JPH10253655A

JPH10253655A - 半導体加速度センサ

Info

Publication number: JPH10253655A
Application number: JP5952497A
Authority: JP
Inventors: Masataka Araogi; 正隆新荻; Yutaka Saito; 豊斉藤; Kenji Kato; 健二加藤
Original assignee: S I I R D CENTER KK
Current assignee: S I I R D CENTER KK
Priority date: 1997-03-13
Filing date: 1997-03-13
Publication date: 1998-09-25
Anticipated expiration: 2017-03-13
Also published as: JP3120050B2

Abstract

(57)【要約】【課題】熱の影響を受けにくい加速度センサを提供す
る。【解決手段】センサ素子を機械的手法により、加速度を
受ける面に対し側面に検出部を作製する手法で、拡散抵
抗２を加速度方向にＰ型、Ｎ型をブリッジ回路で結線す
ることにより、熱的要因を削減した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンなどの半
導体結晶のもつピエゾ抵抗効果を利用して変位を電気信
号に変換する半導体加速度センサを含む半導体装置に係
わる。

【０００２】

【従来の技術】図２は、特開平１−３０２１６７号公報
に開示されるマイクロマシニングによる半導体加速度セ
ンサを示す図であり、片持ち梁の支持体近傍にエッチン
グにより溝部２３を形成し、薄肉部５０を設けたもので
ある。センサの上面には拡散抵抗２があり、ブリッジ回
路を構成している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の半導体加速度セ
ンサにおいては、図２に示すように加速度を検出するた
めの拡散抵抗２が一組表面にブリッジ回路を構成する。
この加速度センサは、ピエゾ抵抗効果を利用したもの
で、応力により比抵抗の変化する現象を利用するもので
ある。ここで結晶の比抵抗変化率は次式で表せる。

【０００４】△Ｒ／Ｒ＝πε πはピエゾ抵抗係数、εは応力テンソル成分である。比
抵抗変化率をあげることは、感度が向上することであ
る。結晶方向とピエゾ抵抗係数を示す。

【０００５】

【表１】

【０００６】表１からわかるように、Ｐ型の場合〈１１
１〉、Ｎ型は〈１００〉で大きな値をとる。従来のセン
サ素子１においては、拡散抵抗２を有するところを薄片
化し、感度向上を行っていたため、薄膜のもつ、膨張係
数が違い。バイメタル効果によるオフセットドリフトの
影響があった。本発明においては、温度による影響をさ
ける構造を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、半導体ウェハ１０に拡散抵抗２や出力端子４な
どの通常の半導体プロセスによりパターン形成を行う。
ここで、拡散抵抗２をｐ型、ｎ型を共存させブリッジ回
路により結線する。パターン形成が素子をダイス状に切
り出す。ここでは、ダイシングによる手法を用いた。そ
の素子の拡散抵抗２を有する面を、加速度検出面に対し
直交するように支持台に実装する。片持ち梁構造の素子
の先端に重りを形成する手法により行った。なお、拡散
抵抗２は、Ｐ型を二つ、Ｎ型を二つ用いた。シリコンな
どの半導体のピエゾ抵抗係数の値は、金属材料に比べて
非常に大きく、かつ著しい異方性を示す。ｐ型シリコン
では引っ張り応力のもとでは、比抵抗が増加し、圧縮応
力では、比抵抗が減少する。また、ｎ型シリコンではこ
の逆である。本発明では、印加加速度方向近傍に、Ｐ型
の拡散抵抗１組、Ｎ型の拡散抵抗１組を配置することに
よって感度を有する構成とした。

