JP4617255B2 - 半導体加速度センサ - Google Patents
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Description
本発明は、外部から加えられた力による所定方向の加速度、または傾斜させることにより静止状態で加わる所定方向の重力加速度を測定できる半導体加速度センサに関するものである。
中心部に重錘固定部、外周部に筒状の支持部、そして重錘固定部と支持部との間にダイヤフラム部を有する半導体結晶基板からなるセンサ本体と、ダイヤフラム部に形成された拡散抵抗からなる複数のセンサ素子と、センサ本体の表面上に形成された複数の電極と、複数のセンサ素子と複数の電極とを電気的に接続する複数本の導電部からなる接続線とを具備する半導体加速度センサが知られている。この種の半導体加速度センサは、外部から加えられた力による加速度、または傾斜させることにより静止状態で加わる重力加速度に基づく力により重錘が動いてダイヤフラム部が歪むことにより、ダイヤフラム部に形成されたセンサ素子が歪み量に応じた加速度の検出信号を出力する。
しかしながら、このような半導体加速度センサは、構成部品の寸法精度等を高めても、半導体加速度センサの測定精度を高めるには限界があった。
本発明の目的は、半導体加速度センサの測定精度を高めることができる半導体加速度センサを提供することにある。
本発明の他の目的は、センサ素子の出力を高めることができる半導体加速度センサを提供することにある。
しかしながら、このような半導体加速度センサは、構成部品の寸法精度等を高めても、半導体加速度センサの測定精度を高めるには限界があった。
本発明の目的は、半導体加速度センサの測定精度を高めることができる半導体加速度センサを提供することにある。
本発明の他の目的は、センサ素子の出力を高めることができる半導体加速度センサを提供することにある。
本発明が改良の対象とする半導体加速度センサは、中心部に重錘固定部、外周部に筒状の支持部、そして重錘固定部と支持部との間に重錘固定部及び支持部よりも厚みが薄いダイヤフラム部を有する半導体結晶基板からなるセンサ本体と、ダイヤフラム部に形成された拡散抵抗からなる複数のセンサ素子と、センサ本体の表面上に形成された複数の電極と、センサ本体の表面上に形成されて複数のセンサ素子と複数の電極とを電気的に接続する複数本の導電部からなる接続線とを具備している。ダイヤフラム部の外側輪郭の形状は多角形状を呈している。該外側輪郭の中心を通り外側輪郭の対向する一対の辺と直交する第１の仮想方向指示線と、中心を通り外側輪郭の対向する他の一対の辺と直交する第２の仮想方向指示線とによってダイアフラム部の表面が時計方向に並んだ第１〜第４の領域に区分けされたものと仮定する。そして、第１〜第４の領域上に形成される複数本の接続線からなる配線パターンの各部を第１〜第４のパターン部分とする。このようにしたときに、中心に対して点対称の位置にある第１の領域及び第３の領域上にそれぞれ形成された第１及び第３のパターン部分のパターン形状がそれぞれ中心に対してほぼ点対称の関係になり、第２の領域及び第４の領域にそれぞれ形成された第２及び第４のパターン部分のパターン形状がそれぞれ中心に対してほぼ点対称の関係になるように配線パターンを形成する。なお、ここでいう接続線を構成する導電部とは、金属薄膜、拡散抵抗を含むものである。
本願発明の発明者は、鋭意研究の結果、接続線の線膨張係数と半導体結晶基板の線膨張係数との差により半導体結晶基板内に歪みが発生し、この歪みが複数のセンサ素子の中の特定のセンサ素子の出力に偏った影響を与えており、この影響が半導体加速度センサの測定精度を高めることの障害の原因であることを見い出した。そこで、本発明のように、第１の領域及び第３の領域上にそれぞれ形成された第１及び第３のパターン部分のパターン形状がそれぞれ中心に対してほぼ点対称の関係になり、第２の領域及び第４の領域にそれぞれ形成された第２及び第４のパターン部分のパターン形状がそれぞれ中心に対してほぼ点対称の関係になるように配線パターンを形成すると、半導体結晶基板内に発生する歪みが、複数のセンサ素子の中の特定のセンサ素子の出力に偏った影響を与えないため、複数のセンサ素子が測定対象以外の力の影響を偏って受けることなく、半導体加速度センサの測定精度を高めることができる。
また、ダイヤフラム部の外側輪郭の形状が多角形状を呈し、ダイアフラム部の内側輪郭の形状が外側輪郭の各辺と実質的に平行に延びる４つの辺を含む多角形状を呈しているものとする。そして、外側輪郭及び内側輪郭はそれぞれ同心的に配置され、複数のセンサ素子はそれぞれ、外側輪郭の各辺及び内側輪郭の各辺の少なくとも１つに隣接してまたは跨って形成されているものとする。この場合は、外側輪郭及び内側輪郭の中心を通り外側輪郭の対向する一対の辺と直交する第１の仮想方向指示線と、中心を通り外側輪郭の対向する他の一対の辺と直交する第２の仮想方向指示線として、前述と同様に配線パターンを形成すればよい。ダイヤフラム部の外側輪郭及び内側輪郭の形状は、結晶方位及び適正なエッチングパターンの選択に応じて、矩形状、八角形状等の種々の多角形状に形成される。
複数本の接続線のうち少なくとも４本の接続線は、中心と外側輪郭の４つの角部とを結ぶ４本の仮想対角線に沿う接続線部分をそれぞれ持つように形成するのが好ましい。このようにすれば、少なくとも４本の接続線を第１の仮想方向指示線に沿って位置するセンサ素子と第２の仮想方向指示線に沿って位置するセンサ素子から離して配置できる。そのため、接続線により半導体結晶基板内に発生する歪みのセンサ素子の出力に与える影響を小さくできる。
直交する３方向の加速度を測定する場合は、複数のセンサ素子は、直交する第１〜第３の方向の加速度をそれぞれ検出するための３種類のセンサ素子群によって構成されることになる。この場合、第１の方向の加速度を検出するためのセンサ素子群は、ダイヤフラム部の外側輪郭及び内側輪郭の対向する第１の一対の辺に沿って配置された第１及び第２のセンサ素子と、重錘固定部を間にして第１の一対の辺と対向する外側輪郭及び内側輪郭の対向する第２の一対の辺に沿って配置された第３及び第４のセンサ素子とから構成することができる。そして、第１〜第４のセンサ素子は外側輪郭及び内側輪郭の中心を通り且つ第１及び第２の一対の辺と直交する第１の仮想方向指示線に沿って配置する。また、第２の方向の加速度を検出するためのセンサ素子群は、外側輪郭及び内側輪郭の対向する第３の一対の辺に沿って配置された第５及び第６のセンサ素子と、重錘固定部を間にして第３の一対の辺と対向する外側輪郭及び内側輪郭の対向する第４の一対の辺に沿って配置された第７及び第８のセンサ素子とから構成することができる。そして、第５〜第８のセンサ素子は外側輪郭及び内側輪郭の中心を通り且つ第３及び第４の一対の辺と直交する第２の仮想方向指示線に沿って配置する。また、第３の方向の加速度を検出するためのセンサ素子群は、第３の一対の辺に沿って配置された第９及び第１０のセンサ素子と、第４の一対の辺に沿って配置された第１１及び第１２のセンサ素子とから構成することができる。そして、第９及び第１０のセンサ素子は第２の仮想方向指示線と平行に延びる第１の仮想平行線に沿って配置し、第１１及び第１２のセンサ素子は第２の仮想方向指示線と平行に延び且つ第２の仮想方向指示線を中心にして第１の仮想平行線と線対称の位置に想定した第２の仮想平行線に沿って配置する。なお、ここでいう「一対の辺に沿って配置する」とは、一対の辺に跨った状態で沿って配置する場合と、一対の辺に隣接した状態または所定の間隔を隔てた状態で沿って配置する場合のいずれをも含むものである。
ダイヤフラム部の外側輪郭及び内側輪郭の対向する一対の辺に沿って配置された２つのセンサ素子の間と所定の電極とを接続線で接続するには、２つのセンサ素子の間に中間電極を形成するのが好ましい。このように中間電極を形成すれば、センサ素子が細長い形状を有していても、２つのセンサ素子の間と接続線とを容易に接続できる。具体的には、第１及び第２のセンサ素子の間には両センサ素子が電気的に接続される第１の中間電極を形成し、第３及び第４のセンサ素子の間には両センサ素子が電気的に接続される第２の中間電極を形成し、第５及び第６のセンサ素子の間には両センサ素子が電気的に接続される第３の中間電極を形成し、第７及び第８のセンサ素子の間には両センサ素子が電気的に接続される第４の中間電極を形成し、第９及び第１０のセンサ素子の間には両センサ素子が電気的に接続される第５の中間電極を形成し、第１１及び第１２のセンサ素子の間には両センサ素子が電気的に接続される第６の中間電極を形成する。そして、第１〜第６の中間電極にはそれぞれ第１〜第６の接続線の一端を接続すればよい。
