JP4127198B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置に係り、特に、基板の電位を外部に取り出すために設けられた基板電極を備え、その基板電極を例えば静電結合等により基板に接合するうえで好適な半導体装置に関する。

従来より、基板の電位を外部に取り出すために設けられたシリコン等の材料による基板電極を備える半導体装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この基板電極は、基板上に構成された絶縁膜からなる犠牲層上に形成されると共に方形状の電極パッドが配設されるパッド部と、パッド部から延設する可撓性部材としての変形部と、変形部に接続すると共に変形部の変形により基板の上面に接合する基板接合部と、により構成されている。かかる基板電極において、基板接合部の基板への接合は、パッド部に配設された電極パッドと基板との間に電圧を印加して、変形部及び基板接合部と基板との間に静電引力を発生させ、変形部を変形させることにより実現される。
特開２００１−９１２６３号公報

しかしながら、上記従来の半導体装置において、基板接合部や変形部の周囲には犠牲層上に形成されたシリコン等の枠体が設けられているが、この枠体は上記した基板接合部の接合工程においてその基板接合部や変形部から電気的に浮いた状態にあるため、両者の間に十分な隙間が形成されていないと、電極パッドと基板との間に電圧が印加された際、基板接合部や変形部が基板側ではなく枠体側に引き寄せられて、基板接合部等が基板ではなく枠体に張り付いてしまうことがある。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、基板電極の基板への接合の確実性を向上させた半導体装置を提供することを目的とする。

上記の目的は、請求項１に記載する如く、基板の電位を外部に取り出すために設けられ、電極パッドが配設されるパッド部と、該パッド部から所定方向に延設し、中途から前記基板側へ変形する棒状の変形部と、該変形部に接続すると共に該変形部の変形により前記基板に接合する接合部と、からなる基板電極を備える半導体装置であって、前記パッド部から前記変形部の延設方向に延びる支持部に該変形部側へ突起するように設けられ、前記接合部の前記基板への接合が行われる過程で前記変形部又は前記接合部が前記変形部の前記基板側への変形方向に対して直交する方向へ変位するのを規制する第１の規制部材を備える半導体装置により達成される。

請求項１記載の発明において、基板の電位を外部に取り出すために設けられる基板電極は、電極パッドが配設されるパッド部と、パッド部から延設する変形部と、変形部に接続すると共に該変形部の変形により基板に接合する接合部とからなる。また、変形部又は接合部の、接合部の基板への接合過程における変形部の変形に対して直交する方向への変位は、規制部材により規制される。すなわち、変形部又は接合部は、接合部の基板への接合工程において所望の方向にのみ変位し得る。このため、基板電極の接合工程において接合部や変形部が枠体等の周辺部材へ張り付くのを防止することができ、基板電極の基板への接合を確実に実現することができる。

この場合、請求項２に記載する如く、請求項１記載の半導体装置において、前記基板電極が、更に、前記接合部から前記変形部の延設方向と同方向に延設する延長部を有すると共に、前記支持部に前記変形部側へ突起するように設けられ、前記接合部の前記基板への接合が行われる過程で前記延長部が前記変形部の前記基板側への変形方向に対して直交する方向へ変位するのを規制する第２の規制部材を備えることとすれば、基板電極の接合工程において延長部が枠体等の周辺部材へ張り付くのを防止することができ、基板電極の基板への接合を確実に実現することができる。

尚、請求項３に記載する如く、請求項１又は２記載の半導体装置において、前記第１又は第２の規制部材を、前記変形部又は前記接合部と同電位となるように前記パッド部に接続することとすれば、基板電極の接合工程において規制部材と変形部又は接合部との間に電位差が生ずるのを防止することができ、これにより、静電引力等に起因する接合部等の規制部材への張り付きを抑制することができる。
また、請求項４に記載する如く、請求項１乃至３の何れか一項記載の半導体装置において、前記接合部は、幅が略一定である直線部と、前記直線部同士の交点に形成した曲線部と、からなる方形状が並んだメッシュ部が隣接するメッシュ部と互い違いに配置されたメッシュ構造により形成されていることとすれば、接合部の基板側下方に位置する犠牲層を等方性エッチングにより確実に除去することができるため、接合部での基板電極の基板への接合を確実に実現することができる。

更に、請求項５に記載する如く、請求項１乃至４の何れか一項記載の半導体装置において、前記接合部の、前記変形部の延設方向に直交する方向における幅を、前記変形部のものよりも大きくすると共に、前記変形部の延設方向における長さを前記変形部と前記接合部との全長の０．４〜０．７５倍とすることとしてもよい。

この態様の発明において、接合部は、その幅が変形部のものよりも大きくなるように形成されている。接合部の幅が大きいほど、その面積が大きくなるため、接合部が基板へ張り付き易くなる。また、本発明において、変形部は、その延設方向における長さが変形部と接合部との全長の０．４〜０．７５倍となるように形成されている。かかる倍率範囲においては、接合部が基板へ最も張り付き易くなる。従って、本発明によれば、基板電極の基板への接合を確実に実現することができる。

請求項１及び２記載の発明によれば、基板電極の基板への接合が行われる過程における接合部や変形部の周辺への張り付きを防止することができるので、基板電極の基板への接合の確実性を向上させることができる。

