JPH0267965A - 半導体加速度センサ - Google Patents
半導体加速度センサInfo
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
この発明は、温度特性を改善した半導体加速度センサに
関する。
関する。
（従来の技術）
従来の半導体加速度センサとしては、例えば第８図及び
第９図に示すようなものがある（特開昭６２−２１３２
８０号公報）。
第９図に示すようなものがある（特開昭６２−２１３２
８０号公報）。
二の半導体加速度センサは、Ｎ形（１００）面のＳｉ基
板が用いられ、これにエツチング加工が施されて、一端
がフレーム２１に支持され先端部に５ｉｉｉ２２を有す
る加速度検出用片持梁２３が形成され、これと並行して
一端がフレーム２１に支持され先端部に錘を持たない温
度補償用片持梁２４が形成されている。両片持梁２３．
２４は、加速度検出用片持梁２３がその先端部にＳｉ錘
２２を有している点を除けば同一厚み及び同一幅に形成
されている。各片持梁２３．２４の表面部には、＜１０
０＞結晶軸方向に、Ｐ形の不純物拡散層により同一のレ
イアウトで加速度検出用ピエゾ抵抗２５ａ及び温度補償
用ピエゾ抵抗２５ｂがそれぞれ形成されている。また、
各ピエゾ抵抗２５ａ、２５ｂの形成部分を含むＳｉ基板
の表面には、通常、Ｓ ｉ ０２からなる表面保護膜が
形成されている。
板が用いられ、これにエツチング加工が施されて、一端
がフレーム２１に支持され先端部に５ｉｉｉ２２を有す
る加速度検出用片持梁２３が形成され、これと並行して
一端がフレーム２１に支持され先端部に錘を持たない温
度補償用片持梁２４が形成されている。両片持梁２３．
２４は、加速度検出用片持梁２３がその先端部にＳｉ錘
２２を有している点を除けば同一厚み及び同一幅に形成
されている。各片持梁２３．２４の表面部には、＜１０
０＞結晶軸方向に、Ｐ形の不純物拡散層により同一のレ
イアウトで加速度検出用ピエゾ抵抗２５ａ及び温度補償
用ピエゾ抵抗２５ｂがそれぞれ形成されている。また、
各ピエゾ抵抗２５ａ、２５ｂの形成部分を含むＳｉ基板
の表面には、通常、Ｓ ｉ ０２からなる表面保護膜が
形成されている。
上述のように形成された各ピエゾ抵抗２５ａ、２５ｂは
、第９図に示すようなブリッジ構成を取るように接続さ
れ、第８図には示してないが、ワイヤボンディング等を
介して外部にブリッジの各端子を取出すため、Ａｌ膜等
により取出し電極が形成されている。
、第９図に示すようなブリッジ構成を取るように接続さ
れ、第８図には示してないが、ワイヤボンディング等を
介して外部にブリッジの各端子を取出すため、Ａｌ膜等
により取出し電極が形成されている。
そして５ｉｆｉ２２に第８図中、矢印で示すように、そ
の面に垂直方向の加速度が加わると、加速度検出用片持
梁２３がたわみ、その表面部に形成されている加速度検
出用ピエゾ抵抗２５ａに曲げ応力が加わり抵抗値が変化
する。これに対し、先端部に錘を持たない温度補償用片
持梁２４の表面部に形成されている温度補償用ピエゾ抵
抗２５ｂには殆んど曲げ応力が加わらず、そのため抵抗
値も殆んど変化しない。したがって、加速度検出用及び
温度補償用の各ピエゾ抵抗２５ａ、２５ｂの抵抗値をそ
れぞれＲ１加速度検出用ピエゾ抵抗２５ａの抵抗変化分
をΔＲとすると、ブリッジ回路の出力電圧Ｖｏｕｔは次
式で表わされる。
の面に垂直方向の加速度が加わると、加速度検出用片持
梁２３がたわみ、その表面部に形成されている加速度検
出用ピエゾ抵抗２５ａに曲げ応力が加わり抵抗値が変化
する。これに対し、先端部に錘を持たない温度補償用片
持梁２４の表面部に形成されている温度補償用ピエゾ抵
抗２５ｂには殆んど曲げ応力が加わらず、そのため抵抗
値も殆んど変化しない。したがって、加速度検出用及び
温度補償用の各ピエゾ抵抗２５ａ、２５ｂの抵抗値をそ
れぞれＲ１加速度検出用ピエゾ抵抗２５ａの抵抗変化分
をΔＲとすると、ブリッジ回路の出力電圧Ｖｏｕｔは次
式で表わされる。
Ｖｏｕｔ＝（１／２） （ΔＲ／Ｒ）−ＶＢ・・・
（１） ＶＢニブリッジ回路の印加電圧 また、上述の半導体加速度センサはオフセット温度特性
についても考慮した構成となっている。
（１） ＶＢニブリッジ回路の印加電圧 また、上述の半導体加速度センサはオフセット温度特性
についても考慮した構成となっている。
即ち、Ｓｔ基板の表面に形成されているＳ ｉ ０２か
