1, and the output terminal Vzout2, and an active circuit board or IC By connecting the elements, the semiconductor acceleration sensor and the electronic circuit can be provided as one sensor module. This sensor module can be used by being mounted on a portable terminal such as a game machine or a mobile phone.

図13は、半導体加速度センサ100により検出される加速度検出信号を処理する処理回路550の回路構成の一例を示す図である。処理回路550は、アンプ回路(Amp)551と、フィルタ回路553とを有する。なお、半導体加速度センサ200、300又は400にも同様に適用できる。 FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a processing circuit 550 that processes an acceleration detection signal detected by the semiconductor acceleration sensor 100. The processing circuit 550 includes an amplifier circuit (Amp) 551 and a filter circuit 553. It can be similarly applied to the semiconductor acceleration sensor 200, 300, or 400.

アンプ回路551は、受けた加速度に応じて半導体加速度センサ100から出力されるX、Y及びZ軸方向の各加速度検出信号(抵抗値変化)を所定の増幅率で増幅してフィルタ回路553に出力する。フィルタ回路553は、抵抗とキャパシタ等を含む回路であり、信号に含まれたノイズ成分を通過させるフィルタ機能を有する。フィルタ回路553は、低周波数の信号成分をX軸方向、Y軸方向、Z軸方向の加速度検出信号として出力する。   The amplifier circuit 551 amplifies each acceleration detection signal (resistance value change) in the X, Y, and Z axis directions output from the semiconductor acceleration sensor 100 according to the received acceleration with a predetermined amplification factor and outputs the amplified detection signal to the filter circuit 553. To do. The filter circuit 553 is a circuit including a resistor, a capacitor, and the like, and has a filter function of allowing a noise component included in the signal to pass therethrough. The filter circuit 553 outputs low-frequency signal components as acceleration detection signals in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction.

図14は、半導体加速度センサ100と上述の処理回路550とを電子機器に実装するためのセンサモジュール500の一例を示す図である。センサモジュール500には、上述の処理回路550を含む信号処理チップ501と、メモリチップ503と、半導体加速度センサ100を含むセンサチップ505とが基板507上に実装される。信号処理チップ501、メモリチップ503及びセンサチップ505は、ボンディングワイヤ509により接続される。メモリチップ503は、半導体加速度センサ100を出荷前の補正値や、信号処理チップ501の制御用のプログラムやパラメータ等を記憶する。 FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a sensor module 500 for mounting the semiconductor acceleration sensor 100 and the processing circuit 550 described above on an electronic device. In the sensor module 500, a signal processing chip 501 including the processing circuit 550 described above, a memory chip 503, and a sensor chip 505 including the semiconductor acceleration sensor 100 are mounted on a substrate 507. The signal processing chip 501, the memory chip 503, and the sensor chip 505 are connected by a bonding wire 509. The memory chip 503 stores a correction value before shipment of the semiconductor acceleration sensor 100, a program for controlling the signal processing chip 501, parameters, and the like.

センサモジュール500は電子機器として、例えば、携帯型端末機に実装した例について説明する。図15は、センサモジュール500を実装した電子機器として携帯型情報端末600の一例を示す図である。携帯型情報端末600は、表示部601と、入力部603とを有し、センサモジュール500は入力部603側の携帯型情報端末600の内部に実装される。携帯型情報端末600は、その内部に各種プログラムを記憶し、各種プログラムにより通信処理や情報処理等を実行する機能を有する。この携帯型情報端末600では、センサモジュール500により検出される加速度をアプリケーションプログラムで利用することにより、例えば、落下時の加速度を検出して電源をオフさせる等の機能を付加することが可能になる。 An example in which the sensor module 500 is mounted on a portable terminal as an electronic device will be described. FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a portable information terminal 600 as an electronic device in which the sensor module 500 is mounted. The portable information terminal 600 includes a display unit 601 and an input unit 603, and the sensor module 500 is mounted inside the portable information terminal 600 on the input unit 603 side. The portable information terminal 600 has a function of storing various programs therein and executing communication processing, information processing, and the like by the various programs. In this portable information terminal 600, by using the acceleration detected by the sensor module 500 in the application program, for example, it is possible to add a function such as detecting the acceleration at the time of dropping and turning off the power. .