請求項３記載の発明によれば、規制部材と変形部や接合部等との間に電位差が生ずるのを防止することができので、静電引力等に起因する接合部等の規制部材への張り付きを抑制することができる。

請求項４記載の発明によれば、接合部の基板側下方に位置する犠牲層を等方性エッチングにより確実に除去することができるので、接合部での基板電極の基板への接合の確実性を向上させることができる。

また、請求項５記載の発明によれば、基板電極を基板へ張り付き易くすることができるので、基板電極の基板への接合の確実性を向上させることができる。

図１は、本発明の一実施例である半導体装置２０の平面図を示す。図２は、本実施例の半導体装置２０を図１に示す直線III−IIIに沿って切断した際の断面を製造工程順に並べた図を示す。また、図３は、本実施例の半導体装置２０を図１に示す直線IV−IVに沿って切断した際の断面を製造工程順に並べた図を示す。本実施例の半導体装置２０は、例えば車両等に搭載される角速度を検出するための半導体センサである。

本実施例において、半導体装置２０は、シリコンからなる略方形状の基板２２と、基板２２上に形成された所定厚さを有するシリコン酸化膜（絶縁膜）からなる犠牲層２４と、犠牲層２４上に形成されたシリコンからなる枠体２６と、枠体２６内に形成されたシリコンからなる可動部（振動部）２８と、櫛歯状電極３０ａ，３０ｂ，３２ａ，３２ｂと、基板２２の電位を取り出すための基板電極３４と、を備えている。尚、上記したシリコンは、Ｐ型又はＮ型半導体を構成している。

可動部２８は、複数の貫通孔２８ａを有し、枠体２６の内側においてＸ軸方向（図１において左右方向）及びＹ軸方向（図１において上下方向）に振動可能に基板２２に支持されている。すなわち、可動部２８には、略Ｌ字状の梁３６ａ〜３６ｄの一端が連結されている。各梁３６ａ〜３６ｄの他端は、犠牲層２４上に形成されたベース部３８ａ〜３８ｄに接続されている。可動部２８及び梁３６はそれぞれ、基板２２から犠牲層２４の厚さ分だけ浮いている。また、梁３６のベース部３８との接続部分近傍と枠体２６との間、及び、ベース部３８の側壁と枠体２６との間には、所定の隙間が基板２２の上面まで形成されている。ベース部３８ａの上面には、アルミニウム等の導電金属からなる方形状の電極パッド３９が配設されている。電極パッド３９の上面には、アルミニウム等からなる接続導線（ワイヤ）が接合されている。

可動部２８のＸ軸方向端側には、櫛歯状電極４０ａ，４０ｂが一体に形成されている。櫛歯状電極４０ａ，４０ｂはそれぞれ、Ｘ軸方向に延設する複数の電極指を有している。これらの各電極指は、Ｙ軸方向に等間隔に並んで配置されている。また、可動部２８のＹ軸方向端部には、櫛歯状電極４２ａ，４２ｂが一体に形成されている。櫛歯状電極４２ａ，４２ｂはそれぞれ、Ｙ軸方向に延設する複数の電極指を有している。これらの各電極指は、Ｘ軸方向に等間隔に並んで配置されている。

上記した櫛歯状電極３０ａ，３０ｂはそれぞれ、枠体２６内において可動部２８のＸ軸方向外側に形成されている。櫛歯状電極３０ａ，３０ｂはそれぞれ、上記した櫛歯状電極４０ａ，４０ｂと同様に、Ｘ軸方向に延設する複数の電極指を有している。これらの各電極指は、Ｙ軸方向に等間隔に並んで配置されていると共に、上記した櫛歯状電極４０ａ，４０ｂの電極指間にそれらの電極指と等間隔で対向するように進入している。

櫛歯状電極３０ａ，３０ｂは、犠牲層２４上に形成されたパッド部４４ａ，４４ｂに接続されている。パッド部４４ａ，４４ｂの側壁と枠体２６との間には、所定の隙間が基板２２の上面まで形成されている。パッド部４４ａ，４４ｂの上面には、アルミニウム等の導電金属からなる方形状の電極パッド４６ａ，４６ｂが配設されている。電極パッド４６ａ，４６ｂは共に、上記した電極パッド３９と同一平面内に位置している。電極パッド４６ａ，４６ｂの上面にはそれぞれ、アルミニウム等からなる接続導線（ワイヤ）が接合されている。櫛歯状電極３０ａ，３０ｂには、かかる接続導線を介して駆動用信号が印加される。かかる駆動用信号が櫛歯状電極３０ａ，３０ｂに印加されると、その櫛歯状電極３０ａ，３０ｂの電極指と櫛歯状電極４０ａ、４０ｂの電極指との間に静電引力が作用し、可動部２８が基板２２に対してＸ軸方向に振動する。すなわち、櫛歯状電極３０ａ，３０ｂと櫛歯状電極４０ａ，４０ｂとは、可動部２８をＸ軸方向に励振する駆動部を構成している。