この場合、第１の中間電極に接続される第１の接続線は、第１の中間電極に接続されて、第１の一対の辺と平行に延びる接続線部分を有するように構成し、第２の中間電極に接続される第２の接続線は、第２の中間電極に接続されて、第２の一対の辺と平行に延びる接続線部分を有するように構成するのが好ましい。そして、第１の中間電極を中心にして第１の接続線とほぼ対称的な関係になる第１のダミー接続線をダイヤフラム部上に形成し、第２の中間電極を中心にして第２の接続線とほぼ対称的な関係になる第２のダミー接続線をダイヤフラム部上に形成する。また、第３の中間電極と第５の中間電極にそれぞれ接続される第３及び第５の接続線は、第３の中間電極と第５の中間電極にそれぞれ接続されて、第３の一対の辺と平行に延びる接続線部分を有し、第４の中間電極と第６の中間電極にそれぞれ接続される第４び第６の接続線は、第４の中間電極と前記第６の中間電極にそれぞれ接続されて、第４の一対の辺と平行に延びる接続線部分を有しているのが好ましい。
以上のような形状に第１〜第６の接続線を形成すれば、第１〜第６の接続線を第１〜第１２のセンサ素子に隣接しないように配置できるため、接続線により半導体結晶基板内に発生する歪みのセンサ素子の出力に与える影響を小さくできる。また、第１及び第２のセンサ素子が形成された第１の素子形成領域とし、第３及び第４のセンサ素子が形成された第２の素子形成領域とし、第５及び第６のセンサ素子並びに第９及び第１０のセンサ素子が形成された第３の素子形成領域とし、第７及び第８のセンサ素子並びに第１１及び第１２のセンサ素子が形成された第４の素子形成領域とした場合において、第１〜第４の形成領域の両側に接続線を対称に配置することができるため、接続線により半導体結晶基板内に発生する歪みが生じても、第１〜第６のセンサ素子の出力に偏った影響を与えることがない。
また、ダイヤフラム部には、第１及び第２のセンサ素子が形成された第１の素子形成領域の両側にそれぞれ第１の素子形成領域の可撓性を増大させるための一対の可撓性増大部を形成するのが好ましい。また、第３及び第４のセンサ素子が形成された第２の素子形成領域の両側にそれぞれ第２の素子形成領域の可撓性を増大させるための一対の可撓性増大部が形成するのが好ましい。また、第５及び第６のセンサ素子並びに第９及び第１０のセンサ素子が形成された第３の素子形成領域の両側にそれぞれ第３の素子形成領域の可撓性を増大させるための一対の可撓性増大部が形成するのが好ましい。また、前記第７及び第８のセンサ素子並びに第１１及び第１２のセンサ素子が形成された第４の素子形成領域の両側にそれぞれ第４の素子形成領域の可撓性を増大させるための一対の可撓性増大部を形成するのが好ましい。このように一対の可撓性増大部を形成すれば、ダイヤフラムの撓みが増大して、センサ素子の出力を高めることができる。
一対の可撓性増大部のそれぞれは、ダイヤフラム部の表面上に向かって開口する凹部または貫通孔から構成することができる。凹部が形成された部分はダイヤフラム部の厚み寸法が薄くなる。これにより、ダイヤフラム部が撓みやすくなる。
本願発明の発明者は、鋭意研究の結果、接続線の線膨張係数と半導体結晶基板の線膨張係数との差により半導体結晶基板内に歪みが発生し、この歪みが複数のセンサ素子の中の特定のセンサ素子の出力に偏った影響を与えており、この影響が半導体加速度センサの測定精度を高めることの障害の原因であることを見い出した。そこで、本発明のように、第１の領域及び第３の領域上にそれぞれ形成された第１及び第３のパターン部分のパターン形状がそれぞれ中心に対してほぼ点対称の関係になり、第２の領域及び第４の領域にそれぞれ形成された第２及び第４のパターン部分のパターン形状がそれぞれ中心に対してほぼ点対称の関係になるように配線パターンを形成すると、半導体結晶基板内に発生する歪みが、複数のセンサ素子の中の特定のセンサ素子の出力に偏った影響を与えないため、複数のセンサ素子が測定対象以外の力の影響を偏って受けることなく、半導体加速度センサの測定精度を高めることができる。
また、ダイヤフラム部の外側輪郭の形状が多角形状を呈し、ダイアフラム部の内側輪郭の形状が外側輪郭の各辺と実質的に平行に延びる４つの辺を含む多角形状を呈しているものとする。そして、外側輪郭及び内側輪郭はそれぞれ同心的に配置され、複数のセンサ素子はそれぞれ、外側輪郭の各辺及び内側輪郭の各辺の少なくとも１つに隣接してまたは跨って形成されているものとする。この場合は、外側輪郭及び内側輪郭の中心を通り外側輪郭の対向する一対の辺と直交する第１の仮想方向指示線と、中心を通り外側輪郭の対向する他の一対の辺と直交する第２の仮想方向指示線として、前述と同様に配線パターンを形成すればよい。ダイヤフラム部の外側輪郭及び内側輪郭の形状は、結晶方位及び適正なエッチングパターンの選択に応じて、矩形状、八角形状等の種々の多角形状に形成される。
複数本の接続線のうち少なくとも４本の接続線は、中心と外側輪郭の４つの角部とを結ぶ４本の仮想対角線に沿う接続線部分をそれぞれ持つように形成するのが好ましい。このようにすれば、少なくとも４本の接続線を第１の仮想方向指示線に沿って位置するセンサ素子と第２の仮想方向指示線に沿って位置するセンサ素子から離して配置できる。そのため、接続線により半導体結晶基板内に発生する歪みのセンサ素子の出力に与える影響を小さくできる。
直交する３方向の加速度を測定する場合は、複数のセンサ素子は、直交する第１〜第３の方向の加速度をそれぞれ検出するための３種類のセンサ素子群によって構成されることになる。この場合、第１の方向の加速度を検出するためのセンサ素子群は、ダイヤフラム部の外側輪郭及び内側輪郭の対向する第１の一対の辺に沿って配置された第１及び第２のセンサ素子と、重錘固定部を間にして第１の一対の辺と対向する外側輪郭及び内側輪郭の対向する第２の一対の辺に沿って配置された第３及び第４のセンサ素子とから構成することができる。そして、第１〜第４のセンサ素子は外側輪郭及び内側輪郭の中心を通り且つ第１及び第２の一対の辺と直交する第１の仮想方向指示線に沿って配置する。また、第２の方向の加速度を検出するためのセンサ素子群は、外側輪郭及び内側輪郭の対向する第３の一対の辺に沿って配置された第５及び第６のセンサ素子と、重錘固定部を間にして第３の一対の辺と対向する外側輪郭及び内側輪郭の対向する第４の一対の辺に沿って配置された第７及び第８のセンサ素子とから構成することができる。そして、第５〜第８のセンサ素子は外側輪郭及び内側輪郭の中心を通り且つ第３及び第４の一対の辺と直交する第２の仮想方向指示線に沿って配置する。また、第３の方向の加速度を検出するためのセンサ素子群は、第３の一対の辺に沿って配置された第９及び第１０のセンサ素子と、第４の一対の辺に沿って配置された第１１及び第１２のセンサ素子とから構成することができる。そして、第９及び第１０のセンサ素子は第２の仮想方向指示線と平行に延びる第１の仮想平行線に沿って配置し、第１１及び第１２のセンサ素子は第２の仮想方向指示線と平行に延び且つ第２の仮想方向指示線を中心にして第１の仮想平行線と線対称の位置に想定した第２の仮想平行線に沿って配置する。なお、ここでいう「一対の辺に沿って配置する」とは、一対の辺に跨った状態で沿って配置する場合と、一対の辺に隣接した状態または所定の間隔を隔てた状態で沿って配置する場合のいずれをも含むものである。
ダイヤフラム部の外側輪郭及び内側輪郭の対向する一対の辺に沿って配置された２つのセンサ素子の間と所定の電極とを接続線で接続するには、２つのセンサ素子の間に中間電極を形成するのが好ましい。このように中間電極を形成すれば、センサ素子が細長い形状を有していても、２つのセンサ素子の間と接続線とを容易に接続できる。具体的には、第１及び第２のセンサ素子の間には両センサ素子が電気的に接続される第１の中間電極を形成し、第３及び第４のセンサ素子の間には両センサ素子が電気的に接続される第２の中間電極を形成し、第５及び第６のセンサ素子の間には両センサ素子が電気的に接続される第３の中間電極を形成し、第７及び第８のセンサ素子の間には両センサ素子が電気的に接続される第４の中間電極を形成し、第９及び第１０のセンサ素子の間には両センサ素子が電気的に接続される第５の中間電極を形成し、第１１及び第１２のセンサ素子の間には両センサ素子が電気的に接続される第６の中間電極を形成する。そして、第１〜第６の中間電極にはそれぞれ第１〜第６の接続線の一端を接続すればよい。
