JP5067295B2 - Sensor and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、物理量を検出可能なセンサとその製造方法に関し、特にピエゾ抵抗素子を検出素子として複数の方向の加速度を検出するタイプのセンサとその製造方法に関する。   The present invention relates to a sensor capable of detecting a physical quantity and a manufacturing method thereof, and more particularly to a sensor of a type that detects acceleration in a plurality of directions using a piezoresistive element as a detection element and a manufacturing method thereof.

近年、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を用いて小型で単純な構造を有するセンサとして、ピエゾ抵抗を検出素子としたセンサが実用化されている。このようなセンサは加速度や圧力などの物理量検出を行なうセンサである。ピエゾ抵抗型の加速度センサはHDD(ハードディスクドライブ)の落下検出装置、車載用エアバック装置、携帯電話などの携帯端末、ゲーム機などの幅広い分野に用いられている。   In recent years, a sensor using a piezoresistor as a detection element has been put to practical use as a sensor having a small and simple structure using a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology. Such a sensor is a sensor that detects physical quantities such as acceleration and pressure. Piezoresistive acceleration sensors are used in a wide range of fields such as HDD (hard disk drive) drop detection devices, in-vehicle airbag devices, mobile terminals such as mobile phones, and game machines.

従来の加速度センサとしては、例えば特許文献1に記載されているものがある。互いに直交する2対の梁構造の可撓部を有し、可撓部よりも厚肉の重錘体とその周辺に配置した固定部とを該可撓部で接続し、X軸方向とZ軸方向とを同一の梁上に、また、Y軸方向をこれと直交する他の梁上に形成したピエゾ抵抗素子で検出するように、該梁上には各軸4個のピエゾ抵抗素子が形成されてなるセンサ構造が示されている。なお、特許文献1の図1などに記載されたようにピエゾ抵抗素子は各軸ごとにブリッジ回路を構成するように配置した引き出し電極と、この引出し電極と接続する外部接続パッドと接続されている。
特開2003−101033号公報
As a conventional acceleration sensor, there is one described in Patent Document 1, for example. A flexible part having two pairs of beam structures orthogonal to each other, and a thicker body thicker than the flexible part and a fixed part disposed around the flexible body are connected by the flexible part. There are four piezoresistive elements for each axis on the beam so that the piezoresistive elements formed on the same beam in the axial direction and the piezoresistive element formed on the other beam orthogonal to the Y-axis direction are detected. A formed sensor structure is shown. Note that, as described in FIG. 1 of Patent Document 1, the piezoresistive element is connected to a lead electrode arranged to form a bridge circuit for each axis and an external connection pad connected to the lead electrode. .
JP 2003-101033 A

従来の加速度センサの実使用時には、ブリッジ回路に電圧を印加した状態で可撓部の歪みに起因した出力を計測することで、重錘体に作用した加速度を検出している。ピエゾ抵抗型加速度センサでは、通電状態下において加速度を検出するためにピエゾ抵抗素子からジュール熱が発生する。一般にピエゾ抵抗は動作温度によってその抵抗特性が変化してしまうために、通電時間ごとの熱変動に起因してセンサの出力特性が変動するという問題がある。   When the conventional acceleration sensor is actually used, the acceleration acting on the weight body is detected by measuring the output caused by the distortion of the flexible portion in a state where the voltage is applied to the bridge circuit. In the piezoresistive acceleration sensor, Joule heat is generated from the piezoresistive element in order to detect acceleration in an energized state. In general, the resistance characteristic of a piezoresistor changes depending on the operating temperature. Therefore, there is a problem that the output characteristic of the sensor fluctuates due to thermal fluctuations every energization time.

そこで上記に鑑み、本発明の目的は通電による出力特性変動を抑えたセンサ及びその製造方法を提供することにある。   Therefore, in view of the above, an object of the present invention is to provide a sensor that suppresses fluctuations in output characteristics due to energization and a method for manufacturing the sensor.

本発明に係るセンサは、錘部と、前記錘部の周囲に位置するフレーム部と、前記フレーム部と前記錘部とを連結するダイアフラム状あるいは梁状の可撓部と、前記可撓部及び/又は前記フレーム部に配設され、少なくとも1軸方向の物理量を検出するための歪検出部と、前記可撓部及び前記フレーム部上に、ブリッジ回路を構成するように前記歪検出部を接続する配線部と、を備え、前記配線部を介して前記歪検出部と接続された複数の外部接続パッドと、前記配線部を介して前記歪検出部と接続されるとともに前記外部接続パッドとは別のダミーパッドと、を前記フレーム部上に配置したことを特徴とする。   The sensor according to the present invention includes a weight part, a frame part positioned around the weight part, a diaphragm-like or beam-like flexible part connecting the frame part and the weight part, the flexible part, And / or a strain detection unit disposed on the frame unit for detecting a physical quantity in at least one axial direction, and the strain detection unit connected to form a bridge circuit on the flexible unit and the frame unit. A plurality of external connection pads connected to the strain detection unit via the wiring unit, and the external connection pad connected to the strain detection unit via the wiring unit. Another dummy pad is arranged on the frame portion.

本発明に係るセンサの製造方法は、半導体基板を用いて少なくとも1軸方向の物理量を検出するセンサを製造する方法であって、前記半導体基板の一方の面に不純物を拡散して歪検出部を形成する工程と、前記半導体基板から、錘部と、前記錘部の周囲に位置するフレーム部と、前記フレーム部と前記錘部とを連結するダイアフラム状あるいは梁状の可撓部と、を形成する工程と、前記可撓部及び前記フレーム部上に、ブリッジ回路を構成するように前記歪検出部を接続する配線部を形成する工程と、前記配線部を介して前記歪検出部と接続された複数の外部接続パッドと、前記配線部を介して前記歪検出部と接続されるとともに前記外部接続パッドとは別のダミーパッドとを前記フレーム部上に形成する工程と、を含むことを特徴とする。   A sensor manufacturing method according to the present invention is a method of manufacturing a sensor that detects a physical quantity in at least one axial direction using a semiconductor substrate, and diffuses impurities on one surface of the semiconductor substrate to provide a strain detection unit. Forming a weight part, a frame part located around the weight part, and a diaphragm-like or beam-like flexible part connecting the frame part and the weight part from the semiconductor substrate; A step of forming a wiring portion for connecting the strain detection portion so as to form a bridge circuit on the flexible portion and the frame portion; and a connection with the strain detection portion via the wiring portion. Forming a plurality of external connection pads and a dummy pad connected to the strain detection section via the wiring section and different from the external connection pads on the frame section. And

本発明によれば、通電による出力特性変動を抑えたセンサ及びその製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the sensor which suppressed the output characteristic fluctuation | variation by electricity supply, and its manufacturing method can be provided.