らなる表面保護膜とＳｉとの熱膨張係数の差に起因して
発生する熱応力の値が４つのピエゾ抵抗２５ａ、２５ｂ
に対して異なることにより、オフセットｍ圧が発生する
が、加速度検出用片持梁２３と温度補償用片持梁２４と
の２つの片持梁を用いることにより、この影響を回避す
るようにしている。即ち、２つの片持梁２３．２４は、
前述のように、加速度検出用片持梁２３の先端部にＳｉ
錘２２を有している点を除けば、厚み及び幅は同一に形
成され、また、その表面部に形成されている各ピエゾ抵
抗２５ａ、２５ｂのレイアウトも同一に形成されている
。したがって、それぞれのピエゾ抵抗２５ａ、２５ｂに
加わる５ｉ０２からなる表面保護膜とＳｌとの熱膨張係
数の差に起因して発生する熱応力は殆んど同じとなって
、オフセット温度特性の改善がなされている。
らなる表面保護膜とＳｉとの熱膨張係数の差に起因して
発生する熱応力の値が４つのピエゾ抵抗２５ａ、２５ｂ
に対して異なることにより、オフセットｍ圧が発生する
が、加速度検出用片持梁２３と温度補償用片持梁２４と
の２つの片持梁を用いることにより、この影響を回避す
るようにしている。即ち、２つの片持梁２３．２４は、
前述のように、加速度検出用片持梁２３の先端部にＳｉ
錘２２を有している点を除けば、厚み及び幅は同一に形
成され、また、その表面部に形成されている各ピエゾ抵
抗２５ａ、２５ｂのレイアウトも同一に形成されている
。したがって、それぞれのピエゾ抵抗２５ａ、２５ｂに
加わる５ｉ０２からなる表面保護膜とＳｌとの熱膨張係
数の差に起因して発生する熱応力は殆んど同じとなって
、オフセット温度特性の改善がなされている。
（発明が解決しようとする課題）
しかしながら、従来の加速度センサにあっては、以下に
述べるような諸種の問題点があった。
述べるような諸種の問題点があった。
まず、２個の片持梁２３．２４及びＳｔ錘２２を空隙２
６を設けてフレーム２１から分離した構成とするために
、複雑なエツチングプロセスを必要としていた。
６を設けてフレーム２１から分離した構成とするために
、複雑なエツチングプロセスを必要としていた。
また、オフセット温度特性を劣化させる要因として、前
述の表面保護膜とＳｉとの熱膨張係数の差に起因して発
生する熱応力以外に、フレーム２１を台座に接着して固
定し、この台座をパッケージに固定するという方法でセ
ンサチップの実装を行う必要があるが、これらの台座、
パッケージ、もしくは接着に用いている接着剤とＳｔと
の熱膨張係数の差に起因して発生する熱応力がある。し
かし、第８図の加速度センサでは、この熱応力に対して
は考慮されていなかったため、各ピエゾ抵抗に対して、
この熱応力の加わり方が異なり、特に加速度検出用ピエ
ゾ抵抗２５ａと温度補償用ピエゾ抵抗２５ｂとの間で熱
応力の加わり方が異なってオフセット温度特性を劣化さ
せていた。
述の表面保護膜とＳｉとの熱膨張係数の差に起因して発
生する熱応力以外に、フレーム２１を台座に接着して固
定し、この台座をパッケージに固定するという方法でセ
ンサチップの実装を行う必要があるが、これらの台座、
パッケージ、もしくは接着に用いている接着剤とＳｔと
の熱膨張係数の差に起因して発生する熱応力がある。し
かし、第８図の加速度センサでは、この熱応力に対して
は考慮されていなかったため、各ピエゾ抵抗に対して、
この熱応力の加わり方が異なり、特に加速度検出用ピエ
ゾ抵抗２５ａと温度補償用ピエゾ抵抗２５ｂとの間で熱
応力の加わり方が異なってオフセット温度特性を劣化さ
せていた。
さらに、両片持梁２３．２４はフレームの内縁部の一部
に接続されていたため、２７で示すような応力集中領域
が生じて破壊に対して弱い構造となっていた。
に接続されていたため、２７で示すような応力集中領域
が生じて破壊に対して弱い構造となっていた。
この発明は上記事情に基づいてなされたもので、台座、
パッケージ、もしくはこれらの接着に用いる接着剤と半
導体との熱膨張係数の差に起因して発生する熱応力を打
消してオフセット温度特性を改善することができるとと
もに、簡単な製造プロセスで実現することができ、さら
には応力集中領域の生じない構造の半導体加速度センサ
を提供することを目的とする。
パッケージ、もしくはこれらの接着に用いる接着剤と半
導体との熱膨張係数の差に起因して発生する熱応力を打
消してオフセット温度特性を改善することができるとと