また、上記した櫛歯状電極３２ａ，３２ｂはそれぞれ、枠体２６内において可動部２８のＹ軸方向外側に形成されている。櫛歯状電極３２ａ，３２ｂはそれぞれ、上記した櫛歯状電極４２ａ，４２ｂと同様に、Ｙ軸方向に延設する複数の電極指を有している。これらの各電極指は、Ｘ軸方向に等間隔に並んで配置されていると共に、上記した櫛歯状電極４２ａ，４２ｂの電極指間にそれらの電極指と等間隔で対向するように進入している。

櫛歯状電極３２ａ，３２ｂは、犠牲層２４上に形成されたパッド部４８ａ，４８ｂに接続されている。パッド部４８ａ，４８ｂの側壁と枠体２６との間には、所定の隙間が基板２２の上面まで形成されている。パッド部４８ａ，４８ｂの上面には、アルミニウム等の導電金属からなる方形状の電極パッド５０ａ，５０ｂが配設されている。電極パッド５０ａ，５０ｂは共に、上記した電極パッド３９と同一平面内に位置している。電極パッド５０ａ，５０ｂの上面にはそれぞれ、アルミニウム等からなる接続導線（ワイヤ）が接合されている。櫛歯状電極３２ａ，３２ｂは、その電極３２ａの電極指と櫛歯状電極４２ａの電極指との間に形成されるコンデンサの静電容量の変化、及び、その電極３２ｂの電極指と櫛歯状電極４２ｂの電極指との間に形成されるコンデンサの静電容量の変化をそれぞれ検出するために設けられた電極である。すなわち、櫛歯状電極３２ａ，３２ｂと櫛歯状電極４２ａ，４２ｂとは、上記したコンデンサの静電容量変化から可動部２８のＹ軸方向への振動（変位）を検出する検出部を構成している。

上記した基板電極３４は、可動部２８と同一の材料（シリコン）からなり、枠体２６内において可動部２８から離間した位置に独立して設けられている。基板電極３４の側壁と枠体２６との間には、所定の隙間が基板２２の上面まで形成されている。基板電極３４は、方形状のパッド部５２と、棒状の変形部５４と、方形状の基板接合部５６と、から構成されている。パッド部５２は、犠牲層２４上に形成されている。パッド部５２の上面には、アルミニウム等の導電金属からなる方形状の電極パッド５８が配設されている。電極パッド５８の上面には、アルミニウム等の導電金属からなる接続導線（ワイヤ）が接合されている。変形部５４は、パッド部５２の側面中央からＸ軸方向に延設しつつ、中途から基板２２側へ折れるように変形し、基板接合部５６の側面に接続されている。基板接合部５６は、変形部５４の横幅よりも幅広に形成されていると共に、基板２２の上面に静電接合（静電引力により密着）されている。このため、基板電極３４と基板２２とは、電気的に接続されており、同電位となっている。

図４（Ａ）は、本実施例の基板電極３４の基板接合部５６の詳細平面図を示す。また、図４（Ｂ）は、同図（Ａ）に示す基板接合部５６の要部拡大図を示す。基板電極３４において上記の如く基板接合部５６の基板２２への接合を確実に実現するためには、製造工程において基板接合部５６と基板２２との間の犠牲層２４をすべて後述の如く等方性エッチングにより除去する必要がある。一方、基板接合部５６を静電引力等により基板２２に接合するためには、基板接合部５６の下面の面積を大きくすることが有効である。しかし、基板接合部５６が平板の張られた平面構造であると、基板２２への張り付き力を十分に確保することは可能となる一方で、その下方の犠牲層２４をエッチングにより完全に除去することは困難となる。

そこで、本実施例において、基板接合部５６は、図４に示す如く、等方性エッチングにより下方の犠牲層２４がすべて除去されるように、変形部５４の横幅と略一致する幅を有する線からなるメッシュ構造とされている。このメッシュ構造は、幅がほぼ一定である直線部６０と、直線部６０同士の交点に形成される円状の曲線部６２と、からなる方形状６４が一つ以上変形部５４の延設方向と直交する方向（図４において縦方向）に並んだメッシュ部６６を有している。また、曲線部６２の半径Ｒは、直線部６０の幅Ｌの１／２倍となっている（Ｒ＝Ｌ／２）。そして、メッシュ構造は、変形部５４の延設方向（図４において横方向）に隣接するメッシュ部６６同士が同一の直線部６０を完全には共有することなく、互い違いに配置されたものとなっている。尚、基板接合部５６の下面の総面積は、基板２２への張り付き力を十分に確保することができる程度であればよい。

かかる基板接合部５６の構造によれば、基板接合部５６のすべての部分が空間との境界からＬ／２未満の直線距離に位置することとなるので、犠牲層２４を除去する等方性エッチングにより基板接合部５６の下方に位置する犠牲層２４をすべて除去することが可能となり、基板接合部５６の基板２２への接合を確実に行うことができる。

また、本実施例において、枠体２６の上面には、梁３６ａ〜３６ｄ、可動部２８、櫛歯状電極３０ａ，３０ｂ，３２ａ，３２ｂ、櫛歯状電極４０ａ，４０ｂ，４２ａ，４２ｂ、及び基板電極３４を覆うように方形状のガラス蓋が固着されている。かかる構造において、可動部２８は、基板２２，犠牲層２４，枠体２６と上記のガラス蓋とにより密閉される空間内で振動可能に構成されている。