以下、図面を参照して本発明に係るセンサの一態様である、半導体3軸加速度センサに関して説明する。図1は本発明に係る加速度センサの全体斜視図である。
図1に示すように加速度センサ1は略直方体であり、半導体基板からなるセンサ本体2と、ガラスなどからなる支持基板3により構成されている。図では加速度センサの面内に直交する2軸(X軸とY軸)を設定し、この2軸に垂直な方向をZ軸と定めている。センサ本体2はSOI(Silicon On Insulator)基板110からなり、シリコン膜120、シリコン酸化膜130、シリコン基板140が順に積層して構成されている。略中央に重錘体(錘部142)が配置され、重錘体の周囲に開口を有するフレーム(フレーム部121およびフレーム部141)が位置し、重錘体とフレームとを連結する可撓性を有する梁(可撓部123)を有する構成である。支持基板3はセンサ本体2を支持する台座としての機能と、重錘体の下方(Z軸負方向)への過剰な変位を規制するストッパ基板としての機能を併せもっている。センサ本体2をパッケージ基板(図示しない)へ直接実装する場合には、支持基板3を必ずしも必要としない。
Hereinafter, a semiconductor triaxial acceleration sensor which is an aspect of the sensor according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall perspective view of an acceleration sensor according to the present invention.
As shown in FIG. 1, the acceleration sensor 1 is a substantially rectangular parallelepiped, and is composed of a sensor body 2 made of a semiconductor substrate and a support substrate 3 made of glass or the like. In the figure, two axes (X axis and Y axis) perpendicular to the plane of the acceleration sensor are set, and a direction perpendicular to the two axes is defined as the Z axis. The sensor body 2 is composed of an SOI (Silicon On Insulator) substrate 110, and is formed by sequentially laminating a silicon film 120, a silicon oxide film 130, and a silicon substrate 140. A weight body (weight part 142) is arranged at substantially the center, and a frame (frame part 121 and frame part 141) having an opening around the weight body is positioned to connect the weight body and the frame. It is the structure which has the beam (flexible part 123) which has. The support substrate 3 has a function as a pedestal for supporting the sensor body 2 and a function as a stopper substrate for restricting excessive displacement of the weight body in the downward direction (Z-axis negative direction). When the sensor body 2 is directly mounted on a package substrate (not shown), the support substrate 3 is not necessarily required.

図2は加速度センサの分解斜視図である。シリコン膜120は、固定されたフレーム部121(フレーム上部)と、フレーム部121内に配置された錘接合部122と、フレーム部121と錘接合部122とを接続する2対(計4本)の可撓部123を備えている。フレーム部121、錘接合部122、可撓部123は開口124によって画定されている。フレーム部121はシリコン酸化膜130を介してフレーム部141(フレーム下部)と接合されている。また、錘接合部122はシリコン酸化膜130を介して鉛直視略クローバー状の錘部142と接合されている。錘部142はフレーム部141内に離間して配置されている。   FIG. 2 is an exploded perspective view of the acceleration sensor. The silicon film 120 includes a fixed frame part 121 (the upper part of the frame), a weight joint part 122 disposed in the frame part 121, and two pairs (four in total) that connect the frame part 121 and the weight joint part 122. The flexible part 123 is provided. The frame portion 121, the weight joint portion 122, and the flexible portion 123 are defined by the opening 124. The frame part 121 is joined to the frame part 141 (the lower part of the frame) via the silicon oxide film 130. Further, the weight joint portion 122 is joined to the weight portion 142 having a substantially crowbar shape in the vertical view through the silicon oxide film 130. The weight part 142 is disposed in the frame part 141 so as to be separated.

支持基板3は例えば、ガラス基板からなりセンサ本体2と陽極接合により接合されている。支持基板はガラス基板に限定されず、金属板(ステンレス、Fe−36%Ni合金からなるインバーなど)、絶縁性樹脂板、Siなどの半導体基板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、接着剤による接合などから適宜選択することができる。   The support substrate 3 is made of, for example, a glass substrate and is bonded to the sensor body 2 by anodic bonding. The support substrate is not limited to a glass substrate, and a metal plate (stainless steel, an invar made of Fe-36% Ni alloy, etc.), an insulating resin plate, a semiconductor substrate such as Si can be used. As a joining method, it can select suitably from direct joining, eutectic joining, joining by an adhesive agent, etc.

図3は加速度センサの平面図及び断面図である。図3(A)は加速度センサの平面図であり、4本の可撓部123上には3軸(XYZ)方向の加速度を検出するための歪検出部Rx〜Rzが配設されている。歪検出部Rx〜Rzは、可撓部123がフレーム部121および錘接合部122と接続する領域に配置されている。図面ではX軸に沿った方向に配置した1対の可撓部には、X方向およびZ方向の加速度を検出するために歪検出部Rx1〜Rx4およびRz1〜Rz4が配置される。一方、Y軸に沿った方向に配置した1対の可撓部にはY方向の加速度を検出するための歪検出部Ry1〜Ry4が配置されている。なお、Y軸に沿った方向に配置した1対の可撓部に歪検出部Rz1〜Rz4を配置してもよい。歪検出部Rは直線状のピエゾ抵抗素子で形成した例を図示したが、少なくとも1回以上の折り返し構造を有し、蛇行した形状であってもよい。これについては後述する。
図3(B)は加速度センサをA−Aに沿った断面図であり、錘部142の下面はフレーム部141の下端よりも高くされており、ガラス基板3との間にギャップによりZ負方向に一定量の変位可能なように設定されている。図3(C)は加速度センサをB−Bに沿った断面図であり、可撓部123は可撓性をもった自立薄膜である。
FIG. 3 is a plan view and a cross-sectional view of the acceleration sensor. FIG. 3A is a plan view of the acceleration sensor, and strain detectors Rx to Rz for detecting accelerations in the triaxial (XYZ) directions are arranged on the four flexible portions 123. The strain detectors Rx to Rz are arranged in a region where the flexible part 123 is connected to the frame part 121 and the weight joint part 122. In the drawing, strain detection units Rx1 to Rx4 and Rz1 to Rz4 are arranged in a pair of flexible parts arranged in the direction along the X axis in order to detect acceleration in the X direction and the Z direction. On the other hand, strain detection units Ry1 to Ry4 for detecting acceleration in the Y direction are arranged in a pair of flexible parts arranged in the direction along the Y axis. Note that the strain detectors Rz1 to Rz4 may be arranged in a pair of flexible parts arranged in the direction along the Y axis. Although an example in which the strain detection unit R is formed of a linear piezoresistive element is illustrated, it may have a folded structure at least once and have a meandering shape. This will be described later.
FIG. 3B is a cross-sectional view of the acceleration sensor along A-A. The lower surface of the weight portion 142 is higher than the lower end of the frame portion 141, and the Z-negative direction is caused by a gap between the acceleration sensor and the glass substrate 3. It is set so that a certain amount of displacement is possible. FIG. 3C is a cross-sectional view of the acceleration sensor along BB, and the flexible portion 123 is a self-supporting thin film having flexibility.

図3(A)では歪検出部Rを可撓部123の幅中心線を境に、一方の側にRx1〜Rx4、他方の側にRz1〜Rz4を配置しているが、この配置に限定されるものではない。例えば、歪検出部Rx(Ry,Rzでもよい)を錘部142の中心に対して点対称に配置してもよく、その場合には加速度によって生じた可撓部123の捻れ(錘部142の回転)による、検出したくない方向の物理量変動の検出(他軸感度)を抑えることができる。したがって、検出信号の精度を向上させることができる。   In FIG. 3A, the strain detection part R is arranged with Rx1 to Rx4 on one side and Rz1 to Rz4 on the other side with the width center line of the flexible part 123 as a boundary, but this is limited to this arrangement. It is not something. For example, the strain detection unit Rx (which may be Ry or Rz) may be arranged point-symmetrically with respect to the center of the weight part 142, and in that case, the torsion of the flexible part 123 caused by acceleration (the weight 142) The detection of physical quantity fluctuations in the direction not desired to be detected (rotation sensitivity) due to rotation) can be suppressed. Therefore, the accuracy of the detection signal can be improved.