【０００８】具体的な内容を図６を用い説明する。印加
加速度２００より図示するＰ型１０１、Ｎ型１０２は、
引っ張り応力を受ける。Ｐ型１０１は結晶方向１１０方
向に配置した場合歪み抵抗係数７１．８を用いることが
できる。また、Ｎ型１０２は−３１．２である。この組
み合わせを用いることにより感度がでる。この構成によ
れば、ブリッジを組む拡散抵抗を４つとも近傍に設置で
き、支持部より離すことができる。温度による影響が少
なく、感度のよい加速度センサを提供できるようにした
ものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の構成を図１に基づいて具
体的に説明する。図１（ａ）は本発明の加速度センサの
上面図、図１（ｂ）は正面図、図１（ｃ）は側面図であ
る。半導体加速度センサは半導体ウェハ１０から切り出
した拡散抵抗２および出力端子４などが形成された直方
体の構造体であり、この構造体のことを以降センサ素子
１と呼ぶ。センサ素子１の側面１００に拡散抵抗２およ
び出力端子４等をパターン形成してあり、片面もしくは
両側面に拡散抵抗２および出力端子４がある構成であ
る。拡散抵抗２は、本発明では、Ｐ型、Ｎ型の拡散抵抗
２を用いた。拡散抵抗を形成するにあたり、ロコスプロ
セスを用い行った。拡散抵抗２の配置は、本発明では、
加速度方向をＰ型、下方をＮ型とした。出力端子４に
は、電気信号を取り出すためのバンプを形成してある。
ここでは、金バンプ３を形成した。センサ素子１の大き
さは、長さｌが６ｍｍ（Ｌ１＝４ｍｍ、Ｌ２＝２ｍ
ｍ）、幅ｗが０．６ｍｍ、厚さ０．１２とした。出力端
子４のバンプの大きさは、０．１×０．０８ｍｍとし、
高さは０．１ｍｍである。拡散抵抗２の配置を説明す
る。拡散抵抗２の大きさは、長さ０．２５ｍｍ×０．０
１ｍｍであり、加速度方向のたん部より１０ミクロン内
側にＰ型の拡散抵抗２、１０ミクロン間をあけ、Ｎ型の
拡散抵抗を配置した。

【００１０】半導体加速度センサの構成は、センサ素子
１、センサ素子１から電気信号を取り出し、さらにセン
サ素子１を支持するための台座１１、感度を得るための
重り、パッケージ３０が主な構成である。検出原理は、
側面１００の拡散抵抗２が、印加加速度によりセンサ素
子１がたわみ、側面に配置された拡散抵抗２が、抵抗値
変化し、加速度を検出する方式である。本発明において
は、４つの拡散抵抗２が変化するフルブリッジ回路の構
成を使用した。

【００１１】製造方法を図４、図５を用いて説明する。
初めに図４（ａ）に示すように、半導体ウェハ１０に、
拡散抵抗２や出力端子４をパターン形成する。この時、
半導体ウェハ１０は（１００）を用い、〈１１０〉方向
にパターンを配列した。また、切り出しのためのスクラ
イブラインを形成しておく。さらに、出力端子４部分に
金バンプを形成する。ここまでの工程を、半導体ウェハ
１０の両面について行う。なお、パターン形成のなかに
は、増幅回路や温度補償回路などを形成してももちろん
良い「図４（ａ）」。

【００１２】つぎに、スクライブラインを基準にダイシ
ング装置により素子を取り出す。素子には、バンプが形
成されているためダイシング装置のステージへの固定方
法が難しいが、本実施例では、ワックスによる固定で行
った。もちろん粘着材を塗布してあるテープを用いても
良い。半導体ウェハ１０から、拡散抵抗２、出力端子４
を有するセンサ素子１を取り出した「図４（ｂ）」。

【００１３】次に図５（ａ）に示すように、センサ素子
１に感度を得るための重り３を付加した。重り３の材料
は、モリブデンなどの金属を用いると良い。この状態の
ものを台座１１上に設置する。台座１１には、センサ素
子１の両側面からの電気的情報を取り出すため、図示し
ない配線を付帯してある。本実施例では、セラミックを
もちいた。配線は金により行った。台座１１に図示しな
い接着剤によりセンサ素子１を固定する。台座１１の配
線とセンサ素子１との電気的接続は、本実施例において
は、異方性導電膜を用いた。異方性導電膜とは、接着剤
中に小さな導電粒子が分散されているものである。熱圧
着により電極間は粒子が挟まれ電気的に導通され、かつ
隣接電極間の絶縁は保たれ、同時に機械的な接合も接着
剤の硬化によって図れるものである。この方式により、
バンプと出力端子４が導電粒子を介在して導通が得られ
る。この方法は、センサ素子１への機械的応力もかから
ないために良い方法である。もちろんワイヤにより接続
する方法でもよい「図５（ｂ）」。