次に、本実施例の半導体装置２０の製造方法を工程順に説明する。

（第１工程）まず、図２（Ａ）及び図３（Ａ）に示す如く、シリコンからなる基板２２と、その上面に数μｍの厚さのシリコン酸化膜である犠牲層２４と、数十μｍの厚さのシリコンからなる上層７０と、を積層してなるＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウエハの上面全体にシリコン酸化膜６２を形成する。

（第２工程）次に、図２（Ｂ）及び図３（Ｂ）に示す如く、シリコン酸化膜６２の上面の、可動部２８（貫通孔２８ａを除く）、櫛歯状電極３０，３２，４０，４２、パッド部４４，４８、梁３６、ベース部３８、枠体３０、及び基板電極３４に相当する部分とこの部分に僅かな幅を加えた部分とをレジスト膜Ｒにてマスクする。

（第３工程）次に、図２（Ｃ）及び図３（Ｃ）に示す如く、上層７０及びシリコン酸化膜６２をＲＩＥ（反応性イオンエッチング）等でエッチングして、後に可動部２８となる部分に貫通孔２８ａを形成すると共に、犠牲層２４上にベース部３８、櫛歯状電極３０，３２、パッド部４４，４８、及び枠体２６を形成し、可動部２８、櫛歯状電極４０，４２、梁３６、及び基板電極３４に相当する部分を残す。

（第４工程）次に、図２（Ｄ）及び図３（Ｄ）に示す如く、レジストＲを除去し、次いで、酸化シリコンを溶解する一方でシリコンを溶解しないフッ酸水溶液（エッチング液）で満たされた槽内にウエハを浸漬し、可動部２８、櫛歯状電極４０，４２、梁３６、基板電極３４の変形部５４、及びその基板接合部５６と基板２２とに挟まされる犠牲層２４を等方性エッチングで除去し、可動部２８、櫛歯状電極４０，４２、及び梁３６を形成する。また、基板電極３４に関しては、一部が犠牲層２４の上面に残されてパッド部５２を形成し、他の部分が基板２２から浮いた状態となって変形部５４及び基板接合部５６を形成する。

（第５工程）次に、図２（Ｅ）及び図３（Ｅ）に示す如く、アルミ膜を電極パッド３９，４６ａ，４６ｂ，５０ａ，５０ｂ，５８に相当する部分にスパッタリング法等により形成し、電極パッド３９，４６ａ，４６ｂ，５０ａ，５０ｂ，５８を形成する。

（第６工程）次に、図３（Ｆ）に示す如く、第１工程から第５工程までの工程を経たウエハを金属ステージ７６上に載置した後、この金属ステージ７６と基板電極３４の電極パッド５８との間に電圧を印加して、基板電極３４の変形部５４及び基板接合部５６と基板２２との間に静電引力を発生させる。これにより、変形部５４を基板２２方向へ変形させ、鏡面状態である基板２２の上面と鏡面状態である基板接合部５６とがファンデルワールス力により密着（静電接合）する。尚、このウエハが金属ステージ７６上に載置された状態では、半導体センサとしての機能チェックも実施される。

（第７工程）次に、電極パッド３９，４６ａ，４６ｂ，５０ａ，５０ｂ，５８の上面にアルミニウムからなる接続導線（ワイヤ）Ｗを超音波ワイヤボンディング法等により接合する。そして、これらの接続導線を電気回路（図示せず）の端子に接続する。

（第８工程）そして、最後に、真空中において上述したガラス蓋（図示せず）を枠体３０上面に陽極接合等により固着する。

次に、本実施例の半導体装置２０のセンサとしての動作について説明する。本実施例において、電気回路は、可動部２８をその固有振動数ｆ０でＸ軸方向に一定振幅で振動させるべく、互いに逆相の駆動用信号を電極パッド４６ａ，４６ｂに供給する。また、可動部２８のＹ軸方向の振動を検出すべく、互いに逆相の検出用信号を電極パッド５０ａ，５０ｂに供給する。

電極パッド４６ａ，４６ｂに上記の如き駆動用信号が供給されると、可動部２８が、櫛歯状電極３０ａ，３０ｂと櫛歯状電極４０ａ，４０ｂとにより構成される駆動部に発生する静電引力により固有振動数ｆ０でＸ軸方向に一定振幅で振動する。かかる状態においてＸ軸に直交しかつＹ軸にも直交するＺ軸（図１において紙面を貫く方向）回りの角速度が発生すると、可動部２８は、コリオリ力の作用によりその角速度に応じた振幅でＹ軸方向にも振幅する。この際、可動部２８に一体に形成された櫛歯状電極４２ａ，４２ｂが互いにＹ軸方向において同一方向に振動するため、櫛歯状電極４２ａと３２ａとの間の静電容量と、櫛歯状電極４２ｂと３２ｂとの間の静電容量とが互いに逆方向に変化する。この静電容量変化を表す信号は、電極パッド３９を介して電気回路に入力される。電気回路は、入力された静電容量信号に基づいて上記したＺ軸回りの角速度を検出する。

図５は、本実施例の半導体装置２０が有する電気回路の回路図を示す。尚、図５に示す電気回路においては、回路構成の簡素化のため、上記した電極パッド３９，４６ａ，５０ａ，５８を用いているが、すべての電極パッド３９，４６ａ，４６ｂ，５０ａ，５０ｂ，５８を用いる電気回路も原理的に同様の回路構成となる。