また、Y軸に沿った可撓部123に歪検出部Ryを配置しているが、X軸に沿った可撓部123と同様のレイアウトとなるように歪検出部Ryとダミー歪検出部とを設け、可撓部の幅中心線に対称に配置してもよい。ダミー歪検出部を配置することで、可撓部上における歪検出部R及び配線152のレイアウトを対称性良くすることが可能になり、オフセット電圧を低減することができる。   In addition, although the strain detection unit Ry is arranged in the flexible portion 123 along the Y axis, the strain detection unit Ry and the dummy strain detection unit are arranged so as to have the same layout as the flexible portion 123 along the X axis. And may be arranged symmetrically with respect to the width center line of the flexible portion. By disposing the dummy strain detector, the layout of the strain detector R and the wiring 152 on the flexible portion can be improved in symmetry, and the offset voltage can be reduced.

図4は可撓部における詳細を説明する図面である。図4(A)は歪検出部が配置された可撓部の平面図であり、図4(B)は図4(A)の平面図のC−Cにおける断面図である。歪検出部Rは可撓部123の応力集中部付近に置かれたピエゾ抵抗素子である。歪検出部Rの一端が、可撓部123とフレーム部121が接続する境界、および可撓部123と錘接合部122が接続する境界に接するように配置している。なお、境界を跨ぐように歪検出部Rを配置してもよいし、各軸ごと出力差に応じて配置位置を変更することも可能である。   FIG. 4 is a diagram for explaining the details of the flexible portion. FIG. 4A is a plan view of a flexible part in which a strain detection unit is arranged, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along a line CC in the plan view of FIG. The strain detection part R is a piezoresistive element placed near the stress concentration part of the flexible part 123. One end of the strain detection unit R is disposed so as to be in contact with the boundary where the flexible portion 123 and the frame portion 121 are connected and the boundary where the flexible portion 123 and the weight joint portion 122 are connected. Note that the distortion detection unit R may be arranged so as to cross the boundary, and the arrangement position can be changed according to the output difference for each axis.

歪検出部R上には絶縁層150が形成されており、絶縁層150には配線152との接続箇所にコンタクトホール151を有している。接続抵抗を下げるためにコンタクトホール151によって露出した部分に、高濃度拡散領域(ピエゾ抵抗素子領域よりも1桁程以上度濃度が高い不純物領域)を設けて接続してもよい。なお、Rx1〜Rx4、Ry1〜Ry4、Rz1〜Rz4の計12個の歪検出部は検出方向ごとに接続されて、ブリッジ回路を構成している。フレーム部121上には後述する、外部回路と接続するための外部接続パッドP及びダミーパッドP´(後述する)を有し、配線152と外部接続パッドPと接続して加速度に伴う電気信号を外部回路へ取り出している。配線152を保護するために、配線152上に保護層153を形成している。   An insulating layer 150 is formed on the strain detection portion R, and the insulating layer 150 has a contact hole 151 at a location where the wiring 152 is connected. In order to lower the connection resistance, a portion exposed by the contact hole 151 may be provided with a high concentration diffusion region (an impurity region whose concentration is higher by about one digit than the piezoresistive element region). Note that a total of twelve strain detection units, Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, and Rz1 to Rz4, are connected for each detection direction to form a bridge circuit. An external connection pad P and a dummy pad P ′ (described later) for connecting to an external circuit, which will be described later, are provided on the frame portion 121, and an electrical signal accompanying acceleration is connected to the wiring 152 and the external connection pad P. It is taken out to the external circuit. In order to protect the wiring 152, a protective layer 153 is formed over the wiring 152.

図5は折り返し構造を有する歪検出部を説明する図面である。歪検出部Rはピエゾ抵抗素子を折返した態様(図5(A)参照)、あるいは複数本のピエゾ抵抗素子を金属配線あるいは高濃度不純物拡散層により直列につないで1つの歪検出部とした態様であってもよい(図5(B)参照)。歪検出部Rは少なくとも1回以上折り返した構造(折り返し部170)を有しており、応力集中部に効率的に歪検出部を配置するとともに、所定の抵抗値(抵抗長に相当する)を得ることができ、高感度かつ低消費電力化に対応可能なセンサを提供できる。   FIG. 5 is a diagram illustrating a strain detection unit having a folded structure. The strain detection unit R is a mode in which the piezoresistive elements are folded (see FIG. 5A), or a mode in which a plurality of piezoresistive elements are connected in series by metal wiring or high-concentration impurity diffusion layers to form one strain detection unit. (See FIG. 5B). The strain detector R has a structure that is folded at least once (folded portion 170). The strain detector is efficiently arranged in the stress concentration portion and has a predetermined resistance value (corresponding to a resistance length). It is possible to provide a sensor that can be obtained and can cope with high sensitivity and low power consumption.

図5(A)では、折り返し部170はピエゾ抵抗素子と略同様の濃度領域(1017〜1019atm/cm3)の層で構成されている。また、図5(B)では、折り返し部170は金属配線あるいは高濃度不純物拡散層により構成されている。高濃度不純物拡散層とは、ピエゾ抵抗素子よりも不純物濃度が1桁以上高い低抵抗層のことを指す。 In FIG. 5A, the folded portion 170 is formed of a layer having a concentration region (10 17 to 10 19 atm / cm 3 ) substantially the same as that of the piezoresistive element. In FIG. 5B, the folded portion 170 is constituted by a metal wiring or a high concentration impurity diffusion layer. The high-concentration impurity diffusion layer refers to a low-resistance layer whose impurity concentration is one digit or more higher than that of the piezoresistive element.

歪検出部Rの長さは10μm〜100μm、幅は0.2μm〜10μmの範囲、折り返し部170の長さは2μm〜20μm、幅は0.2μm〜10μmの範囲で適宜設定できる。但し、歪検出部の幅は2μm以上、より好ましくは3μm以上であり、かつ可撓部の幅の1/10以下であることが好ましい。2μm未満であると歪検出部を形成する際のリソグラフィ工程における不良が現れやすくなり、センサ特性のバラツキにつながる。なお、3μm以上とすると出力変動をさらに抑えられることが本発明者らにより確認されている。歪検出部の幅が可撓部の幅の1/10より大きいと捻れによる抵抗変化を大きく検知してしまう。
また、隣接する歪検出部間の間隔は5μm以上であることが好ましい。5μm未満であると、隣接する歪検出部間で不純物拡散領域の重なりが生じ、電流リークが起こるためである。
The length of the strain detection portion R can be set as appropriate in the range of 10 μm to 100 μm, the width is in the range of 0.2 μm to 10 μm, the length of the folded portion 170 is 2 μm to 20 μm, and the width is in the range of 0.2 μm to 10 μm. However, the width of the strain detection part is preferably 2 μm or more, more preferably 3 μm or more, and preferably 1/10 or less of the width of the flexible part. If the thickness is less than 2 μm, defects in the lithography process when forming the strain detection portion tend to appear, leading to variations in sensor characteristics. It has been confirmed by the present inventors that the output fluctuation can be further suppressed when the thickness is 3 μm or more. If the width of the strain detection part is larger than 1/10 of the width of the flexible part, a resistance change due to twisting is detected greatly.
Moreover, it is preferable that the space | interval between adjacent strain detection parts is 5 micrometers or more. This is because when the thickness is less than 5 μm, the impurity diffusion regions overlap between adjacent strain detection portions, and current leakage occurs.