本実施形態の本発明に係るセンサモジュール500を携帯型端末機に実装することにより、新たな機能を実現することができ、携帯型端末機の利便性や信頼性を向上させることが可能になる。 By mounting the sensor module 500 according to the present invention of the present embodiment on a portable terminal, new functions can be realized, and the convenience and reliability of the portable terminal can be improved. .

また、ゲーム機のコントローラや、携帯型のゲーム機においては、半導体加速度センサの小型化と高精度化が求められ、本実施形態の本発明に係るセンサモジュール500を実装することで、ドリフトが小さく3軸間の信号出力の変動を低減する。半導体加速度センサは、小型化により検出感度が低下する傾向にあるが、本実施形態の本発明に係る半導体加速度センサは、ドリフトを抑えることでS/N比を向上させるため好適である。 In addition, in a game machine controller or a portable game machine, a semiconductor acceleration sensor is required to be downsized and highly accurate, and by mounting the sensor module 500 according to the present invention of this embodiment, drift is reduced. Reduces fluctuations in signal output between the three axes. Although the semiconductor acceleration sensor has a tendency to decrease the detection sensitivity due to downsizing, the semiconductor acceleration sensor according to the present invention of this embodiment is suitable because the S / N ratio is improved by suppressing drift.

上述の実施形態で説明した本発明に係る半導体加速度センサについて、以下に実施例を挙げて、その効果を述べる。図16は実施例及び比較例の半導体加速度センサの抵抗値、形状及び感度の一覧表である。 The effects of the semiconductor acceleration sensor according to the present invention described in the above embodiment will be described below with reference to examples. FIG. 16 is a list of resistance values, shapes, and sensitivities of the semiconductor acceleration sensors of Examples and Comparative Examples.

実施例1−1、1−2及び1−3の半導体加速度センサは、比較例1の半導体加速度センサに本発明に係る抵抗素子を接続したものである。比較例1の半導体加速度センサは、X軸方向及びY軸方向の加速度を検出するセンサに比してZ軸方向を検出するためのセンサ回路の検出感度が高くなっている。実施例1−1及び1−2は実施形態1の半導体加速度センサに相当し、実施例1−1はZ軸方向を検出するためのセンサ回路103の電源入力端子VDzとブリッジ回路53との間に抵抗素子Rz5を接続したものであり、実施例1−2はZ軸方向を検出するためのセンサ回路103の低電位側の端子VGzとブリッジ回路53との間に抵抗素子Rz5を接続したものである。また、実施例1−3の半導体加速度センサは実施形態2の半導体加速度センサに相当し、電源入力端子VDzとブリッジ回路53との間及び低電位側の端子VGzとブリッジ回路53との間に同じ抵抗値(抵抗素子Rz5の半分の抵抗値)の抵抗素子Rz6a及び抵抗素子Rz6bをそれぞれ接続したものである。ここで、実施例1−1、1−2及び1−3の半導体加速度センサにおいては、ブリッジ回路53に抵抗素子を接続するため、ブリッジ回路53の合成抵抗は接続した抵抗素子の抵抗値だけ減少する。 In the semiconductor acceleration sensors of Examples 1-1, 1-2, and 1-3, the resistance element according to the present invention is connected to the semiconductor acceleration sensor of Comparative Example 1. In the semiconductor acceleration sensor of Comparative Example 1, the detection sensitivity of the sensor circuit for detecting the Z-axis direction is higher than that of the sensor that detects acceleration in the X-axis direction and the Y-axis direction. Examples 1-1 and 1-2 correspond to the semiconductor acceleration sensor of the first embodiment, and Example 1-1 is between the power input terminal VDz of the sensor circuit 103 and the bridge circuit 53 for detecting the Z-axis direction. In Example 1-2, the resistor element Rz5 is connected between the low-potential-side terminal VGz and the bridge circuit 53 for detecting the Z-axis direction. It is. The semiconductor acceleration sensor of Example 1-3 corresponds to the semiconductor acceleration sensor of Embodiment 2, and is the same between the power input terminal VDz and the bridge circuit 53 and between the low potential side terminal VGz and the bridge circuit 53. A resistance element Rz6a and a resistance element Rz6b having resistance values (half the resistance value of the resistance element Rz5) are connected to each other. Here, in the semiconductor acceleration sensors of Examples 1-1, 1-2, and 1-3, since the resistance element is connected to the bridge circuit 53, the combined resistance of the bridge circuit 53 is decreased by the resistance value of the connected resistance element. To do.