【００１４】本発明のＰ型拡散抵抗１０１、Ｎ型拡散抵
抗１０２を用いた場合の、加速度に対する加速度センサ
の出力結果を説明する。長さｌが６ｍｍ（Ｌ１＝４ｍ
ｍ、Ｌ２＝２ｍｍ）、幅ｗが０．６ｍｍ、厚さ０．１２
ｍｍとした。また、重り３を端部に６０ｍｇとした。拡
散抵抗の配置は、印加加速度方向の面側に、拡散抵抗２
を配置した。この拡散抵抗は、ブリッジ回路で結線さ
れ、印加加速度２００側のａ面１１０側にＰ型、そのす
ぐ下にＮ型を形成した。本発明では、拡散抵抗の長さは
２５０ミクロン、幅１０ミクロンとし、Ｐ型とＮ型の間
は１０ミクロンとした。ｂ面側の支持部近傍には拡散抵
抗がない構造とした。このような構成により、支持部の
近くに拡散抵抗を有しない構成にしたため、支持部での
熱膨張係数の違いによる影響を受けない構造ができた。
ｐ型拡散の場合歪み抵抗係数は、結晶方向が〈１１０〉
の場合７１．８で、Ｎ型の場合３１．８である。このと
きの電圧出力は、５ｍＶであり、ほぼ仕様を満足した。

【００１５】また、温度によるオフセット電圧の変動に
おいては、０度から８５度の範囲で、１ｍＶであり良好
な結果を得た。良好な結果は、支持部との間における、
熱膨張係数の違いが、支持部近傍に拡散抵抗がないこと
により受けず良好な結果が得られた。

【００１６】

【発明の効果】この発明は、以上説明したような構成に
より、拡散抵抗を支持部より離すことができ下記の効果
を有する。ダイシングなど、機械的切削により行うことにより、
熱影響の少ない加速度センサを作製できる。加速度センサとしての感度の向上が図れる。容易に、低価格で提供できるデバイスを作製でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体加速度センサの示す三面図であ
る。

【図２】従来の本発明の半導体加速度センサを示す斜視
図である。

【図３】本発明の半導体加速度センサのを示す斜視図で
ある。

【図４】本発明の半導体加速度センサの製造方法を示す
工程図である。

【図５】本発明の半導体加速度センサの製造方法を示す
工程図である。

【図６】本発明の半導体加速度センサの拡散抵抗の配置
を示す図である。

【符号の説明】

１センサ素子２拡散抵抗３重り４出力端子１０半導体ウェハ１１台座３０パッケージ５０薄肉部１００側面１０１Ｐ型拡散抵抗１０２Ｎ型拡散抵抗１１０ａ面１１１ｂ面２００印加加速度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者加藤健二千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地株式会社エスアイアイ・アールディセンター内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物理量変化を検出する感歪み部を有する
基体と、前記基体の少なくとも一端を固定するための支
持体と、前記基体と支持体が接続手段により接続された
半導体加速度センサにおいて、前記感歪部が拡散抵抗で
形成され、前記拡散抵抗がｐ層、およびｎ層よりなるこ
とを特徴とする半導体加速度センサ。
【請求項２】前記基体の端部に重りを有することを特
徴とする半導体加速度センサ。
【請求項３】前記基体の感歪部が印加加速度を受ける
面の側面に有することを特徴とする半導体加速度セン
サ。
【請求項４】請求項１記載の半導体加速度センサにお
いて、前記拡散抵抗がブリッジ回路で構成され、四つの
拡散抵抗のうち、二つの拡散抵抗がＰ層、他の二つがＮ
層であることを特徴とする半導体加速度センサ。
【請求項５】請求項１記載の半導体加速度センサにお
いて、前記基体の感歪部が印加加速度を受ける面の側面
に形成される構成で、ブリッジ回路を構成する四つの拡
散抵抗が、加速度を受ける面近傍に配置することを特徴
とする半導体加速度センサ。
【請求項６】請求項１記載の半導体加速度センサにお
いて、前記拡散抵抗が感歪み部を有する基体の長手方向
と平行に配置されることを特徴とする半導体加速度セン
サ。
【請求項７】半導体基板の片面もしくは両面にＰ型、
ｎ型の拡散抵抗を形成する工程と、切削により切り出し
素子とする工程、前記素子の拡散抵抗を有する面が加速
度方向に対し平行に設置し支持体に実装する工程からな
ることを特徴とする半導体加速度センサ。