次に図6を参照して、本発明に係る配線レイアウトについて詳細に説明する。
図6は配線レイアウトを示す図面である。実装基板(図示せず)側のICなどの素子と接続するための外部接続パッドPに加えて、外部接続パッドとは別のダミーパッドP´が配線152に接続された状態でフレーム部121上に配置されている。外部接続パッドをICなどの素子と接続する場合には、通常ダミーパッドP´は外部接続に用いない。外部接続パッドP及びダミーパッドP´は導電性材料からなり、例えば金属材料である。外部接続パッドPはワイヤボンディングなどの手段により外部素子との接続のために用いるため、保護層153が開孔されて表面が露出しており、大気と接している。また、ダミーパッドP´は外部素子との接続を行なわないが、表面が露出させて大気と接するようにしてもよい。外部接続パッドP及びダミーパッドP´の表面は導電性を有するバリア導電層(図示せず)により保護することで表面劣化を防ぐ構成としてもよい。
Next, the wiring layout according to the present invention will be described in detail with reference to FIG.
FIG. 6 shows a wiring layout. In addition to the external connection pad P for connecting to an element such as an IC on the mounting board (not shown) side, a dummy pad P ′ different from the external connection pad is connected to the wiring 152 on the frame portion 121. Is arranged. When the external connection pad is connected to an element such as an IC, the dummy pad P ′ is not normally used for external connection. The external connection pad P and the dummy pad P ′ are made of a conductive material, for example, a metal material. Since the external connection pad P is used for connection to an external element by means such as wire bonding, the protective layer 153 is opened to expose the surface, and is in contact with the atmosphere. The dummy pad P ′ is not connected to an external element, but may be exposed to the atmosphere with its surface exposed. The surface of the external connection pad P and the dummy pad P ′ may be protected by a conductive barrier conductive layer (not shown) to prevent surface deterioration.

ダミーパッドP´が配線152を介して歪検出部Rと接続している。図面においてダミーパッドは、外部接続パッドPと歪検出部を接続する配線152から分岐した配線152´により歪検出部と接続している。そのため歪検出部Rで発生する熱をダミーパッドP´を通じて効果的に外部へ放出することができる。特に小型の加速度センサ(例えば外形が1〜3mmサイズ)では、センサ躯体の小型化にしたがって歪検出部の幅/長さを小さく設計しなければならない。そのため、歪検出部の抵抗値が小さくなるために消費電力が高くなり、発熱量が増加する。ダミーパッドP´を配置することで、歪検出部で発生するジュール熱を効果的に外部へ放出することができる。ダミーパッドP´はフレーム部121上に可能な限り広い面積で配置されることが好ましく、外部接続パッドPの表面積の総和に対してダミーパッドP´の表面積の総和が1.5倍以上であることが好ましい。   The dummy pad P ′ is connected to the strain detector R via the wiring 152. In the drawing, the dummy pad is connected to the strain detection unit by a wiring 152 ′ branched from the wiring 152 connecting the external connection pad P and the strain detection unit. Therefore, the heat generated in the strain detection unit R can be effectively released to the outside through the dummy pad P ′. In particular, in the case of a small acceleration sensor (for example, the outer diameter is 1 to 3 mm), the width / length of the strain detection unit must be designed to be small as the sensor housing is downsized. For this reason, since the resistance value of the strain detection unit is reduced, the power consumption is increased and the amount of heat generation is increased. By disposing the dummy pad P ′, Joule heat generated in the strain detection unit can be effectively released to the outside. The dummy pads P ′ are preferably arranged on the frame part 121 with as wide an area as possible, and the total surface area of the dummy pads P ′ is 1.5 times or more of the total surface area of the external connection pads P. It is preferable.

図6では外部接続パッドPのうち、入力電圧を供給するための入力用パッドをVd、グラウンド端子をXG,YG,ZG、そしてXYZ方向の出力電圧を検出するための出力用パッドをそれぞれ(X+,X-)、(Y+,Y-)、(Z+,Z-)として、またダミーパッドP´をdmと表記している。なお、図6ではダミーパッドP´が全て入力用パッドVdに接続された場合を例示している。 In FIG. 6, among the external connection pads P, the input pad for supplying the input voltage is Vd, the ground terminals are XG, YG, ZG, and the output pads for detecting the output voltage in the XYZ directions are respectively (X + , X ), (Y + , Y ), (Z + , Z ), and the dummy pad P ′ is expressed as dm. FIG. 6 illustrates the case where all the dummy pads P ′ are connected to the input pad Vd.

図7は検出回路(ブリッジ回路)を示す回路図である。各パッドと歪検出部は配線部を介して接続し、ブリッジ回路を構成している。ブリッジ回路では以下の式(1)〜(3)で表される入力電圧Vin(Vd)に対する出力電圧Vout(|X+−X-間の電圧|,|Y+−Y-間の電圧|,|Z+−Z-間の電圧|)の関係から加速度を検出できる。
Vxout/Vxin=
[Rx4/(Rx1+Rx4)−Rx3/(Rx2+Rx3)] ……式(1)
Vyout/Vyin=
[Ry4/(Ry1+Ry4)−Ry3/(Ry2+Ry3)] ……式(2)
Vzout/Vzin=
[Rz3/(Rz1+Rz3)−Rz4/(Rz2+Rz4)] ……式(3)
FIG. 7 is a circuit diagram showing a detection circuit (bridge circuit). Each pad and the strain detection unit are connected via a wiring unit to form a bridge circuit. In the bridge circuit, the output voltage Vout (the voltage between | X + −X |, the voltage between | Y + −Y |, and the input voltage Vin (Vd) represented by the following expressions (1) to (3): The acceleration can be detected from the relationship of the voltage |) between | Z + -Z .
Vxout / Vxin =
[Rx4 / (Rx1 + Rx4) −Rx3 / (Rx2 + Rx3)] (1)
Vyout / Vyin =
[Ry4 / (Ry1 + Ry4) −Ry3 / (Ry2 + Ry3)] (2)
Vzout / Vzin =
[Rz3 / (Rz1 + Rz3) −Rz4 / (Rz2 + Rz4)] (3)

図8はパッド接続の別の態様を説明する図面である。各方向の出力用パッドに接続する配線152から分枝させた配線152´によりダミーパッドP´を歪検出部と接続してもよい。ダミーパッドP´は外部接続パッドに対して並列に配置しており、外部接続パッドの不良時に代用パッドとして用いることができる。したがって、不良率を低減することができる。   FIG. 8 is a diagram for explaining another aspect of pad connection. The dummy pad P ′ may be connected to the strain detector by a wiring 152 ′ branched from the wiring 152 connected to the output pad in each direction. The dummy pad P ′ is arranged in parallel to the external connection pad, and can be used as a substitute pad when the external connection pad is defective. Therefore, the defect rate can be reduced.