もに、簡単な製造プロセスで実現することができ、さら
には応力集中領域の生じない構造の半導体加速度センサ
を提供することを目的とする。
［発明の構成］
（課題を解決するための手段）
この発明は上記課題を解決するために、半導体基板によ
り、固定部の対向両側に第１の片持梁と第２の片持梁と
を一直線状に形成し、前記第１の片持梁の先端部には被
検出加速度が加わる錘を形成し、前記第１の片持梁及び
第２の片持梁の表面部にはそれぞれ略同一レイアウトの
歪検出素子を形成してなることを要旨とする。
り、固定部の対向両側に第１の片持梁と第２の片持梁と
を一直線状に形成し、前記第１の片持梁の先端部には被
検出加速度が加わる錘を形成し、前記第１の片持梁及び
第２の片持梁の表面部にはそれぞれ略同一レイアウトの
歪検出素子を形成してなることを要旨とする。
（作用）
第１の片持梁と第２の片持梁とが、固定部を中心として
、その対向両側に一直線状に対称的に形成され、さらに
第１、第２の片持梁には、略同一レイアウトで歪検出素
子が形成しであるので、半導体基板上の表面保護膜と半
導体の熱膨脹係数の差及び台座、パッケージ、もしくは
これらの接着に用いられている接着剤と半導体の熱膨脹
係数の差に起因して各歪検出素子の形成部分に生じる熱
応力が殆んど等しくなり、その影響が打消されてオフセ
ット温度特性が改善される。また、第１の片持梁と第２
の片持梁とは、前述のように固定部を中心としてその対
向両側に一直線状に対称的な構造となっているので、工
・ソチングプロセス等が非常に簡単となり、さらには応
力集中領域の生じない破壊に対して強い構造となる。
、その対向両側に一直線状に対称的に形成され、さらに
第１、第２の片持梁には、略同一レイアウトで歪検出素
子が形成しであるので、半導体基板上の表面保護膜と半
導体の熱膨脹係数の差及び台座、パッケージ、もしくは
これらの接着に用いられている接着剤と半導体の熱膨脹
係数の差に起因して各歪検出素子の形成部分に生じる熱
応力が殆んど等しくなり、その影響が打消されてオフセ
ット温度特性が改善される。また、第１の片持梁と第２
の片持梁とは、前述のように固定部を中心としてその対
向両側に一直線状に対称的な構造となっているので、工
・ソチングプロセス等が非常に簡単となり、さらには応
力集中領域の生じない破壊に対して強い構造となる。
（実施例）
以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第１図ないし第４図は、この発明の第１実施例を示す図
である。
である。
まず、半導体加速度センサの構成を説明すると、Ｓｔの
半導体基板にエツチング加工が施されて、固定部１を中
心としてその対向両側に、同一厚み及び同一幅の第１の
片持梁としての加速度検出用片持梁２及び第２の片持梁
としての温度補償用片持梁４が一直線状に形成されてい
る。加速度検出用片持梁２の先端部にはＳｉ錘３が形成
され、さらにこのＳｉ錘３上に、所定の検出感度を得る
ためにＳｌよりも比重の大きな金属で作製された上部Ｍ
ｉｔ６が接着層７を介して接着されている。上記の５ｉ
ｉｉ３及び上部錘６により第１の錘が形成されている。
半導体基板にエツチング加工が施されて、固定部１を中
心としてその対向両側に、同一厚み及び同一幅の第１の
片持梁としての加速度検出用片持梁２及び第２の片持梁
としての温度補償用片持梁４が一直線状に形成されてい
る。加速度検出用片持梁２の先端部にはＳｉ錘３が形成
され、さらにこのＳｉ錘３上に、所定の検出感度を得る
ためにＳｌよりも比重の大きな金属で作製された上部Ｍ
ｉｔ６が接着層７を介して接着されている。上記の５ｉ
ｉｉ３及び上部錘６により第１の錘が形成されている。
一方、温度補償用片持梁４の先端部には、第１の錘より
も小質量の第２のＳｉ錘５が形成されている。
も小質量の第２のＳｉ錘５が形成されている。
また、加速度検出用片持梁２及び温度補償用片持梁４の
表面部には、同一レイアウトの不純物拡散層により歪検
出素子としての加速度検出用ピエゾ抵抗Ｒａ５Ｒｂ及び
温度補償用ピエゾ抵抗Ｒｅ。
表面部には、同一レイアウトの不純物拡散層により歪検
出素子としての加速度検出用ピエゾ抵抗Ｒａ５Ｒｂ及び
温度補償用ピエゾ抵抗Ｒｅ。
Ｒｄがそれぞれ形成されている。そして、ピエゾ抵抗Ｒ
ａ ｓ Ｒｂ ＳＲｃ ｓ Ｒｄの形成部分を含む半導
体基板の表面には、Ｓ【０２からなる表面保護膜８が形