この場合、第１の中間電極に接続される第１の接続線は、第１の中間電極に接続されて、第１の一対の辺と平行に延びる接続線部分を有するように構成し、第２の中間電極に接続される第２の接続線は、第２の中間電極に接続されて、第２の一対の辺と平行に延びる接続線部分を有するように構成するのが好ましい。そして、第１の中間電極を中心にして第１の接続線とほぼ対称的な関係になる第１のダミー接続線をダイヤフラム部上に形成し、第２の中間電極を中心にして第２の接続線とほぼ対称的な関係になる第２のダミー接続線をダイヤフラム部上に形成する。また、第３の中間電極と第５の中間電極にそれぞれ接続される第３及び第５の接続線は、第３の中間電極と第５の中間電極にそれぞれ接続されて、第３の一対の辺と平行に延びる接続線部分を有し、第４の中間電極と第６の中間電極にそれぞれ接続される第４び第６の接続線は、第４の中間電極と前記第６の中間電極にそれぞれ接続されて、第４の一対の辺と平行に延びる接続線部分を有しているのが好ましい。
以上のような形状に第１〜第６の接続線を形成すれば、第１〜第６の接続線を第１〜第１２のセンサ素子に隣接しないように配置できるため、接続線により半導体結晶基板内に発生する歪みのセンサ素子の出力に与える影響を小さくできる。また、第１及び第２のセンサ素子が形成された第１の素子形成領域とし、第３及び第４のセンサ素子が形成された第２の素子形成領域とし、第５及び第６のセンサ素子並びに第９及び第１０のセンサ素子が形成された第３の素子形成領域とし、第７及び第８のセンサ素子並びに第１１及び第１２のセンサ素子が形成された第４の素子形成領域とした場合において、第１〜第４の形成領域の両側に接続線を対称に配置することができるため、接続線により半導体結晶基板内に発生する歪みが生じても、第１〜第６のセンサ素子の出力に偏った影響を与えることがない。
また、ダイヤフラム部には、第１及び第２のセンサ素子が形成された第１の素子形成領域の両側にそれぞれ第１の素子形成領域の可撓性を増大させるための一対の可撓性増大部を形成するのが好ましい。また、第３及び第４のセンサ素子が形成された第２の素子形成領域の両側にそれぞれ第２の素子形成領域の可撓性を増大させるための一対の可撓性増大部が形成するのが好ましい。また、第５及び第６のセンサ素子並びに第９及び第１０のセンサ素子が形成された第３の素子形成領域の両側にそれぞれ第３の素子形成領域の可撓性を増大させるための一対の可撓性増大部が形成するのが好ましい。また、前記第７及び第８のセンサ素子並びに第１１及び第１２のセンサ素子が形成された第４の素子形成領域の両側にそれぞれ第４の素子形成領域の可撓性を増大させるための一対の可撓性増大部を形成するのが好ましい。このように一対の可撓性増大部を形成すれば、ダイヤフラムの撓みが増大して、センサ素子の出力を高めることができる。
一対の可撓性増大部のそれぞれは、ダイヤフラム部の表面上に向かって開口する凹部または貫通孔から構成することができる。凹部が形成された部分はダイヤフラム部の厚み寸法が薄くなる。これにより、ダイヤフラム部が撓みやすくなる。
図１は、本発明の実施の形態の半導体加速度センサの平面図である。
図２は、図１に示す半導体加速度センサの断面図である。
図３は、図１に示す半導体加速度センサのＸ軸方向のセンサ素子の回路図である。
図４は、図１に示す半導体加速度センサにおいて、凹部または貫通孔を形成した態様を説明するための図である。
図２は、図１に示す半導体加速度センサの断面図である。
図３は、図１に示す半導体加速度センサのＸ軸方向のセンサ素子の回路図である。
図４は、図１に示す半導体加速度センサにおいて、凹部または貫通孔を形成した態様を説明するための図である。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１及び図２は、本発明の実施の形態の半導体加速度センサの平面図及び断面図である。両図に示すように、本発明の実施の形態の半導体加速度センサは、センサ本体１と、センサ本体１に固定された重錘３と、センサ本体１を支持するガラス製の台座５とを有している。センサ本体１は、中心部に重錘固定部７が位置し、外周部に筒状の支持部９が位置し、重錘固定部７と支持部９との間に重錘固定部７及び支持部９よりも厚みが薄いダイヤフラム部１１を有するように単結晶シリコンからなる半導体結晶基板に異方性エッチングが施されて形成されている。センサ本体１上には、外部から加えられた力による加速度、または傾斜させた静止状態で加わる重力加速度に基づく力により重錘３が動いてダイヤフラム部１１が撓むことにより、加速度を検出する加速度検出パターン１３が形成されている。具体的には、加速度検出パターン１３は、相互に直交する第１〜第３の仮想方向指示線を構成する仮想Ｘ軸指示線ＸＬ、仮想Ｙ軸指示線ＹＬ及び仮想Ｚ軸指示線ＺＬが延びる第１〜第３の方向（Ｘ軸，Ｙ軸及びＺ軸の方向）の加速度を検出する。なお、Ｚ軸は、重錘固定部７の中心を通りダイヤフラム部１１の面が延びる方向と直交する方向に延びており、Ｘ軸及びＹ軸は、ダイヤフラム部１１の面が延びる方向に延びている。
重錘固定部７には、仮想Ｚ軸指示線ＺＬ上に中心が位置するように、先端に重錘３が固定されている。この重錘固定部７は、四角形からなる多角形状の横断面を有しており、その外周面は、ダイヤフラム部１１が位置する側から離れるに従って仮想Ｚ軸指示線ＺＬに近づくように傾斜する傾斜面として形成されている。
支持部９は、矩形の環状を有しており、内周面は、切頭角錐形の空間の外周面に倣うように、実質的に同形状の４つの台形状の傾斜面１５…が環状に組み合わされて構成されている。傾斜面１５…は、ダイヤフラム部１１が位置する側に向かうに従って仮想Ｚ軸指示線ＺＬに近づくように傾斜しており、後述するストッパ構造の一部を構成している。このような支持部９の内周面の構造により、重錘固定部７を含む支持部９の内部空間１７は、ダイヤフラム部１１に向かって横断面形状が小さくなる切頭角錐形状を有することになる。
重錘３は、円板状に近い輪郭を有するタングステンにより形成されている。この重錘３は、一端が重錘固定部７に接着剤により固定された状態で、支持部９内の内部空間１７と台座５内の内部空間１９とに跨って２つの内部空間内に配置されており、支持部９内の内部空間１７には、環状の部分３ａが入り込んでいる。環状の部分３ａは、支持部９側の角部に当接部３ｂを有している。当接部３ｂは、重錘固定部７が位置する側から見た輪郭形状が円形を有するようにほぼ円形の線状に延びている。本例では、当接部３ｂと前述した支持部９の４つの傾斜面１５…とにより重錘のストッパ構造が構成されている。そのため、重錘３の変位量が所定の範囲を超えると、当接部３ｂが傾斜面１５…に当接して重錘３の変位量が規制される。
図１に示すように、ダイヤフラム部１１は、破線で示す外側輪郭２１と内側輪郭２３とを備えた環状に形成されている。外側輪郭２１は、ダイヤフラム部１１と支持部９との境界部に位置しており、矩形状からなる多角形状を呈している。内側輪郭２３は、ダイヤフラム部１１と重錘固定部７との境界部に位置しており、外側輪郭２１の各辺と実質的に平行に延びる４つの辺を含む四角形からなる多角形状を呈している。外側輪郭２１及び内側輪郭２３はそれぞれ同心的に配置されている。これにより第１の仮想方向指示線（仮想Ｘ軸指示線）ＸＬは、外側輪郭２１及び内側輪郭２３の中心を通り外側輪郭２１の対向する一対の辺２１ａ，２１ｂと直交することになる。また、第２の仮想方向指示線（仮想Ｙ軸指示線）ＹＬは、外側輪郭２１及び内側輪郭２３の中心を通り外側輪郭２１の対向する他の一対の辺２１ｃ，２１ｄと直交することになる。