本実施例の電気回路は、周波数ωの電圧ｖを出力する検出用高周波電源Ｖを備えている。検出用高周波電源Ｖには、上記した電極パッド５０ａが接続導線を介して接続されている。電極パッド５０ａは、また、櫛歯状電極３２ａと櫛歯状電極４２ａとの間に形成されるコンデンサＣ１０を介して電極パッド３９に接続されている。電極パッド３９は、オペアンプＯＰ１の反転入力端子に接続されている。オペアンプＯＰ１の出力端子は、帰還抵抗ｒを介してその反転入力端子に接続されている。また、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子は接地されている。

また、本実施例の電気回路は、周波数ωｄの電圧ｖｄを出力する駆動用高周波電源Ｖｄを備えている。駆動用高周波電源Ｖｄには、上記した電極パッド４６ａが接続導線を介して接続されている。電極パッド４６ａは、櫛歯状電極３０ａ（及びパッド部４４ａ）と基板２２との間に形成されるコンデンサＣ２０を介して基板電極３４の電極パッド５８に接続されている。電極パッド５８は接地されている。

上記した電気回路においては、帰還抵抗ｒに可動部２８に加わる角速度により変動するコンデンサＣ１０の容量に比例した電流が流れ、オペアンプＯＰ１の出力端子にコンデンサＣ１０の容量に比例した電圧（−ｊωｒｖＣ）が現れる。電気回路は、このオペアンプＯＰ１の出力を用いて上記したＺ軸回りの角速度を検出する。

また、可動部２８の電極パッド３９は、非反転入力端子が接地されているオペアンプＯＰ１の反転入力端子に接続されると共に、基板２２は、基板接合部５６において接合されている基板電極３４の電極パッド５８を介して接地されている。従って、基板２２と可動部２８とは、オペアンプＯＰ１のイマジナリショートによって同電位に維持される。このため、基板２２と可動部２８との間に静電引力は発生しないので、可動部２８の振動特性が安定することとなる。更に、基板２２と可動部２８との間のインピーダンスは、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子と反転入力端子との間のインピーダンスとなるため、実質的に無限大となる。このため、駆動用高周波電源Ｖｄからの電流が基板２２経由で可動部２８に流れ込むことは回避されるので、櫛歯状電極４２ａと３２ａとの間の静電容量の変化、及び、櫛歯状電極４２ｂと３２ｂとの間の静電容量の変化が共に正確に検出される。従って、本実施例の半導体装置２０によれば、角速度を正確に検出することが可能となっている。

ところで、本実施例の如く基板２２と可動部２８とを同電位に維持するためには、基板電極３４の基板接合部５６を基板２２に確実に接合することが必要である。しかしながら、その接合する基板接合部５６やその接合時に変形する棒状の変形部５４の周囲には、それらの部位から電気的に浮いた枠体２６が設けられているため、それらの基板接合部５６及び変形部５４と枠体２６との間に十分な隙間が形成されていないと、上記した第６工程において、基板接合部５６を基板２２側へ引き寄せてその基板２２に接合すべく、基板２２と基板電極３４の電極パッド５８との間に電圧が印加された際に、変形部５４又は基板接合部５６が基板２２側ではなく枠体２６側に引き寄せられ、その枠体２６に張り付く事態が生じ得る。一方、基板接合部５６及び変形部５４と枠体２６との間の隙間が開き過ぎていると、上記した不都合が生ずることは抑制されるが、装置自体の規模が過大となるおそれがある。

そこで、本実施例の半導体装置２０は、比較的小さい装置規模で基板接合部５６の基板２２への接合を確実に実現すべく、変形部５４又は基板接合部５６の枠体２６への張り付きを防止する点に第１の特徴を有している。以下、図６を参照して、本実施例の第１の特徴部について説明する。

図６は、本実施例の半導体装置２０の要部平面図を示す。図６に示す如く、本実施例の半導体装置２０において、基板電極３４は、パッド部５２に一体に形成された一対の支持部８０，８２を有している。各支持部８０，８２は、犠牲層２４上に形成されていると共に、方形状のパッド部５２の側面から変形部５４の延設方向にその変形部５４とは所定距離離間して平行に延びている。一対の支持部８０，８２は、変形部５４を挟むように設けられている。支持部８０と８２とは、それらの延設方向と直交する方向の最外殻端面を結ぶ距離が基板接合部５６の横幅よりも僅かに大きくなるように配置されている。各支持部８０，８２は、その延設方向長さが変形部５４の長さよりもすなわちパッド部５２の端面から基板接合部５６の端面までの距離よりも僅かに短くなるように、また、その延設方向と直交する方向の幅が変形部５４の幅よりも僅かに大きくなるように形成されている。

支持部８０，８２の基板接合部５６側端部には、変形部５４側へ突起する横方向ストッパ８４，８６が設けられている。各横方向ストッパ８４，８６は、先端が上方から見て円形となる半円柱状となるように、かつ、その先端と変形部５４との間に僅かな隙間が形成されるように形成されている。横方向ストッパ８４，８６は、基板接合部５６の基板２２への接合工程時に変形部５４が枠体２６側へ向けて変位するのを防止・規制する機能を有している。