成されている。各ピエゾ抵抗Ｒａ、Ｒｈ。
ａ ｓ Ｒｂ ＳＲｃ ｓ Ｒｄの形成部分を含む半導
体基板の表面には、Ｓ【０２からなる表面保護膜８が形
成されている。各ピエゾ抵抗Ｒａ、Ｒｈ。
ＲｃＳＲｄは、Ａ斐配線９により１３３図に示すような
ブリッジ構成を取るように接続され、ワイヤボンディン
グ等を介して外部にブリッジ回路の各端子を取出すため
Ａ吏膜による取出し電極１１が形成されている。
ブリッジ構成を取るように接続され、ワイヤボンディン
グ等を介して外部にブリッジ回路の各端子を取出すため
Ａ吏膜による取出し電極１１が形成されている。
そして、上述のように構成されたセンサチップが固定部
１の部分で台座接着層１２を介して、ＳｉもしくはＳＬ
と熱膨脹係数の近い材質からなる台座１３に接着され実
装されている。
１の部分で台座接着層１２を介して、ＳｉもしくはＳＬ
と熱膨脹係数の近い材質からなる台座１３に接着され実
装されている。
次に、上述のように構成された半導体加速度センサの作
用を説明する。
用を説明する。
第１の錘３．６に、その面に垂直方向の加速度が加わる
と、加速度検出用片持梁２がたわみ、その表面部に形成
されている加速度検出用ピエゾ抵抗Ｒａ、Ｒｂに曲げ応
力が加わり、その加速度に応じた抵抗値変化が生じる。
と、加速度検出用片持梁２がたわみ、その表面部に形成
されている加速度検出用ピエゾ抵抗Ｒａ、Ｒｂに曲げ応
力が加わり、その加速度に応じた抵抗値変化が生じる。
これに対し、小質量の第２の錘５を有する温度補償用片
持梁４の表面部に形成されている温度補償用ピエゾ抵抗
Ｒｅ。
持梁４の表面部に形成されている温度補償用ピエゾ抵抗
Ｒｅ。
Ｒｄには殆んど曲げ応力が加わらず、そのため抵抗値も
殆んど変化しない。したがって、加速度検出用ピエゾ抵
抗Ｒａ、Ｒｂの印加加速度に対する抵抗値変化分をΔＲ
１各ピエゾ抵抗Ｒａ５Ｒｂ。
殆んど変化しない。したがって、加速度検出用ピエゾ抵
抗Ｒａ、Ｒｂの印加加速度に対する抵抗値変化分をΔＲ
１各ピエゾ抵抗Ｒａ５Ｒｂ。
ＲＣ％ Ｒｄの初期抵抗値をＲとするとブリッジ回路か
らは次式で表わされる出力電圧Ｖｏｕｔが得られる。
らは次式で表わされる出力電圧Ｖｏｕｔが得られる。
Ｖｏｕｔ＝（１／２） （ΔＲ／Ｒ）−Ｖ−（２）
■＝ニブ９１回路の印加電圧 次いでオフセット温度特性に対する作用効果を説明する
。
■＝ニブ９１回路の印加電圧 次いでオフセット温度特性に対する作用効果を説明する
。
まず、Ｓｉ基板の表面に形成されている５ｉｏ２からな
る表面保護膜８とＳｉとの熱膨脹係数の差に起因して発
生する熱応力に対する作用効果を述べる。
る表面保護膜８とＳｉとの熱膨脹係数の差に起因して発
生する熱応力に対する作用効果を述べる。
この熱応力は、Ｓｉ基板の表面位置により異なり、通常
、ブリッジ回路を構成している各ピエゾ抵抗の配置が異
なれば、その各ピエゾ抵抗の受ける熱応力が異なってオ
フセット温度特性発生の原因となる。これに対し、この
実施例では、固定部１を中心として、その対向両側に同
一厚み及び同一幅の加速度検出用片持梁２と温度補償用
片持梁４とが対称的に形成され、さらに加速度検出用ピ
エゾ抵抗Ｒａ、Ｒｂ及び温度補償用ピエゾ抵抗ＲｃＳＲ
ｄが、各片持梁２．４の表面部に同一レイアウトでそれ
ぞれ形成されている。このため、それぞれのピエゾ抵抗
Ｒａ、ＲｂとＲｃ、Ｒｄの受ける熱応力は等しくなり、
オフセット温度特性が改善される。
、ブリッジ回路を構成している各ピエゾ抵抗の配置が異
なれば、その各ピエゾ抵抗の受ける熱応力が異なってオ
フセット温度特性発生の原因となる。これに対し、この
実施例では、固定部１を中心として、その対向両側に同
一厚み及び同一幅の加速度検出用片持梁２と温度補償用
片持梁４とが対称的に形成され、さらに加速度検出用ピ
エゾ抵抗Ｒａ、Ｒｂ及び温度補償用ピエゾ抵抗ＲｃＳＲ
ｄが、各片持梁２．４の表面部に同一レイアウトでそれ
ぞれ形成されている。このため、それぞれのピエゾ抵抗
Ｒａ、ＲｂとＲｃ、Ｒｄの受ける熱応力は等しくなり、
オフセット温度特性が改善される。
そして、このオフセット温度特性の改善効果を前記第８
図に示した従来例と比べると、この実施例のものは、固
定部１を中心として錘部分を除けば、加速度検出用片持
梁２と温度補償用片持梁４とが殆んど完全に１８０’対
称構造となっており、その対称性が良くなっているので
、それぞれのピエゾ抵抗Ｒａ、ＲｂとＲｃＳＲｄの受け