センサ本体１上に形成された加速度検出パターン１３は、１２個のセンサ素子（ＲＸ１等）と、１８個の電極（ＴＸ１等）と、センサ素子（ＲＸ１等）と電極（ＴＸ１等）とを電気的に接続する１８本の接続線（ＣＸ１等）と、２本のダミー接続線ＤＸ１，ＤＸ２とを有している。１２個のセンサ素子（ＲＸ１等）は、いずれもダイアフラム部１１の表面の所定位置に適宜なイオンを注入してｐ型の拡散抵抗層を形成することにより形成されており、直交する第１〜第３の方向（Ｘ軸，Ｙ軸及びＺ軸の方向）の加速度をそれぞれ検出するための３種類のセンサ素子群によって構成されている。Ｘ軸方向の加速度を検出するためのセンサ素子群は、仮想Ｘ軸指示線ＸＬに沿って配置された第１〜第４のセンサ素子ＲＸ１〜ＲＸ４から構成されている。第１及び第２のセンサ素子ＲＸ１，ＲＸ２は、外側輪郭２１及び内側輪郭２３の対向する第１の一対の辺２１ａ，２３ａに沿ってそれぞれ配置されている。第３及び第４のセンサ素子ＲＸ３，ＲＸ４は、重錘固定部７を間にして第１の一対の辺２１ａ，２３ａと対向する外側輪郭２１及び内側輪郭２３の対向する第２の一対の辺２１ｂ，２３ｂに沿ってそれぞれ配置されている。
Ｙ軸方向の加速度を検出するためのセンサ素子群は、仮想Ｙ軸指示線ＹＬに沿って配置された第５〜第８のセンサ素子ＲＹ１〜ＲＹ４から構成されている。第５及び第６のセンサ素子ＲＹ１，ＲＹ２は、外側輪郭２１及び内側輪郭２３の対向する第３の一対の辺２１ｃ，２３ｃに沿ってそれぞれ配置されている。第７及び第８のセンサ素子ＲＹ３，ＲＹ４は、重錘固定部７を間にして第３の一対の辺２１ｃ，２３ｃと対向する外側輪郭２１及び内側輪郭２３の対向する第４の一対の辺２１ｄ，２３ｄに沿ってそれぞれ配置されている。
Ｚ軸方向の加速度を検出するためのセンサ素子群は、第９〜第１２のセンサ素子ＲＺ１〜ＲＺ４から構成されている。第９及び第１０のセンサ素子ＲＺ１，ＲＺ２は、仮想Ｙ軸指示線ＹＬと平行に延びる第１の仮想平行線（第１の仮想Ｙ軸平行線）ＹＰ１に沿い且つ外側輪郭２１及び内側輪郭２３の対向する第３の一対の辺２１ｃ，２３ｃに沿うようにそれぞれ配置されている。第１１及び第１２のセンサ素子ＲＺ３，ＲＺ４は、仮想Ｙ軸指示線ＹＬと平行に延び且つ仮想Ｙ軸指示線ＹＬを中心にして第１の仮想Ｙ軸平行線ＹＰ１と線対称の位置に想定した第２の仮想平行線（第２の仮想Ｙ軸平行線）ＹＰ２に沿い且つ外側輪郭２１及び内側輪郭２３の対向する第４の一対の辺２１ｄ，２３ｄに沿ってそれぞれ配置されている。
各軸方向のセンサ素子は、Ｘ軸方向の第１〜第４のセンサ素子ＲＸ１〜ＲＸ４を例にとって説明すると、図３に示すように、後述する対応する６個の電極ＴＸ１〜ＴＸ６と６本の接続線ＣＸ１〜ＣＸ６と共にブリッジ回路をそれぞれ構成している。なお、接続線ＣＸ１〜ＣＸ６は、センサ素子ＲＸ１〜ＲＸ４に比べれば小さいものの僅かな抵抗値を有しているので、図３においては、抵抗として描いている。
各軸方向の所定のセンサ素子の間には両センサ素子のそれぞれの一方の端部に電気的に接続される中間電極（ＭＸ１等）が拡散抵抗によってダイヤフラム部１１上に形成されている。具体的には、第１及び第２のセンサ素子ＲＸ１，ＲＸ２の間には第１の中間電極ＭＸ１が形成されており、第３及び第４のセンサ素子ＲＸ３，ＲＸ４の間には第２の中間電極ＭＸ２が形成されている。また、第５及び第６のセンサ素子ＲＹ１，ＲＹ２の間には第３の中間電極ＭＹ１が形成されており、第７及び第８のセンサ素子ＲＹ３，ＲＹ４の間には第４の中間電極ＭＹ２が形成されている。また、第９及び第１０のセンサ素子ＲＺ１，ＲＺ２の間には第５の中間電極ＭＺ１が形成されており、第１１及び第１２のセンサ素子ＲＺ３，ＲＺ４の間には第６の中間電極ＭＺ２が形成されている。
１８個の電極（ＴＸ１等）は、いずれもアルミの蒸着により形成された矩形形状を呈しており、センサ本体１の表面上の縁部に配置されている。
１８本の接続線を構成する第１〜第１８の接続線（ＣＸ１等）は、いずれもアルミの蒸着により形成されており、所定のセンサ素子（ＲＸ１等）と所定の電極（ＴＸ１等）とをそれぞれ電気的に接続している。第１の接続線ＣＸ１は、第１の中間電極ＭＸ１と電極ＴＸ２とを接続している。これにより、第１及び第２のセンサ素子ＲＸ１，ＲＸ２のそれぞれの一方の端部と電極ＴＸ２とは電気的に接続される。第２の接続線ＣＸ２は、第２の中間電極ＭＸ２と電極ＴＸ５とを接続している。これにより、第３及び第４のセンサ素子ＲＸ３，ＲＸ４のそれぞれの一方の端部と電極ＴＸ５とを電気的は接続される。第３の接続線ＣＹ１は、第３の中間電極ＭＹ１と電極ＴＹ２とを接続している。これにより、第５及び第６のセンサ素子ＲＹ１，ＲＹ２のそれぞれの一方の端部と電極ＴＹ２とは電気的に接続される。第４の接続線ＣＹ２は、第４の中間電極ＭＹ２と電極ＴＹ５とを接続している。これにより、第７及び第８のセンサ素子ＲＹ３，ＲＹ４のそれぞれの一方の端部と電極ＴＹ５とは電気的に接続される。第５の接続線ＣＺ１は、第５の中間電極ＭＺ１と電極ＴＺ２とを接続している。これにより、第９及び第１０のセンサ素子ＲＺ１，ＲＺ２のそれぞれの一方の端部と電極ＴＺ２とは電気的に接続される。第６の接続線ＣＺ２は、第６の中間電極ＭＺ２と電極ＴＺ５とを接続している。これにより、第１１及び第１２のセンサ素子ＲＺ３，ＲＺ４のそれぞれの一方の端部と電極ＴＺ５とは電気的に接続される。第７〜第１２の接続線ＣＸ３，ＣＸ４，ＣＹ３，ＣＹ４，ＣＺ３，ＣＺ４は、外側輪郭２１に沿って跨るセンサ素子ＲＸ１，ＲＸ３，ＲＹ１，ＲＹ３，ＲＺ１，ＲＺ３の他方の端部と電極ＴＸ１，ＴＸ４，ＴＹ１，ＴＹ４，ＴＺ１，ＴＺ４とをそれぞれ電気的に接続している。第１３〜第１８の接続線ＣＸ５，ＣＸ６，ＣＹ５，ＣＹ６，ＣＺ５，ＣＺ６は、内側輪郭２３に沿って跨るセンサ素子ＲＸ２，ＲＸ４，ＲＹ２，ＲＹ４，ＲＺ２，ＲＺ４の他方の端部と電極ＴＸ３，ＴＸ６，ＴＹ３，ＴＹ６，ＴＺ３，ＴＺ６とをそれぞれ電気的に接続している。そして、これらの１８本の接続線（ＣＸ１等）と２本のダミー接続線ＤＸ１，ＤＸ２とにより、加速度検出パターン１３の配線パターンが形成されることになる。
ダイヤフラム部１１の表面には、仮想Ｘ軸指示線ＸＬ及び仮想Ｙ軸指示線ＹＬに区分けしたと仮定した場合に時計回りに並ぶ第１〜第４の領域２７，２９，３１，３３が形成されている。加速度検出パターン１３の配線パターンは、１８本の接続線（ＣＸ１等）と２本のダミー接続線ＤＸ１，ＤＸ２の線膨張係数と、センサ本体１を構成する半導体結晶基板の線膨張係数との差により半導体結晶基板内に発生する歪みが、複数のセンサ素子（ＲＸ１等）の中の特定のセンサ素子の出力に偏った影響を与えないように定められている。具体的には、第１〜第４の領域２７，２９，３１，３３上に形成される配線パターンの各部を第１〜第４のパターン部分としたときに、ダイヤフラム部１１の中心Ｃに対して点対称の位置にある第１の領域２７及び第３の領域３１上にそれぞれ形成された第１及び第３のパターン部分のパターン形状がそれぞれ中心Ｃに対してほぼ点対称の関係になり、第２の領域及び第４の領域２９，３３にそれぞれ形成された第２及び第４のパターン部分のパターン形状がそれぞれ中心Ｃに対してほぼ点対称の関係になるように加速度検出パターン１３の配線パターンは形成されている。本例のように加速度検出パターン１３の配線パターンを形成すれば、接続線（ＣＸ１等）の線膨張係数とセンサ本体１を構成する半導体結晶基板の線膨張係数との差により半導体結晶基板内に歪みが発生しても、仮想Ｘ軸指示線ＸＬに沿って位置するセンサ素子ＲＸ１〜ＲＸ４の出力と仮想Ｙ軸指示線ＹＬに沿って位置するセンサ素子ＲＹ１〜ＲＹ４の出力と仮想Ｙ軸平行線ＹＰ１，ＹＰ２に沿って位置するセンサ素子ＲＺ１〜ＲＺ４の出力とに与える発生した歪みの影響がほぼ等しくなり、発生した歪みが特定のセンサ素子の出力に偏った影響を与えることがない。
また、ダイアフラム部の表面上の加速度検出パターン１３の配線パターンは、仮想Ｘ軸指示線ＸＬに対して線対称に近いの関係になり、仮想Ｙ軸指示線ＹＬに対してもほぼ線対称に近い関係になるように形成されている。
配線パターン２５を形成する個々の接続線の形状について説明すると、センサ素子ＲＸ２，ＲＸ４，ＲＹ２，ＲＹ４，ＲＺ２，ＲＺ４の他方の端部に一端が接続され所定の電極に他端が接続された第１３〜第１８の接続線ＣＸ５，ＣＸ６，ＣＹ５，ＣＹ６，ＣＺ５，ＣＺ６は、中心Ｃと外側輪郭２１の４つの角部とを結ぶ４本の仮想対角線に沿う接続線部分をそれぞれ持つように形成されている。