尚、上記した支持部８０，８２は、上述した半導体装置２０の製造方法では、基板電極３４の他の部位と同様に、第２工程においてレジスト膜Ｒにてマスクされ、第３工程においてＲＩＥ等によるエッチングにより残され、第４工程における等方性エッチングにより犠牲層２４の上面に残されることにより、基板２２から浮くことなく形成される。また、支持部８０，８２と枠体２６との間には、所定の隙間が基板２２の上面まで形成されている。

このような半導体装置２０の構造においては、基板電極３４の変形部５４と枠体２６との間に支持部８０，８２が介在すると共に、横方向ストッパ８４，８６が変形部５４の枠体２６側（図１におけるＹ軸方向）への変位を規制するため、基板接合部５６の基板２２への接合工程において、パッド部５２から棒状に延設する変形部５４が枠体２６側へ大きく変形するのは防止され、これにより、その変形部５４ひいては変形部５４に接続する基板接合部５６が枠体２６に張り付くことは防止される。

また、本実施例において、横方向ストッパ８４，８６を有する支持部８０，８２は、基板電極３４のパッド部５２に一体に形成されている。この点、横方向ストッパ８４，８６並びに支持部８０，８２は、変形部５４及び基板接合部５６と共に基板電極３４を構成しており、その変形部５４及び基板接合部５６と常に同電位に維持されている。このため、基板接合部５６を基板２２に接合すべく基板電極３４の電極パッド５８と基板２２との間に電圧が印加された場合にも、支持部８０，８２と変形部５４や基板接合部５６との間に静電引力が発生することはなく、変形部５４が支持部８０，８２側へ引き寄せられ張り付くことは抑制される。

従って、本実施例の半導体装置２０によれば、その製造工程において基板接合部５６を基板２２に接合すべく基板電極３４の電極パッド５８と基板２２との間に電圧が印加された際に、変形部５４及び基板接合部５６が枠体２６側へ変位することはなく、基板２２側へのみ変位するので、それらの変形部５４や基板接合部５６の枠体２６等への張り付きを防止して、基板接合部５６の基板２２への接合を確実に実現することが可能となっている。すなわち、上記した張り付き防止によって基板接合部５６の基板２２への接合の確実性を向上させている。

ここで、本実施例において、基板接合部５６の枠体２６への張り付きの防止は、横方向ストッパ８４，８６によって変形部５４の枠体２６側（図１におけるＹ軸方向）への変位が規制されることにより実現されている。この点、変形部５４近傍には支持部８０，８２を配置するためのスペースが必要となる一方、基板接合部５６の周囲には何らスペースは必要なく、また、基板接合部５６と枠体２６との間の隙間をあまり大きく開ける必要はないので、半導体装置２０自体の規模が過大となるのを抑制することが可能である。従って、本実施例によれば、比較的小さい装置規模で基板接合部５６の基板２２への接合の確実性を向上させることが可能となっている。

ところで、上記の如く、本実施例において、基板電極３４は、基板２２に接合される方形状の基板接合部５６と、基板接合部５６を基板２２に接合する際に変形する棒状の変形部５４と、を有している。基板接合部５６は、変形部５４の横幅よりも幅広に形成されている。この基板接合部５６の横幅が広いほど、その下面の面積が大きくなるため、静電引力の増大によって基板接合部５６は基板２２に接合し易くなる。一方、変形部５４と基板接合部５６との延設方向における全長が同一であるものとした場合において、変形部５４の延設方向長さと基板接合部５６の延設方向長さとの比率によっては、変形部５４が変形し難くなり、基板接合部５６に十分な静電引力が作用せず、基板接合部５６が基板２２に接合することが困難となるおそれがある。

そこで、本実施例の半導体装置２０は、基板接合部５６の基板２２への接合を確実に実現すべく、変形部５４と基板接合部５６との延設方向長さの比率を最適にする点に第２の特徴を有している。以下、図７及び図８を参照して、本実施例の第２の特徴部について説明する。

図７は、本実施例の半導体装置２０の有する基板電極３４の変形部５４及び基板接合部５６の概略平面図を示す。また、図８は、変形部５４と基板接合部５６との延設方向における全長に対する変形部５４の延設方向長さをパラメータとして基板接合部５６の基板２２への接合し易さを表した図を示す。尚、図８において、基板接合部５６の基板２２への接合し易さは、基板接合部５６を基板２２側へ変位させる張り付き力Ｆｓと変形部５４のバネ力Ｆｋとの比（Ｆｓ／Ｆｋ）により表されている。

図７に示す如く、基板電極３４の変形部５４の延設方向長さをＬｂとし、その延設方向に直交する幅方向の長さをＷｂとすると共に、また、変形部５４と基板接合部５６との延設方向全長をＬｆとし、基板接合部５６の幅方向の長さ（総和）をＷｆとするものとすると、図８に示す如く、延設方向長さの比が同一である状況下、Ｗｆ＝５・Ｗｂが成立する場合は、Ｗｆ＝３・Ｗｂが成立する場合に比して、基板接合部５６の下面の総面積が大きくなるため、張り付き力Ｆｓが増大し、基板接合部５６が基板２２に接合し易くなる。