る熱応力の等しさの度合いが向上し、表面保護膜８とＳ
ｉとの熱膨脹係数の差に起因した熱応力を原因とするオ
フセット温度特性の劣化が顕著に改善されている。
図に示した従来例と比べると、この実施例のものは、固
定部１を中心として錘部分を除けば、加速度検出用片持
梁２と温度補償用片持梁４とが殆んど完全に１８０’対
称構造となっており、その対称性が良くなっているので
、それぞれのピエゾ抵抗Ｒａ、ＲｂとＲｃＳＲｄの受け
る熱応力の等しさの度合いが向上し、表面保護膜８とＳ
ｉとの熱膨脹係数の差に起因した熱応力を原因とするオ
フセット温度特性の劣化が顕著に改善されている。
次に、センサチップ実装時の台座、パッケージもしくは
それらの接着に用いる接着剤とＳｔとの熱膨脹係数の差
に起因する熱応力に対する作用効果を述べる。この場合
も上述した対称性の良さが効果を示している。即ち、固
定部１、台座１３を中心として、その対向両側に同一形
状、寸法の片持梁２．４がそれぞれ形成された構造とな
っているため、両片持梁２．４の対称な位置に生じる熱
応力は等しくなる。したがって、この熱応力を原因とす
るオフセット温度特性の劣化が確実に防止される。
それらの接着に用いる接着剤とＳｔとの熱膨脹係数の差
に起因する熱応力に対する作用効果を述べる。この場合
も上述した対称性の良さが効果を示している。即ち、固
定部１、台座１３を中心として、その対向両側に同一形
状、寸法の片持梁２．４がそれぞれ形成された構造とな
っているため、両片持梁２．４の対称な位置に生じる熱
応力は等しくなる。したがって、この熱応力を原因とす
るオフセット温度特性の劣化が確実に防止される。
また、この実施例の半導体加速度センサは、上述のよう
なオフセット温度特性改善に顕著に効果のある構造を、
簡単な製造工程で実現することができる。この製造工程
の一例を第４図を用いて説明する。なお、以下の各項目
記号は、第４図の（ａ）〜（Ｃ）のそれぞれに対応する
。
なオフセット温度特性改善に顕著に効果のある構造を、
簡単な製造工程で実現することができる。この製造工程
の一例を第４図を用いて説明する。なお、以下の各項目
記号は、第４図の（ａ）〜（Ｃ）のそれぞれに対応する
。
（ａ） Ｎ形（１００）面（７）ＳＬ基板（半導体基板
）１０の表面部にピエゾ抵抗Ｒａ５Ｒｂ、Ｒｃ。
）１０の表面部にピエゾ抵抗Ｒａ５Ｒｂ、Ｒｃ。
ＲｄとなるＰ形の不純物拡散層１４を形成する。
この拡散工程において同時にＳｉ基板１０の表面に熱酸
化により数千オングストロームの５ｉ０２膜を表面保護
膜８として形成する。フォトエツチングにより不純物拡
散層１４上の一部表面保護膜８を除去してコンタクトホ
ールを開孔し、次いでＡｉ配線９によりピエゾ抵抗とし
ての不純物拡散層１４間の接続を行い、前記第３図に示
したようなブリッジ構成とする。
化により数千オングストロームの５ｉ０２膜を表面保護
膜８として形成する。フォトエツチングにより不純物拡
散層１４上の一部表面保護膜８を除去してコンタクトホ
ールを開孔し、次いでＡｉ配線９によりピエゾ抵抗とし
ての不純物拡散層１４間の接続を行い、前記第３図に示
したようなブリッジ構成とする。
（ｂｅｓｔ基板１０真面の所定部にＳｉエツチングマス
ク１５として、５ｉ０２、Ｓｉ３Ｎ４、レジスト等を形
成し、強酸系もしくは強アルカリ系のエツチング液でＳ
ｉをエツチングする。そして、例えば２００μｍ厚さの
Ｓｉ基板１０を５０μｍ程度の厚さまでエツチングし、
片持梁となる薄肉部１６を形成する。
ク１５として、５ｉ０２、Ｓｉ３Ｎ４、レジスト等を形
成し、強酸系もしくは強アルカリ系のエツチング液でＳ
ｉをエツチングする。そして、例えば２００μｍ厚さの
Ｓｉ基板１０を５０μｍ程度の厚さまでエツチングし、
片持梁となる薄肉部１６を形成する。
（Ｃ）最後に、Ｓｉ基板１０の所定の領域をダイシング
ソー等により切断してセンサチップとする。
ソー等により切断してセンサチップとする。
このセンサチップには、それぞれ固定部１、加速度検出
用片持梁２、温度補償用片持梁４、各Ｓｉ錘３．５、加
速度検出用及び温度補償用の各ピエゾ抵抗Ｒａ、Ｒｂ、
ＲＣ％ Ｒｄが形成されている。
用片持梁２、温度補償用片持梁４、各Ｓｉ錘３．５、加
速度検出用及び温度補償用の各ピエゾ抵抗Ｒａ、Ｒｂ、
ＲＣ％ Ｒｄが形成されている。
上述のように、この実施例の半導体加速度センサは、固
定部１を中心として、その対向両側に同一形状、寸法の