また、第１の中間電極ＭＸ１に接続された第１の接続線ＣＸ１は、第１の中間電極ＭＸ１に接続されて、第１の一対の辺２１ａ，２３ａと平行に延びる接続線部分ＣＸ１ａと、第１３の接続線ＣＸ５と平行に延びる接続線部分ＣＸ１ｂとを有している。そして、第１の中間電極ＭＸ１を中心にして第１の接続線ＣＸ１とほぼ対称的な関係になるように第１のダミー接続線ＤＸ１がダイヤフラム部１１上に形成されている。
第２の中間電極ＭＸ２に接続された第２の接続線ＣＸ２は、第２の中間電極ＭＸ２に接続されて、第２の一対の辺２１ｂ，２３ｂと平行に延びる接続線部分ＣＸ２ａと、第１４の接続線ＣＸ６と平行に延びる接続線部分ＣＸ２ｂとを有している。そして、第２の中間電極ＭＸ２を中心にして第２の接続線ＣＸ２とほぼ対称的な関係になるように第２のダミー接続線ＤＸ２がダイヤフラム部１１上に形成されている。
第３の中間電極ＭＹ１に接続される第３の接続線ＣＹ１は、第３の中間電極に接続されて第３の一対の辺２１ｃ，２３ｃと平行に延びる接続線部分ＣＹ１ａと、第１５の接続線ＣＹ５と平行に延びる接続線部分ＣＹ１ｂとを有している。第５の中間電極ＭＺ１に接続される第５の接続線ＣＺ１は、第５の中間電極ＭＺ１に接続されて第３の一対の辺２１ｃ，２３ｃと平行に延びる接続線部分ＣＺ１ａと、第１７の接続線ＣＺ５と平行に延びる接続線部分ＣＺ１ｂとを有している。そして、第３及び第５の接続線ＣＹ１，ＣＺ１は、第３の中間電極ＭＹ１及び第５の中間電極ＭＺ１を中心にしてほぼ対称的な関係になるようにダイヤフラム部１１上に形成されている。
第４の中間電極ＭＹ２に接続される第４の接続線ＣＹ２は、第４の中間電極に接続されて第４の一対の辺２１ｄ，２３ｄと平行に延びる接続線部分ＣＹ２ａと、第１６の接続線ＣＹ６と平行に延びる接続線部分ＣＹ２ｂとを有している。第６の中間電極ＭＺ２に接続される第６の接続線ＣＺ２は、第６の中間電極ＭＺ２に接続されて第４の一対の辺２１ｄ，２３ｄと平行に延びる接続線部分ＣＺ２ａと、第１８の接続線ＣＺ６と平行に延びる接続線部分ＣＺ２ｂとを有している。そして、第４及び第６の接続線ＣＹ２，ＣＺ２は、第４の中間電極ＭＹ２及び第６の中間電極ＭＺ２を中心にしてほぼ対称的な関係になるようにダイヤフラム部１１上に形成されている。
図４の一点鎖線に示すように、ダイヤフラム部１１には、第１及び第２のセンサ素子ＲＸ１，ＲＸ２が形成された第１の素子形成領域の両側にそれぞれ第１の素子形成領域の可撓性を増大させるための可撓性増大部３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ，３５Ｄを形成することができる。また、第３及び第４のセンサ素子ＲＸ３，ＲＸ４のセンサ素子が形成された第２の素子形成領域の両側にそれぞれ第２の素子形成領域の可撓性を増大させるための可撓性増大部３７Ａ，３７Ｂ，３７Ｃ，３７Ｄを形成することができる。また、第５及び第６のセンサ素子ＲＹ１，ＲＹ２並びに第９及び第１０のセンサ素子ＲＺ１，ＲＺ２が形成された第３の素子形成領域の両側にそれぞれ第３の素子形成領域の可撓性を増大させるための可撓性増大部３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃ，３９Ｄを形成することができる。また、第７及び第８のセンサ素子ＲＹ３，ＲＹ４並びに第１１及び第１２のセンサ素子ＲＺ３，ＲＺ４が形成された第４の素子形成領域の両側にそれぞれ第４の素子形成領域の可撓性を増大させるための可撓性増大部４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄを形成することができる。このような可撓性増大部のそれぞれは、ダイヤフラム部１１の表面上に向かって開口する凹部または貫通孔から構成することができる。
なお、上記例では、センサ素子（ＲＸ１等）を外側輪郭２１の各辺及び内側輪郭２３の各辺の両方に沿ってそれぞれ配置したが、センサ素子を外側輪郭の各辺及び内側輪郭の各辺の少なくとも１つに配置した半導体加速度センサにも本発明が適用できるのは勿論である。例えば、センサ素子を外側輪郭の各辺のみに配置した半導体加速度センサ、または内側輪郭にのみ配置した半導体加速度センサにも本発明が適用できるのは勿論である。
以下、本願に記載した他の発明について付記する。
（１） 中心部に重錘固定部、外周部に筒状の支持部、そして前記重錘固定部と前記支持部との間に前記重錘固定部及び前記支持部よりも厚みが薄いダイヤフラム部を有する半導体結晶基板からなるセンサ本体と、
前記ダイヤフラム部に形成された拡散抵抗からなる複数のセンサ素子と、
前記センサ本体の表面上に形成された複数の電極と、
前記センサ本体の表面上に形成されて前記複数のセンサ素子と前記複数の電極とを電気的に接続する複数本の導電部からなる接続線とを具備する半導体加速度センサであって、
前記ダイヤフラム部の外側輪郭の形状は多角形状を呈しており、
前記ダイアフラム部の表面上に形成される前記複数本の接続線からなる配線パターンが、前記外側輪郭の中心を通り前記外側輪郭の対向する一対の辺と直交する第１の仮想方向指示線に対してほぼ線対称の関係になり、前記外側輪郭の中心を通り前記外側輪郭の対向する他の一対の辺と直交する第２の仮想方向指示線に対してほぼ線対称の関係になるように形成されていることを特徴とする半導体加速度センサ。
（２） 中心部に重錘固定部、外周部に筒状の支持部、そして前記重錘固定部と前記支持部との間に前記重錘固定部及び前記支持部よりも厚みが薄いダイヤフラム部を有する半導体結晶基板からなるセンサ本体と、
前記ダイヤフラム部に形成された拡散抵抗からなる複数のセンサ素子と、
前記センサ本体の表面上に形成された複数の電極と、
前記センサ本体の表面上に形成されて前記複数のセンサ素子と前記複数の電極とを電気的に接続する複数本の導電部からなる接続線とを具備する半導体加速度センサであって、
前記ダイヤフラム部の外側輪郭の形状は多角形状を呈し、前記ダイアフラム部の内側輪郭の形状は前記外側輪郭の各辺と実質的に平行に延びる４つの辺を含む多角形状を呈し、前記外側輪郭及び前記内側輪郭はそれぞれ同心的に配置され、
前記複数のセンサ素子はそれぞれ、前記外側輪郭の各辺及び前記内側輪郭の各辺の少なくとも１つに隣接してまたは跨って形成され、
前記ダイアフラム部の表面上に形成される前記複数本の接続線からなる配線パターンが、前記外側輪郭の中心を通り前記外側輪郭の対向する一対の辺と直交する第１の仮想方向指示線に対してほぼ線対称の関係になり、前記外側輪郭の中心を通り前記外側輪郭の対向する他の一対の辺と直交する第２の仮想方向指示線に対してほぼ線対称の関係になるように形成されていることを特徴とする半導体加速度センサ。
重錘固定部７には、仮想Ｚ軸指示線ＺＬ上に中心が位置するように、先端に重錘３が固定されている。この重錘固定部７は、四角形からなる多角形状の横断面を有しており、その外周面は、ダイヤフラム部１１が位置する側から離れるに従って仮想Ｚ軸指示線ＺＬに近づくように傾斜する傾斜面として形成されている。
支持部９は、矩形の環状を有しており、内周面は、切頭角錐形の空間の外周面に倣うように、実質的に同形状の４つの台形状の傾斜面１５…が環状に組み合わされて構成されている。傾斜面１５…は、ダイヤフラム部１１が位置する側に向かうに従って仮想Ｚ軸指示線ＺＬに近づくように傾斜しており、後述するストッパ構造の一部を構成している。このような支持部９の内周面の構造により、重錘固定部７を含む支持部９の内部空間１７は、ダイヤフラム部１１に向かって横断面形状が小さくなる切頭角錐形状を有することになる。
重錘３は、円板状に近い輪郭を有するタングステンにより形成されている。この重錘３は、一端が重錘固定部７に接着剤により固定された状態で、支持部９内の内部空間１７と台座５内の内部空間１９とに跨って２つの内部空間内に配置されており、支持部９内の内部空間１７には、環状の部分３ａが入り込んでいる。環状の部分３ａは、支持部９側の角部に当接部３ｂを有している。当接部３ｂは、重錘固定部７が位置する側から見た輪郭形状が円形を有するようにほぼ円形の線状に延びている。本例では、当接部３ｂと前述した支持部９の４つの傾斜面１５…とにより重錘のストッパ構造が構成されている。そのため、重錘３の変位量が所定の範囲を超えると、当接部３ｂが傾斜面１５…に当接して重錘３の変位量が規制される。