図16からわかるように、実施例1−1、1−2及び1−3の半導体加速度センサは、Z軸方向の加速度を検出するためのセンサ回路103のブリッジ回路53に抵抗素子を接続することで出力電圧を調整し、X軸方向及びY軸方向の加速度を検出する加速度センサと検出感度を同程度に調整することができる。 As can be seen from FIG. 16, in the semiconductor acceleration sensors of Examples 1-1, 1-2, and 1-3, a resistance element is connected to the bridge circuit 53 of the sensor circuit 103 for detecting acceleration in the Z-axis direction. Thus, it is possible to adjust the output voltage to adjust the detection sensitivity to the same level as the acceleration sensor that detects acceleration in the X-axis direction and the Y-axis direction.

また、比較例2の半導体加速度センサは、比較例1の半導体加速度センサとブリッジ回路の合成抵抗は同じであるが、可撓部及び錘部が異なる。具体的には、比較例2の半導体加速度センサは、可撓部の幅は比較例1の半導体加速度センサと等しいが長さが異なり、且つ、錘部の重量が異なる。さらに、比較例3の半導体加速度センサは、比較例2の半導体加速度センサに対して可撓部の幅が異なる。また、比較例1、比較例2及び比較例3の半導体加速度センサは、それぞれ絶縁層9の成膜条件が異なり、比較例2及び比較例3の半導体加速度センサも、X軸方向及びY軸方向の加速度を検出する加速度センサに比してZ軸方向の加速度を検出するためのセンサ回路の検出感度が高くなっている。 The semiconductor acceleration sensor of Comparative Example 2 has the same combined resistance as the bridge acceleration circuit and the semiconductor acceleration sensor of Comparative Example 1, but the flexible portion and the weight portion are different. Specifically, in the semiconductor acceleration sensor of Comparative Example 2, the width of the flexible portion is the same as that of the semiconductor acceleration sensor of Comparative Example 1, but the length is different, and the weight of the weight portion is different. Further, the width of the flexible portion of the semiconductor acceleration sensor of Comparative Example 3 is different from that of the semiconductor acceleration sensor of Comparative Example 2. Further, the semiconductor acceleration sensors of Comparative Example 1, Comparative Example 2 and Comparative Example 3 have different film forming conditions for the insulating layer 9, and the semiconductor acceleration sensors of Comparative Example 2 and Comparative Example 3 also have the X-axis direction and the Y-axis direction. The detection sensitivity of the sensor circuit for detecting the acceleration in the Z-axis direction is higher than that of the acceleration sensor for detecting the acceleration.

実施例2の半導体加速度センサは、比較例2の半導体加速度センサに実施形態1の本発明に係る抵抗素子を接続したものである。具体的には、Z軸方向を検出するためのセンサ回路103の電源入力端子VDzとブリッジ回路53との間に抵抗素子Rz5を接続したものである。また、実施例3の半導体加速度センサは、比較例3の半導体加速度センサに実施形態1の本発明に係る抵抗素子を接続したもので、Z軸方向を検出するためのセンサ回路103の電源入力端子VDzとブリッジ回路53との間に抵抗素子Rz5を接続したものである。 The semiconductor acceleration sensor of Example 2 is obtained by connecting the resistance element according to the present invention of Embodiment 1 to the semiconductor acceleration sensor of Comparative Example 2. Specifically, a resistance element Rz5 is connected between the power input terminal VDz of the sensor circuit 103 for detecting the Z-axis direction and the bridge circuit 53. The semiconductor acceleration sensor of Example 3 is obtained by connecting the resistance element according to the present invention of Embodiment 1 to the semiconductor acceleration sensor of Comparative Example 3, and the power input terminal of the sensor circuit 103 for detecting the Z-axis direction. A resistance element Rz5 is connected between VDz and the bridge circuit 53.