図9はダイアフラム状の可撓部を有する加速度センサを説明する図面である。本発明に係る加速度センサは、略中央に配置した錘部142を薄肉ダイアフラム状の可撓部123によりフレーム部121と連結する構造であってもよい。図9(A)は加速度センサの平面図である。直交する2軸に沿ってX及びY軸方向検出用の歪検出部を、XY軸に対して45°をなす方向にZ軸方向検出用の歪検出部を配置している。図9(B)は図9(A)におけるX軸に沿った(D−D)断面図である。錘部142はダイアフラム状の可撓部123と一体あるいは接合されている。   FIG. 9 illustrates an acceleration sensor having a diaphragm-like flexible portion. The acceleration sensor according to the present invention may have a structure in which the weight part 142 disposed substantially at the center is connected to the frame part 121 by the thin diaphragm-like flexible part 123. FIG. 9A is a plan view of the acceleration sensor. A strain detection unit for detecting the X and Y axis directions is arranged along two orthogonal axes, and a strain detection unit for detecting the Z axis direction is arranged in a direction forming 45 ° with respect to the XY axis. FIG. 9B is a (DD) cross-sectional view along the X-axis in FIG. The weight part 142 is integrated with or joined to the diaphragm-like flexible part 123.

次に図10を参照して、実施形態に係る加速度センサの製造方法について述べる。図10は本発明に係る実施形態の製造方法を示す図面である。
§加速度センサの製造方法
(1)SOI基板の準備(図10(A)参照)
シリコン膜120、酸化シリコン膜130、シリコン基板140を積層してなるSOI基板110を用意する。上述したように、シリコン膜120はフレーム部121、錘接合部122、可撓部123を構成する層である。酸化シリコン膜130は、シリコン膜120とシリコン基板140とを接合する層であり、かつエッチングストッパ層として機能する層である。シリコン基板140はフレーム部141、錘部142を構成する層である。SOI基板110は、SIMOXないし、貼り合せ法等により作成される。SOI基板110は、シリコン膜120、シリコン酸化膜130、シリコン基板140の厚みがそれぞれ、5μm、2μm、600μmである。なお、外周が1〜2mm程度の加速度センサ1が直径150mm〜200mmのウエハに多面付けで複数個配置されている。
Next, a method for manufacturing the acceleration sensor according to the embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a drawing showing a manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
§Acceleration sensor manufacturing method (1) Preparation of SOI substrate (see FIG. 10A)
An SOI substrate 110 in which a silicon film 120, a silicon oxide film 130, and a silicon substrate 140 are stacked is prepared. As described above, the silicon film 120 is a layer constituting the frame part 121, the weight joint part 122, and the flexible part 123. The silicon oxide film 130 is a layer that joins the silicon film 120 and the silicon substrate 140 and functions as an etching stopper layer. The silicon substrate 140 is a layer constituting the frame part 141 and the weight part 142. The SOI substrate 110 is produced by SIMOX or a bonding method. In the SOI substrate 110, the silicon film 120, the silicon oxide film 130, and the silicon substrate 140 have thicknesses of 5 μm, 2 μm, and 600 μm, respectively. Note that a plurality of acceleration sensors 1 having an outer circumference of about 1 to 2 mm are arranged on a wafer having a diameter of 150 mm to 200 mm in a multifaceted manner.

(2)歪検出部の形成(図10(B)参照)
SOI基板110のシリコン膜120側に不純物拡散用のマスクを形成する(図示せず)。このマスク材としては、例えばシリコン窒化膜(Si34)やシリコン酸化膜(SiO2)、レジストなどを用いることができる。ここではシリコン酸化膜をシリコン膜120全面に熱酸化あるいはプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長)法により成膜した後、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、シリコン酸化膜に検出部Rに対応する開口をRIE(Reactive Ion Etching)及びフッ酸などのウエットエッチングにより形成する。拡散用マスクはシリコン膜120側からシリコン酸化膜、シリコン窒化膜の2層構造とした。シリコン窒化膜は後述する拡散剤の拡散防止用のために用いている。
(2) Formation of strain detection unit (see FIG. 10B)
A mask for impurity diffusion is formed on the silicon substrate 120 side of the SOI substrate 110 (not shown). As this mask material, for example, a silicon nitride film (Si 3 N 4 ), a silicon oxide film (SiO 2 ), a resist, or the like can be used. Here, after a silicon oxide film is formed on the entire surface of the silicon film 120 by thermal oxidation or plasma CVD (Chemical Vapor Deposition), a silicon nitride film is formed, and a resist pattern (see FIG. An opening corresponding to the detection portion R is formed in the silicon nitride film and the silicon oxide film by wet etching such as RIE (Reactive Ion Etching) and hydrofluoric acid. The diffusion mask has a two-layer structure of a silicon oxide film and a silicon nitride film from the silicon film 120 side. The silicon nitride film is used for preventing diffusion of a diffusing agent, which will be described later.

シリコン膜120上にB(ボロン)などを含む拡散剤を塗布する。そして熱処理(約1000℃)を施して、シリコン膜120内に拡散(ドライブイン)させ、ピエゾ抵抗素子を形成する。不要な拡散剤は、フッ酸などを用いて除去する。その後、シリコン窒化膜(Si34)は熱リン酸によって、エッチング除去する。また上述の塗布拡散法以外にも、BBr3などのドーパントガスを使用したガス拡散法を用いることもできる。
なお、熱拡散法以外にイオン注入法によってピエゾ抵抗素子を形成してもよい。イオン注入法の場合には、レジストをマスクとして用いることができる。
A diffusion agent containing B (boron) or the like is applied on the silicon film 120. Then, heat treatment (about 1000 ° C.) is performed to diffuse (drive in) the silicon film 120 to form a piezoresistive element. Unnecessary diffusing agent is removed using hydrofluoric acid or the like. Thereafter, the silicon nitride film (Si 3 N 4 ) is removed by etching with hot phosphoric acid. In addition to the above-described coating diffusion method, a gas diffusion method using a dopant gas such as BBr 3 can also be used.
Note that the piezoresistive element may be formed by an ion implantation method other than the thermal diffusion method. In the case of ion implantation, a resist can be used as a mask.