２つの片持梁２．４が対称的に形成された構造となって
いるため、Ｓｉ基板１０の裏面の所定の領域をエツチン
グし、薄肉部１６を形成すれば、その後のウェーハダイ
シング工程で固定部１等の所要の構造部等を有するセン
サチップが形成される。即ち、非常に簡単な製造プロセ
スで、オフセット温度特性改善に顕著に効果があり、且
つ応力集中領域の生じないセンサ構造を実現することが
でき、さらには低コスト化及び量産時の特性のばらつき
を最低に抑えることができる。
定部１を中心として、その対向両側に同一形状、寸法の
２つの片持梁２．４が対称的に形成された構造となって
いるため、Ｓｉ基板１０の裏面の所定の領域をエツチン
グし、薄肉部１６を形成すれば、その後のウェーハダイ
シング工程で固定部１等の所要の構造部等を有するセン
サチップが形成される。即ち、非常に簡単な製造プロセ
スで、オフセット温度特性改善に顕著に効果があり、且
つ応力集中領域の生じないセンサ構造を実現することが
でき、さらには低コスト化及び量産時の特性のばらつき
を最低に抑えることができる。
次いで、第５図及び第６図には、この発明の第２実施例
を示す。
を示す。
なお、第５図、第６図及び後述の第３実施例を示す第７
図において前記第１図ないし第３図における部材及び部
位等と同一ないし均等のものは、前記と同一符号を以っ
て示し重複した説明を省略する。
図において前記第１図ないし第３図における部材及び部
位等と同一ないし均等のものは、前記と同一符号を以っ
て示し重複した説明を省略する。
この実施例の半導体加速度センサは、固定部、Ｓｉ錘、
各片持梁等の基本となる構造は、前記第１実施例のもの
と同様である。異なるのはピエゾ抵抗のレイアウトであ
る。
各片持梁等の基本となる構造は、前記第１実施例のもの
と同様である。異なるのはピエゾ抵抗のレイアウトであ
る。
即ち、この実施例では、加速度検出用片持梁及び温度補
償用片持梁の表面部に、それぞれ４本づつの加速度検出
用ピエゾ抵抗ＲＡ、ＲＢ、ＲＣ。
償用片持梁の表面部に、それぞれ４本づつの加速度検出
用ピエゾ抵抗ＲＡ、ＲＢ、ＲＣ。
ＲＤ及び温度補償用ピエゾ抵抗Ｒｅ ％ Ｒｆ ％ Ｒ
ｇ、Ｒｈが形成され、これらのピエゾ抵抗により、それ
ぞれブリッジ回路が構成され、これらのブリッジ回路に
より第６図に示すような処理回路が構成されている。
ｇ、Ｒｈが形成され、これらのピエゾ抵抗により、それ
ぞれブリッジ回路が構成され、これらのブリッジ回路に
より第６図に示すような処理回路が構成されている。
温度変化が生じたとき、加速度検出用ピエゾ抵抗ＲＡＳ
ＲＢＳＲＣ，ＲＤ及び温度補償用ピエゾ抵抗Ｒｅ、Ｒｆ
、Ｒ，ｇ、Ｒｈの受ける熱応力を等しくする作用効果は
、前記第１実施例のものと同様であり、温度変化時にお
ける加速度検出用ピエゾ抵抗ＲＡ−ＲＤで構成されるブ
リッジ回路の出力変化分をΔＶ１とし、温度補償用ピエ
ゾ抵抗Ｒｅ−Ｒｈで構成されるブリッジ回路の出力変化
分をΔｖ２とすると、ΔＶ１はＡＭＰ、で、またΔｖ２
はＡＭＰ２でそれぞれＡ倍に増幅されて、それぞれＶｏ
ｕｔｌ及びＶｏｕｔ２となる。次いでこの両出力が増幅
度ＢのＡＭＰ３て差動増幅されて、温度変化時の処理回
路の出力Ｖｏｕｔは次式のようになる。
ＲＢＳＲＣ，ＲＤ及び温度補償用ピエゾ抵抗Ｒｅ、Ｒｆ
、Ｒ，ｇ、Ｒｈの受ける熱応力を等しくする作用効果は
、前記第１実施例のものと同様であり、温度変化時にお
ける加速度検出用ピエゾ抵抗ＲＡ−ＲＤで構成されるブ
リッジ回路の出力変化分をΔＶ１とし、温度補償用ピエ
ゾ抵抗Ｒｅ−Ｒｈで構成されるブリッジ回路の出力変化
分をΔｖ２とすると、ΔＶ１はＡＭＰ、で、またΔｖ２
はＡＭＰ２でそれぞれＡ倍に増幅されて、それぞれＶｏ
ｕｔｌ及びＶｏｕｔ２となる。次いでこの両出力が増幅
度ＢのＡＭＰ３て差動増幅されて、温度変化時の処理回
路の出力Ｖｏｕｔは次式のようになる。
Ｖｏｕｔ−Ｂｅ （Ｖｏｕｔ２−Ｖｏｕｔ２ ）−Ａ・
Ｂ・ （Δ■２−ΔＶ＋ ） ・・・（３）したがっ
て、Δｖ２とＶｌとは温度変化に対して同一値を示すの
で、両者が打消されて出力Ｖｏｕｔのオフセット変化は
非常に小さくなる。
Ｂ・ （Δ■２−ΔＶ＋ ） ・・・（３）したがっ
て、Δｖ２とＶｌとは温度変化に対して同一値を示すの
で、両者が打消されて出力Ｖｏｕｔのオフセット変化は
非常に小さくなる。
そして、この実施例では、印加加速度に対１７て４個の
加速度検出用ピエゾ抵抗ＲＡ−ＲＤの全てか抵抗値変化