図16からわかるように、実施例2及び実施例3の半導体加速度センサは、Z軸方向の加速度を検出するためのセンサ回路103のブリッジ回路53に抵抗素子を接続することで出力電圧を調整し、X軸方向及びY軸方向の加速度を検出する加速度センサと検出感度を同程度に調整することができる。 As can be seen from FIG. 16, the semiconductor acceleration sensors of the second and third embodiments adjust the output voltage by connecting a resistance element to the bridge circuit 53 of the sensor circuit 103 for detecting acceleration in the Z-axis direction. The detection sensitivity can be adjusted to the same level as the acceleration sensor that detects the acceleration in the X-axis direction and the Y-axis direction.

以上説明したように、本発明に係る半導体加速度センサは、可撓部の幅、長さ、錘部の重量等がどのようであっても、Z軸方向の加速度を検出するためのセンサ回路103のブリッジ回路53に抵抗素子を接続することで出力電圧を調整し、X軸方向及びY軸方向の加速度を検出する加速度センサと検出感度を同程度に調整することができる。本実施例のおいてはZ軸方向の加速度を検出するための加速度センサの検出感度が高い場合について例示したが、X軸方向またはY軸方向の加速度を検出する加速度センサも同様の効果を奏することは明らかである。 As described above, the semiconductor acceleration sensor according to the present invention has the sensor circuit 103 for detecting the acceleration in the Z-axis direction regardless of the width, length, weight, etc. of the flexible portion. By connecting a resistance element to the bridge circuit 53, the output voltage can be adjusted, and the detection sensitivity can be adjusted to the same level as the acceleration sensor that detects the acceleration in the X-axis direction and the Y-axis direction. In this embodiment, the case where the detection sensitivity of the acceleration sensor for detecting the acceleration in the Z-axis direction is high is illustrated, but the acceleration sensor that detects the acceleration in the X-axis direction or the Y-axis direction also has the same effect. It is clear.

本発明に係る半導体加速度センサは、ブリッジ回路に抵抗素子を接続することでブリッジ回路に印加される電圧小さくなるため、ドリフト抑制される。また、本発明に係る半導体加速度センサにおいては、抵抗素子を接続することでブリッジ回路の合成抵抗が小さくなるが、検出感度への影響は無視できる程度である。 In the semiconductor acceleration sensor according to the present invention, since a voltage applied to the bridge circuit is reduced by connecting a resistance element to the bridge circuit, drift is suppressed. In the semiconductor acceleration sensor according to the present invention, the combined resistance of the bridge circuit is reduced by connecting a resistance element, but the influence on the detection sensitivity is negligible.