歪検出部Rをピエゾ抵抗素子が折り返し部170により連続して形成する場合には、蛇行した形状の開口を有するマスクを用いてシリコン膜120に不純物を拡散すればよい。歪検出部Rを複数のピエゾ抵抗素子を金属配線で直列に接続して形成する場合には、本工程において複数のピエゾ抵抗素子を形成しておき、その後、後述する配線、外部接続パッド及びダミーパッドの作成工程において成膜し、パターニングして折り返し部170を形成すればよい。また、歪検出部Rを複数のピエゾ抵抗素子を不純物拡散配線で直列に接続して形成する場合には、折り返し部170に対応する開口を有するマスクを用いて不純物を注入することで折り返し部170を形成できる。   In the case where the strain detecting portion R is continuously formed by the piezoresistive element by the folded portion 170, the impurity may be diffused into the silicon film 120 using a mask having a meandering opening. When the strain detection unit R is formed by connecting a plurality of piezoresistive elements in series with metal wiring, a plurality of piezoresistive elements are formed in this step, and then a wiring, an external connection pad, and a dummy described later are formed. The folded portion 170 may be formed by forming a film and patterning in the pad forming process. When the strain detection unit R is formed by connecting a plurality of piezoresistive elements in series with impurity diffusion wirings, the folded portion 170 is implanted by injecting impurities using a mask having an opening corresponding to the folded portion 170. Can be formed.

(3)絶縁層およびコンタクトホールの形成(図10(C)参照)
シリコン膜120上に絶縁層150を形成する。例えば、シリコン膜120の表面を熱酸化することで、絶縁層をSiO2の層により形成できる。絶縁層はプラズマCVD法で形成してもよい。絶縁層150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151を形成する。なお、コンタクトホール151の形成はシリコン基板140の加工後であってもよい。
(3) Formation of insulating layer and contact hole (see FIG. 10C)
An insulating layer 150 is formed on the silicon film 120. For example, by thermally oxidizing the surface of the silicon film 120, the insulating layer can be formed of a SiO 2 layer. The insulating layer may be formed by a plasma CVD method. A contact hole 151 is formed on the insulating layer 150 by RIE using a resist as a mask. Note that the contact hole 151 may be formed after the silicon substrate 140 is processed.

(4)ギャップ形成(図10(D)参照)
フレーム部141の内枠に沿った開口を有するマスクを用いて、シリコン基板140をエッチングしてギャップ160を形成する。ギャップ160は、錘部142が下方(ガラス基板3側)へ変位するために必要な間隔であり、例えば、5〜10μmである。ギャップ160の値は、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る。
(4) Gap formation (see FIG. 10D)
The gap 160 is formed by etching the silicon substrate 140 using a mask having an opening along the inner frame of the frame portion 141. The gap 160 is an interval necessary for the weight portion 142 to be displaced downward (on the glass substrate 3 side), and is, for example, 5 to 10 μm. The value of the gap 160 can be appropriately set according to the dynamic range of the sensor.

(5)シリコン基板の加工(図10(E)参照)
次に、フレーム部141、錘部142に画定するためのマスクをシリコン基板140の下面に形成する。このマスクを用いてシリコン基板140をシリコン酸化膜130の下面が露出するまでエッチングを行なう。エッチングにはDRIE(Deep Reactive Ion Etching)を用いるのが好適である。
(5) Processing of silicon substrate (see FIG. 10E)
Next, a mask for defining the frame part 141 and the weight part 142 is formed on the lower surface of the silicon substrate 140. Using this mask, the silicon substrate 140 is etched until the lower surface of the silicon oxide film 130 is exposed. It is preferable to use DRIE (Deep Reactive Ion Etching) for the etching.

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、彫った穴の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SF6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C48等を用いることができる。 In DRIE, an etching step of digging while eroding the material layer in the thickness direction and a deposition step of forming a polymer wall on the side wall of the carved hole 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.

(6)配線、外部接続パッド及びダミーパッドの作成(図10(F)参照)
配線152、外部接続パッドP及びダミーパッドP´を形成する。これらはAl,Al−Si合金,Al−Nd合金などの金属材料を蒸着法、スパッタ法などによって、例えば、0.1μm〜1.0μmの厚さに成膜し、それをパターニングすることで得られる。外部接続パッド、ダミーパッドの個々の面積はセンサのサイズによって適宜設定しうる値をとるものとする。Cu,Auなどの金属材料を用いることもできるが、Cuを用いた場合には金属拡散の可能性があり、Auを用いた場合には製造コストが嵩んでしまう。製品の信頼性および製造コストの点でAl系の材料が好ましい。なお、配線152と歪検出部R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℃〜400℃)を施す。なお、ダミーパッドP´は配線152及び152´により所定の歪検出部Rと接続されている。
(6) Creation of wiring, external connection pads, and dummy pads (see FIG. 10F)
The wiring 152, the external connection pad P, and the dummy pad P ′ are formed. These are obtained by depositing a metal material such as Al, Al-Si alloy, Al-Nd alloy or the like to a thickness of, for example, 0.1 μm to 1.0 μm by vapor deposition or sputtering, and patterning it. It is done. The individual areas of the external connection pads and the dummy pads assume values that can be appropriately set according to the size of the sensor. Metal materials such as Cu and Au can also be used. However, when Cu is used, there is a possibility of metal diffusion, and when Au is used, the manufacturing cost increases. An Al-based material is preferable in terms of product reliability and manufacturing cost. Note that heat treatment (380 ° C. to 400 ° C.) is performed in order to form an ohmic contact between the wiring 152 and the strain detection portion R. The dummy pad P ′ is connected to a predetermined strain detector R by wirings 152 and 152 ′.

外部接続パッドP及びダミーパッドP´上にバリア導電層としてTiNなどを設けておくことで、表面劣化を防止することができる。なお、バリア導電層はスパッタ法により0.1μm〜0.5μmの厚さで形成する。   By providing TiN or the like as a barrier conductive layer on the external connection pad P and the dummy pad P ′, surface deterioration can be prevented. The barrier conductive layer is formed with a thickness of 0.1 μm to 0.5 μm by sputtering.

そして、配線152上に保護層153としてシリコン窒化膜(Si34)などの膜を設ける。外部接続パッドP及びダミーパッドP´を覆う部分についてはRIEまたはウェットエッチングによって開孔しておく。保護層153は高感度化のためになるべく薄く設定することが好ましい、例えば0.3μm〜0.6μmであると好適である。 Then, a film such as a silicon nitride film (Si 3 N 4 ) is provided as a protective layer 153 on the wiring 152. A portion covering the external connection pad P and the dummy pad P ′ is opened by RIE or wet etching. The protective layer 153 is preferably set as thin as possible for high sensitivity. For example, the thickness is preferably 0.3 μm to 0.6 μm.

加速度センサはSi基板上に、各種層(絶縁層、保護層、配線)を形成して構成している。ピエゾ抵抗で発生したジュール熱に伴い、これらの層の熱膨張係数差によりセンサ躯体に応力がかかる。ジュール熱を効果的に放熱するダミーパッドをフレーム部に配置した場合には、フレーム部が可撓部より厚い厚肉部であるから、ダミーパッドの放熱の影響による歪みが発生しづらい点で好適である。可撓部あるいは錘部上では配線の設計ルールの関係から、放熱用の電極を設けることが困難な場合があるが、フレーム部にあっては設計ルールによる配置制限を受けにくい。また、配線を太く設計することがないため、配線抵抗を上げることなく放熱効果を得ることができる。   The acceleration sensor is formed by forming various layers (insulating layer, protective layer, wiring) on a Si substrate. Along with the Joule heat generated by the piezoresistor, stress is applied to the sensor housing due to the difference in thermal expansion coefficients of these layers. When a dummy pad that effectively radiates Joule heat is arranged in the frame part, the frame part is a thick part thicker than the flexible part, so it is suitable in that distortion due to the heat radiation of the dummy pad is difficult to occur It is. Although it may be difficult to provide an electrode for heat dissipation on the flexible part or the weight part due to the design rule of the wiring, the frame part is not easily restricted by the design rule. Further, since the wiring is not designed to be thick, a heat dissipation effect can be obtained without increasing the wiring resistance.