図１に示すように、ダイヤフラム部１１は、破線で示す外側輪郭２１と内側輪郭２３とを備えた環状に形成されている。外側輪郭２１は、ダイヤフラム部１１と支持部９との境界部に位置しており、矩形状からなる多角形状を呈している。内側輪郭２３は、ダイヤフラム部１１と重錘固定部７との境界部に位置しており、外側輪郭２１の各辺と実質的に平行に延びる４つの辺を含む四角形からなる多角形状を呈している。外側輪郭２１及び内側輪郭２３はそれぞれ同心的に配置されている。これにより第１の仮想方向指示線（仮想Ｘ軸指示線）ＸＬは、外側輪郭２１及び内側輪郭２３の中心を通り外側輪郭２１の対向する一対の辺２１ａ，２１ｂと直交することになる。また、第２の仮想方向指示線（仮想Ｙ軸指示線）ＹＬは、外側輪郭２１及び内側輪郭２３の中心を通り外側輪郭２１の対向する他の一対の辺２１ｃ，２１ｄと直交することになる。
センサ本体１上に形成された加速度検出パターン１３は、１２個のセンサ素子（ＲＸ１等）と、１８個の電極（ＴＸ１等）と、センサ素子（ＲＸ１等）と電極（ＴＸ１等）とを電気的に接続する１８本の接続線（ＣＸ１等）と、２本のダミー接続線ＤＸ１，ＤＸ２とを有している。１２個のセンサ素子（ＲＸ１等）は、いずれもダイアフラム部１１の表面の所定位置に適宜なイオンを注入してｐ型の拡散抵抗層を形成することにより形成されており、直交する第１〜第３の方向（Ｘ軸，Ｙ軸及びＺ軸の方向）の加速度をそれぞれ検出するための３種類のセンサ素子群によって構成されている。Ｘ軸方向の加速度を検出するためのセンサ素子群は、仮想Ｘ軸指示線ＸＬに沿って配置された第１〜第４のセンサ素子ＲＸ１〜ＲＸ４から構成されている。第１及び第２のセンサ素子ＲＸ１，ＲＸ２は、外側輪郭２１及び内側輪郭２３の対向する第１の一対の辺２１ａ，２３ａに沿ってそれぞれ配置されている。第３及び第４のセンサ素子ＲＸ３，ＲＸ４は、重錘固定部７を間にして第１の一対の辺２１ａ，２３ａと対向する外側輪郭２１及び内側輪郭２３の対向する第２の一対の辺２１ｂ，２３ｂに沿ってそれぞれ配置されている。
Ｙ軸方向の加速度を検出するためのセンサ素子群は、仮想Ｙ軸指示線ＹＬに沿って配置された第５〜第８のセンサ素子ＲＹ１〜ＲＹ４から構成されている。第５及び第６のセンサ素子ＲＹ１，ＲＹ２は、外側輪郭２１及び内側輪郭２３の対向する第３の一対の辺２１ｃ，２３ｃに沿ってそれぞれ配置されている。第７及び第８のセンサ素子ＲＹ３，ＲＹ４は、重錘固定部７を間にして第３の一対の辺２１ｃ，２３ｃと対向する外側輪郭２１及び内側輪郭２３の対向する第４の一対の辺２１ｄ，２３ｄに沿ってそれぞれ配置されている。
Ｚ軸方向の加速度を検出するためのセンサ素子群は、第９〜第１２のセンサ素子ＲＺ１〜ＲＺ４から構成されている。第９及び第１０のセンサ素子ＲＺ１，ＲＺ２は、仮想Ｙ軸指示線ＹＬと平行に延びる第１の仮想平行線（第１の仮想Ｙ軸平行線）ＹＰ１に沿い且つ外側輪郭２１及び内側輪郭２３の対向する第３の一対の辺２１ｃ，２３ｃに沿うようにそれぞれ配置されている。第１１及び第１２のセンサ素子ＲＺ３，ＲＺ４は、仮想Ｙ軸指示線ＹＬと平行に延び且つ仮想Ｙ軸指示線ＹＬを中心にして第１の仮想Ｙ軸平行線ＹＰ１と線対称の位置に想定した第２の仮想平行線（第２の仮想Ｙ軸平行線）ＹＰ２に沿い且つ外側輪郭２１及び内側輪郭２３の対向する第４の一対の辺２１ｄ，２３ｄに沿ってそれぞれ配置されている。
各軸方向のセンサ素子は、Ｘ軸方向の第１〜第４のセンサ素子ＲＸ１〜ＲＸ４を例にとって説明すると、図３に示すように、後述する対応する６個の電極ＴＸ１〜ＴＸ６と６本の接続線ＣＸ１〜ＣＸ６と共にブリッジ回路をそれぞれ構成している。なお、接続線ＣＸ１〜ＣＸ６は、センサ素子ＲＸ１〜ＲＸ４に比べれば小さいものの僅かな抵抗値を有しているので、図３においては、抵抗として描いている。
各軸方向の所定のセンサ素子の間には両センサ素子のそれぞれの一方の端部に電気的に接続される中間電極（ＭＸ１等）が拡散抵抗によってダイヤフラム部１１上に形成されている。具体的には、第１及び第２のセンサ素子ＲＸ１，ＲＸ２の間には第１の中間電極ＭＸ１が形成されており、第３及び第４のセンサ素子ＲＸ３，ＲＸ４の間には第２の中間電極ＭＸ２が形成されている。また、第５及び第６のセンサ素子ＲＹ１，ＲＹ２の間には第３の中間電極ＭＹ１が形成されており、第７及び第８のセンサ素子ＲＹ３，ＲＹ４の間には第４の中間電極ＭＹ２が形成されている。また、第９及び第１０のセンサ素子ＲＺ１，ＲＺ２の間には第５の中間電極ＭＺ１が形成されており、第１１及び第１２のセンサ素子ＲＺ３，ＲＺ４の間には第６の中間電極ＭＺ２が形成されている。
１８個の電極（ＴＸ１等）は、いずれもアルミの蒸着により形成された矩形形状を呈しており、センサ本体１の表面上の縁部に配置されている。
１８本の接続線を構成する第１〜第１８の接続線（ＣＸ１等）は、いずれもアルミの蒸着により形成されており、所定のセンサ素子（ＲＸ１等）と所定の電極（ＴＸ１等）とをそれぞれ電気的に接続している。第１の接続線ＣＸ１は、第１の中間電極ＭＸ１と電極ＴＸ２とを接続している。これにより、第１及び第２のセンサ素子ＲＸ１，ＲＸ２のそれぞれの一方の端部と電極ＴＸ２とは電気的に接続される。第２の接続線ＣＸ２は、第２の中間電極ＭＸ２と電極ＴＸ５とを接続している。これにより、第３及び第４のセンサ素子ＲＸ３，ＲＸ４のそれぞれの一方の端部と電極ＴＸ５とを電気的は接続される。第３の接続線ＣＹ１は、第３の中間電極ＭＹ１と電極ＴＹ２とを接続している。これにより、第５及び第６のセンサ素子ＲＹ１，ＲＹ２のそれぞれの一方の端部と電極ＴＹ２とは電気的に接続される。第４の接続線ＣＹ２は、第４の中間電極ＭＹ２と電極ＴＹ５とを接続している。これにより、第７及び第８のセンサ素子ＲＹ３，ＲＹ４のそれぞれの一方の端部と電極ＴＹ５とは電気的に接続される。第５の接続線ＣＺ１は、第５の中間電極ＭＺ１と電極ＴＺ２とを接続している。これにより、第９及び第１０のセンサ素子ＲＺ１，ＲＺ２のそれぞれの一方の端部と電極ＴＺ２とは電気的に接続される。第６の接続線ＣＺ２は、第６の中間電極ＭＺ２と電極ＴＺ５とを接続している。これにより、第１１及び第１２のセンサ素子ＲＺ３，ＲＺ４のそれぞれの一方の端部と電極ＴＺ５とは電気的に接続される。第７〜第１２の接続線ＣＸ３，ＣＸ４，ＣＹ３，ＣＹ４，ＣＺ３，ＣＺ４は、外側輪郭２１に沿って跨るセンサ素子ＲＸ１，ＲＸ３，ＲＹ１，ＲＹ３，ＲＺ１，ＲＺ３の他方の端部と電極ＴＸ１，ＴＸ４，ＴＹ１，ＴＹ４，ＴＺ１，ＴＺ４とをそれぞれ電気的に接続している。第１３〜第１８の接続線ＣＸ５，ＣＸ６，ＣＹ５，ＣＹ６，ＣＺ５，ＣＺ６は、内側輪郭２３に沿って跨るセンサ素子ＲＸ２，ＲＸ４，ＲＹ２，ＲＹ４，ＲＺ２，ＲＺ４の他方の端部と電極ＴＸ３，ＴＸ６，ＴＹ３，ＴＹ６，ＴＺ３，ＴＺ６とをそれぞれ電気的に接続している。そして、これらの１８本の接続線（ＣＸ１等）と２本のダミー接続線ＤＸ１，ＤＸ２とにより、加速度検出パターン１３の配線パターンが形成されることになる。
ダイヤフラム部１１の表面には、仮想Ｘ軸指示線ＸＬ及び仮想Ｙ軸指示線ＹＬに区分けしたと仮定した場合に時計回りに並ぶ第１〜第４の領域２７，２９，３１，３３が形成されている。加速度検出パターン１３の配線パターンは、１８本の接続線（ＣＸ１等）と２本のダミー接続線ＤＸ１，ＤＸ２の線膨張係数と、センサ本体１を構成する半導体結晶基板の線膨張係数との差により半導体結晶基板内に発生する歪みが、複数のセンサ素子（ＲＸ１等）の中の特定のセンサ素子の出力に偏った影響を与えないように定められている。具体的には、第１〜第４の領域２７，２９，３１，３３上に形成される配線パターンの各部を第１〜第４のパターン部分としたときに、ダイヤフラム部１１の中心Ｃに対して点対称の位置にある第１の領域２７及び第３の領域３１上にそれぞれ形成された第１及び第３のパターン部分のパターン形状がそれぞれ中心Ｃに対してほぼ点対称の関係になり、第２の領域及び第４の領域２９，３３にそれぞれ形成された第２及び第４のパターン部分のパターン形状がそれぞれ中心Ｃに対してほぼ点対称の関係になるように加速度検出パターン１３の配線パターンは形成されている。本例のように加速度検出パターン１３の配線パターンを形成すれば、接続線（ＣＸ１等）の線膨張係数とセンサ本体１を構成する半導体結晶基板の線膨張係数との差により半導体結晶基板内に歪みが発生しても、仮想Ｘ軸指示線ＸＬに沿って位置するセンサ素子ＲＸ１〜ＲＸ４の出力と仮想Ｙ軸指示線ＹＬに沿って位置するセンサ素子ＲＹ１〜ＲＹ４の出力と仮想Ｙ軸平行線ＹＰ１，ＹＰ２に沿って位置するセンサ素子ＲＺ１〜ＲＺ４の出力とに与える発生した歪みの影響がほぼ等しくなり、発生した歪みが特定のセンサ素子の出力に偏った影響を与えることがない。