1 シリコン基板
3 シリコン酸化膜
5 シリコン膜
7 マスク
9 絶縁層
10 配線
13 コンタクトホール
51 X軸方向のブリッジ回路
52 Y軸方向のブリッジ回路
53 Z軸方向のブリッジ回路
100 一実施形態に係る半導体加速度センサ
101 X軸方向のセンサ回路
102 Y軸方向のセンサ回路
103 Z軸方向のセンサ回路
111 X軸方向の可撓部
112 Y軸方向の可撓部
115 交差部
117 開口部
121 枠部
123 枠部
131 錘部
141 支持基板
191 ダミー抵抗素子
192 ダミー抵抗素子
200 一実施形態に係る半導体加速度センサ
201 X軸方向のセンサ回路
202 Y軸方向のセンサ回路
203 Z軸方向のセンサ回路
300 一実施形態に係る半導体加速度センサ
301 X軸方向のセンサ回路
302 Y軸方向のセンサ回路
303 Z軸方向のセンサ回路
400 一実施形態に係る半導体加速度センサ
401 X軸方向のセンサ回路
402 Y軸方向のセンサ回路
403 Z軸方向のセンサ回路
450 センサ本体
500 センサモジュール
501 信号処理チップ
503 メモリチップ
505 センサチップ
507 基板
509 ボンディングワイヤ
550 処理回路
551 アンプ回路
553 フィルタ回路
600 携帯型情報端末
601 表示部
603 入力部
Rx1 ピエゾ抵抗素子
Rx2 ピエゾ抵抗素子
Rx3 ピエゾ抵抗素子
Rx4 ピエゾ抵抗素子
Rx5 抵抗素子
Rx6a 抵抗素子
Rx6b 抵抗素子
Rx7 抵抗素子
Rx8a 抵抗素子
Rx8b 抵抗素子
Ry1 ピエゾ抵抗素子
Ry2 ピエゾ抵抗素子
Ry3 ピエゾ抵抗素子
Ry4 ピエゾ抵抗素子
Ry5 抵抗素子
Ry6a 抵抗素子
Ry6b 抵抗素子
Ry7 抵抗素子
Ry8a 抵抗素子
Ry8b 抵抗素子
Rz1 ピエゾ抵抗素子
Rz2 ピエゾ抵抗素子
Rz3 ピエゾ抵抗素子
Rz4 ピエゾ抵抗素子
Rz5 抵抗素子
Rz6a 抵抗素子
Rz6b 抵抗素子
Rz7 抵抗素子
Rz8a 抵抗素子
Rz8b 抵抗素子
VDx 電源入力端子
VGx 接地端子
Vxout1 出力端子
Vxout2 出力端子
VDy 電源入力端子
VGy 接地端子
Vyout1 出力端子
Vyout2 出力端子
VDz 電源入力端子
VGz 接地端子
Vzout1 出力端子
Vzout2 出力端子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate 3 Silicon oxide film 5 Silicon film 7 Mask 9 Insulating layer 10 Wiring 13 Contact hole 51 Bridge circuit in X-axis direction 52 Bridge circuit in Y-axis direction 53 Bridge circuit in Z-axis direction 100 Semiconductor acceleration sensor according to one embodiment 101 X-axis direction sensor circuit 102 Y-axis direction sensor circuit 103 Z-axis direction sensor circuit 111 X-axis direction flexible portion 112 Y-axis direction flexible portion 115 Intersection 117 Opening portion 121 Frame portion 123 Frame portion 131 Weight part 141 Support substrate 191 Dummy resistance element 192 Dummy resistance element 200 Semiconductor acceleration sensor 201 according to one embodiment X-axis direction sensor circuit 202 Y-axis direction sensor circuit 203 Z-axis direction sensor circuit 300 Semiconductor according to one embodiment Acceleration sensor 301 X-axis direction sensor circuit 302 Y-axis direction sensor Circuit 303 Z-axis Direction Sensor Circuit 400 Semiconductor Acceleration Sensor 401 According to One Embodiment X-axis Direction Sensor Circuit 402 Y-axis Direction Sensor Circuit 403 Z-axis Direction Sensor Circuit 450 Sensor Body 500 Sensor Module 501 Signal Processing Chip 503 Memory Chip 505 Sensor chip 507 Substrate 509 Bonding wire 550 Processing circuit 551 Amplifier circuit 553 Filter circuit 600 Portable information terminal 601 Display unit 603 Input unit Rx1 Piezoresistive element Rx2 Piezoresistive element Rx3 Piezoresistive element Rx4 Piezoresistive element Rx5 Resistive element Rx6a Resistance Element Rx6b Resistance element Rx7 Resistance element Rx8a Resistance element Rx8b Resistance element Ry1 Piezoresistance element Ry2 Piezoresistance element Ry3 Piezoresistance element Ry4 Piezoresistance element Ry5 Resistance element Ry6a Resistance Resistance element Ry6b Resistance element Ry8 Resistance element Ry8a Resistance element Ry8b Resistance element Rz1 Piezoresistance element Rz2 Piezoresistance element Rz3 Piezoresistance element Rz4 Piezoresistance element Rz5 Resistance element Rz6a Resistance element Rz6b Resistance element Rz8 Resistance element Rz8a Resistance element Rz8a Resistance element Rz8 Input terminal VGx Ground terminal Vxout1 Output terminal Vxout2 Output terminal VDy Power supply input terminal VGy Ground terminal Vyout1 Output terminal Vyout2 Output terminal VDz Power supply input terminal VGz Ground terminal Vzout1 Output terminal Vzout2 Output terminal