(7)シリコン膜の加工(図10(G)参照)
シリコン膜120をシリコン酸化膜130の上面が露出するまでRIEによりエッチングして開口124を形成して、フレーム部121、錘接合部122、可撓部123を画定する。
(7) Processing of silicon film (see FIG. 10G)
The silicon film 120 is etched by RIE until the upper surface of the silicon oxide film 130 is exposed to form an opening 124, thereby defining the frame part 121, the weight joint part 122, and the flexible part 123.

(8)不要なシリコン酸化膜の除去(図10(H)参照)
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130は、フレーム部121とフレーム部141、錘接合部122と錘部142の間に存在している。
(8) Removal of unnecessary silicon oxide film (see FIG. 10H)
The unnecessary silicon oxide film used as an etching stopper is removed by RIE or wet etching. Thus, the silicon oxide film 130 exists between the frame portion 121 and the frame portion 141, and the weight joint portion 122 and the weight portion 142.

(9)ガラス基板の接合(図10(I)参照)
センサ本体2とガラス基板3とを接合する。ガラス基板3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142がガラス基板3の上面にスティッキングするのを防ぐために、ガラス基板3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)を形成しておいてもよい。これによりセンサ本体2とガラス基板3が接合され、加速度センサ1が構成される。
(9) Bonding of glass substrates (see FIG. 10I)
The sensor body 2 and the glass substrate 3 are joined. The glass substrate 3 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 142 from sticking to the upper surface of the glass substrate 3 due to electrostatic attraction during anodic bonding, a sticking prevention film (not shown) such as Cr is formed on the upper surface of the glass substrate 3 by sputtering. You may keep it. Thereby, the sensor main body 2 and the glass substrate 3 are joined, and the acceleration sensor 1 is comprised.

(10)個片化
加速度センサ1をダイシングソー等でダイシングし、個々の加速度センサ1に個片化する。本明細書ではウエハに多面付け配置された「加速度センサ」と、個片化された「加速度センサ」とを特に区別せず加速度センサ1と呼んでいる。以上は本発明に係る加速度センサの製造方法の一例であって、適宜順序は変更可能であり、上記に限られない。
(10) Individualization The acceleration sensor 1 is diced with a dicing saw or the like, and is divided into individual acceleration sensors 1. In the present specification, the “acceleration sensor” arranged in a multi-face manner on the wafer and the “acceleration sensor” separated into pieces are referred to as the acceleration sensor 1 without any particular distinction. The above is an example of the method of manufacturing the acceleration sensor according to the present invention, and the order can be changed as appropriate, and is not limited to the above.

加速度センサ1はチップ単体としても流通するが、ICなどの能動素子を搭載したパッケージ基板/回路基板と組み合わせて、電子部品として流通する。加速度センサ1は、ゲーム機やモバイル端末機(例えば、携帯電話)等の様々な用途で利用可能である。なお、加速度センサ1の外部接続パッドPとパッケージ基板/回路基板とは、ワイヤボンディング、フリップチップ等の方法によって電気的に接続される。   Although the acceleration sensor 1 is distributed as a single chip, it is distributed as an electronic component in combination with a package substrate / circuit substrate on which an active element such as an IC is mounted. The acceleration sensor 1 can be used in various applications such as a game machine and a mobile terminal (for example, a mobile phone). The external connection pad P of the acceleration sensor 1 and the package substrate / circuit substrate are electrically connected by a method such as wire bonding or flip chip.

(実施例1)
SOI基板(5μm/2μm/625μm)に1.5mm正方の加速度センサを多面付けで作製した。Alからなる11個の外部接続パッド(各面積:100μm×100μm)に加えて、外部接続パッドと略同面積のダミーパッドを27個配置した。当該加速度センサのブリッジ回路に3Vの電圧を印加した際の出力変動を10分間(600秒)にわたり観測した。本実施例に係る加速度センサでは、初期動作(通電開始30秒内)以降の出力変動は±0.03mVの範囲内であり、出力変動が非常に小さかった。
Example 1
A 1.5 mm square acceleration sensor was fabricated on a SOI substrate (5 μm / 2 μm / 625 μm) with multiple faces. In addition to 11 external connection pads made of Al (each area: 100 μm × 100 μm), 27 dummy pads having the same area as the external connection pads were arranged. The output fluctuation when a voltage of 3 V was applied to the bridge circuit of the acceleration sensor was observed for 10 minutes (600 seconds). In the acceleration sensor according to this example, the output fluctuation after the initial operation (within 30 seconds of energization) was within a range of ± 0.03 mV, and the output fluctuation was very small.

(実施例2)
歪検出部を1回の折返し構造を有するピエゾ抵抗素子(幅2μm)により構成した点を除き、実施例1と略同様の構成で加速度センサを作製した。本実施例に係る加速度センサでは、通電時の出力変動が±0.03mVの範囲内であるとともに、初期動作(通電開始30秒以内)のドリフト電圧値が0.03mVであり、通電直後から安定した動作が可能であった。
(Example 2)
An acceleration sensor was fabricated with substantially the same configuration as in Example 1 except that the strain detection unit was configured with a piezoresistive element (width: 2 μm) having a one-time folding structure. In the acceleration sensor according to the present embodiment, the output fluctuation during energization is within a range of ± 0.03 mV, and the drift voltage value in the initial operation (within 30 seconds of energization) is 0.03 mV, which is stable immediately after energization. Was possible.

(実施例3)
歪検出部であるピエゾ抵抗素子の幅を3μmに設定した点を除き、実施例2と略同様の構成で加速度センサを作製した。本実施例に係る加速度センサでは、通電時の出力変動が±0.03mVの範囲内であるとともに、初期動作(通電開始30秒以内)のドリフト電圧値が0.02mV未満であり、通電直後から安定した動作が可能であった。
(Example 3)
An acceleration sensor was fabricated with substantially the same configuration as in Example 2 except that the width of the piezoresistive element, which is a strain detector, was set to 3 μm. In the acceleration sensor according to the present embodiment, the output fluctuation during energization is within a range of ± 0.03 mV, and the drift voltage value of the initial operation (within 30 seconds of energization) is less than 0.02 mV. Stable operation was possible.

(比較例)
Alからなる11個の外部接続パッド(面積:100μm×100μm)のみを備えた従来の加速度センサにつき、上記と同様に出力変動を測定したところ、初期動作以降の出力変動は±2.0mVの範囲内でバラツキが現れ、出力変動が大きかった。また、初期動作におけるドリフト電圧値が2mVを超え、不安定な動作であった。
(Comparative example)
For the conventional acceleration sensor provided with only 11 external connection pads (area: 100 μm × 100 μm) made of Al, the output fluctuation was measured in the same manner as described above, and the output fluctuation after the initial operation was in the range of ± 2.0 mV. Variations appeared in the output, and the output fluctuation was large. Further, the drift voltage value in the initial operation exceeded 2 mV, and the operation was unstable.