一方、図８に示す如く、変形部５４の長さＬｂが上記した全長Ｌｆに対して小さ過ぎる（例えばＬｂ＜０．４・Ｌｆ）と、変形部５４が変形し難くなるため、バネ力Ｆｋが増大し、基板接合部５６が基板２２に接合し難くなる。また、変形部５４の長さＬｂが全長Ｌｆに対して大き過ぎる（例えばＬｂ＞０．７５・Ｌｆ）と、基板接合部５６の下面の総面積が小さくなるため、張り付き力Ｆｓが減少し、基板接合部５６が基板２２に接合し難くなる。

本実施例の半導体装置２０において、基板電極３４の基板接合部５６は、変形部５４の横幅に対してスペースの許す限りできるだけ大きな横幅を有している。また、変形部５４は、変形部５４と基板接合部５６との全長Ｌｆに対して０．４〜０．７５倍とされた延設方向長さＬｂを有している。かかる構成においては、基板電極３４が、製造過程において基板接合部５６が基板２２へ最も張り付き易くなり、その接合が最も行われ易い形状となる。このため、本実施例の半導体装置２０によれば、基板電極３４の形状からも、基板接合部５６の基板２２への接合を確実に実現することが可能となっており、その確実性を向上させている。

尚、上記の実施例においては、電極パッド５８が特許請求の範囲に記載した「電極パッド」に、パッド部５２が特許請求の範囲に記載した「パッド部」に、変形部５４が特許請求の範囲に記載した「変形部」に、基板接合部５６が特許請求の範囲に記載した「接合部」に、基板電極３４が特許請求の範囲に記載した「基板電極」に、横方向ストッパ８４，８６が特許請求の範囲に記載した「規制部材」に、それぞれ相当している。

ところで、上記の実施例においては、半導体装置２０としてＺ軸回りの角速度を検出するための半導体センサを用いることとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、加速度や減速度等の力学量を検出する半導体センサに適用することも可能である。

また、上記の実施例においては、横方向ストッパ８４，８６の先端を半円柱状となるように形成することとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、三角や四角の形状にすることとしてもよい。また、横方向ストッパ８４，８６をパッド部５２から延設する支持部８０，８２に一体に設けることとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、変形部５４や基板接合部５６の枠体２６への張り付きの防止が確保されれば、枠体２６自体に変形部５４側へ突起した横方向ストッパを設けることとしてもよい。

また、上記の実施例においては、変形部５４に対して突起し、変形部５４の枠体２６側への変位を規制する横方向ストッパ８４，８６を設けることとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、スペースに余裕があれば、基板接合部５６に対して突起し、基板接合部５６の枠体２６側への変位を規制する横方向ストッパを設けることとしてもよい。

また、上記の実施例においては、基板電極３４に設けた支持部８０，８２にそれぞれ唯一つの横方向ストッパ８４，８６が設けられているが、変形部５４と基板接合部５６との全長や変形部５４の延設方向長さが長くなるほど、変形部５４や基板接合部５６の枠体２６等への張り付きが発生し易くなるので、かかる全長や延設方向長さに応じて、支持部の形状や横方向ストッパの個数を設定することとすればよい。

すなわち、図９は、本発明の変形例である半導体装置の要部構成図を示す。尚、図９（Ａ）には要部平面図を、図９（Ｂ）には同図（Ａ）に示す直線V−Vに沿って切断した際の断面図を、また、図９（Ｃ）には同図（Ａ）に示す直線VI−VIに沿って切断した際の断面図を、それぞれ示している。更に、図９（Ｂ）においては、基板接合部５６が基板２２に接合される前の状態を実線で、基板接合部５６が基板２２に接合された後の状態を破線で、それぞれ示している。

図９に示す如く、基板電極３４のパッド部５２と基板接合部５６との離間距離が比較的大きく、変形部５４の延設方向長さが比較的大きい構成においては、支持部８０，８２を変形部５４と基板接合部５６との全長に合わせた長さまで延設すると共に、変形部５４の延設方向長さに合わせた数だけ支持部８０，８２に突起状の横方向ストッパ８４，８６を設ける。尚、支持部８０，８２にそれぞれ複数の横方向ストッパ８４，８６を設ける場合、その配置間隔は、主に材質と関係する変形部５４の変形し易さに従って設定される。このような構成によれば、変形部５４が変形し易いものである場合にも、枠体２６側への変形・変位を横方向ストッパ８４，８６で抑えることが可能となり、変形部５４や基板接合部５６の枠体２６等への張り付きを防止し、基板接合部５６の基板２２への接合を確実に実現することができる。

また、基板接合部５６から更に変形部５４とは反対側において変形部５４の延設方向と同方向に変形部５４と同程度の幅で延設する延長部９０が設けられる構成においては、パッド部５２と一体の支持部８０，８２を更に延長部９０に対向し得るまで延ばすと共に、その支持部８０，８２に延長部９０側へ突起する横方向ストッパ９２，９４を設ける。この横方向ストッパ９２，９４は、上記した横方向ストッパ８４，８６と同様の形状を有し、延長部９０が枠体２６側へ向けて変位するのを防止・規制する機能を有する。かかる構成によれば、上記した延長部９０が設けられている場合にも、その延長部９０の枠体２６側への変形・変位を横方向ストッパ９２，９４で抑えることが可能となり、変形部５４や基板接合部５６，延長部９０の枠体２６等への張り付きを防止し、基板接合部５６の基板２２への接合を確実に実現することができる。この場合には、横方向ストッパ９２，９４が特許請求の範囲に記載した「規制部材」に相当する。