Claims (13)

半導体基板に、枠部と、錘部と、前記枠部と前記錘部との間に配置される可撓部と、前記可撓部に第1の方向に配置される複数のピエゾ抵抗素子と、前記第1の方向と直交する第2の方向に配置される複数のピエゾ抵抗素子と、前記複数のピエゾ抵抗素子をそれぞれ含む複数のブリッジ回路とを有し、
前記ブリッジ回路に電圧を印加する高電位端及び低電位端のうちの何れか一方と、前記ブリッジ回路との間に第1の抵抗体を有する少なくとも1つの前記ブリッジ回路を備えることを特徴とする半導体加速度センサ。
A semiconductor substrate, a frame portion, a weight portion, a flexible portion disposed between the frame portion and the weight portion, and a plurality of piezoresistive elements disposed on the flexible portion in a first direction; A plurality of piezoresistive elements arranged in a second direction orthogonal to the first direction, and a plurality of bridge circuits each including the plurality of piezoresistive elements,
At least one bridge circuit having a first resistor is provided between any one of a high potential end and a low potential end for applying a voltage to the bridge circuit and the bridge circuit. Semiconductor acceleration sensor.
前記高電位端及び前記低電位端のうちの他方と、前記ブリッジ回路との間に第2の抵抗体をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の半導体加速度センサ。 The semiconductor acceleration sensor according to claim 1, further comprising a second resistor between the other of the high potential end and the low potential end and the bridge circuit. 前記ブリッジ回路の第1の出力端及び第2の出力端のうちの何れか一方と、前記ブリッジ回路との間に第3の抵抗体をさらに有することを特徴とする請求項1または2に記載の半導体加速度センサ。 The third resistor is further provided between any one of the first output terminal and the second output terminal of the bridge circuit and the bridge circuit. Semiconductor acceleration sensor. 前記第1の出力端及び前記第2の出力端のうちの他方と、前記ブリッジ回路との間に第4の抵抗体をさらに有することを特徴とする請求項3に記載の半導体加速度センサ。 The semiconductor acceleration sensor according to claim 3, further comprising a fourth resistor between the other of the first output terminal and the second output terminal and the bridge circuit. 前記第1の抵抗体、前記第2の抵抗体、前記第3の抵抗体及び前記第4の抵抗体を、前記枠部に有すること特徴とする請求項4に記載の半導体加速度センサ。 The semiconductor acceleration sensor according to claim 4, wherein the frame portion includes the first resistor, the second resistor, the third resistor, and the fourth resistor. 前記複数のブリッジ回路は、前記第1の方向の加速度を検出する第1のブリッジ回路と、前記第2の方向の加速度を検出する第2のブリッジ回路と、前記第1の方向及び前記第2の方向と直交する第3の方向の加速度を検出する第3のブリッジ回路とを含み、
前記第1のブリッジ回路または前記第2のブリッジ回路は前記錘部の水平方向まわりの回転運動による前記可撓部の撓みに基づいて前記第1の方向の加速度または前記第2の方向の加速度を検出し、
前記第3のブリッジ回路は前記錘部の垂直方向への並進運動による前記可撓部の撓みに基づいて前記第3の方向の加速度を検出することを特徴とする請求項1乃至5の何れか一に記載の半導体加速度センサ。
The plurality of bridge circuits include a first bridge circuit that detects acceleration in the first direction, a second bridge circuit that detects acceleration in the second direction, the first direction, and the second direction. A third bridge circuit that detects acceleration in a third direction orthogonal to the direction of
The first bridge circuit or the second bridge circuit generates an acceleration in the first direction or an acceleration in the second direction based on a deflection of the flexible portion due to a rotational movement of the weight portion around a horizontal direction. Detect
The said 3rd bridge circuit detects the acceleration of a said 3rd direction based on the bending of the said flexible part by the translational motion to the perpendicular direction of the said weight part, The one of Claims 1 thru | or 5 characterized by the above-mentioned. A semiconductor acceleration sensor according to claim 1.