また、ダイアフラム部の表面上の加速度検出パターン１３の配線パターンは、仮想Ｘ軸指示線ＸＬに対して線対称に近いの関係になり、仮想Ｙ軸指示線ＹＬに対してもほぼ線対称に近い関係になるように形成されている。
配線パターン２５を形成する個々の接続線の形状について説明すると、センサ素子ＲＸ２，ＲＸ４，ＲＹ２，ＲＹ４，ＲＺ２，ＲＺ４の他方の端部に一端が接続され所定の電極に他端が接続された第１３〜第１８の接続線ＣＸ５，ＣＸ６，ＣＹ５，ＣＹ６，ＣＺ５，ＣＺ６は、中心Ｃと外側輪郭２１の４つの角部とを結ぶ４本の仮想対角線に沿う接続線部分をそれぞれ持つように形成されている。
また、第１の中間電極ＭＸ１に接続された第１の接続線ＣＸ１は、第１の中間電極ＭＸ１に接続されて、第１の一対の辺２１ａ，２３ａと平行に延びる接続線部分ＣＸ１ａと、第１３の接続線ＣＸ５と平行に延びる接続線部分ＣＸ１ｂとを有している。そして、第１の中間電極ＭＸ１を中心にして第１の接続線ＣＸ１とほぼ対称的な関係になるように第１のダミー接続線ＤＸ１がダイヤフラム部１１上に形成されている。
第２の中間電極ＭＸ２に接続された第２の接続線ＣＸ２は、第２の中間電極ＭＸ２に接続されて、第２の一対の辺２１ｂ，２３ｂと平行に延びる接続線部分ＣＸ２ａと、第１４の接続線ＣＸ６と平行に延びる接続線部分ＣＸ２ｂとを有している。そして、第２の中間電極ＭＸ２を中心にして第２の接続線ＣＸ２とほぼ対称的な関係になるように第２のダミー接続線ＤＸ２がダイヤフラム部１１上に形成されている。
第３の中間電極ＭＹ１に接続される第３の接続線ＣＹ１は、第３の中間電極に接続されて第３の一対の辺２１ｃ，２３ｃと平行に延びる接続線部分ＣＹ１ａと、第１５の接続線ＣＹ５と平行に延びる接続線部分ＣＹ１ｂとを有している。第５の中間電極ＭＺ１に接続される第５の接続線ＣＺ１は、第５の中間電極ＭＺ１に接続されて第３の一対の辺２１ｃ，２３ｃと平行に延びる接続線部分ＣＺ１ａと、第１７の接続線ＣＺ５と平行に延びる接続線部分ＣＺ１ｂとを有している。そして、第３及び第５の接続線ＣＹ１，ＣＺ１は、第３の中間電極ＭＹ１及び第５の中間電極ＭＺ１を中心にしてほぼ対称的な関係になるようにダイヤフラム部１１上に形成されている。
第４の中間電極ＭＹ２に接続される第４の接続線ＣＹ２は、第４の中間電極に接続されて第４の一対の辺２１ｄ，２３ｄと平行に延びる接続線部分ＣＹ２ａと、第１６の接続線ＣＹ６と平行に延びる接続線部分ＣＹ２ｂとを有している。第６の中間電極ＭＺ２に接続される第６の接続線ＣＺ２は、第６の中間電極ＭＺ２に接続されて第４の一対の辺２１ｄ，２３ｄと平行に延びる接続線部分ＣＺ２ａと、第１８の接続線ＣＺ６と平行に延びる接続線部分ＣＺ２ｂとを有している。そして、第４及び第６の接続線ＣＹ２，ＣＺ２は、第４の中間電極ＭＹ２及び第６の中間電極ＭＺ２を中心にしてほぼ対称的な関係になるようにダイヤフラム部１１上に形成されている。
図４の一点鎖線に示すように、ダイヤフラム部１１には、第１及び第２のセンサ素子ＲＸ１，ＲＸ２が形成された第１の素子形成領域の両側にそれぞれ第１の素子形成領域の可撓性を増大させるための可撓性増大部３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ，３５Ｄを形成することができる。また、第３及び第４のセンサ素子ＲＸ３，ＲＸ４のセンサ素子が形成された第２の素子形成領域の両側にそれぞれ第２の素子形成領域の可撓性を増大させるための可撓性増大部３７Ａ，３７Ｂ，３７Ｃ，３７Ｄを形成することができる。また、第５及び第６のセンサ素子ＲＹ１，ＲＹ２並びに第９及び第１０のセンサ素子ＲＺ１，ＲＺ２が形成された第３の素子形成領域の両側にそれぞれ第３の素子形成領域の可撓性を増大させるための可撓性増大部３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃ，３９Ｄを形成することができる。また、第７及び第８のセンサ素子ＲＹ３，ＲＹ４並びに第１１及び第１２のセンサ素子ＲＺ３，ＲＺ４が形成された第４の素子形成領域の両側にそれぞれ第４の素子形成領域の可撓性を増大させるための可撓性増大部４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄを形成することができる。このような可撓性増大部のそれぞれは、ダイヤフラム部１１の表面上に向かって開口する凹部または貫通孔から構成することができる。
なお、上記例では、センサ素子（ＲＸ１等）を外側輪郭２１の各辺及び内側輪郭２３の各辺の両方に沿ってそれぞれ配置したが、センサ素子を外側輪郭の各辺及び内側輪郭の各辺の少なくとも１つに配置した半導体加速度センサにも本発明が適用できるのは勿論である。例えば、センサ素子を外側輪郭の各辺のみに配置した半導体加速度センサ、または内側輪郭にのみ配置した半導体加速度センサにも本発明が適用できるのは勿論である。
以下、本願に記載した他の発明について付記する。
（１） 中心部に重錘固定部、外周部に筒状の支持部、そして前記重錘固定部と前記支持部との間に前記重錘固定部及び前記支持部よりも厚みが薄いダイヤフラム部を有する半導体結晶基板からなるセンサ本体と、
前記ダイヤフラム部に形成された拡散抵抗からなる複数のセンサ素子と、
前記センサ本体の表面上に形成された複数の電極と、
前記センサ本体の表面上に形成されて前記複数のセンサ素子と前記複数の電極とを電気的に接続する複数本の導電部からなる接続線とを具備する半導体加速度センサであって、
前記ダイヤフラム部の外側輪郭の形状は多角形状を呈しており、
前記ダイアフラム部の表面上に形成される前記複数本の接続線からなる配線パターンが、前記外側輪郭の中心を通り前記外側輪郭の対向する一対の辺と直交する第１の仮想方向指示線に対してほぼ線対称の関係になり、前記外側輪郭の中心を通り前記外側輪郭の対向する他の一対の辺と直交する第２の仮想方向指示線に対してほぼ線対称の関係になるように形成されていることを特徴とする半導体加速度センサ。
（２） 中心部に重錘固定部、外周部に筒状の支持部、そして前記重錘固定部と前記支持部との間に前記重錘固定部及び前記支持部よりも厚みが薄いダイヤフラム部を有する半導体結晶基板からなるセンサ本体と、
前記ダイヤフラム部に形成された拡散抵抗からなる複数のセンサ素子と、
前記センサ本体の表面上に形成された複数の電極と、
前記センサ本体の表面上に形成されて前記複数のセンサ素子と前記複数の電極とを電気的に接続する複数本の導電部からなる接続線とを具備する半導体加速度センサであって、
前記ダイヤフラム部の外側輪郭の形状は多角形状を呈し、前記ダイアフラム部の内側輪郭の形状は前記外側輪郭の各辺と実質的に平行に延びる４つの辺を含む多角形状を呈し、前記外側輪郭及び前記内側輪郭はそれぞれ同心的に配置され、
前記複数のセンサ素子はそれぞれ、前記外側輪郭の各辺及び前記内側輪郭の各辺の少なくとも１つに隣接してまたは跨って形成され、
前記ダイアフラム部の表面上に形成される前記複数本の接続線からなる配線パターンが、前記外側輪郭の中心を通り前記外側輪郭の対向する一対の辺と直交する第１の仮想方向指示線に対してほぼ線対称の関係になり、前記外側輪郭の中心を通り前記外側輪郭の対向する他の一対の辺と直交する第２の仮想方向指示線に対してほぼ線対称の関係になるように形成されていることを特徴とする半導体加速度センサ。
本発明によれば、接続線により半導体結晶基板内に発生する歪みが、複数のセンサ素子の中の特定のセンサ素子の出力に偏った影響を与えないように定めるので、複数のセンサ素子が測定対象以外の力の影響を偏って受けることなく、半導体加速度センサの測定精度を高めることができる。
Claims (6)
- 中心部に重錘固定部、外周部に筒状の支持部、そして前記重錘固定部と前記支持部との間に前記重錘固定部及び前記支持部よりも厚みが薄いダイアフラム部を有する半導体結晶基板からなるセンサ本体と、
前記ダイアフラム部に形成された拡散抵抗からなる複数のセンサ素子と、