また、上記の実施例においては、基板電極３４がパッド部５２と変形部５４と基板接合部５６とをそれぞれ一つずつ有しているが、図１０に示す如く一つのパッド部５２に対して２つ或いはそれ以上の変形部５４および基板接合部５６を接続することとしてもよい。かかる構造においては、２つ以上の基板接合部５６のうち少なくとも何れかが基板２２に接合すれば、基板電極３４と基板２２との同電位が確保されるため、その信頼性が向上することとなる。

また、上記の実施例においては、半導体装置２０に一つの基板電極３４を設けることとしているが、図１１に示す如く互いに離間した２つ或いはそれ以上の基板電極３４を設けることとしてもよい。かかる構造においては、基板接合部５６の基板２２への接合工程後に、両基板電極３４間の抵抗値を測定することで、両基板電極３４における基板接合部５６の基板２２への接合状態を把握することが可能となる。すなわち、通常は、基板接合部５６が基板２２に確実に接合されている場合には両基板電極３４間の抵抗はほとんどゼロであるので、従って、かかる部位の抵抗値がゼロ近傍であるか否かを判定することで、両基板電極３４の少なくとも何れか一方で基板接合部５６の基板２２への接合が行われていない状態を検知することが可能となる。

また、上記の実施例においては、基板電極３４の基板接合部５６を方形状としたが、テーパ加工等を施したり、或いは、方形状以外の形状とすることとしてもよい。尚、かかる構成においては、棒状の変形部５４との接続部分から基板接合部５６の延設方向長さが決まることとなる。

更に、上記の実施例においては、基板電極３４の基板接合部５６を基板２２に接合するうえで、基板電極３４の電極パッド５８と基板２２との間に電圧を印加して基板接合部５６と基板２２との間に静電引力を作用させることとしているが、上記した接合の方法はこれに限定されるものではなく、犠牲層２４をウェットエッチングした後の乾燥時に生ずる液体表面に作用する圧力（表面張力）を用いることとしてもよい。

本発明の一実施例である半導体装置の平面図である。 本実施例の半導体装置を図１に示す直線III−IIIに沿って切断した際の断面を製造工程順に並べた図である。 本実施例の半導体装置を図１に示す直線IV−IVに沿って切断した際の断面を製造工程順に並べた図である。 本実施例の半導体装置が有する基板電極の基板接合部の詳細平面図である。 本実施例の半導体装置が有する電気回路の回路図である。 本実施例の半導体装置の要部平面図である。 本実施例の半導体装置の有する基板電極の変形部及び基板接合部の概略平面図である。 変形部と基板接合部との延設方向における全長に対する変形部の延設方向長さをパラメータとして基板接合部の基板への接合し易さを表した図である。 本発明の変形例である半導体装置の要部構成図である。 本発明の変形例である半導体装置の要部平面図である。 本発明の変形例である半導体装置の平面図である。

符号の説明

２０ 半導体装置
２２ 基板
２４ 犠牲層
２６ 枠体
２８ 可動部
３４ 基板電極
５２ パッド部
５４ 変形部
５６ 基板接合部
５８ 電極パッド
８０，８２ 支持部
８４，８６，９２，９４ 横方向ストッパ
９０ 延長部

Claims (5)

1. 基板の電位を外部に取り出すために設けられ、電極パッドが配設されるパッド部と、該パッド部から所定方向に延設し、中途から前記基板側へ変形する棒状の変形部と、該変形部に接続すると共に該変形部の変形により前記基板に接合する接合部と、からなる基板電極を備える半導体装置であって、
   前記パッド部から前記変形部の延設方向に延びる支持部に該変形部側へ突起するように設けられ、前記接合部の前記基板への接合が行われる過程で前記変形部又は前記接合部が前記変形部の前記基板側への変形方向に対して直交する方向へ変位するのを規制する第１の規制部材を備えることを特徴とする半導体装置。
2. 前記基板電極が、更に、前記接合部から前記変形部の延設方向と同方向に延設する延長部を有すると共に、
   前記支持部に前記変形部側へ突起するように設けられ、前記接合部の前記基板への接合が行われる過程で前記延長部が前記変形部の前記基板側への変形方向に対して直交する方向へ変位するのを規制する第２の規制部材を備えることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
3. 前記第１又は第２の規制部材を、前記変形部又は前記接合部と同電位となるように前記パッド部に接続したことを特徴とする請求項１又は２記載の半導体装置。
4. 前記接合部は、幅が略一定である直線部と、前記直線部同士の交点に形成した曲線部と、からなる方形状が並んだメッシュ部が隣接するメッシュ部と互い違いに配置されたメッシュ構造により形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項記載の半導体装置。
5. 前記接合部の、前記変形部の延設方向に直交する方向における幅を、前記変形部のものよりも大きくすると共に、
   前記変形部の延設方向における長さを前記変形部と前記接合部との全長の０．４〜０．７５倍としたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項記載の半導体装置。

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