検出感度が異なる前記第1、第2及び第3のブリッジ回路における検出感度差を小さくするように調整するために、前記第1、第2及び第3のブリッジ回路の少なくとも一つに前記抵抗体を有することを特徴とする請求項6に記載の半導体加速度センサ。 In order to adjust the detection sensitivity difference between the first, second, and third bridge circuits having different detection sensitivities, at least one of the first, second, and third bridge circuits includes the resistor. The semiconductor acceleration sensor according to claim 6, further comprising: 前記第1の方向の加速度及び前記第2の方向の加速度は、前記錘部の水平方向の回転運動により生じる前記可撓部の撓みによる前記第1のブリッジ回路の前記第1の出力端及び前記第2の出力端からの出力として検出され、
前記第3の方向の加速度は、前記錘部の垂直方向への並進運動により生じる前記可撓部の撓みによる前記第3のブリッジ回路の前記第1の出力端及び前記第2の出力端からの出力として検出されることを特徴とする請求項6または7に記載の半導体加速度センサ。
The acceleration in the first direction and the acceleration in the second direction are the first output end of the first bridge circuit due to the bending of the flexible part caused by the horizontal rotational movement of the weight part, and the Detected as an output from the second output end,
The acceleration in the third direction is generated from the first output end and the second output end of the third bridge circuit due to the bending of the flexible portion caused by the translational motion of the weight portion in the vertical direction. The semiconductor acceleration sensor according to claim 6, wherein the semiconductor acceleration sensor is detected as an output.
請求項1乃至8の何れか一に記載の半導体加速度センサを有するセンサモジュール。 A sensor module comprising the semiconductor acceleration sensor according to claim 1. 請求項1乃至8の何れか一に記載の半導体加速度センサを有する電子機器。 An electronic apparatus comprising the semiconductor acceleration sensor according to claim 1. 半導体基板の一方の面に不純物を拡散して複数のピエゾ抵抗素子を形成し、
前記半導体基板の一方の面に抵抗素子を形成し、
所定数の前記ピエゾ抵抗素子を接続してブリッジ回路を形成し、
前記ブリッジ回路に電圧を印加する高電位端及び低電位端のうちの何れか一方と、前記ブリッジ回路との間に前記抵抗体が配置されるように配線を形成し、
前記半導体基板に、枠部と、錘部と、前記枠部と前記錘部との間に配置される可撓部と、を形成し、
第1の方向に配置される複数のピエゾ抵抗素子と、前記第1の方向と直交する第2の方向に配置される複数のピエゾ抵抗素子とは、前記可撓部に形成されることを、を含むこと特徴とする半導体加速度センサの製造方法。
A plurality of piezoresistive elements are formed by diffusing impurities on one surface of a semiconductor substrate,
Forming a resistance element on one surface of the semiconductor substrate;
A bridge circuit is formed by connecting a predetermined number of the piezoresistive elements,
Forming a wiring so that the resistor is disposed between one of a high potential end and a low potential end for applying a voltage to the bridge circuit, and the bridge circuit;
Forming a frame portion, a weight portion, and a flexible portion disposed between the frame portion and the weight portion on the semiconductor substrate,
A plurality of piezoresistive elements arranged in a first direction and a plurality of piezoresistive elements arranged in a second direction orthogonal to the first direction are formed in the flexible portion; The manufacturing method of the semiconductor acceleration sensor characterized by the above-mentioned.
前記抵抗素子を前記枠部に形成することを特徴とする請求項11に記載の半導体加速度センサの製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor acceleration sensor according to claim 11, wherein the resistance element is formed in the frame portion. 前記ピエゾ抵抗素子と前記抵抗体とは同一の工程で形成されることを特徴とする請求項11または12に記載の半導体加速度センサの製造方法。 13. The method of manufacturing a semiconductor acceleration sensor according to claim 11, wherein the piezoresistive element and the resistor are formed in the same process.
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