以上、本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張、変更可能であり、拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。   As described above, the embodiments of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and can be expanded and modified. The expanded and modified embodiments are also included in the technical scope of the present invention.

本発明に係る加速度センサの全体斜視図である。1 is an overall perspective view of an acceleration sensor according to the present invention. 加速度センサの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of an acceleration sensor. 加速度センサの平面図および断面図である。It is the top view and sectional drawing of an acceleration sensor. 可撓部における詳細を説明する図面である。It is drawing explaining the detail in a flexible part. 折り返し構造を有する歪検出部を説明する図面である。It is drawing explaining the distortion | strain detection part which has a folding structure. 配線レイアウトを説明する図面である。It is drawing explaining a wiring layout. 検出回路(ブリッジ回路)を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows a detection circuit (bridge circuit). パッド接続の別の態様を説明する図面である。It is drawing explaining another aspect of pad connection. ダイアフラム状の可撓部を有する加速度センサを説明する図面である。It is drawing explaining the acceleration sensor which has a diaphragm-like flexible part. 本発明に係る加速度センサの製造方法を表す図面である。It is drawing which represents the manufacturing method of the acceleration sensor which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1:加速度センサ
2:センサ本体
3:支持基板
110:SOI基板
120:シリコン膜
121:フレーム部
122:錘接合部
123:可撓部
124:開口
130:シリコン酸化膜
140:シリコン基板
141:フレーム部
142:錘部
150:絶縁層
151:コンタクトホール
152:配線
152´:配線
153:保護層
160:ギャップ
170:折り返し部

R:歪検出部
Rx:X軸方向検出用歪検出部
Rx:Y軸方向検出用歪検出部
Rz:Z軸方向検出用歪検出部
P:外部接続パッド
P´:ダミーパッド
Vd:入力用端子
+,X-,Y+,Y-,Z+,Z-:出力用端子
XG,YG,ZG:グラウンド端子
dm:ダミーパッド
1: Acceleration sensor 2: Sensor body 3: Support substrate 110: SOI substrate 120: Silicon film 121: Frame portion 122: Weight joint portion 123: Flexible portion 124: Opening 130: Silicon oxide film 140: Silicon substrate 141: Frame portion 142: weight portion 150: insulating layer 151: contact hole 152: wiring 152 ′: wiring 153: protective layer 160: gap 170: folded portion

R: Strain detector Rx: X-axis direction detection strain detector Rx: Y-axis direction detection strain detector Rz: Z-axis direction detection strain detector P: External connection pad P ′: Dummy pad Vd: Input terminal X + , X , Y + , Y , Z + , Z : output terminals XG, YG, ZG: ground terminals dm: dummy pads

Claims (7)

錘部と、
前記錘部の周囲に位置するフレーム部と、
前記フレーム部と前記錘部とを連結するダイアフラム状あるいは梁状の可撓部と、
前記可撓部及び/又は前記フレーム部に配設され、少なくとも1軸方向の物理量を検出するための歪検出部と、
前記可撓部及び前記フレーム部上に、ブリッジ回路を構成するように前記歪検出部を接続する配線部と、を備え、
前記配線部を介して前記歪検出部と接続された複数の外部接続パッドと、
前記配線部を介して前記歪検出部と接続されるとともに前記外部接続パッドとは別のダミーパッドと、を前記フレーム部上に配置したことを特徴とするセンサ。
A weight part;
A frame portion located around the weight portion;
A diaphragm-like or beam-like flexible part that connects the frame part and the weight part;
A strain detector disposed on the flexible part and / or the frame part for detecting a physical quantity in at least one axial direction;
On the flexible part and the frame part, a wiring part that connects the strain detection part so as to constitute a bridge circuit, and
A plurality of external connection pads connected to the strain detection unit via the wiring unit;
A sensor, wherein a dummy pad that is connected to the strain detection unit via the wiring unit and is different from the external connection pad is disposed on the frame unit.
前記外部接続パッドはブリッジ回路に電圧を入力するための入力用パッドと、ブリッジ回路の出力電圧を取り出すための出力用パッドとを有し、
前記ダミーパッドのいずれかは、前記入力用パッドと前記歪検出部を接続する前記配線部から分岐した配線部により前記歪検出部と接続していることを特徴とする請求項1記載
のセンサ。
The external connection pad has an input pad for inputting a voltage to the bridge circuit, and an output pad for taking out the output voltage of the bridge circuit,
2. The sensor according to claim 1, wherein any one of the dummy pads is connected to the strain detection unit by a wiring unit branched from the wiring unit that connects the input pad and the strain detection unit.
前記ダミーパッドのいずれかは、前記出力用パッドと前記歪検出部を接続する前記配線部から分岐した配線部により前記歪検出部と接続していることを特徴とする請求項記載のセンサ。 3. The sensor according to claim 2 , wherein any one of the dummy pads is connected to the strain detection unit by a wiring portion branched from the wiring portion that connects the output pad and the strain detection unit. 前記ダミーパッドの面積の和が、前記外部接続パッドの面積の和の1.5倍以上であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載のセンサ。   The sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein a sum of areas of the dummy pads is 1.5 times or more of a sum of areas of the external connection pads. 前記ダミーパッドは、前記外部接続用パッドの代用パッドとして利用可能であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のセンサ。5. The sensor according to claim 1, wherein the dummy pad can be used as a substitute pad for the external connection pad. 6. 半導体基板を用いて少なくとも1軸方向の物理量を検出するセンサを製造する方法であって、
前記半導体基板の一方の面に不純物を拡散して歪検出部を形成する工程と、
前記半導体基板から、錘部と、前記錘部の周囲に位置するフレーム部と、前記フレーム部と前記錘部とを連結するダイアフラム状あるいは梁状の可撓部と、を形成する工程と、
前記可撓部及び前記フレーム部上に、ブリッジ回路を構成するように前記歪検出部を接続する配線部を形成する工程と、
前記配線部を介して前記歪検出部と接続された複数の外部接続パッドと、前記配線部を介して前記歪検出部と接続されるとともに前記外部接続パッドとは別のダミーパッドとを
前記フレーム部上に形成する工程と、を含むことを特徴とするセンサの製造方法。
A method of manufacturing a sensor that detects a physical quantity in at least one axial direction using a semiconductor substrate,
A step of diffusing impurities on one surface of the semiconductor substrate to form a strain detector;
Forming a weight part, a frame part located around the weight part, and a diaphragm-like or beam-like flexible part connecting the frame part and the weight part from the semiconductor substrate;
Forming a wiring part on the flexible part and the frame part for connecting the strain detection part so as to form a bridge circuit;
A plurality of external connection pads connected to the strain detection unit through the wiring unit, and a dummy pad connected to the strain detection unit through the wiring unit and different from the external connection pad Forming on the part. A method for manufacturing a sensor.
前記配線部と前記外部接続パッド及び前記ダミーパッドを同時に形成することを特徴とする請求項6記載の製造方法。
The manufacturing method according to claim 6, wherein the wiring portion, the external connection pad, and the dummy pad are formed simultaneously.
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