を生じるので、前記第１実施例のものに比べて２倍の検
出感度を得ることができる。
加速度検出用ピエゾ抵抗ＲＡ−ＲＤの全てか抵抗値変化
を生じるので、前記第１実施例のものに比べて２倍の検
出感度を得ることができる。
第７図には、この発明の第３実施例を示す。この実施例
は、歪検出素子として四端子ゲージを使用し、これら加
速度検出用西端子ゲージ１７ａ及び温度補償用四端子ゲ
ージ１７ｂを、加速度検出用片持梁及び温度補償用片持
梁の各表面部に同一レイアウトでそれぞれ形成したもの
である。この実施例による検出出力の取扱いは、前記第
５図に示した第２実施例においてピエゾ抵抗ブリッジを
、加速度検出用と温度補償用とで各別に２つ構成した場
合と同様である。したがってオフセット温度特性の改善
作用等は、前記各実施例のものとほぼ同様である。
は、歪検出素子として四端子ゲージを使用し、これら加
速度検出用西端子ゲージ１７ａ及び温度補償用四端子ゲ
ージ１７ｂを、加速度検出用片持梁及び温度補償用片持
梁の各表面部に同一レイアウトでそれぞれ形成したもの
である。この実施例による検出出力の取扱いは、前記第
５図に示した第２実施例においてピエゾ抵抗ブリッジを
、加速度検出用と温度補償用とで各別に２つ構成した場
合と同様である。したがってオフセット温度特性の改善
作用等は、前記各実施例のものとほぼ同様である。
なお、歪検出素子としては、上述の各実施例に適用した
ピエゾ抵抗及び四端子ゲージに限ることなく、圧電素子
、感圧ダイオード、感圧トランジスタ等を用いることも
でき、また、これらの歪検出素子のレイアウトは第１図
、第５図及び第７図等の各実施例のものに限定されるこ
となく、固定部を中心とした対称的なものであれば他の
レイアウトでもよい。
ピエゾ抵抗及び四端子ゲージに限ることなく、圧電素子
、感圧ダイオード、感圧トランジスタ等を用いることも
でき、また、これらの歪検出素子のレイアウトは第１図
、第５図及び第７図等の各実施例のものに限定されるこ
となく、固定部を中心とした対称的なものであれば他の
レイアウトでもよい。
さらに、各片持梁の先端部の錘は、Ｓｔ以外のもので形
成してもよく、また、温度補償用片持梁の先端部にはＳ
ｉ錘を形成しなくてもオフセット温度特性の改善効果は
殆んど変ることはない。
成してもよく、また、温度補償用片持梁の先端部にはＳ
ｉ錘を形成しなくてもオフセット温度特性の改善効果は
殆んど変ることはない。
［発明の効果］
以上説明したように、この発明によれば、検出感度の異
なる第１の片持梁と第２の片持梁とを固定部を中心とし
て、その対向両側に一直線状に形成し、これら第１、第
２０片持梁の表面部には、略同一レイアウトの歪検出素
子を形成したので、半導体基板上の表面保護膜と半導体
の熱膨脹係数の差及び台座、パッケージ、もしくはこれ
らの接着に用いられている接着剤と半導体の熱膨脹係数
の差に起因して各歪検出素子の形成部分に生じる熱応力
が殆んど等しくなる。したがってその熱応力の影響を打
消すことができてオフセット温度特性を顕著に改善する
ことができる。またエツチング等の製造プロセスが非常
に簡単になって、コスト低減及び量産時の特性のばらつ
きを極めて低く抑えることができ、さらには応力集中領
域の生じることがなく破壊に対して強い構造の半導体加
速度センサを提供することができる。
なる第１の片持梁と第２の片持梁とを固定部を中心とし
て、その対向両側に一直線状に形成し、これら第１、第
２０片持梁の表面部には、略同一レイアウトの歪検出素
子を形成したので、半導体基板上の表面保護膜と半導体
の熱膨脹係数の差及び台座、パッケージ、もしくはこれ
らの接着に用いられている接着剤と半導体の熱膨脹係数
の差に起因して各歪検出素子の形成部分に生じる熱応力
が殆んど等しくなる。したがってその熱応力の影響を打
消すことができてオフセット温度特性を顕著に改善する
ことができる。またエツチング等の製造プロセスが非常
に簡単になって、コスト低減及び量産時の特性のばらつ
きを極めて低く抑えることができ、さらには応力集中領
域の生じることがなく破壊に対して強い構造の半導体加
速度センサを提供することができる。
第１図ないし第４図はこの発明に係る半導体加速度セン
サの第１実施例を示すもので、第１図は平面図、第２図
は第１図のＡ−Ａ線断面図、第３図はピエゾ抵抗による
ブリッジ回路を示す回路図、第４図は製造工程の一例を