前記センサ本体の表面上に形成された複数の電極と、
前記センサ本体の表面上に形成されて前記複数のセンサ素子と前記複数の電極とを電気的に接続する複数本の導電部からなる接続線とを具備する半導体加速度センサであって、
前記ダイアフラム部の外側輪郭の形状は多角形状を呈しており、
前記外側輪郭の中心を通り前記外側輪郭の対向する一対の辺と直交する第１の仮想方向指示線と、前記中心を通り前記外側輪郭の対向する他の一対の辺と直交する第２の仮想方向指示線とによって前記ダイアフラム部の表面が時計方向に並んだ第１〜第４の領域に区分けされたものと仮定した場合に、前記第１〜第４の領域上に形成される前記複数本の接続線からなる配線パターンの各部を第１〜第４のパターン部分としたときに、前記中心に対して点対称の位置にある前記第１の領域及び前記第３の領域上にそれぞれ形成された前記第１及び第３のパターン部分のパターン形状がそれぞれ前記中心に対してほぼ点対称の関係になり、前記第２の領域及び第４の領域にそれぞれ形成された前記第２及び第４のパターン部分のパターン形状がそれぞれ前記中心に対してほぼ点対称の関係になるように前記配線パターンが形成されており、
前記複数本の接続線のうち少なくとも４本の接続線は、前記中心と前記外側輪郭の４つの角部とを結ぶ４本の仮想対角線に沿う接続線部分をそれぞれ持つように形成されていることを特徴とする半導体加速度センサ。 - 中心部に重錘固定部、外周部に筒状の支持部、そして前記重錘固定部と前記支持部との間に前記重錘固定部及び前記支持部よりも厚みが薄いダイアフラム部を有する半導体結晶基板からなるセンサ本体と、
前記ダイアフラム部に形成された拡散抵抗からなる複数のセンサ素子と、
前記センサ本体の表面上に形成された複数の電極と、
前記センサ本体の表面上に形成されて前記複数のセンサ素子と前記複数の電極とを電気的に接続する複数本の導電部からなる接続線とを具備する半導体加速度センサであって、
前記ダイアフラム部の外側輪郭の形状は多角形状を呈し、前記ダイアフラム部の内側輪郭の形状は前記外側輪郭の各辺と実質的に平行に延びる４つの辺を含む多角形状を呈し、前記外側輪郭及び前記内側輪郭はそれぞれ同心的に配置され、
前記複数のセンサ素子はそれぞれ、前記外側輪郭の各辺及び前記内側輪郭の各辺の少なくとも１つに隣接してまたは跨って形成され、
前記外側輪郭及び前記内側輪郭の中心を通り前記外側輪郭の対向する一対の辺と直交する第１の仮想方向指示線と、前記中心を通り前記外側輪郭の対向する他の一対の辺と直交する第２の仮想方向指示線とによって前記ダイアフラム部の表面が時計方向に並んだ第１〜第４の領域に区分けされたものと仮定した場合に、前記第１〜第４の領域上に形成される前記複数本の接続線からなる配線パターンの各部を第１〜第４のパターン部分としたときに、前記中心に対して点対称の位置にある前記第１の領域及び前記第３の領域上にそれぞれ形成された前記第１及び第３のパターン部分のパターン形状がそれぞれ前記中心に対してほぼ点対称の関係になり、前記第２の領域及び第４の領域にそれぞれ形成された前記第２及び第４のパターン部分のパターン形状がそれぞれほぼ点対称の関係になるように前記配線パターンが形成されており、
前記複数本の接続線のうち少なくとも４本の接続線は、前記中心と前記外側輪郭の４つの角部とを結ぶ４本の仮想対角線に沿う接続線部分をそれぞれ持つように形成されていることを特徴とする半導体加速度センサ。 - 前記複数のセンサ素子は、直交する第１〜第３の方向の加速度をそれぞれ検出するための３種類のセンサ素子群によって構成され、
前記第１の方向の加速度を検出するための前記センサ素子群は、前記外側輪郭及び前記内側輪郭の対向する第１の一対の辺に沿って配置された第１及び第２のセンサ素子と、前記重錘固定部を間にして前記第１の一対の辺と対向する前記外側輪郭及び前記内側輪郭の対向する第２の一対の辺に沿って配置された第３及び第４のセンサ素子とからなり、第１〜第４のセンサ素子は前記外側輪郭及び前記内側輪郭の中心を通り且つ前記第１及び第２の一対の辺と直交する第１の仮想方向指示線に沿って配置され、
前記第２の方向の加速度を検出するための前記センサ素子群は、前記外側輪郭及び前記内側輪郭の対向する第３の一対の辺に沿って配置された第５及び第６のセンサ素子と、前記重錘固定部を間にして前記第３の一対の辺と対向する前記外側輪郭及び前記内側輪郭の対向する第４の一対の辺に沿って配置された第７及び第８のセンサ素子とからなり、第５〜第８のセンサ素子は前記外側輪郭及び前記内側輪郭の中心を通り且つ前記第３及び第４の一対の辺と直交する第２の仮想方向指示線に沿って配置され、
前記第３の方向の加速度を検出するための前記センサ素子群は、前記第３の一対の辺に沿って配置された第９及び第１０のセンサ素子と、前記第４の一対の辺に沿って配置された第１１及び第１２のセンサ素子とからなり、第９及び第１０のセンサ素子は前記第２の仮想方向指示線と平行に延びる第１の仮想平行線に沿って配置されており、前記第１１及び第１２のセンサ素子は前記第２の仮想方向指示線と平行に延び且つ前記第２の仮想方向指示線を中心にして前記第１の仮想平行線と線対称の位置に想定した第２の仮想平行線に沿って配置されている請求項２に記載の半導体加速度センサ。 - 前記第１及び第２のセンサ素子の間には両センサ素子が電気的に接続される第１の中間電極が、前記第３及び第４のセンサ素子の間には両センサ素子が電気的に接続される第２の中間電極が、前記第５及び第６のセンサ素子の間には両センサ素子が電気的に接続される第３の中間電極が、前記第７及び第８のセンサ素子の間には両センサ素子が電気的に接続される第４の中間電極が、前記第９及び第１０のセンサ素子の間には両センサ素子が電気的に接続される第５の中間電極が、前記第１１及び第１２のセンサ素子の間には両センサ素子が電気的に接続される第６の中間電極が、前記ダイアフラム部に形成されており、
前記第１〜第６の中間電極にはそれぞれ第１〜第６の接続線の一端が接続されており、
前記第１の中間電極に接続される前記第１の接続線は、前記第１の中間電極に接続されて、前記第１の一対の辺と平行に延びる接続線部分を有しており、
前記第２の中間電極に接続される前記第２の接続線は、前記第２の中間電極に接続されて、前記第２の一対の辺と平行に延びる接続線部分を有しており、
前記第１の中間電極を中心にして前記第１の接続線とほぼ対称的な関係になる第１のダミー接続線が前記ダイアフラム部上に形成されており、
前記第２の中間電極を中心にして前記第２の接続線とほぼ対称的な関係になる第２のダミー接続線が前記ダイアフラム部上に形成されており、
前記第３の中間電極と前記第５の中間電極にそれぞれ接続される前記第３及び第５の接続線は、前記第３の中間電極と前記第５の中間電極にそれぞれ接続されて、前記第３の一対の辺と平行に延びる接続線部分を有しており、
前記第４の中間電極と前記第６の中間電極にそれぞれ接続される前記第４び第６の接続線は、前記第４の中間電極と前記第６の中間電極にそれぞれ接続されて、前記第４の一対の辺と平行に延びる接続線部分を有してい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。 - 前記ダイアフラム部には、前記第１及び第２のセンサ素子が形成された第１の素子形成領域の両側にそれぞれ前記第１の素子形成領域の可撓性を増大させるための可撓性増大部が形成され、前記第３及び第４のセンサ素子のセンサ素子が形成された第２の素子形成領域の両側にそれぞれ前記第２の素子形成領域の可撓性を増大させるための可撓性増大部が形成され、前記第５及び第６のセンサ素子並びに前記第９及び第１０のセンサ素子が形成された第３の素子形成領域の両側にそれぞれ前記第３の素子形成領域の可撓性を増大させるための可撓性増大部が形成され、前記第７及び第８のセンサ素子並びに前記第１１及び第１２が形成された第４の素子形成領域の両側にそれぞれ前記第４の素子形成領域の可撓性を増大させるための可撓性増大部が形成されている請求項３に記載の半導体加速度センサ。
- 前記一対の可撓性増大部のそれぞれは、前記ダイアフラム部の表面上に向かって開口する凹部または貫通孔から構成されている請求項５に記載の半導体加速度センサ。
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