示す工程図、第５図及び第６図はこの発明の第２実施例
を示すもので第５図は平面図、第６図はピエゾ抵抗によ
るブリッジ回路等を示す回路図、第７図はこの発明の第
３実施例を示す平面図、第８図は従来の半導体加速度セ
ンサを示す斜視図、第９図は同上従来例におけるピエゾ
抵抗ブリッジ回路を示す回路図である。 １：固定部、 ２：加速度検出用片持梁（第１の片持梁）、３：上部錘
とともに被検出加速度が加わるＳｔ錘、 ４：温度補償用片持梁（第２の片持梁）、６：上部錘、 １０：Ｓｔ基板（半導体基板）、 １７ａ：加速度検出用四端子ゲージ（歪検出素子）、 １７ｂ：温度補償用四端子ゲージ（歪検出素子）Ｒａ
ｓ Ｒｂ。 ＲＣｓ Ｒｄ ｓ
サの第１実施例を示すもので、第１図は平面図、第２図
は第１図のＡ−Ａ線断面図、第３図はピエゾ抵抗による
ブリッジ回路を示す回路図、第４図は製造工程の一例を
示す工程図、第５図及び第６図はこの発明の第２実施例
を示すもので第５図は平面図、第６図はピエゾ抵抗によ
るブリッジ回路等を示す回路図、第７図はこの発明の第
３実施例を示す平面図、第８図は従来の半導体加速度セ
ンサを示す斜視図、第９図は同上従来例におけるピエゾ
抵抗ブリッジ回路を示す回路図である。 １：固定部、 ２：加速度検出用片持梁（第１の片持梁）、３：上部錘
とともに被検出加速度が加わるＳｔ錘、 ４：温度補償用片持梁（第２の片持梁）、６：上部錘、 １０：Ｓｔ基板（半導体基板）、 １７ａ：加速度検出用四端子ゲージ（歪検出素子）、 １７ｂ：温度補償用四端子ゲージ（歪検出素子）Ｒａ
ｓ Ｒｂ。 ＲＣｓ Ｒｄ ｓ
Claims (1)
- 半導体基板により、固定部の対向両側に第１の片持梁と
第２の片持梁とを一直線状に形成し、前記第１の片持梁
の先端部には被検出加速度が加わる錘を形成し、前記第
１の片持梁及び第２の片持梁の表面部にはそれぞれ略同
一レイアウトの歪検出素子を形成してなることを特徴と
する半導体加速度センサ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63218517A JPH07113647B2 (ja) | 1988-09-02 | 1988-09-02 | 半導体加速度センサ |
| US07/400,535 US4990986A (en) | 1988-09-02 | 1989-08-30 | Semiconductor acceleration sensor |
| DE3928935A DE3928935A1 (de) | 1988-09-02 | 1989-08-31 | Halbleiterbeschleunigungssensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63218517A JPH07113647B2 (ja) | 1988-09-02 | 1988-09-02 | 半導体加速度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0267965A true JPH0267965A (ja) | 1990-03-07 |
| JPH07113647B2 JPH07113647B2 (ja) | 1995-12-06 |
Family
ID=16721170
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63218517A Expired - Lifetime JPH07113647B2 (ja) | 1988-09-02 | 1988-09-02 | 半導体加速度センサ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4990986A (ja) |
| JP (1) | JPH07113647B2 (ja) |
| DE (1) | DE3928935A1 (ja) |
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| DE19522651A1 (de) * | 1994-10-12 | 1996-04-18 | Mitsubishi Electric Corp | Halbleiterbeschleunigungssensor |
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